BR112017012697B1

BR112017012697B1 - Método de disparar ignição em um forno mediante queima de combustível, e forno

Info

Publication number: BR112017012697B1
Application number: BR112017012697-4A
Authority: BR
Inventors: Julian Inskip
Original assignee: Pilkington Group Limited
Priority date: 2014-12-17
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2021-11-03
Also published as: RU2017125095A; KR102502323B1; US20200103107A1; JP2021178975A; WO2016097742A1; MY186393A; JP2018505256A; RU2763026C2; BR112017012697A2; US11530815B2; PL3234071T3; ES2873523T3; RU2017125095A3; CN112066741A; US10551059B2; AU2015365675B2; EP3858951A1; MX2017007896A; CN107407523A; JP6720182B2

Abstract

um forno (70), e um método de aquecimento, onde parte do combustível fornecido ao forno é produzida a partir de plásticos de refugo por um processo de despolimerização, calor perdido de forno sendo usado para promover o processo de despolimerização. o forno é equipado com regeneradores (70) (80, 82) para recuperação de calor perdido e é disparado em primeira e segunda direções opostas, com a direção de acionamento periodicamente inverter entre a primeira direção e a segunda direção o suprimento de combustível ao forno (70) é temporariamente interrompida enquanto a direção de disparo é reversível, dispositivos sendo previstos para acomodar o combustível produzida durante a interrupção temporária. o forno pode ser usado para produzir o vidro.

Description

[0001] A presente invenção está relacionada a um processo industrial realizado num forno, para a produção de combustível e, mais particularmente, a um método para a produção de combustível. A invenção está ainda relacionada a um método e a um equipamento para a produção de combustível a partir de rejeitos plásticos através de um processo de despolimerização. Parte do combustível ao forno pode ser produzido desta forma, e a perda térmica do forno pode ser usada para promover o processo de despolimerização. O forno pode ser um forno regenerativo, e numa modalidade particular da invenção, o forno pode ser um forno de produção de vidro.

[0002] O combustível é naturalmente um bem caro e valioso, e os combustíveis fósseis são também um recurso finito. Consequentemente muito esforço está direcionado a processos e a fornos industriais mais eficientes a fim de reduzir o seu consumo de combustível. Uma estratégia alternativa é a de buscar fontes alternativas de combustível que sejam mais baratas que as fontes tradicionais tais como a dos combustíveis fósseis.

[0003] Nos últimos anos, uma das opções que tem sido alvo de atenção é a produção de combustível a partir de rejeitos de material plástico. Grandes quantidades de resíduos de material plástico são geradas a cada ano, e embora alguma parte seja reciclada, muito ainda é descartado em aterros sanitários. Apenas alguns tipos de materiais plásticos são amplamente reciclados, e alguns dos processos de reciclagem impõem uma restrição quanto à forma do plástico, ou quanto ao grau de contaminação dos plásticos que pode ser tolerado. Isso significa que grandes quantidades de rejeitos de material plástico são eliminadas em aterros; e seria vantajoso se esses rejeitos de material plástico, que atualmente não podem ser reciclados, pudessem ser mais bem aproveitados; por exemplo, para a produção de combustível.

[0004] Nos métodos existentes de produção de combustível a partir de rejeitos de material plástico, parte do combustível produzido é utilizada para promover o processo de despolimerização; ou seja, para suprir as necessidades energéticas do processo de despolimerização. Uma vez que o combustível é valioso, existe uma desvantagem desses métodos em que eles próprios consomem uma parcela de sua produção, reduzindo a quantidade disponível para outros usos. Tem sido assim proposto a pirólise de rejeitos de material plástico usando a perda térmica proveniente de algum outro processo.

[0005] Por exemplo, a patente norte-americana US 6.807.916 divulga um método de pirólise de materiais residuais que utilizam o calor residual proveniente de um forno de cimento, e descreve um sistema para realizar isto. No entanto, o sistema de pirólise é restrito aos materiais de rejeito os quais são alimentados ao sistemas em tambores.

[0006] É também conhecido produzir combustível a partir de materiais de rejeitos por meio de gaseificação. A gaseificação é um processo que converte materiais orgânicos ou materiais carbonosos à base de combustíveis fósseis num gás combustível. Isto é conseguido fazendo reagir o material carbonoso a temperaturas elevadas ou em temperaturas muito altas com uma quantidade controlada de oxigênio, mas sem combustível. O oxigênio pode estar na forma de ar ou de vapor. O gás combustível resultante contém monóxido de carbono, hidrogênio e dióxido de carbono e pode ser referido como “syngas” (abreviatura de “gás sintético”). O gás de produção é uma forma de “syngas”.

[0007] O documento norte-americano US 2011/0107670 divulga um processo para a fabricação de um gás combustível por meio da gaseificação de materiais combustíveis sólidos ou líquidos, tais como a biomassa e/ou resíduos de produtos. O último pode incluir pneus usados, plásticos, resíduos de trituradoras de automóveis, lamas, materiais combustíveis de substituição ou de lixo doméstico. Estes materiais podem ser primeiramente convertidos a um óleo mediante uma primeira operação de pirólise. Os produtos residuais são gaseificados num banho de silicato fundido.

[0008] No entanto, a gaseificação tem várias desvantagens. Por exemplo, o gás produzido tem um baixo poder calorífico, e porque o processo de gaseificação requer que tais temperaturas sejam altas (por exemplo, mais de 1000°C), o calor presente nos gases de combustão não pode ser usado para a gaseificação.

[0009] É preferível, portanto, produzir combustíveis a partir de rejeitos de materiais plásticos mediante despolimerização preferentemente que por gaseificação, tal que a perda térmica presentes nos gases de combustão possam ser aproveitadas como uma fonte de calor. Todavia, muitos fornos, nos quais os processos industriais são realizados, são fornos regenerativos; isto é, os fornos são equipados com regeneradores como um meio de recuperação de calor. Isto coloca problemas particulares para o uso do calor residual na despolimerização, e naturalmente seria desejável solucionar tais problemas.

[00010] Um modo foi agora encontrado de integração da produção de combustível pela despolimerização de rejeitos de material plástico proveniente dos gases de combustão de fornos pode ser aproveitada para promover a despolimerização.

[00011] A presente invenção fornece um método de ignição num forno por queima de combustível, compreendendo o fornecimento de combustível ao forno, em que parte do combustível fornecido ao forno e queimado no forno é produzido a partir de rejeitos de material plástico através de um processo de despolimerização, em que o forno é equipado com regeneradores para a recuperação da perda térmica, ignição do forno alternativamente na primeira e segunda direções opostas, com a direção de ignição se revertendo periodicamente entre a primeira direção e a segunda direção, interrompendo temporariamente o fornecimento de combustível ao forno enquanto a direção do disparo da queima está revertendo, sendo providos meios para acomodar o combustível produzido durante a interrupção temporária.

[00012] De um modo preferido, substancialmente todo o calor necessário para promover o processo de despolimerização é fornecido a partir do forno.

[00013] Pelo uso da perda térmica do forno para prover as necessidades energéticas do processo de despolimerização, não é mais necessário usar parte do resultado do processo de produção de combustível para conduzir esse processo. Consequentemente, este combustível torna-se disponível para outros fins, tais como para queima no forno. Uma vez que este combustível é geralmente de alta qualidade, é claramente vantajoso usar o calor residual em vez de o combustível no processo de despolimerização, economizando o combustível de alta qualidade para outros fins. Por meio deste processo, combustíveis valiosos podem ser recuperados a partir de rejeitos de material plástico que de outra forma poderiam ter sido descartados em aterros sanitários. Uma reciclagem é assim criada, em que a perda térmica do forno conduz o processo de despolimerização, e o combustível produzido pela despolimerização é consumido no forno. Este reciclo pode levar a altos graus de eficiências e a um custo de operação significativamente reduzido.

