BR112021024898B1 - Processo e sistema de termólise para a obtenção de negro de fumo recuperado e combustível a partir de pneus fora de uso - Google Patents

Abstract

PROCESSO E SISTEMA DE TERMÓLISE PARA A OBTENÇÃO DE NEGRO DE FUMO RECUPERADO E COMBUSTÍVEL A PARTIR DE PNEUS FORA DE USO. A presente invenção refere- se a um processo e a um sistema de termólise para a obtenção de negro de fumo recuperado e combustível a partir de pneus fora de uso, que inclui um reator de termólise e um recipiente Flash que atua conjuntamente no refino de combustível e sem necessitar de pós-tratamento para sua limpeza. Na termólise, os condensadores são limpos sem necessidade de interrupção do fluxo ou de desvio da corrente de gás, já que os depósitos formados no interior dos tubos do sistema de troca de calor são limpos usando uma parte do combustível obtido. O negro de fumo obtido é comparável aos negros de fumo semirreforçantes atuais. O combustível obtido apresenta um alto teor de compostos aromáticos e o seu teor de carbono é reduzido para 3% em peso e até 0,8% em peso em relação aos combustíveis obtidos em processos pirolíticos, sem requerer pós-tratamento, tais como processos de destilação ou tratamento catalítico.

Description

[001] A presente invenção refere-se a um processo e um sistema de termólise para a obtenção de negro de fumo recuperado e combustível a partir de pneus fora de uso.

CAMPO DE APLICAÇÃO

[002] A invenção descreve um processo e um sistema de termólise de pneus fora de uso para a obtenção de negro de fumo recuperado e combustível, de melhor qualidade que os do estado da técnica, sendo que o negro de fumo recuperado apresenta qualidade comparável à dos negros de fumo semirreforçantes atualmente disponíveis no mercado graças à sua química de superfície e ao seu comportamento na borracha, e o combustível obtido apresenta um baixo teor de material carbonáceo.

[003] Além disso, as características do combustível obtido pelo processo da invenção permitem realizar a limpeza dos condensadores sem a paralisação do processo, através da introdução de uma parte do mesmo combustível obtido nos tubos dos condensadores.

ESTADO DA TÉCNICA

[004] Diversos processos e sistemas de pirólise e termólise para tratar pneus fora de uso são conhecidos, e com eles obtém-se um combustível bruto de cor café escuro a preto, cuja finalidade é conseguir melhorar o combustível por meio de etapas de pós-tratamento.

[005] O documento WO0226914 descreve sistemas e procedimentos de pirólise de pneus que incluem alimentar um recipiente de pirólise com tiras de pneus e pirolisar as tiras no referido recipiente de pirólise para produzir uma mistura do gás da pirólise e negro de fumo; o gás da pirólise é processado separando por centrifugação as partículas arrastadas do mesmo, separando o gás de pirólise em um condensado de hidrocarbonetos e um vapor leve, extraindo o condensado de hidrocarbonetos arrastado do vapor leve e purificando e refinando o condensado do hidrocarboneto; a mistura de negro de fumo é processada pulverizando a mistura para fragmentar todos os filamentos e massas de sólidos inorgânicos, resfriando a mistura de negro de fumo, separando os contaminantes em bruto da mistura de carbono, seguindo- se a purificação e o refino do negro de fumo; o condensado de hidrocarbonetos é purificado e refinado extraindo todos os contaminantes restantes, eliminando quaisquer compostos aromáticos policíclicos para produzir um óleo plastificante incolor e claro; o negro de fumo é purificado e refinado pulverizando-o até o estado de pó, eliminando todos os contaminantes particulados restantes, opcionalmente granulando o negro de fumo e armazenando em sacos ou embalagens para remessa. No entanto, este documento não menciona o uso de um equipamento de destilação Flash que esteja em comunicação direta com o reator da pirólise para permitir a recirculação de parte de uma fase líquida de hidrocarbonetos para o reator da pirólise, impedindo o arraste do material carbonáceo na corrente gasosa.

[006] O documento JP2005074320 descreve um dispositivo para separar os resíduos da pirólise gerados quando tais resíduos, tais como refugos de pneus, são destilados a seco. Este dispositivo destinado a separar o metal e o carboneto incluído no resíduo da pirólise gerado quando o resíduo é destilado a seco compreende: uma calha que introduz o resíduo da pirólise em um tanque de água enquanto o resíduo da pirólise é protegido do ar; uma palheta disposta abaixo da camada de água na calha gira para gerar um fluxo de água; um aparelho de recuperação de metal recupera o metal precipitado na parte inferior do tanque de água; e um aparelho de recuperação de carboneto recupera o carboneto que flutua na superfície da água do tanque de água. Esse documento não especifica o processo de pirólise em si, e sim o tratamento dos resíduos originados em um processo de pirólise. Também não descreve, pelo mesmo motivo, uma etapa nem um equipamento de destilação Flash.

