BRPI0517570B1

BRPI0517570B1 - Processo para converter biossólidos num combustível

Info

Publication number: BRPI0517570B1
Application number: BRPI0517570-4B1A
Authority: BR
Inventors: Kevin M Bolin; Edward Overstreet; Brian Dooley; Norman L Dickinson
Original assignee: Enertech Environmental Inc
Priority date: 2004-11-10
Filing date: 2005-11-08
Publication date: 2014-11-25
Also published as: MX2007005619A; RU2373263C2; USRE45869E1; DK1799796T3; US20060096163A1; EP1799796A2; US7909895B2; EP1799796A4; PT1799796T; WO2006053020A3; CA2587205A1; US20130160683A1; ES2706007T3; RU2007121675A; AU2005304556B2; KR20070084297A; US8409303B2; US20110192074A1; PL1799796T3; WO2006053020A2

Description

“PROCESSO PARA CONVERTER BIOSSÓLIDOS NUM COMBUSTÍVEL” CAMPO DA INVENCÁO A lama das instalações de tratamento de esgotos e águas residuais, e os biossólidos que ela contém, representa um sério problema de descarte. A Water Environment Federation (WEF) formalmente reconheceu o termo “biossólidos” em 1991 e ele está agora em uso comum por todo o mundo. A WEF define “biossólidos” como o resíduo semelhante a solo de materiais removidos dos esgotos durante o processo de tratamento das águas residuais. Durante o tratamento, as bactérias e outros organismos diminutos decompõem os esgotos em formas mais simples e mais estáveis de matéria orgânica. A matéria orgânica, combinada com as massas celulares bactcrianas, precipitam-se para formar biossólidos. De acordo com a USEPA, os biossólidos que atendem os critérios de tratamento e conteúdo de poluentes “podem ser seguramente reciclados e aplicados como fertilizantes, para sustentável mente melhorar e manter os solos produtivos e estimular o crescimento das instalações”. A lama é uma mistura de biossólidos (consistindo principal mente de células orgânicas mortas, que sâo um sub-produto do tratamento dos esgotos e águas residuais, de modo que ela pode ser liberada dentro de águas abertas) e quantidades variáveis de água livre. A água livre pode ser pelo menos parcialmente removida por métodos de desidratação mecânicos. Além da água livre, os biossólidos contem água ligada por células, que pode compor tanto quanto 80% do volume dos biossólidos e é impossível remover por métodos de desidratação mecânicos. As grandes quantidades de água contida em tal lama dá-lhe um valor calórico altamente negativo, o que torna o custo de incinerá-la proibitivo, porque grandes quantidades de combustível caro seriam necessárias para impeli-la para fora da água ligada por células. Em vista disso, tal lama é presentemente usada como aterro ou como um fertilizante que pode ser espalhado sobre a terra, porque a lama de esgoto freqüentemente contém nitrogênio e fósforo, por exemplo. Entretanto, a lama também contém substâncias nocivas, gera odores indesejáveis e pode resultar em séria contaminação do solo ou do aterro por, entre outros, metais pesados.

Nos processos para tratar esgotos municipais e águas de tempestade de acordo com os padrões de descarga, os constituintes sólidos são concentrados em um sub-produto, com freqüência referido como lama de esgoto. A lama de esgoto é uma massa ou aglomeração de células orgânicas mortas e outros sólidos, chamados biossólidos, que são misturadas com quantidades variáveis de água de viscosidade correspondentemente variável. Independente do grau a que a massa de biossólidos é mecanicamente desidratada, a massa restante de biossólidos tipicamente contém cerca de 80% de água, porque boa parte da água é ligada dentro das células mortas, dando à massa de biossólidos um valor de aquecimento negativo, desse modo tomando os biossólidos efetivamente inúteis para fins de extrair valor calorífico deles. Assim, os biossólidos ainda são descartados em aterros ou espalhando-os em terra agrícola como um fertilizante que supre nitrogênio e fósforo. Entretanto, os biossólidos também podem conter víms e patógenos vivos e metais pesados tóxicos, influenciando oposição acalorada de interesses ambientais, enquanto seu elevado teor de água drasticamente aumenta o custo de seu transporte para um ponto de uso.

De acordo com a presente invenção, os biossólidos bmtos são aquecidos, em seguida a sua descarga da instalação de tratamento de esgotos, para romper as células, desse modo liberando grandes quantidades de água ligada por célula. A temperatura é suficientemente elevada, de modo que a estrutura celular seja destmída e dióxido de carbono seja dividido para diminuir o teor de oxigênio dos biossólidos. Isto resulta na formação de carvão que não é hidrofflico e pode ser eficientemente desidratado e/ou secado. Este carvão é uma fonte renovável viável.

Em um outro desenvolvimento da presente invenção, é possível aumentar-se a disponibilidade dos combustíveis renováveis, convertendo-se a biomassa (tal como refugo de jardins e safras etc.) na mesma instalação ou instalações paralelas. Similarmente, os combustíveis hidrofílicos não-renováveis podem ser assim processados para aumentar mais a energia que pode ser extraída dos biossólidos, de acordo com a presente invenção.

FUNDAMENTOS DA 1NVENCÀQ Há uma crescente onda de suporte público por energia renovável, popularmente chamada “Green Power” (Energia Verde). Diversas companhias bem conhecidas, de acordo com a revista Power de maio de 1003, incluindo General Motors, IBM, Dow Chemical e Johnson & Johnson, anunciaram planos para comprar uma parte de sua necessidade de energia de fontes “verdes”. Algumas companhias anunciaram mesmo intenção de substituir toda a eletricidade usada em sua manufatura por “energia verde”. Os pilares do suprimento da energia fóssil, tais como Chevron. British Petroleum (BP) e Shell Oil, anunciaram sua intenção de apoiar as causas ambientais. De fato, a BP é um importante fornecedor de painéis de energia solar. Há um “Green Power Market Development Group" (Grupo de Desenvolvimento do Mercado de Energia Verde) do World Resources Institute (WRI), objetivando desenvolver 1000 Megawatts (MW) de nova “energia verde" de custo competitivo próximo de 2010.

Além disso, mais do que uma dezena de legislaturas do estado necessitam de comercializadores de energia para sincronizar específicas e crescentes percentagens de energia de fontes renováveis. New York ordenou que as agências estaduais devem comprar 25% de sua energia de fontes renováveis próximo de 2013; atualmente 19,3% da energia produzida em New York é gerada por fontes renováveis (New York Public Service Commission). Califórnia aprovou legislação exigindo que 20% da eletricidade das instalações do estado sejam produzidas de fontes renováveis perto de 2017. De fato, uma instalação da Califórnia, Pacific Gás and Electricity (PG&E) anuncia que mais do que 30% de sua eletricidade agora vem de fontes renováveis. Pelo menos 36 varejistas de energia dos U.S. agora oferecem uma alternativa de “energia verde”. A Europa também adotou seriamente a energia renovável, objetivando 20% de sua geração de renováveis em tomo de 2020. A energia renovável convencional geralmente abrange a origem de solar, eólica, hidroelétrica, geotérmica, biomassa e gás de aterro. Há alguma dúvida quanto a como a demanda por energia renovável será atendida. As solar e eólica estão crescendo, porém em uma base muito pequena. A hidroelétrica e geotérmica têm novos sítios limitados e enfrentam oposição ecológica. Não há atualmente outras fontes renováveis a que se pudesse recorrer para preencher a grande brecha entre suprimento e demanda. A biomassa tem sido usada há muito tempo como uma fonte de energia renovável. Por exemplo, madeira e silvicultura, bem como subprodutos da agricultura têm sido usados como combustíveis por séculos, queimando-os mecanicamente em fomos e caldeiras com elevado excesso de ar e baixa eficiência. O National Renewable Energy Laboratory (NREL) define biomassa como: “matéria orgânica disponível em uma base renovável. A biomassa inclui resíduos de floresta e instalações, safras e refugos agrícolas, madeira e refugos de madeira, refugos animais, resíduos de operação de animais de fazenda, instalações aquáticas, árvores e instalações de crescimento rápido e esgotos municipais e industriais”. De acordo com The Sandia National Laboratory’s Combustion Research Facility (CRF), a combustão está envolvida em 85% do uso de energia do mundo. Se a biomassa for para dar uma contribuição significativa para a energia renovável, ela será, direta ou indiretamente, como um combustível. A lama de esgoto e as grandes quantidades de biossólidos que ela contém, com sua água ligada nas células, não foi considerada anteriormente uma fonte de energia. Devido a seu grande teor de água ligada, os biossólidos têm um valor de combustível negativo e não podem ser incinerados, salvo se aquecidos com combustível caro, que tem que ser comprado. Tal incineração de biossólidos pode ser desejável para evitar-se ter que espalhá-los na terra, desse modo eliminando ou pelo menos reduzindo possível contaminação ambiental, porém em um custo muito substancial, isto é, o calor adicional que deve vir dos combustíveis para incinerá-los. A produção de biossólidos nos U.S. é estimada como sendo entre 6,44 e 6,9 milhões de toneladas métricas por ano. As descarga no oceano foi proibida desde os anos 80. A tendência predominante é espalhar os biossólidos em terra agrícola como um fertilizante. Outras tendências são despejar em aterros e incineração.

Em 1998, a produção de biossólidos na Europa foi informada ser de 7,2 milhões de toneladas métricas secas e 25% foram descartados em aterros. A produção é esperada aumentar em pelo menos 9,4 milhões de toneladas métricas em 2005, a aplicação de aterro sendo responsável por 54%, o aterro diminuindo para 19% e a incineração crescendo para 24% - embora a incineração seja estimada custar cinco vezes tanto quanto o aterro.