[00014] A utilização do calor residual do forno, para o qual há relativamente poucos outros usos, para promover o processo de despolimerização é particularmente vantajoso, porque isso significa que praticamente todo o combustível produzido pelo processo de despolimerização fica disponibilizado para queimar no forno. Além disso, o combustível de relativamente alto padrão tipicamente produzido por um processo para a produção de combustível a partir de resíduos plásticos por meio de despolimerização é particularmente adequado para queima num forno, devido à sua pureza e seu teor de carbono relativamente alto, o que significa que chamas altamente luminosas podem ser produzidas se necessário.

[00015] As referências a combustível de “grau baixo” ou combustível “grau elevado” se refere ao seu poder calorífico, o que é uma medida amplamente usada no contexto da qualidade de um combustível.

[00016] O processo de despolimerização pode ser um processo de pirólise ou destilação destrutiva, o que também pode ser referido como “craqueamento” no contexto de hidrocarbonetos, plásticos e geologia do petróleo. O material sólido que permanece depois de todos os hidrocarbonetos e outros materiais voláteis terem sido expulsos é conhecido como resíduo de material carbonizado. A produção e a eliminação do resíduo de material carbonizado é na prática uma consequência inevitável da utilização de rejeitos de material plástico como um material de alimentação; isto vai ser discutido em mais detalhe adiante.

[00017] Os rejeitos de material plástico utilizados como matéria-prima para o processo são tipicamente rejeitos de material plástico coletados por serviços de coleta de autoridade municipais ou locais tanto de fontes domésticas e comerciais, e também rejeitos de material plástico industriais. Os rejeitos de material plástico podem compreender polietileno (tanto de alta e baixa densidade), polipropileno, poliestireno, náilon, cloreto de polivinila (PVC), polietileno tereftalato (PET), acrilonitrila butadieno estireno (ABS), entre outros, e também de uma variedade de diferentes tipos de borracha. No entanto, o PET provoca excessiva formação de resíduo de material carbonizado, sendo preferentemente limitado a não mais de 5%, em peso da matéria- prima de alimentação. Além disso, o PVC produz cloreto de hidrogênio quando da decomposição, o que aumenta a corrosão da planta industrial e pode causar poluição ambiental. De preferência, a proporção de PVC na matéria-prima fica limitada a não mais do que 5%, preferentemente a menos do que 1%.

[00018] Embora a borracha seja um material de alimentação aceitável, à desejável que os pneus usados não sejam incluídos devido aos cordões de reforço em aço que estão normalmente presentes. Tais pneus precisam ser triturados antes de poderem ser alimentados ao processo, e esta é uma operação que consome muita energia. Também os cordões de aço podem danificar o triturador e podem se tornar enrolados ao redor dos agitadores.

[00019] Os rejeitos de material plástico inevitavelmente contêm sujidades, umidade e materiais inertes. A sujidade e materiais inertes reduzem o rendimento do processo e aumentam a produção do resíduo de material carbonizado. Itens como pedras, tijolos e concreto podem bloquear ou danificar o equipamento. Da mesma forma, a umidade não somente reduz a eficiência térmica do processo de despolimerização, mas também reduz o poder calorífico da parcela gasosa do combustível produzido. A presença de água mantém o material de alimentação a 100°C durante o aquecimento até que toda a água tenha evaporado e assim energia extra é consumida antes de a pirólise poder iniciar.

[00020] Por conseguinte, é preferível que a proporção de sujidade e materiais inertes na carga de alimentação seja inferior a 10% em peso, mais preferivelmente menos do que 5%. Da mesma forma, a proporção de umidade no material de partida é menor que 10% em peso, mais preferivelmente menos do que 5%. No entanto, uma vez que o excesso de calor residual fica frequentemente disponível num forno, é factível incluir um estágio de lavagem e secagem para a limpeza das sujidades ou da umidade dos rejeitos plásticos antes da sua alimentação ao processo de despolimerização. O calor residual do forno pode ser usado para a secagem do material plástico.

[00021] A matéria-prima pode conter biomassa, embora seja preferentemente como um componente minoritário.

[00022] Um forno regenerativo, isto é, um equipado com regeneradores para a recuperação do calor residual, alcança um nível mais elevado de recuperação de calor do que um forno equipado com outros meios de recuperação de calor; tal como um forno recuperativo. Um forno regenerativo pode ser equipado com dois ou mais regeneradores, cada regenerador contendo um meio de armazenamento térmico de alta massa térmica tal como tijolos refratários. Em qualquer momento, os gases de combustão passam através de um regenerador, transferindo calor ao meio de armazenamento térmico e assim aquecendo este último, e o ar de combustão passa através do outro regenerador, absorvendo o calor proveniente do meio térmico de armazenamento térmico. Depois de um período de tempo apropriado, a direção do fluxo de gás é revertida, tal que um forno regenerativo é alternadamente disparado em queima em duas diferentes direções, ou seja, a primeira e a segunda direção oposta. Mesmo após a passagem através do regenerador, os gases de combustão ainda contêm uma quantidade significativa de calor residual.

[00023] Diferentes esquemas de fornos regenerativos são possíveis; por exemplo, o forno pode ser um forno de porta lateral ou um forno de porta na extremidade. As portas são aberturas na parede do forno, que levam aos regeneradores. Um forno de porta lateral tem portas posicionadas nas paredes laterais do forno, e de forma geral têm forma alongada, configuração em alinhamento com um eixo longitudinal paralelo a uma linha de produção à qual o forno alimenta. Além disso, um forno de porta lateral é de ignição cruzada, com um regenerador posicionado em cada lado do forno.

[00024] Um forno de porta terminal é tem sua ignição na extremidade, e tipicamente tem duas portas que se posicionam uma próxima da outra na parede terminal do forno. Isto resulta em chamas que encurvam no sentido da outra porta numa configuração do tipo “ferradura de cavalo”, e os regeneradores ficam também posicionados uns próximos dos outros atrás das portas e na extremidade do forno. Em ambos os casos, o forno está equipado com queimadores posicionados nas portas tal que o combustível pode se misturar apropriadamente com o ar de combustão pré-aquecido para produzir as chamas do tipo desejado.

[00025] Qualquer um dos tipos anteriores de forno regenerativo pode se beneficiar da invenção.

[00026] Em ambos os tipos de forno regenerativo a direção de ignição é regularmente revertida de modo a maximizar a recuperação de calor. Durante a reversão, os queimadores são desligados, e assim o fornecimento de combustível é interrompido temporariamente. Por conseguinte, é desejável proporcionar meios, tais como um tanque, câmara ou receptor, para acomodar o combustível produzido pelo processo de despolimerização durante a interrupção temporária que ocorre durante a inversão.

[00027] O combustível produzido pela despolimerização de rejeitos de material plástico pode conter pelo menos 70% de hidrocarbonetos, de um modo preferido pelo menos 80%, mais preferencialmente pelo menos 90% de hidrocarbonetos. O craqueamento de polietileno de baixa densidade produz proporções significativas de propano, propeno, butano e 1- buteno, enquanto que o craqueamento do polipropileno produz propeno, metilpropeno e pentano entre outros. Outros hidrocarbonetos produzidos podem tipicamente incluir metano, etano, e 1-penteno. A composição do combustível produzido por despolimerização de resíduos de material plástico é, portanto, bastante diferente daquela do gás produzido pela gaseificação de tais plásticos.

