BR112013026336B1

BR112013026336B1 - método de obtenção de negro de fumo a partir de refugos de borracha e dispositivo para o mesmo

Info

Publication number: BR112013026336B1
Application number: BR112013026336-9A
Authority: BR
Inventors: Jean-Louis Pech; Nikolaï Ivanovitch Kalatski
Original assignee: Alpha Recyclage Franche Comté
Priority date: 2011-04-14
Filing date: 2012-04-12
Publication date: 2020-12-01
Also published as: RU2013150626A; US20140072506A1; BR112013026336A2; EP2697315A1; EP2697315B1; CA2831483A1; RU2602147C2; US9487659B2; CO6801711A2; MX2013011936A; CA2831483C; WO2012140375A1

Abstract

MÉTODO DE OBTENÇÃO DE NEGRO DE FUMO A PARTIR DE REFUGOS DE BORRACHA E DISPOSITIVO PARA O MESMO. A presente invenção refere-se a um método de obtenção de negro de fumo a partir de refugos de borracha, compreendendo a sua decomposição térmica em um reator, a separação dos produtos de decomposição em produtos vapor-gás e em resíduos sólidos carbônicos, a trituração dos resíduos de carbonos, a combustão dos produtos vapor-gás com os resíduos de carbono triturados por através da admissão na câmara de combustão dos produtos vapor-gás, a razão de consumo de massa dos produtos vapor-gás e dos resíduos de carbono triturados estando compreendida entre 1: (0, 1 - 2). Outro objeto da presente invenção refere-se igualmente a um dispositivo para a obtenção de negro de fumo a partir dos refugos de borracha.

Description

[0001] A presente invenção refere-se ao domínio do tratamento dos refugos e pode ser utilizada na indústria química para a produção de negro de fumo, mas igualmente na indústria da borracha para a obtenção de componentes à base de misturas de borracha.

[0002] Vários métodos de tratamento de pneus gastos foram descritos na arte anterior. Em particular, a patente US 5.087.436 apresenta um método por pirólise sob vácuo para a obtenção de fuligem carbônica com temperaturas compreendidas entre 490 e 510°C, uma pressão absoluta de 5 kPa, uma absorção de iodo compreendida entre 0,13 - 0,15 kg/kg, um índice de óleo de dibutilftalato (80 - 100) compreendido entre 10 e 5 m3 /kg e um índice de capacidade colorante compreendido entre 55 e 63.

[0003] O método descrito nesta patente apresenta vários inconvenientes entre os quais gastos energéticos consideráveis durante a realização do método e uma introdução complexa dos refugos no reator devido à necessidade de criar e manter o vácuo na câmara de combustão.

[0004] Outro método de tratamento térmico dos pneus gastos e o seu dispositivo de realização são descritos na patente RU 2269415, assegurando a obtenção de resíduos sólidos de carbono (fuligem) com as características seguintes: índice de iodo (ml/100g) - 112, transmissão da luz do extrato toluênico (%) - 98, absorção de ftalato de dibutila (ml/100 g) - 93.

[0005] Este método consiste em uma pirólise dos pneus gastos em um reator a temperaturas compreendidas entre 550 e 800°C em um meio de gás de redução obtido por um gerador de gás de redução pela combustão dos gases contendo os hidrocarbonetos e a separação dos produtos da pirólise. No mínimo, uma parte dos produtos gasosos de pirólise que saem do reator com os vapores dos hidrocarbonetos líquidos, é admitida no gerador de gás de redução e na unidade de calor. No mínimo, uma parte das fumaças que saem da unidade de calor é admitida no gerador de gás de redução e para o reator.

[0006] A unidade para o tratamento térmico dos pneus gastos permitindo implementar este método compreende um reator, um sistema de evacuação de gases que se formam no reator, um gerador de gás de redução ramificado ao reator, um sistema de admissão dos pneus triturados e um receptor para os resíduos sólidos de pirólise. A unidade é equipada com um dispositivo de aquecimento com meios de saída dos gases de fumaças, o sistema de evacuação dos gases formados no reator sendo ramificado com o gerador dos gases de redução e o reator.

[0007] Os inconvenientes relacionados com este método residem nas cargas energéticas consideráveis para a realização do processo devido à necessidade de produzir um gás de redução por combustão incompleta dos hidrocarbonetos, bem como a introdução complexa dos refugos no reator.

[0008] A patente RU 2174911 descreve ainda um método de tratamento de refugos de borracha, compreendendo a sua decomposição térmica em um meio vapor-gás, a separação dos produtos de decomposição em produtos sólidos e gasosos, a admissão dos produtos sólidos de decomposição em um forno de ativação com a admissão simultânea em um forno do vapor d’água em quantidade compreendida entre 0,8 e 1,6 kg por quilograma de produtos sólidos de decomposição, a evacuação do forno de ativação da mistura gasosa com uma razão de massa na mistura compreendida entre 3 e 0,6 de vapor d’água e 1 de gás de ativação e a sua utilização em qualidade do meio vapor-gás para a decomposição dos refugos, a admissão no forno de ativação simultaneamente com a admissão dos produtos sólidos de decomposição e o vapor d’água dos refugos de borracha em quantidade compreendida entre 0,05 e 0,20 kg dos refugos para 1 kg de produtos sólidos, conduzindo à obtenção de carvão ativado.

[0009] Os inconvenientes relacionados com este método compreendem um consumo de energia considerável durante a realização do processo e refugos significantes de produtos de combustão nocivos para o meio ambiente.

[0010] A patente RU 2139187 apresenta um método de tratamento térmico dos pneus gastos no curso do qual os pneus são carregados em um reator onde a matéria sofre uma pirólise em temperaturas compreendidas entre 550 e 800°C na presença de um gás redutor de acordo com uma razão gás redutor/matéria de 0,20 - 0,45: 1. Os produtos de pirólise são depois separados e os resíduos sólidos são descarregados. Uma vez a pirólise terminada, vapor superaquecido a temperaturas compreendidas entre 250 e 300°C é introduzido em quantidades compreendidas entre 0,03 - 0,12: 1 em relação com a matéria carregada. O gás redutor é obtido por combustão incompleta dos hidrocarbonetos a = 0,4 - 0,85.

[0011] Este método apresenta, contudo, vários inconvenientes. ele é acompanhado, com efeito, de um consumo elevado de energia, notadamente devido à necessidade de obter o gás redutor por combustão incompleta dos hidrocarbonetos. Rejeitos gasosos nocivos para o meio ambiente são emitidos na sequência da combustão incompleta destes hidrocarbonetos. Uma fuligem de qualidade relativamente baixa é obtida em razão da quantidade significante de cinza (8 - 14 % em massa), a eliminação desta fuligem não sendo, portanto, realizada no âmbito deste método. Por esta razão, uma purificação suplementar da fuligem proveniente da cinza é necessária, o que acarreta custos energéticos suplementares.

[0012] Um método de produção de carbono técnico, de componentes de combustíveis de hidrocarboneto e de matérias primas para a indústria química a partir dos refugos industriais e domésticos contendo borracha é descrito na patente RU 2352600. Este método consiste em uma termólise de granulados de borracha fluidificada em um fluxo vertical de agente dissolvente, liquefazendo a mistura de hidrocarbonetos contendo alquila-aromático. O dissolvente circula entre os granulados de borracha e o carbono técnico. Os produtos de termólise são separados do carbono técnico. Termólise é realizada a temperaturas compreendidas entre 320 e 420°C, com pressões compreendidas entre 3,8 e 4,2 Mpa e conforme proporções de massa de dissolvente em relação aos granulados de borracha superiores ou iguais a 1,0. Neste método, o dissolvente é ao mesmo tempo um agente de liquefação e um agente portador de calor, levando todos os produtos de termólise no fluxo comum do reator. O carbono técnico obtido apresenta uma composição próxima da composição da fuligem utilizada na produção da borracha.

[0013] Este método apresenta igualmente inconvenientes. Um forte consumo de energia é ligado à criação da camada fluidizada por bombeamento do agente portador de calor - dissolvente pela granulado de borracha e o carbono técnico, bem como a regeneração do agente portador de calor-dissolvente, implicando a separação do último dos produtos de termólise dos refugos. Rejeitos significantes de fumaças no meio ambiente são gerados. A qualidade relativamente baixa do carbono técnico obtido, que se aproxima da fuligem utilizada para a produção da borracha, mas que não pode ser considerada como o seu substituto completo, já que contém uma grande quantidade de cinza sob a forma de óxidos de zinco, de ferro, de silício etc....

[0014] Outro método de produção de fuligem é descrito na patente RU 747868. Este método consiste em uma pirólise das matérias primas sólidas de hidrocarbonetos (refugos das composições poliméricas) a temperaturas compreendidas entre 400 e 1500°C, com formação de resíduos carbônicos, desprendimento de produtos vapor-gás e de trituração dos resíduos carbônicos no fluxo dos produtos vapor-gás a temperaturas compreendidas entre 350 e 400°C, a pirólise dos refugos sendo realizada pela mistura vapor-gás, que é composto em % em volume: Vapor d’água superaquecido 35 - 50 Dióxido de carbono 5 - 10 Óxido de carbono 1 - 3 Oxigênio 0,1 - 2,0 Nitrogênio o resto

[0015] Os produtos vapor-gás de pirólise dos refugos são submetidos a uma decomposição térmica a temperaturas compreendidas entre 1400 e 1500°C.

[0016] Os inconvenientes ligados a este método residem em um consumo considerável de energia, resultando notadamente das elevadas temperaturas utilizadas durante a pirólise (até a 1500°C). Rejeitos significantes de elementos nocivos para o ambiente são emitidas na sequência da decomposição térmica dos produtos vapor-gás. A fuligem obtida apresenta uma qualidade relativamente fraca, devido à quantidade significante das impurezas sob a forma de cinza.

[0017] Outro método que se aproxima da invenção visada é descrito na patente RU 2276170. Este último método compreende a decomposição térmica de refugos em um reator em um meio vapor-gás, a separação dos produtos de decomposição em produtos vapor-gás e em resíduo carbônico sólido, a trituração dos resíduos carbônicos.

[0018] O óleo é extraído dos produtos vapor-gás por condensação, depois ele sofre uma decomposição térmica em fuligem e gases a temperatura de 900 - 2000°C. Os produtos vapor-gás após a desprendimento do óleo são queimados junto com os resíduos carbônicos e, por filtração dos produtos de combustão, obtém-se a fuligem.

[0019] A combustão dos produtos vapor-gás após separação do óleo junto com os resíduos carbônicos triturados é realizada com um coeficiente de excesso de ar compreendido entre 0,4 e 0,9, conduzindo a uma fuligem, ou negro de fumo, de menor qualidade o que resulta em perdas significantes de dióxido de carbono ligadas às taxas elevadas de oxigênio durante a combustão.

[0020] Previamente, antes de trituração dos resíduos carbônicos, extraem-se resíduos de carbono de metal por separação magnética.

[0021] Os gases da decomposição térmica do óleo são queimados e os produtos de combustão são utilizados como um agente portador de calor para o aquecimento externo do reator.

[0022] Os inconvenientes ligados a este método residem aqui ainda no consumo específico elevado de energia para a produção de 1 kg de fuligem, na quantidade significante de resíduos de carbono queimados sem formação de fuligem durante a combustão comum com os produtos vapor-gás. Na introdução complexa dos refugos no reator devido à necessidade de extrair o óleo dos produtos vapor-gás por meio de um equipamento especial. Nos refugos significantes de produtos nocivos de combustão no meio ambiente, arrastados por uma grande quantidade de materiais queimados: os gases da decomposição térmica do óleo, os produtos vapor-gás, uma parte dos resíduos de carbono triturados. Na qualidade relativamente baixa do negro de fumo obtido, após a combustão de uma parte dos resíduos de carbono triturados, a proporção de carbono na fuligem que se forma sendo reduzida e o teor de cinzas aumentando.

[0023] A presente invenção visa remediar os inconvenientes da arte anterior, notadamente reduzindo o consumo de energia para a produção de negro de fumo e simplificando a introdução dos refugos no reator. A presente invenção visa igualmente diminuir a quantidade de rejeitos nocivos no meio ambiente e melhorar a qualidade do negro de fumo obtido a partir dos refugos de borracha, reduzindo a taxa de cinza residual presente no negro de fumo e diminuindo igualmente os resíduos minerais tóxicos como o enxofre, a sílica e os óxidos de zinco.

[0024] Para esse efeito, a presente invenção propõe um método de obtenção de negro de fumo a partir de refugos de borracha, compreendendo a sua decomposição térmica em um reator, a separação dos produtos de decomposição em produtos vapor-gás e em resíduos sólidos carbônicos, a trituração dos resíduos de carbonos, a combustão dos produtos vapor-gás com os resíduos de carbono triturados por meio da admissão na câmara de combustão dos produtos vapor-gás, a razão de consumo de massa dos produtos vapor-gás e dos resíduos de carbono triturados estando compreendida entre 1: (0,1 - 2).

[0025] De modo vantajoso, durante o método de obtenção de negro de fumo de acordo com a presente invenção, os produtos vapor-gás são queimados com os resíduos de carbono triturados sob uma forma gasosa ou sob uma forma liquida após condensação.

[0026] Os produtos vapor-gás que se formam durante a decomposição térmica dos refugos de borracha contêm hidrocarbonetos e vapor d’água. O calor de combustão específico dos produtos vapor-gás varia em função do teor de vapor d’água nos limites de 15000 para 40000 kJ/kg. Estes produtos são portanto gases combustíveis.

[0027] A combustão destes produtos com uma falta de ar conduz à formação de um negro de fumo de melhor qualidade, às vezes chamado, devido a um abuso de linguagem, fuligem. A presença de vapor d’água melhora as características de qualidade da fuligem aumentando a superfície específica resultante da reação entre o vapor d’água e o negro de fumo (ou fuligem) que se forma. Assim, quando da combustão dos produtos vapor-gás, há ativação de fuligem que se forma.

[0028] A admissão dos resíduos carbônicos triturados na câmara de combustão por intermédio dos produtos vapor-gás permite eliminar resíduos dos sulfetos e os produtos voláteis (compostos de resina formados durante a decomposição térmica dos refugos de borracha, e que se acumulam nos resíduos sólidos). A calcinação das partículas de carbono acarreta a fissuração e a trituração dos mesmos. Este fenômeno conduz à separação da cinza do carbono (destruição dos conglomerados de carbono - cinza). Isto permite à etapa seguinte enriquecer os resíduos de carbono retirando as cinzas desprendidas, ou seja, reduzir o teor de cinzas e melhorar a qualidade do negro de fumo obtido de acordo com a presente invenção.