[007] O documento CL-51.252 (pedido CL-26- 2010) descreve um processo de tratamento térmico de pneus usados, que se baseia no pré-aquecimento da matéria-prima previamente triturada, em um mecanismo de alimentação de um reator vertical, que permite aumentar a eficiência do tratamento térmico através da diminuição do consumo de energia usando a energia residual, sendo que o dito processo compreende: (a) transferir os pneus usados previamente triturados para um transportador; (b) alimentar um mecanismo de alimentação localizado sobre um reator com os ditos pneus usados; (c) pré-aquecer os ditos pneus usados no interior do dito mecanismo de alimentação com uma primeira corrente dos primeiros gases de exaustão provenientes de um motor de combustão interna; (d) alimentar o dito reator com os ditos pneus usados e pré-aquecidos; (e) fornecer uma segunda corrente de gases de exaustão provenientes do motor através de um primeiro tubo de conexão dos gases localizado na zona média do dito reator ou zona de reação de termólise, formando no dito reator um ambiente livre de oxigênio, gerando com a dita reação de termólise uma corrente do gás de termólise que sai do reator através de uma saída e um volume de produtos sólidos da termólise que caem em direção à porção inferior do dito reator; (f) recircular os gases utilizados na etapa (c) do interior do mecanismo de alimentação para um tubo de entrada localizado em uma zona inferior de resfriamento do reator para resfriar os produtos sólidos da termólise obtidos na etapa (e); (g) evacuar os produtos sólidos da termólise resfriados na etapa (f), como negro de fumo, agregados minerais de pneus, reforço metálico e outros, que saem pela parte inferior do reator através de um alimentador de refugos em direção a um receptor para os produtos sólidos da termólise; (h) entregar os produtos sólidos da termólise resfriados através de um alimentador de refugos a um separador magnético para separar os produtos sólidos da termólise, negro de fumo e outros, do reforço metálico; e (i) recircular a dita corrente do gás de termólise. Embora seja descrito um processo de termólise de pneus, este não é realizado em um reator cilíndrico horizontal, nem a atmosfera do reator é tornada inerte com nitrogênio, os gases da combustão estão em contato direto com o material destinado à termólise, diferentemente da presente invenção onde o fluxo de calor ocorre através de uma câmara externa que circunda o reator. Além disso, o documento CL-51.252 não menciona uma operação de recirculação dos hidrocarbonetos líquidos de um recipiente de destilação flash para o reator, nem especifica um desenho particular para o cilindro de destilação.

[008] O documento JP2014142460 descreve um sistema de tratamento para refugos de aro, resíduos de plásticos, etc. para a conversão em um óleo de pirólise que utiliza a energia do gás da pirólise em um estado de alta temperatura para separar com eficiência 1 -Petróleos (Petróleos da Classe 1) do conteúdo de óleo. O sistema de tratamento para conversão em óleo de pirólise inclui um tanque inferior, um aquecedor para aquecer o tanque inferior, um cilindro de destilação que tem uma saída de gases residuais na parte superior, uma região de resfriamento, um meio de coleta de ingredientes liquefeitos para recolher os ingredientes liquefeitos em uma porção de resfriamento, um sensor de temperatura fornecido imediatamente acima do meio de recolhimento dos ingredientes liquefeitos dentro do cilindro de destilação e meios de controle para controlar o aquecedor. Embora descreva um sistema para a pirólise de aros que compreende, entre outros elementos, um cilindro de destilação posterior ao reator de pirólise, o documento não descreve uma operação de recirculação deste cilindro de destilação para o reator e nem indica um desenho específico para o cilindro de destilação.

[009] O documento TW462984 descreve um processo para reciclagem de resíduos sólidos, tais como refugos de pneus, que compreende utilizar uma série de etapas que incluem: aquecimento, destilação a seco e pirólise, para formar gases e carbonetos sólidos; descarregar os carbonetos sólidos pelo fundo do forno do reator; aplicar um conjunto de etapas de processamento, que incluem lavagem com água, seleção magnética, lavagem alcalina, lavagem com ácido, aos carbonetos sólidos para separar os arames de aço e eliminar o material de cinzas que contém metais pesados; pulverizar os carbonetos até um tamanho de partícula desejado para formar um negro de fumo de alta pureza; introduzir o negro de fumo em um forno de ativação para aquecê-lo e ativá-lo em um ambiente de vapor, produzindo assim um carbono ativo granular; condensar o produto do gás e aplicar uma etapa de separação de óleo/gás ao produto de gás para formar subprodutos de óleo combustível e gás combustível. Esse óleo combustível e/ou gás combustível pode ser introduzido em um forno de pirólise e um forno de ativação como combustível para aquecimento fora do forno. O referido documento descreve uma destilação a seco associada a uma pirólise, no entanto, o reator da pirólise não é de operação horizontal circundado por uma câmara externa, por outro lado, o recipiente da destilação Flash não apresenta o desenho particular que é descrito na presente invenção.

[010] Por outro lado, uma vantagem adicional da presente invenção está relacionada à limpeza dos tubos dos condensadores utilizados no processo de termólise, que é realizada com parte do combustível obtido através do processo da invenção, que é levado a passar de modo concorrente junto com o fluxo do processo que flui através dos tubos dos condensadores.

[011] De maneira geral, a limpeza do interior dos trocadores de calor é realizada durante as manutenções dos equipamentos e/ou desviando a corrente do gás a ser condensado para, em seu lugar, injetar uma corrente de limpeza.

[012] Para a limpeza dos trocadores são conhecidas técnicas tais como: • lavagem sob alta pressão com um fluxo de água do equipamento desmontado, dentro ou fora da planta e durante os períodos de manutenção. • Uso de produtos químicos para eliminar depósitos no interior dos equipamentos desarmados ou não, dentro ou fora da planta, durante o período de manutenção ou operação, neste último caso, é necessário interromper a alimentação do fluxo do processo, utilizando sistemas de recirculação (US 6485578 B1). • Uso de ferramentas para limpar tubos, comumente com varetas em um equipamento desmontado dentro ou fora da planta em período de manutenção. • Uso de sistema robótico para limpar in situ o trocador de calor, sem desmontar o equipamento, mas com interrupção do fluxo do processo (CN1664486 A). • Sistema em linha de limpeza com um sistema de limpadores como esferas sólidas capazes de arrastar os depósitos para fora dos tubos, sem interromper o fluxo do processo (CN 104315919, CN203615822 U, US4569097 A).