[00028] Além disso, o combustível produzido por despolimerização de rejeitos de material plástico pode ter um poder calorífico menor inferior (LHV) na faixa de 10 a 100 MJ/Nm3, de preferência de 20 a 80 MJ/Nm3, mais preferencialmente 25 a 70 MJ/Nm3, mais preferencialmente 30 a 50 MJ/Nm3. Estes valores são sensivelmente mais altos que para o gás produzido pela gaseificação de rejeitos de material plástico.

[00029] Quando condensado a um óleo, o combustível pode ter um poder calorífico de 20 a 70 MJ/kg, de preferência de 30 a 60 MJ/kg, mais preferencialmente de 40 a 50 MJ/kg.

[00030] A despolimerização de rejeitos de material plástico pode também ser realizada a uma temperatura significativamente mais baixa do que a de gaseificação. Tipicamente, a despolimerização é realizada a 350°C a 650°C, de preferência de 400°C a 450°C.

[00031] O combustível pode ser armazenado antes de ser fornecido ao forno, ou ele pode ser fornecido diretamente ao forno; isto é, sem armazenamento do combustível. O armazenamento do combustível pode envolver sua condensação, se parte ou a totalidade dele estiver no estado gasoso.

[00032] O fornecimento direto do combustível ao forno é vantajoso porque em muitos fornos é necessário aquecer o combustível até a temperatura de ignição antes que a combustão ocorra. Todavia, o combustível do processo de despolimerização pode já estar a uma temperatura suficiente para uso no forno, e mediante o fornecimento do combustível diretamente ao forno, o processo é simplificado e uma maior eficiência é obtida, uma vez que a condensação e o reaquecimento do combustível são evitados.

[00033] Opcionalmente, o combustível pode ser modificado através de fracionamento ou pela ação catalítica para torná-lo mais adequado ao forno. Por exemplo, uma fração com um peso molecular específico pode ser selecionada. Além disso, o controle da relação entre carbono e hidrogênio é desejável, com relações maiores sendo de forma geral favorecidas. A relação entre carbono e hidrogênio no combustível pode variar na faixa de 65% em peso a 95% em peso. No que diz respeito aos hidrocarbonetos alifáticos, a combustão de um combustível com uma relação entre carbono e hidrogênio de cerca de 85% produz chamas de alta luminosidade, que tem boas características de transferência térmica. Além disso, os gases de combustão produzidos pelas chamas contêm menos teor de água, tal que o calor se perde na forma de calor latente de água nos gases de combustão.

[00034] O processo de despolimerização pode ser efetuado num equipamento tal como um reator compreendendo um meio de troca térmica entre os gases de combustão do forno e os rejeitos de material plástico.

[00035] Os gases de combustão contendo calor residual proveniente do forno podem ser supridos diretamente ou indiretamente ao reator. Quando permitido, e quando os gases de combustão são suficientemente limpos de modo a não influenciar adversamente o reator, por exemplo, onde eles tenham passado através de uma planta industrial de controle de poluição, os gases de combustão podem ser fornecidos diretamente a um trocador de calor no reator. No entanto, quando os gases de combustão não são suficientemente limpos para isto, ou onde a legislação local proíbe isso; por exemplo, por questões de segurança, ou em qualquer caso de considerações práticas ou de segurança que torne aconselhável não fornecer os gases de combustão diretamente ao reator, um circuito secundário (indireto) de troca térmica pode ser incluído. Nesse caso, os gases de combustão são fornecidos a um trocador térmico adicional, acolhe os gases de combustão e fornece esse calor ao reator através de um circuito secundário. Por exemplo, um fluido secundário pode circular entre o trocador de calor dos gases de combustão e o trocador de calor do reator. Uma variedade de fluidos pode ser utilizada para esta finalidade. Preferentemente, o fluido não contém oxigênio livre; gases inertes tais como nitrogênio são especialmente adequados.

[00036] É preferível comprimir o rejeito de material plástico antes do processo de despolimerização. O rejeito de material plástico, compreendendo inicialmente uma variedade de diferentes formatos e tamanhos de artigos plásticos, será naturalmente compactado de forma frouxa e conter uma grande quantidade de ar. É, portanto, desejável triturar os resíduos de material plástico até um tamanho uniforme. Se o combustível produzido a partir do plástico contiver quantidades significativas de ar, seu poder calorífico é reduzido. A diluição do combustível com os gases capturados pode também aumentar a poluição do ar quando o combustível é consumido.

[00037] Por conseguinte, é desejável expelir o máximo de ar possível dos rejeitos de material plástico. Isto pode ser parcialmente alcançado mediante compressão dos rejeitos plásticos, e parcialmente nos estágios iniciais do derretimento dos resíduos plásticos. Meios de compressão incluem o uso de meios de vácuo ou de meios mecânicos; tais como um alimentador de parafuso ou de um impulsor hidráulico.

[00038] De um modo preferido, o processo de despolimerização é realizado sob uma atmosfera inerte. Por exemplo, um sistema de purga de nitrogênio pode ser provido. A presença de oxigênio durante a despolimerização é indesejável uma vez que provoca a oxidação dos hidrocarbonetos produzidos durante a despolimerização obtendo-se o monóxido ou o dióxido de carbono e vapor, reduzindo assim o poder calorífico do combustível produzido. Pode haver, evidentemente, um risco de explosão se a um alto nível de oxigênio estiver presente.

[00039] O forno pode um forno para a produção de vidro, isto é, um forno de cozimento de vidro, tal como utilizado pela indústria de vidro. A indústria do vidro pode ser dividida em ramos; tais como, por exemplo, garrafas e vasilhames, utensílios de mesa, fibra de vidro (incluindo tanto de isolamento e de reforço), iluminação (incluindo tubagem), vidro prensado e vidro plano. Qualquer um destes processos industriais podem se beneficiar da invenção.

[00040] Um forno regenerativo pode atingir uma temperatura de pré-aquecimento do ar de combustão de 1250°C ou mais. Isto contribui para uma temperatura máxima de forno de cerca de 1600°C, ou mais. Estas altas temperaturas, juntamente com um tempo de residência dos produtos de combustão de pelo menos 1 segundo em alta temperatura significa que se consegue um grau muito elevado de perfeição da combustão do combustível. Isto por sua vez reduz o risco de poluentes devido à combustão incompleta nos gases de combustão, e por isso, é particularmente vantajoso integrar um processo para despolimerização de rejeitos de material plástico com um forno regenerativo. O tempo de residência dos produtos de combustão é considerado como sendo o tempo desde quando o combustível e ar misturam inicialmente, formação da raiz da chama, até quando a temperatura dos produtos de combustão cai para abaixo de 1000°C.

[00041] Na maioria dos processos industriais de energia intensiva, a transferência eficaz de calor das chamas para o material a ser aquecido é importante. A transferência de calor por radiação é o mecanismo mais eficiente, e chamas altamente luminosas são desejáveis para intensificar a transferência térmica radiante. Aprimorada luminosidade da chama pode ser conseguida alterando o processamento do combustível ou a mistura de rejeitos de material plástico alimentada no reator. Por exemplo, os rejeitos de material plástico podem realizar múltiplas passagens através do reator, ou o combustível evoluído pode ser submetido a fracionamento ou destilação. Uma combinação dessas abordagens também pode ser usada.

[00042] Hidrocarbonetos alifáticos produzem chamais mais luminosas do que os compostos aromáticos, e como mencionado anteriormente, uma relação de carbono para hidrogênio da fração alifática de cerca de 85% em peso é particularmente adequada para a produção de chamas altamente luminosas.

