BRPI0617461A2

BRPI0617461A2 - processo para produzir um combustÍvel a partir de uma carga de alimentaÇço, àleo combustÍvel, mÉtodo para alimentar com combustÍvel um dispositivo acionado por combustço, processo para produzir um fertilizante a partir de uma carga de alimentaÇço, mÉtodo para fertilizar uma planta, processo para produzir uma raÇço de uma carga de alimentaÇço, mÉtodo para alimentar um animal, e, processos para converter resÍduo de desfibrador em àleo e para converter uma corrente bruta em combustÍvel

Info

Publication number: BRPI0617461A2
Application number: BRPI0617461-2A
Authority: BR
Inventors: Terry N Adams; Brian S Appel; Craig Timothy Einfeldt; James H Freiss
Original assignee: Cwt Llc Ab
Priority date: 2005-10-17
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2011-07-26
Also published as: WO2007047063A2; WO2007047063A3; CA2626251C; EP1951618A4; EP1951618A2; JP2009511734A; NO20081895L; AU2006303016A1; EP1951618B1; ES2691202T3; PL1951618T4; PT1951618T; KR101419756B1; MX336111B; IL190911A0; KR20080064866A; AU2006303016B2; PE20070860A1; PL1951618T3; CA2626251A1

Abstract

PROCESSO PARA PRODUZIR UM COMBUSTÍVEL A PARTIR DE UMA CARGA DE ALIMENTAÇçO, àLEO COMBUSTÍVEL, MÉTODO PARA ALIMENTAR COM COMBUSTÍVEL UM DISPOSITIVO ACIONADO POR COMBUSTçO, PROCESSO PARA PRODUZIR UM FERTILIZANTE A PARTIR DE UMA CARGA DE ALIMENTAÇçO, MÉTODO PARA FERTILIZAR UMA PLANTA, PROCESSO PARA PRODUZIR UMA RAÇçO DE UMA CARGA DE ALIMENTAÇçO, MÉTODO PARA ALIMENTAR UM ANIMAL, E, PROCESSOS PARA CONVERTER RESÍDUO DE DESFIBRADOR EM àLEO E PARA CONVERTER UMA CORRENTE BRUTA EM COMBUSTÍVEL A presente invenção refere-se à conversão de materiais residuais de baixo valor em produtos úteis de purezas confiáveis, em uma maneira de custo eficaz e eficiente em energia. Mais especificamente, a invenção fornece processos que podem manipular correntes mistas de várias cargas de alimentação, p. ex., resíduo de desfibrador, vísceras, estrumes de animais, sedimento de esgoto municipal, pneus e plásticos, que de outro modotêm pouco valor comercial, em produtos úteis, incluindo gás, óleo, produtos químicos especializados e sólidos de carbono. O processo submete a carga de alimentação a calor e pressão, separa vários componentes, em seguida aplica ainda calor e pressão a um ou mais desses componentes, de acordo com os processos baseados em craqueamento térmico e catalítico. A invenção compreende ainda um aparelho para realizar um processo de multi-estágios de converter materiais residuais em materiais úteis e pelo menos um produto de óleo origina-se do processo. Produtos úteis podem também ser obtidos ou derivados de materiais desviados em diferentes pontos do processo.

Description

"PROCESSO PARA PRODUZIR UM COMBUSTÍVEL A PARTIR DEUMA CARGA DE ALIMENTAÇÃO, ÓLEO COMBUSTÍVEL, MÉTODOPARA ALIMENTAR COM COMBUSTÍVEL UM DISPOSITIVOACIONADO POR COMBUSTÃO, PROCESSO PARA PRODUZIR UMFERTILIZANTE A PARTIR DE UMA CARGA DE ALIMENTAÇÃO,MÉTODO PARA FERTILIZAR UMA PLANTA, PROCESSO PARAPRODUZIR UMA RAÇÃO DE UMA CARGA DE ALIMENTAÇÃO,MÉTODO PARA ALIMENTAR UM ANIMAL, E, PROCESSOS PARACONVERTER RESÍDUO DE DESFIBRADOR EM ÓLEO E PARACONVERTER UMA CORRENTE BRUTA EM COMBUSTÍVEL"

REFERÊNCIA A PEDIDO RELACIONADO

O presente invenção reivindica prioridade para o pedido depatente U.S. no. 60/721.836, depositado em 28 de setembro de 2005, pedidode patente U.S. no. 60/727.491, depositado em 17 de outubro de 2005, pedidode patente U.S. no. 60/778.034, depositado em 28 de fevereiro de 2006,pedido de patente U.S. no. 60/812.275, depositado em 9 de junho de 2006 epedido de patente U.S. no. 60/840.207, depositado em 25 de agosto de 2006,cada um dos quais é incorporado aqui por referência em sua totalidade.

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se genericamente aoprocessamento de materiais residuais ou de baixo valor, para formar produtosúteis. Mais especificamente, a invenção refere-se a um processo e aparelhopara converter materiais residuais ou de baixo valor industriais, agrícolas ououtros, que contêm compostos baseados em carbono, em produtoscomercialmente úteis, tais como óleo combustível, fertilizante eespecialmente produtos químicos orgânicos. A invenção também reduz opotencial de poluição ambiental originando-se de correntes residuaisorgânicas.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃOE há muito tempo reconhecido que muitos dos materiaisresiduais gerados pela sociedade humana podem, finalmente, ser decompostosem um pequeno número de materiais orgânicos simples, que têm seu própriovalor intrínseco. A capacidade de implementar tal transformação em umamaneira eficiente de energia e em uma escala bem grande seria de tremendobenefício para a sociedade.

A maioria dos materiais vivos, bem como a maioria dassubstâncias orgânicas sintéticas usadas em aplicações domésticas ecomerciais, compreendem polímeros baseados em carbono de váriascomposições. Sob apropriadas condições, a maioria de tais materiais -incluindo resíduos de madeira, carvão, plásticos, pneus e animais -decompor-se-á em uma mistura de produtos gasosos, óleos e carbono.Materiais tais como materiais residuais agrícolas podem também contersubstâncias inorgânicas que decompõem-se em produtos minerais. Quasetodos estes produtos, que orgânicos ou inorgânicos, pode gozar de novasvidas em um grande número de aplicações benéficas e com freqüêncialucrativas.

Não somente é o princípio de criar materiais úteis de atrativoresidual de outro modo inservíveis: a reciclagem de materiais residuais é defundamental importância para a maneira pela qual a população humanadesabrochando enfrentará os maiores desafios no século 21. Dois principaisdesafios voltados para a humanidade são enfrentar um suprimento finito demateriais e energia e diminuir a crescente ameaça para o meio-ambiente peloaquecimento global. Na verdade, uma idéia que está rapidamente ganhandoaceitação é que a reciclagem dos materiais baseados em carbono de dentro dabioesfera em vez de introduzir novas fontes de depósitos de carbono depetróleo subterrâneo, gás natural e carvão, poderia mitigar o aquecimentoglobal.

A partir de hoje, entretanto, as indústrias que produzemenormes volumes de materiais residuais, compreendendo materiaisgrandemente orgânicos, enfrentam enormes desafios no descarte earmazenagem daqueles resíduos, bem como sua colocação em máximo usobenéfico.

Um caso em questão, a indústria de processamento de raçõesem torno do mundo geral bilhões de libras de resíduos organicamente ricospor ano. Estes resíduos são associados com o processamento de produtostanto animais como vegetais e incluem processamento de peru, peixe, galinha,porco e gado e resíduos de cultivo agrícola. A indústria de processamento de rações continua a crescer e seus membros enfrentam pressões econômicas eambientais significativas para fazer alguma coisa produtiva com seusmateriais residuais. Tais materiais residuais dão origem a numerososproblemas críticos. A geração de gases de estufa, tais como bióxido decarbono e metano por aterro, aplicação de terra ou digestão de resíduos de rações, sem qualquer outro benefício, é um tal problema. Idealmente, aindústria de rações deve adotar maneiras eficiente se econômicas de controlarseus resíduos, sem descarregar poluentes odorantes ou questionáveis.

Mais recentemente, o custo de armazenagem de subprodutosinúteis em muitas áreas está crescendo em significância. Quanto aos tipos de materiais residuais que podem ser alimentados à criação agrícola torna-secrescentemente regulado. Por exemplo, no rastro de alarmes de BSE/CJD naEuropa, muitos materiais residuais estão simplesmente sendo armazenados,aguardando solução de um destino adequado. Obviamente, há umanecessidade urgente adicional de encontrar um meio aceitável para limpamente processar e utilizar tais materiais. Preferivelmente, uma maneirade converter os resíduos de processamento de rações em produtos úteis, deelevado valor, precisar ser encontrada.

Um tendência adicional de procurar alternativas de tratamentoé a imposição combinada de regulamentos de descarga de água de resíduos ea escalação de sobrecargas de águas servidas. A indústria de processamentode rações deve procurar tecnológicas de custo-eficaz para fornecer pré-tratamento ou tratamento completo de suas águas servidas e resíduos sólidos(úmidos). Historicamente, as instalações de processamento de rações,localizadas dentro ou adjacentes a municipalidades, basearam-se em usinas detratamento de propriedade pública local (POTWs) para tratamento e descartede águas servidas. Crescentemente, esta opção está se tornando menosdisponível, como um resultado de mais rigorosa imposição. Pressão paraobedecer a permissões de descarga de águas servidas aumentou. Concessõesfederais em diminuição para construção de novas POTWs também significamque esta opção é menos atraente. Assim, a indústria de processamento derações está crescentemente sendo pressionada para planejar maneiras maiseficazes de dispor de seus produtos não comestíveis.

O bioacúmulo de produtos químicos persistentes, tais comodioxinas e o potencial para o espalhamento de doenças ameaçadoras da vida,tais como o Mal da Vaca Loura (BSE), é outra ameaça para os processadoresde rações e consumidores de rações igualmente. Esta ameaça é grandementeexacerbada pela realimentação de resíduos de processamento de rações paraanimais de fazenda. Os processadores de rações precisam de soluçõeseconômicas para romper este ciclo.

O tratamento de resíduos industriais, isto é, resíduo defrangalhos, igualmente apresenta outro desafio. Enquanto a maior parte dosutensílios de fim de vida de automóveis, domésticos e comerciais possam serreciclados, reutilizados ou recuperados, uma parte significativa é deixada delado pelo processo de desfibrilação e encontra seu caminho para dentro deaterros. O descarte de resíduo de desfibrilador é tornado cada vez mais difícilpelos materiais tóxicos encontrados nele, p. ex., cádmio, chumbo, mercúrio eoutros metais pesados. Devido à quantidade limitada de espaço disponívelpara uso de aterro e aos custos crescentes de descarte de resíduos perigosos, énecessária uma solução alternativa. As indústrias automotivas e de reciclagemestão atualmente sob pressão para planejar maneiras de utilizar o resíduo dedetritos em uma maneira de custo eficaz e eficiente em energia.

Além disso, autoridades de esgoto municipais e regionais estão solicitando às indústrias que reduzam sua demanda de oxigênio bioquímico(BOD) orgânico, demanda de oxigênio químico (COD) e carga de sólidos nosesgotos. Devido às elevadas concentrações de BOD, tipicamente encontradasem águas servidas de processamento de rações de elevada intensidade, comelevados níveis de sólidos suspensos, compostos de amônia e proteína, aindústria de processamento de rações está sob exame minucioso adicional. Asinstalações de processamento de rações precisam de tecnologias de tratamentode custo eficaz e aplicação específica para controlar suas águas servidas eresíduos sólidos eficazmente.

Problemas similares são multiplicados, ampliados e aumentados de muitas diferentes maneiras através de outras indústrias. Porexemplo, a geração de emissões de ar malcheirosas, associadas com usinas -que convertem resíduos animais por calor em gorduras e proteínas, é um talproblema. Outro é a aplicação de biossólidos municipais, que contêm altasconcentrações de patógenos.

Têm havido várias abordagens desenvolvidas para processarpneus residuais usados, digamos de caminhões e veículos de passageiro, emprodutos úteis, incluindo combustíveis, óleos de petróleo, carbono, gasescombustíveis e carga de alimentação para manufatura de pneus e outrosprodutos de borracha. Tipicamente, estes esquemas envolvem o aquecimentoe dissolução de pneus em solventes. Alguns destes esquemas tentamdesvulcanizar a borracha do pneu, isto é, quebrar as ligações enxofre queconectam os polímeros constituintes ao longo de seus comprimentos. Outrostentam despolimerizar o material de borracha. A despolimerização rompe ospolímeros de cadeia longa em uma composição de menores subunidades commais elevada fluidez e maior utilidade, tais como óleo combustível.Entretanto, tais esquemas são tornados ineficientes de energia em virtude daquantidade de energia necessária para obterem-se condições super-críticas. Oprocessamento em condições super-críticas também não é de custo eficaz,visto que ele requer equipamento operacional de super-ligas caro.

Numerosos materiais orgânicos foram considerados paradissolver material de pneu para formar um óleo pesado ou um produto deborracha desvulcanizada. Os esquemas existentes, que operam em condiçõesmodestas (14,06 kg/cm2) geralmente produzem produtos pesadoscontaminados, enquanto que aqueles que utilizam solventes mais levesproduzem melhores produtos, porém também requerem um solvente maiscaro ou pressão operacional mais elevada (>140,61 kg/cm2) ou ambos.Adicionalmente, a maior parte dos esquemas que utilizam um solvente paradissolver material de pneu não são econômicos devido à perda de algumafração do solvente durante o processo e ao custo associado com o solvente decomposição, mesmo em exemplos em que a recuperação e reutilização desolvente podem ser praticadas.

Digestores aeróbicos e anaeróbicos foram empregados emplantas de tratamento de esgotos para tratar lama de esgoto municipal. Hánumerosos problemas associados com seu uso. O princípio básico atrás de suaoperação é que os materiais biologicamente ricos são direcionados para dentrode grandes recipientes de retenção, que contêm bactérias que digerem osmateriais biológicos. Tipicamente, os sólidos dissolvidos são direcionadospara um digestor aeróbico e os sólidos suspensos são dirigidos para umdigestor anaeróbico. Uma vez os materiais de alimentação nutricionais sejamexauridos, os micróbios não podem mais sustentar-se e morrem. O produtofinal do período de digestão é uma lama que contém as bactérias mortas e quedeve ser descartado de alguma maneira. Um problema com o materialresultante e que ele ainda contém patógenos. Problemas com o inteiroprocesso, em geral, incluem que os tempos de retenção dentro dos recipientesdigestores podem ser tão longos quanto 17 dias e que as condiçõesoperacionais são difíceis de manter. Por exemplo, o recipiente relativamentegrande (tipicamente 6,09 m - 9,14 m de diâmetro) é usualmente mantido aacima de 28 °C e, em alguns casos, acima de 50 °C.

Todas as tecnologias à disposição atualmente disponíveis paraas indústrias, em particular a indústria de processamento de rações, têmlimitações e desvantagens significativas, que fornecem um incentivo parabusca de processos alternativos. Isto se aplica a tecnologias além do uso dasPOTWs existentes. Em particular, quatro tipos de abordagem, descarte emterra (aterros, adubo composto, aplicação em terra), biotratamento,tratamentos de oxidação térmica tradicionais, tais comoincineração/combustão e pirólise/gaseificação, todos têm desvantagensseparadas.

As desvantagens para descarte em terra incluem: altos custosde reboque ou transporte, significativo potencial para contaminação de águasubterrânea pela lixívia, e a exposição de residentes na área a altasconcentrações de poluentes perigosos (tais como patógenos, no exemplo deaplicação em terra). Os aterros produzem gás que podem criar preocupaçõesde poluição do ar, incluindo a geração de gases de estufa.

O biotratamento dos resíduos também tem suas desvantagens.O processo é de difícil controle e seu desempenho igualmente de difícilverificação. O bom desempenho do processo depende grandemente de sefluxo de ar adequado, isto é, meios de oxigenação, é fornecido ao solo em quebactérias aeróbicas estão envolvidas. Adicionalmente, as bactérias que podemter-se desenvolvido para consumir compostos específicos, quando colocadasno solo, ativam sistemas enzimáticos alternativos para consumir os compostosmais fáceis disponíveis.

As desvantagens associadas com unidades de incineração oucombustão mais velhas incluem a necessidade de adicionar equipamento oucomponentes para atender aos padrões de emissão de poluição de arcrescentemente intensificados. Pode também levar mais tempo para obterem-se permissões de descarga de ar para incineradores do que para outrastecnologias, devido a preocupações de comunidade significativas acerca deincineração. Adicionalmente, o tratamento dos resíduos na exaustão significatratar grandes volumes de gás, de modo que equipamento de planta muitogrande é necessário. A carga de alimentação é também de baixo valorcalorífico. Alguns incineradores não são compatíveis com os combustíveissólidos ou resíduos sólidos, visto que estes materiais começam a oxidardemasiadamente no forno. Contrariamente, elevado teor de umidade nascargas de alimentação é também um problema porque, durante a incineraçãoou combustão, a água é vaporizada e removida - um processo que requeraproximadamente 1.000 Btu/0,454 kg de água vaporizada. Isto representaenormes perdas de calor/energia para o sistema.

A última categoria de técnica empregada -pirólise/gaseificação - é atrativa porque, diferente das outras mencionadas,tenta converter os resíduos em materiais utilizáveis, tais como óleos ecarbono. De principal preocupação na implementação de maneiras dedecompor os materiais residuais é encontrar um meio de controlar acomposição dos produtos resultantes, enquanto minimizando a quantidade deenergia necessária para realizar a decomposição. Geralmente, os métodos depirólise e gaseificação empregados no passado objetivaram a decomposiçãode materiais residuais em um processo de único estágio, porém um únicoestágio foi constatado oferecer inadequado controle sobre a pureza ecomposição dos produtos finais.

Os pirolisadores têm sido usados para decompor materiaisorgânicos em gás, óleos e alcatrão e materiais carbonados. Um pirolisadorpermite o aquecimento dos materiais orgânicos a elevadas temperaturas, ~400 - 500 °C, porém tem pouca eficiência de energia e fornece pouco controlesobre a composição dos materiais resultantes. Em particular, a maioria dosmateriais residuais - especialmente aqueles originando-se de fontes agrícolas- contêm até 50% de água. Para efetuar a decomposição, os pirolisadores daarte eliminam a água por ebulição, empregando um processo de muitademanda de energia. Adicionalmente, uma câmara de pirólise é tipicamentede grande tamanho, a fim de maximizar a produção. Entretanto, o uso de umacâmara grande também tem os infelizes efeitos colaterais de gerarsignificativos gradientes de temperatura por toda a câmara, resultando emaquecimento desnivelado dos materiais residuais e produtos finais de pobrequalidade ou impuros.

Gaseificadores têm sido usados para obter uma combustãoparcial dos materiais residuais. Em essência, um gás - usualmente ar,oxigênio ou vapor - é passado sobre os materiais residuais em umaquantidade que é insuficiente para oxidar todo o material combustível. Assim,alguns produtos de combustão, tais como CO2, H2O, CO, H2 ehidrocarbonetos leves são produzidos e o calor gerado converte os materiaisresiduais remanescentes em óleos, gases e material carbonado. Os gasesproduzidos conterão parte dos gases de entrada, porém os gases que sãoproduzidos são também demasiado volumosos para serem armazenados edevem ser usados imediatamente ou conduzidos por meio de tubos para umlocal em que possam ser utilizados. Os gaseificadores também ressentem-sede algumas das mesmas vantagens que os pirolisadores, p. ex., consumo deelevada energia na vaporização do teor de água do material residual.