[0029] As partículas de resíduos de carbono passam na câmara de combustão sob o efeito dos produtos vapor-gás e são expostas a uma temperatura superior a 1000° C. Este calor considerável e rápido provoca reações entre o vapor d’água dos produtos vapor-gás e as partículas do resíduo de carbono com a formação de hidrogênio e óxido de carbono bem como o aumento da superfície específica do negro de fumo.

[0030] Os resíduos de carbono triturados podem ser fornecidos na câmara de combustão sob o efeito dos produtos vapor-gás de acordo com certos limites. A admissão dos resíduos de carbono em quantidade inferior a 0,1 kg sobre 1 kg de produtos vapor-gás queimados (razão de massa inferior a 1:0,1) provoca uma redução brusca da quantidade de negro de fumo que se forma. A admissão dos resíduos de carbono na câmara de combustão em quantidade superior a 2 kg sobre 1 kg de produtos vapor-gás queimados (razão de massa superior a 1:2) provoca o depósito das partículas de carbono trituradas na câmara de combustão, a redução brusca da temperatura na câmara (as partículas de carbono são introduzidas na câmara com uma temperatura inferior a 400°) e a redução da reação de combustão, resultando daí uma baixa da produção e da qualidade de negro de fumo que se forma.

[0031] Em um modo de realização preferido da invenção, os produtos vapor-gás condensados sob forma líquida são separados uma primeira fração apresentando um ponto de ebulição inferior ou igual a 360°C e uma segunda fração apresentando um ponto de ebulição superior a 360°C, a primeira fração sendo misturada com os resíduos de carbono triturados em um razão de 1: (0,1 - 2,0), a mistura obtida sendo queimada, os produtos de combustão sendo separados por via mecânica em um campo centrífugo em fuligem e em cinza.

[0032] A separação do óleo uma primeira fração com uma temperatura de ebulição inferior ou igual a 360°C permite obter um líquido apresentando uma viscosidade baixa, o que permite assegurar a impregnação por este líquido das partículas da fração carbônica triturada por enchimento dos poros das referidas partículas. A impregnação das partículas dos resíduos carbônicos pelo óleo diretamente separado dos produtos vapor-gás, não é possível, este óleo tendo uma viscosidade elevada e não podendo praticamente penetrar nos poros das partículas.

[0033] A separação do óleo em uma segunda fração com uma temperatura de ebulição superior a 360°C permite obter matérias primas de qualidade para a produção de negro de fumo, esta fração apresentando uma razão de hidrogênio para carbono ótimo para assegurar um rendimento de produção de negro de fumo de elevada qualidade durante a decomposição térmica desta fração.

[0034] A decomposição térmica do óleo diretamente separado dos produtos vapor-gás não permite obter um negro de fumo de qualidade com um rendimento considerável, esta fração contendo hidrogênio e carbono em quantidades tais que a razão de hidrogênio para carbono não é ótima para a obtenção de negro de fumo.

[0035] A mistura da primeira fração com os resíduos carbônicos triturados permite obter uma suspensão combustível contendo uma fração líquida livre e partículas de resíduos carbônicas distribuídas de modo regular no volume desta fração. Deste modo, as partículas de resíduos carbônicas são impregnadas pela primeira fração líquida, os poros das partículas de carbono são cheios pela fração líquida.

[0036] Quando de combustão desta suspensão, a fração líquida livre queima logo, provocando a formação de uma tocha de produtos quentes de combustão. As partículas de carbono são aquecidas por irradiação da tocha quente, o que provoca a evaporação da fração líquida contida nos poros das partículas. Os pares da fração líquida que se formam nos canais dos poros do volume das partículas sob a influência de um gradiente de pressão (a evaporação da fração líquida no interior das partículas de resíduos carbônicas acarreta um aumento da pressão) passam em direção à superfície das partículas, misturam-se com o ar admitido para a combustão da suspensão e queimam.

[0037] A combustão dos vapores na superfície das partículas previne a combustão do carbono das partículas. Este fenômeno assegura a conservação do negro de fumo que, no presente caso, é o produto desejado, ou seja, o negro de fumo. Simultaneamente, após o fenômeno de elevação da pressão no interior das partículas dos resíduos de carbono, estas são destruídas (por fragmentação) em partículas mais finas, gerando uma trituração suplementar dos resíduos carbônicos. No final desta trituração suplementar, ocorre separação das partículas de carbono das partículas de cinza. Sabe-se que, durante o método de pirólise dos refugos de borracha, uma parte das cinzas (óxidos do zinco, silício, ferro, etc.) forma conglomerados (composições mecânicas) com as partículas de carbono puro.

[0038] Para obter uma destruição mecânica destes conglomerados (separação das partículas de carbono das cinzas) é necessário realizar uma trituração muito fina dos resíduos carbônicos, o que acarreta um consumo elevado de energia. Para tanto, a destruição mecânica dos conglomerados de cinza e de carbono é necessária para a separação completa seguinte dos resíduos de carbono em carbono puro e cinza.

[0039] Esta separação pode ser realizada por métodos mecânicos, ou seja, por via de separação, a densidade das partículas de cinza sendo consideravelmente superior à densidade das partículas de carbono; por exemplo, a densidade do óxido de zinco é de 5700 kg /m3, e a densidade do carbono é de 2265 kg/m3.

[0040] Para a obtenção da suspensão combustível, mistura-se a primeira fração com os resíduos de carbono triturados em proporção de peso 1:0,1, portanto de 1,1 kg da suspensão deve conter pelo menos 0,1 kg de resíduos de carbono e 1,0 kg da primeira fração. No caso de teor mais baixo em partículas na suspensão, a sua uniformidade de distribuição no volume é perturbada, o que provoca uma combustão irregular da suspensão (a chama será mais ou menos perturbada em função da quantidade da fração líquida livre na suspensão que passará pelo injetor, esta sendo maior ou menor em função do tempo).

[0041] No caso de teor mais baixo em partículas de carbono na suspensão, haverá menos negro de fumo, e o consumo da fração líquida queimada aumentará, o que provocará um aumento do consumo energético para a produção de negro de fumo e um aumento dos rejeitos de produtos de combustão no ambiente.

[0042] A combustão de uma suspensão com uma proporção de peso da fração líquida e das partículas de resíduos de carbono superior a 1:2 provoca uma perturbação do processo de combustão desta suspensão devido ao baixo teor da fração líquida livre. Neste caso, a utilização de uma suspensão compreendendo para 1 kg de fração líquida livre, mais de 2 kg de partículas de resíduos carbônicos, provoca uma perturbação do processo de combustão, uma perturbação do processo de tratamento térmico das partículas do carbono e pior qualidade de negro de fumo obtido. A combustão de tal suspensão provoca um desgaste elevado por abrasão do equipamento (injetores) e também uma combustão elevada do carbono.

[0043] De modo vantajoso, a segunda fração é submetida a uma decomposição térmica em fuligem e em gases de acordo com temperaturas compreendidas entre 850 a 2100°C.

[0044] A decomposição térmica da segunda fração de óleo é realizada a temperaturas compreendidas entre 850 e 2100°C no âmbito da presente invenção. Em temperaturas inferiores a 850°C, a segunda fração de óleo não é quase submetida a uma decomposição com formação de negro de fumo. A elevação da temperatura a mais de 2100°C provoca a decomposição de uma parte considerável do óleo com formação de grafite, o que se traduz por uma diminuição sensível da formação de negro de fumo de qualidade.

[0045] Em um modo de realização particular da invenção, a combustão da mistura da primeira fração e dos resíduos de carbono é realizada com um coeficiente de excesso de ar compreendido entre 0,20 e 0,35. A expressão “coeficiente de excesso de ar” deve aqui ser compreendida de modo relativo, porque se trata, na espécie, de uma taxa reduzida de ar em relação à taxa normal (coeficiente igual a 1).

[0046] Durante a combustão da suspensão, o ar deve ser admitido em quantidade de 0,20 a 0,35 em relação à quantidade teoricamente necessária para esta suspensão, o que é determinado pelos métodos especiais de cálculo levando em conta a capacidade térmica específica da suspensão e do teor dos elementos combustíveis (hidrogênio, carbono, enxofre). Desta maneira, leva-se em conta o fato de que o carbono não deve ser praticamente queimado, a sua combustão (oxidação) levando à redução do rendimento de formação do negro de fumo e à diminuição de sua qualidade devido à oxidação das partículas de carbono.

[0047] A redução da quantidade de ar fornecida quando da combustão da suspensão a valores inferiores a 0,20 em relação à quantidade teoricamente necessária acarreta a impossibilidade de ignição e de combustão da suspensão e a parada do método de obtenção de negro de fumo.

[0048] O aumento da quantidade de ar fornecida quando da combustão da suspensão a valores superiores a 0,35 em relação à quantidade teoricamente necessária acarreta um aumento da quantidade de carbono queimado, provocando uma redução da formação de negro de fumo e uma diminuição da sua qualidade depois da oxidação da superfície das partículas de carbono, bem como um aumento da quantidade de calor emitido, o que provocará o super aquecimento do sistema de combustão da suspensão e a deterioração de sua capacidade de trabalho.

[0049] Preferivelmente, durante o método de obtenção de negro de fumo de acordo com a presente invenção, os resíduos de carbono são triturados para obter partículas de dimensões compreendidas entre 0,1 e 2,0 mm.

[0050] A trituração dos resíduos carbônicos em partículas de dimensões inferiores a 0,10 mm é acompanhada por um aumento de consumo de energia. Com tais dimensões, as partículas apresentam uma elevada capacidade reativa devido à sua grande superfície específica, o que acarreta a sua combustão intensa na câmara de combustão e, portanto, a perda do produto de valor, ou seja, o negro de fumo.

[0051] A entrada na tocha turbulenta de partículas apresentando dimensões superiores a 2,0 mm impede que estas últimas sejam aquecidas em temperatura elevada. Resulta uma eliminação incompleta das partículas voláteis, o que se traduz em uma qualidade reduzida do negro de fumo obtido. Além disso, as partículas apresentando dimensões superiores a 2 mm depositam-se intensamente na câmara de combustão (caindo da tocha turbulenta sobre as paredes da câmara). Resulta assim uma deterioração do processo de combustão, uma redução da quantidade e da qualidade do negro de fumo formado, mas também uma obstrução da câmara de combustão (pelas partículas depositadas).

[0052] Em um modo de realização particular da invenção, a totalidade ou parte dos resíduos de carbono triturados é transportada na câmara de combustão por intermédio dos produtos vapor-gás.

[0053] A totalidade ou parte dos resíduos carbônicos triturados é fornecida na câmara de combustão via o queimador turbulento por transporte de gás. Este método de admissão dos resíduos carbônicos via a corrente de gás turbulento não perturba o funcionamento hidrodinâmico da tocha turbulenta de combustão, esta resultando da combustão dos produtos vapor-gás através dos queimadores instalados tangencialmente e de modo diametralmente oposto na câmara de combustão. No caso de perturbação do equilíbrio hidrodinâmico da tocha turbulenta, o processo de combustão é igualmente perturbado, o que reduz a quantidade e a qualidade do negro de fumo produzido e aumenta a quantidade de produtos de hidrocarbonetos combustíveis, provocando, in fine, um aumento do consumo de energia para a produção de negro de fumo.

[0054] A alimentação do forno cilíndrico pelo queimador turbulento instalado na extremidade do eixo da câmara de combustão dos produtos vapor-gás conduz a certo número de efeitos positivos, entre os quais se pode citar a manutenção do bom funcionamento da tocha turbulenta de combustão, a prevenção do depósito das partículas de carbono na câmara de combustão, a eliminação mais completa das partículas de negro de fumo da câmara de combustão na câmara de reação, participando em um aperfeiçoamento das propriedades do negro de fumo assim formado.

[0055] A utilização de uma parte dos produtos vapor-gás em qualidade de meio de transporte de gases permite prevenir a queima prematura dos resíduos carbônicos (antes da entrada na câmara de combustão). A utilização de qualquer outro gás inerte para o transporte gasoso das partículas e sua entrada na câmara de combustão perturbaria o processo de combustão na tocha turbulenta, gerando a deterioração do equilíbrio dos componentes combustíveis. A utilização do ar para o transporte gasoso não é possível devido à queima das partículas de carbono antes da sua entrada na câmara de combustão (a temperatura de queima do carbono ao ar está próxima de 150°C).

[0056] De modo vantajoso, os gases provenientes da decomposição térmica da segunda fração e os produtos de combustão da mistura são queimados juntamente com os produtos vapor-gás, e a energia térmica obtida é utilizada para assegurar a decomposição térmica dos refugos de borracha no reator.

[0057] Durante a decomposição térmica da segunda fração, além da formação de fuligem, ocorre formação de produtos gasosos combustíveis de decomposição, que é necessário utilizar para evitar a sua rejeição na atmosfera. É por este motivo que estes gases de decomposição térmica são queimados com os produtos vapor- gás, o que permite obter uma energia suplementar para assegurar a decomposição térmica dos refugos no reator. A mistura dos gases de decomposição térmica da segunda fração e os produtos vapor-gás gera uma diminuição da toxicidade dos gases de decomposição térmica graças à reação entre os componentes da mistura (gases e produtos vapor-gás), o que permite aumentar a segurança de combustão dos gases de decomposição térmica.

[0058] A presente invenção refere-se igualmente a um dispositivo para a obtenção de negro de fumo a partir de refugos de borracha, compreendendo um reator apresentando uma saída para os resíduos de carbono conectada consecutivamente a um trocador térmico com parafuso, um separador magnético, um triturador, um transportador, uma tremonha com dosador, um trocador térmico tubular, um queimador turbulento instalado na extremidade de um forno cilíndrico sobre o eixo de uma câmara de combustão, uma saída para os produtos vapor-gás do reator conectada aos queimadores do forno cilíndrico instalados tangencialmente e de modo diametralmente oposto à câmara de combustão, a referida saída sendo igualmente conectada consecutivamente ao trocador térmico da tremonha com o dosador e ao queimador turbulento.

