BR102023011551A2 - Reator de pirólise para o tratamento de resíduos urbanos - Google Patents

Abstract

Um reator de pirólise para um tratamento contínuo de resíduos urbanos é fornecido, compreendendo um corpo cilíndrico (100) disposto verticalmente com seção de entrada superior (120), uma seção de reação média (130) que define internamente uma zona de reação (105), uma seção inferior de evacuação (140) com uma seção de acoplamento (142) em sua extremidade inferior e que define uma zona de evacuação (106); onde se fornece calor à seção de reação média (130) e a zona de reação (105), mediante a condensação do vapor de naftaleno que circula naturalmente como fluido de trabalho em um termossifão bifásico; tal termossifão bifásico opera com um fluido de trabalho compreendendo entre 90 e 99% de naftaleno e constituído por uma câmara de condensação (300) disposta rodeando externamente a seção média de reação (130) e um corpo horizontal (200) disposto na extremidade inferior e abaixo do corpo cilíndrico (100) e internamente conectado a zona de evacuação (106) da seção inferior de evacuação (140) por meio da seção de acoplamento (142), que inclui um parafuso de avanço (201) que permite evacuar o biochar (202) produzido.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[01] A presente invenção se refere ao tratamento de resíduos urbanos mediante pirólise, especificamente, a um reator de pirólise para um tratamento contínuo de resíduos urbanos e obtenção de biochar (biocarvão), bio-óleos e recuperação de água.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[02] A pirólise tem sido utilizada em recentes desenvolvimentos como uma técnica promissora para o tratamento de resíduos, sejam eles urbanos ou de outros tipos, como perigosos resíduos explosivos, gases e substâncias inflamáveis em estado líquido ou sólido, além de subprodutos particularmente tóxicos e cancerígenos de processos de fabricação e pesquisa, como exemplo tintas à base de solvente, pesticidas e outros produtos químicos para o jardim, baterias (por exemplo, de automóveis, celulares ou baterias domésticas regulares), óleos de motor (por exemplo, de carros ou de cortadores de grama), gasolina e querosene, produtos químicos para limpeza e polimento, biomassa descartada de processos agrícolas e de outras indústrias. A pirólise surge como alternativa de recuperação de energia para a incineração de resíduos que tem um impacto negativo em seu entorno e no meio ambiente. Além disso, aterros podem não ser viáveis devido ao tipo de resíduo, podendo depender da legislação ou da regulamentação correspondente ou da disponibilidade de espaço físico.

[03] A pirólise é um processo físico-químico que ocorre na ausência de oxigênio que necessita de temperatura e pressão para degradar termicamente uma substância sem combustão, sendo necessário um reator para realizá-la.

[04] Para fins de tratamento de resíduos urbanos por pirólise pode-se considerar um processo de tratamento em lote onde um volume máximo de resíduos é tratado ou um processo de tratamento contínuo onde um fluxo de resíduos é tratado. A escolha entre o tratamento em lote ou o contínuo dependerá de diversos fatores, mas ambos necessitam de reatores e equipamentos relativamente distintos. De modo geral, pode-se supor que um tratamento em lote poderá utilizar um equipamento ou um reator de fabricação relativamente mais simples do que para o tratamento contínuo, já que neste também deve-se assegurar um fluxo de material desde sua entrada até o seu descarte ou distribuição. Assim, um exemplo desses fatores pode ser a quantidade e o volume de resíduos urbanos a serem tratados mediante pirólise, variando de acordo com o tamanho do projeto desejado, onde a implementação do tratamento pode ser tanto para uma pequena comunidade quanto para uma cidade inteira. Outro fator pode ser a composição ou o estado dos resíduos que, por sua vez, pode influenciar no tempo de residência do reator necessário para seu tratamento, fazendo com que os períodos de residências muito longos ou variáveis possam influenciar na escolha de um tratamento por lote ou de um tratamento contínuo.

[05] Entende-se por um tratamento de pirólise de resíduos urbanos um tratamento para todos os resíduos produzidos em uma cidade, com exceção aos materiais que não atingem a pirólise em temperaturas próximas a 400°C, particularmente os metais e cerâmicas. Esses resíduos urbanos são uma mistura de materiais orgânicos de diversas fontes, incluindo biomassa, resíduos orgânicos de alimentos, resíduos plásticos, papel, papelão e qualquer resíduo adequado para produzir pirólise a aproximadamente 400°C.

Estado da técnica

[06] Esta seção abordará o estado da técnica referente a reatores disponíveis para o tratamento contínuo de resíduos urbanos mediante pirólise, assim como o próprio tratamento contínuo.