Em 2001, a produção de biossólidos no Japão foi informada ser de 1,7 milhões de toneladas métricas secas. 40% eram transformados em adubo e o resto era incinerado ou usado para produzir cimento.

Após desidratação e digestão mecânicas vigorosas em instalações de tratamento de esgoto, a concentração de sólidos em biossólidos ainda varia somente de cerca de 14 - 30% e é tipicamente de não mais do que cerca de 20%, o que significa que cada 0,907 t de biossólidos, tratados e desidratados de acordo com a técnica anterior, são acompanhados por cerca de 3,628 t de água, cuja massa é ligada nas células mortas. O custo do embarque da água inerte limita a distância de onde ela pode ser movida de sua fonte, usualmente uma instalação de tratamento de esgoto (WWTP). Estes fatores dão aos biossólidos um valor negativo. Como resultado, a WWTP deve pagar para que alguém descarte os biossólidos. Tal pagamento é com freqüência chamado como uma “remuneração gorjeta’'.

Quando as opções para descarte de biossólidos tornaram-se mais desafiadoras e as opções de descarte são para mais longe da fonte, os custos de descarte e os custos de transporte tornaram-se crescentemente cargas econômicas significativas. Pare reduzir esta carga, a indústria focalizou-se em redução de volume e peso. A indústria de águas residuais envidou extensos esforços para remover a água dos biossólidos gerados em instalações de tratamento. Uma WWTP típica pode empregar centrífugas, prensas de correia, prensas rotativas ou outros processos para fisicamente forçar a água dos biossólidos. Um polímero e outros produtos químicos podem ser adicionados para auxiliar na desidratação. Contudo, tais métodos de desidratação mecânica, usados pelas WWTPs, são ineficientes e caros e incapazes de apreciavelmente reduzir a quantidade de água ligada nas células dos biossólidos. A U.S. Environmental Protection Agency (EPA) classifica os biossólidos de acordo com o regulamento “40 CFR Part 503" como Classe A e Classe B. Este regulamento diz respeito principalmente à aplicação de biossólidos em terra agrícola, a que há oposição ambiental sonora e crescente. Por exemplo, os ambientalistas condenam o uso de biossólidos como um fertilizante por causa de seu conteúdo de organismos vivos causadores de doenças (patógenos e vírus) e metais pesados (tais como chumbo, mercúrio, cádmio, zinco e níquel), bem como sua avaria à qualidade da água do solo. Além disso, os ambientalistas suscitam preocupações acerca de problemas de “qualidade de vida”, tais como insetos e odores, associados com os biossólidos. Como tal, a aplicação na terra dos biossólidos Classe B é proibida em numerosos municípios e espera-se que mais municípios e estados acompanhem. Em um caso, em que 70% dos biossólidos eram Classe B, a proibição de aplicação na terra em municípios adjacentes quase dobrou a remuneração gorjeta de cerca de $125 por 0,907 t seca para cerca de $210-$235.

Além disso, o elevado teor de água ligada nas células dos biossólidos toma sua incineração difícil para muitas indústrias. Por exemplo, a indústria do cimento é considerada ser o terceiro maior usuário de energia do mundo. Ela requer o equivalente a cerca de 213 kg de carvão para produzir cada 0,907 t de cimento. Para conservar o combustível fóssil, 15 instalações de cimento no U.S. queimam refugo perigoso de qualidade combustível e cerca de 35 outras instalações utilizam sucata de pneus para suplementar o combustível fóssil. Um método crescente de descartar biossólidos é incinerá-los em fomos de cimento. Uma vez que seu valor líquido de combustível é negativo, esta prática é somente viável por causa da renda recebida pelo operador do forno, por exemplo, pela remuneração gorjeta, uma vez que combustível adicional, tal como carvão, deve ser queimado para eliminar a água ligada nos biossólidos. Além disso, na manufatura de cimento, certos elementos contidos nos biossólidos, tais como cloro, fósforo, sódio e potássio, não são desejados em razão de afetarem adversamente a qualidade do cimento.

No passado, a necessidade de descarte da biomassa em geral era acompanhada com tentativas de extrair energia calorífica dela, a fim de reduzir os custos de descarte e a carga ambiental dos aterros. As tentativas de extrair energia de tais materiais eram limitadas à queima de combustíveis e refugos sólidos de baixo grau. Por exemplo, os processos anteriores para tirar combustível de refugos sólidos municipais (MSW) geralmente concentra-se em adicionar álcali para auxiliar na remoção da maior parte do cloro contido na forma de PVC encontrada no MSW. Além disso, vários métodos para processar combustível carbonáceo de grau relativamente baixo, tal como carvões sub-betuminosos e de lignita, são conhecidos daqueles de habilidade comum na técnica. Em ambos cenários, entretanto, os combustíveis de baixo grau são usados como matérias primas.

Numerosos esquemas para a pirólise de biossólidos prosseguiram. Entretanto, todos eles foram forçados a lidar com o fato de que os biossólidos contêm quatro vezes mais água do que o material sólido, mesmo após desidratação convencional na instalação de tratamento, por exemplo, é impossível alcançar as temperaturas de pirólise até toda a água ter sido vaporizada, o que requer pelo menos 4000 Btu por 0.454 kg de sólidos, o que, na melhor das hipóteses, poderia ser igual a seu valor de combustível, antes de levar em conta os custos de capital e operacionais.

Como o precedente demonstra, o descarte de biossólidos tem-se tornado crescentemente dispendioso e controverso. Existe necessidade na técnica de um método para limpa e economicamente descartar os biossólidos. A atual invenção fornece um método para descarte de biossólidos. enquanto concomitantemente produzindo um combustível renovável economicamente mais viável.

Na medida em que os biossólidos sozinhos não podem satisfazer a crescente demanda de energia renovável, a conversão de biossólidos em um combustível utilizável, de acordo com a presente invenção, pode ser combinada com a extração de energia de outras fontes, tais como biomassa. Assim, a presente invenção fornece um método e sistema para converter biossólidos, sozinhos ou com biomassa, em um combustível renovável viável em uma maneira ambientalmente benigna.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Como entendido pelos requerentes, os biossólidos são compostos principalmente de células mortas, que têm água ligada em células. Quando submetida a suficiente pressão, para manter a água líquida, o aquecimento de uma lama ou suspensão contendo biossólidos, em uma primeira e relativamente mais baixa temperatura, faz com que as células de biossólidos rompam-se, o que libera a ligação de água dentro das células e, desse modo, converte os biossólidos, de uma substância que não pode praticamente ser desidratada, em um novo combustível, do qual a água pode ser prontamente removida mecanicamente. O aquecimento adicional dos biossólidos adicionalmente divide o dióxido de carbono, desse modo diminuindo o teor de oxigênio dos biossólidos e convertendo os biossólidos em carvão. Uma vez desidratado, o carvão tem um valor de aquecimento positivo e pode ser usado diretamente como combustível, desse modo liberando a energia térmica, que era anteriormente inacessivelmente ligada nos biossólidos.

Por exemplo, em combinação com uma instalação de tratamento de esgoto (WWTP), a presente invenção fornece um método para produzir um combustível viável, renovável de biossólidos, convertendo os biossólidos em um material combustível relativamente seco. Em muitos casos, o processo pode ser integrado com a existente infra-estrutura da WWTP. Uma vez que os biossólidos não têm substancialmente água ligada, a água liberada das células pode ser retomada para a WWTP. Os restantes materiais de célula tomam-se muito menos hidrofflicos, o que lhes dá um valor de aquecimento positivo e lhes permite serem embarcados para o destino desejado em um custo muito reduzido. Se a WWTP for equipada com um estágio de digestão anaeróbico, o gás produzido pode suportar a desoxidação do fluido com combustível usado em sua operação. Os patógenos são destmídos e, quando os biossólidos desidratados são aquecidos suficientemente para carbonizá-los, o produto de carvão resultante contém níveis reduzidos da maior parte das impurezas solúveis em água, incluindo sódio, potássio, enxofre, nitrogênio, cloro e compostos orgânicos, que são separados com a água em excesso. O carvão dos biossólidos é novo figurante do cenário de energia e é um combustível renovável, de baixo custo, para muitas indústrias consumidoras de energia.

Embora aceitáveis para incineradores e aterros, o carvão de biossólidos é mais produtivamente usado onde seu teor de energia é utilizado. Por exemplo, em uma forma de realização, o método e sistema da presente invenção são usados em conjunto com um forno tubular de cimento, para aumentar a eficiência térmica do forno tubular de cimento e manufatura do cimento, enquanto descartando os biossólidos que, de outro modo, constituiríam refugo indesejável. Além disso, o material inerte encontrado nos biossólidos podem tomar-se uma parte do produto. Portanto, não somente é o valor calorífico dos biossólidos utilizado como os inertes não deixam subprodutos negativos por esta configuração.

Uma vez que os biossólidos são produzidos como uma suspensão viscosa, pouca preparação é necessária, exceto mistura para uniformidade. Em seguida ao aquecimentos da suspensão de biossólidos sob pressão em uma temperatura em que as paredes das células rompem-se, mais aquecimento dos biossólidos resulta em um significativo rearranjo molecular das células, divisão de uma proporção substancial de seu oxigênio como dióxido de carbono, que carboniza as substâncias orgânicas e produz o chamado carvão, que é prontamente incinerado. A temperatura necessária para este rearranjo molecular varia mas é tipicamente entre 177 °C e 315 °C (350 °F e 600 °F). As condições agressivamente hidrolisantes liberam ânions para dissolverem-se na fase aquosa. Os cátions anteriormente ligados, tais como sódio e potássio, são igualmente tomados acessíveis para dissolução aquosa e subseqüente remoção e descarte.

