BRC10903587E2

BRC10903587E2 - DEVICE AND PROCESS FOR THE THERMAL TREATMENT OF BIOMASS AND SOLID WASTE IN MULTIPLE STAGES

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Publication number: BRC10903587E2
Authority: BR
Publication date: 2019-06-04

Description

DISPOSITIVO E PROCESSO PARA TRATAMENTO TÉRMICO DE BIOMASSA E RESÍDUOS SÓLIDOS EM MÚLTIPLOS ESTÁGIOSDEVICE AND PROCESS FOR THE THERMAL TREATMENT OF BIOMASS AND SOLID WASTE IN MULTIPLE STAGES

[001] O presente pedido é um certificado de adição ao pedido de patente de invenção PI0903587-7A, intitulado “Processo de pirólise de biomassa e resíduos sólidos em múltiplos estágios”; depositado em 22 de maio de 2009.The present application is a certificate of addition to the patent application PI0903587-7A, entitled "Process of pyrolysis of biomass and solid residues in multiple stages"; filed May 22, 2009.

[002] A presente invenção refere-se a um processo para tratamento térmico de biomassa e de resíduos sólidos de origem municipal, industrial, agrícola ou institucional, incluindo resíduos de serviços de saúde; que tenham material carbonáceo de origem biogênica ou não biogênica em sua composição, através de um processamento térmico em múltiplos estágios, usando reatores com aquecimento indireto por meio de fluido térmico, promovendo dessa forma a dessorção e/ou decomposição térmica do material. O processo pode ser aplicado para: torrefação de madeira ou outro tipo de biomassa para obtenção de madeira ou biomassa torrificada; pirólise de madeira ou de outro tipo de biomassa para obtenção de carvão vegetal; pirólise de resíduos de origem municipal, industrial, agrícola ou institucional, incluindo resíduos de serviços de saúde, sem restrições quanto às aplicações para o processo; dessorção térmica de substâncias presentes em solos, areias e/ou resíduos contaminados com materiais orgânicos como, por exemplo, hidrocarbonetos provenientes de petróleo e seus derivados.The present invention relates to a process for the thermal treatment of biomass and solid waste of municipal, industrial, agricultural or institutional origin, including waste from health services; which have carbonaceous material of biogenic or non-biogenic origin in their composition through multi-stage thermal processing using reactors with indirect heating by means of thermal fluid, thereby promoting desorption and / or thermal decomposition of the material. The process can be applied to: roasting of wood or other type of biomass to obtain wood or torrential biomass; pyrolysis of wood or other type of biomass to obtain charcoal; pyrolysis of municipal, industrial, agricultural or institutional waste, including waste from health services, without restrictions on the applications to the process; thermal desorption of substances present in soils, sand and / or waste contaminated with organic materials such as hydrocarbons from petroleum and its derivatives.

[003] Caracteriza-se o processo pelo emprego do múltiplo estágio. No estágio inicial, que é de caráter opcional, em função da composição e teor de umidade da biomassa ou do resíduo "in natura", é feita a secagem do material em cilindros rotativos, em reatores ou em vasos providos de aquecimento direto ou indireto; utilizando gases de exaustão ou vapor d’água proveniente de caldeira ou fornalha, ou outro fluido térmico capaz de provocar o aquecimento da massa e respectiva secagem, reduzindo o teor de umidade a níveis mais adequados para a etapa seguinte. A etapa de secagem pode proporcionar uma melhoria na performance da etapa seguinte, mas não é imprescindível, sendo possível processar também biomassa ou resíduos diretamente na etapa seguinte do processo de tratamento térmico, independentemente do seu teor de umidade.[003] The process is characterized by the use of the multiple stage. In the initial stage, which is optional, depending on the composition and moisture content of the biomass or the "in natura" residue, the material is dried in rotating cylinders, in reactors or in vessels with direct or indirect heating; using exhaust gas or water vapor from a boiler or furnace, or other thermal fluid capable of heating the mass and drying thereof, reducing the moisture content to levels more suitable for the next step. The drying step may provide an improvement in the performance of the next step, but it is not essential, and it is also possible to process biomass or residues directly in the next step of the heat treatment process, regardless of its moisture content.

[004] Após a secagem, os materiais secos, ou, no caso da ausência dela, biomassa ou resíduos "in natura", são carregados em reator de tratamento térmico. Neste estágio, que é o principal processo que constitui o objeto desta proteção, ocorre a torrefação, a pirólise ou a dessorção térmica propriamente dita, sendo utilizados reatores com aquecimento indireto por meio de fluido térmico, promovendo dessa forma a dessorção e/ou a decomposição térmica do material em temperaturas compreendidas na faixa entre 220°C e 500°C, variando de acordo com o material a ser processado e com o objetivo do tratamento. Durante o processo de tratamento térmico ocorrem processos físicos de mudança de fase de substâncias voláteis (dessorção) e as reações químicas que resultam na desnaturação, no craqueamento e no rompimento de ligações químicas dos polímeros naturais e artificiais; liberando gases e vapores de menor peso molecular, com correspondente abaixamento do teor de sólidos voláteis dos materiais, e aumento do seu teor de sólidos fixos. Como resultado, o processo pode ser conduzido até alcançar a carbonização da matéria orgânica, com correspondente redução de massa e volume do material processado. O processo poderá ocorrer mantendo-se à pressão atmosférica no interior do reator ou sob pressão superior à pressão atmosférica.After drying, the dry materials, or, in the absence thereof, biomass or "in natura" residues, are loaded into a heat treatment reactor. At this stage, which is the main process that constitutes the object of this protection, roasting, pyrolysis or thermal desorption proper occurs, being used reactors with indirect heating by means of thermal fluid, thus promoting desorption and / or decomposition thermal properties of the material at temperatures in the range of 220 ° C to 500 ° C, varying according to the material to be processed and for the purpose of treatment. During the heat treatment process there are physical processes of phase change of volatile substances (desorption) and the chemical reactions that result in the denaturation, the cracking and the rupture of chemical bonds of the natural and artificial polymers; releasing gases and vapors of lower molecular weight, with corresponding lowering of the volatile solids content of the materials, and increasing their fixed solids content. As a result, the process can be conducted to carbonization of the organic matter, with corresponding reduction of mass and volume of the material processed. The process may occur by maintaining at atmospheric pressure inside the reactor or under pressure higher than atmospheric pressure.

[005] O processo é endotérmico em sua fase inicial, na qual os materiais processados recebem calor do fluido térmico até atingirem temperaturas nas quais as reações de despolimerização se iniciam, e nestas reações, que podem ser endotérmicas ou exotérmicas, há possibilidade de liberação de entalpia suficiente para a manutenção do processo. Eventualmente, em função das características dos materiais processados, e da presença em maior ou menor proporção de oxigênio, a pirólise pode gerar calor a ponto de elevar a temperatura na massa em níveis superiores à temperatura do fluido térmico, resultando na transferência de calor no sentido inverso, isto é, dos resíduos para o fluido térmico. Prevê-se no sistema um dispositivo de proteção contra o aumento de temperatura em excesso no fluido térmico, desviando o fluxo do fluido térmico para um sistema de troca indireta de calor, que utilizará água como agente de arrefecimento, podendo ser feito o aproveitamento da energia gerada no processo, para gerar energia térmica e/ou elétrica.The process is endothermic in its initial stage, in which the processed materials receive heat from the thermal fluid until reaching temperatures at which the depolymerization reactions begin, and in these reactions, which may be endothermic or exothermic, there is possibility of release of sufficient enthalpy for the maintenance of the process. Eventually, depending on the characteristics of the materials processed, and the presence of a greater or lesser proportion of oxygen, the pyrolysis can generate heat to the point of raising the temperature in the mass to levels higher than the temperature of the thermal fluid, resulting in heat transfer in the direction inversely, that is, from the waste to the thermal fluid. A system for protecting against excessive temperature increase in the thermal fluid is provided, diverting the flow of the thermal fluid into an indirect heat exchange system, which will use water as the cooling agent, and the energy can be harnessed generated in the process, to generate thermal and / or electric energy.