[07] Existem reatores de pirólise para tratamento em lote, como o descrito na patente WO2015/104400A1, cujos reatores compreendem câmaras de reação fechadas onde a pirólise ocorre por um período determinado até que a câmara de reação se abra e retire o material de dentro de cada lote a ser tratado. O tratamento contínuo requer um fluxo de material para circular pelo reator através da câmara de reação por um período determinado por meio de mecanismos de transporte constituídos no reator, fluxo este que um reator de pirólise para tratamento em lote, como o descrito na patente WO2015/104400A1 não inclui e não pode ser facilmente alterado para ser incluído, tornando assim os reatores de pirólise para tratamento em lote inapropriados para um tratamento contínuo.

[08] A publicação de Rasid, Nurul Suhada Ab., Asadullah, M, Malek, N H, Amin, N A S. “Fast pyrolysis of oil palm empty fruit bunch in an auger reactor: bio-oil composition and characteristics”. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 736 032021 (2020), DOI: 10.1088/1757-899x/736/3/032021 descreve um reator de pirólise para tratamento contínuo. Um processo de pirólise de uma biomassa específica para a produção de bio-óleo é descrito nesta publicação, em particular, cachos de fruta de palma vazios, utilizando um sistema que inclui um parafuso de alimentação, um reator Auger, uma caldeira, um coletor de carvão e um condensador. O reator Auger utilizado, como ilustrado, é formado por um cilindro horizontal com um parafuso de avanço e recebe, em uma extremidade, a biomassa do parafuso de alimentação e, na outra extremidade, inclui uma saída de cinzas na parte inferior do parafuso e uma saída horizontal de gases de pirólise na parte superior do parafuso. O cilindro é aquecido externamente, em sua parte inferior, por um tubo de gás de petróleo liquefeito (GLP). A temperatura é controlada regulando o fluxo de gás GLP no tubo de incêndio e monitorada pelo uso de dois termopares tipo K. O calor é aplicado ao cilindro horizontal, que inclui um parafuso de avanço para que o material seja tratado por pirólise. O avanço do parafuso deve ser regulado para controlar o tempo de residência da matéria-prima e a homogeneidade da matéria em todo o reator.

[09] Observa-se que, neste reator, o calor é aplicado ao cilindro horizontal onde se inclui o parafuso de avanço do material a ser tratado por pirólise, o que implica na dificuldade de sincronizar os tempos de residência, a quantidade de calor e o avanço do parafuso para que a pirólise possa ser realizada completamente no material recebido, o que pode ser difícil ou impossível se o material a ser tratado não está nas condições ideais de homogeneidade. Além disso, observa-se que a fonte de calor está na parte inferior do cilindro, fornecendo calor a uma área específica do cilindro. Isso produz fluxos de calor não homogêneos no cilindro, sendo mais intenso nas regiões próximas do tubo e menos intenso na parte oposta do cilindro. Portanto, o material a ser reagido para tratamento não recebe um calor distribuído homogeneamente dentro do cilindro, mas está concentrado principalmente na parte inferior, implicando uma distribuição desigual e não uniforme da temperatura do material, o que leva a dificuldades no controle da temperatura e ineficiências no processo de pirólise.

[010] Um reator de pirólise para um tratamento contínuo também é descrito na publicação de de Panagiotis Evangelopoulos, Henry Persson, Efthymios Kantarelis, Weihong Yang, “Performance analysis and fate of bromine in a single screw reactor for pyrolysis of waste electrical and electronic equipment (WEEE).” Process Safety and Environmental Protection, Vol. 143 (2020), Pages 313-321, ISSN 0957-5820, DOI: 10.1016/j.psep.2020.07.006. Essa publicação descreve um processo de pirólise de resíduos elétricos e equipamentos eletrônicos mediante um sistema que inclui um parafuso de alimentação que entrega esses resíduos triturados, um reator Auger que leva a um recipiente de coleta de biochar e a um recipiente de coleta de óleo. O reator Auger utilizado, como ilustrado, é formado por um cilindro horizontal com um parafuso de avanço que recebe, em uma extremidade, os resíduos triturados pelo parafuso de alimentação e, na outra extremidade, inclui uma saída ascendente de gás de pirólise na parte inferior do parafuso para o interior do recipiente de coleta do biochar e uma saída descendente na parte superior do parafuso até o recipiente de coleta de bio- óleo. O cilindro do reator é aquecido externamente em três zonas de aquecimento ao longo de seu cumprimento, que podem ser ajustadas às temperaturas desejadas de maneira independente. A fonte de calor utilizada não é explicitamente mencionada, por mais que estas possam ser jaquetas aquecedoras elétricas. Por outro lado, é crucial para o estudo que o material testado seja homogêneo em termos de composição e tamanho de partícula para manter um fluxo de alimentação constante e, neste caso, a alimentação por parafuso também deve ser regulada para controlar o tempo de residência do material a ser trabalhado.