[0059] A conexão da saída dos produtos vapor-gás do reator diretamente aos queimadores do forno, instalados tangencialmente e de modo diametralmente oposto na câmara de combustão, permite impedir o resfriamento dos produtos vapor-gás e conduzir os mesmos em temperatura elevada no queimador. Isto previne a condensação do vapor d’água e uma parte dos produtos vapor-gás e impede o depósito de condensados sobre os elementos da estrutura do dispositivo (tubulações, etc.) antes da entrada no queimador. O depósito de uma parte dos produtos vapor-gás quando seu resfriamento na tubulação ou outros elementos do dispositivo provocaria, com efeito, uma baixa do calor de combustão específico dos produtos vapor-gás admitidos no queimador, o que poderia perturbar o processo de combustão. Por outro lado, o depósito de uma parte dos produtos vapor-gás antes de sua admissão no queimador conduz a uma redução da quantidade do negro de fumo formado, ou seja, a perda do produto de valor.

[0060] A conexão da saída dos produtos vapor-gás do reator com o trocador de calor da tremonha e o dosador permite utilizar uma parte dos produtos vapor-gás para o transporte do carbono triturado no queimador. Desta maneira, a utilização do trocador de calor permite aquecer os resíduos carbônicos triturados via o fluxo dos produtos vapor-gás, impedindo o resfriamento dos mesmos e a condensação de uma parte dos mesmos. A condensação de uma parte dos produtos vapor-gás sobre as partículas do resíduo de carbono conduz ao depósito de componentes resinosos sobre as superfícies das partículas, a sua aglutinação e impede o transporte com o fluxo dos produtos vapor-gás, pelo depósito sobre as paredes do trocador de calor, que reduz a eficácia do sistema de transporte gasoso e impede a admissão do resíduo carbônico no queimador turbulento.

[0061] A conexão do triturador com o trocador de calor de parafuso e o separador magnético na saída do reator permite a trituração dos resíduos de carbono sob a influência do parafuso bem como resfriamento dos resíduos de carbono. Isto permite igualmente retirar o metal dos resíduos de carbono, por um lado para evitar qualquer funcionamento irregular do triturador, mas também para evitar a introdução de partículas finas de metal no forno cilíndrico, o que conduziria inevitavelmente à contaminação do negro de fumo pelas partículas de metal.

[0062] A figura 1 apresenta o plano da instalação que permite realizar o método de obtenção de negro de fumo a partir dos refugos de borracha de acordo com a invenção.

[0063] O dispositivo de acordo com a invenção compreende uma tremonha 1, equipada com fechos 2 e 3, um reator cilíndrico 4 com um motor 5, ramificado a um parafuso 6, duas saídas 7 e 7' com um mecanismo de fechamento giratório 8, ramificado ao reator, um reservatório de combustível 9, ramificado por uma torneira de regulagem 10 a um queimador 11, um envoltório 12, instalado sobre o reator 4, um aspirador de fumaças 13, ramificado a uma chaminé 14, um gerador de vapor 15, superaquecedor de vapor 16, torneiras 17 e 18, um queimador 19, uma torneira 20, um sensor de temperatura de vapor 21, torneiras 22 e 23 ramificadas ao reator 4 e queimadores 24 e 25, um forno 26 com uma câmara de combustão cilíndrica 27, um refrigerador com parafusos 28 com um motor 29 e uma camisa 30, um sensor de temperatura 31, um fecho giratório 32, um separador magnético 33, um reservatório de armazenamento 34, um triturador 35, um transportador 36, ramificado a uma tremonha 37 com um dosador 38 e um trocador de calor 39, uma torneira com contagem de taxa de fluxo 40, um compressor 41, uma torneira 42, um queimador 43, uma camisa 44 do trocador de calor 39, um queimador turbulento 45, um ventilador 46 com uma torneira 47, uma câmara de reação 48 do forno 26, um reservatório de água 49, um injetor 50, um sensor de temperatura 51, um refrigerador 52, uma torneira 53, um filtro 54, um microtriturador 55, um ventilador 56 ramificado a um reservatório de armazenamento 57, uma torneira 58, um condensador 59, um separador 60, um filtro de água 61, uma torneira 62, ramificada a um evaporador 63, uma torneira 64, ramificada a um reservatório de armazenamento 65, uma torneira 66, ramificada a um reservatório de armazenamento 67, um triturador 35 sendo igualmente ramificado a um reservatório de armazenamento 68, um dosador de peso 69, ramificado a um misturador 70, uma torneira 71 e um dosador 72, um misturador 73, uma bomba 74, um forno cilíndrico 75, um sensor de consumo de ar 76, um ventilador 77, um refrigerador 78, um reservatório de água 79, um filtro 80, um ciclone 81, um ventilador 82, ramificado a um reservatório de armazenamento 83, um reservatório de armazenamento das cinzas 84, torneiras 85 e 86, uma torneira 87, ramificada a um forno 88, um ventilador 89, um sensor de temperatura 90, um refrigerador 91, um filtro 92, um microtriturador 93, um ventilador 94, um reservatório de armazenamento 95, uma torneira 96 e uma torneira 97.

[0064] De acordo com a invenção, a obtenção de negro de fumo a partir de refugos de borracha é realizada como indicado a seguir.

[0065] Na tremonha 1 equipada com fechos selados 2 e 3, introduzem-se os refugos de borracha triturados. Após isto, abre-se o fecho 2 de modo que os refugos da tremonha 1 caiam e permaneçam sobre o fecho 3. Abre-se depois o fecho 3 e a porção dos refugos cai no reator cilíndrico 4. Depois se fecha o fecho 3. Simultaneamente com o motor 5, coloca-se em rotação o parafuso 6 instalado no reator cilíndrico 4. Os refugos triturados são tomados pelo parafuso e arrastados no reator cilíndrico 4 em direção à saída 7 equipada com o fecho giratório 8. O tempo de deslocamento dos refugos no reator cilíndrico é regulado pela mudança das voltas do parafuso 6. Simultaneamente ao início do processo e o deslocamento dos refugos, introduz-se o combustível proveniente da cuba 9 pela torneira regulador 10 no queimador 11 e queima-se o mesmo. Os produtos de combustão são dirigidos para o envoltório 12 do reator 4. Passando pelo envoltório 12, os produtos de combustão do combustível aquecem o reator, resfriam-se a sua volta e, com a ajuda do aspirador de fumaças 13, são evacuados na chaminé 14.

[0066] O gerador de vapor 15 alimenta com vapor d’água o superaquecedor de vapor 16 por intermédio da torneira 17 de modo a levá-lo a uma temperatura compreendida entre 600 e 700°C. Para isto , o combustível proveniente da cuba 9 alimenta o queimador 19 via a torneira 18 para ser queimado. Os produtos de combustão são aquecidos ao contato do vapor d’água levado à temperatura de 600700°C, depois eles se resfriam até a uma temperatura compreendida entre 200 e 250°C, antes de serem evacuados com a ajuda do aspirador de fumaça 13 na chaminé 14.

[0067] O vapor d’água superaquecido proveniente do superaquecedor de água 16 é admitido pela torneira 20 no reator cilíndrico 4. A temperatura de superaquecimento do vapor é controlada de acordo com as indicações do sensor de temperatura 21. Os refugos de borracha deslocam-se no reator 4 e aquecem-se ao contato das paredes quentes do reator e por via de troca calorífica convectiva com o vapor d’água fornecido no reator. Resulta daí uma termólise dos refugos com desprendimento dos produtos gasosos e dos resíduos sólidos de carbono.

[0068] Os produtos de decomposição dos refugos misturam-se com o vapor d’água assim resultando produtos vapor-gás. Os produtos vapor-gás são evacuados do reator 4 pelas torneiras 22 e 23 nos queimadores 24 e 25 do forno 26 e queimados em uma atmosfera reduzida em ar. A combustão dos produtos vapor-gás na câmara de combustão cilíndrica 27 acarreta a formação de uma tocha turbulenta. Uma parte dos produtos vapor-gás queima e outra parte decompõe-se com a formação de negro de fumo.

[0069] Os resíduos sólidos de carbono presentes no reator 4 passam pela saída 7 equipada com o fecho giratório 8 no trocador de calor com parafuso 28 previsto do motor 29 onde são resfriados a uma temperatura superior a 100°C através da água que vaza no envoltório 30. A temperatura de resfriamento dos resíduos sólidos de carbono é controlada de acordo com as indicações do sensor de temperatura 31. Durante a admissão dos resíduos triturados no fluxo dos produtos vapor-gás para o seu transporte no queimador, o resfriamento dos resíduos de carbono a uma temperatura inferior a 100°C permite a condensação do vapor d’água sobre as partículas de resíduo (presente nos produtos vapor-gás) e os hidrocarbonetos com um ponto de ebulição superior a 100°C.

[0070] Após resfriamento, os resíduos sólidos são admitidos via o fecho giratório 32 no separador magnético 33 permitindo a retirada de metal dos resíduos de carbono, depois o metal é armazenado no reservatório 34. A termólise dos refugos de borracha realizada no reator com parafuso permite a trituração dos resíduos sólidos sob a ação do parafuso e a separação dos elementos metálicos que são, em seguida, triados com a ajuda do separador magnético.

[0071] Os resíduos de carbono assim purificados dos elementos metálicos pelo separador magnético 33 são encaminhados depois no triturador 35 onde são triturados para obter partículas de dimensões compreendidas entre 0,10 e 2,0 mm. Os resíduos triturados passam, em seguida, pelo transportador 36 permitindo alimentar a tremonha 37 equipada com o dosador 38 e um trocador de calor tubular 39.

[0072] Abre-se a torneira-contador da taxa de fluxo 40 e uma parte dos produtos vapor-gás do reator 4 é admitida no compressor 41, onde passam a uma temperatura compreendida entre 350 e 400°C antes de ser injetados no trocador de calor tubular 39. Simultaneamente, o combustível proveniente da cuba 9 pela torneira 42 é injetado e queimado no queimador 43. Os produtos de combustão são enviados para a camisa 44 do trocador de calor 39 e evacuados depois com o ventilador 13 na chaminé 14.

[0073] Simultaneamente, os resíduos de carbono triturados provenientes da tremonha 37 são admitidos em quantidade determinada graças ao dosador 38 no trocador de calor 39 onde são misturados com os produtos vapor-gás fornecidos pelo compressor 41. Os resíduos de carbono triturados apresentam no trocador de calor 39 uma temperatura máxima de 150°C. Os produtos vapor-gás apresentam, eles mesmos, uma temperatura próxima de 400°C no trocador de calor 39. Durante a mistura destes dois fluxos, a temperatura da mistura diminui e os componentes da mistura que apresentam uma temperatura de ebulição próxima de 400°C podem condensar-se sobre as partículas do carbono. É por isso que, para evitar esta condensação, fornece-se ao trocador de calor a energia calorífica que é transmitida pelos produtos de combustão do combustível durante a sua passagem na camisa 44.

[0074] A mistura dos produtos vapor-gás e dos resíduos sólidos que se forma no trocador de calor 39 sob a ação do compressor 41 passa no queimador turbulento 45, onde ar proveniente do ventilador 46 é admitido pela torneira 47 no canal além do queimador. A mistura passa sob a forma de um turbilhão pelo sistema de palhetas em turbilhão do queimador turbulento 45 na câmara de combustão 27. Simultaneamente, na câmara de combustão 27, o ar escapa por um canal além do queimador 45, e é misturado com a mistura composta das partículas sólidas de carbono e os produtos vapor-gás, onde resulta a formação da mistura preparada na combustão.

[0075] Esta mistura inflama-se e dá lugar ao processo de combustão dos produtos vapor-gás. Uma tocha turbulenta forma-se assim na câmara de combustão 27 com a combustão incompleta dos produtos vapor-gás, fornecidos à câmara através dos queimadores, instalados tangencialmente e admitidos no queimador turbulento (misturado com o resíduo de carbono triturado).

[0076] Para determinar a razão de massa dos produtos vapor-gás e dos resíduos de carbono triturados admitidos na combustão nos limites de 1: (0,1 - 2) com a ajuda do dosador 38, fornece-se a quantidade determinada de resíduos de carbono triturados, que é determinada de acordo com a grandeza da soma dos produtos vapor-gás admitidos na câmara de combustão com o queimador turbulento e os queimadores instalados tangencialmente na câmara de combustão.

[0077] Durante a admissão dos produtos vapor-gás do reator 4 nos queimadores 24 e 25 do forno 26 com a ajuda da torneira-contador de taxa de fluxo 40 e o dosador 38, a taxa de fluxo (controlada de acordo com as indicações da torneira - contador de taxa de fluxo 22 e 23) da mistura de produtos vapor-gás - resíduo de carbono triturado é fixada de modo que a razão de massa corresponda a 1 kg de produtos vapor-gás para 0,1 kg a 2,0 kg de resíduo de carbono.

[0078] Na saída da combustão incompleta da mistura de produtos vapor-gás - resíduo de carbono triturado, forma-se negro de fumo e gases. O fluxo de negro de fumo e os gases da combustão incompleta é arrastado da câmara de combustão 27 na câmara de reação 48, onde as partículas de carbono sofrem um tratamento térmico. Na câmara de reação 48 da cuba 49, pulveriza-se água pelo injetor 50 o que provoca o resfriamento do fluxo de negro de fumo e dos produtos da combustão a uma temperatura compreendida entre 700 e 800°C, o que é controlado de acordo com as indicações do sensor da temperatura 51. O fluxo de negro de fumo e de produtos de combustão é encaminhado da câmara de reação 48 no refrigerador 52, onde a água proveniente da cuba 49 pela torneira 53 é pulverizada a fim de resfriar o fluxo de negro de fumo e de produtos de combustão. O fluxo de negro de fumo e de produtos de combustão é encaminhado depois do refrigerador 52 no filtro 54, onde se separa o negro de fumo que é enviado ao microtriturador 55 e triturado antes de ser enviado por transporte pneumático com a ajuda do ventilador 56 no reservatório de armazenamento 57.

[0079] Os produtos da combustão incompleta contendo materiais combustíveis após a separação dos negros de fumo no filtro 54, estes produtos são dirigidos via a torneira 58 no queimador 11 onde são queimados juntamente com o combustível admitido no queimador a partir do reservatório 9, o que previne a rejeição de substâncias nocivas no ambiente e permite reduzir o consumo do combustível proveniente do reservatório 9 no queimador 11, resultando assim uma redução de consumo de energia do método de produção de negro de fumo a partir dos refugos de borracha de acordo com a invenção.