Comparada com a incineração de biossólidos (brutos) em fomos de cimento ou incineradores dedicados, o teor de energia positiva do carvão de biossólidos diminui substancialmente a quantidade de combustível suplementar que deve ser comprado. Além disso, os cátions solúveis, fontes de escória de baixa temperatura em caldeiras e indesejáveis em cimento, têm sido largamente removidos com a água livre.

As instalações de forno tubular de cimento e incinerador podem preferir que o carvão seja desidratado a uma extensão máxima, resultando no suprimento e carga de um “carvão” sólido úmido, contendo somente cerca de 40% a 50 % de água, o que é cerca da décima quinta parte daquela encontrada nos biossólidos brutos. Altemativamente, considerações de transporte e manuseio podem fazer com que tais instalações prefiram carvão que tenha sido secado e compactado ou pelotizado. A presente invenção tem a capacidade de suprir carvão em uma ou outra forma.

Além disso, o carvão de biossólidos produzido com esta invenção, com ou sem carvão de outras substâncias tais como biomassa, por exemplo, fornece um combustível que é útil em uma variedade de outras indústrias consumidoras de combustível, incluindo altos fomos, fundições, caldeiras de utilidades, a indústria de energia, a indústria de papel e outras indústrias utilizando combustível fóssil. Por exemplo, a presente invenção contempla uma instalação de energia verde, em que o carvão de biossólidos seja carregado em um combustor de combustível pulverizado ou de leito fluidizado para gerar vapor, ou em um gás de combustível limpo de alimentação por gaseificador, para um ciclo combinado de turbina de gás integrado-gás queimado.

Além disso, o carvão produzido pela presente invenção pode ser a matéria prima para as pilhas termelétricas de hidrogênio, através da oxidação parcial em um gás combustível (largamente monóxido de carbono e hidrogênio), seguido pela mudança de gás de água e a separação de dióxido de carbono, como praticado na tecnologia de amônia sintética. Elas podem ser “refinadas” em combustíveis líquidos, por adaptações de “craqueamento catalítico”, “coqueificação retardada” e “hidrocraqueamento”, padronizadas após os processos estabelecidos, bem conhecidos da indústria de refinaria de petróleo.

Embora a presente invenção seja dirigida ao descarte econômico e ecologicamente saudável dos biossólidos, ela pode ser combinada com outras substâncias apropriadamente tratadas, principalmente biomassa que requer descarte, incluindo mas não limitado a lama de fábrica de papel, refugo de alimentos, refugos agrícolas, estrume de porco, estrume de galinha, estrume de vaca, cascas de arroz, bagaço, refugo verde, refugo de sólidos municipais, refugo médico, refugo de papel, madeira e refugo de madeira, resíduo de azeite de dendê, combustíveis derivados de refugos, licor negro de fábrica de papel Kraft e safras de energia de curta rotação, bem como combustíveis não-renováveis hidrofílicos, tais como carvões de baixa classificação.

Em particular, a presente invenção refere-se a um processo de converter biossólidos em um combustível economicamente viável, pela aplicação de suficiente pressão aos biossólidos, para manter a liquidez, aquecimento dos biossólidos pressurizados a uma suficiente temperatura para romper as células e, em seguida, desprender dióxido de carbono, despressuização da suspensão de carvão resultante, separação do dióxido de carbono da suspensão de carvão e remoção de pelo menos uma parte da fase aquosa da suspensão de carvão, para fornecer um produto de carvão pelo menos parcialmente desidratado para uso adicional. Adicionalmente, a invenção refere-se à reação do produto de carvão desidratado com um gás compreendendo oxigênio para, desse modo, converter seu valor de combustível em energia térmica e utilizar a energia térmica ou incinerar o combustível.

Em resumo, a presente invenção fornece um descarte ambientalmente aceitável dos biossólidos, bem como energia para vários consumidores de energia, tais como fomos de cimento e instalações de energia elétrica. Além disso, a presente invenção fornece: • um método para aumentar a disponibilidade e aceitabilidade ambiental de combustíveis renováveis; • um método para minimizar a quantidade de refugos a serem colocados em aterros; • um processo para reduzir o teor de umidade (água) do refugo indo para o aterro; • um processo para elevar o ponto de amolecimento do carvão combustível renovável, para reduzir a incrustação e formação de escória; • um método de converter um combustível sólido não uniforme, tal como refugo agrícola e de silvicultura e/ou lama de fábrica de papel, em um combustível uniforme; • um método para converter um combustível volumoso em um combustível que seja compacto e de fácil armazenagem e transporte; • um processo para converter um combustível perecível em um combustível estéril, que seja estocável sem deterioração; • um método de fornecer um meio econômico de co-queimar um combustível de outro modo não-complacente; • um método de fornecer uma combinação termicamente eficiente de desoxidação líquida e pelo menos um de uma instalação de tratamento de esgoto, um forno tubular de cimento, e uma instalação termelétrica; • um método para secar biossólidos, antes da introdução em um forno tubular de cimento ou outra instalação similar; • um método de reduzir a quantidade de água introduzida em um forno tubular de cimento e outros combustores; • um processo para co-processar múltiplos estoques de alimentação, utilizando-se desoxidação de fluido; • um método para utilizar o carvão em biossólidos e outras biomassas; • um método para remover (e recuperar) elementos encontrados em biossólidos ou outra biomassa tal como fósforo, cloro ou C02; e • um processo para remover a água de biossólidos e biomassa, a fim de refinar mais estes materiais ou para reduzir custos de descarte ou para utilizar para fertilizar.

Assim, a presente invenção fornece um método para o descarte de lama gerada em instalações de tratamento de esgoto e aguas residuais, de uma maneira econômica e ambientalmente benigna. O método é economicamente benigno porque o produto final é carvão que é livre de odores, bem como substâncias nocivas, tais como vírus ou patógenos e o carvão tem um pequeno volume e é prontamente descartado. O método é ainda economicamente viável porque, na extremidade dianteira, ele beneficia-se da boa vontade dos operadores de instalação de tratamento, para pagar uma remuneração gorjeta, a fim de descartar a lama de esgoto de difícil manuseio e ainda porque, na outra extremidade do ciclo, a lama terá sido convertida em um combustível com um valor de aquecimento positivo, que pode ser usado para gerar mais receita ou outros itens de valor, na forma de pagamentos pela energia térmica gerada ou, por exemplo, trocando o calor extraído por créditos, produtos desejados e similares.

Formas de realização adicionais da presente invenção serão evidentes pela descrição e os desenhos deste pedido.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Outros aspectos e vantagens da invenção podem ser verificados pela seguinte descrição detalhada, que é fornecida com relação ao(s) desenho(s) descrito(s) abaixo: A Fig. I é um fiuxograma esquemático, ilustrando o processo da presente invenção para converter biossólidos em uma suspensão de alta densidade de energia ou secar combustível sólido como uma fonte de energia renovável; A Fig. 2 é um fluxograma em que o processo da presente invenção é usado em uma instalação de tratamento de esgoto; A Fig. 3 é um fluxograma em que o processo da presente invenção é usado na operação de um forno tubular de cimento; A Fig. 4 é um fluxograma em que o processo da presente invenção é empregado na operação de uma instalação termelétrica, utilizando-se combustíveis adicionais, tais como carvões de baixa classificação; e A Fig. 5 é um fluxograma em que o processo da presente invenção é combinado com um secador térmico e usado em um forno tubular de cimento.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO A Fig. 1 ilustra a conversão de biossólidos em um combustível renovável viável. Os biossólidos podem ser supridos como lama, via uma tubulação 107 de uma instalação de tratamento de águas residuais ou esgoto (WWTP) adjacente para um tanque de alimentação bruta 106. Alternativamente, os biossólidos podem ser supridos por um caminhão 108 e bombeados por uma bomba de lama 109, via uma linha 110 para o tanque 106.

Alternativamente, o tanque de alimentação bruta 106 pode receber biossólidos de múltiplas fontes e ser utilizado como um vaso de mistura, por meio do que biossólidos mais biossólidos diluídos são misturados com biossólidos mais espessos e mais viscosos, para tornar a alimentação mais bombeável. Uma instalação de mistura e transformação em suspensão 104 pode também ser utilizada para esta finalidade.

Além disso, o tanque de alimentação bruta 106 ou a instalação de cominuição, mistura e transformação em suspensão 104 podem ser os pontos pelos quais o polímero é adicionado, para reduzir o teor de água da suspensão dos biossólidos ou, alternativamente, onde água é adicionada se a viscosidade da suspensão for um problema.

Calor pode ser adicionado ao tanque 106 para aumentar a viscosidade dos biossólidos. Além disso, uma etapa de cisalhamento ou moagem pode ser adicionada, por exemplo, entre o tanque de alimentação bruta 106 e o dispositivo de bombeio 111. Este cisalhamento ou moagem diminuirá a viscosidade, bem como obterá a uniformidade de tamanho de partícula necessária para operação ótima de uma válvula de diluição de pressão 116. Adição de calor, cisalhamento e moagem também aumentará o desempenho do dispositivo de bombeio 111 e permitirá um material de mais elevado teor de sólidos dentro do sistema.