[011] Neste reator, o calor também é aplicado ao cilindro horizontal que inclui o parafuso de alimentação do material a ser tratado mediante pirólise. Como indicado anteriormente, isso implica que a matéria deve estar homogênea para produzir pirólise nos períodos de avanço do parafuso. Por mais que tal avanço possa ser regulado para regular também o tempo de residência do material a ser trabalhado, isso pode levar a complicações na operação do reator. No caso de resíduos urbanos não- homogêneos com diferentes tempos de residência necessários para que se produza a pirólise, o avanço do parafuso pode ser um problema para coordenar os diferentes tempos necessários do material que entra no reator, e o material sem pirólise pode ser removido da descarga inferior. Por exemplo, caso ainda haja material próximo à saída da extremidade do cilindro que ainda possa ser reagido pela pirólise mas a maioria ou uma parte considerável do material restante no cilindro já foi reagida e precisa apenas ser evacuada.

Problema técnico

[012] Ao tentar realizar um tratamento contínuo de pirólise de resíduos urbanos, observa-se que os reatores do estado da técnica são projetos complexos de serem operados para controlar os tempos de residência, devido ao fornecimento do calor no cilindro que inclui o parafuso de avanço do reator e, por outro lado, essa aplicação de calor é desigual e produz uma câmara de reação com distribuição de temperatura desigual e não pode ser adaptada a diferentes materiais a serem tratados por pirólise.

[013] De fato, ao fornecer calor ao reator através de fontes pontuais de transferência de calor, tais como aquecedores elétricos ou por condução de contato metálico como, por exemplo, um queimador, a distribuição de calor é desigual em diferentes direções e leva a ineficiências no reator, já que o processo de pirólise opera em uma faixa estreita de temperatura para favorecer a produção de biochar a aproximadamente 400°C. Portanto, temperaturas muito altas ou muito baixas, próximas aos 400°C, não favorecem o processo de produção de biochar por pirólise. Estas temperaturas desfavoráveis podem ocorrer devido à distribuição desigual do calor.

[014] Um segundo problema dos reatores do estado da técnica diz respeito à maior quantidade de calor necessária para operar em maiores escalas ou a uma maior taxa de produção. Assim, um tamanho maior ou um maior nível de produção do reator implicaria em um maior consumo de calor e em um maior custo de energia que há de ser otimizado.

[015] Assim, observa-se que, para realizar o tratamento contínuo de resíduos urbanos é necessário um reator com alto rendimento, baixo consumo de energia e um impacto ambiental mínimo que possa tratar os resíduos urbanos mais heterogêneos sem a dificuldade de controlar o tempo de residência de acordo com o avanço do parafuso e de controlar o calor fornecido ao material ao mesmo tempo, sem meios de aquecimento que produzam fortes gradientes de temperatura e um recinto com temperaturas não-homogêneas, o que acaba afetando o rendimento do reator. Logo, o uso de termossifões bifásicos permite que a retirada de calor do reator possa ser não-homogênea para o calor absorvido durante a pirólise já que, independente de onde o calor seja extraído, a temperatura da superfície será praticamente constante devido ao mesmo mecanismo de transferência de calor de mudança de fase. Isso permite que, independentemente da homogeneidade da matéria a ser tratada por pirólise, a condição limite de temperatura prescrita na parede do reator será sempre constante, tornando este tipo de aplicação ainda mais flexível.

Solução técnica

[016] Para resolver o problema apresentado acima, um dos objetos da presente invenção é um reator de pirólise para o tratamento contínuo de resíduos urbanos facilmente redimensionável, onde tais resíduos se transformam em biochar, gases de pirólise ou de síntese, bio-óleo e permite a recuperação da água em produtos orgânicos que não foram desidratados anteriormente. O biochar ou biocarvão é um carvão vegetal usado como fertilizante de solos ácidos para incrementar a produtividade agrícola e proteger contra as doenças nas culturas, também sendo utilizado como uma forma de sequestro de carbono e de mitigar as mudanças climáticas. O gás de pirólise ou de síntese e o bio-óleo são recuperados como combustível ou como produto intermediário de outros processos, como a produção de gás natural e a água que pode ser reutilizada.

[017] Um objeto da presente invenção é um reator de pirólise para o tratamento contínuo de resíduos urbanos e sua transformação em biochar, gás de pirólise ou de síntese, bio-óleo e água, onde a câmara de reação é mantida a cerca de 400°C para favorecer a produção de biochar. O calor é inserido ao sistema através de um ou mais termossifões bifásicos que operam com um fluido de trabalho composto de 90% a 99% de naftaleno e compreendem uma câmara de condensação ao redor da zona de reação.