[0080] De modo alternativo, os produtos vapor-gás evacuados do reator 4 pela torneira 85 são dirigidos para o condensador 59, onde na saída da troca de calor com a água de resfriamento, os produtos vapor-gás são condensados em um condensado contendo água e óleo. O condensado é encaminhado depois para o separador 60 onde a água é separada do óleo. A água passa pelo filtro 61 e é re- encaminhada para o gerador de vapor 15 para produzir o vapor d’água. O óleo proveniente do separador 60 é transferido para o evaporador 63 via a torneira 62, onde é separado em primeira fração com uma temperatura de ebulição inferior ou igual a 360°C e segunda fração com uma temperatura de ebulição superior a 360°C. A primeira fração proveniente do evaporador 63 transita pela torneira 64 e escoa no reservatório de armazenamento 65, enquanto que a segunda fração transita pela torneira 66 e escoa no reservatório de armazenamento 67.

[0081] Os resíduos sólidos de carbono presentes no reator 4 passam pela saída 7 equipada com o fecho giratório 8 no refrigerador com parafuso 28 equipado do motor 29 onde são resfriados em temperatura ambiental através de troca térmica com a água que escoa no envoltório 30 do refrigerador. A temperatura de resfriamento dos resíduos sólidos de carbono é controlada de acordo com as indicações do sensor de temperatura 31. Os resíduos sólidos de carbono proveniente do refrigerador 28 transitam pelo fecho giratório 32 até ao separador magnético 33, no interior do qual o metal dos resíduos de carbono é retirado antes de ser armazenado no reservatório de armazenamento 34. Os resíduos de carbono assim purificados dos elementos metálicos são enviados no triturador 35 onde são triturados antes de serem carregados no reservatório de armazenamento 68.

[0082] Os resíduos de carbono triturados provenientes do reservatório de armazenamento 68 transitam pelo dosador de peso 69 para ser encaminhados em quantidades determinados no misturador 70. Simultaneamente, a primeira fração proveniente do reservatório de armazenamento 65 pela torneira 71 é encaminhada em quantidade determinada por peso graças ao dosador 72 até o misturador 70. Uma vez o misturador cheio com os resíduos de carbono e primeira fração, o todo é misturado graças ao misturador 73. A mistura é transferida em seguida com a ajuda da bomba 74 ao forno cilíndrico 75 onde é queimada com um coeficiente de excesso de ar compreendido entre 0,20 e 0,35.

[0083] A quantidade de ar fornecida ao forno 75 é controlada de acordo com as indicações do sensor de taxa de fluxo de ar 76 pela regulação da taxa de fluxo de ar graças ao ventilador 77. O fluxo de produtos de combustão e de negro de fumo do forno 75 é enviado ao refrigerador 78 que recebe a água pulverizada proveniente do tanque 79, permitindo reduzir a temperatura dos produtos de combustão e do negro de fumo. A mistura resfriada do refrigerador 78 transita pelo filtro 80 e sofre uma separação mecânica em um campo centrífugo por um fluxo de gás circulando no ciclone 81, permitindo desprender o negro de fumo e a cinza. O negro de fumo é transferido por transporte pneumático com a ajuda do ventilador 82 no reservatório de armazenamento 83, e a cinza é descarregada do ciclone 81 no reservatório de armazenamento 84.

[0084] Os gases do negro de fumo purificados pelo filtro 80 contêm componentes combustíveis, e são queimados via a torneira 58 no queimador 11.

[0085] A segunda fração proveniente do reservatório de armazenamento 67 transita pela torneira 87 até forno cilíndrico 88, onde simultaneamente com a ajuda do ventilador 89, o ar é introduzido. A segunda fração é submetida a uma decomposição térmica em negro de fumo e em gás a temperaturas compreendidas entre 850 e 2100°C através de combustão incompleta (em condição de falta de ar) no forno cilíndrico 88. A temperatura da combustão é controlada de acordo com as indicações do sensor de temperatura 90.

[0086] O calor desprendido quando da combustão de uma parte da segunda fração provoca a decomposição térmica da fração líquida com formação de produtos de combustão e negro de fumo. O fluxo dos produtos de combustão e negro de fumo proveniente do forno 88 é evacuado no refrigerador 91, onde a água proveniente da cuba 79 é pulverizada, diminuindo a temperatura dos produtos de combustão e do negro de fumo. A mistura resfriada do refrigerador 91 é admitida no filtro 92, onde o negro de fumo é desprendido do fluxo gasoso e admitido no microtriturador 93. O negro de fumo é transferido depois por transporte pneumático com a ajuda do ventilador 94 no reservatório de armazenamento 95.

[0087] Os gases do negro de fumo purificados pelo filtro 92 contêm componentes combustíveis, e são queimados por meio das torneiras 96 e 58 no queimador 11.

[0088] Os produtos vapor-gás, constituídos pela mistura do vapor d’água e dos gases não condensados da decomposição térmica dos refugos de borracha, provenientes do condensador 59 pelas torneiras 97 e 58 são queimados no queimador 11.

[0089] A combustão desta mistura permite diminuir a formação dos óxidos de nitrogênio nocivos graças à presença do vapor d’água na mistura.

[0090] A invenção é ilustrada pelos exemplos seguintes.

[0091] Exemplo 1

[0092] Na tremonha 1 equipada com os fechos selados 2 e 3, introduzem-se os refugos de borracha triturados em partículas de dimensões compreendidas entre 50 e 70 mm em quantidade de 150 kg. Em seguida, abre-se o fecho 2, os refugos da tremonha 1 caem e permanecem sobre o fecho 3. Fecha-se o fecho 2 depois se abre o fecho 3 e a porção de refugos sob a ação do seu próprio peso começa a entrar no reator cilíndrico 4. Depois se fecha o fecho 3. Simultaneamente com o motor 5, coloca-se em rotação o parafuso 6 instalado no reator cilíndrico 4. Os refugos triturados são tomados pelo parafuso e arrastados no reator cilíndrico 4 para a saída 7 equipada com o fecho giratório 8. O tempo de deslocamento dos refugos no reator cilíndrico é regulado pela mudança de velocidade das voltas de parafuso 6. Este tempo é determinado previamente em função das dimensões das partículas dos refugos e a intensidade da troca de calor no reator. Admite-se que, no presente caso, o tempo de estada dos refugos no reator até a sua decomposição completa (saída dos voláteis) representa 20 minutos. Fixa-se o número de voltas de parafuso 6 igual a 3 rpm. Portanto durante 20 minutos, o parafuso fará 60 voltas e os refugos que são admitidos na entrada do reator se apresentarão sob a forma de resíduos sólidos de carbono na saída 7 do reator 4.

[0093] Simultaneamente ao início do processo e ao deslocamento dos refugos, introduz-se o combustível proveniente do reservatório 9 pela torneira-regulador 10 no queimador 11 segundo uma taxa de fluxo de 40 kg/h e queima-se o mesmo. Os produtos de combustão são enviados para a camisa 12 do reator 4. Passando pelo envoltório 12, os produtos de combustão do combustível aquecem o reator e, por sua vez, resfriam-se e com a ajuda do aspirador de fumaças 13 são evacuados na chaminé14.

[0094] O gerador de vapor 15 alimenta com vapor d’água o superaquecedor de vapor 16 através da torneira 17 segundo uma taxa de fluxo de 243 kg /h de modo a levar o mesmo a uma temperatura de 700°C. Assim, o combustível proveniente do reservatório 9 alimenta pela torneira 18 o queimador 19 com uma taxa de fluxo de 9 kg/h e queima-se o mesmo.Os produtos de combustão são admitidos no superaquecedor de vapor 16. Ao contato do vapor d’água proveniente do superaquecedor de vapor, os produtos de combustão aquecem até a uma temperatura de 600°C, e resfriam-se até a uma temperatura compreendida entre 200 e 250°C, antes de serem evacuados com a ajuda do aspirador de fumaças 13 na chaminé 14.

[0095] O vapor d’água superaquecido proveniente do superaquecedor de vapor 16 através da torneira 20 é fornecido ao reator cilíndrico 4 segundo uma taxa de fluxo de 243 kg/h. A temperatura do superaquecimento é controlada de acordo com as indicações do sensor de temperatura 21. O vapor superaquecido fornece assim diretamente ao reator 4 o calor necessário para o aquecimento e a decomposição térmica dos refugos. Os refugos de borracha deslocam-se no reator 4 e re-aquecem- se ao contato das paredes quentes do reator e através de troca térmica convectiva com o vapor d’água fornecido no reator. Resulta daí uma termólise dos refugos com desprendimento dos produtos gasosos e os resíduos sólidos de carbono.

[0096] No presente caso, durante a decomposição térmica dos refugos de borracha, ocorre formação de 45% em massa de gases de decomposição e 55% em massa de resíduos sólidos de carbono, contendo 8% em massa de elementos metálicos (fio de metal). Portanto, durante a decomposição térmica de 150kg de refugos durante 20 minutos, a produtividade do reator será de 450 kg/h, com 203 kg/h de gases de decomposição que se formam e 247 kg/h de resíduos sólidos de carbono, contendo 20 kg de metal e 227 kg de material carbonífero.

[0097] Os gases de decomposição são misturados com o vapor d’água e formados os produtos vapor-gás em quantidade de 203 kg/h + 243 kg/h = 446 kg/h. O calor de combustão específico de tal mistura representa 18 000 kJ/kg. Esta mistura pode ser queimada sem combustível suplementar.

[0098] Os produtos vapor-gás formados segundo uma taxa de fluxo de 446 kg/h são evacuados do reator 4 pelas torneiras 22 e 23 nos queimadores 24 e 25 do forno 26 e queimados em uma atmosfera reduzida em ar, ou seja, com uma quantidade de ar de 0,6 em relação à quantidade teoricamente necessária para a combustão completa desta mistura. Os requerentes admitem, no presente caso, que a quantidade de ar teoricamente necessária representa 10 kg sobre 1 kg de produtos vapor-gás queimados. Portanto, é necessário fornecer ao forno ar em quantidade de 2676 kg/h, o que é realizado através dos ventiladores e os contadores de taxa de fluxo instalados sobre os queimadores 24 e 25. Na saída da combustão dos produtos vapor-gás na câmara cilíndrica 27, forma-se uma tocha turbulenta. Uma parte dos produtos vapor-gás queima, e outra parte decompõe-se termicamente com a formação de negro de fumo.

[0099] Os resíduos sólidos de carbono presentes no reator 4 passam pela saída 7 equipada com o fecho giratório 8 no trocador de calor com parafuso 28 provido com o motor 29 com uma taxa de fluxo de 247 kg/h, e são resfriados até a uma temperatura de 120°C através de troca calorífica através da água que passa no envoltório 30 do refrigerador. A temperatura de resfriamento dos resíduos sólidos de carbono é controlada de acordo com as indicações do sensor de temperatura 31.

[00100] Durante a admissão dos resíduos triturados no fluxo dos produtos vapor- gás para o seu transporte no queimador, resfriamento dos resíduos de carbono a uma temperatura inferior a 100°C permite a condensação do vapor d’água sobre as partículas de resíduos (presente nos produtos vapor-gás) e os hidrocarbonetos que apresentam um ponto de ebulição superior a 100°C.

[00101] Após resfriamento, os resíduos sólidos são admitidos pelo fecho giratório 32 no separador magnético 33, permitindo a retirada do metal dos resíduos de carbono segundo uma taxa de fluxo de 20 kg/h, depois o metal é armazenado no reservatório 34. A termólise dos refugos de borracha realizada no reator com parafuso permite a trituração dos resíduos sólidos sob a ação do parafuso e a separação dos elementos metálicos que são triados depois com a ajuda do separador magnético.

[00102] Os resíduos de carbono assim purificados dos elementos metálicos segundo uma taxa de fluxo de 227 kg/h no nível do separador magnético 33 são encaminhados depois para o triturador 35 onde são triturados para se obter partículas de 0,25 mm de dimensões. Os resíduos triturados passam, em seguida, pelo transportador 36 permitindo alimentar a tremonha37 equipada com o dosador 38 e um trocador de calor tubular 39.

[00103] Abre-se a torneira-contador de taxa de fluxo 40 e uma parte dos produtos vapor-gás do reator 4 é admitida no compressor 41 segundo uma taxa de fluxo de 200 kg/h.

[00104] Simultaneamente, com a ajuda das torneiras 22 e 23, reduz-se a admissão dos produtos vapor-gás nos queimadores 24 e 25 até uma taxa de fluxo de 246 kg/h. Com a ajuda do sistema de regulação da alimentação com ar nos queimadores, reduz-se a admissão de ar até uma taxa de fluxo de 1476 kg/h para conservar uma quantidade de ar igual a 0,6 em relação à quantidade teoricamente necessária. Os produtos vapor-gás são admitidos no trocador de calor tubular 39 por intermédio do compressor 41 segundo uma taxa de fluxo de 200 kg/h e com uma temperatura de 350°C.

[00105] Simultaneamente, o combustível proveniente da cuba 9 pela torneira 42 é injetado e queimado com uma taxa de fluxo de 2 kg/h no queimador 43. Os produtos de combustão são enviados para a camisa 44 do trocador de calor 39 e evacuados depois com uma taxa de fluxo de 24 kg/h pelo ventilador 13 na chaminé 14.

[00106] Simultaneamente, os resíduos de carbono triturados provenientes da tremonha 37 são admitidos via o dosador 38 com uma taxa de fluxo de 44,6 kg/h no trocador de calor 39 onde são misturados com os produtos vapor-gás fornecidos pelo compressor 41. Os produtos vapor-gás e os resíduos sólidos são assim misturados. Os resíduos de carbono triturados provenientes da tremonha 37 apresentam uma temperatura máxima de 120°C no trocador de calor 39. Os produtos vapor-gás apresentam, eles mesmos, uma temperatura próxima de 350°C no trocador de calor 39. Durante a mistura destes dois fluxos, a temperatura da mistura diminui os componentes da mistura que apresentam uma temperatura de ebulição inferior a 350°C podem condensar-se sobre as partículas do carbono. É por isso que, para evitar esta condensação, alimenta-se no trocador de calor a energia calorífica que é transmitida pelos produtos de combustão do combustível durante a sua passagem na camisa 44.

