BR112019001588B1 - Aparelho e processo para o desmantelamento térmico de pneus e outros materiais - Google Patents

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Abstract

O aparelho é uma câmara de retorta com várias zonas em que os pneus são queimados para fornecer energia para a reação de despolimerização térmica, que ao ocorrer, gera os produtos que saem da câmara de retorta. Numa forma de realização, o processoprovoca a reação da água com o ferro presente em pneus com cinta de aço para produzir hidrogênio, o que ajuda a quebrar as ligações enxofre-enxofre em materiais vulcanizados. A água também ajuda a controlar a temperatura da reação, que permite o controle sobre os tipos e quantidades relativas dos vários produtos da despolimerização.

Description

DOMÍNIO DA INVENÇÃO
[0001] A presente invenção refere-se a aparato e método para o desmanche térmico pós-consumo e/ou pós-fabricação de borracha e/ou produtos plásticos, como pneus.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[0002] Há um grande interesse na reciclagem de materiais residuais, em vez de armazená-los em aterros sanitários. Isto é particularmente verdadeiro no que diz respeito a pneus usados, produto residual pós-consumo e a resíduos resultantes da fabricação de pneus, produto residual pós- fabricação. A combustão desses materiais pode produzir gases nocivos, pois eles incluem ligações cruzadas de enxofre (um processo conhecido como vulcanização), que forma sulfeto de hidrogênio na combustão.
[0003] Existe uma variedade processos para despolimerizar a borracha em pneus usados, incluindo os descritos no documento EP 0694600 e na patente norte-americana No. 7.628.892. A EP 0694600 descreve o processo e a instalação onde pneus usados são despolimerizados a pressão relativamente baixa, e em temperatura entre 100 e 135 °C, para formar produtos gasosos e líquidos, que são subsequentemente queimados. A temperatura é mantida pela introdução de água e ar no dispositivo.
[0004] A patente norte-americana No. 7.628.892 descreve a instalação que inclui o dispositivo despolimerização, com seu corpo substancialmente cilíndrico, e base superior e base inferior. A despolimerização térmica dos pneus ocorre dentro do dispositivo, a mistura de produtos sai do dispositivo e, em seguida, entra em um separador de fase, para separar os produtos líquidos de produtos gasosos. O separador de fase é conectado à unidade aspiração, que permite que o dispositivo despolimerização opere a pressões de até 10 mBar abaixo da pressão atmosférica. O processo supostamente produz um produto combustível carbonoso e um produto gasoso que é queimado.
[0005] A patente '892 também revela a adição de óxido de cálcio a pneus, de tal modo que, como a borracha nos pneus é despolimerizada na presença de vapor, o óxido de cálcio é convertido em hidróxido de cálcio, que reage com enxofre e forma sal que se mistura com o aço e o carbono recuperado do processo despolimerização.
[0006] Seria vantajoso proporcionar dispositivos e processos aperfeiçoados para o desmanche de pneus e outras correntes de resíduos termicamente, o que em algumas concretizações não requerem que sais de cálcio sejam adicionados para reagir com o enxofre usado em processos de vulcanização de borracha, e que permitem a dessulfuração, se tal é desejado, fora da câmara de retorta.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[0007] Numa concretização, a invenção refere-se a aparelho para o desmanche térmico de pneus usados, resíduos de fabricação de pneus e outros resíduos pós-consumo e pós- fabricação.
[0008] O termo, "termo-desmanche" refere-se à despolimerização térmica de materiais poliméricos e também ao desmanche de componentes não poliméricos. Por exemplo, quando o pneu é desmanchado termicamente, é possível isolar os materiais orgânicos resultantes do processo despolimerização, e ainda os materiais inorgânicos, como aço de correias de aço, e enxofre usado no processo de vulcanização, em que o enxofre pode ser isolado na forma de compostos contendo enxofre. Quando enchimentos inorgânicos são usados em artigos de fabricação com complementos poliméricos, os enchimentos podem ser isolados separadamente dos artigos de fabricação termicamente despolimerizados.
[0009] O aparelho desmanche compreende uma câmara de retorta (também referida aqui como de retorta), que, preferencialmente, seja orientada para fora do plano horizontal (por exemplo, na direção vertical). A câmara de retorta pode ter qualquer forma desejada, por exemplo, forma cilíndrica ou cônica, com diâmetro entre cerca de 45,7 e cerca de 731,5 cm, mais tipicamente entre cerca de 122 e cerca de 243 cm. A altura da câmara de retorta é tipicamente entre cerca de 152 e 914 cm. As paredes laterais da câmara de retorta podem ser isoladas para ajudar a manter a temperatura de operação.
[0010] Além disso, como discutido em mais detalhe abaixo, a combustão ou combustão parcial de materiais em ou próximo ao fundo da câmara de retorta pode, vantajosamente, fornecer energia térmica para realizar a despolimerização térmica na posição mais alta da câmara de retorta. Quando a retorta for substancialmente vertical, permitirá que o material flua para baixo enquanto a combustão ou a combustão parcial ocorrerem.
[0011] O interior da câmara de retorta inclui quatro zonas de temperatura diferentes, cujas posições podem variar dependendo de certos fatores, tais como o teor de oxigênio e de água na câmara de retorta, da temperatura e da pressão da reação, e do tipo de material a ser desmanchado.
[0012] Resumidamente, o processo requer quantidade significativa de energia térmica para iniciar a despolimerização térmica de materiais poliméricos, como pneus. Em algumas concretizações, este calor é proporcionado externamente, pelo aquecimento do exterior da câmara de retorta ou, alternativamente, utilizando energia de micro-ondas. Em outras concretizações, a energia térmica é fornecida pela combustão parcial dos pneus ou de outros materiais poliméricos em ou perto do fundo da câmara de retorta. A combustão parcial exige pelo menos algum oxigênio, embora a quantidade adicionada oxigênio seja mantida propositadamente abaixo de uma quantidade estequiométrica exigida para a combustão integral dos pneus. O calor aumenta e o calor produzido pela combustão parcial de parte do material no fundo ou próximo ao fundo da câmara de retorta se eleva da câmara de retorta e fornece a energia necessária para despolimerizar os pneus e/ou outros materiais poliméricos presentes acima da porção de retorta onde o calor é produzido. Onde água for adicionada, ela pode ser usada para controlar a quantidade calor, e a água também pode reagir na presença de altas temperaturas e, em algumas concretizações, com o aço dos pneus, para formar oxigênio e hidrogênio. O hidrogênio pode auxiliar na vulcanização da borracha em pneus, formando sulfeto de hidrogênio ou outros compostos de enxofre, e pode hidrogenar compostos olefínicos. Catalisadores podem ser adicionados, se desejado, para reduzir a energia de ativação necessária para as reações posteriores nas quais os compostos olefínicos produzidos no processo despolimerização podem participar.
[0013] A composição dos materiais sendo despolimerizados, a temperatura, a pressão e a taxa de fluxo na zona da câmara de retorta na qual esses produtos olefínicos são formados, e a presença ou ausência de catalisadores, hidrogênio e/ou água, podem afetar as misturas de produtos formadas à medida que os materiais são despolimerizados e os produtos iniciais participam em etapas adicionais do processo.
[0014] Na primeira zona, que está no fundo ou próxima do fundo da câmara de retorta, o material é aquecido a uma temperatura entre cerca de 150 e cerca de 550 °C, mais tipicamente entre cerca de 150 e cerca de 400 °C ou cerca de 250 e cerca de 550 °C e queimado ou parcialmente queimado. Água, um catalisador, e/ou oxigênio podem opcionalmente ser fornecidos. Onde o oxigênio for fornecido, ele pode ser fornecido, por exemplo, em forma pura ou como ar, através de uma válvula no fundo ou perto do fundo da câmara de retorta. O calor pode ser proporcionado, por exemplo, pela introdução de um queimador através de uma abertura na parede da câmara de retorta, no fundo ou próxima ao fundo da câmara de retorta. O calor produzido pela combustão/combustão parcial do material é então utilizado para atingir a temperatura despolimerização desejada. Alternativamente, a energia térmica pode ser fornecida mediante a colocação no fundo da câmara de retorta de uma camada de material refratário, e pelo aquecimento do material refratário à temperatura desejada pelo uso de algumas das diferentes variedades de aquecedores, tais como aquecedores por indução. Em outras concretizações a energia de micro-ondas é utilizada para despolimerizar os pneus e/ou outros materiais.