[018] Também é objeto da presente invenção que o referido termossifão bifásico opere com um fluido de trabalho formado por uma mistura com uma proporção em volume compreendendo de 90% a 99% de naftaleno e de 1 a 10% de um líquido imiscível e compatível com um ponto de ebulição entre 81°C e 120°C, por exemplo, água. A adição de naftaleno a um líquido imiscível e compatível com um ponto de ebulição maior do que 81°C, superior ao ponto de congelamento de 80°C do naftaleno, permite produzir uma barreira de condensação entre o naftaleno e as zonas “frias” que possam surgir na superfície de contato onde o fluido de trabalho é condensado. Desse modo, em uma zona “fria”, uma interface do líquido imiscível presente na mistura de vapores é condensada, evitando que o naftaleno se solidifique nessas zonas e deteriore sua operação.

Vantagens da presente invenção

[019] Sem querer vincular-se a qualquer teoria específica, o reator de pirólise para tratamento contínuo, segundo a presente invenção, possui a vantagem de poder operar em temperaturas próximas a 400°C, favorecendo a produção de biochar ou carvão vegetal em um processo de pirólise e permitindo o uso de tal carbono para melhoria do solo, uma forma de sequestro de carbono e de mitigar as mudanças climáticas. Não obstante, o reator de pirólise, segundo a presente invenção, opera com um termossifão que age com uma câmara de condensação que fornece calor à câmara de reação, mediante uma alteração de estado físico do fluido de trabalho e a entrega de calor latente às paredes da câmara de reação a 400°C de forma homogênea e constante, independente da variação na demanda de calor de um material muito heterogêneo, como em um tratamento de pirólise de resíduos urbanos, favorecendo a produção de biochar, apesar da variabilidade do material a ser tratado, como são os resíduos urbanos.

[020] Não obstante, a operação é simplificada graças a homogeneidade do calor fornecido em toda a zona do reator e o calor é fornecido a uma zona de reação separada do parafuso de avanço, simplificando tanto a operação do reator como sua produção, já que o parafuso de avanço não é submetido às temperaturas da zona de reação e pode ser fabricado para operar em um ambiente menos agressivo.

[021] O reator de pirólise, de acordo com a presente invenção, também possui a vantagem de poder operar com um termossifão que compreende uma câmara de evaporação distante ou afastada da câmara de reação, de modo que possa ser aquecido por qualquer tipo de fonte de calor, seja com um ou vários termossifões de tipo árvore dispostos na câmara de evaporação. Isso pode ser feito através da queima dos gases de pirólise ou de síntese produzidos pelo reator (previamente tratados), recuperando a energia de algum outro processo ou instalação industrial como, por exemplo, uma caldeira, incluindo as domésticas e/ou as produzidas por energias renováveis, como concentradores solares, painéis fotovoltaicos, turbinas eólicas, energia maremotriz e outras fontes de energia disponíveis, como a energia de rede elétrica. Assim, ao separar a câmara de evaporação do termossifão do próprio reator, este pode ser instalado, modulado e dimensionado com maior facilidade, de acordo com as instalações disponíveis, vista a quantidade de resíduos urbanos a serem tratados e da disponibilidade de energia de outros processos. Também permite a conexão e a operação de vários reatores ligados em um circuito ao mesmo duto de circulação dupla e à mesma câmara de evaporação, implicando em uma melhor utilização de uma ou várias fontes térmicas para uma instalação mais versátil de um ou vários reatores.

[022] A disposição separada da câmara de evaporação com o reator permite transportar o calor em seu estado gasoso e aquecer a câmara de reação mediante a condensação deste vapor, permitindo um calor homogêneo em todo o reator, independentemente de seu tamanho. Assim, um reator de grande capacidade pode ser feito para processar em lote uma quantidade maior de resíduos urbanos para aplicação também em instalações industriais como uma estação de tratamento de resíduos urbanos de uma comunidade, bairro ou cidade. Graças à presente invenção, a mistura do fluido de trabalho com uma proporção por volume compreendendo de 90 a 99% de naftaleno e de 1 a 10% de um líquido imiscível e compatível com um ponto de ebulição entre 81°C e 120°C, por exemplo, água, permite que este transporte de calor seja realizado em seu estado gasoso, evitando que o fluido de trabalho de solidifique nos pontos “frios”, tanto no trajeto por um duto de circulação dupla entre a câmara de evaporação e o reator como no próprio reator, nas câmaras de condensação e reação.