[00043] De acordo com um aspecto adicional, a invenção também proporciona um forno que tem sua ignição pela queima de combustível e uma planta industrial para a produção de combustível a partir de resíduos de material plástico por meio de um processo de despolimerização, em que a planta industrial fornece combustível ao forno, e o calor residual do forno é usado para promover o processo de despolimerização, o forno sendo equipado com regeneradores para recuperação de calor, em que o forno tem sua ignição alternadamente na primeira e segunda direções opostas, com a direção de disparo periodicamente invertendo entre a primeira direção e a segunda direções, sendo proporcionados meios para acomodar o combustível produzido durante a inversão da direção de disparo da ignição.

[00044] De um modo preferido, a unidade de produção de combustível compreende um reator de craqueamento e um meio de fornecimento de calor residual proveniente do forno para o reator de craqueamento.

[00045] Mais preferencialmente, a instalação compreende um meio de fornecimento de combustível produzido no reator de craqueamento a partir do reator de craqueamento ao forno.

[00046] Devido à grande quantidade de calor residual tipicamente disponível nos gases de combustão (também conhecidos como gases de combustão) provenientes de um forno regenerativo, é possível operar uma operação em múltiplos estágios para explorar o calor residual para uma vantagem maior. Na sua condição mais quente, os gases de combustão podem ser usados para promover a despolimerização de rejeitos de material plástico. No entanto, depois de sair deste processo, os gases de combustão ainda contêm quantidades substanciais de calor residual, que pode ser utilizado para outros fins, por exemplo, na geração de vapor, para derreter e compactar os rejeitos plásticos antes ou durante a alimentação ao processo, ou para a secagem de rejeitos plásticos úmidos ou lavados.

[00047] O resíduo de material carbonizado é preferentemente eliminado por aquecimento sob condições sub-estequiométricas num forno de cuba. Os fumos produzidos são direcionados para o lado do ar de combustão do forno regenerativo, onde ele é oxidado e eventualmente passa através da unidade industrial de controle de poluição do forno. O metal derretido proveniente do resíduo de material carbonizado é liberado no furo de sangramento do forno de cuba, e uma escoria mineral inerte permanece a qual pode ser usada para fazer argamassa; por exemplo, para a construção de estradas.

[00048] A invenção será agora ser descrita adicionalmente por meio das modalidades específicas descritas a seguir, com referência aos desenhos anexos, nos quais: A Figura 1 é um diagrama esquemático que mostra um equipamento que compreende um forno conectado a uma planta industrial para a produção de combustível a partir de resíduos de material plástico por meio de um processo de despolimerização, e A Figura 2 é um diagrama esquemático que mostra uma modalidade alternativa da planta industrial para a produção de combustível a partir de resíduos de material plástico por meio de um processo de despolimerização.

[00049] Fazendo referência à Figura 1, o desenho mostra um equipamento que compreende um forno e uma planta industrial para a produção de combustível a partir de resíduos de material plástico por meio de um processo de despolimerização que utiliza o calor residual proveniente do forno. O forno é um forno regenerativo e pode ser um forno de produção de vidro, mais especificamente a um forno de produção de vidro do tipo ‘float glass’.

[00050] A planta industrial 11 para a produção de combustível a partir de resíduos de material plástico será descrita primeiramente. Ela pode ser mais resumidamente referida como uma unidade industrial de pirólise. Os resíduos de material plástico a ser pirolisado podem ser submetidos a processamento inicial, tal como trituração até um tamanho uniforme. Dependendo da fonte dos resíduos de material plástico, e da sensibilidade quanto aos contaminantes do reator de pirólise no qual o combustível é produzido, os resíduos de material plástico também podem ser lavados, secos e classificados. No entanto, isso naturalmente aumenta os custos, e isso só é realizado se necessário ou benéfico.

[00051] A despolimerização por pirólise é mais bem realizada com zero de gases residuais, tal como o ar, para diluir o combustível evoluído. A diluição do combustível com gases residuais reduz o poder calorífico do combustível e também aumenta a poluição atmosférica produzida quando o combustível é queimado no forno. No caso do oxigênio, se suficientemente presente no reator, a mistura pode causar um perigo de incêndio ou um risco de explosão. A planta industrial de pirólise 11 é, portanto, provida com um sistema de purga de gás inerte 13, que também atua como um sistema supressor de fogo.

[00052] O equipamento 10 compreende uma tremonha de bloqueio 12, que recebe os resíduos de material plástico que serve de matéria-prima ou suprimento para o processo de despolimerização. A tremonha de bloqueio pode ser selada de modo a evitar a entrada de ar, e uma saída de purga do gás inerte (por exemplo, nitrogênio) 13 é provida para purgar oxigênio da tremonha; por exemplo, a partir do ar arrastado com os resíduos de material plástico. Os resíduos de material plástico é alimentado a partir da tremonha de bloqueio 12 para dentro da entrada de um dispositivo de alimentação, tal como um dispositivo aquecido de compactação, que nessa modalidade assume a forma de um alimentador de parafuso 14 acionado por um motor elétrico 16. As alternativas possíveis para um alimentador de parafuso incluem um alimentador de extrusão ou um impulsor hidráulico.

[00053] Ao contrário da divulgação apresentada em US 6807916, o resíduo de material plástico não precisa estar em tambores ou em qualquer outro tipo de recipiente. Em lugar disso, outro tipo de recipiente. Em vez disso, o resíduo de material plástico pode ser alimentado como material solto, tanto numa corrente contínua ou numa corrente intermitente; por exemplo, por meio de um transportador (não mostrado). A taxa de alimentação é ajustada para manter um nível adequado de resíduos de material plástico na tremonha de bloqueio 12.

[00054] Os polímeros no resíduo de material plástico começam a amolecer acima de aproximadamente 65°C, dependendo da composição. Isto leva a uma compactação natural que ocorre com a desgaseificação do ar intersticial, esse ar sendo arrastado para fora do material plástico de modo a melhorar o poder calorífico do combustível produzido. O alimentador de parafuso 14 auxilia este processo por expelir o ar intersticial adicional contido entre os fragmentos de resíduos de material plástico.

[00055] A compactação pode também ser conseguida por meio de um rolo, placa de pressão, extrusora, transportador a vácuo, transportador vibratório, impulsor hidráulico, ou simplesmente pela gravidade. Qualquer que seja o equipamento ou método que seja usado, uma força de compressão é aplicada para reduzir o ar intersticial entre as partículas de plástico triturado. A redução de tamanho ocorre por ação da gravidade, quando o polímero atinge cerca de 65°C e assim fica possível dispor o processo de pirólise numa série de etapas, de preferência duas para eficiência econômica, mas um arranjo em cascata pode ser adotado.

[00056] A saída do alimentador de parafuso está ligada a um reator aquecido de secagem e descloração 18, permitindo que uma carga de resíduos de material plástico compactado seja alimentada para aquele reator por meio de alimentador de parafuso. No reator 18 o resíduo de material plástico é aquecido a uma temperatura na faixa de 180°C a 280°C, induzindo a fusão. O reator contém, portanto, plástico derretido, e no desenho é mostrada uma superfície líquida implícita.

[00057] O ar e a umidade capturados são expelidos do plástico fundido, como é uma variedade de outros produtos voláteis dependendo do tipo e do grau de contaminação dos resíduos de material plástico. Além disso, qualquer plástico PVC ou outro plástico contendo cloro o bromo começam a decompor, liberando gases contendo cloro ou bromo. Por exemplo, o ácido clorídrico pode se formar no espaço de vapor do reator 18, que deve, portanto, ser construído de aços resistentes à corrosão em altas temperaturas, possivelmente revestidos com materiais resistentes à corrosão. A totalidade dos gases evoluídos é expurgada através de uma saída 20 e um oxidador térmico 25 numa chaminé de exaustão que leva para a instalação de controle de poluição, descrito mais adiante.