Os produtos de pirólise e os métodos de gaseificação tambémtendem a conter níveis inaceitavelmente elevados de impurezas. Emparticular, os materiais contendo enxofre e cloro dos materiais residuais dãoorigem, respectivamente, a compostos contendo enxofre, tais comomercaptanas, e cloretos orgânicos nos produtos finais resultantes.Tipicamente, os hidrocarbonetos clorados dos níveis de 1 — 2 ppm podem sertolerados em óleos hidrocarbonados, porém não podem ser garantidosmétodos de gaseificação nem de pirólise tal como de baixo nível comqualquer confiabilidade.

Além disso, os métodos de pirólise e gaseificação têm baixaseficiências, tipicamente em torno de 30%. Uma razão para isto é que osprodutos não são ótimos em termos de teor calorífico. Outra razão é que umprocesso de único estágio não pode prontamente produzir materiais em umaforma pela qual energia possa ser eficientemente utilizada e reciclada noprocesso. Por exemplo, é difícil capturar a energia térmica dos produtossólidos que são produzidos e redirecioná-la para auxiliar no aquecimento dovaso de reação.

Como detalhado acima, os métodos de pirólise/gaseificaçãosofrem de diversas maneiras. O produto óleo é geralmente rico emcomponentes de alta viscosidade indesejáveis, tais como alcatrão e asfalto. Osprocessos tanto de pirólise e gaseificação têm fracas propriedades detransferência de calor e, conseqüentemente, não aquecem uniformemente.Portanto, os produtos finais variam grandemente em número com pouca desuficiente quantidade ou qualidade para recuperação econômica. As cargas dealimentação úmidas requerem significativa energia para vaporizar erepresentam perdas de energia para o sistema, uma vez que a água vai emboracomo um gás dentro da chaminé. Em resumo, a pirólise/gaseificação tem umelevado custo operacional total, é de intenso capital e produz algunssubprodutos sem valor ou de valor limitado.

Embora tenha havido muitas variantes dos métodos de pirólisee gaseificação, todos tendo sofrido desvantagens largamente similares, umrecente avanço permitiu significativos aumentos da eficiência deprocessamento. Por exemplo, as Patentes U.S. Nos. 5.269.947, 5.360.553 e5.543.061 descreve sistemas que substituem o processo de estágio único dosmétodos anteriores por um processo de dois estágios. Em um Estágio deHidrólise (com freqüência referido como estágio "úmido"), os materiaisresiduais são submetidos a calor em torno de 200 - 250 0C e pressão de cercade 20 - 120 atmosferas. Em formas de realização preferidas, os materiaisresiduais são submetidos a uma pressão de cerca de 50 atmosferas. Sob taiscondições, o teor de água do material residual hidrolisa muitos dosbiopolímeros, tais como gorduras e proteínas, que podem estar presentes paraformar uma mistura de óleos. Em um segundo estágio (com freqüênciachamado o estágio "seco"), a mistura alcança rapidamente a baixa pressão,durante a qual em torno de metade da água é impelida para fora como umvapor. A mistura é aquecida ainda mais para evaporar o restante da água,enquanto a mistura finalmente decompõe-se em produtos gasosos, óleos ecarbono.

O principal avanço destes métodos de dois estágios foipermitir a geração de misturas de óleos de mais elevada qualidade e maisúteis do que qualquer processo de estágio único anterior. Entretanto, osprodutos de tais métodos ainda ressentem-se de problemas de contaminaçãode materiais tais como compostos contendo enxofre e cloro, e a necessidadede evaporar uma parte significativa da água ainda requer uma substancialpunição de energia. Assim, os métodos de dois estágios anteriores foramdifíceis de se tornarem comercialmente viáveis.

Portanto, há necessidade de um método de processar produtosresiduais e de baixo valor, para produzir materiais úteis em purezas ecomposições confiáveis, em custo de capital e operacional aceitável.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção geralmente refere-se ao processamento demateriais residuais e de baixo valor. Mais especificamente, a presenteinvenção refere-se a métodos de converter materiais residuais e de baixo valorem produtos úteis de purezas e composições confiáveis, em custo aceitável,sem produzir emissões malcheirosas e em uma alta eficiência de energia.

Em particular, o método da invenção compreende um processoque converta várias cargas de alimentação, de outro modo tendo pouco valorou uso comercial, em materiais úteis tais como gás, óleo, produtos químicosespeciais (tais como ácidos graxos), fertilizante e sólidos de carbono. Ainvenção compreende ainda um aparelho para realizar um processo de multi-estágios de conversão de materiais residuais em materiais úteis e pelo menosum produto de óleo que origine-se do processo. O aparelho e processo dapresente invenção são particularmente aplicáveis ao processamento deresíduos orgânicos e inorgânicos, vísceras de aves domésticas (tais comoperu, galinha, avestruz), gado vacum, porcos, peixe e outros materiaisresiduais, tais como resíduo de desfibrilador, estrumes de animais, graxa, óleovegetal e lama de esgoto municipal, bem como pneus e plásticos.

Em resumo, um processo de acordo com a presente invençãosubmete uma carga de alimentação adequadamente preparado a calor epressão, separa vários componentes da alimentação resultante, em seguidaaplica calor e pressão a um ou mais desses componentes. Vários materiais quesão produzidos em diferentes pontos do processo da presente invenção podemser reciclados e usados para representar outros papéis dentro do processo dapresente invenção.

A presente invenção adicionalmente inclui um aparelho paraconverter uma carga de alimentação em pelo menos um material útil,compreendendo: uma unidade de preparação, incluindo um dispositivo deprodução de pasta fluida para criar uma pasta fluida de carga de alimentaçãoda carga de alimentação; um vaso comunicando-se com a unidade depreparação de carga de alimentação para receber a pasta fluida de carga dealimentação da unidade de preparação de carga de alimentação, equipamentoadicional tal como uma bomba e um trocador de calor, configurados parapressurizar e aquecer a pasta fluida para produzir uma pasta fluida aquecida;um reator de Estágio de Hidrólise, comunicando-se com o vaso para receber apasta fluida aquecida, o reator de Estágio de Hidrólise configurado parasubmeter a pasta fluida aquecida a uma primeira temperatura aumentada euma primeira pressão aumentada para produzir uma alimentação reagida quecompreenda pelo menos um produto sólido reagido, pelo menos um produtolíquido reagido, e água; pelo menos uma unidade de separação comunicando-se com o reator do Estágio de Hidrólise, para receber o pelo menos umproduto sólido, pelo menos um produto líquido e água, a unidade configuradapara separar o pelo menos um produto sólido reagido, a água e o pelo menosum produto líquido reagido; e um reator de Estágio de Acabamento de Oleo,comunicando-se com a unidade de separação para receber o pelo menos umproduto líquido reagido, o reator de Estágio de Acabamento de Oleoconfigurado para submeter o pelo menos um produto líquido reagido a umasegunda temperatura aumentada e, opcionalmente, uma segunda pressãoaumentada, desse modo convertendo o pelo menos um produto líquidoreagido em pelo menos um material útil.

A presente invenção compreende ainda um óleo combustívelmanufaturado por um processo, cujo processo compreende: preparar umapasta fluida de uma carga de alimentação contendo carbono; reagir a pastafluida em um Estágio de Hidrólise, para produzir uma alimentação reagida,compreendendo pelo menos um produto sólido reagido, pelo menos umproduto líquido reagido e água; separar dito pelo menos um produto sólidoreagido, dita água e dito pelo menos um produto líquido reagido de ditaalimentação reagida; converter dito pelo menos um produto líquido reagidoem óleo combustível em uma segunda reação.

A presente invenção também fornece uma aparelho paraconverter um licor orgânico em uma mistura de hidrocarbonetos e sólidos decarbono, compreendendo: um aquecedor para aquecer o licor orgânico, dessemodo produzindo uma mistura de líquido e óleo vaporizado; um reator paraconverter a mistura de líquido e óleo vaporizado em sólidos de carbono, euma mistura de hidrocarbonetos e gases; um primeiro esfriador para aceitar ossólidos de carbono; e um segundo esfriador para aceitar a mistura dehidrocarbonetos e gases.

A presente invenção inclui ainda um aparelho compreendendo:um vaso aquecido, tendo uma entrada e uma saída; uma primeira sondaaquecida tendo uma entrada e uma saída, a entrada e a saída sendoconfiguradas e dimensionadas para permitir que pressão mais elevada sejaaplicada na primeira sonda, a primeira entrada de sonda comunicando-se coma saída do vaso; um separador de fluido-sólido, comunicando-se com aprimeira saída de sonda, o separador tendo uma primeira saída para líquidos egases e uma segunda saída para sólidos; e uma segunda sonda comunicando-se com os sólidos, a segunda sonda provendo esfriamento dos sólidos.

A presente invenção ainda inclui um processo para converterum licor orgânico em uma mistura de hidrocarbonetos e sólidos de carbono,compreendendo: aquecer o licor orgânico, desse modo produzindo umamistura de líquido e óleo vaporizado; converter a mistura de líquido e óleovaporizado em sólidos de carbono e uma mistura de hidróxido de potássio egases; e separar os sólidos de carbono da mistura de hidrocarbonetos e gases.

A presente invenção também provê processo para produzir umcombustível da carga de alimentação, compreendendo: preparar uma pastafluida da carga de alimentação; submeter a pasta fluida a um processo dedespolimerização para formar uma composição compreendendo pelo menosum material inorgânico e uma mistura líquida; separa dito pelo menos ummaterial inorgânico da mistura líquida; e derivar um combustível de ditamistura líquida.

A presente invenção provê ainda um processo para produzirum fertilizante de uma carga de alimentação, compreendendo: preparar umapasta fluida da carga de alimentação; aquecer a pasta fluida em umatemperatura suficiente para despolimerizar dita carga de alimentação em umacomposição compreendendo pelo menos um material inorgânico e umamistura líquida; separar dito pelo menos um material inorgânico da misturalíquida; e derivar um fertilizante de dita mistura líquida.

A presente invenção ainda provê um processo para reduziruma ração de uma carga de alimentação, compreendendo: preparar uma pastafluida da carga de alimentação; aquecer a pasta fluida em uma temperaturasuficiente para despolimerizar dita carga de alimentação transformando-a emuma composição compreendendo pelo menos um material inorgânico e umamistura líquida; separar dito pelo menos um material inorgânico da misturalíquida; e derivar uma ração de dita mistura líquida.

A invenção também provê um processo de converter resíduode desfibrilador em óleo, compreendendo: dissolver o resíduo de desfibriladorem um solvente; preparar uma pasta fluida do resíduo de desfibrilador; reagira pasta fluida com água em um Estágio de Hidrólise, para produzir umaalimentação reagida compreendendo pelo menos um produto de sólidoreagido, pelo menos um produto de líquido reagido; separar dito pelo menosum produto sólido reagido, dita água e dito pelo menos um produto líquidoreagido de dita alimentação reagida; converter dito pelo menos um produtolíquido reagido em óleo em uma segunda reação.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Fig. 1 mostra um fluxograma de um processo global deacordo com a presente invenção;

A Fig. 2 mostra um esquema dos aparelhos usados narealização de um processo da presente invenção;

A Fig. 3 mostra um fluxograma de uma preparação e reação deEstágio de Hidrólise de um processo da presente invenção;

A Fig. 4 mostra um fluxograma de um segundo estágio deseparação de um processo da presente invenção;A Fig. 5 mostra um fluxograma de uma reação de Estágio deAcabamento de Óleo de um processo da presente invenção;

A Fig. 6 mostra um aparelho para realizar um Estágio de

Acabamento de Oleo do processo da presente invenção;

A Fig. 7 mostra um aparelho para separar sólidos finossuspensos de um fluido; e

As Figs. 8A e 8B mostram o uso, respectivamente, de umreator de Estágio de Acabamento de Óleo e um esfriador/condensador comum processo de acordo com a presente invenção;

A Fig. 9 mostra a relação entre viscosidade e taxa decisalhamento de uma carga de alimentação em várias temperaturas.

A Fig. 10 mostra um fluxograma de um processo da presenteinvenção, quando aplicado a conversão de resíduo de desfibrilador.

A Fig. 11 representa uma forma de realização de um reator dedespolimerização e unidade de separação.

A Fig. 12 representa uma parelho de teste em escala debancada, usado para a presente invenção.

A Fig. 13 representa uma amostra de resíduo de desfibrilador.

A Fig. 14 representa frações residuais de desfibrilador devários tamanhos.

A Fig. 15 representa produtos de despolimerização de umprocesso de acordo com a presente invenção, quando aplicado a resíduo dedesfibrilador.

A Fig. 16 representa produtos intermediários de um processode acordo com a presente invenção.

A Fig. 17 representa um óleo intermediário hidrolisado,produzindo usando-se resíduo de desfibrilador coma carga de alimentaçãobruto.

A Fig. 18 representa vários materiais de partida, intermediáriose produtos finais de um processo da presente invenção.

A Fig. 19 representa alguns produtos de óleo craqueadosdestilados exemplificativos, que podem ser produzidos utilizando-se oprocesso da presente invenção.

A Fig. 20 mostra uma decomposição de vários produtosquímicos encontrados no craqueamento de combustível-gás por um processoda presente invenção, quando aplicado a resíduo de desfibrilador.

A Fig. 21 é um gráfico mostrando consistência de produçãocorrida-com-corrida de um processo da presente invenção baseado nasproduções de Estágio de Hidrólise para cinco corridas.

A Fig. 22 é um diagrama traçando a conversão de orgânicoseco em vários materiais e gases através da despolimerização, hidrólise eetapas de acabamento de óleo do processo de acordo com a presenteinvenção.

A Fig. 23 é um diagrama do equilíbrio de material para umprocesso da presente invenção, como aplicado ao resíduo de desfibrilador.

A Fig. 24 resume como a água é usada e reciclada em umprocesso da presente invenção.

A Fig. 25 diagrama o movimento da água em um aparelhoprojetado de acordo com a presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

O processo da presente invenção é dirigido à produção de umou mais materiais úteis de materiais de baixo valor ou residuais, gerados pelasociedade em grande escala, de práticas domésticas comuns ou de operaçõescomerciais. Tipicamente, o processo da presente invenção é aplicado amateriais residuais, ou outros produtos de baixo valor, por exemplo, graxa,que contenham uma proporção substancial de materiais orgânicos. Entretanto,a presente invenção pode ser aplicada para converter outros produtos, nãonormalmente considerados de baixo valor, em produtos de valor maiselevado.

Materiais orgânicos são aqueles comumente entendidos poruma pessoa de habilidade comum na arte. Em particular, para uso comapresente invenção, materiais orgânicos são aqueles materiais cujos elementos constituintes incluem carbono em combinação com um ou mais de outroselementos, tais como hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, enxofre e fósforo e oselementos halogênios, em particular flúor, cloro, bromo e iodo. Para fins dapresente invenção, materiais orgânicos também incluem compostos quecontêm carbono em combinação com elementos tais como arsênico, selênio e silício, bem como sais de moléculas orgânicas e complexos de moléculasorgânicas com metais, tais como mas não limitado a magnésio, mercúrio,ferro, zinco, cromo, cobre, chumbo, alumínio e estanho. Muitos materiaisorgânicos usados com a presente invenção vêm de fontes biológicas ecompreendem proteínas, lipídeos, amidos, ácidos nucléicos, carboidratos, celulose, lignina e quitina, bem como células integrais. Outros materiaisorgânicos para uso com a presente invenção são feitos pelo homem ou deorigem sintética, tais como plásticos e outros produtos derivados de petróleo.

No processo da presente invenção, calor e pressão sãoaplicados a uma carga de alimentação em níveis capazes de romper as cadeias moleculares longas da carga de alimentação. Assim, o material de carga dealimentação é decomposto a nível molecular a um ou mais materiaisconstituintes. No processo, a carga de alimentação é transformado de umvalor de custo ou baixo, para um valor de lucro ou de redução custosignificativo ou mais elevado. Importantemente, o processo é também capaz de destruir patógenos que podem estar presentes na carga de alimentação.

O processo básico da presente invenção é projetado paramanusear potencialmente qualquer produto residual ou de baixo valor,incluindo: subprodutos de manufatura e distribuição de rações, tais comoperu, vísceras, óleos de fritar, pé de milho, cascas de arroz, restos de resíduos,óleos comestíveis finais tais como canola, soja, palma, coco, colza, algodão,milho ou oliva e outros óleos, resíduos de processamento de rações e resíduosda indústria de frutos do mar; subprodutos do papel e outra manufatura daindústria de madeira, tais como celulose e subprodutos de lignina, e efluentede polpa de papel; resíduos de pátios, tais como folhas e cortes de grama;pneus; resíduos de desfibrilador; garrafas de plástico; sedimentos dragadosem porto; plástico e eletrônicos pós-consumidor, tais como computadoresvelhos; resíduos sólidos municipais; resíduos de refinaria de óleo; lamasindustriais; bagaço; alga marinha; resíduos de moagem; licor negro; resíduosde refinaria de carvão; areias alcatroadas; óleo de xisto; lama de perfuração;resíduos de algodão; resíduos de processamento agrícola, tais como estrumesde animal; resíduos médicos infecciosos; patógenos biológicos; e mesmomateriais tais como esporos de antraz que poderiam ser usados para produzirarmas biológicas. Deve ser entendido que a lista precedente de materiais não éuma lista exaustiva. Na lista precedente, bagaço é um subproduto doprocessamento da cana de açúcar e licor negro é um subproduto da polpaçãoquímica de madeira, que resulta da dissolução de lascas de madeira, liberandoa lignina e liberando as fibras para dar origem à solução de lignina e hemicelulose.

Os materiais residuais para uso com a presente invenção sãotipicamente subprodutos ou produtos finais de outros processos industriais,preparações comerciais e usos domésticos e municipais, que tipicamente nãotêm outro uso imediato e/ou que são ordinariamente descartados. Os produtosde baixo valor podem similarmente ser subprodutos ou produtos finais deoutros processos industriais, preparações comerciais e usos domésticos oumunicipais, porém são tipicamente materiais que têm muito pouco valor derevenda e/ou que requerem algum outro processamento para seremconvertidos em alguma coisa de uso.

Quando usados com o processo da presente invenção, osprodutos residuais e de baixo valor são tipicamente referidos coma cargas dealimentação ou como ração bruta. Deve também ser entendido que o raçãobruto usado com o processo da presente invenção pode compreender produtosresiduais e/ou de baixo valor de numerosas fontes e de numerosos tiposdiferentes. Por exemplo, os resíduos de processamento de rações poderiam sercombinados com resíduos de processamento agrícola, se conveniente, eprocessados simultaneamente.

Ainda outros materiais de alimentação brutos exemplificativos,para uso com a presente invenção, incluem lama de águas servidasmunicipais, plásticos misturados (incluindo polivinilcloreto ("PVC")) quepoderiam ser obtidos de depósito de reciclagem municipal, e pneus.