Em uma forma de realização, um dispositivo de peneiramento é adicionado para remover itens de grande tamanho de partícula, para aumentar o desempenho de qualquer moagem, dispositivo de bombeio 111 e/ou da válvula de diluição de pressão 116. Em outra forma de realização, o tanque de alimentação bruta 106 ou um dispositivo similar pode ser usado para adicionar um agente quelante ou outro produto químico adequado, para remover fósforo ou outros elementos encontrados nos biossólidos.

Do tanque de alimentação bruta 106, a suspensão de biossólidos é bombeada a uma pressão que manterá a água da suspensão em fase líquida, durante subseqüentes operações de aquecimento. Por exemplo, em uma forma de realização, a suspensão está em uma pressão variando de Λ cerca de 28 a 84 kg/cm . Em outra forma de realização, a pressão da suspensão é entre cerca de 18 a 112 kg/cm2. Deve tomar-se cuidado para fornecer um dispositivo de bombeio 11 com uma adequada cabeça de sucção de bomba líquida (NPSH), hidraulicamente ou por assistência mecânica, como com um transportador de parafuso, considerando que a suspensão pode ser muito viscosa e pode conter gases dissolvidos.

Uma alternativa (não mostrada) para reduzir o serviço do dispositivo de bombeio 111 é a adição de bombas de reforço no processo, em qualquer lugar entre o dispositivo de bombeio 111 e a válvula de diluição 116. Uma outra alternativa (não mostrada) para reduzir o serviço do dispositivo de bombeio 111 é a adição de água liberada ou suspensão reagida antes do dispositivo de bombeio 111. A suspensão de biossólidos é bombeada através de trocadores de calor 112 e 113 antes de passar para um reator 114. Embora passando através do trocador de calor 112, a suspensão é aquecida por troca com fluido líquido de transferência de calor (HTF), tal como Therminol 59. Em outra forma de realização (não mostrada), a suspensão pode ser aquecida via troca de calor por vapor, direta ou indiretamente. A temperatura de saída da suspensão deixando o trocador de calor 112 pode variar de cerca de 150 °C a 315 °C (300 °F a 600 °F) e é preferivelmente entre 200 °C e 260 °C (400 °F a 500 °F). Enquanto passando através do trocador de calor 113 é ainda aquecida à temperatura desejada em que as paredes de célula dos biossólidos rompe-se e libera água ligada dentro das células. A temperatura é ainda preferivelmente ajustada, de modo que os outros constituintes das células de biossólidos sejam carbonizados, para converter estes constituintes em carvão por troca de calor com HTF não líquido. Em uma forma de realização alternativa, o vapor condensado de um HTF vaporizável, tal como Therminol VP-1, é usado para aquecer a suspensão à temperatura desejada. Em uma forma de realização, esta temperatura é entre cerca de 200 °C a 260 °C (400 °F a 500 °F). Em outra forma de realização, a temperatura é entre cerca de 150 °C a 260 °C (300 °F a 500 °F). Em ainda outra forma de realização, a temperatura é entre cerca de 260 °C a 350 °C (500 °F a 650 °F).

Embora o projeto dos trocadores de calor, para uso com a presente invenção, não seja crítico, cada um pode compreender dois ou mais envoltórios. Os envoltórios podem ser em paralelo ou em série. Em uma forma de realização, os trocadores de calor 112 e 113 são dispostos em uma série, de modo que a suspensão de biossólidos passe através do trocador de calor 112 antes do trocador de calor 113. O reator 114 (que pode compreender um ou mais reatores em paralelo ou em série) fornece calor em temperatura elevada para primeiro romper as células de biossólidos e completar ainda as reações de desoxidação, para converter os constituintes das células em carvão. Embora uma reação contínua seja examinada aqui, a presente invenção também contempla uma reação intermitente ou semi-intermitente. Como sabido por aqueles de habilidade comum na técnica, os métodos de aquecer os reatores intermitentes podem ser similares àqueles para um reator contínuo. Por exemplo, um reator intermitente pode ser aquecido por injeção direta de vapor, serpentinas de aquecimento ou uma combinação delas.

Uma alternativa adequada (não mostrada) para o reator 114 é uma torre extratora de reator. Uma tal torre tem defletores lado-a-lado (ou outros meios de contato de vapor-líquido), dispostos para fluxo descendente de suspensão parcialmente aquecida do trocador 112, contatando um fluxo ascendente de vapor e dióxido de carbono extraído de um “refervedor” (o equivalente a trocador 113), recebendo suspensão de carvão da base da torre. A torre preferivelmente tem um gradiente de temperatura de topo-para-base de aproximadamente a temperatura de saída da suspensão do trocador 112 até uma temperatura um tanto mais baixa do que aquela deixando o reator simples ilustrado. Em uma forma de realização, o gradiente de temperatura varia de cerca de 200 °C a 260 °C (400 °F a 500 °F). Em outra forma de realização, o gradiente de temperatura é entre cerca de 150 °C e 315 °C (300 °F a 600 °F). O dióxido de carbono deixando o topo do extrator de reator contém apreciável vapor de água, que necessita ser condensado em um novo condensador para água destilada e separado do dióxido de carbono que sai via uma linha 118. Embora o válvula de diluição 116 e separador 117 sejam ainda necessários, pouco dióxido de carbono permanece para ser separado dentro do separador. A suspensão deixando o reator (ou reatores), referida como suspensão de carvão, consiste de células de biossólidos destruídas, das quais a água ligada foi liberada e que também sofreu desoxidação do fluido, isto é, um rearranjo molecular caracterizado por divisão de dióxido de carbono, resultando em um substancial aumento de teor de carbono nos sólidos e uma diminuição substancial de teor de oxigênio nos sólidos. Por exemplo, amostras de carvão consistem de um aumento de cerca de 2% a 15% do teor de carbono nos sólidos, preferivelmente com cerca de 4% a 12% de aumento. Em uma forma de realização, o teor de oxigênio dos sólidos diminui em cerca de 35% a 50%. Em outra forma de realização, a suspensão sofre uma diminuição de teor de oxigênio nos sólidos de cerca de 30% a 70%. A suspensão de carvão flui do reator 114 para o trocador de calor 115, onde ela é parcialmente esfriada entregando calor ao HTF líquido, que chega até ele vindo do trocador 112, via uma linha 142. Em uma forma de realização, a suspensão de carvão é esfriada a uma temperatura variando de cerca de 150 °C a 200 °C (300 °F a 400 °F). Em outra forma de realização, a temperatura da suspensão de carvão, após deixar o trocador de calor 115, é entre cerca de 100 °C a 260 °C (200 °F a 500 °F). O circuito do HTF líquido é completado por um recebedor de HTF líquido 139, uma bomba de HTF líquido 140 e linhas de conexão 141, 142 e 143.

Os serviços dos trocadores de calor 112 e 115 poderíam ser realizadas por um único trocador tendo a suspensão de alimentação fria em um lado e a suspensão de carvão quente do outro, que necessitaria passar as suspensões através dos lados tanto do tubo como do envoltório. Quaisquer depósitos no lado do tubo do serviço de transferência de calor seria relativamente de fácil limpeza. Incrustação no lado do envoltório seria, entretanto, de correção difícil, e os coeficientes de transferência de calor são muito mais baixos com um trocador de produto-para-produto. Como tal, a presente invenção contempla dividir o serviço por dois trocadores, com o HTF limpo sendo um “intermediário”, as suspensões quente e fria então estando nos lados do tubo, com somente HTF limpo nos lados do envoltório. As obrigações dos dois trocadores sendo essencialmente as mesmas (diferindo somente por perda de radiação), as faixas de temperatura do HTF circulante procurando seu próprio equilíbrio.

Em uma forma de realização (não mostrada), o carvão dos biossólidos reagidos deixando o reator 114, enquanto ainda sob pressão, é reciclado de volta para a suspensão de biossólidos pressurizada, antes dela penetrar o reator 114, a fim de facilitar o aquecimento e reduzir a viscosidade da suspensão, antes da destruição das células dos biossólidos e subseqüente desoxidação. O HTF vaporizado flui de um recebedor 114, através da linha 145, para o lado quente do trocador 113, em que é condensado pela transferência de calor para parcialmente aquecer a suspensão de biossólidos e então escoa por meio de uma linha 146 de volta para o recebedor 144. HTF líquido escoa do recebedor 144 por convecção natural (ou uma bomba de carga de forno, não mostrada, se a queda de pressão requerer isto) através das serpentinas de um aquecedor aquecido 147, onde ele é parcialmente vaporizado pelo calor suprido por uma fonte de combustível 148 e flui de volta para o recebedor 144. Em uma forma de realização, a fonte de combustível é gás natural, propano, óleo combustível, suspensão de carvão, carvão ou qualquer combinação deles. Em uma forma de realização alternativa (não mostrada), um dispositivo de combustão, tal como um leito fluido, é empregado para utilizar carvão, suspensão de carvão ou uma combinação de carvão e uma fonte de combustível ou fonte de refugo externa. Em outra forma de realização (não mostrada), um gaseificador é empregado para utilizar carvão, suspensão de carvão ou uma combinação de carvão e uma fonte de combustível ou fonte de refugo externa. Em ainda outra forma de realização, uma caldeira é usada para gerar vapor para aquecimento do processo. A caldeira podería usar carvão, suspensão de carvão ou uma combinação de carvão e uma fonte de combustível ou fonte de refugo externa.