[023] Vale ressaltar que o naftaleno se encontra no estado sólido em temperatura ambiente, logo, a disposição de um duto de circulação dupla também favorece a circulação do naftaleno no estado líquido através de uma linha interna que permanece aquecida por uma linha externa, através da qual o naftaleno no estado gasoso é capaz de ascender a uma temperatura mais alta.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[024] A seguir, as figuras descritas abaixo estão de acordo com uma representação real da presente invenção. Deve-se considerar que as figuras são fornecidas apenas para fins ilustrativos e que a invenção não é limitada por estas ilustrações. As figuras não estão necessariamente na escala correta e algumas características podem ser exageradas ou minimizadas para mostrar os detalhes de certos componentes. Os componentes, materiais ou métodos já conhecidos não são descritos detalhadamente para evitar poluir a presente descrição. Quaisquer detalhes estruturais e funcionais específicos aqui descritos não devem ser interpretados como limitações, mas meramente como uma base para as reivindicações e como base representativa para mostrar a um técnico no assunto como aplicar a invenção de forma válida.

[025] A figura 1 ilustra esquematicamente um reator de pirólise para tratamento contínuo de acordo com uma representação real da presente invenção.

[026] A figura 2 ilustra esquematicamente um reator de pirólise para tratamento contínuo de acordo com outra representação real da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[027] Na descrição detalhada da invenção a seguir faz-se referência às figuras anexas que fazem parte desta descrição detalhada. As versões ilustrativas e descritas nesta descrição detalhada e representadas esquematicamente nas figuras não visam ser limitantes. Outras representações reais podem ser utilizadas e outras alterações podem ser feitas sem afastar-se da intenção ou do escopo da presente invenção, conforme definido nas reivindicações anexas.

[028] Referindo-se à figura 1 e segundo uma primeira representação real da presente invenção, um reator de pirólise é fornecido para um tratamento contínuo de resíduos urbanos que compreende: um corpo cilíndrico (100) disposto verticalmente com uma seção de entrada superior (120), uma seção de reação média (130) que define internamente uma zona de reação (105), uma seção inferior de evacuação (140) com uma seção de acoplamento (142) em sua extremidade inferior e que define uma zona de evacuação (106); uma saída de gases de pirólise (101) disposta lateralmente em uma parte superior da seção superior de entrada (120) do corpo cilíndrico (100); uma tampa superior (110) removível e disposta sobre a referida seção superior de entrada (120), fechando o extremo superior do corpo cilíndrico (100); uma entrada superior de resíduos urbanos (111) disposta através da referida tampa superior (110); onde a referida seção superior de entrada (120) define, em seu interior, uma zona de coleta de gases (103), onde o gás de pirólise é acumulado antes de ser evacuado pela referida saída de gás (101) e uma zona de coleta (104) que recebe os resíduos urbanos antes de serem transportados a referida zona de reação (105) e onde o calor é fornecido à seção de reação média (130) e à zona de reação (105), mediante a condensação do vapor de naftaleno que circula naturalmente como fluido de trabalho em um termossifão bifásico; tal termossifão bifásico opera com um fluido de trabalho compreendendo entre 90 e 99% de naftaleno e constituído por: uma câmara de condensação (300) disposta rodeando externamente a seção média de reação (130); uma câmara de evaporação (310) disposta embaixo da referida câmara de condensação (300) e fluidamente conectada a pelo menos uma conexão vertical (320), que se conecta com uma abertura na parte inferior da câmara de condensação (300) com uma abertura na parte superior da câmara de evaporação (310) e meios de aquecimento (330) dispostos perto da referida câmara de evaporação (310), a referida câmara de evaporação (310) contém o referido fluido de trabalho em fase líquida (301) que é evaporado pelo calor fornecido pelos meios de aquecimento (330) em temperaturas próximas a 400°C e circula em fase gasosa (302) através de pelo menos uma conexão vertical (320) até a câmara de condensação (300) onde as paredes da seção de reação média (130) são condensadas para transmitir o calor latente à zona de reação (105) e tal condensado cai através de pelo menos uma conexão vertical (320) de volta à câmara de evaporação (310), completando o circuito do termossifão bifásico; e um corpo horizontal (200) disposto na extremidade inferior e abaixo do corpo cilíndrico (100) e internamente conectado a zona de evacuação (106) da seção inferior de evacuação (140) por meio da seção de acoplamento (142), que inclui um parafuso de avanço (201) que permite evacuar o biochar (202) produzido.

[029] De acordo com uma representação real da invenção, o reator de pirólise para um tratamento contínuo de resíduos urbanos compreende uma segunda câmara de evaporação (400) de um segundo termossifão bifásico operando com um fluido de trabalho (401), por exemplo, água, estando disposto ao redor da seção inferior de evacuação (140) para recuperar calor e que compreende uma zona superior de evaporação (402) e uma saída de gases (410).

[030] De acordo com uma representação real da invenção, o reator de pirólise para um tratamento contínuo de resíduos urbanos compreende uma pluralidade de suportes estruturais (102) distribuídos no corpo cilíndrico (100) para sustentar as seções superior, média e inferior (120,130,140), a câmara de condensação (300), a câmara de evaporação (310) e a segunda câmara de evaporação (400).