[013] Em particular, o documento JP2005134079 descreve um processo e um equipamento que pretendem remover eficientemente a contaminação dos tubos de resfriamento de um condensador para a condensação do gás da pirólise do poliestireno. No qual, dentro de um condensador estão dispostos tubos de resfriamento através dos quais um refrigerante é levado a passar. O gás da pirólise do poliestireno proveniente de um dispositivo de decomposição térmica é transferido para o condensador, que é resfriado mediante troca de calor com o refrigerante nos tubos de resfriamento, e um componente de alto ponto de ebulição que contém estireno é condensado como um óleo (combustível). Quando as superfícies dos tubos de resfriamento estão contaminadas, o óleo obtido pela condensação é pulverizado sobre a superfície dos tubos de refrigeração usando um meio de pulverização, e o contaminante é removido como resultado da limpeza promovida pela pulverização. Apesar de o documento não mencionar de forma implícita a limpeza de um condensador associado a um processo de pirólise, esta limpeza não é realizada com a injeção de um combustível de hidrocarboneto obtido no mesmo processo, recirculado de modo concorrente. Entretanto, na presente invenção, o combustível obtido apresenta um alto teor de compostos aromáticos que permitem que o combustível tenha um alto poder de dissolução dos sólidos incrustados no interior dos tubos do condensador. Além disso, na presente invenção, a limpeza é mais eficiente, uma vez que não depende apenas da pressão de saída do combustível através dos injetores, mas sim das características do combustível, ou seja, do produto que limpa o interior dos tubos do condensador e da sua capacidade de dissolver as incrustações internas do tubo do condensador. O fato de a injeção do combustível no interior dos tubos ser realizada de modo concorrente gera um efeito sinérgico de arraste entre o fluido de limpeza (combustível) e o fluxo de gases do processo, aumentando a eficiência da limpeza em relação aos demais sistemas semelhantes. Em acréscimo, a invenção possui um sistema de filtração para o combustível, no qual uma fração deste é recirculada para a limpeza dos tubos do condensador, onde os resíduos arrastados por esta fração ficam retidos no mesmo filtro. No documento JP2005134079, o refrigerante ou fluido de trabalho passa pelo interior dos tubos, e a limpeza ocorre na superfície externa dos tubos por onde passa o fluido de processo ou a corrente gasosa a ser condensada.

[014] O documento US7998281B2 refere-se a um aparelho para a limpeza em linha e manutenção de uma linha de troca de calor tubular. Considera-se a injeção de um fluido que fará a limpeza em alta pressão, sem interferir na linha do processo, ou seja, sem a abertura dos equipamentos nem a paralisação da operação. Seu campo de aplicação é a indústria petroquímica, em especial para resfriar o efluente que sai do forno de craqueamento. Esse documento não utiliza como produto de limpeza o mesmo produto obtido pelo processo, em outras palavras, não utiliza um combustível de hidrocarboneto produzido no mesmo processo, com as características obtidas graças ao sistema e processo da invenção. Por outro lado, o sistema de troca de calor do dito documento está relacionado com um trocador do tipo tubular (uma linha com uma camisa de água) e não a um trocador de tubos e carcaça como os utilizados na presente invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS:

[015] Figura 1: Diagrama de fluxo do processo da invenção no qual são identificados cada um dos componentes do sistema da invenção, juntamente com as correntes de fluxo envolvidas.

[016] Figura 2: Explicação do sistema de condensação com 2 trocadores de calor em série, no qual é indicado o uso de parte do combustível produzido, que é recirculado desde o recipiente tampão de armazenamento temporário de combustível.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[017] O processo da invenção será explicado através do diagrama de fluxo da Figura 1, que identifica cada uma das correntes envolvidas no processo e cada um dos componentes do sistema da invenção.