[0015] Em uma concretização o fundo da câmara de retorta inclui uma série de registros, onde oxigênio e, opcionalmente, água e/ou catalisador são introduzidos em uma extremidade da série de registros, e a chama de um queimador é introduzida na outra extremidade da série de registros. O queimador pode ser colocado em um carrinho que facilita o seu movimento através da retorta. Os registros são espaçados de modo a proporcionar pressão substancialmente igual ao longo de todo o fundo de retorta. Por "substancialmente igual" significa que a pressão ao longo do fundo da câmara de retorta não varia em mais do que 20%.
[0016] Em operação, a reação é movida para o centro, o que fornece uma taxa de combustão relativamente constante para os materiais que estão sendo queimados, em contraste com a simples introdução do queimador numa extremidade do registro.
[0017] Na primeira concretização, fornece-se uma pluralidade orifícios para permitir uma ou mais entradas de oxigênio (por exemplo, na forma pura ou como ar), água e/ou catalisadores, e a saídas de produtos, e para medir e gerenciar taxa de fluxo, temperatura e pressão.
[0018] Na segunda concretização, uma pluralidade de orifícios de entrada e de saída é usada para criar múltiplas zonas para o refinamento de sólidos, líquidos e vapores, e a criação de múltiplos produtos.
[0019] Em algumas concretizações, o enxofre usado para vulcanizar a borracha nos pneus é removido dentro da câmara de retorta, tal como pela reação com composto que forme sal de sulfeto, e em outras concretizações, o enxofre está presente na corrente do produto, onde é opcionalmente, mas preferencialmente, removidos antes que os produtos sejam isolados. Numa concretização, a unidade dessulfuração é ligada ao orifício, para que os produtos possam ser sujeitos a condições de dessulfuração.
[0020] Em uma concretização, o separador ciclone é usado para remover partículas presentes no vapor. Se for usada a unidade dessulfuração, o separador ciclone pode ser anexado antes ou depois da unidade dessulfuração, embora seja preferencialmente anexado antes da unidade dessulfuração para minimizar a contaminação particulada da unidade dessulfuração.
[0021] Embora os produtos que saem de retorta estejam na fase gasosa, à temperatura ambiente, alguns produtos são líquidos, e outros são gasosos. O aparelho compreende ainda a unidade separação de produtos, que inclui uma ou mais torres de arrefecimento, torres destilação, sistemas de resfriamento, cortinas de líquido através dos quais as correntes gasosas e similares possam passar, para esfriar o gás e separar a mistura do produto em um ou mais líquidos e um ou mais produtos gasosos.
[0022] A despolimerização térmica é tipicamente realizada sob vácuo, por exemplo, em pressões que variam de cerca de -0,8 a cerca de -200 milibares, mais tipicamente de cerca de 0,8 a cerca de -50 milibares. Para conseguir este vácuo, uma bomba de vácuo ou unidade aspiração é conectada ao final ou perto do final da unidade separação do produto. Numa concretização, a pressão pode ser aumentada até cerca de 8 milibares, particularmente à medida que os produtos gasosos se desenvolvem durante o processo despolimerização. Essas pressões podem ser alcançadas, mesmo quando o vácuo é gerado, pela liberação de gases de vários produtos. O controle da liberação desses produtos a partir de retorta pode ajudar a controlar a pressão.
[0023] Os produtos gasosos podem ser isolados ou, se desejado, queimados. Se eles devem ser queimados, o aparelho pode incluir queimador ou gerador após a bomba de vácuo ou unidade aspiração. O queimador pode ser usado para gerar calor à medida que o gás é queimado, e o gerador pode ser usado para gerar eletricidade pela queima do gás.
[0024] O topo da retorta pode ser aberto para o carregamento de pneus e/ou outros materiais a serem desmanchados termicamente na de retorta. Isso pode ser conseguido ao ligar o topo ao resto de retorta por meio de cobertura em concha, charneira, tampa de enroscar, série de flanges, entre outros.
[0025] Pode ser desejável, entre lotes, arrefecer a retorta. Enquanto, em operação, a água é tipicamente adicionada à retorta a partir de uma válvula no fundo ou perto do fundo da retorta, durante as operações de resfriamento, a água também pode ser, alternativamente, adicionada de uma válvula no topo ou perto do topo da retorta. Isso pode acelerar significativamente o processo de resfriamento, o que permite que o próximo lote seja processado mais rapidamente do que se a água não for adicionada a partir do topo da câmara de retorta. Apesar de não querer estar vinculado a qualquer teoria particular, acredita-se que quando os pneus são despolimerizados termicamente, o ferro presente nas correias de aço reage com o monóxido de carbono formado como resultado da combustão incompleta (isto é, usando menos do que o oxigênio estequiométrico) e água que é introduzida para formar hidrogênio, de maneira análoga àquela do processo "ferro a vapor". O hidrogênio assim formado pode quebrar as ligações enxofre-enxofre e carbono-enxofre presentes na borracha vulcanizada usada nos pneus, e formar sulfureto de hidrogênio e outros produtos contendo enxofre (incluindo, entre outros, COS).
[0026] Entre lotes, é desejável remover as sobras de material de retorta. No caso dos pneus, as sobras de material podem incluir negro de fumo e aço das correias de aço dos pneus. Existem várias maneiras de remover as sobras de material de retorta. Uma forma exemplificativa é proporcionar dobradiça no fundo da retorta e desencaixar o fundo após o material ter sido termicamente despolimerizado, removendo assim o material de retorta. Outra maneira é fornecer dobradiça com eixo horizontal acerca do meio de retorta e motor para girar a retorta. Depois que o topo é removido, a retorta pode ser girada em torno do eixo horizontal da dobradiça. Os materiais coletados no fundo da retorta caem então para fora do topo da retorta. A retorta pode então ser girada de volta para a posição vertical, e quaisquer tubos, válvulas ou outras conexões que foram desconectados para o giro da retorta podem ser reconectados.
[0027] Em uso, a retorta é aberta e os pneus e/ou outros materiais a serem desmanchados termicamente são introduzidos na de retorta. A tampa é fechada e gases e outros voláteis são expelidos do sistema de maneira segura. Por exemplo, o nitrogênio ou o dióxido de carbono gasoso podem fluir para a retorta e fluir para fora da retorta junto com gases e outros voláteis. Esses compostos podem ser capturados sob pressão, liberados para a atmosfera ou queimados. Uma baixa pressão pode então ser aplicada. O sistema é completamente selado e não permite o escape de vapores nocivos ou odoríferos.
[0028] Os pneus, ou outro material a ser despolimerizado termicamente, que esteja no fundo ou próximo ao fundo da câmara de retorta, são então aquecidos. Dependendo do mecanismo usado para aquecer o material, isso pode envolver a introdução do queimador no fundo da câmara de retorta e o sangramento de oxigênio, água e/ou catalisador através de válvula, de modo a criar reação com o material, ou pode envolver a introdução de oxigênio, água e/ou catalisador no fundo da câmara de retorta, enquanto também aquece o material refratário presente no fundo da câmara de retorta
[0029] A temperatura na de retorta é monitorada. À medida que as temperaturas atingem suas faixas apropriadas, os produtos gasosos evoluem a partir do orifício ou orifícios. A partir daí os produtos gasosos podem ser submetidos ao ciclone para remover partículas, etapa dessulfuração para remover o sulfeto de hidrogênio e outros produtos contendo enxofre e/ou processo de resfriamento para permitir que os produtos líquidos à temperatura ambiente sejam separados daqueles que são gasosos à temperatura ambiente. Os produtos gasosos podem ser coletados e armazenados, queimados, ou usados para gerar eletricidade.
[0030] À medida que a reação prossegue, os pneus e/ou outros materiais no ou próximo ao fundo da câmara de retorta são consumidos e, usando gravidade, os materiais mais acima dos materiais consumidos prosseguem para baixo na câmara de retorta até serem despolimerizados.
[0031] Depois que a reação estiver completa, o que pode ser determinado, por exemplo, por mudanças na temperatura nas várias zonas, a reação pode ser extinta, por exemplo, pela introdução de água através de uma válvula em ou perto do topo da câmara de retorta.