[031] De acordo com uma representação real da invenção, o referido parafuso de avanço (201) é um parafuso de avanço helicoidal.

[032] Em referência à figura 2, e de acordo com uma segunda representação real da presente invenção, o referido reator de pirólise para um tratamento contínuo de resíduos urbanos compreende o referido termossifão bifásico operando em um circuito com um fluxo de trabalho compreendendo de 90 a 99% de naftaleno e composto por: uma câmara de condensação (3000) disposta rodeando externamente a seção de reação média (130) com uma entrada de vapor (3001) disposta na parte superior; uma câmara de evaporação (3100) localizada distante do corpo cilíndrico vertical (100) contendo o referido fluido de trabalho em fase líquida (301); meios de aquecimento (4000) localizados próximos a referida câmara de evaporação (3100) para aquecer e evaporar o referido fluido de trabalho a temperaturas próximas a 400°C; e um duto de circulação anular dupla (3130) com uma linha externa (3110) por onde sobe o fluido de trabalho no estado gasoso (302) e uma linha interna (3120) por onde desce o fluido de trabalho no estado líquido (301), onde a referida linha interna (3120) se projeta dentro da câmara de evaporação (3100) até o interior do volume ocupado pelo fluido de trabalho no estado líquido (301), onde, próximo ao corpo cilíndrico (100), a referida linha interna (3120) se separa do duto de circulação dupla para formar uma linha de fluido (3121) conectada por baixo da câmara de condensação (3000) e a referida linha externa (3110) continua como linha de vapor única (3111) até a referida entrada de vapor (3001), para que o fluido de trabalho circule no estado gasoso (302) até a câmara de condensação (300) onde as paredes da seção de reação média (130) são condensadas para transmitir o calor latente, e tal condensado cai pela referida linha de fluido (3121) e logo pela referida linha interna (3120) de volta a câmara de evaporação (3100), completando o circuito do termossifão bifásico.

[033] De acordo com uma representação real da presente invenção, o fluido de trabalho é uma mistura com uma proporção por volume compreendendo de 90 a 99% de naftaleno e de 1 a 10% de um líquido imiscível e compatível com um ponto de ebulição entre 81°C e 120°C, por exemplo, água.

[034] De acordo com uma representação real não ilustrada da presente invenção, a câmara de evaporação (3100) compreende uma pluralidade de termossifões de tipo árvore operando com um fluido de trabalhos a aproximadamente 400°C e que são aquecidos com uma combinação de uma ou mais das seguintes fontes térmicas: queimador de gás que pode ser alimentado pelo gás de pirólise gerado pelo próprio reator previamente tratado, diretamente com um circuito elétrico com resistências de aquecimento, com um circuito de circulação de fluido de trabalho, com um painel solar com concentradores como lentes de Fresnel e refletores parabólicos, com um circuito de circulação de fluido de trabalho, com uma caldeira onde a biomassa pode ser queimada e alimentada pelo gás de pirólise gerado pelo próprio reator.

[035] Em particular, entende-se por termossifão bifásico tipo árvore uma câmara de condensação substancialmente alargada e disposta de maneira horizontal, por exemplo, um tubo horizontal a partir do qual se dispõem uma pluralidade de tubos verticais conectados fluidamente com a câmara de condensação e que permitem uma circulação ascendente do estado gasoso, operando como câmaras de condensação.

[036] De acordo com outra representação real não ilustrada da presente invenção, a câmara de condensação (3000) se conecta ao referido duto de circulação anular dupla (3130) a diferentes câmaras de evaporação, cada uma com um volume de líquido que produz um fluxo ascendente no estado gasoso que é coletado pelo duto de circulação anular duplo (3130) que também distribui, pela linha interna (3120), o líquido condensado do compartimento de condensação (3000) no reator.

[037] As referidas câmaras de evaporação são aquecidas mediante um termossifão de tipo árvore com uma combinação de uma ou mais das seguintes fontes térmicas: queimador de gás que pode ser alimentado pelo gás de pirólise gerado pelo próprio reator previamente tratado, diretamente com um circuito elétrico com resistências de aquecimento, com um circuito de circulação de fluido de trabalho com um painel solar com concentradores como lentes de Fresnel e refletores parabólicos, com um circuito de circulação de fluido de trabalho, com uma caldeira onde a biomassa pode ser queimada e alimentada pelo gás de pirólise gerado pelo próprio reator.

[038] De acordo com uma representação real da presente invenção, a câmara de realização (3000) se conecta ao referido duto de circulação anular dupla (3130) a diferentes câmaras de evaporação, onde uma câmara de evaporação é aquecida através de um circuito e um trocador de calor é aquecido por meio de trabalho de uma usina termossolar.