[00107] Os produtos vapor-gás são encaminhados no forno 26 segundo uma taxa de fluxo de 446 kg/h. Portanto, para obter uma correlação de massa dos produtos vapor-gás e o resíduo de carbono triturado de acordo com a invenção, ou seja, 1:0,1, é necessário alimentar o forno com resíduos de carbono segundo uma taxa de fluxo de 44,6 kg, o que é obtido graças à regulação do valor de admissão com a ajuda do dosador 38.

[00108] A mistura dos produtos vapor-gás e as partículas de resíduos sólidas que se forma no trocador de calor 39 sob a ação do compressor 41 segundo uma taxa de fluxo de 244,6 kg/h passa no queimador turbulento 45, onde ar proveniente do ventilador 46 é admitido pela torneira 47 no canal separado do queimador.

[00109] Para fixar o valor da alimentação com ar em 0,6 em relação à quantidade de ar teoricamente necessária, admite-se ar segundo uma taxa de fluxo (200 kg/h. 10 kg/kg). 0,6 = 1200 kg/h com a ajuda do ventilador 46 e da torneira 47 em um canal separado do queimador 45.

[00110] A mistura dos produtos vapor-gás e dos resíduos de carbono triturados passa com uma taxa de fluxo de 244,6 kg h pelo sistema das palhetas em turbilhão do queimador turbulento 45 na câmara de combustão 27. Simultaneamente, na câmara de combustão 27, o ar passa por um canal separado do queimador 45 com uma taxa de fluxo de 1200 kg/h, e é misturado com a mistura composta das partículas sólidas de carbono e os produtos vapor-gás, de onde resulta a formação da mistura preparada na combustão.

[00111] Esta mistura inflama-se e dá origem ao processo de combustão dos produtos vapor-gás. Uma tocha turbulenta forma-se assim na câmara de combustão 27 com a combustão incompleta dos produtos vapor-gás, fornecidos para a câmara através dos queimadores, instalados tangencialmente e admitidos no queimador turbulento (misturado com o resíduo de carbono triturado).

[00112] A combustão incompleta da mistura de produtos vapor-gás - resíduos de carbono triturados, conduz assim à formação de negro de fumo e gases.

[00113] No presente caso, o negro de fumo forma-se proveniente da combustão incompleta dos produtos vapor-gás (em quantidade de 140 kg/h), mas também proveniente do tratamento térmico dos resíduos sólidos de carbono triturados (em quantidade de 40 kg/h, e 4,6 kg de resíduos de carbono queimados no forno 26). Portanto, o negro de fumo forma-se em quantidade de 140 kg/h + 40 kg/h = 180 kg/h com uma taxa de fluxo de 450 kg/h de refugos de borracha.

[00114] O fluxo de negro de fumo, com uma taxa de fluxo de 180 kg/h, e os gases da combustão incompleta, com uma taxa de fluxo de 3026,6 kg/h, são arrastados da câmara de combustão 27 na câmara de reação 48, onde o processo de tratamento térmico das partículas de carbono ocorre. Na câmara de reação 48 da cuba 49, pulveriza-se a água pelo injetor 50, o que provoca o resfriamento do fluxo de negro de fumo e os produtos da combustão a uma temperatura de 700°C, o que é controlado de acordo com as indicações do sensor da temperatura 51. O fluxo de negro de fumo e produtos de combustão são encaminhados da câmara de reação 48 no refrigerador 52, onde a água proveniente da cuba 49 pela torneira 53 é pulverizada a fim de resfriar o fluxo de negro de fumo e os produtos de combustão até a uma temperatura de 110°C. Resfriamento até a uma temperatura de 110°C é necessária para prevenir a condensação do vapor d’água que é incluído na composição dos gases de combustão incompleta. A formação do condensado (quando da condensação do vapor d’água) no refrigerador 52 leva ao depósito sobre as paredes do refrigerador da mistura água - negro de fumo, ou seja, à perda do produto de valor (negro de fumo) e a perturbação do refrigerador 52. O fluxo de negro de fumo e produtos de combustão são admitidos depois do refrigerador 52 no filtro 54, onde se separa o negro de fumo que é enviado ao microtriturador 55 e tritura-se o mesmo antes de enviá-lo por transporte pneumático com a ajuda do ventilador 56 segundo uma taxa de fluxo de 180 kg/h no reservatório de armazenamento 57.

[00115] Os produtos da combustão incompleta contendo materiais combustíveis após a separação do negro de fumo no filtro 54, estes produtos são dirigidos via a torneira 58 com uma taxa de fluxo de 3026,6 kg /h no queimador 11 onde são queimados juntamente com o combustível admitido no queimador a partir do reservatório 9, o que previne a rejeição de substâncias nocivas no ambiente e permite reduzir o consumo do combustível proveniente do reservatório 9 no queimador 11, de onde resulta uma redução de consumo energética do método de produção de negro de fumo dos refugos de borracha de acordo com a invenção.

[00116] O calor específico de combustão dos produtos de combustão é, no presente caso, de 500 kJ/kg e a combustão de 3026,6 kg/h destes produtos é equivalente à combustão de 37 kg/h de combustível líquido, sendo, por este motivo, que se reduz a alimentação de combustível do reservatório 9 pela torneira regulador 10 no queimador 11 de 40 kg/h a 3 kg/h.

[00117] Exemplo 2

[00118] Na tremonha 1 equipada com os fechos selados 2 e 3 introduzem-se os refugos de borracha triturados em partículas de dimensões compreendidas entre 50 e 70 mm em quantidade de 200 kg. Em seguida, abre-se o fecho 2, os refugos da tremonha 1 caem e permanecem sobre o fecho 3. Fecha-se o fecho 2, depois se abre o fecho 3 e a porção de refugos sob a ação do seu próprio peso começa a entrar no reator cilíndrico 4. Depois se fecha o fecho 3. Simultaneamente com o motor 5, coloca-se em rotação o parafuso 6 instalado no reator cilíndrico 4. Os refugos triturados são tomados pelo parafuso e arrastados no reator cilíndrico 4 para a saída 7 equipada com o fecho giratório 8. O tempo de deslocamento dos refugos no reator cilíndrico é regulado pela mudança de velocidade das voltas de parafuso 6. Este tempo é determinado previamente em função das dimensões das partículas de refugos e a intensidade da troca de calor no reator. Os requerentes admitem que, no presente caso, o tempo de estada dos refugos no reator até a sua decomposição completa (saído dos voláteis) representa 20 minutos. Fixa-se o número de voltas de parafuso 6 igual a 4 rpm. Portanto durante 20 minutos o parafuso fará 80 voltas e os refugos que são admitidos na entrada do reator serão apresentados sob a forma de resíduos sólidos de carbono na saída 7 do reator 4.

[00119] Simultaneamente ao início do processo e deslocamento dos refugos, introduz-se o combustível proveniente do reservatório 9 pela torneira-regulador 10 no queimador 11 segundo uma taxa de fluxo de 65 kg/h e queima-se o mesmo. Os produtos de combustão são enviados para a camisa 12 do reator 4. Passando pelo envoltório 12, os produtos de combustão do combustível aquecem o reator e, por sua vez, resfriam-se e com a ajuda do aspirador de fumaças 13 são evacuados na chaminé14.

[00120] O gerador de vapor 15 alimenta com vapor d’água o superaquecedor de vapor 16 através da torneira 17 segundo uma taxa de fluxo de 65 kg/h de modo a levar o mesmo a uma temperatura de 600°C. Assim, o combustível proveniente do reservatório 9 alimenta pela torneira 18 o queimador 19 com uma taxa de fluxo de 8 kg/h e queima-se o mesmo.Os produtos de combustão são admitidos no superaquecedor de vapor 16. Ao contato do vapor d’água proveniente do superaquecedor de vapor, os produtos de combustão aquecem até a uma temperatura de 600°C, e resfriam-se até a uma temperatura compreendida entre 200 e 250°C, antes de ser evacuada com a ajuda do aspirador de fumaças 13 na chaminé 14.

[00121] O vapor d’água superaquecido proveniente do superaquecedor de vapor 16 através da torneira 20 é fornecido ao reator cilíndrico 4 segundo uma taxa de fluxo de 65 kg/h. A temperatura de superaquecimento é controlada de acordo com as indicações do sensor de temperatura 21. O vapor superaquecido fornece assim diretamente ao reator 4 o calor necessário para o aquecimento e a decomposição térmica dos refugos. Os refugos de borracha deslocam-se no reator 4 e aquecem-se ao contato das paredes quentes do reator e através de troca térmica convectiva com o vapor d’água fornecido no reator. Resulta daí uma termólise dos refugos com desprendimento dos produtos gasosos e os resíduos sólidos de carbono.

[00122] No presente caso, durante a decomposição térmica dos refugos de borracha, ocorre formação de 25% em massa de gases de decomposição e 75% em massa de resíduos sólidos de carbono. Portanto, durante a decomposição térmica de 200 kg de refugos durante 20 minutos, a produtividade do reator será de 600 kg/h, com 150 kg/h de gases de decomposição que se formam e 450 kg/h de resíduos sólidos de carbono, contendo 20 kg de metal e 430 kg de material carbonífero.

[00123] Os gases de decomposição são misturados com o vapor d’água e formados os produtos vapor-gás em quantidade de 150 kg/h + 65 kg/h = 215 kg/h. O calor de combustão específico de tal mistura representa 21 000 kJ/kg. Esta mistura pode ser queimada sem combustível suplementar.

[00124] Os produtos vapor-gás formados segundo uma taxa de fluxo de 215 kg/h são evacuados do reator 4 pelas torneiras 22 e 23 nos queimadores 24 e 25 do forno 26 e queimados em uma atmosfera reduzida em ar, ou seja com uma quantidade de ar de 0,7 em relação à quantidade teoricamente necessária para a combustão completa desta mistura. Os requerentes admitem, no presente caso, que a quantidade de ar teoricamente necessária representa 11 kg sobre 1 kg de produtos vapor-gás queimados. Portanto, é necessário fornecer ao forno ar em quantidade de 1656 kg/h, o que é realizado através dos ventiladores e os contadores de taxa de fluxo instalados sobre os queimadores 24 e 25. Na saída da combustão dos produtos vapor-gás na câmara cilíndrica 27, forma-se uma tocha turbulenta. Uma parte dos produtos vapor-gás queima, e outra parte decompõe-se termicamente com a formação de negro de fumo.

[00125] Os resíduos sólidos de carbono presentes no reator 4 passam pela saída 7 equipada com o fecho giratório 8 no trocador de calor com parafuso 28 provido com o motor 29 com uma taxa de fluxo de 450 kg/h, e são resfriados até a uma temperatura de 120°C através de troca calorífica através da água que passa no envoltório 30 do refrigerador. A temperatura de resfriamento dos resíduos sólidos de carbono é controlada de acordo com as indicações do sensor de temperatura 31.

[00126] Durante a admissão dos resíduos triturados no fluxo dos produtos vapor- gás para o seu transporte no queimador, resfriamento dos resíduos de carbono a uma temperatura inferior a 100°C permite a condensação do vapor d’água sobre as partículas de resíduos (presente nos produtos vapor-gás) e os hidrocarbonetos apresentam um ponto de ebulição superior a 100°C.

[00127] Após o resfriamento, os resíduos sólidos são admitidos pelo fecho giratório 32 no separador magnético 33, permitindo a retirada do metal dos resíduos de carbono segundo uma taxa de fluxo de 20 kg/h, depois o metal é armazenado no reservatório 34. A termólise dos refugos de borracha realizado no reator com parafuso permite de trituração dos resíduos sólidos sob a ação do parafuso e a separação dos elementos metálicos que são, em seguida, triados com a ajuda do separador magnético.

[00128] Os resíduos de carbono assim purificados dos elementos metálicos segundo uma taxa de fluxo de 430 kg/h no nível do separador magnético 33 são encaminhados depois no triturador 35 onde são triturados para obter partículas de 2,0 mm de dimensões. Os resíduos triturados passam, em seguida, pelo transportador 36 que permite alimentar a tremonha 37 equipada com o dosador 38 e um trocador de calor tubular 39.

[00129] Abre-se a torneira-contador de taxa de fluxo 40 e uma parte dos produtos vapor-gás do reator 4 é admitida no compressor 41 segundo uma taxa de fluxo de 200 kg/h.

[00130] Simultaneamente, com a ajuda das torneiras 22 e 23, reduz-se a admissão dos produtos vapor-gás nos queimadores 24 e 25 até uma taxa de fluxo de 15 kg/h. Com a ajuda do sistema de regulação da alimentação com ar nos queimadores, reduz-se a admissão de ar até uma taxa de fluxo de 116 kg/h para conservar uma quantidade de ar igual a 0,7 em relação à quantidade teoricamente necessária. Os produtos vapor-gás são admitidos no trocador de calor tubular 39 por intermédio do compressor 41 segundo uma taxa de fluxo de 200 kg/h e com uma temperatura de 400°C.

[00131] Simultaneamente, o combustível proveniente da cuba 9 pela torneira 42 é injetado e queimado com uma taxa de fluxo de 2 kg/h no queimador 43. Os produtos de combustão são enviados para a camisa 44 do trocador de calor 39 e evacuados depois com uma taxa de fluxo de 240 kg/h pelo ventilador 13 na chaminé 14.

[00132] Simultaneamente, os resíduos de carbono triturados provenientes da tremonha 37 são admitidos via o dosador 38 com uma taxa de fluxo de 430 kg/h no trocador de calor 39 onde são misturados com os produtos vapor-gás fornecidos pelo compressor 41. Os produtos vapor-gás e os resíduos sólidos são assim misturados. Os resíduos de carbono triturados provenientes da tremonha 37 apresentam uma temperatura máxima de 120°C no trocador de calor 39. Os produtos vapor-gás apresentam, eles mesmos, uma temperatura próxima de 400°C no trocador de calor 39. Durante a mistura destes dois fluxos, a temperatura da mistura diminui e os componentes da mistura que apresentam uma temperatura de ebulição inferior a 400°C podem condensar-se sobre as partículas do carbono. É por isso que, para evitar esta condensação, alimenta-se no trocador de calor a energia calorífica que é transmitida pelos produtos de combustão do combustível durante a sua passagem na camisa 44.

[00133] Os produtos vapor-gás são encaminhados no forno 26 segundo uma taxa de fluxo de 215 kg/h. Portanto, para obter uma correlação de massa dos produtos vapor-gás e o resíduo de carbono triturado de acordo com a invenção, ou seja, 1:2,0, é necessário alimentar o forno com resíduos de carbono segundo uma taxa de fluxo de 430 kg, o que é obtido graças à regulação do valor de admissão com a ajuda do dosador 38.