[0032] Quando a câmara de retorta estiver suficientemente arrefecida, a água pode ser drenada. Idealmente, a câmara de retorta é selada durante operações, para manter o vácuo e cumprir com as regulamentações de segurança. Após a conclusão de cada lote, a vedação pode ser removida, a água drenada da câmara de retorta e os materiais sólidos removidos da câmara de retorta.
[0033] Numa concretização, isso envolve a abertura da charneira no fundo da câmara de retorta para liberar os materiais. Numa outra concretização, isso envolve a remoção do topo, o desacoplamento do orifício de saída e a rotação de retorta em torno de uma charneira com um eixo horizontal localizado no meio ou próximo ao meio da retorta. Os materiais caem então fora do topo da câmara de retorta, e a câmara de retorta pode então ser movida de volta à sua posição ereta original.
[0034] Os produtos obtidos de pneus termicamente desmanchados tendem a incluir negro de fumo, compostos de enxofre, aço (de correias de aço), fração líquida, em grande parte olefínica, com propriedades semelhantes ao diesel 2, gás metano, fração C2-4 e um ou mais gases adicionais, tais como dióxido de carbono, monóxido de carbono, dióxido de enxofre e hidrogênio. Uma ou mais das olefinas na fração olefínica podem ainda reagir, por exemplo, passando por reações de Diels-Alder com dienos tais como butadieno (formado, por exemplo, despolimerização de borracha de nitrilo-butadieno) para formar cicloalifáticos, dimerização/trimerização/oligomerização de olefina (com as mesmas olefinas ou com duas ou mais olefinas diferentes) para formar olefinas maiores, hidrogenação para formar reações alifáticas e reações de aromatização. A remoção dos produtos sólidos da câmara de retorta enquanto ainda estiverem molhados pode facilitar o isolamento do negro de fumo.
[0035] Além de, ou no lugar de, pneus, outros materiais que podem ser desmanchados incluem o lodo Banbury, resíduos médicos, resíduos à base de madeira, resíduos à base de óleo, matéria vegetal, resíduos animais, resíduos humanos, resíduos de peixes, resíduos de computador, placas de circuito impresso, "lanugem" de demolição de carros e sobras de asfalto.
[0036] Os produtos resultantes do desmanche térmico destes materiais irão variar desde os obtidos a partir dos pneus, e as temperaturas de operação também podem variar, a depender das temperaturas apropriadas nas quais os polímeros sofrem despolimerização térmica.
[0037] A presente invenção será melhor compreendida com referência à seguinte descrição detalhada.
DESCRICAO SUCINTA DOS DESENHOS
[0038] A Figura 1 é um gráfico que mostra a composição de óleo preparado pelo processo despolimerização térmica descrito neste pedido de patente.
[0039] A Figura 2 é a ilustração esquemática de uma concretização da câmara de retorta descrita neste documento.
[0040] A Figura 3 é a ilustração esquemática de outra concretização da câmara de retorta descrita neste pedido de patente.
[0041] A Figura 4 é a visão em corte da câmara de retorta descrita neste pedido de patente.
[0042] A Figura 5 é a ilustração esquemática da concretização de aparelho para recolher produtos à medida que saem da câmara de retorta.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[0043] Numa concretização, a invenção refere-se a aparelho para o desmanche térmico de pneus usados, resíduos de fabricação de pneus e outros resíduos pós-consumo e pós- fabricação.
Definições
[0044] Como utilizado neste documento, o termo "câmara de retorta" refere-se a um recipiente hermético no qual as substâncias são aquecidas para reação química, que resulta em produtos gasosos que podem ser recolhidos num recipiente de recolha ou utilizados para posterior transformação.
[0045] O termo "desmanche térmico", tal como utilizado neste pedido de patente, refere-se à despolimerização térmica de materiais poliméricos e também ao desmanche de componentes não poliméricos. Por exemplo, quando o pneu é desmanchado termicamente, é possível isolar os materiais orgânicos resultantes do processo despolimerização, e ainda os materiais inorgânicos, como aço de correias de aço, e enxofre usado no processo de vulcanização, em que o enxofre pode ser isolado na forma de compostos contendo enxofre. Quando enchimentos inorgânicos são usados em artigos de fabricação com complementos poliméricos, os enchimentos podem ser isolados separadamente dos artigos de fabricação termicamente despolimerizados.
I. A câmara de retorta
[0046] O aparelho compreende uma câmara de retorta (também referida aqui como de retorta), que, preferencialmente, orienta-se na direção vertical (ou não horizontal - fora do plano horizontal).
Forma da câmara de retorta
[0047] A câmara de retorta pode ter qualquer forma desejada, por exemplo, a forma cilíndrica ou cónica.
[0048] Como discutido em mais detalhe abaixo, a combustão ou combustão parcial de materiais no fundo ou próximo ao fundo da câmara de retorta fornece a energia calorífica para realizar a despolimerização térmica em posição mais alta na câmara de retorta. Quando a retorta for substancialmente vertical, permitirá que o material flua para baixo enquanto a combustão ou a combustão parcial ocorrerem.
Diâmetro da câmara de retorta
[0049] O diâmetro da câmara de retorta é importante para realizar a química descrita neste pedido de patente. O diâmetro está tipicamente entre cerca de 45,7 e cerca de 732 cm, mais tipicamente entre cerca de 122 e cerca de 244 cm. A altura da câmara de retorta é tipicamente entre cerca de 152 e 914 cm. As paredes laterais da câmara de retorta são opcionalmente isoladas para ajudar a manter a temperatura de operação.
[0050] Apesar de não desejar vincular-se a qualquer teoria particular, acredita-se que quando o diâmetro estiver dentro dos intervalos fornecidos acima, o calor da combustão de pneus e/ou outros materiais pode fluir através da câmara de retorta e aquecer outros pneus/outros materiais, de tal forma que tenham energia térmica suficiente para sofrer despolimerização térmica.
Zonas de temperatura dentro da câmara de retorta
[0051] O interior da câmara de retorta inclui quatro zonas de temperatura diferentes, cujas posições podem variar dependendo de certos fatores, tais como o teor de oxigênio e de água na câmara de retorta, da temperatura e da pressão da reação, e do tipo de material a ser desmanchado.
[0052] Na primeira zona, que está no fundo ou próxima ao fundo da câmara de retorta, o material é aquecido à temperatura entre cerca de 900 °C e cerca de 1300 °C e queimado ou parcialmente queimado. Um ou mais dentre oxigênio, água, e/ou um catalisador pode opcionalmente ser fornecido através de válvula no fundo ou perto do fundo da câmara de retorta. O oxigênio pode ser fornecido, por exemplo, em forma pura ou como ar.
[0053] A zona de despolimerização cobre a primeira zona, e a química ocorre em temperatura entre cerca de 150 e cerca de 550 °C, por exemplo, entre cerca de 150 e 400 °C ou entre cerca de 250 e cerca de 550 °C.
[0054] Os produtos saem da câmara de retorta em zona mais alta do que a zona de despolimerização, e a temperatura em que os produtos saem da câmara de retorta está tipicamente entre cerca de 100 e 280 °C.
[0055] Embora seja possível monitorar a temperatura dentro da zona real de despolimerização, pode ser operacionalmente mais fácil monitorar o progresso da reação monitorando a temperatura da mistura de produtos quando saem da câmara de retorta através de um ou mais orifícios de saída.
[0056] Perto do topo do reator, longe do calor intenso fornecido no fundo do reator, a temperatura encontra-se tipicamente na faixa de cerca de 60 a cerca de 160 °C.
O fundo da câmara de retorta
[0057] O calor pode ser proporcionado à primeira zona, por exemplo, pela introdução de queimador através de abertura na parede da câmara de retorta, no fundo ou próximo ao fundo da câmara de retorta. O calor produzido pela combustão/combustão parcial do material é então utilizado para atingir a temperatura despolimerização desejada. Alternativamente, a energia térmica pode ser fornecida mediante a colocação no fundo da câmara de retorta de uma camada de material refratário, e pelo aquecimento do material refratário à temperatura desejada pelo uso de algumas das diferentes variedades de aquecedores, tais como aquecedores por indução.
[0058] Em uma concretização, o fundo da câmara de retorta compreende a série de registros, onde oxigênio, ar, água e/ou catalisador são introduzidos na extremidade da série de registros, e a chama do queimador é introduzida na outra extremidade da série de registros. O queimador pode ser colocado em um carrinho que facilita o seu movimento através da retorta. Os registros são espaçados de modo a proporcionar pressão substancialmente igual ao longo de todo o fundo de retorta. Por "substancialmente igual" significa que a pressão ao longo do fundo da câmara de retorta não varia em mais do que 20%.