[039] De acordo com a presente invenção, se supõe que vários reatores de pirólise podem ser conectados em circuito por meio do duto de circulação anular dupla (3130) a uma única câmara de evaporação (3100) ou a várias câmaras de evaporação para se adaptar às instalações disponíveis, segundo os requerimentos e as capacidades caloríficas da aplicação do reator ou de diversos reatores em circuito conectados e de acordo com as capacidades energéticas disponíveis. Assim, é possível alimentar um queimador de gás ou uma caldeira com gás de pirólise gerado pelo próprio reator ou pelos próprios reatores previamente mencionados, ou também pode se aproveitar de um excesso energético proveniente de uma fonte disponível para recuperar tal gás de pirólise em combustível para seu aproveitamento posterior.

[040] A terminologia aqui utilizada tem o propósito de descrever formas particulares de realização e não busca limitar o assunto revelado. Como aqui utilizado, as formas singulares “um”, “uma”, “o” e “a” também buscam incluir as formas plurais, exceto caso o contexto claramente indique o contrário. Entende-se ainda que os termos “compreende” e/ou “que compreende”, quando usados neste relatório descritivo, especificam a presença de características, números, etapas, operações, elementos e/ou componentes estabelecidos, mas não excluem a presença ou a inclusão de uma ou mais características, números, etapas, operações, elementos, componentes e/ou seus grupos.

[041] As estruturas, materiais, atos e equivalentes correspondentes de todos os elementos de meios ou etapas adicionados às funções listadas nas reivindicações abaixo pretendem incluir qualquer estrutura, seja ela um material ou uma ação, para realizar a função combinando outros elementos já reivindicados e criando uma reivindicação específica. A descrição do presente assunto divulgado foi apresentada com fins ilustrativos e descritivos, mas não pretende ser exaustiva ou limitada ao assunto divulgado na forma divulgada. Muitas modificações e variações serão evidentes aos técnicos no assunto sem afastar-se da intenção ou do escopo do tema revelado. A versão concreta foi escolhida e descrita para melhor explicar os princípios da matéria divulgada e sua aplicação prática, e para permitir que outros técnicos no assunto a entendam para outras versões concretas com diversas modificações que sejam adequadas para o uso particular contemplado.

Claims (11)

1. Reator de pirólise para um tratamento contínuo de resíduos urbanos, CARACTERIZADO por compreender: um corpo cilíndrico (100) disposto verticalmente com uma seção de entrada superior (120), uma seção de reação média (130) que define internamente uma zona de reação (105), uma seção inferior de evacuação (140) com uma seção de acoplamento (142) em sua extremidade inferior e que define uma zona de evacuação (106); uma saída de gases de pirólise (101) disposta lateralmente em uma parte superior da seção superior de entrada (120) do corpo cilíndrico (100); uma tampa superior (110) removível e disposta sobre a referida seção superior de entrada (120), fechando o extremo superior do corpo cilíndrico (100); uma entrada superior de resíduos urbanos (111) disposta através da referida tampa superior (110); em que a referida seção superior de entrada (120) define, em seu interior, uma zona de coleta de gases (103), onde o gás de pirólise é acumulado antes de ser evacuado pela referida saída de gás (101) e uma zona de coleta (104) que recebe os resíduos urbanos antes de serem transportados a referida zona de reação (105) e onde o calor é fornecido à seção de reação média (130) e à zona de reação (105), mediante a condensação do vapor de naftaleno que circula naturalmente como fluido de trabalho em um termossifão bifásico; tal termossifão bifásico opera com um fluido de trabalho compreendendo entre 90 e 99% de naftaleno e constituído por uma câmara de condensação (300) disposta rodeando externamente a seção média de reação (130); uma câmara de evaporação (310) disposta embaixo da referida câmara de condensação (300) e conectada fluidamente mediante a pelo menos uma conexão vertical (320), que se conecta com uma abertura na parte inferior da câmara de condensação (300) com uma abertura na parte superior da câmara de evaporação (310) e meios de aquecimento (330) dispostos perto da referida câmara de evaporação (310), a referida câmara de evaporação (310) contém o referido fluido de trabalho em fase líquida (301) que é evaporado pelo calor fornecido pelos meios de aquecimento (330) em temperaturas próximas a 400°C e circula em fase gasosa (302) através de pelo menos uma conexão vertical (320) até a câmara de condensação (300) onde as paredes da seção de reação média (130) são condensadas para transmitir o calor latente à zona de reação (105) e tal condensado cai através de pelo menos uma conexão vertical (320) de volta à câmara de evaporação (310), completando o circuito do termossifão bifásico; e um corpo horizontal (200) disposto na extremidade inferior e abaixo do corpo cilíndrico (100) e internamente conectado a zona de evacuação (106) da seção inferior de evacuação (140) por meio da seção de acoplamento (142), que inclui um parafuso de avanço (201) que permite evacuar o biochar (202) produzido.