Uma bomba HTF 149 realiza sucção do fundo do receptor 144 e circula HTF vaporizável líquido para uma instalação 135 como uma fonte de calor para secagem de carvão. Após servir a esta finalidade, é retomado, via linha 150, para o receptor 144. A bomba 149 pode também servir a outros serviços de aquecimento auxiliares (não mostrados), tais como uma camisa para o reator 114, para evitar perda de calor.

Após ser parcialmente esfriado dentro do trocador de calor 115, a suspensão de carvão agora fluida escoa através de um esfriador 119, em que sua temperatura é abaixada para próximo da ambiente por troca com água de esfriamento da instalação de uma linha 120. A suspensão de carvão esfriada flui do esfriador 119 para uma válvula de diluição de pressão automática 116, que tem sido responsável por manter as suspensões aquosas sob suficiente pressão, para evitar vaporização. A válvula de diluição de pressão 116 reduz a pressão da suspensão de carvão a uma pressão nominal acima da atmosférica. Isto é conseguido liberando-se dióxido de carbono gasoso e dissolvido, que é separado da suspensão de carvão em um tambor de separação 117. O dióxido de carbono desprendido deixa o tambor de separação 117 via uma linha 118. A válvula de diluição de pressão 116 é submetida a condições vigorosas e tem um elevado potencial para obstrução. Certas etapas podem ser realizadas, entretanto, para minimizar estas difíceis condições. Por exemplo, como anteriormente mencionado, a moagem ou peneiramento pode ser realizado a qualquer tempo antes da válvula de diluição de pressão 116. Além disso, uma etapa anterior da válvula de diluição de pressão 116 de esfriar mais a suspensão reagida, após o trocador de calor 115, como mostrado, reduzirá a quantidade de gás desprendido e reduzirá a aceleração de partículas através da válvula de diluição de pressão 116. Aqueles de habilidade comum na técnica observarão que diversas técnicas de esfriamento são adequadas para uso com a presente invenção. As técnicas de esfriamento poderíam incluir envoltório e tubo em contra-corrente ou trocador de duplo-tubo,esfriados por água de esfriamento da instalação.

Em razão da espumação poder ocorrer dentro do tanque de armazenagem 121 ou do tambor 117, pode ser vantajoso controlar a espumação diluindo-se a pressão em dois ou mais estágios. Em outra forma de realização, a espumação pode ser controlada utilizando-se um bico de pulverização da parte inferior do tambor 117, para pulverizar uma corrente secundária para dentro do tambor 117.

Algum dióxido de carbono dissolvido separa-se dentro do tanque 121 e sai via uma linha 137. Se houver uso ou mercado para o dióxido de carbono, este gás, juntamente com aquele desprendido dentro do tambor 117, saindo via linha 118, pode ser submetido a purificação. Do contrário, ele será coletado e descarregado através da chama de um aquecedor disparado 147, para destruir traços de gases causadores de odor e/ou para recuperação de energia. Aproximadamente 11 a 12 kg de dióxido de carbono são liberados por 0,907 t de biossólidos úmidos processados. Quaisquer compostos de enxofre do dióxido de carbono serão tratados com os necessários dispositivos de controle de poluição. Todos os gases de ventilação são conduzidos para o aquecedor disparado 147 para destruir traços de gases causando odor. A suspensão de carvão líquida flui do fundo do tanque 121 para uma instalação de desidratação 122, onde um ou mais dispositivos comercialmente disponíveis para a separação mecânica de líquidos e sólidos são empregados para separar a água liberada dos sólidos de carvão. Dispositivos de separação adequados podem incluir mas não são limitados a espessantes, hidroclones, centrífugas, filtros rotativos de pressão e vácuo, filtros horizontais, prensas de correia e rotativas e similares. A suspensão líquida de carvão dentro do tanque 121 conterá algum calor e pode ser ideal para uma outra etapa de adição de um agente quelante ou outros produtos químicos, para remover fósforo ou outros elementos encontrados nos biossólidos originais. Os agentes quelantes examinados acima são também adequados para uso neste estágio do processo.

Os sólidos de carvão deixam a instalação de desidratação 122 via um dispositivo de transporte 123. Parte deles ou todos eles podem ser direcionados para um edutor 124, em que eles são misturados com suficiente água de uma linha 125, para formar uma suspensão de combustível de elevada densidade de energia, bombeável. A suspensão de combustível é acumulada em um tanque 126 para descarga em uma tubulação ou caminhão tanque, como requerido, por meio de uma bomba de suspensão de combustível 151 e uma linha 152. Altemativamente, o carvão úmido pode ser transportado pelo meio de transporte 127 e 128 para uma tremonha de carvão úmido 136, para ser descarregado, como requerido, para dentro de caminhões com fundo de tremonha 156.

Altemativamente, parte do ou todo o carvão deixando a instalação de desidratação 122 pode ser direcionado para uma instalação de secagem e/ou pelotização 135, via dispositivo de transporte 127 que, utilizando equipamento comercialmente disponível, seca e compacta ou pelotiza os sólidos. O calor requerido para a secagem é suprido por uma corrente de HTF líquido quente de um receptor de HTF vaporizável 144 por uma bomba de HTF 149, que, após fornecer o necessário calor, é retomado, via linha 150, para o receptor. Combustível de carvão secado é acumulado em um silo de carvão seco 153 para ser descarregado para caminhões de fundo de tremonha 155 e transportado para o mercado. Em uma forma de realização (não mostrada), combustível de carvão seco é esfriado antes de ser acumulado no silo de carvão seco 153. Em outra forma de realização, o produto seco é armazenado sob cobertor de nitrogênio, para evitar explosões de pó e fogo no evento de que o produto não seja transportado diretamente da instalação.

A

Agua evaporada do secador 135 escoa através de um condensador 138 e o condensado é transportado via uma linha para o tanque de água liberada.

Em uma forma de realização (não mostrada), o calor requerido para a instalação de secagem 135 pode ser produzido por pelo menos um dos métodos de um leito fluido, caldeira ou gás de combustão de um gaseificador. A fonte de combustível para o calor requerido para a secagem podería ser pelo menos de um carvão, suspensão de carvão ou uma combinação de carvão e uma fonte de combustível externa ou fonte de refugo. Em uma forma de realização (não mostrada), o gás de um digestor de uma instalação de tratamento de águas residuais adjacente é utilizado como combustível para pelo menos um de aquecedor e secador do processo.

Embora não mostrado na Fig. 1, carvão não inteiramente renovável, secado na instalação de secagem 135, porém não pelotizado, pode ser desviado para um dispositivo de mistura, com que é incorporado dentro de um óleo combustível. A tecnologia parece-se com aquela dos programas de mistura de carvão-óleo (COM) desenvolvidos e testados nos anos 80. Embora não se conformando com as especificações de óleo combustível existentes, tal adição acrescentaria valor de aquecimento e, em alguns casos, reduziría o teor de enxofre a baixo custo. Este novo combustível é de interesse para usuários em que carvão não é um problema, tais como em fomos de cimento e altos-fomos. Embora qualquer grau de combustível destilado ou residual possa ser usado, candidatos mais prováveis são óleos de resíduos de alambique fora da especificação, combustível de refinaria, óleo lubrificante usado e similares. A suspensão de óleo-carvão é também atrativa para usos de combustível interno. A água liberada, separada do carvão úmido na instalação 122, escoa através de uma linha 129 para um tanque de água liberada 130, do qual é bombeada por uma bomba de água liberada 132, via uma linha 132 para uma instalação de cominuição e transformação em suspensão 104 e/ou tanque 106 e/ou é retomada para a instalação de tratamento de águas residuais (WWTP), via a linha 134. Dependendo da escala de classificação para tratamento na WWTP, pode ser econômico empregar-se algum pré-tratamento, por meio comercial conhecido, em uma instalação de pré-tratamento 133. Qualquer lama que seja derivada da instalação de pré-tratamento pode ser transportada para a instalação de secagem 135. Como examinado anteriormente, o produto secado pode ser armazenado sob cobertor de nitrogênio ou outro método, para evitar explosões de pó.