[0059] Em operação, quando o queimador é movido ao longo do carrinho em direção ao centro do fundo da câmara de retorta, a reação química, ou seja, a queima dos pneus e/ou outros materiais, se move em direção ao centro. Isto proporciona taxa de combustão relativamente constante aos materiais a serem queimados, em contraste com a simples introdução do queimador em extremidade do registro.
Orifícios de admissão/exaustão
[0060] Na primeira concretização, o número de orifícios é fornecido para permitir a entrada de um ou mais dentre oxigênio, ar, água e/ou catalisadores, e a saída de produtos, e para medir e gerenciar a taxa de fluxo, de temperatura e de pressão.
[0061] Na segunda concretização, uma pluralidade de orifícios de entrada e de saída é usada para criar múltiplas zonas para o refinamento de sólidos, líquidos e vapores, e a criação de múltiplos produtos.
[0062] Os orifícios de admissão podem estar localizados no fundo ou perto do fundo da retorta, de modo que oxigênio/ar possa ser fornecido e água/vapor possa ser fornecido. A água também pode ser fornecida através de um orifício de admissão no topo ou perto do topo da retorta.
[0063] Uma válvula é conectada a cada orifício de admissão para controlar a quantidade de material que é introduzida na retorta.
[0064] Um ou mais orifícios de saída estão localizados acima da zona de despolimerização, de modo que os produtos gasosos possam deixar a retorta e, em seguida, serem recolhidos.
Unidade de dessulfuração
[0065] Numa concretização, a unidade dessulfuração é ligada ao orifício, para que os produtos possam ser sujeitos a condições de dessulfuração.
[0066] A dessulfuração é um processo químico para a remoção de enxofre de algum material, como a corrente de produtos do processo de despolimerização térmica descrito neste pedido de patente.
[0067] À medida que a corrente de produto é formada e sai da câmara de retorta, ela está na fase gasosa. Quando arrefecidos, um ou mais produtos que são líquidos à temperatura ambiente e à pressão atmosférica e um ou mais produtos que são gases à temperatura ambiente e à pressão atmosférica podem ser isolados separadamente.
[0068] Em algumas concretizações, o enxofre é removido dos produtos líquidos isolados da corrente de produto gasoso. Em outras concretizações, o enxofre é removido dos produtos gasosos isolados da corrente de produto gasoso, ou da corrente de produto gasoso.
[0069] Pode ser mais fácil remover o enxofre da corrente de produto gasoso do que de fluxos de gás e líquido separados, e por essa razão, pode ser vantajoso incluir a unidade de dessulfuração em um ponto onde os produtos gasosos saem pela primeira vez da câmara de retorta, ou seja, antes eles foram resfriados e separados.
[0070] As condições de dessulfuração para remover o enxofre de uma corrente de gás são conhecidas dos peritos na técnica.
[0071] As condições representativas são descritas, por exemplo, na patente norte-americana No. 7.687.047. Nessa patente, os gases que contém enxofre contendo H2S e COS são colocados em contato com um sorvente que compreende solução sólida substitucional caracterizada pela fórmula
[0072] Outros leitos sorventes incluem alumina e/ou óxido de zinco.
[0073] Onde o objetivo é a remoção simultânea de COS, SO2 e H2S, o processo de dessulfuração tipicamente envolve o contato da corrente de gás, que compreende um ou mais desses compostos de enxofre com o sorvente na zona de absorção para produzir uma corrente de gás de produto e sorvente carregado de enxofre. Estes sorventes incluem tipicamente zinco (Zn), e podem também incluir metal promotor, tal como manganês, bem como suporte, tal como alumina. O sorvente, uma vez saturado com enxofre, pode ser regenerado pelo contato de pelo menos uma porção de sorvente carregado de enxofre com corrente de gás de regeneração, na zona de regeneração, para produzir sorvente regenerado e corrente não gasosa. Pelo menos uma porção do sorvente regenerado pode então ser retornada para a zona de sorção. Onde a regeneração do sorvente produz SO2, o gás pode ser contido em um tanque de armazenamento apropriado ou reduzido para formar enxofre elementar.
[0074] Além de ou no lugar da remoção de enxofre, em uma concretização, a unidade de desalogenação é usada para remover o cloro ou outros halogênios da corrente de gás. A desalogenação redutiva usando métodos catalíticos e eletrolíticos heterogêneos pode desalogenar os contaminantes da fase gasosa clorada evitando a geração de traços de contaminantes como as dioxinas, devido à ausência de oxigênio. Devido ao caráter eletronegativo de substituintes do halogênio, os alifáticos fortemente clorados são termodinamicamente dispostos para o desalogenação redutora por doadores de elétrons tais como o hidrogênio elementar (por exemplo, ao reagir o gás com hidrogênio na presença de um catalisador de platina, paládio ou ródio, opcionalmente presente no suporte de carbono, alumina, zeólito, sílica, óxido de titânio ou óxido de zircônio). O cloro também pode ser reagido com metais de transição para formar ligações covalentes.
Separador ciclone/remoção de partículas
[0075] Em uma concretização, o separador ciclone é usado para remover partículas presentes no vapor. Se for usada a unidade dessulfuração, o separador ciclone pode ser anexado antes ou depois da unidade dessulfuração, embora seja preferencialmente anexado antes da unidade dessulfuração para minimizar a contaminação particulada da unidade dessulfuração.
[0076] Como utilizado no presente pedido de patente, a separação ciclônica é método que remove partículas da corrente de produto gasoso, sem utilizar filtros, através da separação por vórtice. Um ciclone a gás é utilizado, e efeitos rotacionais e gravidade são usados para separar os sólidos dos gases. O método também pode ser usado para separar gotículas finas de líquido de um fluxo gasoso.
[0077] Um fluxo de ar rotativo de alta velocidade é estabelecido dentro de um recipiente cilíndrico ou cônico chamado ciclone. O ar flui em padrão helicoidal, começando no topo (extremidade larga) do ciclone e terminando no fundo (extremidade estreita) antes de sair do ciclone em fluxo direto através do centro do ciclone e para fora do topo.
[0078] Partículas relativamente grandes e densas no fluxo rotativo têm muita inércia para seguir a curva apertada do fluxo. Quando atingem a parede externa, caem no fundo do ciclone, de onde podem ser removidas. Em um sistema cônico, à medida que o fluxo rotativo se move em direção à extremidade estreita do ciclone, o raio rotacional do fluxo é reduzido, separando assim partículas cada vez menores. A geometria do ciclone, juntamente com a taxa de fluxo, define o ponto de corte do ciclone, isto é, o tamanho de partícula que será removida do fluxo com uma eficiência de 50%. Partículas maiores que o ponto de corte serão removidas com maior eficiência e partículas menores com menor eficiência.
[0079] Um projeto de ciclone alternativo usa um fluxo de ar secundário dentro do ciclone para impedir que as partículas coletadas atinjam as paredes, de modo a protegê- las da abrasão. O fluxo de ar primário que contém as partículas entra a partir do fundo do ciclone e é forçado em rotação espiral por palhetas estacionárias de giro. O fluxo de ar secundário entra a partir do topo do ciclone e desce em direção ao fundo, interceptando o particulado do ar primário. O fluxo de ar secundário também permite que o coletor seja opcionalmente montado horizontalmente, porque empurra o particulado em direção à área de coleta e não depende somente da gravidade para executar essa função.
[0080] Os peritos na técnica da refinação de óleo sabem como usar a separação ciclônica, uma vez que são utilizados separadores semelhantes na indústria de refinação de petróleo para separar as partículas de catalisador das misturas de produtos gasosos.
Separação de produto/unidade de refrigeração
[0081] Embora os produtos que saem de retorta estejam na fase gasosa, à temperatura ambiente, alguns produtos são líquidos, e outros são gasosos. O aparelho compreende ainda a unidade de separação de produto, que inclui um ou mais trocadores de calor, torres de arrefecimento, torres de destilação, sistemas de resfriamento, cortinas de líquido através das quais correntes gasosas podem passar, e similares, para arrefecer o gás e separar a mistura de produtos em um ou mais líquidos e um ou mais produtos gasosos.