[006] O circuito de fluido térmico é mantido com as temperaturas necessárias para a manutenção do processo, por meio do emprego de uma fonte auxiliar de energia térmica (que pode ser obtida pela queima de óleo combustível, de gás natural, de cavacos de madeira, ou de qualquer outro combustível; ou ainda, através de eletricidade como fonte primária para o aquecimento do fluido, ou pelo acoplamento da unidade a outro processo que possa suprir a demanda de energia). O processo térmico de tratamento, que engloba dessorção térmica, torrefação e/ou pirólise, pode ser configurado na forma de um conjunto de vasos atuando em paralelo, operados de forma concatenada, cada um em determinada fase do ciclo completo que envolve a secagem (opcional), pirólise e resfriamento. Os circuitos de fluidos responsáveis pelas trocas de calor (o circuito de vapor, opcional, o de fluido térmico e fluido de resfriamento, também opcional) são então administrados de forma a otimizar as trocas de calor entre os reatores. Por exemplo, o fluido térmico que deixa o reator que está em fase exotérmica encontra-se superaquecido, e pode ser enviado a um reator em fase endotérmica. Dessa forma é possível reduzir o consumo da fonte auxiliar de energia a um valor mínimo, que pode chegar, sob circunstâncias, e em função da natureza dos materiais processados, ao consumo de combustível auxiliar apenas para dar partida ao processo, sendo a planta operada de forma autotérmica ou com geração e exportação de energia.The thermal fluid circuit is maintained at the temperatures necessary for the maintenance of the process by the use of an auxiliary source of thermal energy (which can be obtained by burning fuel oil, natural gas, wood chips , or any other fuel, or through electricity as a primary source for heating the fluid, or by coupling the unit to another process that can meet the energy demand). The thermal treatment process, which includes thermal desorption, roasting and / or pyrolysis, can be configured in the form of a set of vessels acting in parallel, operated in a concatenated manner, each at a certain stage of the complete cycle involving drying (optional ), pyrolysis and cooling. The heat exchanging fluids circuits (the optional steam circuit, the thermal fluid and the cooling fluid, also optional) are then managed in order to optimize the heat exchanges between the reactors. For example, the thermal fluid leaving the reactor in the exothermic phase is overheated and can be sent to an endothermic reactor. In this way it is possible to reduce the consumption of the auxiliary energy source to a minimum value, which may, depending on the nature of the processed materials, reach the consumption of auxiliary fuel only to start the process, energy generation or export.

[007] No caso específico da aplicação do processo para torrefação de madeira, o reator de tratamento térmico deverá ser descarregado e o processo interrompido através do resfriamento do material, quando a fase endotérmica chegar ao final e a fase de decomposição química do processo estiver se iniciando. O produto deverá ser encaminhado a um reator de resfriamento.In the specific case of the application of the process for roasting of wood, the heat treatment reactor must be discharged and the process interrupted by the cooling of the material, when the endothermic phase reaches the end and the chemical decomposition phase of the process is completed. starting The product should be sent to a cooling reactor.

[008] Os gases e vapores combustíveis gerados no reator de tratamento térmico e/ou dessorção são encaminhados para um sistema de queima, sendo que esses gases e vapores possuem poder calorífico, sendo a energia liberada na queima desses gases e vapores utilizada para gerar o aquecimento do fluido térmico recirculante. Eventualmente, em função da natureza dos materiais processados, caso os vapores e condensáveis obtidos na fase gasosa estejam sendo gerados em quantidades e com poder calorífico superiores à demanda de energiado processo, pode-se promover a condensação dos vapores obtidos na pirólise. Nesse caso, obtêm-se como subproduto do processo as fases líquidas constituídas pelo liquor pirolenhoso (em meio aquoso) ou alcatrão insolúvel (fase orgânica), que podem ser destinados a aplicações econômicas como fontes de energia ou de matérias-primas em processos carboquímicos. Em condições favoráveis, conforme o tipo de material processado, pode o processo ocorrer sem a condensação dos líquidos, mas com a queima dos gases e condensáveis e geração de calor excedente, sendo nesse caso possível acoplar o processo para a geração de energia para ser exportada, na forma de energia térmica ou energia elétrica. Caso necessário ou caso desejado, o reator de tratamento térmico pode receber um fluxo controlado de ar ou gases auxiliares, em quantidades suficientes para promover reações químicas relacionadas à oxidação e gaseificação; de forma a aumentar ou diminuir a liberação de entalpia no próprio reator, favorecendo o gerenciamento da energia térmica liberada no processo, ou de forma a melhorar a composição química dos gases e vapores gerados no reator, favorecendo o uso e aplicação desses gases e vapores nas etapas de aproveitamento desses subprodutos.The combustible gases and vapors generated in the heat treatment and / or desorption reactor are conveyed to a flaring system, these gases and vapors having heat power, the energy released at the flaring of these gases and vapors being used to generate the heating the recirculating thermal fluid. Eventually, depending on the nature of the materials processed, if the vapors and condensables obtained in the gas phase are being generated in quantities and with calorific power higher than the demand of the energized process, the condensation of the vapors obtained in the pyrolysis can be promoted. In this case, the liquid phases consisting of pyrolignous liquor (in aqueous medium) or insoluble tar (organic phase), which can be destined for economic applications as sources of energy or of raw materials in carbonochemical processes, are obtained as a by-product of the process. Under favorable conditions, depending on the type of material processed, the process can take place without the condensation of liquids, but with the burning of the gases and condensables and generation of surplus heat, in which case it is possible to couple the process for the generation of energy to be exported , in the form of thermal energy or electric energy. If necessary or if desired, the heat treatment reactor may receive a controlled flow of air or auxiliary gases in amounts sufficient to promote chemical reactions related to oxidation and gasification; in order to increase or decrease the enthalpy release in the reactor itself, favoring the management of the thermal energy released in the process, or in order to improve the chemical composition of the gases and vapors generated in the reactor, favoring the use and application of these gases and vapors in the reactor. of these by-products.

[009] Nos casos em que houver a etapa de secagem, os vapores gerados nos vasos de secagem podem também, em função da conveniência, ser encaminhados para o sistema de queima, a fim de eliminar potenciais fontes de lançamentos de contaminantes e/ou odores nos vapores liberados nos vasos de secagem.In cases where there is a drying step, the vapors generated in the drying vessels may also, as a matter of convenience, be conveyed to the firing system in order to eliminate potential sources of contaminant and / or odor releases in the vapors released in the drying vessels.

[010] No estágio final, que é o resfriamento, o material é transferido para outros vasos, providos ou não com circulação de água, ar, ou qualquer fluido refrigerante, e nesses vasos ocorre a redução de temperatura para que o produto tratado termicamente possa sofrer exposição ao meio ambiente abaixo da faixa de temperatura ignição espontânea. Ao fim do processo, os materiais processados e resfriados são descarregados com, volume e massa reduzidos em relação aos materiais originais.In the final stage, which is the cooling, the material is transferred to other vessels, provided or not with circulation of water, air, or any refrigerant, and in these vessels the reduction of temperature occurs so that the heat treated product can exposure to the environment below the spontaneous ignition temperature range. At the end of the process, the processed and cooled materials are discharged with reduced volume and mass in relation to the original materials.

[011] Outra possibilidade, dependendo do tipo e natureza do resíduo tratado, é que os produtos não necessitem ser resfriados e descarregados, mas submetidos à queima em grelhas ou reatores de combustão, promovendo o aproveitamento do poder calorífico do material carbonizado. Essa queima do produto é mais eficiente e mais controlada do que a queima direta do resíduo “in natura”. Outra possibilidade também é que o resíduo tratado termicamente seja posteriormente submetido a processos de gaseificação térmica, por meio de injeção de agentes gaseificantes, tais como o vapor d’água, ar, ou gás carbônico, sendo então gerados gases combustíveis para uso energético.[011] Another possibility, depending on the type and nature of the treated waste, is that the products do not need to be cooled and discharged, but subjected to burning in grids or combustion reactors, promoting the utilization of the calorific value of the carbonized material. This burning of the product is more efficient and more controlled than the direct burning of the "in natura" residue. Another possibility is also that the thermally treated residue is subsequently subjected to thermal gasification processes by the injection of gaseous agents such as water vapor, air or carbon dioxide, and then combustible gases are generated for energy use.