[00058] A mistura de rejeitos de material plástico derretido e de ainda não derretido é agitada para aumentar a taxa de transferência térmica para a mistura de material plástico. Também, dada à qualidade extremamente variável e diversificada dos rejeitos plásticos, a agitação ajuda na melhora da homogeneidade da mistura. Um agitador 22 que se estende para dentro do plástico derretido é, portanto, provido de modo a realizar a agitação; é preferido agitar a mistura de forma suficiente para alcançar turbulência.

[00059] No que diz respeito ao funcionamento seguro do reator 18, uma válvula de alívio de segurança 24 é provida, a qual opera na eventualidade de um acúmulo excessivo de pressão no reator. Um meio 26 de supressão de chama é também provido, que pode ser parte do sistema de purga de nitrogênio, e um desumidificador 27 impede o arraste de líquidos nas saídas pretendidas para os gases.

[00060] Pode haver contaminantes sólidos em meio aos resíduos de material plástico; tais como metal, terra, pedras, etc., e outros materiais que não derretam nas temperaturas existentes no reator. Um coletor e saída 28 para resíduo sólido é provido na base do reator 18.

[00061] O material plástico derretido deixa o reator 18 através de um duto 30, e adentra a um reator de craqueamento aquecido 32, que tal como o reator 18 fica, portanto, parcialmente cheio com o plástico derretido. Um indicador de pressão 34 pode ser instalado no duto aquecido 30. No reator de craqueamento 32, o plástico fundido é aquecido até uma temperatura na faixa de 300°C a 650°C, de preferência 400°C a 450°C, fazendo assim com que o plástico a despolimerizar se decomponha na forma de hidrocarbonetos, produzindo combustível a partir dos resíduos de material plástico. A temperatura real atingida depende da temperatura do gás de combustão e da taxa de transferência dos resíduos de material plástico.

[00062] O combustível evolui no reator de craqueamento é composto de uma fase gasosa não condensável e uma fase condensável. A fase gasosa não condensada compreende hidrocarbonetos e outras espécies que se encontram na fase gasosa na temperatura ambiente; tais como o nitrogênio ou outros contaminantes. Embora em teoria estes gases possam ser condensados se suficientemente resfriados para reduzir suas temperaturas para abaixo de seus pontos de ebulição, para muitos hidrocarbonetos e outras espécies o ponto de ebulição é bem abaixo de 0°C. Por conseguinte, não é considerado prático condensar estes gases, e assim eles são considerados como uma fase gasosa não condensável. Dependendo da natureza do resíduo de material plástico ser pirolisado, entre 5% e 40% da saída do reator de craqueamento pode estar na fase gasosa não condensável. Esta proporção pode ser modificada através da utilização de um catalisador de craqueamento se desejado. Por exemplo, cromita de cobre pode ser usada para promover a formação de gás etileno.

[00063] O reator de craqueamento 32 também é provido com um agitador 22 para aumentar a taxa de transferência térmica, distribuir o calor através da carga e misturar o plástico fundido. A agitação é desejável para assegurar que a pirólise seja a mais completa possível, e também para garantir uma taxa aumentada de pirólise. Na verdade, a taxa de pirólise pode ser parcialmente controlada pela velocidade de agitação. A taxa de pirólise é dependente da temperatura e da composição do resíduo de material plástico, da taxa de transferência de calor para o resíduo de material plástico, e da catálise (se usada). O tempo de residência do resíduo de material plástico no reator de craqueamento pode ser de cerca de cinco minutos a 1,5 horas, dependendo do tamanho do reator e do nível de enchimento. Naturalmente, quanto maior o tempo de residência ou quanto maior for a taxa de produção de combustível desejada, maior deverá ser o reator de craqueamento.

[00064] O reator de craqueamento é ainda provido com uma válvula de segurança 24, um supressor de fogo 26, sistema anti-névoa 27 e um coletor de saída 28 para o resíduo sólido, tais como de resíduo de material carbonizado e contaminantes. As válvulas de alívio e segurança 24 conduzem a um oxidador térmico 25, por meio da qual o gás pode ser oxidado e eliminado se necessário.

[00065] A força motriz usual para a movimentação do material no transcurso do processo de despolimerização é a gravidade, além do alimentador de parafuso motorizado inicial; todavia, bombas ou sem-fim são meios alternativos de movimentação de material.

[00066] Um duto principal de chaminé 36 conduz os gases de combustão proveniente do forno até uma chaminé 38, o que cria uma tiragem de chaminé, e permite que os gases de combustão se dispersem ao longo da altura. O duto principal de chaminé 36 pode ser também provido com uma ventoinha de tiragem 39 para uso na eventualidade de que a tiragem de chaminé sozinha não seja suficiente para fazer a exaustão dos gases ao longo da planta industrial de controle de poluição (descrito adiante). A ventoinha de tiragem induzida 39, portanto, compensa quanto às quedas de pressão resultantes da planta de controle da poluição.

[00067] O alimentador de parafuso 14, reator de secagem e descloração 18, e o reator de craqueamento 32 são todos aquecidos pelo calor residual contido nos gases de combustão provenientes do forno. Cada um dos alimentadores de parafuso 14, reator de secagem e descloração 18, e o reator de craqueamento 32 é provido com um trocador de calor para tirar proveito do calor proveniente dos gases de combustão.

[00068] Os trocadores de calor mostrados esquematicamente no desenho são camisas de aquecimento 40, 42, 44, e os gases de combustão são circulados em torno das camisas 40, 42, 44 por meio de dutos dotados de válvulas 46. Os dutos 46 para o alimentador de parafuso 14, reator de secagem e descloração 18, e reator de craqueamento 32 se conectam ao duto principal de chaminé em ordem inversa, tal que os gases de combustão circulam em torno da camisa do reator de craqueamento 32 primeiramente, reator de secagem e descloração 18 em seguida, e finalmente o alimentador de parafuso 14. Assim, os gases de combustão são mais quentes e, por conseguinte, transmitem mais calor ao reator de craqueamento 32, quando eles circulam em torno da camisa desse último, do que quando eles circulam em torno da camisa do reator de secagem e descloração 18. Da mesma forma, os gases de combustão são relativamente mais frios quando eles circulam em torno da camisa do alimentador de parafuso 14.

[00069] Trocadores de calor mais sofisticados podem ser empregues, por exemplo, aqueles que empregam placas ou tubos para aumentar a área da superfície sobre a qual o calor pode ser trocado. As setas mostradas no duto principal de chaminé 36 e tubos 46 indicam a direção do fluxo de gases.

[00070] O reator de craqueamento 32 é provido com um tubo de saída 48 através da qual os produtos voláteis da pirólise; ou seja, o combustível produzido no reator de craqueamento 32, deixa o reator na forma gasosa. O tubo de saída 48 está equipado com outro medidor de vazão 50, e conduz a uma junção de combustível quente 52 a partir da qual o combustível quente pode ou ser fornecido ao forno ao longo do tubo de abastecimento de combustível quente 54, ou passado através de um condensador 56 através de um tubo de condensador 58 a fim de condensar o combustível na forma de um líquido. O tubo 58 condensador 58 prossegue em seguida por meio de um tanque auxiliar 59 a um tanque de armazenamento de combustível frio 60 através de uma válvula de controle 62, que transporta o combustível líquido para dentro do tanque 60. O tubo de alimentação de combustível quente 54 é equipado com uma válvula de controle e isolamento 64.