[0082] Em algumas concretizações, são feitos esforços para recolher tanto quanto possível da corrente de produto que é líquida à temperatura ambiente e à pressão atmosférica, e noutras concretizações, são feitos esforços para separar uns dos outros um ou mais produtos líquidos.
[0083] Em algumas concretizações, são feitos esforços para coletar tanto quanto possível dos produtos gasosos na temperatura ambiente e na pressão atmosférica numa só corrente do produto, e em outras concretizações, os são feitos esforços para separar um ou mais produtos de gás de cada um dos outros.
[0084] Geralmente, os produtos de hidrocarbonetos com cinco ou mais carbonos em suas cadeias (ou seja, hidrocarbonetos C5+) são líquidos à temperatura ambiente. Os produtos gasosos incluem tipicamente um ou mais dentre monóxido de carbono, dióxido de carbono, gás hidrogénio, sulfureto de hidrogénio, dióxido de enxofre, metano, etano, etileno, propano, propileno, butano e butilenos. Os produtos de hidrocarbonetos com dois a quatro carbonos nas suas cadeias (isto é, hidrocarbonetos C2-4) podem ser separados de outros produtos gasosos, por exemplo, utilizando uma coluna desmetanizadora. Produtos com de três a quatro carbonos podem ser separados de produtos com dois carbonos, por exemplo, por meio de coluna desetanizadora. Alternativamente, os produtos gasosos, que tendem a ter um valor BTU relativamente alto, podem ser queimados e usados para gerar energia térmica ou eletricidade, conforme desejado.
[0085] A corrente de produtos gasosos pode inicialmente passar por um ou mais trocadores de calor, como um condensador, para abaixar a temperatura da corrente de gás e obter uma primeira corrente de produto líquido e uma segunda corrente de gás, que é composta pelos componentes que não se liquefizeram no primeiro passo de arrefecimento.
[0086] Esta corrente de produto líquido pode ser bombeada para um local a jusante de onde o gás é inicialmente resfriado, e usado para criar uma cortina de líquido resfriado, que pode então ser contatado com a segunda corrente de gás. Isto esfriará o segundo córrego do gás, e fornecerá um segundo córrego líquido do produto que inclua os líquidos inicialmente-coletados, e aqueles líquidos obtidos refrigerando o segundo córrego do gás. Este processo pode ser repetido conforme desejado.
[0087] Geralmente, os primeiros produtos separados da corrente de produtos gasosos são aqueles com os maiores pesos moleculares, e os últimos produtos separados da corrente de produtos gasosos são aqueles com os menores pesos moleculares.
[0088] As quantidades de produtos líquidos e gasosos variarão dependendo da natureza da matéria-prima e das condições de reação. No entanto, o teor total de produto líquido (isto é, o "teor de óleo" na borracha do pneu despolimerizado termicamente utilizando o aparelho e as técnicas descritas neste pedido de patente varia tipicamente de cerca de 31 a cerca de 41% em peso dos pneus. O teor de metano fica tipicamente em torno de 25%.
[0089] Uma distribuição representativa do produto é mostrada na Figura 1. Há uma fração significativa de produtos com entre cerca de 6 e 9 carbonos (isto é, uma fração de C6-9), uma fração significativa com 14 a 17 carbonos (isto é, uma fração de C14-17) e uma fração modesta acima de C24. Nesta distribuição específica de produtos, conforme informação e crença, os polímeros nos pneus que são despolimerizados foram formados a partir de monômeros com estes comprimentos de cadeia, o que explicaria porque há pouco material com tamanhos na faixa de C10-13. Os produtos mais leves que os C5 estão presentes na fase gasosa e não foram submetidos a análise. Se operadas em diferentes temperaturas e pressões, por exemplo, em temperaturas e/ou pressões mais elevadas, do que as usadas para criar essa corrente específica de produtos, as olefinas nesta corrente inicial de produtos podem reagir para formar dímeros/trímeros/oligômeros de olefina, podem participar nas reações de Diels-Alder com butadieno ou outros dienos para formar cicloalifáticos, podem tornar-se hidrogenados para formar alifáticos, podem sofrer reações de aromatização para formar aromáticos e similares.
[0090] Como os pontos de ebulição de uma fração C6-9, uma fração C14-17 e uma fração C24+ são tão diferentes, é do conhecimento dos especialistas na técnica arrefecer a mistura do produto para separar estes tipos de frações.
[0091] Para a gestão dos custos, pode ser vantajoso utilizar trocadores de calor e cortinas líquidas de produtos como pelo menos parte da unidade de isolamento do produto.
Bomba de vácuo/unidade de aspiração
[0092] A despolimerização térmica é realizada sob vácuo, que é tipicamente da ordem de entre -0,8 a cerca de -200 milibares, mais tipicamente entre cerca de -6 e cerca de - 10 milibares. Para conseguir este vácuo, uma bomba de vácuo ou unidade aspiração é conectada ao final ou perto do final da unidade separação do produto. Em algumas concretizações, a pressão pode aumentar até cerca de 8 milibares, particularmente à medida que são produzidos produtos gasosos.
[0093] Os produtos gasosos podem ser isolados ou, se desejado, queimados. Se forem queimados, o aparelho pode incluir um queimador (tocha) ou gerador após a bomba de vácuo ou unidade de aspiração. O queimador pode ser usado para gerar calor à medida que o gás é queimado, e o gerador pode ser usado para gerar eletricidade pela queima do gás.
Resfriamento da câmara de retorta
[0094] Pode ser desejável, entre lotes, arrefecer a retorta. Em operação, água é tipicamente adicionada à retorta a partir de uma válvula, conectada ao orifício de admissão, na ou perto do fundo da retorta. Durante as operações de resfriamento, a água também pode ser, alternativamente, adicionada a partir de uma válvula, conectada ao orifício de admissão, no topo ou perto do topo da retorta. Isso pode acelerar significativamente o processo de resfriamento, o que permite que o próximo lote seja processado mais rapidamente do que se a água não for adicionada a partir do topo da câmara de retorta.
Monitoramento de Temperatura
[0095] Há uma variedade de maneiras de monitorar a temperatura dentro de um reator, como o interior de uma câmara de retorta. Exemplos incluem medidores de temperatura, termopares, termômetros e/ou termostatos. Os termômetros podem ser preferenciais nas zonas onde os produtos da despolimerização térmica saem da câmara de retorta (isto é, acima da zona de despolimerização), pois a temperatura tipicamente varia de cerca de 100 a cerca de 280 °C, e estas temperaturas podem ser medidas usando um termômetro. No entanto, perto do fundo do reator, onde as temperaturas excedem cerca de 900 °C e na própria zona de despolimerização, onde as temperaturas estão entre 250 e 550 °C, um termopar pode ser a forma preferencial de medir a temperatura.
Topo da câmara de retorta
[0096] O topo da retorta pode ser aberto para o carregamento de pneus e/ou outros materiais a serem desmanchados termicamente na de retorta. Isso pode ser conseguido ao ligar o topo ao resto de retorta por meio de cobertura em concha, charneira, tampa de enroscar, série de flanges, entre outros.
[0097] O topo da câmara da retorta pode ser equipado com um ou mais orifícios de admissão, e válvulas acopladas aos orifícios, para permitir que a água flua para a retorta. Alternativamente, o(s) orifício(s) de admissão e a(s) válvula(s) podem ser posicionados abaixo do topo real da câmara de retorta, mas no terço superior da retorta, para que as válvulas/orifícios não precisem ser removidos quando o topo for aberto, materiais não queimados forem removidos e o próximo lote de materiais a ser despolimerizado for adicionado.
Remoção de material sólido da retorta
[0098] Entre lotes, é desejável remover o material sólido restante da retorta. No caso dos pneus, as sobras de material podem incluir negro de fumo e aço das correias de aço dos pneus. Existem várias maneiras de remover as sobras de material de retorta. Uma forma exemplificativa é proporcionar dobradiça no fundo da retorta e desencaixar o fundo após o material ter sido termicamente despolimerizado, removendo assim o material de retorta.
[0099] Outra maneira é fornecer dobradiça com eixo horizontal acerca do meio de retorta e motor para girar a retorta. Depois que o topo é removido, a retorta pode ser girada em torno do eixo horizontal da dobradiça. Os materiais coletados no fundo da retorta caem então para fora do topo da retorta. A retorta pode então ser girada de volta para a posição vertical, e quaisquer tubos, válvulas ou outras conexões que foram desconectados para o giro da retorta podem ser reconectados.