O polivinil cloreto (PVC) é encontrado em tapumes e tubos deencanamento plásticos. O PVC contém cerca de 55% em peso de cloro e,assim, tem uma propensão a dar origem a compostos contendo cloro nocivosquando degradados. Por exemplo, a combustão de PVC produz dioxinas, quesão alguns dos compostos mais tóxicos conhecidos. Um benefício de utilizar-se água cedo no processo da presente invenção é que os íons hidrogênio emágua combinam-se com íons cloreto do PVC para produzir produtossolubilizados, tais como ácido clorídrico, um produto químico relativamentebenigno e industrialmente valioso, que é útil para removedores e solventes.

Os pneus são tipicamente obtidos de veículos tais comoautomóveis, ônibus, caminhões, aviões e outras embarcações de trânsito demassa, bem como veículos militares e outros comerciais. Quando aplicando-se o processo da presente invenção em pneus, uma parte do óleo produzido épreferivelmente reciclada para a entrada para auxiliar a dissolver os pneus dacarga de alimentação entrante.

O resíduo de desfibrilador (SR) é o material remanescenteapós metais ferrosos terem sido recuperados dos veículos desfibrados oudesmantelados, mercadorias brancas, mercadorias de consumidor etc. Sem obenefício da presente invenção, tais materiais tipicamente vão para o aterro.Exemplos de "mercadorias brancas" incluem lavadoras, secadoras,refrigeradores, lavadoras de louça, fogões, condicionadores de ar,aquecedores de água; o termo como aqui usado também abrange quaisquerutensílios que possam ser recuperados por seu teor de metal. Os componentese composição elementar de duas amostras SR, como determinado por análisede amostra, são mostrados abaixo.

Amostra 1

<table>table see original document page 22</column></row><table>

Amostra 2

<table>table see original document page 22</column></row><table>

Os dados acima são fornecidos unicamente para ilustrar ostipos de materiais que podem ser encontrados em uma dada amostra SR e nãopara serem interpretados como limitando as aplicações da presente invenção.Dependendo de sua origem, a composição do material residual dedesfibrilador pode variar de amostra para amostra. Por exemplo, o SR podecompreender fragmentos de plástico, borracha, vidro, tecidos, tintas, madeira,espumas, finos, elastômeros, metais residuais etc. de diferentes tamanhos,como mostrado na Fig. 14. O SR de aparelhos de televisão e refrigeradoresvelhos, por exemplo, é provável conter metais pesados ou bifenilaspolicloradas (PCBs), uma mistura nociva de compostos clorados. Outroscomponentes tóxicos potencialmente encontrados no SR incluem difeniléteres polibromados (PBDEs), que são comumente usados como retardadoresde chama e quimicamente similares às PCBs, e ftalatos, que são encontradosem PVC, um importante componente de manufatura de automóveis.

O processo da presente invenção pode manusear e processaruma carga de alimentação de materiais residuais de baixo valor misturados,sem necessidade de pré-separar o material em correntes puras.Adicionalmente, o processo da invenção pode hidrolisar as ligações deoxigênio-cloro do PVC e transferir metais e haletos para dentro da água.Como com as hidrólises de PVC, os íons hidrogênio da água combinam-secom os íons haleto, p. ex., Br e Cl, para produzir produtos químicos de usorelativamente benignos. Os produtos químicos, p. ex., PCBs, PBDEs, que deoutro modo lixiviados do SR, são destruídos no processo, produzindo óleoque é livre de tais contaminantes e outros detritos. As características das duasbateladas de produtos de óleo craqueados de SR são providas nas tabelasabaixo. Outra vantagem da presente invenção é sua capacidade de manusear eefetivamente processar materiais de tamanho e composição heterogêneos. Anecessidade de dimensionamento/redução de partículas é obviada pela etapade despolimerização do processo, cujo mecanismo será evidente pela seguintedescrição.

Quando aplicando-se o processo da presente invenção ao SR,uma parte do óleo produzido é preferivelmente reciclado para a entrada paraauxiliar na dissolução do SR da carga de alimentação entrante. Umesquemático do processo como aplicado ao SR é representado na Fig. 10. Acarga de alimentação bruto é submetido a uma etapa de preparação 110, umadespolimerização ou "etapa de fusão", seguido por separação mecânica, pormeio do que os sólidos são removidos da mistura. A despolimerização reduz oorgânico do SR sólido para um líquido, desse modo possibilitando aseparação dos objetos metálicos e outros orgânicos sólidos, bem como contatomelhorado do orgânico com água na subseqüente etapa de hidrólise. Nasformas de realização preferidas da invenção, a despolimerização ocorre emtemperaturas na faixa de cerca de 366 0C a cerca de 418 0C, maispreferivelmente na faixa de cerca de 371 0C a cerca de 775 0C, muitíssimopreferivelmente na faixa de cerca de 382 0C a cerca de 399 0C.

A mistura resultante é então submetida a uma etapa dehidrólise equivalente ao Estágio de Hidrólise 120 descrito aqui. A hidrólisedos orgânicos clorados e/ou bromados da mistura rompe a ligação carbono-haleto e transfere o haleto para a fase água, destruindo eficazmente compostostais como PCBs. A hidrólise também permite a transferência dos íonsmetálicos para a fase água, tornando o óleo resultante essencialmente livre decontaminação. Em formas de realização preferidas da invenção, a hidróliseocorre em temperaturas na faixa de cerca de 221 0C a cerca de 266 0C, maispreferivelmente na faixa de cerca de 227 0C a cerca de 260 0C, muitíssimopreferivelmente na faixa de 232 0C a 249 0C.

A alimentação reagida produzida então sofre uma etapa deseparação térmica e mecânica. Em um processo similar para retardar acoqueificação retardada, o óleo de hidrólise é aquecido a aproximadamente500 0C. A transferência de calor para o óleo é rápida e isotérmica e somente oóleo orgânico "seco" é aquecido à temperatura final. O óleo combustível oulicor orgânico 500 obtido é alimentado para um Estágio de Acabamento deÓleo para acabamento. O gás-combustível 146, sólidos de carbono 142 ouóleo 144 podem ser produzidos por coqueificação do licor orgânico no localou em uma refinaria. Alternativamente, um óleo hidrocarbonado comconstituintes similares como óleo diesel #4 pode ser produzido com mínimoprocessamento on-site.

As características das duas bateladas de produtos de óleocraqueados, do processo como aplicado ao SR, são fornecidas abaixo.Batelada 1 Batelada 2

<table>table see original document page 25</column></row><table>

Eficiência de elevada energia é conseguida no processo dapresente invenção através de troca de calor em contracorrente. A massa daenergia é usada para aquecer água líquida; a água reagida na hidrólise geravapor, que é separado e desviado para pré-aquecer a alimentação entrante.Como ilustrado pelos esquemáticos da Fig. 24 e Fig. 25, a água reagidadurante a etapa de hidrólise é assim reciclada. Dada a composição químicavariável da alimentação bruta, a eficiência de energia pode variar de corrida-para-corrida. Entretanto, empregando-se os testes conduzidos com múltiplascorridas, a eficiência de energia do processo foi determinada ser de cerca de91%, como detalhado na seguinte tabela. Uma temperaturas de 482 0C foiselecionada para estas corridas, uma vez que é muito mais do que adequadapara o processo e demonstra que eficiência de alta energia pode serconseguida mesmo quando a mistura é aquecida a temperaturas extremamenteelevadas.<table>table see original document page 26</column></row><table>Adicionalmente, o aparelho da presente invenção pode serconstruído usando-se partes comercialmente disponíveis. O manuseio dematéria prima inicial pode ser realizado usando-se depósitos de fundo vivos,transportadores convencionais e/ou elevadores de cesta sob condiçõesambientes. Peneiras vibratórias podem ser usadas para os finos para removersujeira e detritos soltos, se desejado. A etapa de despolimerização poderosatambém elimina qualquer necessidade de dimensionamento de partículaadicional da alimentação bruta. Como será evidente pela seguinte descrição,as temperaturas e pressão comumente usadas em aplicações comerciais atuais,p. ex., 399 °C, 10,55 kg/cm2, são mais do que adequadas para despolimerizara alimentação bruta. Os projetos do reator de despolimerização podem,portanto, ser implementados usando-se simples tecnologias existentes, p. ex.,batelada ou fluxo através de reatores encamisados, visto que pressõesrelativamente baixas estão sendo utilizadas no processo atual. Dispositivosprontamente acessíveis, tais como peneiras vibratórias, prensas de parafusoúnico e duplo e máquinas centrífugas fora de prateleira podem também serusadas para efetuar separação de despolimerização. Igualmente,processamento pós hidrólise pode ser realizado usando-se dispositivos eprocessos comercialmente disponíveis, tais como recompressão/destilação avapor, calcinação, sistemas de leito fluidizado e unidades de dessalinização eseparação centrífuga.

Os materiais residuais e de baixo valor, processados pelasformas de realização da presente invenção, são geralmente convertidos emtrês tipos de materiais úteis, todos sendo tanto valiosos como não sãointrinsecamente nocivos para o meio-ambiente: óleo de alta qualidade; gasesde queima limpa; e sólidos purificados incluindo minerais, e sólidos decarbono podem ser usados como combustíveis, fertilizantes ou matériasprimas para manufatura. Adicionalmente, várias correntes secundárias sãoproduzidas durante o processo da presente invenção, incluindo em algunsexemplos concentrados similares a "solúveis de peixe". Tipicamente, osmateriais úteis são considerados serem aqueles que têm um valor econômicomais elevado do que os materiais residuais de baixo valor ou outros, queserviram como a carga de alimentação. Tais materiais úteis podem ter, porexemplo, mais elevado teor calorífico ou podem ter uma mais larga faixa deaplicações do que a carga de alimentação de que eles foram derivados.

O processo da presente invenção compreende numerososestágios, como ilustrado nas Figs. 1 e 2. A Fig. 1 mostra, em esboço, aspectosprincipais de uma forma de realização do processo da presente invenção. AFig. 2 mostra um aparelho exemplificativo 200 para realizar um processo deacordo com a presente invenção.

A alimentação bruta 100, mostrada na Fig. 1, podepotencialmente ser qualquer material residual ou corrente orgânica e/ouinorgânica de baixo valor. Preferivelmente, a alimentação bruta contém umaquantidade substancial de material contendo carbono.

A alimentação bruta 100 é submetida a um estágio depreparação 110. Um aspecto do estágio de preparação é reduzir o tamanho daalimentação bruta empregando-se tecnologias de polpação e outras demoagem a um tamanho adequado para bombeamento. O estágio depreparação pode compreender uma ou mais etapas e pode compreenderadicionar materiais para a ou impelir materiais da alimentação bruta, e resultaem uma pasta fluida 112, que é passada para um Estágio de Hidrólise 120. Atransformação em pasta fluida pode envolver adicionar água (ou outro fluidoadequado) à alimentação bruta 100, dependendo de seu conteúdo de águainicial. O uso de uma pasta fluida é benéfico porque a moagem úmida, comono estágio de preparação 110, reduz o atrito e o consumo de energia e porqueuma pasta fluida pode ser facilmente transferida pelas bombas de um vasopara outro. Dispositivos de transformação em pasta fluida adequado incluem:um polpador, um moedor in-line, ou um masserador. Uma mistura de vapor egases 121 é desprendida pelo estágio de preparação 110.

Ossos e outra matéria mineral inorgânica é uma parteintegrante de animais e resíduos animais. A matéria orgânica na forma deproteínas, gordura e carboidratos é física e quimicamente fixada a estematerial mineral inorgânico, fazendo o processamento do orgânico emprodutos valiosos difíceis, a menos que os dois sejam separados. Portanto, naetapa 114, a pasta fluida sofre uma etapa de despolimerização, em que éaquecida a uma temperatura entre 135 °C e 193 °C, preferivelmente entre 135°C e 163 °C e mesmo mais preferivelmente entre 149 0C e 163 °C, a fim deseparar matéria inorgânica, tal como osso e outra matéria sólida, dosconstituintes orgânicos. Aqueles hábeis na arte reconhecerão que acomposição de matéria inorgânica e orgânica difere de batelada para batelada,dependendo da natureza das cargas de alimentação usadas. O material ósseo116 é destinado somente a ilustrar o tipo de matéria inorgânica fornecida emalgumas formas de realização da invenção. Em exemplos em que o resíduo dedesfibrilador, pneus, plásticos ou borracha, por exemplo, constituem aalimentação bruta, o material inorgânico provavelmente não compreenderámaterial ósseo.

A etapa de despolimerização, também referida como etapa deaquecimento 114, ocorre por pelo menos 15 minutos e, preferivelmente, por45 minutos. O tempo de aquecimento depende da temperatura, com tão poucoquanto 15 minutos necessários em temperaturas mais elevadas e mais do queuma hora em temperaturas mais baixas da faixa. O aquecimento a taistemperaturas dramaticamente diminui a viscosidade total da pasta fluida e éconsistente com uma hidrólise do material protéico da carga de alimentaçãoem seus blocos de construção de amino ácido - di e tri-peptídeos - de modoque as ligações físicas e químicas com a matéria mineral são rompidas. Talredução de viscosidade permite a separação de sólidos insolúveis fixados, taiscomo material ósseo 116 compreendendo matéria mineral indesejada e ossopulverizado da pasta fluida, desse modo produzindo uma mistura líquida 118,que, subseqüentemente, entra no Estágio de Hidrólise.

A matéria mineral que se separa neste estágio principalmentecompreende material ósseo em pó e particulado, bem como algumaquantidade de minerais de areia, solo ou outros contaminantes que penetraramna carga de alimentação. A separação da matéria mineral do materialremanescente pode ser conseguida por separação por gravidade ou podeutilizar outro aparelho de separação familiar a uma pessoa de habilidadecomum na arte, tal como centrífuga de líquido/sólido, uma peneira ou umfiltro. A matéria mineral assim separada pode ser usada como um fertilizantemineral. A matéria mineral separada preferivelmente é livre de materialorgânico, embora, na prática, quantidades traço prossigam através do processode separação.

A mistura líquida 118 que se origina da separação tipicamentecompreende uma fase óleo contendo gorduras e carboidratos, e uma faseaquosa em que são dissolvidos os amino ácidos e peptídeos pequenos, obtidosda degradação de proteína. A mistura líquida pode adicionalmentecompreender alguns insolúveis, que incluem alguns minerais e algunspeptídeos que não foram decompostos, à luz do acima, a composição damistura líquida é de modo que pode ser desviada do trajeto de hidrólise 120 eaplicada diretamente para uso ou em uma forma concentrada como umaração, fertilizante, combustível ou outros produtos. Em algumas formas derealização da invenção, a mistura líquida concentrada pode encontraraplicação como um combustível de boiler ou motor, ou ser submetida a maisprocessamento, p. ex., como em uma refinaria de petróleo. Em algumasformas de realização da invenção empregando cargas de alimentaçãobaseados em hidrocarboneto, p. ex., plásticos residuais, borracha, pneususados etc., um solvente orgânico pode ser combinado com a alimentaçãobruta 100, para maximizar a fração orgânica da carga de alimentação e, dessemodo, aumentar a produção da mistura líquida utilizável.

Como seria entendido por uma pessoa hábil na arte, a etapa dedespolimerização 114 também encontraria aplicação em outros processos, taiscomo industrialização de carcaças de animais, em que o resíduo animal,contendo osso e matéria mineral, é decomposto para formar outros materiaisutilizáveis. Em geral, a aplicação de calor entre 135 0C e 193 0C,preferivelmente entre 135 e 163 0C e mesmo mais preferivelmente entre 1490C e 163 0C em tal carga de alimentação realizará uma separação maiseficiente da matéria orgânica do osso e mineral do que até agora foi possível.Tal processo, desse modo, facilitará a separação do osso e matéria mineral doresto da carga de alimentação e resultará em uma parte orgânica mais pura,bem como reduzindo a quantidade de material orgânico que é perdida fixadaao material mineral não utilizável.

Por conseguinte, a presente invenção inclui ainda um processopara industrializar partes corporais de animais, que contêm matéria orgânicafixada a sólidos insolúveis, compreendendo: preparar uma pasta fluida daspartes corporais do animal; aquecer a pasta fluida a entre 135 °C e 193 °C,preferivelmente entre 135 °C e 163 °C e, mesmo mais preferivelmente, entre149 °C e 163 °C, para produzir uma mistura líquida e material insolúvel; eremover o material ósseo. Deve ser citado que os processos anteriormenteexistentes para industrialização de carcaças de animais tipicamente nãoaquece a carga de alimentação a uma temperaturas tão elevada e geralmentesomente aquece a temperaturas sob 100 °C. Além disso, os processosanteriormente existentes para industrialização de carcaça de animaistipicamente gera duas bateladas de produtos; carne e farinha de osso em umabatelada, e gordura em uma segunda batelada. Ao contrário, o processo dapresente invenção gera duas bateladas de diferentes constituintes: materialsólido, largamente contendo osso, que é inteiramente separado e pode serusado e pode ser usado como, p. ex., um fertilizante mineral; e uma partelíquida que compreende uma parte de óleo separada, que pode ser usada paracriar ácidos graxos e uma parte aquosa (que contém amino ácidos dissolvidosem água) que pode ser usada como um suprimento alimentar animal.

Em um Estágio de Hidrólise 120, a pasta fluida é submetida acalor e pressão aumentada, em que a pasta fluida sofre uma etapa de hidrólise,também chamada uma reação de Estágio de Hidrólise. Tais condições de calore pressão resultam na decomposição da estrutura celular de componentesbiológicos da pasta fluida, para liberar moléculas constituintes, tais comoproteínas, gorduras, ácido nucléico e carboidratos. Adicionalmente, muitosmateriais orgânicos poliméricos são hidrolisados pela água da pasta fluida emmisturas de produtos orgânicos mais simples. Em particular, as gorduraspodem ser parcialmente divididas para fornecer materiais orgânicosflutuáveis, tais como ácidos graxos (contendo grupos ácido carboxílico) egliceróis solúveis em água (isto é, moléculas contendo 3 grupos hidroxila). Asproteínas são tipicamente decompostas em polipeptídeos mais simples,peptídeos e amino ácidos constituintes. Os carboidratos são largamentedecompostos em açúcares solúveis em água mais simples. As ligações deoxigênio e cloro de plásticos tais como PET e PVC são também rompidas noEstágio de Hidrólise. A presença de água no Estágio de Hidrólise éespecialmente vantajoso porque ajuda a transportar calor para a carga dealimentação.

Deve ser entendido que os termos reage(m), reagindo e reação,quando usados em conjunto com as formas de realização da presenteinvenção, podem abranger muitos diferentes tipos de mudanças químicas. Emparticular, o termo reação pode abranger uma mudança química originando-seda combinação ou associação de duas ou mais espécies que dão origem a umou mais produtos e pode abranger outros tipos de decomposições ouconversões, que envolvem a decomposição ou transformação de uma espécieúnica, como induzido pelas condições de temperatura, pressão ou impacto deradiação eletromagnética e pode abranger ainda transformações envolvendoum solvente, tal como uma hidrólise. Deve ainda ser entendido que, quando otermo "reação" ou "reagir" é usado aqui para descrever um processo ou umestágio de um processo, então mais do que uma mudança química pode estarocorrendo simultaneamente. Assim, uma reação pode simultaneamenteenvolver uma hidrólise e uma decomposição, por exemplo.