[00071] O combustível gasoso quente produzido pelo reator de craqueamento compreende frações condensáveis e não condensáveis. A fração não condensável compreende hidrocarbonetos e outras espécies que estejam na fase gasosa na temperatura ambiente. Embora estas espécies possam naturalmente ser condensadas se suficientemente resfriadas, para muitas delas o ponto de ebulição é inferior a 0°C, de modo que a condensação não é prática. Por conseguinte, a fração não condensável não pode ser condensada na forma de um líquido e não pode ser armazenada no tanque de armazenamento de combustível frio 60. Um receptor de armazenamento de gás (não mostrado) pode ser provido para o armazenamento da fração não condensável, se necessário. Alternativamente, durante uma interrupção temporária do fluxo de combustível quente (por exemplo, durante a inversão do forno regenerativo), o combustível quente pode simplesmente ser armazenado no reator de craqueamento, permitindo que a pressão no reator aumente temporariamente. Como um último recurso, o combustível pode ser queimado via oxidador térmico 25.

[00072] Por razões de segurança e para evitar a poluição, a planta industrial de pirólise é coberta com uma tampa de ventilação 66 para controle de odores e para captura de gases na eventualidade de uma fuga, a tampa sendo munida de uma válvula de emergência 67 e um sistema supressor de fogo 68.

[00073] Passando ao forno 70, este é construído de material refratário, e pode ser um forno de produção de vidro, em particular, um forno de produção de vidro do tipo ‘float glass’, como mencionado anteriormente. Neste caso, o forno compreende um equipamento de fusão 72 e uma extremidade de trabalho 74 conectada ao equipamento de fusão por um estreitamento 76. As matérias-primas são fundidas no equipamento de fusão 72 para produzir vidro fundido que flui para a extremidade de trabalho 74 através do estreitamento 76 na direção de seta A. o vidro fundido é condicionado na extremidade de trabalho 74 e em seguida deixa a extremidade de trabalho 74 por meio de um canal 78 que conduz aos meios de formação de vidro (não mostrado), tal como um banho de flutuação, ou máquina de rolamento.

[00074] O forno 70 é um forno regenerativo e compreende dois regeneradores, um regenerador do lado esquerdo 80, e um regenerador do lado direito 82, esquerda e direita sendo indicado no que diz respeito à direção de escoamento do vidro, conforme indicado pela seta A. o regenerador da esquerda 80 se posiciona no lado esquerdo do forno, e o regenerador da direita corresponde ao forno que está simétrico relativamente a uma linha central paralela à seta A.

[00075] Pode haver vários regeneradores, e/ou os regeneradores podem ser internamente divididos ou repartidos. Seja qual for o formato, os regeneradores são ligados ao equipamento de fusão 72 por meio de gargalos de porta 84. Os gargalos de porta levam á portas na superestrutura do equipamento de fusão, o termo “Superestrutura” referindo-se à parte da estrutura refratária, que fica acima do nível do vidro fundido. Cada porta está provida de um queimador (não representado) apropriado para o combustível que está a ser queimado, por exemplo, gás natural, óleo combustível pesado ou combustível proveniente de resíduos de material plástico. Como um resultado do encontro do combustível com o ar de combustão, os queimadores produzem chamas 86 que se estendem desde os queimadores na lateral do forno que está a disparar queima direcionada ao lado oposto; isto é, o lado de exaustão.

[00076] Os regeneradores são conectados aos dutos esquerdo e direito 88, 89 do forno ao longo dos quais os gases de combustão deixam os regeneradores e o ar de combustão penetra neles. Mais especificamente, a qualquer momento, de acordo com a direção de ignição, um regenerador pré-aquece o ar de combustão e o outro regenerador absorve calor dos gases de combustão, e uma válvula de reversão 90 direciona o fluxo de gases de combustão e expede gases de forma adequada. Uma ventoinha do ar de combustão 92 proporciona um fornecimento de ar de combustão através de um duto de evacuação de ar de combustão 96, que também é provido com uma entrada de emergência do ar de combustão 94.

[00077] O período de tempo para o qual um forno em particular é disparado numa direção antes de a direção de disparo ser invertida é determinado pela massa térmica dos regeneradores, a qualidade dos refratários e a temperatura e vazão dos gases de combustão que passam. Quanto mais tempo um forno é disparado em uma direção, mais quente se tornam os refratários no regenerador de exaustão, e isso limita o tempo de disparo de ignição numa direção. Esse período de tempo está tipicamente entre 15 e 30 minutos para a maioria dos fornos de produção de vidro. Durante a inversão, a válvula de reversão 90 é atuada de modo a direcionar o ar de combustão ao longo do duto de evacuação oposto 88 do forno para o regenerador oposto. A válvula de reversão 90 igualmente altera a direção do fluxo dos gases de combustão.

[00078] Durante uma reversão, as chamas 86 são extintas, e nenhum combustível é queimado. O assim chamado “período inativo de chama” pode durar entre 25 segundos e 1 minuto e 30 segundos. Uma vez que a unidade de pirólise produz combustível de forma contínua, são necessárias medidas para lidar com o combustível produzido durante o “período inativo de chama”, quando o suprimento de combustível ao forno fica temporariamente interrompido.

[00079] Por exemplo, para reduzir a taxa de produção do combustível, é possível interromper a agitação do reator de pirólise e desviar o gás liberado para um receptor de armazenamento (não mostrado) onde a pressão é deixada subir. Além disso, o combustível gasoso pode ser removido da fração condensável mediante sua passagem através do condensador 56 durante o “período inativo de chama” de modo a reduzir a quantidade de gás enviado para o receptor de armazenamento. O combustível em fase líquida condensada pode ser então enviado de volta ao reator de pirólise 32 ou enviado para o tanque de armazenamento de combustível líquido 60.

[00080] O receptor de armazenamento de combustível gasoso de alta temperatura pode ser aumentado por um soprador de modo a aumentar a pressão de trabalho do combustível em um ou outro lado de reversão do regenerador e assim aumentar a funcionalidade do sistema. O receptor de armazenagem deve ser de um tamanho adequado e equipado com separadores de condensação para permitir que o condensado seja removido de forma segura e enviado ao tanque de armazenamento de combustível líquido frio 60. Uma medida final implementada durante uma avaria da planta industrial ou pela alta pressão no receptor de gás a alta temperatura é a tocha de queima do processo 25, onde o excesso de combustível pode ser com segurança descartado por queima.

[00081] Uma proporção de 0 a 100% da fração condensada proveniente do produto de pirólise pode ser resfriada e condensada e enviada ao tanque de armazenamento de combustível líquido 60. A vantagem de ser capaz de encher diretamente o tanque de armazenamento de combustível líquido é que o combustível produzido em excesso para as necessidades do forno pode ser armazenado por períodos de longa duração quando a instalação de pirólise estiver não disponível; por exemplo, devido à unidade de controle de poluição do forno estar fora de atividade ou em decorrência de falha em equipamentos. Além disso, meios de agitação, tais como impulsores podem ser instalados no tanque de armazenamento de líquido 60 para homogeneizar o combustível e evitar acumulações de cera nas partes de fundo do tanque de armazenamento. Alternativamente, um tanque rotativo pode ser empregue para agitar o combustível.

[00082] Depois de passar através da válvula de reversão 90, os gases de combustão fluem ao longo do duto principal de evacuação de exaustão 98, o qual é provido com uma válvula de controle de pressão do forno (não representada) para regular a pressão no interior do forno. O duto principal de evacuação de exaustão 98 conduz a uma junção de evacuação 100 na qual os gases de combustão podem ser encaminhados para uma estação de controle da poluição, ou ao longo de um duto de evacuação de desvio da planta de controle de poluição 102. Os gases de combustão produzidos pela tocha 25 também se juntam aos gases de combustão de combustão nesta junção de evacuação.