II. Materiais que podem ser desmanchados termicamente
[0100] Em uma concretização, os pneus são o material a serem desmanchados termicamente. Os pneus podem vir do fabricante de pneus (ou seja, resíduos pós-industriais), de um aterro sanitário (ou seja, resíduos pós-consumo), ou ambos. Em alguns aspectos desta concretização, a sucata de pneu inclui borracha não vulcanizada.
[0101] Se os pneus vierem de fabricante de pneus, os monômeros resultantes da despolimerização térmica podem ser devolvidos ao fabricante, da mesma forma que as correias de aço de pneus com cinta de aço. Quando os pneus vêm de aterro sanitário, as misturas de produtos podem ser usadas para gerar um ou mais produtos com valor mais alto e menor volume do que os pneus. Quando a unidade de dessulfuração for usada, os produtos terão baixo teor de enxofre, e a quantidade de enxofre liberada no meio ambiente será significativamente menor do que se os pneus fossem simplesmente queimados.
[0102] Em concretizações, os pneus são adicionados intactos à câmara de retorta e, em outras concretizações, os pneus são cortados em duas ou mais peças, e essas peças adicionadas à câmara de retorta.
[0103] Quando os pneus são empilhados dentro da câmara da retorta, há uma quantidade significativa de espaço vazio que pode ser preenchido, por exemplo, com outros materiais a serem despolimerizados. Uma quantidade razoável de volume vazio deve permanecer, de modo que o calor possa ser transferido do fundo da câmara de retorta para a zona de despolimerização. Idealmente, a quantidade de espaço vazio que pode ser preenchido é inferior a 75% em volume, mais tipicamente inferior a cerca de 50% em volume, e ainda mais tipicamente, inferior a cerca de 25% em volume.
[0104] Além de, ou no lugar de, pneus, outros materiais que podem ser desmanchados incluem borracha não vulcanizada, lodo Banbury, resíduos médicos, resíduos à base de madeira, resíduos à base de óleo, matéria vegetal, resíduos animais, resíduos humanos, resíduos de peixes, resíduos de computador, placas de circuito impresso, "lanugem" de demolição de carros e sobras de asfalto.
[0105] Os produtos resultantes do desmanche térmico destes materiais irão variar desde os obtidos a partir dos pneus, e as temperaturas de operação também podem variar, a depender das temperaturas apropriadas nas quais os polímeros sofrem despolimerização térmica.
III. Processo desmanche térmico
[0106] No processo descrito neste pedido de patente, o topo da câmara de retorta é aberto, e pneus e/ou outros materiais a serem despolimerizados termicamente são adicionados. Normalmente, os pneus são empilhados uns sobre os outros, desde o fundo até o topo da retorta. Dessa forma, quando os pneus próximos ao fundo são queimados para fornecer energia térmica para a reação de despolimerização, pneus empilhados acima dos pneus que são queimados podem cair, proporcionando matéria-prima nova para combustão e uma fonte contínua de calor para a reação de despolimerização.
[0107] Em algumas concretizações, a despolimerização térmica é realizada sob vácuo, como os gases são passíveis de explodir em contato com o ar a altas temperaturas, e, como a despolimerização térmica segue os princípios de Le Chatelier, ou seja, a conversão de molécula de polímero para muitas moléculas de monômeros, é favorecida pelo vácuo, enquanto a conversão muitas moléculas de monômeros em uma molécula de polímero, é favorecida pela pressão. Normalmente, para garantir que o ar e quaisquer gases voláteis sejam removidos, estabelece-se atmosfera de nitrogênio ou dióxido de carbono, por exemplo, através de orifício de admissão, e então vácuo é aplicado, usando bomba de vácuo ou outros meios descritos neste pedido de patente para fornecer vácuo. Gases e outros voláteis que fluem para fora da retorta podem ser capturados sob pressão, liberados para a atmosfera, ou queimados, dependendo do processo, custo e valor.
[0108] O uso de nitrogênio, dióxido de carbono ou outros gases inertes é opcional, e o estabelecimento de vácuo é opcional. Tipicamente, a pressão na qual a despolimerização térmica é realizada está entre cerca de -0,8 e cerca de -200 milibares, mais tipicamente entre cerca de -6 e cerca de - 10 milibares. O sistema é completamente selado de modo que pouco ou, nenhum vapor nocivo ou odor seja, permitido escapar.
[0109] Uma vez que o ar e gases voláteis sejam purgados, e o vácuo possa ser estabelecido, o calor é adicionado ao fundo do reator, aquecendo a linha inferior de pneus e/ou outro material a ser termicamente desmanchado em temperatura entre 900 e 1300 °C. Isso pode ser feito usando qualquer meio adequado, como por meio de aquecedor de indução, aquecimento de material refratário, uso de queimadores, e assim por diante.
[0110] Uma maneira particularmente eficiente de introduzir este calor é ter uma série de registros no fundo ou perto do fundo da câmara de retorta. Um agente de combustão, tal como o ar ou o oxigênio pode ser introduzido em uma extremidade da série de registros, e a flama de um queimador pode ser introduzida na outra extremidade da série de registros. O queimador pode ser colocado em um carrinho que facilita o seu movimento através da retorta. Os registradores podem ser espaçados de modo a proporcionar pressão substancialmente igual ao longo de todo o fundo da retorta. Por "substancialmente igual" significa que a pressão ao longo do fundo da câmara de retorta não varia em mais do que 20%.
[0111] Quando os pneus atingirem essa temperatura, eles entrarão em combustão e produzirão calor. Corrente constante de ar ou oxigênio é mantida, pela adição através do orifício de admissão no fundo ou próximo ao fundo do reator. Como o oxigênio está presente em baixa concentração e é consumido pelos pneus em queima, isso não aumenta significativamente a pressão.
[0112] Assim que for atingida a temperatura desejada, o calor fluirá para cima e causará a despolimerização térmica dos pneus e/ou outros materiais. A faixa de temperatura desejada para a despolimerização térmica da borracha presente nos pneus está entre cerca de 100 e 280 °C, embora na extremidade superior desta faixa de temperatura, produtos com pesos moleculares inferiores tendam a ser formados, e na extremidade inferior desta escala de temperatura, produtos com pesos moleculares mais elevados tendam a ser formados.
[0113] A água também é adicionada, normalmente através do orifício de admissão no fundo ou perto do fundo do reator. A água permite ter algum controle sobre a temperatura de reação. Apesar de não querer estar vinculado a teorias particulares, acredita-se também que quando os pneus são despolimerizados termicamente, o ferro presente nas correias de aço reage com o monóxido de carbono formado como resultado da combustão incompleta (isto é, usando menos do que o oxigênio estequiométrico) e com a água que é introduzida para formar hidrogênio, de maneira análoga ao processo do "ferro a vapor". O hidrogênio assim formado pode quebrar as ligações enxofre-enxofre e carbono-enxofre presentes na borracha vulcanizada usada nos pneus, e formar sulfureto de hidrogênio e outros produtos contendo enxofre (incluindo, entre outros, COS).
[0114] O processo aqui descrito é único, na medida em que permite que se tenha algum grau de controle sobre a distribuição do produto. Por exemplo, se for desejada a produção metano como um produto principal, a reação de despolimerização pode ser realizada a temperatura relativamente mais elevada e, se for desejado isolar mais dos monômeros, a reação de despolimerização pode ser realizada a temperatura relativamente mais baixa. .
[0115] Independentemente das temperaturas nas quais a maior parte da despolimerização ocorre, a temperatura tenderá a subir quando a reação estiver próxima da conclusão.
[0116] A temperatura na retorta é monitorada durante a etapa de despolimerização térmica. A temperatura pode ser monitorada em vários locais dentro da câmara da retorta. Por exemplo, a combustão/combustão latente de pneus e/ou outro material no fundo ou próximo ao fundo do reator pode ser monitorada para assegurar que a temperatura permaneça na faixa de 800-1300 °C, mais tipicamente, 900-1300 °C. A temperatura na zona de despolimerização pode ser monitorada para assegurar que a temperatura permaneça na faixa entre cerca de 150 e 550 °C, mais tipicamente, entre cerca de 250550 °C ou entre cerca de 150 e 450 °C, e/ou a temperatura dos produtos que saem da câmara de retorta pode ser monitorada para assegurar que a temperatura permaneça na faixa entre cerca de 100 e cerca de 280 °C.