Uma mistura de vapor e produtos gasosos 126 é tipicamenteliberada da pasta fluida no Estágio de Hidrólise 120. A alimentação reagida122, resultante do Estágio de Hidrólise, tipicamente consiste de uma misturade produtos sólidos reagidos e uma mistura de produtos líquidos reagidos.Estes vários produtos são tipicamente caracterizados como uma fase óleo,uma fase água e uma fase mineral úmida. A fase água e a fase óleotipicamente contêm vários materiais orgânicos dissolvidos. A mistura devapor e gases 126, produzidos no Estágio de Hidrólise 120, é preferivelmenteseparada por um condensador e o vapor é usado para pré-aquecer a pastafluida entrante.

A alimentação reagida 122 é então submetida a um estágio deseparação 130, em que uma outra mistura de vapor e gases 132 é impelidapara fora e uma mistura de minerais 134 ou outros materiais sólidos éseparada. Preferivelmente, os materiais sólidos obtidos neste estágio nãocompreendem sólidos de carbono, a menos que o sólido de carbono estejapresente na carga de alimentação de entrada. O estágio de separação 130 podecompreender mais do que uma separação individual. Em algumas formas derealização da invenção, os materiais sólidos podem sofrer mais processamentoem um calcinador para queimar qualquer orgânico residual deles e seremcalcinados. Outros materiais gerados em vários pontos do processo descritoaqui, p. ex., gás concentrado não condensável, inorgânico sólido 116 ecombustível concentrado aquoso, podem igualmente ser alimentados aocalcinador para mais processamento. Em algumas formas de realização dainvenção, o calcinador serve a duas funções, na produção de sólidoscalcinados e produção de óleo quente e/ou vapor para uso em uma variedadede aplicações. Por exemplo, o vapor quente pode ser usado para suprir umaturbina de vapor, p. ex., em usinas de energia elétrica ou outros contextosindustriais e de manufatura.

O material residual do estágio de separação 130 consiste deuma mistura de produtos líquidos, que inclui água produzida 138 (água comsolúveis) e um licor orgânico 500. O licor orgânico 500 é tipicamente umlíquido que contém uma mistura de espécies contendo carbono, tais comoprodutos líquidos reagidos da Estágio de Hidrólise. Preferivelmente, a maiorparte da água produzida 138 é separada e um produto líquido, tal como o licororgânico 500, é direcionado para um Estágio de Acabamento de Oleo 140.Assim, o licor orgânico preferivelmente compreende um produto líquidoreagido, separado da água e, na maior parte dos exemplos, também separadodo produto sólido reagido. A água produzida 138 contém numerososcompostos, incluindo materiais contendo enxofre e cloro e é preferivelmentedesviada para concentração 139. É desejável separarem-se tais compostos e,em formas de realização preferidas, a concentração dá origem a umcondensado 152 (cuja pureza é usualmente melhor do que aquela das águasservidas municipais) e um concentrado 153 (que, em muitos exemplos, podeser usado como um combustível orgânico ou fertilizante líquido, similar asolúveis de peixe).

Parte do licor orgânico 500 pode ser desviado para umaseparação opcional 137, para formar produtos químicos orgânicos especiais143, tais como ácidos graxos ou amino ácidos, por exemplo, via destilaçãofracional do licor orgânico. Frações residuais, licor fracionado 145, comfreqüência chamado 'licor pesado', que compreende frações que não são úteiscomo produtos químicos especiais, podem ser redirecionadas para o Estágiode Acabamento de Óleo 140.

Quando a carga de alimentação é pasta fluida de despejosmunicipais, a alimentação reagida 122 da reação do Estágio de Hidrólisecompreende água produzida, uma matriz sólida de material orgânico einorgânico e uma pequena quantidade de licor orgânico. A água produzidapela pasta fluida de despejos é então desviada para concentração, para formarum produto que encontra aplicação como um fertilizante.

Em um Estágio de Acabamento de Oleo 140, tambémconhecido como "acabamento de óleo", o licor orgânico 500 é submetido acondições em que ele sofre uma segunda reação. A segunda reação podeenvolver um ou mais processos conhecidos na arte, tais como desidrataçãosimples, destilação para ácidos graxos, craqueamento térmico, craqueamentocatalítico, remoção de pasta fluida etc. E também possível que o licororgânico contenha alguma quantidade de produto sólido reagido, que étambém passado para o Estágio de Acabamento de Óleo. Juntos, o licororgânico e o produto sólido reagido podem ser referidos como uma matrizsólida. Na segunda reação, o licor orgânico é convertido em uma mistura demateriais úteis, que usualmente incluem sólidos de carbono 142 e umamistura de hidrocarbonetos que é tipicamente liberada como vapor e gases dehidrocarboneto 148. Tal conversão pode envolver uma decomposição de umou mais materiais do licor orgânico. Condições adequadas no Estágio deAcabamento de Oleo tipicamente utilizam temperaturas que são elevadas comrespeito ao Estágio de Hidrólise e utilizam pressões que são reduzidas comrespeito ao Estágio de Hidrólise. O Estágio de Acabamento de Hidrólisetipicamente não envolve o uso de água adicionada. Numerosos diferentesaparelhos podem ser empregados para realizar o Estágio de Acabamento deOleo, como mais descrito aqui.

Os sólidos de carbono 142 são tipicamente similares ao coque,isto é, usualmente materiais carbonados duros com um alto valor calorífico,adequados para uso como combustível. Os sólidos de carbono 142preferivelmente contêm pouco, se algum, minerais não-combustíveis, quetipicamente resultam da incineração de materiais contendo carbono em umaatmosfera deficiente de oxigênio. O teor de mineral de sólidos de carbono 142é preferivelmente menor do que 10 % em peso, mais preferivelmente menordo que 5 % em peso, ainda mais preferivelmente menor do que 2 % em peso emuitíssimo preferivelmente menor do que 1 % em peso. Onde os sólidos decarbono 142 contiverem minerais, eles podem também ser descritos comouma matriz de carbono-mineral.

O vapor e gases de hidrocarboneto 148 são referidos como"hidrocarbonetos bio-derivados", sempre que material biológico for a cargade alimentação para o processo da presente invenção. O vapor e gases dehidrocarboneto podem ser variadamente referidos como "derivado-de-pneu","derivado-de-borracha" ou "derivado-de-plástico", se a carga de alimentaçãobruto compreender pneus, borracha ou plásticos, respectivamente. O vapor egases de hidrogênio 148 tipicamente compreendem gases de hidrocarboneto,com possivelmente algumas impurezas traço de gases não-hidrocarbonados.Os gases hidrocarbonados incluem gases tais como gás-combustível 146; Osvapores hidrocarbonados podem ser prontamente condensados em líquidos ouóleos 144, tais como os constituintes mais leves de óleo diesel #2. Umapessoa de habilidade comum na arte entende que u óleo diesel #2 é um óleocom uma viscosidade ou densidade relativamente baixa.

Quando a carga de alimentação for lama de águas servidasmunicipais, os produtos sólidos do Estágio de Acabamento de Óleotipicamente compreendem uma mistura de óleos hidrocarbonados, gáscombustível e uma mistura de minerais com carbono, em forma sólida.Deve ser entendido que os parâmetros operacionais doprocesso da presente invenção podem ser ajustados em um ou mais exemplos,a fim de acomodar diferentes tipos de materiais de alimentação brutos. Porexemplo, no contexto de alimentação bruta, tais como vísceras de peru, oscomponentes principais são gorduras, proteínas, carboidratos e mineraisanimais. Assim, o equilíbrio dos componentes principais pode determinaralguns aspectos das condições operacionais da presente invenção. Além disso,as faixas de temperatura do primeiro e do reator de Estágio de Acabamento deOleo podem ser controladas para produzir produtos específicos, desse modomaximizando o valor econômico que pode ser obtido pela produção de váriosprodutos.

Um aparelho 200 para realizar um processo de acordo com apresente invenção é mostrado na Fig. 2. Com base nos ensinamentos dapresente invenção, a montagem dos vários componentes do aparelho 200 seriadentro da capacidade de uma pessoa hábil na arte de engenharia deprocessamento ou engenharia química. Desta maneira, tais detalhes técnicoscomo seriam familiar para um artífice de habilidade comum são omitidos dapresente descrição. Além disso, como é examinado aqui, uma pessoa dehabilidade comum na arte seria capaz de substituir várias peças do aparelhopor peças individuais mostradas na Fig. 2 e realizar o processo da presenteinvenção.

A preparação e transformação em pasta fluida da carga dealimentação podem ser realizadas em um aparelho de preparação de carga dealimentação 210. Após a preparação da alimentação e transformação em lamada alimentação, a lama é passada para um vaso ventilado de baixa pressão220, referido como um tanque de armazenagem de alimentação.Preferivelmente, a alimentação é submetida a aquecimento no ou antes dotanque de armazenagem de alimentação, para produzir uma lama aquecida,que é opcionalmente submetida a pressurização antes de penetrar no reator deEstágio de Hidrólise. Tal aquecimento e pressurização tipicamente ocorremno equipamento que compreende um vaso para reter a lama, uma bomba paraaumentar a pressão da lama e um trocador de calor para aquecer a lama.Tipicamente, condições de cerca de 60 0C e 0,070 kg/cm2 são empregadas para manter a lama de alimentação em um estado líquido e para limitar aatividade biológica. Em uma forma de realização preferida, o tanque dearmazenagem de alimentação compreende um primeiro tanque e um segundotanque. Em tal forma de realização preferida, o primeiro tanque é aquecido auma temperatura de cerca de 60 0C e submetido a uma pressão de cerca de 0,070 kg/cm . Tais condições do primeiro tanque efetivamente realiza umacessação da atividade biológica. Em uma forma de realização exemplificativa,tal primeiro tanque pode ter uma capacidade de cerca de 3.800.000 litros;assim, para uma produção de 380 - 570 litros/min, o tempo de permanênciaeficaz em tal tanque é de cerca de 700 minutos. O segundo tanque é de tal forma de realização pode ser mantido em uma temperatura de cerca de 149 0Ce submeter o conteúdo a uma pressão de até cerca de 7,030 kg/cm . A pressãoé geralmente ligeiramente acima da pressão de saturação da mistura um umadata temperatura. Por exemplo, a pressão de saturação da mistura é de 4,640kg/cm2 a cerca de 150 0C. As condições no segundo tanque são tipicamente bastante severas para decompor materiais protéicos da lama, para soltar alama e para eliminar a amônia. A capacidade do segundo tanque é tipicamentemenor do que do primeiro tanque e pode ser tão pequena quanto 7950 litros.Assim, em uma forma de realização, um taxa de fluxo de cerca de 152 1 porminuto fornece um tempo de permanência de cerca de uma hora no segundo tanque. Tempos de permanência preferidos, mais longos, para cargas dealimentação particulares, por exemplo, de diversas horas, no segundo tanque,podem ser conseguidos com taxas de fluxo mais baixas.

O Estágio de Hidrólise da presente invenção é realizado emum reator de Estágio de Hidrólise 230, que preferivelmente compreende umvaso de multi-câmaras, de modo que á uma estreita distribuição dos temposde permanência dos materiais constituintes da lama. Em uma forma derealização alternativa, o reator de Estágio de Hidrólise pode também ser umauto reator. Preferivelmente, o vaso é equipado com defletores e uma agitadormotorizado de multi-pás, que pode simultaneamente agitar a lama de cadauma das câmaras. Em uma forma de realização preferida, há quatro câmarasem tal vaso. Em outra forma de realização preferida, o aquecimento da lamaocorre em diversos estágios à frente deste vaso.

A vaporização da alimentação reagida após o Estágio deHidrólise pode ser conseguida em um vaso de vaporização 240 (um"separador de segundo estágio") com uma ventilação. Preferivelmente, apressão dentro vaso de vaporização 240 é consideravelmente mais baixa doque aquela dentro do reator de Estágio de Hidrólise 230. Em uma forma derealização, a pressão do vaso de vaporização é de cerca de 21,09 kg/cm , ondea pressão dentro do reator de Estágio de Hidrólise é em torno de 42,18kg/cm .

Vários equipamentos podem ser usados para obterem-se váriasseparações de segundo estágio da alimentação que sai do reator de Estágio deHidrólise 230. Preferivelmente, tais separações fornecem uma mistura devapor e gases 132, licor orgânico 500, minerais 134 e água produzida comsolúveis 138. O vapor e gases 132 são preferivelmente desviados de voltapara o estágio de preparação, para auxiliar com o aquecimento dealimentação.

A separação dos minerais do licor orgânico e água pode serconseguida com centrífugas, hidrociclones ou com um tanque estático. Asecagem dos minerais 134 pode ser conseguida com, por exemplo, um fornode secagem ou outro secador de mineral, tal como um secador de "anel" (nãomostrado na Fig. 2) (em uma forma de realização alternativa, a separaçãopode ser facilitada pela adição de um produto químico, para romper aemulsão).

A água produzida com solúveis 138, resultando da separaçãodo licor orgânico da água, pode ser concentrada em um evaporador 250 de umtipo que é tipicamente disponível na indústria. O licor orgânico 500, que foiseparado dos minerais e da água, pode ser contido em um vaso de retenção delicor orgânico 252, antes da transferência para o reator de Estágio deAcabamento de Oleo 260. Tal vaso de retenção pode ser um vaso dearmazenagem comum, como é tipicamente usado na indústria.

Em formas de realização exemplares da invenção, alguma ou ainteira parte de licor orgânico 500 pode ser desviada para fornecer um oumais produtos químicos especializados. Tipicamente, isto envolve submeter olicor orgânico a destilação fracional. O licor orgânico que é submetido adestilação fracionai é tipicamente destilado em uma coluna de destilação 254.O licor orgânico pode ser submetido a uma lavagem de ácido para separaramino ácidos traço, antes de passá-lo para a coluna de destilação. Materiaismais voláteis do licor orgânico, tais como ácidos graxos, são destilados ecoletados. Quaisquer materiais mais pesados, tais como gorduras não-volatilizadas e derivados de gordura que são encontrados no fundo da colunade destilação que são encontrados no fundo da coluna de destilação sãopassados para o reator de Estágio de Acabamento de Óleo 260.

Em outras formas de realização exemplares da invenção,alguma ou a inteira parte do licor orgânico 500 é desviada para fornecer umóleo carboxílico. O óleo carboxílico pode ser usado diretamente como umafonte de combustível adaptada, isto é, em uma caldeira, aquecedor ou motor.Em algumas formas de realização da invenção, o óleo carboxílico é submetidoa mais processamento, p. ex., como em uma refinaria de petróleo.Alternativamente, o óleo carboxílico pode ser ainda processado ou purificadovia filtragem e/ou centrifugação antes do uso. Por exemplo, o óleo carboxílicopode sofrer hidrotratamento, um processo comumente usado nas refinarias depetróleo para remover nitrogênio e enxofre dos óleos de petróleo bruto, paraproduzir um combustível de queima mais limpa, visto que a presença denitrogênio e enxofre pode resultar em formação de NOx e SOx durante acombustão. Como ilustrado na seção de Exemplos, o óleo carboxílicofornecido pela presente invenção é de baixo teor de enxofre, tipicamente <0,2% e, portanto, requer pouca quantidade de hidrogênio para fins dehidrotratamento. A facilidade de elevar a qualidade do óleo carboxílico étambém atribuída à baixo teor de nitrogênio, a maioria do qual existe emforma amina, em vez de anel heterocíclico.

Várias cargas de alimentação podem ser empregados paragerar óleo carboxílico utilizável neste ponto do processo. As cargas dealimentação compreendendo gordura/graxa, p. ex., gorduras animais,sementes oleaginosas-soja, canola, graxa de coletor e uma fonte de proteínasão preferidos para maximizar a produção de óleo carboxílico útil. Materiaisadequados para esta finalidade incluem, não-exclusivamente, resíduosvegetais, resíduos e correntes de baixo valor (DDG) de instalações deprodução de etanol.

O licor orgânico que vem da separação do segundo estágiopode também ser passada para o reator de Estágio de Acabamento de Óleo260, em que uma segunda reação ocorre, em que o licor orgânico é convertidoem um ou mais materiais úteis, tais como óleo e sólidos de carbono 142. Oóleo que vem do reator de Estágio de Acabamento de Oleo pode sersubmetido a mais separação em um separador 270, para produzir óleo 124 egás combustível 146. A separação pode compreender condensar o óleo emvárias etapas e desviá-lo para a armazenagem de óleo 280 em um vaso dearmazenagem. Os sólidos de carbono 142, que vêm do reator de Estágio deAcabamento de Óleo, são esfriados e podem também ser armazenados ouainda aquecidos e então tratados para ativá-los, de acordo com os métodosque são conhecidos de uma pessoa de habilidade comum na arte. Porexemplo, os sólidos de carbono podem ser aquecidos em uma reator adicionale ser ativados pela injeção de vapor superaquecido.

Como examinado aqui acima, materiais de alimentação brutosexemplares incluem materiais residuais das indústrias de processamentoagrícola e de rações. Tais materiais residuais podem compreender partes deanimais, tais como asas, ossos, penas, órgãos, pele, cabeças, sangue epescoços, tecido mole, dedos e cabelo. As partes típicas de animal são aquelasencontradas em víscera de peru e remanescentes de carcaças de matadouros.Outros materiais residuais da indústria de processamento de rações que sãoadequados para processamento com os métodos da presente invenção incluemgraxa não utilizada de estabelecimento de comida rápida, tais como franquiasde sanduíches e materiais tais como lama de flotação de ar dissolvida("DAF") das usinas de processamento de rações. Materiais residuais agrícolaspodem incluir estrume ou esterco animal de carneiros, porcos e vacas etambém outros materiais tais como estrume de galinha e safras residuais. Emuma forma de realização exemplificativa ilustrada nas Figs. 3 - 5, aalimentação bruta 100 é um subproduto de processamento de comida, talcomo vísceras de peru.

Como mostrado na Fig. 3, a alimentação bruta 100 éinicialmente submetida à preparação e transformação em lama 110, paraproduzir uma lama de alimentação 112, acompanhado por vapor e gases 121.A lama 112 pode ser transferida para a carga de alimentação 320 em umtanque de armazenagem de alimentação ("FST" ou homogeneizador) via umtrocador de calor 114, onde é aquecida para decompor material protéico queestá fixado aos ossos e outros partes corporais duras da mistura. Para umacarga de alimentação tal como resíduos de processamento de rações ou lamade esgoto municipal, o aquecimento para tal finalidade é a uma temperaturaentre 135 ℃ e 193 ℃, preferivelmente entre 135 ℃ e 163 ℃ e mesmo maispreferivelmente entre 149 ℃ e 163 ℃. O aquecimento na faixa de 149 ℃ a163 °C deve preferivelmente ser por cerca de uma hora. O resultado de talaquecimento é abaixar a viscosidade da lama, inativar biologicamente oconte'do e produzir uma mistura de materiais minerais (incluindo osso em póe particulado) e uma mistura líquida. Na etapa 310, os sólidos insolúveis,compreendendo minerais e material ósseo 116, são separados da misturalíquida 118, p. ex., por separação por gravidade ou por centrífuga delíquido/sólido ou peneira ou filtro. A mistura líquida, compreendendo umamistura de água e componentes orgânicos insolúveis em água e algunsminerais traço, é esfriada e direcionada para o tanque de armazenagem dealimentação 320 ("FST" ou homogeneizador). O conteúdo é aquecido a cercade 135 °C a 138 °C dentro do FST e submetido a pressão de cerca de 3,52kg/cm a fim de produzir alimentação condicionada 322, uma raçãorelativamente homogêneo, adequado para passar para o reator de Estágio deHidrólise. Durante a armazenagem da alimentação, vapor e impurezas gasosassão preferivelmente sangrados 336.