[012] No caso do tratamento de resíduos, com resfriamento e descarregamento do produto pirolisado, este produto final resultante apresenta- se inerte frente a processos biodegradação, podendo ser destinado a uma disposição final em aterros em condições mais favorecidas do que os resíduos originais. Ao ser disposto em aterros, o carbono presente no resíduo, poderá ser estocado de forma permanente, resultando em um seqüestro definitivo do carbono. Interrompe-se assim o ciclo biogeoquímico que resultaria em emissões de gases de efeito estufa para a atmosfera, na forma de metano pelo decaimento biológico anaeróbio, ou de gás carbônico, pelo decaimento biológico aeróbio, ou pela oxidação química.[012] In the case of waste treatment with cooling and discharging of the pyrolyzed product, this resulting final product is inert against biodegradation processes and may be intended for final disposal in landfills under more favorable conditions than the original waste. When disposed of in landfills, the carbon present in the residue can be permanently stored, resulting in a definitive carbon sequestration. The biogeochemical cycle that would result in emissions of greenhouse gases into the atmosphere, in the form of methane by anaerobic biological decay, or by carbon dioxide, by aerobic biological decay, or by chemical oxidation, is interrupted.

[013] Outras potenciais aplicações dos resíduos tratados termicamente são os processos de beneficiamento e recuperação de materiais (por exemplo, recuperação de metais, vidro, ou outros componentes com valor econômico), uso em processos industriais como, por exemplo, em processos metalúrgicos, ou uso como fonte de energia térmica pela queima ou gaseificação e geração de gases combustíveis a partir do resíduo carbonizado.[013] Other potential applications of thermally treated wastes are processes for the processing and recovery of materials (eg recovery of metals, glass, or other economically valuable components), use in industrial processes such as metallurgical processes, or use as a source of thermal energy by burning or gasification and generation of combustible gases from the charred residue.

[014] Na literatura relacionada à pesquisa e desenvolvimento tecnológico encontram-se disponíveis várias patentes e artigos que se referem ao processo de pirólise e dispositivos envolvidos no método, assim como alterações e melhorias relacionadas a ele. Abaixo algumas patentes sobre tratamento térmico são citadas para auxiliar a caracterização do atual estado da técnica.[014] In the literature related to research and technological development are available several patents and articles that refer to the pyrolysis process and devices involved in the method, as well as changes and improvements related to it. Below, some patents on heat treatment are cited to aid in the characterization of the current state of the art.

[015] O processo de patente PI0417994-3, intitulado “REATOR E MÉTODO DE PIRÓLISE”, descreve um método contínuo para reciclar através de um laminado metal/orgânico que compreende metal, tal como alumínio, laminado com um material orgânico. O método incorpora um único reator constituído de duas câmaras, ambas com agitadores giratórios e uma camada de material particulado absorvedor de microondas. O processo aplica energia de microondas na primeira câmara para aquecer o material particulado absorvedor de microondas a uma temperatura suficiente para a pirólise do material orgânico no laminado.Patent process PI0417994-3, entitled "PULLEY REACTOR AND METHOD", describes a continuous method for recycling through a metal / organic laminate comprising metal, such as aluminum, laminated with an organic material. The method incorporates a single reactor consisting of two chambers, both with rotary shakers and a layer of microwave-absorbing particulate material. The process applies microwave energy in the first chamber to heat the microwave absorber particulate material to a temperature sufficient for the pyrolysis of the organic material in the laminate.

[016] O pedido PI0204067-0, intitulado “REATOR CONTINUO PARA PIRÓLISE ULTRA RÁPIDA DE BIOMASSA”, refere-se a um equipamento de pirólise ultrarrápida de biomassa, caracterizado por um reator contínuo que difere-se dos demais equipamentos existentes pelas suas características operacionais e de projeto, voltadas para um baixo custo operacional e para a maximização do rendimento da fração líquida (“bio-óleo”), importante fonte de insumos químicos. Consiste num reator com montagem vertical o que permite estabelecer um fluxo descendente do material, dispensando tanto o emprego de mecanismos ou partes móveis internos ao reator quanto à utilização de gases para arraste ou fluidização de leito.The application PI0204067-0, entitled "CONTINUOUS REACTOR FOR ULTRA-RAPID BIOMASS PYROLYSIS", refers to an ultrafast pyrolysis biomass equipment, characterized by a continuous reactor which differs from other existing equipment by its operational characteristics and design, aimed at a low operating cost and for maximizing the yield of the liquid fraction ("bio-oil"), an important source of chemical inputs. It consists of a reactor with vertical assembly that allows to establish a downward flow of the material, not requiring the use of mechanisms or moving parts internal to the reactor as the use of gases for drag or bed fluidization.

[017] O pedido PI0407782-2, intitulado “PROCESSO E DISPOSITIVO PARA PIRÓLISE DE BIOMASSA” descreve a destilação destrutiva de matéria carbonácea sólida com aquecimento indireto, por exemplo, combustão externa com carga estacionária em que a carga é submetida a pressões mecânicas durante a coqueificação, ou a destilação destrutiva, especialmente adaptada a determinadas matérias-primas sólidas de forma especial de material contendo celulose; com ajuda de um elemento de aquecimento e dispositivos para guia de biomassa. Durante a pirólise, o elemento de aquecimento e a biomassa são comprimidos um contra o outro à pressão variável de 5 a 80 bar. A invenção refere-se também a um dispositivo para pirólise de biomassas, que compreende uma entrada de alimentação do material e uma estação de pirolisação. A alimentação de material compreende dispositivos para gerar uma pressão entre 5 bar e 200 bar, comprimindo a matéria-prima a ser pirolisada contra a estação de pirolisação. A estação de pirolisação compreende um elemento de aquecimento, que é aquecido para uma temperatura dentre 300°C e 1000°C em um estado operacional.The application PI0407782-2, entitled "PROCESS AND DEVICE FOR BIOMASS PYROLYSIS" describes the destructive distillation of solid carbonaceous matter with indirect heating, for example, external combustion with stationary charge in which the load is subjected to mechanical pressures during the coking, or destructive distillation, specially adapted to particular solid raw materials of cellulose-containing material; with the aid of a heating element and biomass guidance devices. During pyrolysis, the heating element and the biomass are pressed together at a pressure ranging from 5 to 80 bar. The invention also relates to a device for pyrolysis of biomass, comprising a material feed inlet and a pyrolysis station. The material feed comprises devices for generating a pressure between 5 bar and 200 bar, compressing the raw material to be pyrolyzed against the pyrolysis station. The pyrolysis station comprises a heating element, which is heated to a temperature between 300 ° C and 1000 ° C in an operational state.

[018] O pedido PI0106228-0, intitulado “PROCESSO E REATOR PARA PIRÓLISE DE CARGAS RESIDUAIS” que consiste de um reator e um processo de conversão rápida de frações pesadas de hidrocarbonetos em frações mais leves que inibe a formação de subprodutos gasosos e coque. O processo compreende a pirólise rápida de hidrocarbonetos atomizados em atmosfera inerte aquecida e a baixa pressão, sem a necessidade de adição de hidrogênio. A patente também se refere a um reator utilizado no processo, cuja temperatura interna é mantida em níveis mais baixos, o que possibilita o emprego de material de menor valor para a construção do dito reator. O processo citado proporciona conversões de até 30% das frações pesadas e grande redução da temperatura final de ebulição do resíduo, além de redução do CCR e do teor de asfaltenos sem favorecer a formação de coque. Processo para a conversão de compostos asfaltênicos em correntes de menor peso molecular, sem a necessidade da presença de hidrogênio ou doadores de hidrogênio e na ausência de catalisadores.The application PI0106228-0 entitled "PROCESS AND REACTOR FOR PYROLYSIS OF RESIDUAL LOADS" consisting of a reactor and a rapid conversion process of heavy fractions of hydrocarbons into lighter fractions which inhibits the formation of gaseous byproducts and coke. The process comprises the rapid pyrolysis of atomized hydrocarbons in a heated inert atmosphere and at low pressure without the addition of hydrogen. The patent also refers to a reactor used in the process, whose internal temperature is maintained at lower levels, which makes it possible to use material of lower value for the construction of said reactor. The above process provides conversions of up to 30% of the heavy fractions and a great reduction of the final boiling temperature of the residue, as well as reduction of CCR and asphaltene content without favoring coke formation. Process for the conversion of asphaltene compounds into lower molecular weight chains without the presence of hydrogen or hydrogen donors and in the absence of catalysts.