Embora o fluxograma do processo da Fig. 1 tenha sido descrito com respeito ao tratamento de grandes quantidades de biossólidos, como acumulado muitíssimo freqüentemente nas instalações de tratamento de esgoto e águas residuais municipais, aqueles de habilidade comum na técnica observarão que outras substâncias, tais como biomassa, podem ser desidratadas com o processo geral da invenção, além dos biossólidos, para aumentar a quantidade de combustível sendo gerado. Por exemplo, refugos de biomassa fluida, tais como lamas de fábrica de papel e reciclagem de papel, podem ser carregados via um caminhão tanque 108 ou uma tubulação 107 ou uma bomba 109 e linha 110. Se o refugo contiver quantidades apreciáveis de compostos de cloro, álcali de pelo menos o equivalente químico do cloro é também adicionado (não mostrado). Refugos de biomassa sólida, como da agricultura e silvicultura, podem ser carregados via um transportador 101 para a instalação de cominuição e transformação em suspensão 104, empregando-se tecnologia conhecida descrita, por exemplo, na Patente U.S. No. 5.685.153, cuja inteira descrição é incorporada aqui por referência. Combustíveis carbonáceos de baixo grau, tais como carvão sub-betuminoso Powder River Basin, podem alternativa ou adicionalmente ser carregados na instalação 104, via um meio de transporte 102. Água reciclada é adicionada à instalação como requerido, para viscosidade de suspensão especificada, por meio da linha 132, e/ou água fresca por meio da linha 103. Como resumido acima com respeito aos biossólidos, o estoque de alimentação hidrofílico enlameado é transferido via uma linha 105 para o tanque de armazenagem 106. A elevada reatividade do carvão de biossólidos, como produzido por uma unidade exemplificada pela Fig. 1, foi observada. Esta propriedade de suas moléculas carbonáceas será útil para uma instalação de gaseificação ou uma instalação química, utilizando-a como matéria prima para compostos orgânicos oxigenados, detergentes, tensoativos, plastificantes, aditivos de óleo lubrificantes e similares de baixo peso molecular (tais como ácido acético, álcoois, aldeídos e cetonas) ou de mais elevado peso molecular. Entre as futuras possibilidades para gaseificação de carvão é a mudança do teor de CO do gás para dióxido de carbono e hidrogênio, com subseqüente separação do dióxido de carbono para produzir hidrogênio para células combustíveis. Esta separação pode bem ser realizada pelas novas membranas de metal-cerâmica sendo desenvolvidas para o projeto U.S. Department of Energy (DOE) FutureGen, em colaboração com Oak Ridge National Laboratory e Eltron Research. A Fig. 2 é um fluxograma de uma combinação de uma instalação de tratamento de águas residuais (WWTP), operando de acordo com a presente invenção e, adjacente a ela, uma eficiente instalação de processamento de biossólidos, operando de acordo com a presente invenção e empregando desoxidação de fluido, para economicamente converter biossólidos em um material combustível, resultando na eliminação da maior parte da água dos biossólidos WWTP e, particularmente, da água ligada nas células de biossólidos, que de outro modo inflaria o custo do transporte e/ou evaporação da água dos biossólidos e, desse modo, tomaria o uso dos biossólidos inexeqüível. O gás combustível da digestão anaeróbica de WWTP pode ser usado para fornecer calor necessário para a desoxidação, assim economizando o custo do combustível comprado. Além disso, a água tratada da WWTP pode ser utilizada para transformar em suspensão a água para a unidade de desoxidação de fluido. Além disso, a WWTP pode também tratar o efluente da unidade de desoxidação.

Em particular, a WWTP 201 recebe drenagem de tempestade via um ou mais condutos 203 e esgoto via um ou mais condutos 204. Empregando-se tecnologia conhecida, uma WWTP tipicamente emprega ar atmosférico penetrando via um conduto 205 e vários aditivos costumeiros, tais como floculantes e cal, via um sistema de transporte 206. Este tratamento convencional de esgoto e águas residuais resulta na produção de um gás digestor, deixando a WWTP via um conduto 207, que é utilizado como uma fonte de combustível para a presente invenção. O tratamento produz uma lama de esgoto viscosa, isto é, uma lama ou suspensão de biossólidos saindo através da linha 208. A concentração de sólidos tipicamente será na faixa de entre cerca 3% a 40% e mediando cerca de 20%. Em razão de os biossólidos conterem cerca de 80% de água ligada, eles são de difícil transporte para locais de descarte aceitáveis, para combustar com a água presente ou tentar fisicamente desidratá-los. A unidade de desoxidação 202, empregando o processo da Fig. 1, é instalado tão próximo quanto exeqüível da fonte dos biossólidos. Pelo rompimento da estrutura celular e dividindo-se o dióxido de carbono das moléculas compondo os biossólidos, a suspensão é pronta e mecanicamente desidratada para conter cerca de 35% a 65% de sólidos. A água agora separável (liberada) (cerca de 90% daquela dos biossólidos brutos) é reciclada para a WWTP através da linha 211, onde ela pode ser pré-tratada com membranas, tecnologias de remoção de amônia, tecnologias de digestão anaeróbica ou tecnologias de osmose reversa. Na secagem, o carvão restante tem somente cerca de 15% a 17% do peso dos biossólidos brutos, resultando em grandes economias de custo para transportar o carvão para um ponto de uso ou descarte. O carvão de baixo teor de umidade, não secado, saindo via meio adequado 210, pode ser aceitável em um aterro próximo, para o qual é transportado por uma esteira transportadora ou transportador adequado 212. Ele pode similarmente ser transportado para um incinerador próximo, via um meio 213, onde sua incineração requererá muito menos combustível do que os correspondentes biossólidos brutos consumiríam. Além disso, carvão secado ou não secado pode ser transportado para um forno tubular de cimento próximo, via um meio 214, onde ele requer significativamente menos combustível comprado do que seria necessário para uma quantidade equivalente de biossólidos brutos. O carvão pode também ser transportado, via um meio 215, para uma instalação química, onde (auxiliado por alta reatividade) ele é prontamente convertido em combustível ou gás sintetizado, em compostos oxigenados, fibras de carbono, em produção de fertilizante e/ou em aterro. O carvão de baixo teor de umidade pode ser transportado, pelo meio 216,como uma suspensão bombeável ou como pelotas secas, para uma estação termoelétrica, onde sua alta reatividade permite eficiente combustão com baixo excesso de ar e elevado esgotamento de carbono.

Igualmente, tão significante quanto o fluxo de materiais e energia é o fluxo de dinheiro, na forma de remuneração goqeta, da WWTP para a unidade de processamento de biossólidos, como indicado por uma linha tracejada 217. A remuneração goqeta é a remuneração paga pela WWTP para o proprietário da unidade de processamento, para controlar seus biossólidos.

Uma vez que o suprimento do novo combustível examinado acima será inicialmente pequeno, é ótimo para uso local. Como tal, um dos primeiros usuários do combustível a aceitá-lo são provavelmente os operadores de forno tubular de cimento, uma vez que eles podem, em grande parte, tolerar seu alto teor de cinzas. Outras áreas adequadas de uso são os altos-fomos e fundições, uma vez que eles estão acostumados a queimar carvão ou coque e a dispor das cinzas com outras impurezas como escória. À medida que o suprimento do carvão de biossólidos aumentar, ele tomar-se-á de interesse para os usuários de carvão em geral, incluindo instalações termoelétricas. Tais aplicações são tratadas com mais detalhes nas figuras restantes.

Por exemplo, a Fig. 3 é um fluxograma ilustrando uma eficiente instalação de processamento de biossólidos, para converter biossólidos em um combustível, preferivelmente material carbonizado, que é combinado com um forno tubular de cimento. Este aspecto da presente invenção realça a drástica redução de água que, de outro modo, acompanharia os biossólidos brutos para dentro do forno, possibilitando um substancial aumento da quantidade de biossólidos consumida, com um aumento proporcional da remuneração gorjeta recebido pelo processador e Btus carregados no forno.

Em particular, uma unidade de desoxidação de fluido 301, empregando o processo descrito com respeito à Fig. 1, é instalada tão próximo quanto exeqüível de uma ou mais WWTPs, a fonte dos biossólidos, como indicado por um meio de transporte 303. Rompendo-se as paredes das células dos biossólidos e descarregando-se dióxido de carbono que pode ser formado ao mesmo tempo (linha 304), o carvão resultante pode agora ser prontamente mecanicamente desidratado para compreender cerca de 35% a 65% de sólidos. A agora separável água (cerca de 90% daquela dos biossólidos brutos), é reciclada para a WWTP através da linha 305 ou é usada para processar formação de suspensão. O carvão, como uma suspensão concentrada, um sólido úmido ou um sólido seco, é transportado para um forno tubular de cimento 302, via um meio de transporte 306. Os ingredientes básicos do cimento Portland (calcário, argila e xisto) são carregados via os condutos 307, 308 e 309 e são moídos, misturados e carregados no forno através de um conduto 310. Em uma seção de pré-aquecimento, estes ingredientes são contatados em contra-corrente com gás de combustão quente, o que eleva a temperatura para impelir para longe água de cristalização e calcinar o calcário. Próximo da base da seção de pré-aquecimento, combustíveis de refugo, tais como pneus usados e asfalto quebrado, são carregados através de um conduto 311. Se necessário, para obter-se a temperatura desejada, combustível, tal como carvão mineral, óleo ou gás, é aquecido junto com ar de combustão dentro da seção de pré-aquecimento. A mistura pré-aquecida é então descarregada em uma extremidade de um forno rotativo horizontal.

Quando os ingredientes pré-aquecidos deslocam-se para a extremidade oposta do forno rotativo, eles são mais aquecidos à temperatura necessária para reagirem e formarem clínquer de cimento por aquecimento, em uma extremidade de descarga, principalmente combustível suprido através de um conduto 312 (que pode incluir carvão de biossólidos), juntamente com o correspondente ar de combustão, suprido via uma ventoinha de ar de combustão (não mostrada) e um conduto 313. O gás de combustão, do qual a maior parte do calor sensível foi recuperado, deixa o forno via uma ventoinha de exaustão e equipamento de recuperação de pó (não mostrado) através da linha 314. O clínquer de cimento deixa o forno, via troca de calor com ar de combustão, através de um conduto 315. O clínquer esfriado é moído e misturado com gesso para formar o cimento Portland. A maior parte dos constituintes de cinza do carvão de biossólidos é tolerável no cimento Portland, com exceção de cátions solúveis, tais como sódio e potássio e os sulfatos e cloretos, que vão principalmente para o efluente da unidade de desoxidação de líquido e são retomados via um conduto 305 para a WWTP. A exceção é o fósforo, que com freqüência é ligado em forma insolúvel pelo ferro. É possível que o teor de fósforo possa limitar a quantidade de carvão de biossólidos que um determinado fomo tubular de cimento pode aceitar. Caso o teor de fósforo do carvão produzido pela unidade 301 seja tão alto que limite a quantidade de carvão de biossólidos que possa ser aceita no clínquer de cimento, uma solução de quelato (ou outro agente solubilizante) pode ser empregada via uma linha 316, para extrair parte deste elemento. O extrato contento fósforo é então descarregado através da linha 317 e deve ser descartado de maneira a evitar retomá-lo para a WWTP. A fração inorgânica de biossólidos pode ser tão alta quanto cerca de 50% em um base seca. Esta cinza inerente encontrada nos biossólidos pode reduzir as quantidades de calcário, argila e xisto introduzidas nas linhas 307, 308 e 309, respectivamente. Se a unidade 301 for localizada próximo do fomo tubular de cimento 302, uma parte de uma corrente de águas residuais 305 pode ser utilizada no fomo tubular de cimento 302 para esfriar ou outras finalidades, ou em redução NOx. O calor perdido pela corrente 314 ou outras correntes de calor perdido, incluindo aquecimento por irradiação, pode ser utilizado pela unidade 301 como calor do processo para o sistema, incluindo aquecimento do material de alimentação, calor do processo ou secagem do produto reagido. O dióxido de carbono desprendido da corrente 302 pode ser conduzido para o fomo tubular de cimento 302 para recuperação de calor ou redução de odor.