Assim, uma vantagem da presente invenção é que adesgaseificação ocorre no FST para remover impurezas gasosas indesejadasno início do processo geral da presente invenção. A lama de alimentação 112pode permanecer na carga de alimentação 320 por qualquer tempoconveniente, até ser mais processada pelos métodos da presente invenção.Preferivelmente, o FST supre uma constante corrente de alimentação a umabomba de lama de alta pressão, que pressuriza a alimentação e transporta-apara o reator de Estágio de Hidrólise. Em uma forma de realização preferida,a lama de alimentação 112 pode permanecer em um grande tanque dearmazenagem por qualquer tempo conveniente, até ser necessário ser maisprocessada pelos métodos da presente invenção.

Para materiais de alimentação brutos que contêm significativasquantidades de amônia (ISIH3), tais como víscera de peru, é vantajoso removera amônia livre durante a preparação 110, em cujo caso é um componente devapor e gases 121, ou durante a armazenagem 320, onde é descarregadajuntamente com vapor e impurezas gasosas 338. Uma fonte de amônia é adecomposição de ácido úrico encontrado em quantidades residuais de urina,que estão presentes em agregados de partes corporais de animais. Métodos de remover amônia estão dentro do conhecimento de uma pessoa de habilidadecomum na arte e incluem mas não são limitados a separação do teor de urinaantes da transformação em lama, uso de degradação enzimática e aplicação decalor. Adicionalmente, a amônia pode ser convertida por acidificação em umsal, tal como sulfato de amônio ou fosfato de amônio. Em uma forma de realização preferida, o FST compreende dois vasos mantidos em diferentescondições. O primeiro tal vaso realiza o papel de armazenagem; o segundovaso efetua a decomposição de proteínas e libera amônia.

A lama de alimentação condicionada 322, que emerge daarmazenagem de alimentação 320, é submetida a um Estágio de Hidrólise 330, em que o teor de água da lama de alimentação condicionada 322 realizauma hidrólise de muitos dos biopolímeros presentes. Agitação suficiente(provida pelos misturadores e/ou dispositivos de recirculação) é provida, demodo que os sólidos são mantidos em suspensão. O Estágio de Hidrólisetipicamente leva de cerca de 5 a cerca de 60 minutos. A produção do Estágio de Hidrólise é uma alimentação reagida 122. Tipicamente vapor e gás 339 sãotambém liberados do Estágio de Hidrólise.

No Estágio de Hidrólise 330, alguma desgaseificação ocorre,em que remoção parcial de compostos de nitrogênio e enxofre ocorre, ereações de desaminação e descarboxilação podem ocorrer, em que quantidades significativas de proteína também se dissociam em produtos taiscomo amônia e potencialmente bióxido de carbono. Na prática, para oprocesso da presente invenção, reações de descarboxilação são indesejadasporque os produtos, que não bióxido de carbono, são aminas que tendem a sersolúveis em água, e voláteis. Assim, em geral, reações de desaminação sãopreferidas a reações de descarboxilação e os produtos líquidos reagidos,obtidos do Estágio de Hidrólise, tipicamente incluem ácidos carboxílicos,quando a carga de alimentação inclui material tal como proteínas e gorduras.

Portanto, uma vez que as reações de descarboxilação tipicamente ocorrem emtemperaturas mais elevadas do que as de desaminação, o Estágio de Hidróliseé preferivelmente realizado na mais baixa temperatura possível, em que asmoléculas de gordura são divididas. Como uma alternativa, o pH do Estágiode Hidrólise pode ser mudado pela adição de ácido, desse mododesencorajando as reações de descarboxilação.

A remoção dos compostos de nitrogênio e enxofre nesteestágio e no estágio de preaquecimento anterior, evita a formação decompostos de nitrogênio orgânico, amônia e vários compostos de enxofre, quepoderiam tornar-se componentes indesejáveis dos hidrocarbonetos bio-derivados resultantes, se permitidos serem processados através de certos tiposde reator de Estágio de Acabamento de Oleo.

Condições típicas para realizar o Estágio de Hidrólise nesteexemplo são de 150°C a 330°C, embora preferivelmente em torno de 250°Ce em torno de pressão de 50 atmosferas, ou cerca de 42,18 kg/cm , comopodem ser obtidas em um reator de Estágio de Hidrólise. Geralmente, apressão no reator de Estágio de Hidrólise é na faixa de 20-120 atmosferas. Otempo total de preaquecimento e de aquecimento do Estágio de Hidrólise é atéem torno de 120 minutos. Tais condições podem ser variadas de acordo comas alimentações a serem usadas. Em um aspecto da presente invenção, quandoaplicada às cargas de alimentação que contêm PVC, a temperaturaoperacional do Estágio de Hidrólise é bastante elevado e é seguida pelasetapas de lavagem, de modo que produtos contendo cloro são removidos.

Geralmente, o Estágio de Hidrólise é realizado emtemperaturas na faixa de cerca de 150°C a cerca de 330°C, de modo que pelomenos uma das seguintes três transformações pode ser realizada. Primeira, asproteínas são degradadas nos resíduos amino ácidos individuais de que sãocompostas. Isto pode ser conseguido hidrolisando-se a ligação de amidapeptídica entre cada par de resíduos amino ácidos da cadeia principal daproteína em temperaturas na faixa de cerca de 150 - 220 °C. Segunda, asmoléculas de gordura podem ser decompostas em moléculas de ácido graxo,um processo que pode ocorrer na faixa de 200 - 290 °C. As gorduras sãohidrolisadas para separar entre si triglicerídeos para formar ácidos graxoslivres e glicerol. Terceira, a desaminação e descarboxilação dos amino ácidospode ocorrer no Estágio de Hidrólise. Os grupos ácido carboxílico, se permitidos prosseguir para o reator de Estágio de Acabamento de Óleo, aindafixados a seus respectivos componentes amino ácidos, serão todos convertidose hidrocarbonetos em condições operacionais relativamente suaves.Adicionalmente, pode haver alguns amino ácidos que sejam desaminados, umprocesso que tipicamente ocorre na faixa de temperatura de 210 - 320 0C.Assim, no Estágio de Hidrólise apenas, virtualmente toda a proteína presentena lama será convertida em amino ácidos em temperaturas operacionais deEstágio de Hidrólise relativamente baixas. Além disso, o grau de desaminaçãode amino ácido pode ser controlada por uma escolha judiciosa de temperaturaoperacional de Estágio de Hidrólise.

Como será entendido por uma pessoa de habilidade comum naarte, as condições reais sob as quais o reator de Estágio de Hidrólise é feitofuncionar variarão de acordo com a carga de alimentação empregado. Porexemplo, vísceras de animais tipicamente utilizam uma temperatura deEstágio de Hidrólise na faixa de cerca de 200 °C a cerca de 250 °C. Lama deesgoto municipal tipicamente utiliza uma temperatura de Estágio de Hidrólisena faixa de cerca de 170 °C a cerca de 250 °C. Uma carga de alimentaçãocompreendendo plásticos misturados tipicamente utiliza uma temperatura deEstágio de Hidrólise na faixa de cerca de 200 °C a cerca de 250 °C. Pneustipicamente utilizam uma temperatura de Estágio de Hidrólise na faixa decerca de 250 0C a cerca de 400 °C. Uma condição operacional típica para oprocessamento no reator de Estágio de Hidrólise do processo da presenteinvenção seria a 275 °C e 21,09 kg/cm2, com uma relação de solvente parapneu de 1:1 ou menos em peso. Tal pressão de processamento para uma dadatemperatura é muito mais baixa do que aquelas informadas em outrosmétodos de processamento de pneu e é, portanto, mais econômica.

O Estágio de Hidrólise de processamento de pneu podetambém envolver água para remoção de materiais contendo elementos taiscomo cloro. Preferivelmente, tais materiais são quase completamenteremovidos sob condições operacionais normais. O material de pneu, solventee água podem ser misturados juntos para o Estágio de Hidrólise ou o pneupode ser contatado pelo solvente e a água seqüencialmente.

A pressão no reator de Estágio de Hidrólise é tipicamenteescolhida para ser próxima da pressão de saturação da água na temperaturaoperacional em questão. A pressão de saturação é a pressão que precisa seraplicada em uma dada temperatura, para evitar que a água ebula e tambémdepende da presença e quantidade de outros gases na lama de alimentaçãopurificada. A pressão total dentro do reator é maior do que a pressão de vaporda água na mistura de lama, de modo que a água não é eliminada porebulição. A pressão é preferivelmente na faixa de 45 — 55 atmosferas, podeser na faixa de 40 - 60 atmosferas e pode também ser na faixa de 30 - 70atmosferas. Tipicamente, a pressão é ajustada em quantidades até, e na faixade, 0 - 7,03 kg/cm acima da saturação, de modo que os gases indesejadospodem ser sangrados 336 da preparação de alimentação, armazenagem dealimentação ou reator de Estágio de Hidrólise.

Uma vantagem da presente invenção é que a ventilaçãodurante a preparação da alimentação 110, armazenagem de alimentação 320 eEstágio de Hidrólise permite que impurezas gasosas, tais como amônia,bióxido de carbono e gases contendo enxofre, sejam removidas. Tipicamente,o Estágio de Hidrólise 330 faz com que os gases contendo enxofre nãodecomponham os componentes contendo enxofre dos vários bio-materiais.Uma fonte principal de enxofre são as moléculas de proteína, muitas das quaistêm pontes sulfeto entre os resíduos de cisteína. Os gases contendo enxofresão tipicamente sulfeto de hidrogênio (H2S) e mercaptanas (compostos dealquil-enxofre), tais como metil mercaptana. Adicionalmente, alguns sais taiscomo sulfeto de cálcio (CaS) podem ser produzidos e estes são normalmenteseparados durante os últimos estágios.

Após o Estágio de Hidrólise, a alimentação reagida 122, quetipicamente compreende pelo menos um produto líquido reagido e pelo menosum produto sólido reagido e água, é vaporizada 340 a uma mais baixa pressãoe permitida liberar excesso de calor de volta para os estágios de aquecimento,antes do Estágio de Hidrólise. Tipicamente, a vaporização é conseguidaatravés de múltiplas reduções de pressão, preferivelmente em dois a trêsestágios. O efeito da vaporização é descarregar vapor e gases remanescentes132, associados com a alimentação reagida. A desidratação viadespressurização é eficiente porque a água e eliminada sem emprego de calor.O uso eficaz do calor em excesso é conhecido como recuperação de calor erepresenta um outro avanço do processo da presente invenção. O fato de que oEstágio de Hidrólise utiliza água, que pode ser descarregada como vapor,juntamente com outros gases 339, presta-se a recuperação eficiente deenergia. Água e vapor são eficazes na troca de calor e podem serredirecionados para o Estágio de Hidrólise, empregando-se um ou maiscondensadores. Os condensadores são muito compactos e promovemeficiência. Assim, vapor e gases 132, ventilados da alimentação reagida 122,são também preferivelmente usados para auxiliar no aquecimento daalimentação afluente e na manutenção da temperatura do Estágio deHidrólise, desse modo reduzindo a perda de energia do processo da presenteinvenção. Vapor e gases 339 podem também ser passados para um ou maistrocadores de calor colocados antes da ou após a armazenagem dealimentação 320. O vapor pode também ser diretamente injetado de voltadentro da alimentação entrante 100 em alguns casos. Preferivelmente, vapor egases 339 do Estágio de Hidrólise 330 são combinados com vapor e gases 132antes de passar para o trocador de calor 114.

Dentro do trocador de calor 114, o vapor e gases são separadosentre si. A maior parte do vapor condensa para fornecer um condensado 151.Preferivelmente, este condensado é redirecionado para combinar com a "águaproduzida", que resulta dos últimos estágios do processo da presenteinvenção, descrito ainda abaixo. Quantidades residuais, pequenas, de vaporsão ventiladas juntamente com os gases. Preferivelmente, estes gasesventilados são combinados com outros gases que são produzidos pelosúltimos estágios do processo da presente invenção, para fornecer gáscombustível.

Após a alimentação reagida ter sido vaporizada 340 e calor tersido recuperado, a alimentação intermediária 400 tipicamente compreendepelo menos um produto líquido reagido, pelo menos um produto sólidoreagido e água. O pelo menos um produto líquido reagido é tipicamente umconstituinte de um licor orgânico; o pelo menos um produto sólido reagidotipicamente compreende minerais. A alimentação intermediáriapreferivelmente é substancialmente livre de produtos gasosos.

A Fig. 4 mostra uma seqüência de separação que é aplicada àalimentação intermediária. E outra vantagem do processo da presenteinvenção que a alimentação intermediária, que resulta do Estágio deHidrólise, é submetida a um ou mais estágios de separação, que removemminerais e água antes de processamento na reator de Estágio de Acabamentode Óleo. O estágio de separação utiliza equipamento de separação, tal comocentrífugas, hidrociclones, colunas de destilação, dispositivos de filtragem epeneiras e pode também utilizar destilação para remover sólidos de carbonomuito finos de uma alimentação intermediária 400. Em geral, outra reduçãode pressão recupera mais vapor e facilita a separação de sólidos/líquidos pararecuperar minerais e outros sólidos.

A alimentação intermediária 400 tipicamente compreende licororgânico, água e minerais e é preferivelmente submetida a uma primeiraseparação 410, que remove a maior partes dos minerais 412 e produz umamistura de licor orgânico e água 414 que é de baixo teor de cinzas. Talseparação é caracterizada como uma separação de sólido/líquido e pode serconseguida com uma primeira centrífuga ou via um dispositivo de separaçãode sólido/líquido, por exemplo, por métodos mecânicos ou não-mecânicos,tais como sedimentação por gravidade. Os minerais 412, que são separados,são tipicamente úmidos e são, assim, submetidos a um estágio de secagem420 antes de passar para uma armazenagem seca de minerais 430. Osresultantes minerais secos pode encontrar considerável aplicação comercialcomo uma correção de solo ou outro precursor industrial.

A mistura de licor orgânico/água 414 é sujeita a uma segundaseparação 440 para impelir para fora a água e deixar o licor orgânico 500. Talsegunda separação pode ser conseguida usando-se uma segunda centrífuga delíquido/líquido (ou outro dispositivo de separação). Diferenças de gravidadepermitem a separação centrífuga da água produzida e do licor orgânico. Aágua produzida 138, que é impelida para fora, contém quantidadessignificantes de pequenas moléculas orgânicas dissolvidas, tais como glicerol,e alguns amino ácidos solúveis em água, que derivam da decomposição dasproteínas. A água produzida também tipicamente inclui impurezas de cloro. Aseparação de tais impurezas antes da reator de Estágio de Acabamento deÓleo representa um benefício adicional da presente invenção porque osprodutos posteriores não são desse modo contaminados.

A água produzida 138 pode ser sujeita a concentração 139, talcomo por evaporação, produzindo um condensado de água 151, que pode serreciclado dentro do processo da presente invenção e um concentrado 153, queé despachado para uma armazenagem concentrada 460. A evaporação étipicamente conseguida pela aplicação de um ligeiro vácuo. O concentrado,que compreende largamente uma lama de amino ácidos, glicerol e,potencialmente, sais de amônio, tais como sulfato ou fosfato de amônio,tipicamente terá valor comercial como, por exemplo, fertilizantes conhecidoscomo "solúveis de peixe", que são vendidos em lojas de jardim doméstico.

Deve ser entendido que a presente invenção não é limitada aum estágio de separação compreendendo duas etapas. Nem é a presenteinvenção limitada pela ordem em que quaisquer etapas de separação sãorealizadas. Assim, é consistente com a presente invenção se a separação daalimentação intermediária 400 em produtos tais como licor orgânico, mineraise água ocorrer um uma única etapa ou em mais do que duas etapas. Alémdisso, os minerais podem, em alguns exemplos, ser deixados na alimentaçãoorgânica pelo projeto e sua separação, assim, não precisa ocorrer antes doprocessamento do Estágio de Acabamento de Óleo.

Quando processando-se pneus com uma forma de realizaçãoda presente invenção, uma parte do licor orgânico pode ser usada como umproduto final, que é uma carga de alimentação de pneu desvulcanizado, para amanufatura de produtos de borracha.

A Fig. 5 mostra um estágio do processo da presente invenção,em que licor orgânico 500, resultante de um estágio de separação da Fig. 4, ésubmetido a um Estágio de Acabamento de Óleo 140, para produzir um oumais produtos úteis. O licor orgânico 500 ordinariamente vai para um vaso deretenção antes de ser mais processado. Deve ser entendido por uma pessoa dehabilidade comum na arte que a exata distribuição dos produtos obtidos doEstágio de Acabamento de Oleo 140 variará de acordo com as condiçõesempregadas no Estágio de Acabamento de Oleo, incluindo o tipo de aparelhoempregado. Por exemplo, em algumas reações de Estágio de Acabamento deÓleo, o produto predominante é vapor de hidrocarboneto e gases 148, commuito poucos sólidos ou nenhum de carbono.

Uma parte do ou todo o licor orgânico 500 opcionalmentepode ser direcionado para o processamento à frente do Estágio deAcabamento de Oleo 140, para produzir um ou mais produtos químicosespecializados 143. De acordo com tal processo opcional, alguma partedesejada do licor orgânico 500 é tipicamente submetida a um processo deseparação, tal como destilação fracional 510 ou reagido com um composto talcomo álcool, para formar outro composto, como seria entendido por umapessoa de habilidade comum na arte. Tal processo de separação gera produtosquímicos especializados 143 e deixa atrás um licor fracionado 145, comfreqüência referido como um "licor pesado", que compreende moléculasorgânicas de mais elevado peso molecular, tais como óleos triglicerídicos. Olicor fracionado 145 pode ser redirecionado para o Estágio de Acabamento deOleo 140 para processamento de uma maneira similar ao licor orgânico 500.

Produtos químicos especializados 143 são tipicamentecompostos orgânicos, tais como ácidos graxos, ésteres de ácido graxo, amidasde ácido graxo ou uma faixa de amino ácidos. Preferivelmente, os produtosquímicos especializados 143 são ácidos graxos. Mais preferivelmente, osprodutos químicos especializados 143 são ácidos graxos da faixa de C12-20·Mesmo mais preferivelmente, os produtos químicos especializados 143 sãoácidos graxos na faixa de C16-20· Quando os produtos químicos especializados143 são amidas de ácido graxo e ésteres de ácido graxo, eles são tipicamenteformados por reação com ácidos graxos. Os produtos químicos especializados143, resultantes de uma carga de alimentação, tal como vísceras de peru,podem encontrar aplicação como lubrificantes, revestimentos e tintas.