[00083] A unidade industrial de controle de poluição compreende tipicamente um purificador de gás ácido 104, um precipitador eletrostático 106 e um reator catalítico seletivo 108, e os gases de combustão por sua vez passam através de cada um destes dispositivos. No purificador de gás ácido 104, material de caráter alcalino é injetado através do injetor 110 para neutralizar os gases de combustão. Os gases de combustão, em seguida, passam para o precipitador eletrostático 106, onde é aplicada uma voltagem para precipitar o pó e removê-lo dos gases de combustão. Em seguida, os gases de combustão passam para dentro do reator catalítico seletivo 108 que é dotado com um leito catalítico 112 e uma pulverização de amoníaco 114 para reduzir os gases de óxido de nitrogênio NO e NO2 a nitrogênio e água.

[00084] Ao sair do reator catalítico seletivo 108 os gases de combustão limpos passam para duto principal de chaminé 36. O duto de escoamento de desvio da unidade de controle de poluição 102 é provido tal que se por qualquer motivo os gases de combustão não puderem passar através da unidade de controle de poluição, fica possível para os gases de combustão desviar.

[00085] Já foi descrito como a integração de uma planta de pirólise com um forno permite que o calor residual do forno seja usado para promover a pirólise de resíduos de material plástico. Outra vantagem de tal integração é que o combustível produzido pela instalação de pirólise pode ser usado para deflagrar a queima do forno. De preferência, o combustível quente flui a partir do reator de craqueamento 32 diretamente aos queimadores do forno através do tubo de alimentação de combustível quente 54, que é isolado e provido com fitas de aquecimento 116. A qualidade do combustível é monitorada no ponto de análise da qualidade do combustível 118 e o fluxo do combustível é controlado pelo sistema de controle de vazão de combustível 120. Um sistema de dutos de entrega de combustível 122 disponibiliza o combustível aos queimadores no forno 70. Por questões de clareza, os dutos de abastecimento de combustível são apresentados apenas para os queimadores do lado direito. A utilização direta de combustível quente proveniente do reator de craqueamento 32 evita a necessidade de o combustível ser resfriado, armazenado e conserva o calor sensível necessário aquecê-lo de volta até a temperatura de combustão.

[00086] Em vista do fato de que, por vezes a taxa de produção de combustível a partir da instalação de pirólise pode exceder a taxa de consumo de combustível pelo forno, também é fornecido um sistema de armazenamento de combustível. Este compreende o tanque de armazenamento de combustível frio 60, bomba de combustível frio 124 e tubos de entrega de combustível frio 126. Um ponto de análise da qualidade do combustível 118 e um sistema de controle da vazão de combustível 120 também é fornecido para que o combustível seja armazenado no tanque de armazenamento de combustível frio 60. O combustível armazenado pode precisar ser reaquecido antes de ser queimado, e assim o sistema de controle da vazão de combustível 120 pode incorporar um aquecedor de combustível. A viscosidade cinemática desejada do combustível para uma boa atomização e combustão no forno é de 18,5 centistokes (cSt 18,5 = 1,85e-5 m2/s), e a temperatura do combustível é modulada para alcançar este objetivo. Se necessário, pode também ser fornecido um aquecedor de combustível na saída do tanque de armazenamento de combustível frio 60 para reduzir suficientemente a viscosidade para permitir que o combustível seja bombeado.

[00087] É prudente proporcionar um sistema de dutos de abastecimento de combustível, etc., para o combustível quente proveniente de resíduos de material plástico que é separado do sistema de fornecimento de combustível para o combustível convencional, tal que uma reserva fique disponível.

[00088] Outra faceta do invento proposto é que é possível fornecer combustível quente diretamente ao forno evitando uma etapa de condensação no processo de produção. A primeira etapa de qualquer processo de combustão é elevar a temperatura do combustível até a temperatura de ignição; este calor sensível precisa ser considerado quando se mede a eficiência térmica de um processo, uma vez que uma parcela da energia térmica do combustível pode ser usada para aumentar o combustível até a sua temperatura de auto-ignição. Como a fase final do reator de pirólise 32 opera entre 300°C e 450°C, é possível retirar e fornecer o combustível gasoso diretamente aos injetores dos queimadores, com a temperatura do combustível apenas reduzindo devido às perdas decorrentes, e, onde necessário, trabalhar com tubos de entrega providos de fitas de aquecimento.

[00089] A entrega do combustível quente para os queimadores principais a 400°C pode resultar numa economia de combustível líquido de ~3%. Placas de orifícios de alta temperatura, que são corrigidas por pressão e temperatura, podem ser usadas para medir a vazão do fluxo de combustível e um cromatógrafo de gás pode ser utilizado para determinar a qualidade do combustível e, portanto, a energia por unidade de tempo fornecida ao forno. Um grande forno regenerativo de produção de vidro do tipo ‘float glass’ pode consumir 5000m3/h de gás natural equivalente de combustível.

[00090] O combustível derivado do reator de pirólise 32 pode ser modificado através de fracionamento ou de ação catalítica para aumentar a produção do combustível craqueado tal como exigido pelo forno. A saída de combustível craqueado do reator pode ser equipada com um condensador de refluxo para retornar o combustível líquido ao reator para uma segunda passagem, melhorando assim a eficiência de combustíveis de pesos moleculares menores. Além disso, o sistema pode ser equipado com catalisadores de craqueamento de fluido para favorecer tanto uma fração de líquido ou fração gasosa dependendo se o combustível de pirólise é enviado para armazenamento ou consumido imediatamente pelo forno.

[00091] A Figura 2 mostra uma versão simplificada da planta para a produção de combustível a partir de rejeitos de material plástico. A principal diferença nesta planta 211 em comparação com aquela mostrada na Figura 1 é que não há reator de secagem/descloração separados e também não há reator de craqueamento separado. Em lugar disso, as etapas de secagem, descloração e a pirólise ou o craqueamento ocorrem todas no dispositivo de alimentação de resíduos de material plástico, ou seja, no alimentador de parafuso. O alimentador de parafuso deve ser de um apropriado comprimento relativamente à taxa de transferência planejada de modo a proporcionar tempo e espaço para que todas essas etapas ocorram. Mais claramente, o alimentador de parafuso também deve ser fabricado a partir de materiais apropriados que possam suportar as condições agressivas que possam ser encontradas, por exemplo, HCl quente proveniente de PVC nos rejeitos de material plástico, e as temperaturas relativamente elevadas (até cerca de 650°C além de uma margem de segurança) que pode prevalecer durante a etapa de pirólise. No entanto, como notado anteriormente, estas temperaturas são significativamente mais baixas do que aquelas exigidas para a gaseificação.

[00092] Como na modalidade da Figura 1, os resíduos de material plástico são alimentados para dentro de uma tremonha de bloqueio 212, a partir da qual o plástico passa para um alimentador de parafuso 214. O alimentador de parafuso é acionado por um motor elétrico 216, que é dotado de meios de medição da corrente que consome e a sua velocidade de rotação. O alimentador de parafuso é aquecido pelos gases de combustão do forno (não mostrado na Figura 2), ou seja, os gases de combustão. A maneira mais simples de aquecer o alimentador de parafuso por os gases de combustão é a posição do alimentador de parafuso 214 num duto de evacuação da chaminé 236. Outra diferença comparada com a modalidade da Figura 1 resulta a partir disso; ou seja, que as camisas de aquecimento para o alimentador de parafuso e a tubagem associada se dispensam.