Igualmente tão significativo quanto o fluxo de materiais e energia é o fluxo de dinheiro, na forma de remunerações gorjeta, da WWTP para a combinação de unidades 301 e 302, como indicado pela linha tracejada 318. Uma parte da remuneração vai para o proprietário da unidade 301, como indicado pela linha tracejada 319 e o resto vai para o proprietário do fomo tubular de cimento 302, como indicado por uma linha tracejada 320. A Fig. 4 é um fluxograma simplificado de uma eficiente instalação de processamento de biossólidos 401, empregando desoxidação para converter biossólidos em um material combustível, em estreita proximidade e combinada com uma estação termoelétrica 402. A unidade 401 é tipificada pela Fig. 1, carregando biossólidos de uma WWTP. Entretanto, uma vez que o suprimento de biossólidos disponível para uma instalação de tamanho econômico é improvável ser suficiente para suas necessidades de combustível, ele também representa uma família de processos de desoxidação de líquido carregando um espectro de biomassa renovável e/ou combustível fóssil hidrofílico de baixa classificação. Com qualquer um ou todos estes combustíveis potenciais, a desoxidação de líquido toma-os menos hidrofüicos e mais uniformes e termicamente eficientes para combustão na instalação de força 402. A instalação 402 representa um espectro de sistemas de combustão convencionais e não-convencionais, culminando, via ciclos combinados de turbina de vapor ou turbina de gás, na produção de eletricidade para o mercado local e/ou rede nacional.

Os biossólidos são carregados na unidade 401 via uma linha 403. Alternativa ou adicionalmente, o refugo de biomassa, como lama de fábrica de papel ou da agricultura ou silvicultura, é suprido por um meio de transporte 404 e (opcionalmente) combustível fóssil hidrofílico de baixa classificação é suprido através de um meio de transporte 405. Água como necessário, para formar uma suspensão de carga bombeável, é adicionada através de uma linha 406. Após ser processada de acordo com a Fig. 1, a água agora em excesso é retomada para uma WWTP ou tratada para descarga por meios conhecidos, via uma linha 207. Suspensão de carvão de alta densidade de energia uniforme (desidratada), ou carvão secado e pelotizado, é suprido, através de um meio de transporte 408, para a instalação 402. O carvão ou suspensão de carvão transportado pelo meio de transporte 408, é combustado por um dos métodos conhecidos, para produzir energia térmica para a geração de vapor, que é expandido através de turbinas de vapor convencionais acionando geradores elétricos, ou pode ser parcialmente oxidado (com ar ou oxigênio comercial), para produzir um gás combustível, subseqüentemente queimado em um combustor de turbina a gás acionando um gerador elétrico, cujo gás de exaustão quente gera vapor para um gerador de vapor acionado a turbina integrado. A combustão parcial do carvão pode ser realizada de acordo com processos conhecidos, separando a cinza como uma escória fluida ou, de acordo com a Patente U.S. No. 5.485.728, cuja inteira descrição é incorporada aqui por referência, que ensina a separação das partículas de cinza em uma suspensão aquosa.

Uma vez que a quantidade de cinza disponível pode ter insuficiente energia de combustível para gerar a quantidade de eletricidade para a qual há um mercado, combustível fóssil suplementar pode ser suprido via um meio de transporte 410. Ar para a combustão ou combustão parcial da biomassa e/ou carvão combustível fóssil é suprido através de uma linha 411. Após submetê-lo a apropriadas medidas de controle de poluição conhecidas, o gás de combustão (ou gases) da combustão na instalação 402 é (são) descarregados através de uma chaminé 412. A composição da água de alimentação tratada da caldeira é suprida através de uma linha 413 e descarga requerida para manter a água da caldeira dentro das especificações é realizada via uma linha 414 para a unidade 402, onde ela pode compreender parte da água necessária para formar uma suspensão de alimentação suficientemente fluida para a operação de desoxidação. Cinza, o resíduo não-combustível da queima de carvão e combustíveis auxiliares, ou suspensão de cinza, é retirado para descarte via um conduto 415.

Um dos métodos conhecidos de controlar a emissão de óxidos de nitrogênio das caldeiras sob pressão atmosférica é superqueimar com um combustível reativo acima da zona de chama principal. Em razão de seu teor de voláteis e da alta reatividade, o carvão de biossólidos é um combustível adequado para esta finalidade e uma parte daquele do meio de transporte 408 pode ser desviado por meio de um dispositivo de transporte 416 para redução de óxido de nitrogênio. O produto da combinação, eletricidade, é suprido do local via cabos elétricos 417.

Para simplificação, a unidade de tratamento de biossólidos 401 é mostrada como se ela tivesse a capacidade e suprimento de matéria prima para fornecer à instalação de força 402 com suficiente combustível de carvão. Em uma instalação prática, uma unidade de tratamento 402 pode ser localizada adjacente à instalação de força 402 e uma ou mais de tais unidades 401 podem ser instaladas em outro(s) local(ais) próximos das fontes de matéria prima. Isto dá a operador a flexibilidade de empregar temperaturas de desoxidação adaptadas, otimizadas para o estoque de alimentação particular. Em tal caso, carvão seco pode então ser embarcado para a instalação de força 402 por estrada ou ferrovia ou, se a economia ditar, ele pode ser suprido como uma suspensão aquosa, via uma tubulação. O fluxo de dinheiro, na forma de uma remuneração gorjeta, da WWTP para a unidade de desoxidação, é indicada por uma linha tracejada 418. A Fig. 5 é um fluxograma simplificado de uma combinação compreendendo uma unidade secadora térmica 501 e um forno tubular de cimento 502. A unidade secadora térmica 501 é instalada tão próximo quanto exeqüível de um ou mais fomos de cimento 502, empregando principalmente a mesma configuração mostrada na e em descrita em conjunto com a Fig. 3, porém sem desoxidação dos biossólidos. Os biossólidos são supridos via um meio de transporte 503. Aplicando-se calor às células de biossólidos brutas, a água contida dentro das células é evaporada e sai via a linha 505 para purificação e condensação ou, altemativamente, é conduzida via uma linha 517 de volta para o fomo, para ser utilizada no fomo como água de composição ou para redução de NOx.

Os biossólidos secados resultantes são conduzidos para o fomo via uma linha 506, onde o valor Btu bem como o valor da cinza são utilizados. Os ingredientes primários, tal como são mostrados na Fig. 3, são adicionados ao fomo nas linhas 507, 508, 509 através de um conduto 510. Como na Fig. 3, em uma seção de pré-aquecimento, os combustíveis de refugo são adicionados, tais como pneus usados e asfalto quebrado, carregados através de um conduto 511. Como na Fig. 3, o ar de combustão e combustível primário chegam via os condutos 513 e 512, respectivamente. O clínquer de cimento deixa o forno via um conduto 515.

Embora a secagem térmica tenha uma perda de energia inerente do calor latente na evaporação da água, esta perda pode ser inteira ou parcialmente superada por integração com o forno tubular de cimento e utilizando-se calor do forno via um conduto 518. Mais especificamente, gás combustível, normalmente deslocando-se via um conduto 514 para uma apropriada descarga, pode ser dirigido, via um conduto 516, para o secador térmico, desse modo reduzindo a necessidade de combustíveis primários no secador térmico 501 para evaporar a água liberada dos biossólidos.