No Estágio de Acabamento de Óleo 140, o teor de água dolicor orgânico 500 é quase zero, de modo que as condições do Estágio deAcabamento de Óleo são tais que as moléculas orgânicas remanescentes sãodecompostas largamente pela aplicação de uma elevada temperatura, em vezde por hidrólise de água ou vapor em excesso ou adicionado. Condiçõestípicas para realizar o Estágio de Acabamento de Óleo são em torno de 400°C, como podem ser obtidas em um reator de Estágio de Acabamento de Óleoou outro vaso. A temperatura ótima variará de acordo com as condiçõesglobais de reação. O Estágio de Acabamento de Oleo tipicamente leva decerca de 5 minutos a cerca de 120 minutos, embora o tempo preciso varie deacordo com o tipo de reator empregado. Na prática, as várias fases do licorgastam quantidades variáveis de tempo no reator de Estágio de Acabamentode Oleo. Por exemplo, os vapores atravessam relativamente rápido e oslíquidos levam mais tempo. A saída do Estágio de Acabamento de Oleocompreende, separadamente, uma mistura de vapor de hidrocarboneto e gases148, em que os gases de não-hidrocarboneto podem incluir bióxido decarbono CO, e compostos contendo nitrogênio e enxofre, e sólidos de carbono142. Os sólidos de carbono 142 preferivelmente parecem-se com coque dealta qualidade. A mistura de vapor de hidrocarboneto e gases 148 tipicamentecontém vapor de óleo. As condições do Estágio de Acabamento de Óleo sãopreferivelmente selecionadas para otimizar a pureza dos sólidos de carbono142, bem como a mistura de vapor de hidrocarboneto e gases 148.Esfriamento rápido dos vapores quentes, tais como a mistura de vapor dehidrocarboneto e gases 148, para as reações e minimiza a formação de cinzade carvão, após o Estágio de Acabamento de Óleo. Em uma forma derealização preferida, o rápido esfriamento de vapores pode ser conseguidodirecionando-se os vapores para dentro de um tambor cheio de água ou pormúltiplas etapas de esfriamento rápido, empregando-se fluidos térmicos emeios de esfriamento. Onde tais múltiplas etapas de esfriamento rápido sãoempregadas, é vantajoso retirar múltiplas frações (diesel, gasolina etc.) doóleo, de modo que as várias frações possam ser desviadas para separaraplicações comerciais. Alternativamente, em outra forma de realização, ovapor de óleo pode ser esfriado rapidamente na presença do licor orgânicoentrante, desse modo também facilitando a recuperação de energia.

Geralmente, o Estágio de Acabamento de Oleo é realizado emtemperaturas na faixa de cerca de 310 °C a cerca de 510 °C, de modo que pelomenos uma das seguintes duas transformações possam ser realizada. Primeira,os ácidos graxos são decompostos em hidrocarbonetos. Isto pode serconseguido removendo-se o grupo carboxila de cada molécula de ácido graxoem temperaturas na faixa de aproximadamente 316 - 400 °C. Segunda, aspróprias moléculas de hidrocarboneto são "craqueadas" para formar umadistribuição de moléculas de mais baixos peso moleculares, um processo quepode ocorrer na faixa de aproximadamente 450 — 510 °C. Tipicamente,entretanto, o craqueamento de hidrocarboneto ocorre em temperaturas acimade 480 °C. Preferivelmente, o emulsão de água em óleo é realizado em umatemperatura mais elevada do que aquela para o Estágio de Hidrólise. Deve serentendido que as temperaturas descritas aqui, aplicáveis ao Estágio deAcabamento de Oleo, poderiam ser variadas sem desvio significativos dosprincípios da presente invenção. Por exemplo, o Estágio de Acabamento deOleo pode ser eficazmente realizado na faixa de temperatura de cerca de 300- 525 °C, bem como na faixa de 400 - 600 °C. Em algumas formas derealização, a temperatura do reator de Estágio de Acabamento de Oleo é entre400 °C e cerca de 510 °C.

Além disso, em pelo menos uma forma de realização, o reatorde Estágio de Acabamento de Oleo é tipicamente pressurizado a uma pressãoentre cerca de 1,05 kg/cm2 e cerca de 4,92 kg/cm2, isto é, de cerca de 1,05kg/cm2 acima da pressão atmosférica a cerca de 4,92 kg/cm acima da pressãoatmosférica. Preferivelmente, a pressão no reator de Estágio de Acabamentode Óleo é mais baixa do que a do reator de Estágio de Hidrólise.

Quaisquer sólidos de carbono 142 que são gerados peloEstágio de Acabamento de Óleo são tipicamente passados primeiro para umesfriador de sólidos de carbono 630, em que o carbono é permitido perder seucalor residual. Após esfriar, os sólidos de carbono 142 são passados para aarmazenagem de carbono 540 e podem ser vendidos para numerososaplicações úteis. Por exemplo, o carbono pode ser vendido como uma"correção de solo" para uso em horticultura doméstica, porque muitas dasbactérias do solo precisam de uma fonte de carbono. Em particular, o carbonoque é produzido é de uma qualidade similar a muitas formas de "carvãoativado" e, assim, pode também encontrar aplicação como um material paraabsorver emissões de vapor em automóveis, ou para uso em filtros de águadomésticos. Adicionalmente, o carvão, por causa de seu nível de pureza, podeencontrar aplicações como um combustível sólido, como carvão de pedra,porém sem a desvantagem de produzir emissões nocivas originando-se dacombustão dos contaminantes tipicamente encontrados em produtos decarvão. Muitos tóxicos ambientais podem também ser neutralizados em umamatriz de solo, pelo uso de um aditivo de carbono como os sólidos decarbono, que resultam do processo da presente invenção.

Em vez de ou em adição a sólidos de carbono 142, um produtoútil gerado pelo processo da presente invenção pode ser hulha limpa. A hulhalimpa é gerada quando a alimentação bruta é hulha bruta. Foi constatado queos finos de hulha, produzidos pelo processo da presente invenção, sãovantajosamente livres de contaminantes contendo enxofre e cloro do quehulha bruta tipicamente disponível. Estas propriedades da hulha gerada peloprocesso da presente invenção torna-os particularmente atrativos como fontesde combustível de queima limpa.

A mistura de vapor de hidrocarboneto e gases 148 produzidospelo reator de Estágio de Acabamento de Óleo é tipicamente direcionada paraum esfriador/condensador 850, que separa a mistura em gás combustível 146e um óleo hidrocarbonado 144. O gás combustível 146 tem valor calorífico epode ele próprio ser redistribuído internamente dentro do processo da presenteinvenção, para fins de prover energia para aquecimento em vários estágio oupode ser usado para produzir energia elétrica ou outras formas de energia parauso externo ou interno. O óleo 144 tipicamente compreende hidrocarbonetoscujas cadeias de carbono têm 20 ou menos átomos de carbono. A este respeito, a mistura parece-se com os componentes mais leves de um óleocombustível, tais como um óleo diesel grau #2. Tal produto é tambémcomercialmente vendável. Deve ser entendido, entretanto, que a precisacomposição do óleo 144 depende da carga de alimentação e também dascompreender parafinas, α-olefinas e aromáticos, bem como hidrocarbonetosalifáticos saturados. Por exemplo, a composição o óleo, obtida quando a cargade alimentação é composto de pneus, é diferente da composição obtidaquando a carga de alimentação é víscera de peru. Constatou-se que o óleoresultante das cargas de alimentação que têm um elevado teor de gordura érico em di-olefinas, Se não desejado, tais olefinas podem ser removidas doóleo por ressaturação ou por vários métodos de separação, familiares de umapessoa de habilidade comum na arte.

Quando a carga de alimentação bruto for pneus, constatou-seque o óleo de estágio final obtido do óleo hidrocarbonado 144 — neste casohidrocarbonetos derivados de pneu - é um solvente superior para pneus, emcomparação com outros solventes presentemente utilizados na arte. Emseguida a um princípio geral de química de que "semelhante dissolvesemelhante", uma vez que o óleo de estágio final venha finalmente dos pneus,sua natureza química é similar aos pneus originais e, assim, é um bomsolvente para eles. Quando a alimentação bruta usada com o processo dapresente invenção compreender pneus, pelo menos parte dos hidrocarbonetosderivados de pneus é redirecionada para a alimentação bruta de entrada, paraauxiliar na sua dissolução antes da ou durante a preparação de uma lama.Tipicamente, os hidrocarbonetos derivados de pneu têm uma faixa deebulição de cerca de 100 °C a cerca de 350 °C. Em uma forma de realizaçãopreferida, os hidrocarbonetos derivados de pneu são aquecidos antes daaplicação aos pneus. Em outra forma de realização, os hidrocarbonetosderivados de pneu são aplicados aos pneus e a mistura é aquecida a umatemperatura entre cerca de 200 °C e 350 °C. O uso do produto de óleo deestágio final elimina os custos recorrentes de outros solventes e compõe suasquantidades.

Em várias formas de realização da presente invenção, o inteiroespectro de constituintes do óleo de estágio final ou somente uma parte destesconstituintes, é usado para dissolver os pneus. Preferivelmente, todos oshidrocarbonetos derivados de pneu são redirecionados para a alimentaçãobruta de entrada. Em outra forma de realização, somente o produto de óleopesado de estágio final é redirecionado desta maneira. Se uma parte dosconstituintes for usada, a separação do solvente em partes pode ocorrerdurante o processamento de estágio final ou no processamento de lo. estágio.O uso do produto de óleo final como um solvente torna o processo da presenteinvenção muito mais econômico do que outras abordagens. Em razão de esteóleo não ser ordinariamente disponível para a primeira batelada de pneus a serprocessada em qualquer ocasião determinada, outro solvente podeadicionalmente ser empregado para auxiliar a decomposição inicial dos pneus.Tal solvente é tolueno; outros são conhecidos de uma pessoa de habilidadecomum na arte.

Quando a alimentação bruta for lama de esgoto municipal, épreferível facilitar a separação dos materiais orgânicos dos inorgânicos.Portanto, em uma forma de realização preferida, parte do óleo hidrocarbonato144, neste caso hidrocarbonetos bio-derivados, é redirecionada para aalimentação bruta ou o produto do Estágio de Hidrólise, a fim de auxiliar na aflotação do material. Em outras formas de realização, materiais tais comogordura de coletor, como são obtidas de distribuidores de refeições ligeiras,por exemplo, podem ser usados. O princípio atrás da flotação do material éque um material que seja mais leve do que a água é introduzido naalimentação bruta, ou no produto do Estágio de Hidrólise, para auxiliar aflotação de materiais mais pesados do que orgânicos aquosos, desse modo facilitando a separação do orgânico dos materiais inorgânicos. O resultado éuma lama que é de centrifugação mais fácil do que seria de outro modo ocaso.

Uma outra vantagem do processo da presente invenção é quetodos os produtos são livres de DNA e de patógeno. Isto é, eles são livres de materiais patológicos que são derivados de células animais, bactérias, vírus oupriônios. Tais materiais não sobrevivem ao processo da presente invençãointactos. Este é um importante resultado, porque não há risco de utilizarem-sequaisquer dos produtos do processo da presente invenção em aplicaçõesagrícolas, onde haveria o perigo de que tais moléculas pudessem repenetrar na cadeia alimentar.

Um aparelho para converter produto líquido reagido do estágiode separação, tal como um licor orgânico, dentro de uma mistura dehidrocarbonetos, e sólidos de carbono, é um reator de Estágio de Acabamentode Óleo para uso com o processo da presente invenção. Como mostrado na

Fig. 6, um reator de Estágio de Acabamento de Oleo preferido 600 de acordocom uma forma de realização da presente invenção, compreende umaquecedor 610 para aquecer o licor orgânico, desse modo produzindo umamistura de líquido e óleo vaporizado; um reator 620, para converter a misturade líquido e óleo vaporizado em sólidos de carbono 142 e uma mistura de vapor de hidrocarboneto e gases 148; um primeiro esfriador 630 para aceitaros sólidos de carbono 142; e um segundo esfriador 640, para aceitar o vaporde hidrocarboneto e gases. O reator de Estágio de Acabamento de Óleo 600pode adicionalmente compreender um separador de fluido-sólido 624comunicando-se com o reator, para separar vapor de hidrocarboneto e gases148 dos sólidos de carbono 142.

O aquecedor 610 é preferivelmente eficiente e compacto,compreendendo um grande número de tubos internos, que dão origem a umagrande área de superfície para troca de calor. O aquecedor 610 é tipicamenteum "aquecedor vaporizado". O aquecedor 610 tipicamente tem uma entradapara receber licor orgânico e vapor 602 e uma saída para direcionar misturaaquecida de licor orgânico/vapor para o reator 620. O vapor 602, em umaquantidade de aproximadamente 2 - 5 % em peso, acompanha o licororgânico quando ele entra no aquecedor 610. Tal quantidade de vapor ajuda oaquecimento uniforme e evita o acúmulo de resíduo no lado interno doaquecedor. Em uma forma de realização preferida, um ou mais pré-aquecedores são usados para aquecer o licor orgânico 500 antes de misturá-locom vapor e/ou transferi-lo para o aquecedor 610. Pressão para o Estágio deAcabamento de Oleo é fornecida por um sistema de bomba após aarmazenagem 500.

O reator 620 preferivelmente compreende pelo menos umtrado aquecido e tem uma entrada e uma saída configuradas, respectivamente,para aceitar uma mistura aquecida de líquido e óleo vaporizado do aquecedor610 e para direcionar sólidos de carbono e uma mistura de hidrocarbonetos egases para dentro de um separador de fluido-sólido. A mistura aquecida delíquido e óleo vaporizado com vapor é passada para dentro do reator 620,onde se divide em sólidos de carbono, e uma mistura de gaseshidrocarbonados, que preferivelmente contém constituintes de óleo e gáscombustível. Tipicamente, os sólidos de carbono produzidos montam a cercade 10 % em peso da mistura de líquido e óleo vaporizado. Em outras formasde realização, dependendo dos constituintes da carga de alimentação bruta, ossólidos de carbono produzidos são entre cerca de 5% e cerca de 20 % em pesoda mistura de líquido e óleo vaporizado. Em algumas formas de realização dapresente invenção, para evitar acúmulo de sólidos de carbono em excesso noreator 620, a quantidade de carga de alimentação processado é ajustada.

Um trado é adequado para produzir sólidos de carbono e umamistura de hidrocarbonetos porque ele permite controle de tempo depermanência e temperatura do licor orgânico entrante e porque ele permiteeficiente separação dos sólidos de carbono e de produtos voláteis.Preferivelmente, as dimensões do trado são selecionadas, de modo que apureza da mistura de hidrocarboneto resultante e dos sólidos de carbono éotimizada. Por exemplo, o diâmetro de seção transversal do tradoprincipalmente determina a taxa de fluxo de vapores através dele.Preferivelmente, a taxa de fluxo não é tão elevada que pó seja transportadocom os vapores para produzir uma mistura de hidrocarbonetos impuros. Otempo de permanência da mistura aquecida do licor orgânico, vapores evapor, quando ela reage, também determina o tamanho do trado.Preferivelmente, o reator de Estágio de Acabamento de Óleo é capaz deprocessar pelo menos 1000 ton (907 t) de licor orgânico por dia.

Preferivelmente, o reator de Estágio de Acabamento de Óleo600 inclui um separador de fluido-sólido, que se comunica com a saída doreator 620. O separador de fluido-sólido preferivelmente tem uma primeirasaída para hidrocarbonetos e gases e uma segunda saída para sólidos decarbono. Parte do gás combustível da mistura de hidrocarbonetos e gases épreferivelmente redirecionada de volta para o aquecedor 610 e queimada paraajudar a manter a temperatura dentro do aquecedor, desse modo promovendoeficiência total do processo da presente invenção.

Os sólidos de carbono - com freqüência em uma temperaturatão alta quanto cerca de 500 0C - são dirigidos para dentro de um primeiroesfriador, esfriador de sólidos de carbono 630, que é preferivelmente um tradode esfriamento, que se comunica com o reator através de um dispositivo defecho pneumático ou, opcionalmente, o separador de fluido-sólido. Emalgumas formas de realização da presente invenção, mais do que um trado deesfriamento 630 pode ser empregado. E preferível introduzir água 632 dentrodo esfriador de sólidos de carbono 630, para auxiliar o processo deesfriamento. Os sólidos de carbono são transferidos para um sistema dearmazenagem de produto acabado 650, opcionalmente via um trado detransferência ou algum outro dispositivo de transporte, tal como um elevadorde caçamba 654 ou para outro aquecedor/reator, para ativar os sólidos decarbono.

O segundo esfriador 640 para aceitar a mistura de vapor egases de hidrocarboneto preferivelmente compreende um separador departícula de carbono, para separar quaisquer sólidos de carbono residuais eretorná-los para o reator 620.

O reator de Estágio de Acabamento de Óleo preferido da Fig.6 é vantajoso porque o trado permite que o craqueamento térmico doshidrocarbonetos do licor orgânico aquecido seja realizado continuamente, semo acúmulo acompanhante de sólidos de carbono, que é normalmenteassociado com o craqueamento. Outros dispositivos, tais como"coqueificadores retardados", usados no refino petroquímico, são sabidos deuma pessoa de habilidade comum na arte realizar craqueamento térmico dehidrocarbonetos e obter craqueamento em uma escala muito maior do que oreator da Fig. 6, porém acompanhar o craqueamento com um acúmulo desólidos de carbono nos lados internos das paredes do reator. Este acúmulonecessita ser removido periodicamente, requerendo significativo tempo deparalisação ou mesmo substituição de um vaso de reator. Contudo, taisaparelhos poderiam ser considerados viáveis para obter-se a reação de Estágio de Acabamento de Óleo da presente invenção, dependendo das condiçõeseconômicas prevalecendo. Um coqueificador retardado geraria uma diferentedistribuição de produtos do reator da Fig. 6. Por exemplo, um coqueificadorretardado inicialmente descarboxila as moléculas de ácido graxo, parafornecer hidrocarbonetos que então são mais craqueados para fornecerhidrocarbonetos de cadeia mais curta.

Além de um aparelho de coqueificador retardado, o reator deEstágio de Acabamento de Óleo da presente invenção também pode serexecutado com outros aparelhos adequadamente adaptados para ele.

Exemplos de aparelhos e processos adequados podem ser encontrados emChemistry of Petrochemical Processes, 2a. Ed., S. Matar e L. F. Hatch (GulfProfessional Publishing, 2001), em particular no Capítulo 3. Processosadequados são tipicamente de dois tipos, térmico, como conseguido com umhidrotratador, ou catalítico, tal como é conseguido com um craqueador catalítico fluidizado.

Os processos de conversão térmica incluem, principalmente,processos de coqueificação, rompimento de viscosidade e craqueamento devapor. Os processos de coqueificação são tipicamente aplicados a fraçõesmais pesadas, tais como aquelas com elevados teores de asfalteno. Osprocessos de coqueificação produzem gases hidrocarbonados,predominantemente de uma natureza altamente insaturada, nafta craqueada,detilados médios e coque. Os componentes de gás e líquido são tipicamentesubmetidos a hidrotratamento para saturar e dessulfurizar os vários produtos.As reações básicas que subjazem o craqueamento térmico são baseados emfissão homolítica de ligações de carbono-carbono, para produzir pares deradicais alquila. Cada radical alquila tende a craquear mais, produzindo umalqueno, ou extrair um átomo de hidrogênio de outro hidrocarboneto, dessemodo produzindo outro radical alquila. Os produtos de reação, além de tudo,tendem a não ser hidrocarbonetos ramificados, principalmente porque ospróprios radicais alquila não isomerizam.