[018] O processo de termólise para obtenção de negro de fumo recuperado e combustível a partir de pneus fora de uso compreende as seguintes etapas: a) triturar os pneus fora de uso até obter pedaços de borracha com tamanho entre 0,1” e 4" (0,25 cm e 10,16 cm); b) alimentar com o material triturado (A) um reator de termólise cilíndrico horizontal rotativo (1), que é circundado por uma câmara externa (2); c) fechar o reator (1) e alimentar o reator com um gás inerte (3), de preferência, nitrogênio gasoso, de modo a gerar uma atmosfera livre de oxigênio (entre 99,0% e 99,9%) e manter uma pressão manométrica no interior do reator entre 10 e 200 mbar (1 e 20 kPa); d) aquecer de forma indireta o reator (1) com os gases (N) provenientes de uma câmara de combustão (4), que são encaminhados para a câmara externa (2); e) aumentar a temperatura gradualmente a partir da temperatura ambiente e manter em uma faixa entre 250 °C e 350 °C durante um período entre 1 e 4 horas, gaseificando a água, a totalidade dos hidrocarbonetos mais leves e parte dos hidrocarbonetos mais pesados; f) aumentar novamente a temperatura para além de 450 °C, obtendo a gaseificação do hidrocarboneto pesado que ainda se encontrava em estado líquido, durante um período entre 2 e 4 horas; g) obter a partir do conjunto de reator (1) e câmara externa (2) uma corrente gasosa de hidrocarbonetos (B), gases de combustão (O) e negro de fumo recuperado (C); h) resfriar o negro de fumo recuperado (C) no interior do reator (1) e extrair os hidrocarbonetos residuais do negro de fumo recuperado através de arraste com o gás inerte (3) e extrair o negro de fumo recuperado (C) do reator (1); i) conduzir a corrente gasosa de hidrocarboneto (B) para um recipiente de destilação Flash (5), sendo que, em função do desenho do recipiente Flash (5) e devido às mudanças de pressão no interior do mesmo, uma parte da corrente é mantida em fase gasosa (D) e a outra passa para estado líquido (B1); j) passar a corrente gasosa (D) do recipiente Flash (5) para um sistema de trocadores de calor (6), onde uma parte da corrente gasosa é condensada e a outra parte é mantida em estado gasoso, obtendo por fim uma corrente bifásica (G) no final da passagem pelo sistema de trocador de calor (6); k) conduzir a corrente bifásica (G) que sai do sistema de trocador (6) para um tanque de separação de fases (11) no qual ocorre uma separação do condensado com o gás devido à diferença de fases da corrente bifásica (G), produzindo uma corrente em fase gasosa (I) e uma corrente em fase líquida (H); l) dirigir a fase gasosa (I) para uma bateria de selos d'água (7), cuja corrente (J) então alimenta a câmara de combustão (4) para gerar o calor necessário ao processo e torná-lo energeticamente autossustentável; m) dirigir a fase líquida (H) para um sistema de filtração (8) para obter uma corrente de combustível filtrada (K) que é armazenada para sua comercialização (M) em um tanque de armazenamento final (não mostrado nas Figuras), sendo que uma parte desta corrente de combustível filtrada (K) permanece em um recipiente tampão (9); e n) utilizar parte do combustível (L) produzido e que é proveniente do recipiente tampão (9) na limpeza (L1, L2...) em modo concorrente do sistema de trocadores (6).

[019] Antes da etapa de trituração e durante a etapa de trituração, ocorre uma extração de metais, usando, por exemplo, um separador magnético (não mostrado na Figura 1).

[020] Na etapa e) ocorre uma transferência de calor da câmara externa (2) para o reator (1) no qual se encontra o material triturado (A), que regula o fornecimento de combustível (J) para a câmara de combustão (4) através de um circuito de controle que registra o sinal de temperatura no interior do reator para evitar processos drásticos de sublimação da borracha e o aumento de fluxos excessivos de gases que arrastem o material carbonáceo.

[021] O reator (1) possui um sistema de sensores de temperatura que fornece um sinal para o sistema de circuito de controle, com o qual, através de uma temperatura definida, é possível regular a quantidade de combustível (J) que é utilizado na câmara de combustão (4) e, portanto, a quantidade dos gases de combustão (N) com os quais a câmara externa (2) do reator (1) é alimentada.

[022] Além disso, na etapa e) é mantido um leito líquido no qual a fase líquido/vapor dentro do reator (1) está em equilíbrio.

[023] A termólise no interior do reator (1) termina quando os gases deixam de ser gerados, após o segundo aumento de temperatura na etapa f), o que é monitorado por um sensor do fluxo de gases. O tempo máximo de residência do material triturado no reator (1) é de 12 horas.

[024] A câmara de combustão (4) é capaz de operar com combustível gasoso ou líquido e gera a energia térmica necessária para alcançar as condições de operação do reator (1) utilizando os gases da combustão como fonte de calor para o reator.

[025] O recipiente de destilação Flash (5) apresenta um desenho cilíndrico vertical tal que sua parte superior, onde se encontra a fase gasosa, tem um volume maior que o da sua parte inferior, onde a fase líquida fica acumulada, isso permite o retorno para o reator (1) da fase líquida (B1) separada em decorrência da mudança de pressão no mesmo recipiente Flash (5). Ao mesmo tempo, evita-se o arraste do material carbonáceo da corrente (D) que permanece em estado gasoso devido à redução da velocidade deste fluxo, com o qual os hidrocarbonetos pesados presentes na fase líquida (B1) são reprocessados, já que o referido desenho apresenta um transbordamento que permite que os hidrocarbonetos em fase líquida retornem (B1) para o reator, diminuindo os resíduos carbonáceos no combustível final, além de diminuir o material particulado que é depositado no interior dos tubos (14) do sistema de trocadores de calor (6).

[026] Os gases da combustão (N) que são gerados na câmara de combustão (4) passam pela câmara externa (2) do reator (1) fornecendo o calor necessário para realizar a termólise do material de borracha triturado (A).

[027] Os gases da combustão (O) que saem da câmara externa (2) se juntam ao ar fresco (P) em um soprador centrífugo (13) para gerar uma corrente fresca dos gases de combustão (Q). Parte desta corrente fresca (Q) dos gases da combustão é recirculada (Q1) para a câmara de combustão (4) para melhorar a eficiência energética e assegurar a combustão completa dos gases, com este ar (P) que foi pré-aquecido pelos gases da combustão (O) que saíram da câmara externa (2) do reator (1), e a fração restante (Q2) é liberada para a atmosfera (10).

[028] A bateria de selos d'água (7) da etapa I) consiste em uma série de recipientes verticais com água pelos quais passa o gás no condensado (I), atuando como um sistema de segurança para evitar a ignição do gás.