[019] A patente PI0012061-8, sobre o “MÉTODO E APARELHO PARA A PIRÓLISE E GASEIFICAÇAO DE SUBSTÂNCIAS ORGÂNICAS OU MISTURAS DE SUBSTÂNCIAS ORGÂNICAS”. Tal processo serve para a pirólise e gaseificação de substâncias orgânicas ou misturas de substâncias orgânicas. As substâncias orgânicas são introduzidas em um reator de secagem e de pirólise em que são postos em contato com o material de leito fluidizado do leito de combustão fluidizado ou em que são postos em contato com o material de leito fluidizado e a parede do reator do leito de combustão fluidizado, em consequência do qual ocorre uma secagem e pirólise. O resíduo sólido carbonáceo, opcionalmente com porções do vapor e dos gases de pirólise, e o material de leito fluidizado são conduzidos de volta para dentro do leito de combustão fluidizado em que o resíduo carbonáceo das substâncias orgânicas é incinerado, o material de leito fluidizado é aquecido e é novamente conduzido para dentro do reator de pirólise. O vapor da secagem e dos gases de pirólise é subsequentemente tratado com substâncias condensáveis em uma zona de reação adicional de tal modo que é obtido um gás produto com elevado poder calorífico.The patent PI0012061-8, on the "METHOD AND APPARATUS FOR PYROLYSIS AND GASEIFICATION OF ORGANIC SUBSTANCES OR MIXTURES OF ORGANIC SUBSTANCES". Such a process serves for the pyrolysis and gasification of organic substances or mixtures of organic substances. The organic substances are introduced into a drying and pyrolysis reactor in which they are brought into contact with the fluidized bed material of the fluidized combustion bed or in which they are brought into contact with the fluidized bed material and the wall of the bed reactor of fluidized combustion, as a result of which drying and pyrolysis occurs. The carbonaceous solid residue, optionally with portions of the vapor and the pyrolysis gases, and the fluidized bed material are conducted back into the fluidized combustion bed wherein the carbonaceous residue of the organic substances is incinerated, the fluidized bed material is heated and is again conducted into the pyrolysis reactor. The drying steam and the pyrolysis gases are subsequently treated with condensable substances in an additional reaction zone in such a way that a product gas with a high calorific value is obtained.

[020] O pedido PI9201202-7, intitulado “PROCESSO E APARELHO PARA A PIRÓLISE DE MATERIAL CARBONÍFERO”, descreve um processo destinado a pirólise de materiais de carbonação tais como madeira que compreende aquecer direta ou indiretamente o material carbonífero com gases de combustão. Quando inicia a carbonização o aquecimento direto é interrompido, ao passo que se continua o aquecimento indireto até a carbonização estar concluída.The application PI9201202-7, entitled "PROCESS AND APPARATUS FOR PYROLYSIS OF CARBONYMER MATERIAL", describes a process for pyrolysis of carbonation materials such as wood which comprises directly or indirectly heating the carbonaceous material with flue gases. When carbonization begins, direct heating is interrupted, while indirect heating is continued until carbonization is complete.

[021] A patente PI9106714-6, intitulada “MÉTODO E APARELHO PARA PIRÓLISE DE MATERIAIS LIXENTOS” trata de um método e aparelho destinado a pirólise de materiais provenientes do lixo que por si só não é susceptível de ser aquecido por radiação de micro-ondas. O método compreendendo as etapas de: a) Dispor o material lixento, sob uma atmosfera na qual a geração de chama seja substancialmente impedida, com uma base de material pulverizado que compreende carbono na forma elementar, ou com um material que seja capaz de ser pirolisado para carbono elementar por irradiação de micro-ondas, dito material pulverizado sendo susceptível ao aquecimento por irradiação de micro-ondas; b) Aquecer o material pulverizado através de irradiação de microondas de modo que a energia térmica seja transferida do material pulverizado para o material lixento, sendo que o tempo e a intensidade da irradiação é controlado a fim de causar a pirólise substancial desse material, no qual é depositado em uma porção superior da base de material pulverizado de modo a permitir que os resíduos afundem na base, sendo pirolisado dentro da mesma. O aparelho é constituído por um contêiner inerte à radiação de micro-ondas e é capaz de reter uma base de material pulverizado; uma câmara de reação, um conduto para alimentar o material proveniente do lixo a uma parte superior da base de material pulverizado; um gerador de microondas; câmaras de vácuo para controlar a atmosfera na câmara de tal forma que seja evitada a geração de chamas; uma saída para remoção de gases, desenvolvidos na pirólise dos materiais provenientes do lixo, a partir da câmara.The patent PI9106714-6, entitled "METHOD AND APPARATUS FOR PYROLYSIS OF PACKAGING MATERIALS" relates to a method and apparatus for pyrolysis of materials from the waste which by itself is not susceptible to be heated by microwave radiation . The method comprising the steps of: a) Disposing the screen material, under an atmosphere in which the flame generation is substantially prevented, with a basis of pulverized material comprising carbon in the elemental form, or with a material that is capable of being pyrolyzed for elemental carbon by microwave irradiation, said powdered material being susceptible to microwave irradiation heating; b) heating the pulverized material by microwave irradiation so that the thermal energy is transferred from the pulverized material to the sanding material, the time and intensity of the irradiation being controlled in order to cause substantial pyrolysis of that material, in which is deposited on an upper portion of the base of pulverized material so as to allow the wastes to sink into the base, being pyrolyzed therein. The apparatus is constituted by a container inert to microwave radiation and is capable of retaining a base of pulverized material; a reaction chamber, a conduit for feeding the material from the waste to an upper part of the base of powdered material; a microwave generator; vacuum chambers to control the atmosphere in the chamber in such a way as to avoid the generation of flames; an exhaust outlet, developed in the pyrolysis of materials from the waste, from the chamber.

[022] O processo PI8406991-0 intitulado “APARELHO PARA A PIRÓLISE DE MATERIAIS CONTENDO HIDROCARBONETOS”, trata de uma câmara de pirólise que inclui um banho de sal em fusão dividido por um defletor situado na horizontal em uma camada superior e uma camada inferior. Unido a uma extremidade da câmara fica o forno, o qual inclui queimadores sub-merase para aquecerem o sal e para manterem o sal em seu estado de fusão. O sal em fusão flui do forno através da camada de banho superior e de volta ao forno na camada inferior. O material contendo hidrocarboneto é aplicado à camada de banho superior e é pirolisado à medida que se move para a extremidade de descarga da câmara, onde o material gasto é removido e os gases de hidrocarboneto são recuperados por um sistema de escape na câmara. O sal em fusão atua como vedante entre as atmosferas do forno e a câmara de pirólise, e também atua para remover poluentes dos gases de combustão dos queimadores no forno.Process PI8406991-0 entitled "APPARATUS FOR PYROLYSIS OF MATERIALS CONTAINING HYDROCARBONS", deals with a pyrolysis chamber which includes a melting salt bath divided by a baffle situated horizontally in an upper layer and a lower layer. Attached to one end of the chamber is the furnace, which includes sub-merase burners to heat the salt and to keep the salt in its melting state. The melt salt flows from the oven through the top bath layer and back into the oven in the bottom layer. The hydrocarbon-containing material is applied to the upper bath layer and is pyrolyzed as it moves to the discharge end of the chamber, where the spent material is removed and the hydrocarbon gases are recovered by an exhaust system in the chamber. The molten salt acts as a seal between the furnace atmospheres and the pyrolysis chamber, and also acts to remove pollutants from the combustion gases of the burners in the furnace.