[0117] À medida que as temperaturas atingem suas faixas apropriadas, os produtos gasosos evoluem a partir do orifício ou orifícios. A partir daí os produtos gasosos podem ser submetidos ao ciclone para remover partículas, etapa de dessulfuração para remover o sulfeto de hidrogênio e outros produtos contendo enxofre, e ao processo de resfriamento para permitir que produtos líquidos à temperatura ambiente sejam separados daqueles que são gasosos à temperatura ambiente. Os produtos gasosos podem ser coletados e armazenados, queimados, ou usados para gerar eletricidade.
[0118] O processo de arrefecimento pode ser ajustado conforme desejado, para combinar todo o gás e todos os produtos líquidos, ou isolar separadamente uma ou mais frações líquidas e/ou uma ou mais frações de gás.
[0119] À medida que a reação prossegue, os pneus e/ou outros materiais no ou próximo ao fundo da câmara de retorta são consumidos e, usando gravidade, os materiais mais acima dos materiais consumidos prosseguem para baixo na câmara de retorta até serem despolimerizados.
[0120] Depois que a reação estiver completa, o que pode ser determinado, por exemplo, por mudanças na temperatura nas várias zonas, a reação pode ser extinta, por exemplo, pela introdução de água através de uma válvula em ou perto do topo da câmara de retorta.
[0121] Quando a câmara de retorta estiver suficientemente arrefecida, a água pode ser drenada e os materiais sólidos podem ser removidos da câmara de retorta.
[0122] Numa concretização, isso envolve a abertura da charneira no fundo da câmara de retorta para liberar os materiais. Numa outra concretização, isso envolve a remoção do topo, o desacoplamento do orifício de saída e a rotação de retorta em torno de uma charneira com um eixo horizontal localizado no meio ou próximo ao meio da retorta. Os materiais caem então fora do topo da câmara de retorta, e a câmara de retorta pode então ser movida de volta à sua posição ereta original.
Produtos de desmanche térmico de pneus
[0123] Os produtos obtidos de pneus termicamente desmanchados tendem a incluir negro de fumo, compostos de enxofre, aço (de correias de aço), fração líquida, em grande parte olefínica, com propriedades semelhantes ao diesel 2, gás metano, fração C2-4 e um ou mais gases adicionais, tais como dióxido de carbono, monóxido de carbono, dióxido de enxofre e hidrogênio. Como discutido acima, em algumas concretizações, as olefinas na fração olefínica podem ainda reagir para formar dímeros, trímeros e oligômeros, cicloalifáticos, alifáticos e/ou aromáticos. A remoção dos produtos sólidos da câmara de retorta enquanto ainda estiverem molhados pode facilitar o isolamento do negro de fumo.
Exemplos
[0124] A presente invenção será melhor compreendida com referência aos seguintes exemplos não limitativos.
[0125] A Figura 2 é a ilustração esquemática de uma concretização da câmara de retorta descrita neste documento. A câmara de retorta (10) inclui topo (20), fundo (30), charneira (40) no topo e/ou no fundo, para permitir que o usuário insira material a ser despolimerizado termicamente e/ou remova material inorgânico e outros remanescentes que permaneçam após o processo de despolimerização térmica, sensores de temperatura (50) perto do topo, perto do fundo, e entre o topo e o fundo da câmara de retorta, carrinho (60) para receber o queimador (70), dois orifícios de admissão (80) perto do fundo da câmara de retorta e um orifício de saída (80) próximo ao topo da câmara de retorta e um orifício de saída (90) entre o topo e o fundo da câmara de retorta. Ao longo do fundo, alinhado e acima do queimador, está o registro (100). O material a ser despolimerizado termicamente cobre o registro.
[0126] Em uso, o material a ser despolimerizado termicamente é introduzido na câmara de retorta (10), idealmente abrindo a dobradiça (40) no topo da câmara de retorta (10), cuja articulação (40) é fechada após o material ser introduzido. Oxigênio ou ar é introduzido através de um dos orifícios de admissão do fundo (80), e o queimador (70) é introduzido pelo carrinho (60). O oxigénio/ar passa através de um registro (100), que permite aquecimento substancialmente uniforme quando o queimador (70) e o oxigénio percorrem o fundo do reator (20) e por cima do registro (100).
[0127] A quantidade de oxigênio/ar é insuficiente para resultar na combustão rápida do material a ser queimado. Pelo contrário, isso resulta na combustão parcial, ou fumegante, da camada inferior do material a ser queimado (tal como pneus). A temperatura no fundo ou perto do fundo (30) da retorta (10) é monitorada usando um sensor de temperatura (50), de modo a permanecer na faixa de entre cerca de 900 e 1300 °C. A água é adicionada à retorta (10) através de um segundo orifício de admissão (80) no fundo ou perto do fundo da retorta (20. A água pode reagir com ferro para formar hidrogênio e óxido de ferro, por exemplo, onde o material a ser termicamente despolimerizado compreende pneus, e os pneus compreendem cintas de aço.
[0128] À medida que a despolimerização térmica ocorre, a temperatura no meio da câmara da retorta sobe para a faixa desejada, medida por um segundo sensor térmico (50), e um produto de despolimerização térmica é produzido. Este material sai da retorta (10) através de orifício de saída (90).
[0129] A temperatura no topo ou perto do topo do reator (20) pode ser medida usando um terceiro sensor de temperatura (50).
[0130] Quando a reação estiver completa, a retorta pode ser resfriada pela adição de mais água através do orifício de admissão (80) no fundo ou perto do fundo do reator, e, opcionalmente, através do orifício de admissão (80) no topo ou perto do topo do reator (20). Materiais inorgânicos e outros materiais que não forem consumidos na reação de despolimerização podem ser removidos, por exemplo, pela abertura da charneira (40) perto do fundo do reator.
[0131] A Figura 3 é a ilustração esquemática de outra concretização da câmara de retorta descrita neste pedido de patente. Nesta concretização, tal como na concretização anterior, a câmara de retorta (10) inclui o topo (20) e o fundo (30), sensores de temperatura (50), carrinho (60) para o queimador (não mostrado), orifícios de admissão ( 80) no fundo (30) e no topo (20) da retorta (10), orifício de saída (90) e registro (100). No entanto, além da charneira (40) no topo ou próximo ao topo (20) da retorta (10), há dobradiças (40) no meio ou próximo ao meio da câmara de retorta (10), o que permite que a retorta (10) seja girada. Em operação, a retorta é usada substancialmente da mesma maneira que a concretização mostrada na Figura 2. No entanto, quando a etapa de despolimerização térmica é concluída, os restos podem ser removidos pela abertura do topo da retorta (20) e pela rotação da retorta (10) usando as dobradiças no meio ou perto do meio da retorta (40).
[0132] A Figura 4 é a visão em corte da câmara de retorta descrita neste pedido de patente. Tal como com as outras figuras, a retorta (10) compreende topo (20) e fundo (30), charneira no topo ou perto do topo (40), orifícios de admissão (80) no fundo e no topo da retorta e sensores de temperatura (50) no topo e no fundo ou perto do topo e do fundo e entre o topo e o fundo da retorta. O queimador (70) encontra-se inserido parcialmente no carrinho (60). Os lados da retorta (10) são mostrados como sendo preenchidos com material refratário (110).
[0133] A Figura 5 é a ilustração esquemática da concretização de aparelho para recolher produtos à medida que saem da câmara de retorta. A câmara de retorta (10) conecta-se ao orifício de saída (90), e os produtos são passados opcionalmente através da câmara do ciclone (120) para remover as partículas sólidas e/ou à câmara de dessulfuração para dessulfurar os materiais quando ainda estiverem na fase gasosa. O material opcionalmente dessulfurado passa por uma ou mais unidades de refrigeração/condensação (140), e o material que se liquefaz é coletado em um ou mais recipientes de coleta (150). A reação de despolimerização é realizada sob vácuo, e o vácuo é obtido usando a bomba de vácuo (160). A bomba de vácuo (160) é, indiretamente, conectada à retorta (10) através das unidades de refrigeração/condensação da câmara de ciclone interveniente (140), câmara de dessulfuração opcional (130), ciclone opcional (120) e orifício de saída (10). O material gasoso passa através das unidades de refrigeração/condensação (140) e através da bomba de vácuo (160), onde é opcionalmente queimado usando a combustão contínua (170).