[029] Um dos recipientes verticais da bateria de selos d'água (7) contém uma solução de hidróxido de cálcio ou de soda cáustica, que reduz o teor de enxofre da corrente gasosa (I).

[030] O sistema de trocadores de calor (6) compreende pelo menos dois trocadores de tubo (14) e a carcaça (15) em série (conforme mostra a Figura 2) ou em paralelo (não mostrado).

[031] No sistema de trocadores de calor (6) que é utilizado na etapa j), comprem-se as seguintes etapas para realizar a limpeza interna dos tubos (14) sem a necessidade de paralisar a operação/processo: j.1) introduzir na corrente gasosa (D) proveniente do recipiente Flash (5), de modo concorrente, parte do combustível gerado (L1, L2...) no interior dos tubos (14), sendo que a corrente de recirculação de combustível (L1, L2...) penetra no interior das cabeças (17) dos tubos (14) por meio de injetores (16) orientados em direção concorrente ao fluxo da corrente gasosa; j.2) introduzir a corrente de água de refrigeração (F1, F2...) proveniente de um circuito de refrigeração (12) na carcaça (15); e j.3) limpar o interior dos tubos (14) como resultado da alta pressão de injeção do combustível recirculado (L1, L2...) e de sua capacidade de dissolução, arrastando o material depositado no interior dos tubos (14).

[032] Será alocado um injetor (16) para cada 4 tubos (14) a fim de assegurar a limpeza adequada de seus interiores em cada trocador de calor.

[033] A recirculação da corrente de combustível (L1, L2...) é ativada automaticamente quando há perda de eficiência na troca de calor, o que ocorre quando diminui a diferença entre as temperaturas da entrada e da saída da corrente da água de refrigeração (E, E1, E2) que passa pelas carcaças (15) dos trocadores de calor, onde a dita corrente de água de refrigeração (E, E1, E2) é dirigida para o circuito de refrigeração (12) para que retorne para o sistema de trocadores de calor (6). Nesse ponto, sensores realizam a referida verificação.

[034] O sistema e o processo da invenção fornecem, como produtos, um negro de fumo recuperado (C) e um combustível líquido (L) cujas características principais são descritas adiante:

[035] O negro de fumo recuperado tem uma qualidade comparável à dos negros de fumo semirreforçantes atualmente disponíveis no mercado graças à sua química de superfície e ao seu comportamento na borracha, dependendo da aplicação pode substituir parcialmente ou totalmente os negros de fumo convencionais, tais como os utilizados nos casos em que a dissipação de calor é necessária.

[036] O negro de fumo recuperado obtido pode ser aplicado a diversos elementos de borracha tais como componentes de veículos motorizados, solas de sapatos, mangueiras; elementos à prova de vibração; coberturas para tetos; correias transportadoras; além de tintas pretas para a indústria gráfica; e para pigmento preto na indústria do plástico.

[037] Uma das principais vantagens do negro de fumo recuperado obtido pela invenção é que, em relação aos processos convencionais de produção do negro de fumo, a emissão de CO2 é reduzida de forma considerável. Estima-se que, para produzir 1 tonelada de negro de fumo recuperado com o processo da presente invenção, 130 kg de CO2 são gerados, em comparação com as 2,5 toneladas de CO2 geradas pelo processo de produção de um negro de fumo convencional, o que equivale a uma redução de 95% da pegada de carbono.

[038] Por sua vez, o combustível obtido pela invenção é dotado das seguintes características:

[039] Trata-se de um combustível com um poder calorífico que está na faixa dos combustíveis tradicionais, como o diesel do petróleo e o óleo combustível N° 6. Possui baixa viscosidade e, por isso, pode ser usado como aditivo e melhorar o desempenho dos combustíveis mais viscosos. Seu ponto de escorrimento e o ponto de obstrução de filtro a frio ocorrem em temperaturas mais baixas que nos combustíveis tradicionais, o que lhe confere uma vantagem operacional quando utilizado em locais submetidos a condições extremas, como as baixas temperaturas nas regiões de cordilheiras.

[040] O combustível, em comparação com os combustíveis pesados, tem um menor teor de enxofre, material carbonáceo, cinzas, sedimentos e água, o que resulta em emissões menores de contaminantes.

[041] O uso deste combustível tem uma fração neutra de emissões de CO2 por ser obtido a partir de pneus que em sua composição contêm biomassa (borracha natural).

[042] O combustível obtido pelo processo de termólise pode ser utilizado em motores estacionários, geradores elétricos, caldeiras para aquecimento de água e geração de vapor, uso como aditivo para combustíveis pesados e matéria-prima para fabricação de outros produtos.

[043] É um combustível líquido, mais limpo, com um teor de compostos aromáticos acima de 90%, em comparação, por exemplo, com o obtido pela patente US8137508B2 com no máximo 80% de compostos aromáticos, e com o obtido no pedido de patente CN 105694942 que chega a 60% de compostos aromáticos. Este alto teor de compostos aromáticos do combustível permite que ele aja como solvente do material sólido aderido no interior dos tubos do sistema trocador de calor (6). Além da condição de injeção pressurizada do combustível nos tubos do sistema de trocador de calor, o combustível obtido realiza a limpeza do Interior dos tubos de maneira sinérgica devido ao alto teor de compostos aromáticos do combustível.

[044] No estado atual da técnica, é obtido um combustível de cor café a preto que resulta, principalmente, do teor mais elevado de material carbonáceo; o combustível obtido pela invenção é de cor âmbar a café como resultado de um menor teor do material carbonáceo.