[023] A patente PI8400355-3, intitulada “APARELHO PARA PIRÓLISE DE MATERIAL EM PARTÍCULAS” descreve um aparelho para pirólise de material em partículas, por um procedimento contínuo, usando partículas como meio de aquecimento em uma câmara de combustão e uma câmara da pirólise arranjada lado a lado e ligada por uma passagem de interligação superior, que se estende entre as câmaras, e uma passagem de retorno. O material em partículas é fluidizado nas câmaras e induzido a circular entre elas, pela configuração das câmaras e passagens e/ou a natureza da fluidização. O material em partículas é aquecido na câmara de combustão e então circula através da passagem superior para aquecer e misturar com o material de carga fresco introduzido na câmara de pirólise, liberando vapores do processo.The patent PI8400355-3 entitled "PARTICLE PYROLYSIS APPARATUS" discloses an apparatus for pyrolysis of particulate material by a continuous procedure using particles as a heating medium in a combustion chamber and a pyrolysis chamber arranged side by side and connected by an upper interconnecting passage, which extends between the chambers, and a return passageway. The particulate material is fluidized in the chambers and induced to move between them by the configuration of the chambers and passages and / or the nature of the fluidization. The particulate material is heated in the combustion chamber and then circulates through the upper passage to heat and mix with the fresh charge material introduced into the pyrolysis chamber, releasing vapors from the process.

[024] A patente PI8306082-0 intitulada “PROCESSO PARA PIRÓLISE RÁPIDA DE PRODUTOS LIGNOCELULÓSICOS EM FORMA DE FRAGMENTOS DE PEQUENAS DIMENSÕES E DISPOSITIVO PARA REALIZAÇÃO DE TAL PROCESSO”, descreve um processo de pirólise rápida de produtos lignocelulósicos, mais particularmente de rejeitos florestais, e de um dispositivo para sua realização. Segundo o processo, se efetua uma pirólise rápida dos produtos lignocelulósicos em um leito fluidizado de partículas refratárias quentes. Os produtos da pirólise, constituídos de um resíduo sólido carbonado, de alcatrões e de gás, escapam do leito fluidizado e atravessam uma zona de superaquecimento constituída de um trocador com um reforço, alimentado por uma chuva de partículas refratárias quentes que suprem sua energia calorífica ao leito fluidizado. O resíduo sólido carbonado é depois separado dos produtos gasosos, dos quais uma parte é reciclada para a fluidização, e queimada em um reator de combustão de leito transportado, aquecendo as partículas refratárias que alimentam o trocador de reforço e leito fluidizado.The patent PI8306082-0 entitled "PROCESS FOR QUICK PYROLYSIS OF LIGNOCELLULOSE PRODUCTS IN THE FORM OF FRAGMENTS OF SMALL DIMENSIONS AND DEVICE FOR CARRYING OUT SUCH PROCESS", describes a process of rapid pyrolysis of lignocellulosic products, more particularly of forest tailings, and of a device for its accomplishment. According to the process, rapid pyrolysis of the lignocellulosic products is effected in a fluidized bed of hot refractory particles. The pyrolysis products, consisting of a solid carbonaceous residue, tar and gas, escape from the fluidized bed and pass through an overheating zone consisting of an exchanger with a reinforcement, fed by a rain of hot refractory particles that supply their heat energy to the fluidized bed. The carbonaceous solid residue is then separated from the gaseous products, one part of which is recycled for fluidization, and burned in a conveyed bed combustion reactor, heating the refractory particles which feed the booster and fluidized bed exchanger.

[025] O pedido PI8204142-3 intitulado “PROCESSO E SITEMA DE PIRÓLISE COM RECIRCULAÇÃO DE GÁS QUENTE”. Trata-se de um processo e sistema para a pirólise contínua de carga orgânica produzem um resíduo carbonáceo sólido de volatilidade controlada, de modo que é altamente eficaz quanto ao aproveitamento de energia. O valor do produto gasoso e do óleo pirolítico produzido é também otimizado.The application PI8204142-3 entitled "PROCESS AND PYROLYSIS SYSTEM WITH RECIRCULATION OF HOT GAS". It is a process and system for continuous organic charge pyrolysis produces a solid carbonaceous residue of controlled volatility, so that it is highly effective in the use of energy. The value of the gaseous product and the pyrolytic oil produced is also optimized.

[026] Por fim, a patente PI8201100-1 com o título “PROCESSO PARA OBTENÇÃO DE ENERGIA POR MEIO DE PIRÓLISE”, que descreve um processo de queima, após trituração, de materiais de refugo tais como papéis, lixo doméstico, borracha, e outros, para a obtenção de combustíveis sólidos, tais como carvão e semelhantes, líquidos, como óleos combustíveis, gasosos assim como metano, butano, propano, os quais podem ser reaproveitados como fontes alternativas de energia.[026] Finally, patent PI8201100-1 entitled "PROCESS FOR ENERGY OBTAINING BY PYROLYSIS", which describes a process of burning, after grinding, scrap materials such as paper, household waste, rubber, and others to obtain solid fuels such as coal and the like, liquids such as fuel oils, gaseous as well as methane, butane, propane, which can be reused as alternative sources of energy.

[027] Embora existam no estado da técnica diversas patentes tratando de pirólise, que é um método conhecido no tratamento de resíduos ou de matérias orgânicas diversas, grande parte refere-se à pirólise de hidrocarbonetos e produtos de origem mineral, xisto betuminoso e derivados do petróleo, biomassa vegetal lenhosa para obtenção do carvão vegetal, pneus. Só uma pequena parte dessas patentes trata, no entanto, de processos de pirólise de resíduos sólidos.While various patents dealing with pyrolysis, which is a known method in the treatment of waste or various organic materials, are in the state of the art, a large part refers to the pyrolysis of hydrocarbons and products of mineral origin, bituminous shale and petroleum, woody biomass to obtain charcoal, tires. Only a small part of these patents, however, deals with solid waste pyrolysis processes.

[028] A obtenção de energia é um dos objetivos de algumas das tecnologias acima descritas, enquanto que na presente invenção esse não é necessariamente o objetivo primordial, embora, conforme a finalidade do tratamento térmico, a obtenção de energia pode ser também o objetivo final a ser alcançado. Em algumas aplicações, entretanto, o tratamento térmico será realizado como um processo de tratamento ambientalmente seguro e vantajoso de resíduos de origem municipal, industrial, agrícola ou institucional. Por exemplo, os resíduos de serviços de saúde ou o “lixo hospitalar” podem ser tratados através do presente processo visando como propósitos principais: redução de massa e de volume do resíduo, facilitando o seu manuseio posterior, transporte, e reduzindo a demanda de espaço para seu destino final em aterros sanitários; inertização e/ou esterilização dos resíduos pela sua conversão em um material carbonáceo não mais passível de processos de biodegradação, e pela destruição térmica de materiais infectantes e/ou biologicamente ativos.Energy generation is one of the objectives of some of the technologies described above, whereas in the present invention this is not necessarily the primary objective, although, depending on the purpose of the heat treatment, obtaining energy may also be the ultimate goal to be achieved. In some applications, however, the heat treatment will be performed as a process of environmentally safe and advantageous treatment of municipal, industrial, agricultural or institutional waste. For example, health care waste or "hospital waste" can be addressed through the present process for the following main purposes: reducing the mass and volume of the waste, facilitating its subsequent handling, transportation, and reducing the demand for space to their final destination in landfills; inertization and / or sterilization of the residues by their conversion into a carbonaceous material no longer susceptible to biodegradation processes, and by the thermal destruction of infectious and / or biologically active materials.