[00093] Meios de medição de temperatura 218, designados por “TI” no desenho são providos ao longo do alimentador de parafuso. Os resíduos de material plástico são compactados, secados, desclorados e pirolisados com o alimentador de parafuso. O combustível compreendendo os produtos voláteis da pirólise deixa o alimentador de parafuso através da saída 248, e passa para um reservatório separador 220. A saída 248 é provida com indicação de temperatura TI e indicação de pressão PI.

[00094] Parte da condensação inicial das frações mais pesadas do combustível ocorre imediatamente após a chegada do combustível no reservatório separador 220, e o líquido resultante passa para um tanque de armazenamento de combustível frio 260. As frações que permanecem no estado gasoso passam para cima aos condensadores 256 e 257, aos quais são resfriadas por água de resfriamento de um sistema de resfriamento por água 222. O combustível condensado flui para baixo através do reservatório separador 220 até o tanque de armazenamento de combustível 260. Tanto o tanque de armazenamento de combustível 260 e o tanque de coleta de resíduo de material carbonoso 230 são evacuados para uma área segura, designada 226.

[00095] O sistema de resfriamento por água 222 é convencional e somente sua parte mais importante é mostrada, se estendendo desde a alimentação de água de resfriamento 223 até o retorno da água de resfriamento 224. Meios padrões de controle; tais como indicadores de temperatura TI, medidores de fluxo e válvulas são providos.

[00096] Após a condensação das frações condensáveis do combustível, os gases não condensáveis passam a um reator de armazenamento 232, que e novamente provido com um sistema supressor de fogo 233. A saída do reator 232 conduz os gases para os queimadores do forno por meio do tubo 234 para a combustão no forno. A saída do reator 232 é provida com pontos de amostragem para a verificação do teor de oxigênio e para analisar a composição dos gases por meio de um cromatógrafo em fase gasosa GC.

[00097] Por razões de segurança, e também para assegurar que o poder calorífico do combustível produzido não seja degradado por oxidação indesejável, a planta industrial 211 é provida com um sistema de purga de gás inerte 213, que também serve como um sistema supressor de fogo. Isto é convencional em sua natureza, mas será descrito resumidamente para fins de completar a informação.

[00098] Uma fonte de nitrogênio, 238, por exemplo, um cilindro, proporciona nitrogênio através de válvulas apropriadas e indicador de pressão PI a um sistema de distribuição 239, a partir do qual ele é distribuído a uma série de tubos 240, que transmitem o nitrogênio para os locais em que ele seja necessário. Esses locais incluem ambas as extremidades da tremonha de bloqueio 212, alimentador de parafuso 214, e o tanque de coleta de resíduo de material carbonoso 230. Os tubos 240 são dotados com válvulas, e indicadores de fluxo FI de modo convencional.

[00099] A capacidade de processamento do alimentador de parafuso em termos de taxa de transferência de resíduos de material plástico é principalmente governada pelo seu tamanho, principalmente pelo seu diâmetro. No entanto, existe uma importante consideração adicional, aquela da transferência de calor a partir do gás de combustão, através das paredes do alimentador de parafuso, para os resíduos de material plástico ali contidos. Os resíduos mistos de material plástico têm baixa condutividade térmica, mesmo quando compactados, e isso limita o diâmetro do alimentador de parafuso que pode ser empregue. Por conseguinte, para aumentar a capacidade de processamento da planta de processamento, vários alimentadores de parafuso são empregues em paralelo.

Claims

1. MÉTODO DE DISPARAR IGNIÇÃO EM UM FORNO MEDIANTE QUEIMA DE COMBUSTÍVEL, compreendendo: fornecer um suprimento de combustível ao forno, em que parte do combustível fornecido ao forno e queimado no forno é produzido a partir de rejeitos de material plástico por meio de um processo de despolimerização, o calor residual do forno sendo usado para promover o processo de despolimerização, caracterizado por: - o rejeito de materiais plásticos é alimentado como material solto, - o processo de despolimerização é realizado sob uma atmosfera inerte, - o forno está equipado com regeneradores para a recuperação do calor residual, - disparar a ignição do forno alternadamente nas primeira e segunda direções opostas, com a direção de disparo de ignição periodicamente revertendo entre a primeira direção e a segunda direção. - interromper temporariamente o fornecimento de combustível ao forno, enquanto a direção de disparo de ignição estiver revertendo, sendo providos meios para acomodar o combustível produzido durante a interrupção temporária.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por substancialmente a totalidade do calor necessário para promover o processo de despolimerização ser fornecido pelo forno.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2, caracterizado por o combustível produzido a partir dos rejeitos de material plástico conter pelo menos 70% de hidrocarbonetos, preferentemente 80%, mais preferivelmente 90%.

4. Método, de acordo com qualquer reivindicação 1 a 3, caracterizado por a razão de carbono para hidrogênio do combustível está na faixa de 65% a 95% em peso.

5. Método, de acordo com qualquer reivindicação 1 a 4, caracterizado por o combustível produzido a partir de rejeitos de material plástico ter um poder calorífico inferior (LHV) de 10 a 100 MJ/Nm3, de preferência de 20 a 80 MJ/Nm3, mais preferencialmente de 25 a 70 MJ/Nm3, mais preferencialmente de 30 a 50 MJ/Nm3.

6. Método, de acordo com qualquer reivindicação 1 a 5, caracterizado por o combustível ser produzido a partir de rejeitos de material plástico mediante despolimerização a 350°C a 650°C, de preferência 400°C a 450°C.

7. Método, de acordo com qualquer reivindicação 1 a 6, caracterizado por o combustível produzido pelo processo de despolimerização ser armazenado antes de ser fornecido ao forno.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por o combustível produzido pelo processo de despolimerização ser fornecido diretamente ao forno; isto é, sem armazenar o combustível.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por a queima de combustível no forno produzir gases de combustão contendo calor residual que é usado para promover o processo de despolimerização, e o processo de despolimerização ocorrer num reator, que compreende meios de troca térmica do calor residual entre os gases de combustão do forno e os rejeitos de material plástico.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por os gases de combustão serem fornecidos diretamente ao reator.

11. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por o calor residual ser fornecido ao reator por meio de um circuito secundário, os gases de combustão sendo fornecido a um trocador de calor no circuito secundário, o trocador de calor extraindo calor dos gases de combustão e fornecendo o calor para o reator através do circuito secundário.

12. Método, de acordo com qualquer reivindicação 1 a 11, caracterizado por os rejeitos de material plástico ser comprimidos antes do processo de despolimerização.

13. FORNO, que é disparado em ignição mediante queima de combustível e uma planta industrial(11) para a produção de combustível a partir de rejeitos de material plástico através de um processo de despolimerização, caracterizado pora planta industrial (11) compreender um sistema de purga de gás inerte (13), um vaso de desclorozação e secagem aquecida (18) contendo plástico derretido, um reator de craqueamento (32) e um conduto (30) por meio do qual o plástico derretido deixa o vaso de desclorozação e secagem aquecida (18) e entra no reator de craqueamento (32), a planta industrial (11) fornecer combustível para o forno (70), e o calor residual proveniente do forno (70) ser usado para promover o processo de despolimerização, o forno (70) sendo equipado com regeneradores (80, 82) para recuperação do calor residual, em que o forno (70) é disparado em ignição alternadamente na primeira e na segunda direção opostas, com a direção de disparo de ignição revertendo periodicamente entre a primeira direção e a segunda direção, sendo providos meios para acomodar o combustível produzido durante a reversão da direção do disparo de ignição.

14. Forno, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por compreender um reator de craqueamento (32) e um meio para fornecer o calor residual proveniente do forno (70) ao reator de craqueamento (32).

15. Forno, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por compreender meios para fornecer o combustível produzido no reator de craqueamento (32) proveniente do reator de craqueamento ao forno (70).