[00134] A mistura dos produtos vapor-gás e as partículas de resíduos sólidas que se forma no trocador de calor 39 sob a ação do compressor 41 segundo uma taxa de fluxo de 630 kg/h passa no queimador turbulento 45, onde o ar proveniente do ventilador 46 é admitido pela torneira 47 no canal separado do queimador.

[00135] Para fixar o valor da alimentação com ar em 0,7 em relação à quantidade de ar teoricamente necessária, admite-se o ar segundo uma taxa de fluxo (200 kg/h. 11 kg/kg). 0,7 = 1540 kg/h com a ajuda do ventilador 46 e a torneira 47 em um canal separado do queimador 45.

[00136] A mistura dos produtos vapor-gás e dos resíduos de carbono triturados passa com uma taxa de fluxo de 630 kg h pelo sistema das palhetas em turbilhão do queimador turbulento 45 na câmara de combustão 27. Simultaneamente, na câmara de combustão 27, o ar passa por um canal separado do queimador 45 com uma taxa de fluxo de 1540 kg/h, e é misturado com a mistura composta das partículas sólidas de carbono e dos produtos vapor-gás, de onde resulta a formação da mistura preparada na combustão.

[00137] Esta mistura inflama-se e dá lugar ao processo de combustão dos produtos vapor-gás. Uma tocha turbulenta forma-se assim na câmara de combustão 27 com a combustão incompleta dos produtos vapor-gás, fornecidos na câmara por meio dos queimadores, instalados tangencialmente e admitidos com o queimador turbulento (misturado com o resíduo de carbono triturado).

[00138] A combustão incompleta da mistura de produtos vapor-gás - resíduos de carbono triturados conduz, assim, à formação de negro de fumo e de gás.

[00139] No presente caso, o negro de fumo forma-se proveniente da combustão incompleta dos produtos vapor-gás em quantidade de 65 kg/h, mas também proveniente do tratamento térmico dos resíduos sólidos de carbono triturados em quantidade de 390 kg/h (40 kg/h de resíduos de carbono queimados no forno 26). Portanto, o negro de fumo forma-se em quantidade de 65 kg/h + 390 kg/h = 455 kg/h com uma taxa de fluxo de 600 kg/h de refugos de borracha.

[00140] O fluxo de negro de fumo, com uma taxa de fluxo de 455 kg/h, e dos gases da combustão incompleta, com uma taxa de fluxo de 1911 kg/h, são arrastados da câmara de combustão 27 na câmara de reação 48, onde ocorre o processo de tratamento térmico das partículas de carbono. Na câmara de reação 48 da cuba 49, pulveriza-se a água pelo injetor 50, o que provoca o resfriamento do fluxo de negro de fumo e dos produtos da combustão a uma temperatura de 700°C, que é controlada de acordo com as indicações do sensor da temperatura 51. O fluxo de negro de fumo e de produtos de combustão é encaminhado da câmara de reação 48 no refrigerador 52, onde a água proveniente da cuba 49 pela torneira 53 pulverizada a fim de resfriar o fluxo de negro de fumo e os produtos de combustão até a uma temperatura de 110°C. Resfriamento até a uma temperatura de 110°C é necessário para prevenir a condensação do vapor d’água que é incluído na composição dos gases de combustão incompleta. A formação do condensado (quando da condensação do vapor d’água) no refrigerador 52 leva ao depósito sobre as paredes do refrigerador da mistura água - negro de fumo, ou seja, a perda do produto de valor (negro de fumo) e a perturbação do refrigerador 52. O fluxo de negro de fumo e de produtos de combustão é, em seguida, admitido do refrigerador 52 para o filtro 54, onde se separa o negro de fumo que é enviado ao microtriturador 55 e tritura-se o mesmo antes de enviá-lo por transporte pneumático com a ajuda do ventilador 56 segundo uma taxa de fluxo de 180 kg/h no reservatório de armazenamento 57.

[00141] Os produtos da combustão incompleta contendo materiais combustíveis após a separação do negro de fumo no filtro 54, estes produtos são dirigidos via a torneira 58 com uma taxa de fluxo de 1911 kg /h no queimador 11 onde são queimados juntamente com o combustível admitido no queimador a partir do reservatório 9, o que previne a rejeição de substâncias nocivas no ambiente e permite reduzir o consumo do combustível proveniente do reservatório 9 no queimador 11, de onde resulta uma redução de consumo energética do método de produção de negro de fumo a partir dos refugos de borracha de acordo com a invenção.

[00142] O calor específico de combustão dos produtos de combustão incompleta é, no presente caso, de 1000 kJ/kg e a combustão de 1911 kg/h destes produtos é equivalente à combustão de 48 kg/h de combustível líquido, sendo, por este motivo, que se reduz a alimentação de combustível do reservatório 9 pela torneira - regulador10 no queimador 11 de 65 kg/h a 17 kg/h.

[00143] A mistura submetida à combustão comum contém os produtos da combustão incompleta da mistura (os produtos vapor-gás e os resíduos de carbono triturados), os gases de decomposição térmica dos refugos de borracha e o vapor d’água. Quando da combustão de tal mistura, as rejeições de óxidos de nitrogênio são reduzidas devido à presença de vapor d’água, o que acarreta a redução das rejeições no meio ambiente durante do método de obtenção de negro de fumo a partir de refugos de borracha de acordo com a invenção.

[00144] Exemplo 3

[00145] Na tremonha 1 equipada com fechos selados 2 e 3, introduzem-se os refugos de borracha triturados em partículas de dimensões compreendidas entre 50 e 70 mm em quantidade de 300 kg. Após enchimento da tremonha 1, abre-se o fecho 2, os refugos da tremonha 1 caem e permanecem sobre o fecho 3. Em seguida, fecha-se o fecho 2, depois se abre o fecho 1 e os refugos caem no reator cilíndrico 4. Em seguida, fecha-se o fecho 3, e admite-se na tremonha 1 uma nova porção de refugos em quantidade de 300 kg. O carregamento dos refugos na tremonha 1 em quantidade de 300 kg é realizado periodicamente de acordo com uma frequência 3 vezes por hora. Este método de introdução dos refugos no reator permite, em comparação com um método contínuo, diminuir a quantidade de ar que passa no reator com os refugos. A entrada de grande quantidade de ar no reator gera um risco de explosão.

[00146] Simultaneamente, com a ajuda do motor 5, coloca-se em rotação o parafuso 6 instalado no reator cilíndrico 4. Os refugos triturados são tomados pelo parafuso e arrastados no reator cilíndrico 4 para a saída 7 equipada com o fecho giratório 8. O tempo de deslocamento dos refugos no reator cilíndrico é regulado pela mudança de velocidade das voltas do parafuso 6 de modo que os refugos percorram o mesmo no final de 20 minutos (tempo necessário para a decomposição térmica completa dos refugos) e cheguem à saída 7 equipada com o fecho giratório 8. Neste exemplo, a velocidade de rotação do parafuso representa 120 rotações por hora (2,0 rpm).

[00147] Simultaneamente ao início do processo e no deslocamento dos refugos, introduz-se o combustível proveniente do reservatório 9 pela torneira - regulador 10 no queimador 11 segundo uma taxa de fluxo de 80 kg/h e queima-se o mesmo. Os produtos de combustão são enviados no envoltório 12 do reator 4 a uma temperatura de 1000°C e em quantidade de 960 kg/h (a combustão de 1 kg de combustível provoca a formação de 12 kg de produtos de combustão). Passando pelo envoltório 12, os produtos de combustão do combustível aquecem o reator e, por sua vez, resfriam-se até a 200°C e com a ajuda do aspirador de fumaças 13 são evacuados na chaminé14.

[00148] A quantidade de calor transmitido pela parede do reator por parte dos produtos de combustão para os refugos durante os 20 minutos responde à fórmula seguinte: Q pr. comb. = pr. comb. C pr. comb. ( 2 - 1 ) = 320 kg . 1,34 kJ/kg °C (1000°C - 200°C) = 343040 kJ, onde . pt. comb. representa a quantidade dos produtos de combustão, ou seja 320 kg; C pr.. comb. representa a capacidade térmica específica dos produtos de combustão, ou seja 1,34 kJ/kg °C; 1=1000°C e 2 =200°C representando a temperatura de entrada dos produtos de combustão no envoltório do reator e a temperatura da sua saída do envoltório.

[00149] A quantidade necessária de calor para a decomposição térmica de 300 kg de refugos de borracha durante os 20 minutos é determinada como a seguir: Q tot = Qchauf. + Qdecomp. + Qpertes , Q tot = 1,2 {( Cdéchets déch.(2 - 1 ) + qdéch)}. Q tot. = 1,2{( 1,4 kJ/kg 300 kg ( 400°C - 20°C ) + + 600 kJ/kg 300 kg)} = 407520 kJ, onde Qtot representa a quantidade total de calor necessário para a decomposição térmica dos refugos; Qchauf. representa o calor de aquecimento dos refugos até a temperatura de 400°C; Q decomp. representa o calor utilizado para a decomposição dos refugos; Qpertes representa as perdas de calor que compõem 20% da quantidade total de calor; q representa o calor específico da decomposição, que representa, para os refugos de borracha, 600 kJ/kg; déch.= 300 kg que representam a massa dos refugos; 1 = 20°C e 2 = 400°C representando as temperaturas inicial e final dos refugos.

[00150] Portanto, a quantidade de calor transmitido dos produtos de combustão pela parede do reator não é suficiente para a decomposição térmica dos refugos, é por isso que a quantidade de calor que falta 64480 kJ deve ser fornecida no reator com o vapor superaquecido.

[00151] Portanto, o consumo do vapor superaquecido Gvap (ent= 600°C, e sort = 400°C, Cvap = 2 kJ/kg °C) representa: Gvap = {(Qtot. - Q pr. comb. ) / ( Cvap ent. - sort )}: 1200 s = {( 64480 kJ )/ 2 kJ/kg °C ( 600°C - 400°C ) } : 1200 s = = 0,1344 kg/s , ( 484 ks/h), onde Gvap representa o consumo de vapor, kg/h; Cvap representa a capacidade térmica específica do vapor d’água, ou seja 2 kJ/kg °C; Tent, Tsort representam as temperaturas do vapor d’água na entrada do reator e na saída do reator (igual à temperatura da mistura vapor-gás evacuada do reator).

[00152] O gerador de vapor 15 alimenta com vapor d’água o superaquecedor de vapor 16 por intermédio da torneira 17 segundo uma taxa de fluxo de 484 kg /h até a temperatura de 600°C. Assim, o combustível proveniente da cuba 9 alimenta o queimador 19 com uma taxa de fluxo de 15 kg/h e queima. Os produtos de combustão são admitidos no superaquecedor de vapor 16. Passando pelo superaquecedor de vapor, os produtos de combustão aquecem o vapor d’água até a uma temperatura de 600°C, e eles resfriam até a uma temperatura de 200°C, após o que são evacuados com o aspirador de fumaças 13 na chaminé 14.

[00153] O vapor d’água superaquecido proveniente do superaquecedor de vapor 16 por intermédio da torneira 20 é fornecido ao reator 4 segundo uma taxa de fluxo de 484 kg/h. A temperatura de superaquecimento é controlada de acordo com as indicações do sensor de temperatura 20. Portanto o vapor superaquecido fornece diretamente ao reator 4 o calor em quantidade necessária, ou seja 64480 kJ, durante os 20 minutos.

[00154] Os refugos de borracha deslocam-se no reator 4 e aquecem ao contato das paredes quentes do reator bem como através de troca térmica convectiva com o vapor d’água fornecido no reator. Resulta uma termólise dos refugos com desprendimento de produtos gasosa e resíduos sólidos de carbono. Os produtos gasosos de decomposição dos refugos misturam-se com o vapor d’água de onde resulta a formação dos produtos vapor-gás.

[00155] No presente caso, durante a decomposição térmica dos refugos de borracha, ocorre uma formação de 40% em massa de gases de decomposição e 60 % em massa de resíduos sólidos de carbono, contendo 10 % em massa de elementos metálicos. Portanto, durante a decomposição térmica de 300 kg de refugos durante 20 minutos, a produtividade do reator será de 900 kg/h, com 360 kg/h de gases de decomposição que se formam e 540 kg/h de resíduos sólidos de carbono, contendo 54 kg de elementos metálicos.

[00156] Os gases de decomposição são misturados com o vapor d’água e formam os produtos vapor-gás em quantidade de 484 kg/h + 360 kg/h = 844 kg/h.

[00157] Os produtos vapor-gás formados segundo uma taxa de fluxo de 844 kg/h são evacuados do reator 4 pela saída 7' via a torneira 85 no condensador 59, onde, por troca térmica com a água de resfriamento, eles são condensados e formam um condensado contendo água e óleo.

[00158] Neste exemplo, 80% em massa dos produtos vapor-gás chegam à formação de um condensado contendo água e óleo. Portanto, no condensador 59 675 kg/h dos produtos vapor-gás condensam-se. O condensado compõe-se de 454 kg de água e 268 kg de óleo. Uma parte dos vapores de água que representam 30 kg não é condensada. Uma parte dos gases de decomposição dos refugos de borracha que representam 92 kg/h também não é condensada.

[00159] O condensado é transferido para o separador 60 onde a água é separada do óleo. A água em quantidade de 454 kg/h, passa pelo filtro 61 e é reciclada no gerador de vapor 15 para a produção de vapor d’água de trabalho. O óleo proveniente do separador 60 é transferido no evaporador 63 via a torneira 62 com uma taxa de fluxo de 268 kg/h; ele é em seguida separado em uma primeira fração com uma temperatura de ebulição inferior ou igual a 360°C, representando 160 kg, e uma segunda fração com uma temperatura de ebulição superior a 360°C, representando 108 kg. A primeira fração proveniente do evaporador 63 transita pela torneira 64 com uma taxa de fluxo de 60 kg/h, e é evacuada no reservatório de armazenamento 65, enquanto que a segunda fração transita pela torneira 66 com uma taxa de fluxo de 108 kg/h e é evacuada no reservatório de armazenamento 67.