[029] O resíduo final obtido após o tratamento térmico poderá ser manuseado é disposto de forma segura, sem riscos de disseminação de qualquer vetor de saúde pública, e sem a lixiviação de compostos químicos para o ambiente através de processos de decomposição biológica da matéria orgânica biodegradável.[029] The final residue obtained after the heat treatment can be handled is disposed of safely, without risks of dissemination of any public health vector, and without the leaching of chemical compounds into the environment through processes of biological decomposition of organic matter biodegradable.

[030] Outra vantagem do processo de tratamento de resíduos por torrefação, pirólise e/ou dessorção térmica, se comparada com a incineração, que é outra possibilidade do tratamento térmico de resíduos, se deve ao fato de serem realizadas em uma atmosfera redutora, em deficiência de oxigênio molecular, de forma a prevenir a formação de poluentes organoclorados, especialmente as dibenzodioxinas e dibenzofuranos policlorados, tal como normalmente se forma em processos convencionais de incineração. Também, ao contrário da incineração, o processo térmico de tratamento é empregado de uma forma controlada, em resíduos que são carregados em bateladas em cada vaso reator, de maneira a assegurar para cada material que é admitido no reator a permanência pelo tempo e pela temperatura necessários para garantir a torrefação, pirólise ou dessorção térmica. Assim, é possível o controle e o registro do tempo e temperatura que cada lote de resíduo processado foi exposto no interior do reator, pelo controle individual do tempo de reação e pela medição da temperatura no interior dos reatores, garantindo assim a segurança do tratamento. Evitam-se, portanto, os episódios típicos de descontrole de processo que ocorrem em instalações convencionais de incineração de resíduos, em que os resíduos são descarregados em grelhas de combustão, e nos quais a queima pode ser interrompida ou arrefecida, em função da adição de resíduos de baixa inflamabilidade ou com elevado teor de umidade.[030] Another advantage of the waste treatment process by roasting, pyrolysis and / or thermal desorption, compared to incineration, which is another possibility of waste heat treatment, is due to the fact that they are carried out in a reducing atmosphere in molecular oxygen deficiency in order to prevent the formation of organochlorine pollutants, especially polychlorinated dibenzodioxins and dibenzofurans, as is usually formed in conventional incineration processes. Also, unlike incineration, the thermal treatment process is employed in a controlled way, in wastes that are loaded in batch in each reactor vessel, so as to ensure for each material that is admitted in the reactor the permanence by time and temperature required to ensure roasting, pyrolysis or thermal desorption. Thus, it is possible to control and record the time and temperature that each batch of processed waste was exposed inside the reactor, by individually controlling the reaction time and by measuring the temperature inside the reactors, thus ensuring the safety of the treatment. The typical episodes of process out-of-control occurring in conventional waste incineration plants, where the waste is discharged in the combustion grids, and in which the burning can be interrupted or cooled, due to the addition of low flammability or high moisture content residues.

[031] Das tecnologias acima descritas, encontradas nos bancos de patentes, algumas empregam o uso e microondas, outras de sólidos obtidos na combustão em leito fluidizado, outra de sal fundido, e algumas utilizam os próprios gases e vapores gerados no processo de pirólise para a obtenção da energia térmica necessária ao processo, mas nenhum deles utiliza fluido térmico para aquecimento indireto da carga, tal como descrito na presente patente. Outra característica única da presente invenção é a separação em dois ou três estágios do processo. No primeiro estágio (opcional) de desidratação e no segundo estágio de torrefação, pirólise ou dessorção térmica, com temperaturas que podem variar entre 220°C e 500°C, no qual irão ocorrer as mudanças de fase ou reações típicas de dessorção e/ou decomposição térmica do material carbonáceo contido no resíduo em atmosfera com deficiência de oxigênio, os gases combustíveis gerados são encaminhados a um processo de queima que proporcionará a destruição dos compostos orgânicos contidos nos gases e vapores do processo, além de proporcionar um incremento de energia térmica para aquecimento do fluido térmico recirculante, minimizando dessa forma o consumo do combustível auxiliar empregado.[031] Some of the technologies described above, found in patent banks, employ microwaves, other solids obtained in the fluidized bed combustion, others use molten salt, and some use the gases and vapors generated in the pyrolysis process to to obtain the thermal energy required by the process, but none of them uses thermal fluid for indirect heating of the charge, as described in the present patent. Another unique feature of the present invention is the separation in two or three stages of the process. In the first (optional) stage of dehydration and in the second stage of roasting, pyrolysis or thermal desorption, with temperatures ranging from 220 ° C to 500 ° C, in which phase changes or typical desorption reactions and / or thermal decomposition of the carbonaceous material contained in the residue in an oxygen deficient atmosphere, the generated combustible gases are sent to a burning process that will destroy the organic compounds contained in the gases and vapors of the process, besides providing an increase of thermal energy for heating the recirculating thermal fluid, thereby minimizing the consumption of the auxiliary fuel employed.

DESCRIÇÃO DA FIGURADESCRIPTION OF FIGURE

[032] A Figura 1 mostra o desenho esquemático da unidade para tratamento térmico de resíduos sólidos que emprega o processo de torrefação, de pirólise e de dessorção térmica de biomassa e/ou de resíduos sólidos em múltiplos estágios.Figure 1 shows the schematic drawing of the solid waste heat treatment unit employing the pyrolysis, pyrolysis and thermal desorption process of biomass and / or solid residues in multiple stages.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃODETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[033] O processo térmico de tratamento de biomassa e de resíduos sólidos em múltiplo estágio é apresentado em fluxograma na Figura 1. Os resíduos provenientes da coleta ou da fonte geradora serão recebidos (1) e introduzidos em bateladas, em reatores com aquecimento indireto por fluido térmico, onde ocorrerá a torrefação, a pirólise ou a dessorção térmica (2). Em casos onde se optar pelo estágio inicial de secagem, os materiais provenientes dos vasos de secagem é que serão alimentados (1) no vaso de tratamento térmico (2). Os reatores podem operar em paralelo, em um número total de vasos suficientes para processar a quantidade de matéria-prima ou resíduos recebidos. Esses reatores constituem-se de cilindros horizontais metálicos, encamisados para serem aquecidos externamente e/ou internamente no eixo com o fluido térmico gerado recirculado em um aquecedor de fluido térmico (3). Os reatores ou vasos de tratamento térmico (2) possuem sistema interno de revolvimento por braços mecânicos de movimento circular, montados em eixo central ao cilindro ou em forma de helicóide, com aquecimento opcional. Os gases gerados no interior desses reatores são encaminhados a fornalha do aquecedor de fluido térmico, a qual opera utilizando combustível auxiliar, através de um combustor, responsável pela manutenção da temperatura à faixa compreendida entre 500°C e 900°C. Opcionalmente, o uso do combustível auxiliar poderá ser suprimido ou reduzido e o calor do aquecedor de fluido térmico poderá ser proveniente, total ou parcialmente, de calor ou fontes de energia, advindos de processos que tenham sido acoplados à unidade de tratamento de resíduos, tais como: processos siderúrgicos e metalúrgicos, processos de produção de clínquer, fornos e fornalhas em geral utilizados para outros fins que não o de tratamento de resíduos pelo processo de pirólise. O final do processo de tratamento térmico poderá ser controlado pelo registro das temperaturas alcançadas, pela análise da composição química dos gases gerados, ou por uma chama piloto posicionada na tubulação de exaustão de gases. No caso do tratamento térmico praticado até a pirólise e carbonização, a falta de combustão dos gases gerados no interior do reator (2) indica o final do processo, podendo-se iniciar a descarga do produto tratado termicamente para os vasos de resfriamento (5).The thermal process of treatment of biomass and solid residues in multiple stages is presented in flowchart in Figure 1. Residues from the collection or from the generating source will be received (1) and introduced in batches, in reactors with indirect heating by thermal fluid, where roasting, pyrolysis or thermal desorption will take place (2). In cases where the initial stage of drying is chosen, the materials from the drying vessels will be fed (1) to the heat treatment vessel (2). The reactors can operate in parallel, in a total number of vessels sufficient to process the amount of raw material or wastes received. These reactors consist of horizontal metal cylinders jacketed to be heated externally and / or internally on the shaft with the generated thermal fluid recirculated in a thermal fluid heater (3). The heat treatment reactors or vessels (2) have internal stirring system by circular motion mechanical arms, mounted on the central axis of the cylinder or helicoidal, with optional heating. The gases generated inside these reactors are routed to the furnace of the thermal fluid heater, which operates using auxiliary fuel through a combustor responsible for maintaining the temperature in the range of 500 ° C to 900 ° C. Optionally, the use of the auxiliary fuel may be suppressed or reduced and the heat of the thermal fluid heater may be wholly or partly from heat or energy sources, arising from processes that have been coupled to the waste treatment plant, such such as steel and metallurgical processes, clinker production processes, furnaces and furnaces generally used for purposes other than waste treatment by the pyrolysis process. The end of the heat treatment process can be controlled by recording the temperatures reached, by analyzing the chemical composition of the gases generated, or by a pilot flame positioned in the exhaust gas pipe. In the case of the heat treatment practiced until the pyrolysis and carbonization, the combustion of the gases generated inside the reactor (2) indicates the end of the process, and the discharge of the heat treated product can be started for the cooling vessels (5) .