2. Reator de pirólise, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO porque o fluido de trabalho é uma mistura de proporção em volume compreendendo de 90% a 99% de naftaleno e de 1 a 10% de um líquido imiscível e compatível com um ponto de ebulição entre 81°C e 120°C.

3. Reator de pirólise, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO porque a água é o referido líquido imiscível e compatível.

4. Reator de pirólise, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por compreender uma segunda câmara de evaporação (400) de um segundo termossifão bifásico, disposto ao redor da seção inferior de evacuação (140) para recuperar calor e que compreende uma zona superior de evaporação (402) e uma saída de gases (410).

5. Reator de pirólise, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO por compreender uma pluralidade de suportes estruturais (102) distribuídos no corpo cilíndrico (100) para sustentar as seções superior, média e inferior (120,130,140), a câmara de condensação (300), a câmara de evaporação (310) e a segunda câmara de evaporação (400).

6. Reator de pirólise, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO porque o referido parafuso de avanço (201) é um parafuso de avanço helicoidal.

7. Reator de pirólise, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO porque o referido termossifão bifásico opera com um fluxo de trabalho compreendendo de 90 a 99% de naftaleno e composto por uma câmara de condensação (3000) disposta rodeando externamente a seção de reação média (130) com uma entrada de vapor (3001) disposta na parte superior; uma câmara de evaporação (3100) localizada distante do corpo cilíndrico vertical (100) contendo o referido fluido de trabalho em fase líquida (301); meios de aquecimento (4000) localizados próximos a referida câmara de evaporação (3100) para aquecer e evaporar o referido fluido de trabalho a temperaturas próximas a 400°C; e um duto de circulação anular dupla (3130) com uma linha externa (3110) por onde sobe o fluido de trabalho no estado gasoso (302) e uma linha interna (3120) por onde desce o fluido de trabalho no estado líquido (301), onde a referida linha interna (3120) se projeta dentro da câmara de evaporação (3100) até o interior do volume ocupado pelo fluido de trabalho no estado líquido (301), em que, próximo ao corpo cilíndrico (100), a referida linha interna (3120) se separa do duto de circulação dupla para formar uma linha de fluido (3121) conectada por baixo da câmara de condensação (3000) e a referida linha externa (3110) continua como linha de vapor única (3111) até a referida entrada de vapor (3001), para que o fluido de trabalho circule no estado gasoso (302) até a câmara de condensação (300) onde as paredes da seção de reação média (130) são condensadas para transmitir o calor latente, e tal condensado cai pela referida linha de fluido (3121) e logo pela referida linha interna (3120) de volta a câmara de evaporação (3100), completando o circuito do termossifão bifásico.

8. Reator de pirólise, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO porque a câmara de evaporação (3100) compreende uma pluralidade de termossifões de tipo árvore operando com um fluido de trabalhos a aproximadamente 400°C e que são aquecidos com uma combinação de uma ou mais das seguintes fontes térmicas: queimador de gás que pode ser alimentado pelo gás de pirólise gerado pelo próprio reator previamente tratado, diretamente com um circuito elétrico com resistências de aquecimento, com um circuito de circulação de fluido de trabalho, com um painel solar com concentradores como lentes de Fresnel e refletores parabólicos, com um circuito de circulação de fluido de trabalho, com uma caldeira onde a biomassa pode ser queimada e alimentada pelo gás de pirólise gerado pelo próprio reator.

9. Reator de pirólise, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO porque a câmara de condensação (3000) se conecta ao referido duto de circulação anular dupla (3130) a diferentes câmaras de evaporação, cada uma com um volume de líquido que produz um fluxo ascendente no estado gasoso que é coletado pelo duto de circulação anular duplo (3130) que também distribui, pela linha interna (3120), o líquido condensado do compartimento de condensação (3000) no reator.

10. Reator de pirólise, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO porque as referidas câmaras de evaporação são aquecidas mediante um termossifão de tipo árvore com uma combinação de uma ou mais das seguintes fontes térmicas: queimador de gás que pode ser alimentado pelo gás de pirólise gerado pelo próprio reator previamente tratado, diretamente com um circuito elétrico com resistências de aquecimento, com um circuito de circulação de fluido de trabalho com um painel solar com concentradores como lentes de Fresnel e refletores parabólicos, com um circuito de circulação de fluido de trabalho, com uma caldeira onde a biomassa pode ser queimada e alimentada pelo gás de pirólise gerado pelo próprio reator.

11. Reator de pirólise, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO porque a câmara de condensação (3000) se conecta ao referido duto de circulação anular dupla (3130) a diferentes câmaras de evaporação, onde uma câmara de evaporação é aquecida mediante um circuito e um trocador de calor é aquecido por meio de trabalho de uma usina termossolar.