Há dois tipos principais de processos de craqueamentotérmico: coqueificação retardada e coqueificação fluida. Na coqueificaçãoretardada, o sistema de reator tem um aquecedor de curto tempo de contatoacoplado a um grande tambor, que absorve as bateladas da alimentação pré-aquecida. Os vapores do topo do tambor são desviados para um fracionadorpara separação em gases, nafta, querosene e gasóleo. As condiçõesoperacionais são tipicamente 1,758 kg/cm2 - 2,109 kg/cm2 a 480 - 500 0C. Aprodução melhorada de produto líquido pode ser obtida operando-se em maisbaixas pressões, tais como 1,055 kg/cm . Condições de elevada temperaturaproduzem mais coque e gás, porém menos produto líquido. Embora aqualidade do coque seja finalmente determinada pela qualidade daalimentação, ela pode também ser sujeita a variações do tamanho do tambor,taxa de aquecimento, tempo de embebimento, pressão e temperatura de reaçãofinal. Quando o tambor enche com coque, o fluxo da alimentação de bateladaé desviado para um segundo tambor, de modo que o primeiro tambor pode seresvaziado ou "descoqueificado". Tipicamente, a descoqueificação de umtambor pode ser conseguida com um sistema de jatos hidráulicos, que dirigemágua com pressão de pelo menos 210,920 kg/cm para dentro do coque. Umapessoa de habilidade comum na arte é capaz de implementar um aparelhocoqueificador retardado para realizar a reação de Estágio de Acabamento deÓleo da presente invenção.

Na coqueificação fluida, o coque produzido é usado paraabastecer de combustível a reação de craqueamento. O coque fluido éproduzido pulverizando-se a alimentação quente sobre partículas de coquepreviamente formadas em um reator de leito fluidizado. A temperatura doreator é tipicamente de 520 0C. Este processo tem um inconveniente principalde não reduzir o teor de enxofre do coque. Uma variante de coqueificaçãofluida, conhecida como 'Flexicoking', é preferida porque empregagaseificação de coque em conjunto com coqueificação fluida. Aimplementação tanto de uma coqueificação fluida como de um aparelhoflexicoking, para realizar a reação de Estágio de Acabamento de Óleo dapresente invenção, está dentro da capacidade de uma pessoa de habilidadecomum na arte.O rompimento da viscosidade é um processo suave, aplicado acargas de alimentação de elevada viscose e termicamente craqueado, taiscomo aqueles que contêm materiais cerosos, para formar misturas de produtosmenos viscosas. Tipicamente, o rompimento da viscosidade utiliza umatemperatura de 450 0C e curtos tempos de aquecimento. Seria empregadoutilmente na presente invenção em situações em que o licor orgânico doestágio de separação é particularmente viscose.

Processos catalíticos para converter misturas dehidrocarbonetos incluem muitos diferentes processos familiares para umapessoa de habilidade comum na arte. Exemplos incluem reforma catalítica(especialmente quando aplicada a nafta), craqueamento catalítico,hidrocraqueamento, hidroalquilação, isomerização, alquilação epolimerização. Alguns processos de hidrotratamento, também referidos aqui,empregam um ou mais catalisadores. Cada um destes processos catalíticos eaparelhos para eles podem ser adaptados por uma pessoa de habilidadecomum na arte para realizar a reação de Estágio de Acabamento de Oleo dapresente invenção.

O craqueamento catalítico é particularmente adequado pararealizar a reação de Estágio de Acabamento de Oleo. O craqueamentocatalítico craqueia cargas de valor mais baixo para produzir destilados leves emédios de valor mais elevado, bem como gases de hidrocarboneto leve. Oscatalisadores típicos empregados no craqueamento catalítico são sílica-alumina amorfa sintética, com ou sem zeólitos. Uma vez que estescatalisadores promovem reações de isomerização para formar íon carbôniodurante as reações e uma vez que os íons carbônio tendem a sofrer rápidosrearranjos espontâneos, porém são também de vida mais longa e são, portanto,mais seletivos em sua reatividade, a distribuição do produto tende a ter maishidrocarbonetos ramificados e menos produtos insaturados do que aquelesobtidos do craqueamento térmico. Isto é benéfico porque os produtosramificados tendem a melhorar o número cetânico da mistura dehidrocarboneto produzida e porque os produtos saturados tendem a ser maisestáveis do que suas contrapartes insaturadas.

O craqueamento catalítico tipicamente emprega um leito fluidoou, menos comumente, um leito móvel. Em um processo de leito fluidizado, aalimentação pré-aquecida penetra em um reator acompanhada por catalisadorregenerado quente. O catalisador é empregado como um pó altamente poroso.As condições no reator são tipicamente de 450 - 520°C e uma pressão deaproximadamente 0,703 - 1,406 kg/cm . Os craqueadores catalíticosfluidizados tipicamente produzem hidrocarbonetos insaturados leves (C3-C5),gasolinas com elevados números octânicos, gasóleos e alcatrão. As produçõesde gás e gasolina são melhoradas pela aplicação de temperaturas maiselevadas, tempos mais longos de permanência e relação mais elevada decatalisador/óleo. E também consistente com a presente invenção que oEstágio de Acabamento de Oleo possa ser realizado com "craqueamentocatalítico profundo". Este método é vantajoso porque ele produz uma altaprodução de hidrocarbonetos insaturados leves.

Em processos de leito móvel, o catalisador é na forma decontas quentes, que descem por gravidade através da alimentação para dentrode uma zona de regeneração de catalisador. Este método produz uma misturade gases de hidrocarboneto leve insaturado e um produto de gasolina que érico em aromáticos e parafinas ramificadas.

Adicionalmente, a reação de Estágio de Acabamento de Oleoda presente invenção pode empregar um processo de hidrocraqueamento, queé essencialmente craqueamento catalítico, na presença de hidrogênio. Esteprocesso fornece produtos de hidrocarboneto predominantemente saturado.

Ainda outros métodos para se conseguir a reação de Estágio deAcabamento de Óleo da presente invenção foram descritos em "Liquidhidrocarbon fules from biomassa", D. C. Elliott e G. F. Schiefelbein, Americ.Chem. Soe. Div. Fuel. Chem. Preprints, 34, 1160 - 1166 (1989).

Uma versão modificada do processo da presente invençãopode ser usada para injetar vapor dentro de depósitos de areias de alcatrãosubterrâneos e então refinar os depósitos em óleos leves na superfície,tornando este recurso abundante, de difícil acesso, muito mais disponível.Experimentos também indicam que o processo da presente invenção podeextrair enxofre, mercúrio, nafta e olefinas - todos commodities vendáveis - dehulha, desse modo tornando a queima de hulha mais quente e mais limpa. Opré-tratamento via o processo da presente invenção também torna algumashulhas mais friáveis, de modo que menos energia é necessária para esmagá-las antes da combustão em usinas de geração de eletricidade.

Para alguns cargas de alimentação, o processo da presenteinvenção emprega um dispositivo para separar sólidos finos suspensos de umfluido, como parte do estágio de preparação da alimentação. Além disso,muitas outras aplicações industriais e comerciais requerem que os sólidossuspensos sejam separados de um líquido. A Fig. 7 ilustra um dispositivo deseparação 700 de acordo com uma forma de realização preferida da invenção,que é útil para tais separações. Outro exemplo de uma aplicação requerendo aseparação de uma suspensão sólida é a separação de glóbulos vermelhos ebrancos do sangue integral. Quando o tamanho das partículas sólidassuspensas é grande, ou sua densidade é significativamente diferente daquelado fluido, há muitos diferentes tipos de aparelhos que podem separá-las.Porexemplo, filtros de muitas diferentes configurações, com aberturas menoresdo que as partículas sólidas suspensas, podem ser usados para material sólidoque não se deforme significativamente sob tensão. Clarificadores, câmaras desedimentação e ciclones simples podem ser usados eficazmente quandohouver uma diferença de densidade significativa entre as partículas sólidas e ofluido. Quando a diferença de tamanho ou densidade torna-se menor,dispositivos ativos empregando forças centrífugas podem ser eficazes.Entretanto, a eficiência de todos estes dispositivos de separação diminuidramaticamente para tamanhos de partícula muito pequenos, com materialdeformável que tenha uma densidade somente ligeiramente diferente daquelado fluido suspenso.

Com respeito a um processo preferido da presente invenção,uma aplicação em que os sólidos suspensos são pequenos, deformáveis e têmpequena diferença de densidade é em lama de esgoto municipal (MSS).O material suspenso em MSS consiste principalmente de material celular edetritos celulares de bactérias e temperaturas tem dimensões de cerca de 1micrômetro. Este material é deformável e tem uma densidade efetiva dentrode 10% daquela do meio de água de suspensão. A separação deste materialsólido da água é uma etapa preferida de preparar MSS como uma carga dealimentação para o processo da presente invenção. Tal separação pode serconseguida através do uso de centrífugas; entretanto, em uma forma derealização preferida, o dispositivo de separação 700 é empregado.

De acordo com uma forma de realização preferida da presenteinvenção, é preferível empregar-se o dispositivo de separação 700, comoilustrado na Fig. 7, para separar componentes sólidos e líquidos de umaalimentação bruta, tal como MSS, antes de processar mais pelos métodos dapresente invenção. Tal dispositivo pode também ser aplicado a outras lamasde águas servidas comerciais, cujos particulados sólidos são deformáveis oucuja densidade efetiva está dentro de cerca de 10% daquela da fase líquida.

O dispositivo 700 preferivelmente compreende um recinto702, que contém uma unidade de girar 704 fixada dentro de uma câmarainterna 706, tendo um formato tronco-cônico. O formato da câmara interna706 tipicamente compreende uma seção tronco-cônica que tem um ângulo deafilamento, com seções adicionais na base e/ou no topo do tronco que alojaoutras partes da unidade de giro 704. O recinto 702 preferivelmentecompreende um fundo de estojo de cone de hélice 714 e um topo de estojo decone de hélice 716, que são unidos entre si e que incluem a unidade de giro704. O dispositivo de separação 700 compreende ainda uma entrada 710 euma primeira saída 730, que se comunica com a câmara interna, e umasegunda saída 750. A entrada 710 permite a introdução do fluido que contémos sólidos suspensos para dentro de um espaço anular 712, entre uma paredeinterna estacionária 720 da câmara interna e a unidade de giro.

A unidade de giro compreende um cilindro conformadotronco-conicamente, com um interior oco, que é preferivelmente feito de umabase de cone de hélice 722, conectado a uma parede cilíndrica afilada 724,que é ela própria conectada a um topo de cone de hélice 718. A unidade degiro é concentricamente fixada em um eixo geométrico longitudinal 736 deum eixo oco 726, que gira em velocidades tipicamente na faixa de cerca de1000 rpm a cerca de 50.000 rpm. Em uma forma de realização preferida paraseparação de MSS, a velocidade de rotação é de cerca de 10.000 rpm.Preferivelmente, a velocidade de rotação é escolhida, a fim de minimizar ofluxo caótico. A unidade de giro é afilada de modo que a área de seçãotransversal efetiva diminua quando a largura se estreita. Tipicamente, oângulo de afilamento é entre cerca de I0 e cerca de 10°. Em uma forma derealização preferida, o ângulo de afilamento é entre cerca de 2o e cerca de 2,5°e é mesmo mais preferivelmente de cerca de 2,25°. O interior oco da unidadede giro comunica-se com uma segunda saída 750.

Preferivelmente, há um diferencial de pressão entre a entrada710 e o interior do dispositivo separador 700. Tipicamente, este diferencial depressão é entre cerca de 0,211 - 10,550 kg/cm e é controlado por duasbombas (não mostradas na Fig. 7).

A taxa de fluxo para diferentes separadores diferentementedimensionados será escalado com a área de superfície do cilindro rotativo.Preferivelmente, a entrada e o vão anular são configurados para fornecer umataxa de fluxo entre cerca de 3,8 e cerca de 76 1 por minuto. Mesmo maispreferivelmente para manusear MSS, a taxa de fluxo é de cerca de 38 galõespor minuto.

A parede 724 da unidade de giro é perfurada. O tamanho doporo na parede 724 é tipicamente entre 1 e cerca de 200 micrômetros.

Preferivelmente, o tamanho do poro é de cerca de 50 micrômetros. A parede724 é preferivelmente feita de um material plástico, tal como HDPE ouqualquer outro material que não seja higroscópico, para evitar o fechamentodos poros durante a operação.

O fluido e o material suspenso fluem ao longo da passagemanular 712 em uma direção genericamente axial, enquanto uma parte do fluxode fluido flui através da parede rotativa perfurada 724 para dentro do interioroco 728 do cilindro. O interior oco 728 comunica-se com o eixo oco 726através da entrada de eixo 732. A maior parte das partículas suspensas sãoevitadas de fluir com o fluido através do cilindro perfurado, devido a forçasde cisalhamento e centrífugas na superfície do cilindro rotativo. A velocidaderotacional do cilindro efetivamente ajusta as forças de cisalhamento ecentrífuga nas partículas suspensas e assim pode ser usada para controlar otamanho mínimo da partícula que pode ser evitado de seguir o fluido atravésdo cilindro perfurado. A água e partículas que fluem para dentro do interiordo cilindro 728 subseqüentemente fluem através da entrada de eixo 732 paradentro do centro do eixo oco 726 e fluem em direção à saída de eixo 734,antes de serem descarregadas através de uma segunda saída 750.

O material dentro da passagem anular 712 segue um trajeto defluxo espiral estreito, em resposta ao movimento do cilindro rotativo.Preferivelmente, a espessura da passagem anular 712 é constante ao longo deseu comprimento. Para algumas aplicações este espaço anular pode variar dotopo para a base. Variações no espaço anular podem conceder condições defluxo próximo da superfície do cone de hélice. Uma primeira saída 730, paradescarregar a corrente de fluido agora concentrada, é provida no final dapassagem anular distante da entrada.

A operação do dispositivo da Fig. 7 é preferivelmenteindependente da orientação. Em uma forma de realização preferida, o eixogeométrico do cilindro afilado é orientado verticalmente com a primeira saída730 na base.

Uma vantagem do dispositivo da Fig. 7, em relação aosdispositivos de separação conhecidos na arte, é que ele pode processar lamascom uma larga variedade de características de partícula, em particularincluindo aquelas com sólidos suspensos deformáveis na faixa de tamanho abaixo de 1 micrômetro ou aquelas que têm densidades dentro de 10% dofluido suspenso. Em uma forma de realização preferida, o vão anular e otamanho de poro da parede 724 são configurados para separar uma suspensãode lama de esgoto municipal. Em algumas formas de realização do processoda presente invenção, muitos tais separadores são usados, em paralelo, paraobter alta separação de produção de uma carga de alimentação bruto.

Deve ser entendido que o separador 700, representado na Fig.7, não é desenhado precisamente em escala, embora os vários elementossejam em proporção aproximada entre si. Assim, o separador 700 pode serinterpretado de acordo com os princípios comuns familiares de uma pessoa dehabilidade comum na arte de engenharia e projeto mecânicos.

Em uma forma de realização preferida, o diâmetro externo dabase do cone de hélice 722 é de cerca de 5,08 cm e o diâmetro externo dotopo do cone de hélice 718 é de cerca de 5,59 cm. O comprimento preferidoda base do estojo de cone de hélice 714 é entre cerca de 17,78 cm e 20,32 cm. O comprimento preferido da parede do cone de hélice 724 é entre cerca de10,16 cm e cerca de 15,24 cm e sua espessura preferida é preferivelmenteconstante ao longo de seu comprimento e é de cerca de 3,81 cm. O diâmetropreferido da saída 730, em conjunto com tal cone de hélice, é de cerca de 2,03cm e o outro diâmetro da base de estojo de cone de hélice é preferivelmentede cerca de 7,62 cm. O diâmetro externo do topo de estojo de cone de hélice éentão preferivelmente de cerca de 10,16 cm. O eixo 726 é oco epreferivelmente tem um diâmetro interno de cerca de 0,64 cm. O diâmetroexterno do eixo 726 pode variar ao longo de seu comprimento e pode ser entrecerca de 1,27 cm e cerca de 1,91 cm. A distância entre a entrada de eixo 732 ea saída de eixo 734 pode ser de cerca de 15,24 cm em tal forma de realização.A espessura da passagem anular 712 é preferivelmente de cerca de 0,13 cm acerca de 1,27 cm.

As dimensões preferidas apresentadas aqui são para serinterpretadas como apenas uma ilustração e, de acordo com a escolha doprojeto e produção desejada, um engenheiro mecânico de habilidade comumna arte seria capaz de aumentar ou diminuir proporcionalmente o tamanho dosvários elementos do separador 700, a fim de obter eficiência operacional.

O aparelho total para realizar o processo da presente invençãoé preferivelmente acompanhado por um sistema de controle computadorizado,que compreende controladores simples para válvulas, bombas e temperaturas.O desenvolvimento de tal sistema está dentro da capacidade de uma pessoa dehabilidade comum na arte de engenharia de controle de processamento decomputador.

O aparelho da presente invenção podem ser escalado de acordocom as necessidades. Por exemplo, plantas que manuseiam muitos milharesde toneladas de refugo por dia podem ser consideradas, enquanto que plantasportáteis que poderiam ser transportadas nas costas de um caminhão de leitoplano e que poderiam somente manusear uma tonelada de refugo por diapodem também ser construídas.

Os seguintes exemplos são fornecidos para ilustrar os métodose materiais da presente invenção, porém não para limitar a invençãoreivindicada.

EXEMPLOSExemplo 1: PLANTA PILOTO - Processamento deResíduos de Desilbrilador

Uma planta piloto foi construída empregando-se o aparelho eprocessos da presente invenção.

De acordo com uma aplicação exemplificativa da planta piloto,

a carga de alimentação experimental foi resíduo de desfibrilador. Dos 1362 kgde material SR recebido para este teste, 486,69 kg de sujeira/finos foramremovidos e lavados com água quente, 324,84 kg de SR livre de finos foramprocessados através da unidade de despolimerização e 550,48 kg de SR livrede finos foram retidos para futuro teste. O material SR livre de finos foiprocessado através da unidade de despolimerização juntamente com 36,09 kgde pneus desfibrilados e cerca de 790,41 kg de óleo de motor usado. Asamostras dos vários produtos foram remetidas para análise, para determinar odestino dos metais pesados e dos contaminantes, tais como PCBs e cloro.

Com base nos resultados das análises comparativas dasamostras, as PCBs foram constatadas serem reduzidas em uma ordem degrandeza de 35 - 65 ppm até menos do que 2 ppm.