[034] O combustível ou fonte de energia auxiliar são caracterizados por serem selecionados do grupo compreendendo: eletricidade ou combustíveis comerciais sólidos, líquidos ou gasosos; gases, líquidos ou sólidos residuais de processos térmicos ou industriais apresentando elevadas temperaturas ou poder calorífico; biogás proveniente de aterros ou de reatores; gases combustíveis gerados em gaseificadores térmicos; ou qualquer fonte de energia capaz de manter o fluido térmico no nível de temperatura requerido para a manutenção do processo.The fuel or auxiliary power source is characterized in that it is selected from the group comprising: electricity or solid, liquid or gaseous commercial fuels; gases, liquids or residual solids from thermal or industrial processes presenting high temperatures or calorific value; biogas from landfills or reactors; combustible gases generated in thermal gasifiers; or any energy source capable of maintaining the thermal fluid at the temperature level required for the maintenance of the process.

[035] O resfriamento do material pirolisado se dá em cilindros horizontais metálicos, encamisados para serem resfriados externamente com água ou outro fluido refrigerante nas camisas dos vasos (5). O fluido refrigerante circula em circuito fechado das camisas dos vasos para um sistema de arrefecimento (6), constituído por um reservatório e por uma torre de resfriamento, interligados a um conjunto moto-bomba, responsável por encaminhar vazão suficiente para a demanda térmica requerida no resfriamento do produto tratado termicamente. Eventualmente, conforme a configuração e capacidade de processamento da planta de pirólise pode-se optar por vasos de resfriamento não encamisados, expostos ao resfriamento natural, ou por resfriamento a ar. O resfriamento poderá ser feito também por contato direto com a água e/ou gases inertes, em recipientes fechados ou abertos, com captura dos gases e vapores provenientes do apagamento do resíduo quando do resfriamento rápido. O controle de temperatura dos vasos e ou dispositivos de resfriamento determina o ponto em que estes podem ser descarregados, o que ocorre quando a temperatura do material encontra-se inferior a valores em torno de 60°C. Os gases e vapores eventualmente gerados no resfriamento podem também ser dirigidos ao processo de queima que ocorre na fornalha do aquecedor de fluido térmico (4). A descarga do material tratado termicamente dos vasos ou dispositivos de resfriamento é realizada em ambiente local propício (9) para que o produto seja encaminhado ao armazenamento e destino final (10).Cooling of the pyrolyzed material occurs in horizontal metal cylinders, jacketed to be cooled externally with water or other refrigerant fluid in the vessel liners (5). The cooling fluid circulates in closed circuit of the vessel liners to a cooling system (6), consisting of a reservoir and a cooling tower, interconnected to a motor pump assembly, responsible for delivering sufficient flow to the required thermal demand in the vessel. cooling of the heat treated product. Depending on the configuration and processing capacity of the pyrolysis plant, one may opt for non-jacketed cooling vessels exposed to natural cooling or air cooling. Cooling may also be done by direct contact with water and / or inert gases, in closed or open containers, with the capture of the gases and vapors from the disposal of the residue during rapid cooling. The temperature control of the vessels and / or cooling devices determines the point at which they can be discharged, which occurs when the temperature of the material is below values around 60 ° C. The gases and vapors eventually generated in the cooling may also be directed to the burning process occurring in the furnace of the thermal fluid heater (4). Discharge of the thermally treated material from the vessels or cooling devices is carried out in a suitable local environment (9) so that the product is conveyed to the storage and final destination (10).

[036] Para atendimento aos limites legais para lançamentos de gases na atmosfera, encontram-se propostos sistemas de remoção de partículas do tipo coletores de pó centrífugos multiciclones interligados em série a filtros de tecido ou sistemas de tratamento e/ou purificação de gases (7), para daí os gases serem encaminhados para lançamento e/ou reaproveitamento/secagem (8).[036] In order to meet the legal limits for the release of gases into the atmosphere, multi-cyclone centrifugal dust collector systems are interconnected in series with fabric filters or gas treatment and / or purification systems (7). ), so that the gases are sent for launch and / or reuse / drying (8).

[037] Após o tratamento térmico, os produtos irão conter uma massa inferior aos materiais processados, dependendo do conteúdo orgânico presente nos mesmos. De maneira geral, a perda de massa e redução de volume será tanto maior, quanto maior for o teor de matéria orgânica (biogênica ou não biogênica) no material inicial, podendo alcançar a perda de massa a valores em torno de 60 a 90% quando pirólise, 30 a 50% quando da torrefação, para o caso de materiais inteiramente orgânicos. No caso da dessorção térmica, a perda de massa depende do teor de orgânicos no material inicial, e da volatilidade destes.[037] After the heat treatment, the products will contain a mass less than the processed materials, depending on the organic content present therein. In general, the loss of mass and volume reduction will be greater, the greater the organic matter content (biogenic or non-biogenic) in the initial material, and the mass loss can reach values of around 60 to 90% when pyrolysis, 30 to 50% when roasting, in the case of fully organic materials. In the case of thermal desorption, the mass loss depends on the organic content of the starting material and the volatility of the material.

[038] No caso de processamento de resíduos sem que haja um aproveitamento dos sólidos obtidos como produtos finais, estes poderão ser enviados para a disposição ambiental em aterros sanitários, de uma forma muito mais segura e econômica do que seria a disposição dos resíduos iniciais, pois o resíduo tratado termicamente é inerte do ponto de vista biológico, não sofrendo decomposição microbiológica. Como consequência, não irá gerar biogás por decaimento anaeróbico (evitando a formação de metano, que é um gás de efeito estufa), nem haverá formação do chorume ou lixiviado por decomposição biológica. Esse resíduo pirolisado irá conter carbono na forma elementar -semelhante à grafite, e será ainda passível de combustão. Assim, a técnica de aterro mais recomendada deverá ser intercalando camadas do resíduo e camadas inertes, que servirão de proteção contra propagação de chamas. Uma vez dispostos no ambiente, o carbono dos resíduos pirolisados estará permanente sequestrado, pois não mais será passível de decomposição.[038] In the case of waste processing without the utilization of the solids obtained as final products, they can be sent to the environmental disposal in landfills, in a much safer and more economical way than would be the disposal of the initial residues, because the thermally treated residue is biologically inert and does not undergo microbiological decomposition. As a consequence, it will not generate biogas by anaerobic decay (avoiding the formation of methane, which is a greenhouse gas), nor will there be slurry formation or leachate by biological decomposition. This pyrolyzed residue will contain carbon in the elemental form - similar to graphite, and will still be combustible. Thus, the most recommended landfill technique should be to interleave layers of the residue and inert layers, which will protect against flame propagation. Once disposed in the environment, the carbon from pyrolyzed waste will be permanently sequestered, as it will no longer be susceptible to decomposition.