[045] Nos processos do estado da técnica em que se considera o pós-tratamento do combustível através de destilação e/ou uso de catalisadores, combustíveis mais limpos são obtidos. No entanto, para esse resultado, deve- se realizar uma inversão maior nos equipamentos, o rendimento obtido é menor, resíduos adicionais são gerados e o custo operacional é aumentado.

[046] O percentual de resíduos carbonáceos do combustível na invenção está entre 0,8% e 3% em peso, o que equivale ao obtido no estado da técnica, mas com a aplicação de diversas técnicas de pós-tratamento, tais como o uso de destilação ou de catalisadores para melhorar a qualidade do combustível, na invenção, em vez disso, não há qualquer tipo de pós-tratamento.

[047] Por outro lado, a invenção trata de um sistema de termólise para a obtenção de negro de fumo recuperado e combustível a partir de pneus fora de uso que inclui os seguintes componentes: i. um reator de termólise cilíndrico horizontal rotativo (1), que é circundado por uma câmara externa (2), sendo que o reator (1) recebe o material triturado (A) a ser tratado obtendo deste conjunto (reator e câmara externa) uma corrente gasosa de hidrocarbonetos (B), gases de combustão (O) e negro de fumo recuperado (C); ii. uma câmara de combustão (4) que aquece de forma indireta o reator (1) com os gases (N) que são dirigidos para a câmara externa (2); iii. um recipiente de destilação Flash (5) que recebe a corrente gasosa de hidrocarboneto (B) vinda do reator (1), sendo que, em função do desenho do recipiente Flash (5) e devido às mudanças de pressão em seu interior, uma parte da corrente é mantida em fase gasosa (D) e a outra passa para o estado líquido (B1); iv. um sistema de trocadores de calor (6) que recebe a corrente gasosa (D) vinda do recipiente Flash (5), onde uma parte da corrente gasosa é condensada e a outra parte é mantida em estado gasoso, obtendo por fim uma corrente bifásica (G) no término da passagem pelo sistema de trocador de calor (6); v. um tanque de separação de fases (11) que recebe a corrente bifásica (G) que sai do sistema de trocador (6), no qual ocorre uma separação do condensado com o gás devido à diferença de fases da corrente bifásica (G), produzindo uma corrente em fase gasosa (I) e uma corrente em fase líquida (H); vi. uma bateria de selos d'água (7) que recebe a fase gasosa (I), gerando uma corrente (J) que então alimenta a câmara de combustão (4) para gerar o calor necessário no processo e torná-lo energeticamente autossustentável; vii. um sistema de filtração (8) que recebe a fase líquida (H) para obter uma corrente de combustível filtrada (K); e viii. um recipiente tampão (9) que armazena uma parte da corrente de combustível filtrada (K) do total do combustível que é armazenado (M) para sua comercialização em um tanque de armazenamento final (não mostrado nas Figuras).

[048] O sistema compreende ainda um circuito de refrigeração (12) que mantém fria a água do processo que circula pelo sistema de troca de calor (6).

Claims (26)

1. Processo de termólise para a obtenção de negro de fumo recuperado e combustível a partir de pneus fora de uso CARACTERIZADO pelo fato de que compreende as etapas de: a) triturar os pneus fora de uso compreendendo borracha até atingir um tamanho entre 0,25 cm a 10 cm; b) alimentar com o material triturado (A) um reator de termólise cilíndrico horizontal rotativo (1), que é circundado por uma câmara externa (2); c) fechar o reator (1) e alimentar o reator com um gás inerte (3), de modo a gerar uma atmosfera livre de oxigênio; d) aquecer de forma indireta o reator (1) com os gases (N) provenientes de uma câmara de combustão (4), que são dirigidos para a câmara externa (2); e) aumentar a temperatura no reator de forma gradual desde a temperatura ambiente mantendo a temperatura em uma faixa entre 250 °C e 350 °C durante um período de 1 a 4 horas e gaseificar a água, a totalidade dos hidrocarbonetos leves e pelo menos uma parte dos hidrocarbonetos pesados; f) aumentar novamente a temperatura para além de 450 °C por um período de 2 a 4 horas, obtendo a gaseificação dos hidrocarbonetos pesados que ainda se encontram em estado líquido; g) obter a partir do conjunto de reator (1) e câmara externa (2), uma corrente gasosa de hidrocarbonetos (B), gases de combustão (O) e negro de fumo recuperado (C); h) resfriar o negro de fumo recuperado (C) no interior do reator (1) e extrair hidrocarbonetos residuais do negro de fumo recuperado através de arraste com o gás inerte (3) e extrair o negro de fumo recuperado (C) do reator (1); i) conduzir a corrente gasosa de hidrocarboneto (B) para um recipiente de destilação flash (5), sendo que uma parte da corrente é mantida em fase gasosa (D) e a outra passa para um estado líquido (B1); j) passar a fase gasosa (D) do recipiente de destilação flash (5) para um sistema de trocadores de calor (6), onde uma parte da fase gasosa é condensada e a outra parte é mantida em estado gasoso, obtendo por fim uma corrente bifásica (G) no término da passagem pelo sistema de trocadores de calor (6); k) conduzir a corrente bifásica (G) que sai do sistema de trocadores de calor (6) para um tanque de separação de fases (11) no qual ocorre uma separação de condensado e gás devido às suas diferenças de fases, produzindo uma corrente em fase gasosa (I) e uma corrente em fase líquida (H); l) dirigir a corrente em fase gasosa (I) para uma bateria de selos d'água (7), a bateria de selos d’água tendo uma bateria de corrente (J) que alimenta a câmara de combustão (4) para gerar o calor necessário no processo a ser energeticamente autossustentável; m) dirigir a corrente em fase líquida (H) para um sistema de filtração (8) para obter uma corrente de combustível filtrada (K) que é armazenada em um tanque de armazenamento final, sendo que uma parte da corrente de combustível filtrada (K) permanece em um recipiente tampão (9); e n) utilizar parte da corrente de combustível filtrada (K) do recipiente tampão (9) na limpeza (L1, L2...) do sistema de trocadores de calor (6) em modo concorrente com a fase gasosa.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que, na etapa c), o gás inerte (3) é o nitrogênio gasoso, gerando uma atmosfera livre de oxigênio entre 99,0% e 99,9% mantendo uma pressão manométrica no interior do reator entre 10 e 200 mbar.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que, na etapa i), a corrente gasosa de hidrocarboneto (B) é separada em fase gasosa (D) e estado líquido (B1) por uma mudança de pressão dentro do recipiente de destilação flash (5).