Como examinado brevemente acima, em razão de o suprimento potencial do carvão de biossólidos ser menor, em ordens de magnitude, do que o do mercado de combustíveis gerais, outras substâncias, por exemplo, biomassa, podem ser co-processados em uma unidade de desoxidação de líquido ou processados em equipamento paralelo e os carvão resultante, misturado antes de ser usado como um combustível, por exemplo, de acordo com os ensinamentos da Patente U.S. No. 5.485.728. Diversos locais, tais como Hawaii (refugos de biossólidos, abacaxi e cana de açúcar) e Sacramento, Califórnia (biossólidos e cascas e hastes de arroz), oferecem sítios para co- ou paralela desoxidação de suspensão. As lamas de fábrica de papel e de reciclagem de papel, embora possam requerer adição de álcali para neutralizar o cloro, são outras fontes promissoras de biomassa hidrofílica suplementar. Estes métodos propiciam um meio de consolidar diversas fontes em um combustível de suspensão de carvão líquido ou sólido uniforme. EXEMPLOS

Os seguintes exemplos são somente representativos dos métodos e sistemas para uso na prática da presente invenção e não são para ser interpretados como limitadores do escopo da invenção de forma alguma. EXEMPLO 1 Os biossólidos de duas instalações de tratamento de águas residuais, uma em Atlanta, Geórgia, e uma em Riverside, Califórnia, foram submetidos ao tratamento anteriormente descrito, em uma instalação piloto contínua, resultando nas seguintes análises de alimentação e produto, informadas em uma base livre de umidade e cinza: Como seria de se esperar, a divisão do dióxido de carbono resultou cm um aumento do teor de carbono e uma correspondente diminuição do teor de oxigênio. A composição do gás desprendido das duas modalidades foi como segue: EXEMPLO TEÓRICO 1 Um forno tubular de cimento no sudoeste dos U.S. tem uma capacidade de produção de 2902 t/dia. Para alcançar as temperaturas requeridas para formar o “clínquer” de cimento, ele queima carvão mineral de baixo grau, suplementado em algum grau carregando-se pneus de borracha sucata. O calor sensível do gás combustível, após pré-aquecer carga mineral e ar de combustão, pode aproveitar para secar e incinerar 18 t/dia (base seca) de biossólidos das instalações de tratamento de águas residuais da área. Embora cada 0,907 t de constituintes de biossólidos sejam acompanhados por cerca de 3,63 t de água (fornecendo aos biossólidos um valor de aquecimento negativo), a receita da remuneração goqeta compensa o custo de carvão mineral extra que deve ser queimado. Entretanto, a quantidade é limitada pela capacidade térmica de evaporar a água e pelo aumentado volume de gás combustível, aumentando a queda de pressão e cavalo-vapor da ventoinha.

Utilizando-se esta invenção, o forno pode utilizar biossólidos desidratados e desoxidados de acordo com a presente invenção em uma ou mais das WWTPs próximas. Como tal, cerca de 80% a 94% da água anteriormente carregada com os biossólidos brutos desvia-se do forno, permitindo que ele carregue sete vezes tanto material desoxidado, sem exceder a capacidade térmica e os limites de cavalo-vapor da ventoinha. Os biossólidos descartados pelo forno podem ser aumentados em um fator de cerca de 700%, com um correspondente aumento das remunerações goqeta.

Exceto nos exemplos operacionais, ou a menos que de outro modo expressamente especificado, todas as faixas numéricas, quantidades, valores e percentagens, tais como aqueles para quantidades de materiais, tempos e temperaturas de reação, relações de quantidades e outros da parte seguinte da especificação, podem ser lidos como se prefaciados pela palavra “cerca de”, mesmo embora o termo “cerca de” não possa expressamente aparecer com o valor, quantidade ou faixa. Desta maneira, a menos que indicado ao contrário, os parâmetros numéricos expostos na especificação a seguir e reivindicações anexas são aproximações que podem variar, dependendo das propriedades desejadas que se procura obter pela presente invenção.

Embora as faixas numéricas e parâmetros expondo o amplo escopo da invenção sejam aproximações, os valores numéricos fornecidos nos exemplos específicos são informados tão precisamente quanto possível. Qualquer valor numérico, entretanto, contém inerentemente certos erros, necessariamente resultando do desvio padrão encontrado em suas respectivas medições de teste. Além disso, quando as faixas numéricas de escopo variável são expostas aqui, considera-se que qualquer combinação destes valores, inclusive dos valores citados, possa ser usada. A invenção descrita e reivindicada aqui não é para ser limitada em escopo pelas formas de realização específicas aqui descritas, uma vez que estas formas de realização são pretendidas como ilustrações de diversos aspectos da invenção. Quaisquer formas de realização equivalentes são destinadas a situarem-se dentro do escopo desta invenção. Na realidade, várias modificações da invenção, além daquelas mostradas e descritas aqui, tomar-se-ão evidentes para aqueles hábeis na técnica pela descrição precedente. Tais modificações são também destinadas a situarem-se dentro do escopo das reivindicações anexas. Todas as patentes e pedidos de patente citados no texto precedente são expressamente incorporados aqui por referência em sua totalidade.

Claims

1. Processo para converter biossólidos num combustível, sendo caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: fornecer biossólidos compreendendo células e água ligada nas células; aplicar pressão suficiente aos biossólidos para manter liquidez; aquecer os biossólidos pressurizados numa primeira temperatura suficiente para romper as células e. deste modo, liberar a água ligada nas células para formar uma suspensão de células de biossólidos rompidas; aquecer os biossólidos numa segunda temperatura suficiente para desprender dióxido de carbono dos biossólidos e formar uma suspensão de carvão compreendendo células de biossólidos rompidas, carbonizadas; esfriar a suspensão de carvão de células de biossólidos rompidas, carbonizadas, até uma temperatura próxima da ambiente, enquanto a suspensão de carvão é mantida sob pressão suficiente para evitar vaporização; despressurizar a suspensão de carvão esfriada de tais células de biossólidos rompidas, carbonizadas, até uma pressão nominal acima da pressão atmosférica para formar uma suspensão de carvão líquida; separar o dióxido de carbono da suspensão de carvão líquida; e remover ao menos uma parte da água ligada nas células liberada da suspensão de carvão líquida para prover um produto de biossólidos rompido pelo menos parcialmente desidratado.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a remoção de ao menos uma parte da água ligada nas células liberada fornece um produto de carvão pelo menos parcial mente desidratado, e inclui reagir o produto de carvão com um gás compreendendo oxigênio para converter o seu valor de combustível em energia térmica, e compreende ainda pelo menos uma dentre as etapas de uso da energia térmica e de incineração do combustível.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de aplicar pressão suficiente compreende prover uma bomba, e em que bombas de reforço estão providas a jusante da bomba para reduzir a pressão de admissão requerida da bomba.

4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de aplicar pressão suficiente compreende prover uma bomba, e em que água livre da etapa de remoção é recirculada para a etapa de fornecimento para reduzir a pressão de admissão requerida da bomba.

5. Processo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a etapa de remover compreende remover constituintes solúveis em água da suspensão de carvão.

6. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de remover compreende ainda a etapa de remover água livre de pelo menos um dentre a suspensão de carvão líquida e os produtos parcialmente desidratados como vapor, produzindo um produto seco.

7. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o produto seco é um produto de carvão seco, e compreende misturar o produto de carvão seco com um óleo combustível para formar uma mistura de carvão mineral-óleo.

8. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de a suspensão ser uma suspensão de carvão de células de biossólidos rompidas, carbonizadas, e compreender misturar a suspensão de carvão com um óleo combustível para formar uma mistura de carvão mineral-óleo.

9. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a suspensão ser uma suspensão de carvão e o produto de biossólidos rompido pelo menos parcialmente desidratado ser um produto de carvão.

10. Processo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por compreender ainda transportar o produto de carvão para uma instalação química e converter o produto de carvão em pelo menos um dentre um gás de síntese, óleo, compostos oxigenados, fibras de carbono, aditivo de fertilizante, e suas combinações.

11. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a etapa de remover compreender ainda reciclar ao menos uma parte da água removida da suspensão de carvão líquida para a etapa de fornecimento.

12. Processo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por compreender ainda pré-tratar água removida da suspensão de carvão.

13. Processo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o pré-tratamento da água removida da suspensão de carvão líquida proporciona um gás metano.

14. Processo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por incluir reciclagem de ao menos uma parte da água pré-tratada para a etapa de fornecimento.

15. Processo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por compreender ainda adicionar um agente quelante à dita água removida da suspensão carbonizada.

16. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda adicionar pelo menos um dentre água, calor, vapor, e uma combinação dos mesmos aos biossólidos antes da etapa de aplicar.

17. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender pelo menos um dentre moer e cisalhar os biossólidos antes da etapa de aplicar.

18. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender peneirar os biossólidos antes da etapa de aplicar.

19. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda pelo menos um dentre esfriar a suspensão antes da despressurização e esfriar a suspensão após a despressurização.

20. Processo, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a etapa de esfriar ocorre antes da etapa de despressurizar.

21. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de separar o dióxido de carbono compreende ainda no mínimo uma das etapas de: sequestrar dióxido de carbono para dentro de pelo menos um dentre terra e um grande corpo de água; purificar e usar dióxido de carbono para pelo menos um dentre bebidas de carbonização, extintores de incêndio de pressurização, propelente de recipiente de pulverização, refrigerante, e gás de cobertura inerte; usar o dióxido de carbono como um agente de inundação capaz de ser misturado para recuperação de óleo terciário; e suas combinações.

22. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda troca de calor na suspensão com aqueles biossólidos pressurizados.

23. Processo, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que a etapa de troca de calor ocorre antes da etapa de aplicar.

24. Processo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de cinza produzida ser utilizada em pelo menos um dentre um forno tubular de cimento, materiais de construção, adubo composto, ou produto de fertilizante.

25. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aquecimento compreende utilizar vapor como um meio de aquecimento.

26. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um enxofre contido no gás de dióxido de carbono é gerado na etapa de separação, e inclui remover o enxofre com equipamento de controle de poluição.

27. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente: receber os biossólidos de múltiplas fontes, os ditos biossólidos incluindo uma primeira alimentação de biossólidos que é mais diluída e uma segunda alimentação de biossólidos que é mais viscosa, os ditos biossólidos compreendendo células e água ligada nas células; e misturar a primeira alimentação de biossólidos mais diluída com a segunda alimentação de biossólidos mais viscosa para proporcionar uma alimentação de biossólidos mais bambeável.