[0134] Em outras concretizações, não mostradas, os materiais gasosos podem ser passados através de uma coluna de desmetanização, e os produtos C2-4 recolhidos sob pressão. Os produtos C1 e inferiores (metano, dióxido de carbono, monóxido de carbono, hidrogênio e similares) podem ser engarrafados sob pressão, se desejado, para uso posterior, como alternativa à queima. A liberação direta desses gases para a atmosfera é indesejável.
[0135] Várias publicações são citadas neste documento, cujas revelações são incorporadas por referência em sua totalidade para todos os fins.
[0136] A presente invenção não deve ser limitada no seu âmbito pelas concretizações específicas descritas no presente pedido de patente. De fato, várias modificações da invenção para além das descritas tornar-se-ão evidentes para os especialistas na técnica a partir da descrição precedente e das figuras anexas. Tais modificações destinam-se a se enquadrar no âmbito das reivindicações anexas.

Claims (27)

1. Câmara de retorta (10) que compreende: a) topo (20), e b) fundo (30), caracterizado por a câmara de retorta compreender ainda: c) aquecedor (70) no fundo ou próximo ao fundo da câmara de retorta (10), capaz de aquecê-la a temperatura entre 900 °C e 1.300 °C, d) dois ou mais orifícios de entrada (80) localizados no fundo ou próximo ao fundo da câmara de retorta, e) um ou mais orifícios de saída (90) localizados no topo ou próximo ao topo da câmara de retorta (10), f) monitores de temperatura (50) localizados no topo e no fundo ou próximo ao topo e ao fundo da câmara de retorta, g) monitor de temperatura (50) localizado na posição entre 30% e 70% da distância entre o topo (20) e o fundo (30) da câmara de retorta (10), e h) linha de vácuo ou aspirador (conectado através da porta de saída 90) localizada no terço superior da câmara de retorta (10).
2. Câmara de retorta (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por: o aquecedor (70) ser queimador colocado num carrinho (60), o qual está adaptado para permitir que o queimador se mova ao longo do fundo da câmara de retorta.
3. Câmara de retorta (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por: o fundo da câmara de retorta compreender uma pluralidade de registros (100) espaçados de modo a fornecer pressão substancialmente igual ao longo de todo o fundo da retorta, ou seja, a pressão fornecida ao longo do fundo da câmara de retorta (10) não varia em mais do que 20%.
4. Câmara de retorta (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por: um ou mais dos orifícios de entrada (80) estar adaptado para receber suprimento de água a ser introduzido na câmara de retorta.
5. Câmara de retorta (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por: compreender ainda um ou mais orifícios de entrada no topo ou próximo ao topo da câmara de retorta, esses orifícios de entrada (80) estarem adaptados para receber suprimento de água a ser introduzido na câmara de retorta.
6. Câmara de retorta (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por: um ou mais dos orifícios de entrada (80) estarem adaptados para receber suprimento de ar ou oxigênio a ser introduzido na câmara de retorta.
7. Câmara de retorta (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por: o fundo ser articulado (40) e, quando aberto, permitir que o material seja removido da câmara de retorta.
8. Câmara de retorta (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por: o topo ser articulado (40) e, quando aberto, permitir que o material seja removido da câmara de retorta.
9. Câmara de retorta (10) de acordo com a reivindicação 8, caracterizada por: compreender ainda charneira com eixo horizontal, adaptada para permitir que a câmara de retorta gire e possibilite que o material seja removido da câmara de retorta quando a tampa estiver aberta e a câmara de retorta for girada para que o topo do câmara de retorta esteja mais baixo do que o fundo da câmara de retorta (10) .
10. Câmara de retorta (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por: compreender ainda unidade de dessulfuração (130) ligada a um dos orifícios de saída.
11. Câmara de retorta (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por: compreender ainda um ciclone (120) ligado a um dos orifícios de saída e adaptada para remover partículas da corrente de produtos que sai do orifício de saída.
12. Câmara de retorta (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por: compreender ainda unidade de resfriamento ou condensação (140) ligada a um dos orifícios de saída (90) e adaptada para receber e resfriar uma corrente de produtos que esteja na fase gasosa na temperatura em que entra na unidade de resfriamento ou condensação, e, após resfriado, pelo menos uma parte da corrente esteja na fase líquida.
13. Câmara de retorta (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por: compreender ainda linha de vácuo ou aspirador.
14. Câmara de retorta (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por: a linha de vácuo ou o aspirador estar ligado à unidade de resfriamento ou condensação.
15. Processo para o desmanche térmico de pneus e/ou outros materiais, caracterizado por: compreender as seguintes etapas: a) carregar a câmara de retorta da reivindicação l com pneus e/ou outros materiais, b) purgar a câmara de retorta de voláteis e ar, de modo que vácuo na faixa entre 0,08 e 20 Kpa esteja presente na câmara de retorta (10), c) aquecer parte dos pneus e/ou outros materiais na parte inferior da câmara de retorta, ou na sua proximidade, a temperatura entre 900°C e 1.300°C, e d) despolimerizar termicamente os pneus e/ou outros materiais para gerar uma corrente de produto que sai da câmara de retorta por um orifício de saída, corrente esta que esteja na forma gasosa ao sair da câmara de retorta, enquanto se mantém a temperatura no entorno onde os produtos saem da câmara de retorta a temperatura entre 100 e 280 °C.
16. Processo de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por: a pressão estar entre 6 e 8 Kpa.
17. Processo de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por: a temperatura ser mantida pela adição de água e/ou ar ou oxigênio através de dois ou mais orifícios de entrada.
18. Processo de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por: o material a ser desmanchado termicamente compreender pneus com cinta de aço, e a água reagir com o aço nos pneus com cinta de aço em temperatura entre 900 e 1300 °C para formar hidrogênio.
19. Processo de acordo com a reivindicação 18, caracterizado por: os pneus compreenderem borracha vulcanizada que compreendam ligações enxofre-enxofre e/ou ligações enxofre-carbono, e o hidrogênio quebrar as ligações enxofre-enxofre e/ou enxofre-carbono na borracha vulcanizada.
20. Processo de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por: compreender ainda sujeitar a corrente de produtos a condições de dessulfuração.
21. Processo de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por: compreender ainda sujeitar a corrente de produto ao ciclone para remover partículas.
22. Processo de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por: a corrente de produto compreender um ou mais produtos que sejam líquidos à temperatura e à pressão atmosférica ambientes, e um ou mais produtos que sejam gasosos à temperatura e à pressão atmosférica ambientes, e compreender ainda submeter a corrente de produto à unidade de resfriamento ou de condensação, para condensar parte dos produtos que ssejam líquidos à temperatura e à pressão atmosférica ambientes.
23. Processo de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por: os pneus e/ou outros materiais a serem desmanchados termicamente sofrerem reação de despolimerização térmica na parte do reator lcalizada entre o espaço onde a temperatura esteja no intervalo de 900 e 1300 °C, e o espaço onde a temperatura esteja no intervalo de 100 e 280 °C.
24. Processo de acordo com a reivindicação 23, caracterizado por: o material a ser desmanchado termicamente compreender pneus com cinta de aço, que, ao serem queimados no fundo (30) do reator ou perto dele, forneçam energia térmica para a etapa de despolimerização térmica.
25. Processo de acordo com a reivindicação 23, caracterizado por: a composição do produto variar conforme a temperatura da corrente de produto varia de 100 a 280 °C, com relativamente mais da composição do produto com peso molecular relativamente baixo caso a temperatura seja relativamente mais alta, e relativamente mais da composição do produto com peso molecular relativamente alto caso a temperatura seja relativamente menor.
26. Processo de acordo com a reivindicação 25, caracterizado por: a temperatura da etapa de despolimerização e, consequentemente, a composição do produto, ser controlada ao se ajustar a quantidade de água e/ou ar ou oxigênio através de dois ou mais orifícios de entrada (80).
27. Processo de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por: após a etapa de despolimerização térmica terminar, a câmara de retorta (10) ser resfriada pela introdução de água na câmara de retorta através do orifício de entrada (80) no topo ou perto do topo da câmara de retorta (10) e/ou o orifício de entrada (80) no fundo ou perto do fundo3 da câmara de retorta (10).
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