4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende extrair metais antes e durante a etapa a).

5. Processo, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que os metais são extraídos por um separador magnético.

6. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que, na etapa e), ocorre uma transferência de calor da câmara externa (2) para o reator (1), onde se encontra o material triturado (A), que regula um fornecimento de combustível (J) para a câmara de combustão (4) através de um circuito de controle que registra um sinal de temperatura no interior do reator (1) para evitar sublimação drástica da borracha e para evitar um aumento de fluxos excessivos de gases que arrastem o material carbonáceo.

7. Processo, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o reator (1) compreende um sistema de sensores de temperatura que entrega um sinal para um sistema de circuito de controle, com o qual através de uma temperatura definida a quantidade de combustível (J) que é utilizado na câmara de combustão (4) é regulada e, portanto, a quantidade de gases de combustão (N) são alimentados para a câmara externa (2) do reator (1).

8. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que, na etapa e), é mantido um leito líquido em que uma fase líquida e umafase vapor está em equilíbrio dentro do reator (1).

9. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a termólise que ocorre no interior do reator (1) termina quando a geração de gás é encerrada, após o segundo aumento de temperatura na etapa f), que é monitorado por um sensor de fluxo.

10. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o tempo de residência máximo do material triturado (A) no reator (1) é de 12 horas.

11. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a câmara de combustão (4) opera com combustíveis gasosos ou líquidos, que gera a energia térmica necessária para alcançar as condições de operação do reator (1) usando os gases de combustão como fonte de calor para o reator.

12. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os gases de combustão que são gerados (N) na câmara de combustão (4) passam pela câmara externa (2) do reator (1) fornecendo o calor necessário para realizar a termólise do material triturado (A).

13. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os gases da combustão (O) que saem da câmara externa (2) se combinam ao ar fresco (P) em um soprador centrífugo (13) para gerar uma corrente fresca dos gases da combustão (Q), em que parte da corrente (Q) de gases de combustão fresca é recirculada (Q1) para a câmara de combustão (4) para aumentar a eficiência energética e assegurar a combustão completa, com ar fresco (P) que foi pré-aquecido pelos gases da combustão (O) que saíram da câmara externa (2) do reator (1), sendo que uma fração restante (Q2) é liberada para a atmosfera (10).

14. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o recipiente de destilação flash (5) possui um desenho cilíndrico vertical tal que uma parte superior do recipiente de destilação flash (5), onde se encontra a fase gasosa, tem um volume maior que o de uma parte inferior do recipiente de destilação flash (5), onde a fase líquida fica acumulada, o qual permite um retorno para o reator (1) do estado líquido (B1) separado em decorrência da mudança de pressão no recipiente de destilação flash (5), impedindo o arraste do material carbonáceo em uma corrente (D) que permanece em estado gasoso devido à redução de velocidade do fluxo, com o qual os hidrocarbonetos pesados presentes no estado líquido (B1) são reprocessados com um transbordamento, que permite que os hidrocarbonetos em estado líquido (B1) retornem para o reator, diminuindo os resíduos carbonáceos no combustível além de diminuir materiais particulados que ficam depositados no interior de pelo menos dois tubos (14) do sistema de trocadores de calor (6).

15. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o gás (I) separado do tanque de separação de fases (11) passa pela bateria de selos d'água (7) da etapa I) que consiste em uma série de recipientes verticais com água, que atuam como um sistema de segurança para evitar a ignição do gás.

16. Processo, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que um dos recipientes verticais da bateria de selos d'água (7) contém uma solução de hidróxido de cálcio ou de soda cáustica que reduz o teor de enxofre no gás (I).

17. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de trocadores de calor (6) compreende pelo menos duas carcaças (15) e trocadores de calor de tubo (14) em série ou em paralelo.

18. Processo, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que, para conseguir limpar o interior dos tubos (14) das pelo menos duas carcaças (15) e trocadores de calor de tubo (14) é realizada sem paralisar o processo cumprindo a etapa j): j.1) introduzir parte da corrente de combustível filtrada na fase gasosa (D) proveniente do recipiente de destilação flash (5), de modo concorrente, para o interior das pelo menos duas carcaças (15) e trocadores de calor de tubo (14), sendo que uma corrente de recirculação de combustível (L1, L2...) penetra no interior das pelo menos duas carcaças (15) e trocadores de calor de tubo (14) por meio de injetores (16) orientados na mesma direção ao fluxo da fase gasosa; j.2) introduzir uma corrente de água de refrigeração (F1, F2...) de um circuito de refrigeração (12) para uma carcaça (15) do recipiente de destilação flash (5); e j.3) limpar o interior das pelo menos duas carcaças (15) e trocadores de calor de tubo (14) com alta pressão do combustível recirculado (L1, L2...) que é injetado, o qual tem uma capacidade de dissolução, e arrasta o material depositado no interior das pelo menos duas carcaças (15) e trocadores de calor de tubo (14).