[00160] Os resíduos sólidos de carbono presentes no reator 4 passam pela saída 7 equipada com o fecho giratório 8 segundo uma taxa de fluxo de 540 kg/h e são evacuados no refrigerador com parafuso 28 equipado do motor 29 onde são resfriados até a temperatura de 20°C através de troca calorífica com a água passando no envoltório 30 do refrigerador. A temperatura de resfriamento dos resíduos sólidos de carbono é controlada de acordo com as indicações do sensor de temperatura 31.

[00161] Os resíduos sólidos de carbono provenientes do refrigerador 28 transitam pelo fecho giratório 32 com uma taxa de fluxo de 540 kg/h até ao separador magnético 33 onde o metal é retirado em quantidade de 54 kg/h antes que os resíduos sólidos de carbono assim purificados sejam armazenados no reservatório de armazenamento 34. Os resíduos de carbono purificados das inclusões de metal são encaminhados em quantidade de 486 kg/h no triturador 35 e triturados antes de ser carregados no reservatório de armazenamento 68.

[00162] Os resíduos de carbono triturados, apresentando dimensões de partículas de 0,2 mm, provenientes do reservatório de armazenamento 68, transitam pelo dosador de peso 69 em quantidade de 16 kg até o misturador 70. Simultaneamente a primeira fração proveniente do reservatório de armazenamento 65 pela torneira 71 é encaminhada em quantidade de 160 kg graças ao dosador 72 no misturador 70. Uma vez o misturador cheio com os resíduos de carbono e primeira fração, o todo é misturado através do misturador 73. Nesta mistura, a proporção da primeira fração líquida e do resíduo de carbono triturado representa 1: 0,1 (160 kg: 16 kg). A mistura é transferida depois com a ajuda da bomba 74 segundo uma taxa de fluxo de 176 kg/h no forno cilíndrico 75 onde é queimado com um coeficiente de excessos de ar de 0,35.

[00163] Neste exemplo, a quantidade teoricamente necessária de ar para a combustão de 160 kg de primeira fração representa 2080 kg (13 kg de ar para 1 kg de primeira fração), e para a combustão de 16 kg de resíduos de carbono, a quantidade teoricamente necessária de ar representa 192 kg (12 kg para 1 kg de resíduos). Portanto, a combustão completa da mistura necessita uma quantidade necessária de ar de 2272 kg/h.

[00164] No forno cilíndrico 75, a mistura é queimada com um coeficiente de excessos de ar de 0,35, ou seja, 795 kg/h. A quantidade de ar fornecida no forno é controlada de acordo com as indicações do sensor de consumo de ar 76 presente no forno 75. A regulação da taxa de fluxo de ar um valor de 795 kg/h é obtida graças ao ventilador 77.

[00165] A combustão incompleta da mistura no forno cilíndrico 75 desprende calor que provoca a decomposição térmica dos hidrocarbonetos contidos na primeira fração. O negro de fumo assim é produzido em quantidade de 25% da massa da primeira fração, quer 40 kg/h, e gases são produzidos igualmente em quantidade 37% de massa, quer 59 kg/h. Uma parte da primeira fração queima, ou seja, 38% da massa (61 kg /h queimam).

[00166] O carbono dos resíduos sólidos queima parcialmente em quantidade de 1,4kg/h, e aquece-se parcialmente com a evacuação dos compostos sulfurados dos resíduos de carbono em quantidade de 0,1 kg. Desta maneira, o negro de fumo é formado em quantidade de 40 kg/h + 16,9 kg/h = 56,9 kg/h.

[00167] Os fluxos dos produtos da combustão incompleta e do negro de fumo provenientes do forno 75 são enviados respectivamente em quantidade de 915 kg/h e 56,9 kg/h no refrigerador 78 que recebe a água pulverizada proveniente da cuba 79, provocando a diminuição da temperatura dos produtos de combustão e dos negros de fumo. A mistura resfriada do refrigerador 78 transita pelo filtro 80 e sofre uma separação mecânica em um campo centrífugo por um fluxo de gases que circula no ciclone 81, desprendendo o negro de fumo em quantidade de 56,9 kg/h e a cinza em quantidade de 0,1 kg/h.

[00168] O negro de fumo é transferido por transporte pneumático com a ajuda do ventilador 82 em quantidade de 56,9 kg/h no reservatório de armazenamento 83, e a cinza em quantidade de 0,1 kg/h é descarregada do ciclone 81 no reservatório de armazenamento 84.

[00169] Os gases do negro de fumo purificados pelo filtro 80 contêm componentes combustíveis e são queimados via a torneira 58 em quantidade de 915 kg/h no queimador 11.

[00170] A segunda fração proveniente do reservatório de armazenamento 67 transita pela torneira 87 com uma taxa de fluxo de 108 kg/h até o forno cilíndrico 88, onde simultaneamente com a ajuda do ventilador 89, o ar é introduzido. A segunda fração é submetida a uma decomposição térmica em negro de fumo e em gás a uma temperatura de 850°C através de combustão incompleta (em condição de falta de ar) no forno cilíndrico 88. A temperatura da combustão é controlada de acordo com as indicações do sensor de temperatura 90.

[00171] O calor desprendido quando da combustão de uma parte da segunda fração provoca a decomposição térmica da fração líquida com formação de fuligem e de gás (o calor específico da combustão destes gases é de 20 MJ/kg). Neste exemplo, uma parte da segunda fração é decomposta com formação de negro de fumo (32 kg/h), uma parte da segunda fração queima (22 kg/h), a parte da segunda fração que permanece (54 kg) se decompõe termicamente com formação de gases combustíveis desprendendo um calor de combustão de 20 MJ/kg.

[00172] A temperatura no interior do forno 88 é controlada de acordo com as indicações do sensor 90 e pela regulação da introdução de ar graças ao ventilador 89 (aumenta-se a introdução quando a temperatura baixa e diminui-se a introdução quando a temperatura diminui), fixa-se a temperatura a 850°C. O fluxo dos produtos de combustão e o negro de fumo proveniente do forno 88 são evacuados com uma taxa de fluxo de 372 kg/h no refrigerador 91, onde a água proveniente da cuba 79 é pulverizada, diminuindo a temperatura dos produtos de combustão e negro de fumo até a T=150°C.

[00173] A mistura resfriada do refrigerador 91 é admitida no filtro 92, onde a fuligem é desprendida do fluxo gasoso em quantidade de 32 kg/h, depois transferida no microtriturador 93, e por transporte pneumático graças ao ventilador 94, o negro de fumo é encaminhado no reservatório de armazenamento 95.

[00174] Os gases do negro de fumo purificados pelo filtro 92 em quantidade de 340 kg/h (54 kg de gases de decomposição da fração e 286 kg/h de produtos de combustão 22 kg/h da segunda fração) e são queimados via as torneiras 96 e 58 no queimador 11.

[00175] A combustão dos gases no queimador permite utilizar eficazmente o calor de combustão dos gases e prevenir a sua rejeição no ambiente. Como o calor de combustão dos gases representa 3180 kJ/kg, eles são queimados segundo uma taxa de fluxo de 340 kg/h (o que é equivalente, conforme o calor de combustão, a combustão de 27 kg de combustível com um calor específico de combustão de 40 MJ/kg). A quantidade do combustível queimado no queimador 11 é reduzida a 27 kg/h, depois fixada a 53 kg/h.

[00176] Os produtos vapor-gás, constituídos pela mistura do vapor d’água a 30 kg/h e 92 kg/h de gases não condensados da decomposição térmica dos refugos de borracha provenientes do condensador 59 em quantidade de 122 kg/h via as torneiras 97 e 58 são queimados no queimador 11.

[00177] O calor específico de combustão de tal mistura é igual a 17000 kJ/kg, a combustão de 122 kg/h desta mistura é equivalente, conforme o calor de combustão, em combustão de 51 kg de combustível com um calor específico de combustão de 40000 kJ/kg. A quantidade do combustível queimado no queimador 11 é reduzida a 51 kg/h, depois fixada a 2 kg /h.

[00178] Exemplo 4

[00179] Na tremonha 1 equipada com fechos selados 2 e 3, introduzem-se os refugos de borracha triturados em partículas de dimensões compreendidas entre 40 e 50 mm em quantidade de 200 kg. Após enchimento da tremonha 1, abre-se o fecho 2, os refugos da tremonha 1 caem e permanecem sobre o fecho 3. Em seguida, fecha-se o fecho 2, depois se abre o fecho 1 e os refugos caem no reator cilíndrico 4. Depois se fecha o fecho 3, e admite-se na tremonha 1 nova porção de refugos em quantidade de 200 kg. Tal sequência de introdução dos refugos é necessária para prevenir a entrada de grande quantidade de ar no reator, o que pode provocar uma explosão.

[00180] Simultaneamente, através do motor 5, coloca-se em rotação o parafuso 6 instalado no reator cilíndrico 4. Os refugos triturados são tomados pelo parafuso e arrastados no reator cilíndrico 4 para a saída 7 equipada com o fecho giratório 8. O tempo de deslocamento dos refugos no reator cilíndrico é regulado pela mudança de velocidade das voltas do parafuso 6 de modo que os refugos percorram o mesmo no final de 20 minutos (tempo necessário para a decomposição térmica completa dos refugos e o aquecimento dos resíduos sólidos até a 500°C) e cheguem a saída 7 equipada com o fecho giratório 8. Neste exemplo, a velocidade de rotação do parafuso representa 80 rotações por hora.

[00181] Simultaneamente ao início do processo e ao deslocamento dos refugos, introduz-se o combustível proveniente do reservatório 9 pela torneira - regulador 10 no queimador 11 segundo uma taxa de fluxo de 60 kg/h e queima-se o mesmo. Os produtos de combustão são enviados no envoltório 12 do reator 4 a uma temperatura de 1000°C e em quantidade de 720 kg/h (a combustão de 1 kg de combustível provoca a formação de 12 kg de produtos de combustão). Passando pelo envoltório 12, os produtos de combustão do combustível aquecem o reator e, por sua vez, resfriam-se até 200°C e com a ajuda do aspirador de fumaças 13 são evacuados na chaminé 14.

[00182] A quantidade de calor transmitido pela parede do reator por parte dos produtos de combustão para os refugos durante 20 minutos responde a fórmula seguinte: Q pr. comb. = pr. comb C pr. comb ( 2 - 1 ) = 240 kg . 1,34 kJ/kg °C ( 1000°C - 200°C ) = 257280 kJ, onde pr.. comb. representa a quantidade dos produtos de combustão, ou seja 240 kg; C pr.. comb. representa a capacidade térmica específica dos produtos de combustão, ou seja 1,34 kJ/kg °C; 1=1000°C e 2 =200°C representando a temperatura de entrada dos produtos de combustão no envoltório do reator e a temperatura da sua saída do envoltório.

[00183] A quantidade necessária de calor para a decomposição térmica de 200 kg de refugos de borracha e o aquecimento dos resíduos sólidos de carbono até a 500 °C durante os 20 minutos é determinada como a seguir: Q tot = Qchauf. + Qdécomp. + Qpertes, Q tot = 1,2 {( C dechets dech.(2 - 1 ) + q dech.)}. Q tot. = 1,2{( 1,4 kJ/kg 200 kg ( 500°C - 20°C ) + + 600 kJ /kg 200 kg)} = 305280 kJ, onde Qtot representa a quantidade total de calor necessário para a decomposição térmica dos refugos; Qchauf. representa o calor de aquecimento dos refugos até a temperatura de 500°C; Q decomp. representa o calor utilizado para a decomposição dos refugos; Qpertes representa as perdas de calor que compõem 20% da quantidade total de calor; q representa o calor específico da decomposição, que representa para os refugos de borracha 600 kJ/kg; déch.= 300 kg representando a massa dos refugos; T1 = 20°C e T2 = 500°C representando as temperaturas inicial e final dos refugos.

[00184] Portanto, a quantidade de calor transmitido dos produtos de combustão pela parede do reator não é suficiente para a decomposição térmica dos refugos, é por isso que a quantidade de calor que falta 48000 kJ deve ser fornecida no reator com o vapor superaquecido.

[00185] Portanto, o consumo do vapor superaquecido Gvap (Tent= 700°C, e Tsort = 400°C, Cvap = 2 kJ/kg °C) representa: Gvap = {(Qtot - Q pr. comb. ) / ( Cvap Tentr. - Tsort. )}: 1200 s = {( 48000 kJ )/ (2 kJ/kg °C ( 700°C - 500°C ) } : 1200 s = 360 kg /h onde Gvap representa o consumo de vapor, kg/h; Cvap representa a capacidade térmica específica do vapor d’água, ou seja 2 kJ/kg °C; Tent, Tsort representam as temperaturas do vapor d’água na entrada do reator e na saída do reator (igual à temperatura da mistura vapor-gás evacuada do reator).

[00186] O gerador de vapor 15 alimenta com vapor d’água o superaquecedor de vapor 16 por intermédio da torneira 17 segundo uma taxa de fluxo de 360 kg /h até a temperatura de 700°C. Assim, o combustível proveniente da cuba 9 alimenta o queimador 19 com uma taxa de fluxo de 13 kg/h e queima. Os produtos de combustão são admitidos no superaquecedor de vapor 16. Passando pelo superaquecedor de vapor, os produtos de combustão aquecem o vapor d’água até uma temperatura de 700°C, e resfriam-se até a uma temperatura de 200°C, após o que são evacuado com o aspirador de fumaças 13 na chaminé 14.

[00187] O vapor d’água superaquecido proveniente do superaquecedor de vapor 16 através da torneira 20 é fornecido ao reator 4 segundo uma taxa de fluxo de 360 kg/h. A temperatura de superaquecimento é controlada de acordo com as indicações do sensor de temperatura 20. Portanto o vapor superaquecido fornece diretamente ao reator 4 o calor em quantidade necessária, ou seja 48000 kJ, durante os 20 minutos.

[00188] Os refugos de borracha deslocam-se no reator 4 e aquecem ao contato com as paredes quentes do reator bem como através de troca térmica convectiva com o vapor d’água fornecido no reator. Resulta uma termólise dos refugos com desprendimento de produtos gasosa e resíduos sólidos de carbono. Os produtos gasosos de decomposição dos refugos misturam-se com o vapor d’água onde resulta a formação dos produtos vapor-gás.

[00189] No presente caso, durante a decomposição térmica dos refugos de borracha, ocorre a formação de 45 % em massa de gases de decomposição e 55 % em massa de resíduos sólidos de carbono, contendo 10 % em massa de elementos metálicos. Portanto durante a decomposição térmica de 200 kg de refugos durante 20 minutos, a produtividade do reator será de 600 kg/h, com 270 kg/h de gases de decomposição que se formam e 330 kg/h de resíduos sólidos de carbono, contendo 33 kg de elementos metálicos.