[039] Eventualmente, se os resíduos iniciais forem de origem e composição conhecidos, controladas e adequados, poderá ser obtido um resíduo final pirolisado passível de aplicação energética ou industrial mais vantajosa do ponto de vista econômico do que o processo de aterramento. Neste caso, o resíduo poderá ser submetido a este outro uso, como por exemplo: obtenção de briquete como termo-redutor em fornos de redução metalúrgico/siderúrgico; extração de metais por lixiviação química; combustão direta, com geração de energia térmica e/ou elétrica, gaseificação para gerar gases combustíveis (combustão indireta), ou ainda para utilização como carvão ativo.[039] If the initial residues are of known, controlled and suitable origin and composition, a pyrolyzed final residue which can be economically or economically more economically advantageous than the grounding process can be obtained. In this case, the residue can be subjected to this other use, for example: obtaining briquette as thermo-reducer in metallurgical / steel reduction furnaces; extraction of metals by chemical leaching; direct combustion, with thermal and / or electric energy generation, gasification to generate combustible gases (indirect combustion), or for use as active carbon.

[040] No caso de uso do processo para torrefação ou carbonização de biomassa, obtém-se como produto final a biomassa torrificada ou o carvão vegetal, que são produtos de valor comercial e com diversas aplicações.[040] In the case of using the process for roasting or biomass carbonization, the final product is tortified biomass or charcoal, which are products of commercial value and with several applications.

[041] No caso de uso do processo para dessorção térmica de solos e/ou areias contaminadas com produtos orgânicos, o processo poderá resultar em obtenção de solos e/ou areias com características que permitam sua reposição no ambiente de origem, ou sua aplicação geotécnica tal como em processos de terraplenagem, ou como camadas inertes em processos de aterramento de resíduos.[041] In case of thermal desorption of soils and / or sands contaminated with organic products, the process may result in obtaining soils and / or sands with characteristics that allow their recovery in the environment of origin, or their geotechnical application such as in earth-moving processes, or as inert layers in waste-ground processes.

REIVINDICAÇÕES

Claims

A process for the thermal treatment of biomass and solid residues in multiple stages, characterized in that it comprises the following steps: a) thermal desorption of organic substances, biomass and solid residues, or roasting of biomass and solid residues, or thermochemical decomposition by pyrolysis of biomass or processed waste; b) Cooling of thermally treated waste.

Process for the thermal treatment of biomass and solid residues in multiple stages, according to claim 1, characterized in that it comprises an optional step of drying and dehydrating the biomass or the solid residues by the application of exhaust gas, steam or of recirculating thermal fluid.

Process for the thermal treatment of biomass and solid residues in multiple stages, according to claim 2, characterized in that the dehydration preferably takes place in at least one drying vessel.

Process for the thermal treatment of biomass and solid residues in multiple stages, according to step "a" of claim 1, characterized in that the thermal desorption is carried out in at least one heat treatment reactor (2) in a lower temperature range at 400 ° C.

Process for the thermal treatment of biomass and solid residues in multiple stages, according to step "a" of claim 1, characterized in that the roasting is carried out in at least one heat treatment reactor (2) in a temperature range between 220 ° C and 300 ° C.

Process for the thermal treatment of biomass and solid residues in multiple stages, according to step "a" of claim 1, characterized in that the pyrolysis is carried out in at least one heat treatment reactor (2) in a temperature range of 250 ° C and 500 ° C.

A process for the thermal treatment of biomass and solid residues in multiple stages, according to claims 4 to 6, characterized in that the heat treatment reactor (2) comprises an internal stirring system by circular motion mechanical arms, mounted on a shaft central to the cylinder.

Process for the thermal treatment of biomass and solid residues in multiple stages, according to claims 4 to 6, characterized in that the gases generated inside the reactor (2) are routed to a thermal fluid heater (3).

A process for the thermal treatment of biomass and solid residues in multiple stages according to claims 4 to 7, characterized in that it uses a recirculating thermal fluid in a circuit formed by a thermal fluid heater (3) and at least one reactor of (2), with the thermal fluid circulating in the jacket of the reactor (2) and / or in the internal system of movement of circular arms.

A process for the thermal treatment of biomass and solid residues in multiple stages according to claim 9, characterized in that the recirculating thermal fluid can be heated using at least one auxiliary fuel or energy source from coupled processes, such as: processes steel and metallurgical processes, clinker production processes, furnaces and furnaces generally used for purposes other than waste treatment by the pyrolysis process.

A process for the thermal treatment of solid biomass and solid residues in multiple stages, according to claim 10, characterized in that the auxiliary fuel is selected from the group comprising: electricity or various solid, liquid or gaseous commercial fuels; gases, liquids or residual solids from thermal or industrial processes presenting high temperatures or calorific value; biogas from landfills or reactors; combustible gases generated in thermal gasifiers; and any energy source capable of maintaining the thermal fluid at the temperature level required for the maintenance of the process.

Process according to claim 10 and 11, characterized in that the auxiliary fuel is burned through a combustor (4).

A process for the thermal treatment of solid biomass and solid residues in multiple stages according to claim 10, characterized by the coupling of the thermal fluid circuit (3) to an external source of energy acting in place of the combustor (4), consisting of another process where there is generation of fuel or heat source sufficient to maintain the temperature level of the fluid according to the level required for maintenance of the process.

A process for heat treatment of solid biomass and solid residues in multiple stages according to claim 12, characterized in that the combustor (4) is responsible for maintaining the temperature in the thermal fluid heater in the range of 500 ° C to 900 ° W.

A process for the thermal treatment of biomass and solid residues in multiple stages, according to step "a" of claim 1, characterized in that it comprises a pilot flame positioned in the exhaust gas pipe to identify the end of the pyrolysis process and to control the initiation of discharge of the heat treated product into the reactors (2) for the cooling vessels (5).

Process for the thermal treatment of biomass and solid residues in multiple stages, according to step "a" of claim 1, characterized in that it comprises a particulate removal system, of the type centrifugal dust collectors, multi-cyclones interconnected in series with filters (7) or systems for the treatment and / or purification of wet gases (scrubbers) (7), for subsequent routing of the gases to the atmosphere or reuse (8).

Process for the thermal treatment of biomass and solid residues in multiple stages, according to steps "b" or "c" of claim 1, characterized in that the thermally treated residues are conveyed to the cooling vessels (5) for cooling from a cooling system (6).

18. A process for the thermal treatment of solid biomass and solid residues in a plurality of stages, according to claim 13, characterized in that the residues after leaving the cooling vessels (5) are poured in a suitable ambient place (9) so that the product is forwarded to storage and final destination (10).

A process for the thermal treatment of biomass and solid residues in multiple stages according to claim 14, characterized in that it comprises a temperature control system inside the cooling vessels (5), which determines the temperature at which the residues can be discharged in a suitable environment (9).

DEVICE FOR THERMAL TREATMENT OF BIOMASS AND SOLID WASTE IN MULTIPLE STAGES, characterized in that it comprises an environment for receiving waste from the collection or the generating source (1); reactors consisting of horizontal cylinders with indirect heating by thermal fluid, revolved by circular motion mechanical arms, mounted on the central axis to the cylinder with optional heating on the shaft (2); thermal fluid heater (3); combustor or furnace of the thermal fluid heater (4); vessels or cooling devices (5); cooling system comprising a reservoir and a cooling tower connected to a motor pump assembly (6); gas treatment and purification system (7); system for the launching or reuse of gases and vapors (8); environment conducive for discharge of heat treated products (9); environment conducive to storage and final destination (10).

DEVICE FOR THERMAL TREATMENT OF BIOMASS AND SOLID WASTE IN MULTIPLE STAGES, according to claim 16, characterized in that it comprises the use of thermal desorption, pyrolysis and roasting processes.