19. Processo, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato de que cada injetor (16) limpará 4 tubos (14) para a limpeza adequada do interior dos tubos (14) das carcaças e trocadores de calor de tubo.

20. Processo, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato de que a o combustível de recirculação (L1, L2...) é recirculado automaticamente quando a eficiência da troca de calor é perdida, o que ocorre quando a diferença entre as temperaturas da entrada e de saída da corrente de água de refrigeração (E, E1, E2) que passa pelas carcaças (15) dos trocadores de calor é reduzida, sendo que a referida corrente de água de refrigeração (E, E1, E2) é dirigida para o circuito de refrigeração (12) para retornar para o sistema de trocadores de calor (6).

21. Sistema de termólise para obtenção de negro de fumo recuperado e combustível a partir de pneus fora de uso CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: i. um reator de termólise cilíndrico horizontal rotativo (1), que é circundado por uma câmara externa (2), sendo que o reator de termólise cilíndrico horizontal rotativo (1) recebe o material triturado (A) a ser tratado para fornecer uma corrente gasosa de hidrocarbonetos (B), gases de combustão (O) e negro de fumo recuperado (C); ii. uma câmara de combustão (4) que aquece de forma indireta o reator de termólise cilíndrico horizontal rotativo (1) com os gases (N) que são dirigidos para a câmara externa (2); iii. um recipiente de destilação flash (5) que recebe a corrente gasosa de hidrocarbonetos (B) do reator de termólise cilíndrico horizontal rotativo (1), onde uma parte da corrente gasosa de hidrocarboneto (B) é mantida em fase gasosa (D) e a outra passa para o estado líquido (B1); iv. um sistema de trocadores de calor (6) que recebe a fase gasosa (D) vinda do recipiente de destilação flash (5), onde uma parte da corrente gasosa é condensada e a outra parte é mantida em estado gasoso, obtendo uma corrente bifásica (G) na saída do sistema de trocadores de calor (6); v. um tanque de separação de fases (11) que recebe a corrente bifásica (G) que sai do sistema de trocadores de calor (6), onde ocorre uma separação do condensado do gás devido à diferença de fases na corrente bifásica (G), produzindo uma primeira corrente em fase gasosa (I) e uma segunda corrente em fase líquida (H); vi. uma bateria de selos d'água (7) que recebe a primeira corrente, gerando uma terceira corrente (J) que então alimenta a câmara de combustão (4) para gerar o calor necessário ao processo a ser energeticamente autossustentável; vii. um sistema de filtração (8) que recebe a segunda corrente para obter uma corrente de combustível filtrada (K); e viii. um recipiente tampão (9) que armazena pelo menos uma parte da corrente de combustível filtrada (K) em um tanque de armazenamento.

22. Sistema, de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente um circuito de refrigeração (12), para resfriar a água que circula no sistema de trocadores de calor (6).

23. Sistema, de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADO pelo fato de que o recipiente de destilação flash (5) apresenta um desenho cilíndrico vertical tal que uma parte superior do recipiente de destilação flash (5), onde se encontra a fase gasosa, tem um volume maior que uma parte inferior do recipiente de destilação flash (5), onde fica acumulada a fase líquida, que permite o retorno para o reator de termólise cilíndrico horizontal rotativo (1) do estado líquido (B1) separada em decorrência da mudança de pressão no recipiente de destilação flash (5), impedindo o arraste do material carbonáceo em uma corrente (D) que permanece em estado gasoso devido à redução de velocidade do fluxo, com o qual os hidrocarbonetos pesados presentes no estado líquido (B1) são reprocessados com um transbordamento, que permite que os hidrocarbonetos em estado líquido retornem (B1) para o reator de termólise cilíndrico horizontal rotativo (1), diminuindo os resíduos carbonáceos no combustível, além de diminuir materiais particulados que ficam depositados no interior dos tubos (14) do sistema de trocadores de calor (6).

24. Sistema, de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADO pelo fato de que a bateria de selos d'água (7) consiste em uma série de recipientes verticais com água pelos quais passa gás não condensado (I), que atua como um sistema de segurança para evitar a ignição do gás.

25. Sistema, de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de trocadores de calor (6) compreende pelo menos dois trocadores de tubos (14) e carcaça (15) em série ou em paralelo.

26. Sistema, de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADO pelo fato de que inclui uma pluralidade de sensores, sendo que o reator de termólise cilíndrico horizontal rotativo (1) apresenta um sistema de sensores de temperatura que entrega um sinal para um sistema de circuito de controle do processo, com o qual, através de uma temperatura definida, é possível regular a quantidade de combustível (J) que é utilizado na câmara de combustão (4) e, portanto, a quantidade de gases de combustão (N) com que a câmara externa (2) do reator de termólise cilíndrico horizontal rotativo (1) é alimentada; e um sensor de fluxo para monitorar o término da termólise no interior do reator de termólise cilíndrico horizontal rotativo (1) registrando o momento em que a geração de gás termina.