[00190] Os gases de decomposição são misturados com o vapor d’água e formados os produtos vapor-gás em quantidade de 270 kg/h + 360 kg/h = 630 kg/h.

[00191] Os produtos vapor-gás formados segundo uma taxa de fluxo de 630 kg/h são evacuados do reator 4 pela saída 7' via a torneira 85 no condensador 59, onde por troca térmica com a água de resfriamento, eles são condensados e formam um condensado contendo água e óleo.

[00192] Neste exemplo, 80 % em massa dos produtos vapor-gás conduzem à formação de um condensado contendo água e óleo. Portanto, no condensador 59.504 kg/h dos produtos vapor-gás condensam-se. O condensado compõe-se de 340 kg de água e 243 kg de óleo. Uma parte dos vapores de água que representam 20 kg não é condensada. Uma parte dos gases de decomposição dos refugos de borracha que representam 27 kg/h também não é condensada.

[00193] O condensado é transferido para o separador 60 onde a água é separada do óleo. A água em quantidade de 340 kg/h, passa pelo filtro 61 e é reciclada no gerador de vapor 15 para a produção de vapor d’água de trabalho. O óleo proveniente do separador 60 é transferido no evaporador 63 via a torneira 62 com uma taxa de fluxo de 243 kg/h; ele é em seguido separado em uma primeira fração com uma temperatura de ebulição inferior ou igual a 360°C, representando 150 kg, e uma segunda fração com uma temperatura de ebulição superior a 360°C, representando 93 kg. A primeira fração proveniente do evaporador 63 transita pela torneira 64 com uma taxa de fluxo de 150 kg/h, e é evacuada no reservatório de armazenamento 65, enquanto a segunda fração transita pela torneira 66 com uma taxa de fluxo de 93 kg/h e é evacuada no reservatório de armazenamento 67.

[00194] Os resíduos sólidos de carbono presentes no reator 4 passam pela saída 7 equipada com o fecho giratório 8 segundo uma taxa de fluxo de 330 kg/h e são evacuados no refrigerador com parafuso 28 equipado do motor 29 onde são resfriados até a temperatura de 20°C através de troca calorífica com a água que passa no envoltório 30 do refrigerador. A temperatura de resfriamento dos resíduos sólidos de carbono é controlada de acordo com as indicações do sensor de temperatura 31.

[00195] Os resíduos sólidos de carbono provenientes do refrigerador 28 transitam pelo fecho giratório 32 com uma taxa de fluxo de 330 kg/h até o separador magnético 33 onde o metal é retirado em quantidade de 33 kg/h antes que os resíduos sólidos de carbono assim purificados sejam armazenados no reservatório de armazenamento 24. Os resíduos de carbono purificados das inclusões de metal são encaminhados em quantidade de 297 kg/h ao triturador 35 e triturados em partículas de dimensões de 0,2 mm ou menos, antes de serem carregados no reservatório de armazenamento 68.

[00196] Os resíduos de carbono triturados provenientes do reservatório de armazenamento 68, transitam pelo dosador a peso 69 em quantidade de 290 kg até o misturador 70. Simultaneamente a primeira fração proveniente do reservatório de armazenamento 65 pela torneira 71 é encaminhada em quantidade de 145 kg graças ao dosador 72 no misturador 70. Uma vez o misturador cheio com os resíduos de carbono e primeira fração, o todo é misturado através do misturador 73. Nesta mistura, a proporção da primeira fração líquida e o resíduo de carbono triturado representa 1: 2 (145 kg: 290 kg). A mistura é transferida depois com a ajuda da bomba 74 segundo uma taxa de fluxo de 435 kg/h no forno cilíndrico 75 onde é queimado com um coeficiente de excesso de ar de 0,2.

[00197] Neste exemplo, a quantidade teoricamente necessária de ar para a combustão de 145 kg de primeira fração representa 1885 kg (13 kg de ar para 1 kg de primeira fração), e para a combustão de 290 kg de resíduos de carbono, a quantidade teoricamente necessária de ar representa 3480 kg (12 kg para 1 kg de resíduos). Portanto, a combustão completa da mistura necessita de uma quantidade necessária de ar de 5365 kg/h.

[00198] No forno cilíndrico 75, a mistura é queimada com um coeficiente de excesso de ar de 0,2, ou seja, 1073 kg/h. A quantidade de ar fornecida ao forno é controlada de acordo com as indicações do sensor de consumo de ar 76 presente no forno 75. A regulação da taxa de fluxo de ar a um valor de 1073 kg/h é obtida graças ao ventilador 77.

[00199] A combustão incompleta da mistura no forno cilíndrico 75 desprende calor provocando a decomposição térmica dos hidrocarbonetos contidos na primeira fração. O negro de fumo é assim produzido em quantidade de 25% da massa da primeira fração, quer 36 kg/h, e gases são produzidos igualmente em quantidade 25% de massa, quer 36 kg/h. Uma parte da primeira fração queima, ou seja, 50% da massa (72,5 kg /h queimam).

[00200] O carbono dos resíduos sólidos queima parcialmente em quantidade de 10 kg/h, e aquece-se parcialmente com a evacuação dos compostos sulfurados dos resíduos de carbono em quantidade de 6 kg/h. Desta maneira, o negro de fumo é formado em quantidade de 36 kg/h + 274 kg/h = 310 kg/h.

[00201] Os fluxos dos produtos da combustão incompleta e do negro de fumo proveniente do forno 75 são enviados respectivamente em quantidade de 1198 kg/h e 310 kg/h no refrigerador 78 recebendo a água pulverizada proveniente da cuba 79, provocando a diminuição da temperatura dos produtos de combustão e dos negros de fumo. A mistura resfriada do refrigerador 78 transita pelo filtro 80 e sofre uma separação mecânica em um campo centrífugo por um fluxo de gases circulando no ciclone 81, desprendendo o negro de fumo em quantidade de 290 kg/h e a cinza em quantidade de 20 kg/h.

[00202] O negro de fumo é transferido por transporte pneumático com a ajuda do ventilador 82 em quantidade de 290 kg/h no reservatório de armazenamento 83, e a cinza em quantidade de 20 kg/h é descarregada do ciclone 81 no reservatório de armazenamento 84.

[00203] Os gases do negro de fumo purificados pelo filtro 80 contêm componentes combustíveis e são queimados via a torneira 58 em quantidade de 888 kg/h no queimador 11.

[00204] A segunda fração proveniente do reservatório de armazenamento 67 transita pela torneira 87 com uma taxa de fluxo de 93 kg/h até o forno cilíndrico 88, onde simultaneamente com a ajuda do ventilador 89, ar é introduzido. A segunda fração submetida a uma decomposição térmica em negro de fumo e em gases a uma temperatura de 2500°C através de combustão incompleta (em condição de falta de ar) no forno cilíndrico 88. A temperatura da combustão é controlada de acordo com as indicações do sensor de temperatura 90.

[00205] O calor desprendido quando da combustão de uma parte da segunda fração provoca a decomposição térmica da fração líquida com formação de fuligem e de gases (o calor específico da combustão destes gases é de 20 MJ/kg).

[00206] Neste exemplo, uma parte do óleo é decomposta com formação de negro de fumo (30% da massa do óleo, quer 28 kg/h), uma parte do óleo queima (20% da massa do óleo, quer 20 kg/h), a parte de óleo que permanece (quase 50% da massa do óleo, quer 45 kg) se decompõe termicamente com formação de gases combustíveis que desprendem um calor de combustão de 20 MJ/kg.

[00207] A temperatura no interior do forno 88 é controlada de acordo com as indicações do sensor 90 e pela regulação da introdução de ar graças ao ventilador 89 (aumenta-se a introdução na hora que a temperatura baixa e diminui-se a introdução quando a temperatura baixa), fixa-se a temperatura a 2500°C. O fluxo dos produtos de combustão e do negro de fumo provenientes do forno 88 é evacuado com uma taxa de fluxo de 333 kg/h no refrigerador 91, onde a água proveniente do tanque 79 é pulverizada, diminuindo a temperatura dos produtos de combustão e de negro de fumo até T=150°C.

[00208] A mistura resfriada do refrigerador 91 é admitida no filtro 92, onde a fuligem é desprendida do fluxo gasoso em quantidade de 28 kg/h, depois transferida no microtriturador 93, e por transporte pneumático graças ao ventilador 94, a fuligem é encaminhada no reservatório de armazenamento 95.

[00209] Os gases de negro de fumo purificados pelo filtro 92 em quantidade de 305 kg/h (produtos de combustão 20 kg/h do óleo 260 kg/h, gás de decomposição térmico da segunda fração 45 kg/h) são queimados por meio das torneiras 96 e 58 no queimador 11.

[00210] A combustão dos gases no queimador permite utilizar eficazmente o calor de combustão dos gases e prevenir a sua rejeição no ambiente. Como o calor de combustão dos gases representa 44000 kJ/kg, eles são queimados segundo uma taxa de fluxo de 305 kg/h (o que é equivalente, de acordo com o calor de combustão, a combustão de 33 kg de combustível com um calor específico de combustão de 40 MJ/kg). A quantidade do combustível queimado no queimador 11 é reduzida a 33 kg/h, depois fixada (60 kg/h - 33 kg/h) = a 27 kg/h.

[00211] Os produtos vapor-gás, constituídos pela mistura do vapor d’água a 20 kg/h e 27 kg/h de gases não condensados da decomposição térmica dos refugos de borracha proveniente do condensador 59 em quantidade de 47 kg/h via as torneiras 97 e 58 são queimados no queimador 11.

[00212] O calor específico de combustão de tal mistura é igual a 17000 kJ/kg, a combustão de 47 kg/h desta mistura é equivalente, de acordo com o calor de combustão, à combustão de 20 kg de combustível com um calor específico de combustão de 40000 kJ/kg. A quantidade do combustível queimado no queimador 11 é reduzida a 20 kg/h, depois fixada a 7 kg /h.

[00213] A mistura submetida à combustão comum contém os gases da decomposição térmica da segunda fração, os produtos da combustão incompleta da mistura (a primeira fração e o resíduo de carbono triturado), os gases de decomposição térmica dos refugos de borracha e do vapor d’água. Quando da combustão de tal mistura, as rejeições de óxidos de nitrogênio são reduzidas devido à presença do vapor d’água, o que provoca uma redução das rejeições no meio ambiente durante o método de obtenção de negro de fumo a partir de refugos de borracha de acordo com a invenção.

[00214] Graças à utilização de uma parte dos refugos de borracha para a alimentação em energia do método de obtenção de negro de fumo de acordo com a invenção, obtém-se uma redução do consumo energético, o que em comparação com as tecnologias conhecidas de produção de negro de fumo exclui a necessidade de combustível suplementar. A combustão de uma parte dos refugos de borracha em forma gasosa assegura a combustão mais completa e a redução da formação dos compostos tóxicos em relação às tecnologias de combustão direta dos refugos de borracha.

Claims

1. Método de obtenção de negro de fumo a partir de refugos de borracha, compreendendo a sua decomposição térmica em um reator, a separação dos produtos de decomposição em produtos vapor-gás e em resíduos sólidos de carbono, a trituração dos resíduos de carbonos e a combustão dos produtos vapor- gás com os resíduos de carbono triturados, compreendendo fornecer os produtos vapor-gás e os resíduos de carbono triturados a uma câmara de combustão, caracterizado pelo fato de que a razão mássica dos produtos vapor-gás para os resíduos de carbono triturados fornecidos à câmara de combustão é compreendida entre 1: (0,1 - 2,0).

2. Método de obtenção de negro de fumo a partir de refugos de borracha de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os produtos vapor- gás são queimados com os resíduos de carbono triturados sob uma forma gasosa ou sob uma forma liquida após condensação.

3. Método de obtenção de negro de fumo a partir de refugos de borracha de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os produtos vapor- gás condensados sob forma liquida são separados em uma primeira fração apresentando um ponto de ebulição inferior ou igual a 360°C e uma segunda fração apresentando um ponto de ebulição superior a 360°C, a primeira fração sendo misturada com os resíduos de carbono triturados em uma razão mássica de 1: (0,1 - 2,0), a mistura obtida sendo queimada, os produtos de combustão sendo separados por via mecânica em um campo centrífugo em fuligem e em cinza.

4. Método de obtenção de negro de fumo a partir de refugos de borracha de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a segunda fração é submetida a uma decomposição térmica em fuligem e em gases de acordo com temperaturas compreendidas entre 850 a 2100°C.

5. Método de obtenção de negro de fumo a partir de refugos de borracha de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a combustão da mistura da primeira fração e dos resíduos de carbono é realizada com um coeficiente de excesso de ar compreendido entre 0,20 e 0,35.

6. Método de obtenção de negro de fumo a partir de refugos de borracha de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que os resíduos de carbono são triturados para obter partículas de dimensões compreendidas entre 0,1 e 2,0 mm.

7. Método de obtenção de negro de fumo a partir de refugos de borracha de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a totalidade ou parte dos resíduos de carbono triturados é transportada na câmara de combustão por intermédio dos produtos vapor-gás.

8. Método de obtenção de negro de fumo a partir de refugos de borracha de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 7, caracterizado pelo fato de que os gases provenientes da decomposição térmica da segunda fração e dos produtos de combustão da mistura são queimados juntos com os produtos vapor- gás, e a energia térmica obtida é utilizada para assegurar a decomposição térmica dos refugos de borracha no reator.

9. Dispositivo para a obtenção de negro de fumo a partir de refugos de borracha pela implementação do método como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de compreender um reator (4) apresentando uma saída (7) para os resíduos de carbono conectada consecutivamente a um trocador térmico com parafuso (28), um separador magnético (33), um triturador (35), um transportador (36), uma tremonha (37) com dosador (38), um trocador térmico tubular (39), um queimador turbulento (45) instalado no final de um forno cilíndrico (26) sobre o eixo de uma câmara de combustão (27), uma saída (7') do reator (4) para os produtos vapor-gás sendo diretamente conectada aos queimadores (24,25) do forno cilíndrico (26) instalados tangencialmente e de modo diametralmente oposto à câmara de combustão (27), a referida saída (7') sendo igualmente conectada consecutivamente ao trocador térmico (39) da tremonha (37) com o dosador (38) e o queimador turbulento (45).