O craqueamento térmico deste óleo hidrolisado foi realizadoem reatores de escala de bancada, para simular um processo de finaria depetróleo típico para produzir combustíveis de transporte. O óleo hidrolisadopelo processo da invenção foi craqueado em temperaturas próximas de 500°C, similar às temperaturas usadas em um coqueificador retardado de umarefinaria de petróleo. Os produtos produzidos foram combustíveishidrocarbonados, um gás combustível e um produto de carbono sólido. Adistribuição das frações de combustível/gás/carbono foi de 84%, 10% e 6%,respectivamente. Este craqueamento gerou gasolina, diesel e óleoshidrocarbonados pesados residuais. A distribuição dos produtos docraqueamento foi: gasolina (12%); querosene (38%); diesel (32%); óleopesado (15 %); e gás (3 %).Uma amostra foi removida dos 1362 kg de material SR para oteste inicial. Para melhorar o manuseio do material de SR, o SR remanescentefoi então peneirado através de uma peneira vibratória de 0,159 cm, pararemover sujeira e finos. O material SR continha cerca de 486,69 kg de sujeirae finos, constituindo aproximadamente 36% da amostra total e 1 1A vezes aquantidade antecipada pela análise de amostra inicial.

A sujeira e finos removidos pela peneiração foram lavadoscom água quente e remetidos para análise de PCB. Uma parte do materiallivre de finos remanescente foi processada através da unidade dedespolimerização de escala piloto. Outra parte foi armazenada para futuroteste. Uma quantidade de 324,84 kg de material SR livre de finos foi colocadadentro da unidade de despolimerização.

Despolimerização

A carga de alimentação para os testes de despolimerizaçãoconsistiu de 324,84 kg de SR livre de finos, que foi co-processado com 36,09kg de tiras refugo e 790,41 kg de óleo de baixo valor. Este foi processado emum gel e uma matriz de óleo pesado/sólidos, empregando-se uma unidade dedespolimerização consistindo de um vaso de 285 1, capaz de operação emtemperaturas de até 340 0C (650 0F) e pressões até 7,031 kg/cm2. Paracompensar a restrição de máxima temperatura operacional a 300 0C (572 0F)da configuração de equipamento particular empregada nos testes piloto e atemperatura operacional do sistema de óleo quente, o tempo de permanênciados testes foi aumentado para ajustar-se dentro de um dia de 8 horas. Emtemperaturas mais elevadas, o processo de despolimerização tipicamente levamenos do que uma hora.

A matriz de óleo pesado/sólidos foi lavada usando-secombustível diesel como um solvente conveniente, produzindo uma relaçãode 55: 45 de gel extraível e material sólido não convertido. Este gel extraívelfoi combinado com o gel facilmente removido da unidade dedespolimerização e usado como a carga de alimentação para a etapa dehidrólise. Dos 1151,34 kg de carga de alimentação de SR-pneus-óleo queforam processados na unidade de despolimerização, 873,95 kg foramconvertidos a um gel de baixo teor de cinzas. Aqueles de habilidade comumna arte observarão que a quantidade de gel gerado pelo processo descritovariará devido a numerosos fatores, p. ex., duração do teste e a quantidade deinorgânicos na alimentação bruta etc. Havia aproximadamente 51,30 kg devapores aéreos e cerca de 155,72 kg de sólidos inconvertíveis.

Como mencionado anteriormente, 790,41 kg de óleo de baixovalor foram também circulados através da carga de alimentação de SR/pneu,penetrando da unidade de despolimerização a fim de significativamenteaumentar a taxa de transferência de calor para SR/pneus e acelerar o processode aquecimento. Embora o óleo de motor residual fosse usado neste exemplo,qualquer óleo com uma pressão de baixo vapor, incluindo óleo recicladogerado do processo da presente invenção, pode ser usado para a mesmafinalidade. Para aumentar mais a fração orgânica da carga de alimentação e aprodução de óleo final, pneus refugo foram adicionados à amostra SR por seuelevado teor de orgânico.

No final do processo de despolimerização, água e gás daunidade foram vaporizados à pressão atmosférica. A unidade foi esfriada a 93°C antes de transferir o SR despolimerizado para um tanque de armazenagem.O metal sólido e objetos inorgânicos retidos na unidade de despolimerizaçãoforam removidos após o líquido ter sido drenado.

Hidrólise

Um tanque portátil e bomba de deslocamento positivo de baixofluxo e elevada temperatura foram usados para alimentar o SRdespolimerizado a dois reatores de hidrólise. Os reatores foram conectados aum tanque de recebimento, através da existente válvula de controle dadiminuição da pressão da planta piloto. Vapor dos reatores de hidrólise foramcondensados e remetidos para um tanque condensado. Os testes de hidróliseprocessaram uma parte do produto de despolimerização. Cerca de 363 kg deSR/pneus/óleo despolimerizados, juntamente com 363 kg de óleo de motorrefugo para adicionar fluidez ao produto de despolimerização frio, e 409 kgde água foram processados através da etapa de hidrólise em uma taxa de 1362kg por minuto. A mistura foi submetida a temperaturas com a faixa de cercade 227 °C a cerca de 260 °C. Após a hidrólise, o óleo do resíduo dedesfibrilador foi vaporizado é armazenado em um tanque de vaporização.Processamento pós-hidrólise incluiu separação de sólido/líquido para removerobjetos sólidos residuais, tais como lascas de madeira e separaçãolíquido/líquido para remover óleo da água. Centrífugas foram usadas paraestas separações.

A remoção quase completa de cloreto, brometo e PCBs dacarga de alimentação de SR/pneu na hidrólise é mostrada nas tabelas abaixo.Esta mostra que o óleo produzido e quaisquer produtos refinados deste óleoserão virtualmente livres de PCBs indesejáveis, cloretos ou outros haletos.

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Separação

Um decantador e uma centrífuga líquido-líquido foram usadospara a etapa de separação pós-hidrólise.

Craqueamento Térmico

Aproximadamente 10 litros de óleo hidrolisado de SR foramtermicamente craqueados em um reator de escala de bancada em temperaturaspróximas de 500 0C (932 0F) em 6 testes, para produzir óleo hidrocarbonado,um gás combustível e um produto de carbono sólido. Uma fotografia daunidade de craqueamento térmico de escala de bancada é mostrada na Fig. 12.Gás e vapor de óleo foram sangrados durante a reação, a fim de manter umapressão alvo. O teste foi terminado quando o desprendimento de gás parou,como indicado por uma constante pressão de gás. A distribuição de frações deóleo/gás/carbono pelo craqueador térmico foi de 84%, 10% e 6%,respectivamente. A destilação do óleo craqueado TCP produziu 12% decombustível destilado leve, 38% de destilado médio, 32% de diesel e 15 % deóleo combustível pesado com 3% da alimentação como gases nãocondensáveis.

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Combustíveis Líquidos TCP

As características químicas e físicas do óleo de hidrólise TCPsão listadas na Tabela 1 abaixo. O produto de óleo craqueado TCP é umdiesel renovável, similar ao combustível diesel convencional. Este dieselrenovável pode ser usado para uma variedade de finalidades, p. ex., comouma substituição direta para combustível diesel ou como um componente demistura para combustível diesel. O óleo craqueado TCP pode ser aindadestilado em frações de gasolina e outras. As características químicas e físicasdo óleo craqueado TCP são listadas na Tabela 2.

Tabela 1 - Características do óleo de hidrólise TCP de carga dealimentação SR.

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Tabela 2 - Características diesel renovável TCP de carga de alimentação<table>table see original document page 77</column></row><table>

EXEMPLO 2: PLANTA PILOTO - Processamento Peru

Uma planta piloto foi construída empregando-se aparelho eprocessos da presente invenção. A planta piloto pode manusearaproximadamente 6,3491 de refugo por dia.

De acordo com uma aplicação exemplar da planta piloto, acarga de alimentação experimental foi refugo de planta de processamento deperu: penas, ossos, pele, sangue, gordura, vísceras. Uma quantidade de 4,56kg deste material foi colocada dentro do Estágio de Hidrólise do aparelho: ummoedor de 350 hp, que transforma o material em lama marrom-acinzentado.Dali, o material escoou para dentro de uma série de tanques e tubos, queaqueceram e reformaram a mistura.

Duas horas mais tarde, uma corrente marrom-claro de óleofino de vaporizado foi produzida. O óleo produzido por este processo é muitoleve. As mais longas cadeias de carbono são C2o- O óleo produzido é similar auma mistura de metade de óleo combustível, metade de gasolina.

O processo da presente invenção provou ser 85% eficiente emenergia para cargas de alimentação complexos, tais como vísceras de peru.Isto significa que, para cada 100 B.t.u. (Unidades térmicas Britânicas) dacarga de alimentação penetrando na planta, somente 15 B.t.u são usadas pararealizar o processo. A eficiência é mesmo melhor para materiais relativamentesecos, tais como matérias primas pesadas de carbono ou leves de umidade,tais como plásticos.

O reator de Estágio de Hidrólise compreende um tanque deaproximadamente 6,09 m de altura, 0,91 m de largura e pesadamente isoladoe envolvido com serpentinas de aquecimento elétricas. No reator de Estágiode Hidrólise, a carga de alimentação é hidrolisado por meio de calor epressão. Ambas as temperaturas e pressões não são de produção muitoextremas ou de intensa energia, porque água auxilia no transporte de calorpara dentro da carga de alimentação. Usualmente leva somente cerca de 15minutos para este processo ocorrer na planta piloto.

Após os materiais orgânicos serem aquecidos e parcialmentedespolimerizados dentro do vaso de reator, um segundo estágio começa.Nesta fase, a lama é diminuída para uma pressão mais baixa. A rápidadespressurização instantaneamente libera cerca de metade da água livre dalama. A desidratação via despressurização é muito mais eficiente do que oaquecimento e vaporização da água, particularmente porque nenhum calor édesperdiçado. A água que é "vaporizada" é remetida para cima para um tuboque liga de volta ao início do processo, para aquecer a corrente deprocessamento entrante.

Neste segundo estágio, os minerais separam-se e desviam-separa os tanques de armazenagem. Nos resíduos de peru, estes minerais vêm namaioria dos ossos. Os minerais surgem como um pó colorido marrom seco,que é rico em cálcio e fósforo. Ele pode ser usado como um fertilizanteporque é bem balanceado de micro-nutrientes. Em particular ele tem umafaixa útil de micro e macro-nutrientes. Os minerais contêm as quantidadescorretas de elementos, tais como cálcio e fósforo requeridos para crescimentoe desenvolvimento saudáveis de plantas.

Na planta piloto, os materiais orgânicos concentradosremanescentes fluem para dentro de um reator de Estágio de Acabamento deOleo e são submetidos a processamento de Estágio de Acabamento de Oleo,como descrito acima. Os gases resultantes do processamento foram usados nolocal da planta para aquecer o processo da presente invenção. O fluxo de óleoe carbono fluem para dentro da armazenagem como produtos úteis de valormais elevado.

Dependendo da carga de alimentação e dos tempos deprocessamento do Estágio de Acabamento de Oleo, o processo da presenteinvenção pode produzir outros produtos químicos especializados, que sãoextraídos em várias seções do processo. Vísceras de peru, por exemplo,podem produzir ácidos graxos para uso em sabão, pneus, tintas e lubrificantes.Exemplo 3: Planta Operacional

Uma instalação de escala comercial de tamanho total foiconstruída com facilidades adicionais no desenvolvimento. Em capacidadepico, a planta é projetada para produzir acima de 500 barris (79000 litros) deóleo por dia, parte dos quais podem ser retornados para o sistema, para gerarcalor para energizar o sistema. O óleo produzido é um óleo de alta qualidadedo mesmo grau que um óleo de aquecimento #2. A planta produz cerca de79800 litros de água, que é limpa o suficiente para descarregar dentro de umsistema de esgoto municipal e é também livre de vetores patológicos. A plantatambém produzirá cerca de 23 t de minerais, concentrados e carbono.

£xemplo 4: Conversões Exemplares de Materiais Residuais

A Tabela 1 mostra produtos finais e suas proporções, para 45,4kg de cada um dos seguintes materiais residuais, quando eles são convertidosem materiais úteis empregando-se o processo da presente invenção:

Resíduos de Esgoto Municipal (compreendendo 75% de lamade esgoto e 25% de resíduos de coletor de gordura); Pneus; Resíduos deProcessamento de Aves Domésticas (compreendendo órgãos, ossos, sangue,penas e gordura); Garrafas plásticas (compreendendo uma mistura detereftalato de polietileno (PET) usado para produzir garrafas de soda ePolietileno de Alta Densidade (HDPE) usado para produzir jarras de leite);Papel; Resíduos Médicos (originam-se principalmente de hospitais ecompreendem seringas plásticas, sacos de transfusão, gaze, envoltórios depapel e resíduos úmidos); e Óleo Pesado (tal como resíduos de vácuo derefinaria e areias alcatroadas). As quantidades da Tabela 1 são em kg.Tabela 1

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Para papel, as figuras são baseadas em celulose pura; estima-se que as produções para cargas de alimentação de papel específicos, taiscomo jornais ou papel residual de escritório, ficariam dentro de 10% dessesnúmeros.

A produção de sólidos de lama de esgoto municipal podetambém conter metais pesados.

Vale a pena mencionar que as produções de resíduos deprocessamento de gado vacum e carne de porco são similares àquelas deresíduos de processamento de aves domésticas.

Exemplo 5: Remoção de contaminantes de finos de carvãoe carvão de elevado enxofre

Análise de mercúrio de baixa detecção foi realizada em finosbrutos, com carvão com alto teor de enxofre, e nos produtos do processo dapresente invenção aplicados em cada um. Em cada caso, o limite de detecçãofoi de 0,01 ppm. Da alimentação bruta de finos de carvão, o nível de mercúriofoi de 0,12 ppm; mercúrio não era detectável no carbono processado.

Da alimentação bruta de carvão de elevado enxofre, o nível demercúrio era de 0,02 ppm; novamente mercúrio não era detectável no carbonoprocessado.

Exemplo 6: Remoção de contaminantes de enxofre dosfinos de carvão

Os finos não processados continham 1,71% de enxofre. Ocarbono compósito continha 1,58 % de enxofre, uma redução de 7,6 % dosfinos não processados. O carbono produzidos por uma aplicação do processoda presente invenção continha 1,51 % de enxofre, uma redução de 11,6 % daalimentação bruta.

Exemplo 7: Remoção de contaminantes de enxofre decarvão de elevado enxofre

Carvão de elevado enxofre da alimentação bruta continha2,34% de enxofre em peso. Após uma aplicação do processo da presenteinvenção, o produto sólido resultante continha 2,11% de enxofre em peso.

Exemplo 8: Remoção de contaminantes de carvão de baixo enxofre

O carvão não processado continha 1,08 % de enxofre; ocarbono obtido pelo processo da presente invenção continha 0,49 % deenxofre, uma redução de 54,6 %. Uma concentração muito baixa de enxofre(45 ppm) foi também detectada na água produzida.

Em outra aplicação do processo da presente invenção namesma amostra, o carbono continha 0,57 % de enxofre, uma redução de 47,2%. O gás produzido (o gás descarregado pelo processo) por esta aplicaçãocontinha 0,9 % de enxofre em peso, assim ilustrando que o enxofre impelidopara fora termina largamente em produtos gasosos.

É significativo que tanto quanto cerca de metade doscontaminantes contendo enxofre pode ser removido quando o teor de enxofreinicial já é muito baixo.

O processo da presente invenção é também eficaz na remoçãode mercúrio. Mercúrio estava essencialmente ausente do carbono produzidopelo processo da presente invenção, onde os níveis de detecção de cerca de 10ppb eram possíveis. O mercúrio foi detectado na água produzida em níveis de30 ppb (0,028 ppm), demonstrando que, quando mercúrio é removido docarvão, ele é transferido para a água. Quando o mercúrio está na água, ele éreceptivo a descarte seguro. A água é extraída dos hidrocarbonetos econcentrada pelo uso de uma unidade de destilação a vácuo. A águaconcentrada com mercúrio resultante é submetida a cristalização de silicato eos cristais de silicato altamente insolúveis resultantes seriam colocados emrecipientes e armazenados em um local de resíduos perigosos, classificadopara armazenagem de metais tóxicos.

Exemplo 9: Oleo hidrolisado

Diferentes composições de óleo podem ser produzidas de umalarga faixa de materiais orgânicos, empregando-se o processo da presenteinvenção. Um combustível exemplificativo foi produzido usando-se víscerasde animais coma carga de alimentação e desviado do processo da invenção,após o estágio de hidrólise. Emissões de particulados, resultantes do uso destecombustível, são virtualmente desprezíveis. Este combustível fornecerefinarias ou misturadores com uma estreita faixa de combustível 40-plusAmerican Petroleum Institute (API) renovável, que pode ser usado como umcombustível alternativo ou como um componente de mistura paracombustíveis. Propriedades que se destacam deste combustível são mostradasna Tabela 2. Os métodos de teste especificados na tabela são designados porum código ASTM (American Society for Testing Materials).

Tabela 2

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Exemplo 10: Combustível derivado de Mistura Líquida

Como anteriormente mencionado, a mistura líquida produzidapelo método pode ser aplicada diretamente ao uso ou em uma formaconcentrada como uma ração, fertilizante, combustível ou outros produtos. As propriedades de dois combustíveis derivados de mistura líquida exemplaresda invenção são mostradas abaixo na Tabela 3, em que os métodos de testesão designados por um código ASTM (para padrões designados com umprefixo "D") ou um código OAC. Cada combustível foi produzido de umaamostra de alimentação bruta compreendendo estrume de animal, lama e subprodutos de manufatura e distribuição de rações.

Tabela 3

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Exemplo 11: Forma de Realização de um reator de Estágiode Acabamento de Oleo e esfriador/condensador

As Figs. 8A e 8B mostram uma forma de realização esquemática de um aparelho para uso com o processo da presente invenção.Alguns elementos de um reator de Estágio de Acabamento de Óleo preferidosão também mostrados na Fig. 6.A Fig. 8Α mostra, esquematicamente, uma aparelho preferidopara uso com o Estágio de Acabamento de Óleo do processo da presenteinvenção. Licor orgânico 500 passa para dentro de um tanque dearmazenagem 812. Opcionalmente, licor orgânico e óleo podem serdirecionados para um separador de líquido/líquido 814 e divididos em umaprimeira porção de licor fracionado/óleo 816 e uma segunda porção delicor/óleo fracionado 822, ou residual. A primeira parte do licor/óleofracionado pode ser direcionada para armazenagem de produto acabado 818 edistribuída como licor/óleo fracionado 820, que pode ser reciclado ouvendido. A segunda parte do licor/óleo fracionado 822 é redirecionada paraum ou mais preaquecedores 830.

Tendo sido aquecido, o licor/óleo fracionado 822, ou olicor/óleo não separado 500, é passado para um aquecedor 610,preferivelmente acompanhado por vapor 602. O líquido resultante e olicor/óleo vaporizado 836 é passado para um reator 620, tal como um trado, eseparado em vapor e gases hidrocarbonados 148 e sólidos de carbono 142. Ovapor e gases hidrocarbonados 148 são passados para umesfriador/condensador 850, que é ainda descrito na Fig. 8B. Quaisquerparticulados restantes do vapor e gases de óleo, tais como sólidos de carbonoresidual 844, são removidos e retornados para o reator 620.

Os sólidos de carbono 142 são direcionados através de umfecho pneumático 846 e para dentro de um esfriador de sólidos de carbono630, em que eles são misturados com água 632. A mistura resultante de águae sólidos de carbono é passada através de outro fecho pneumático 854 paradentro de um sistema de armazenagem de produto acabado 650. Os sólidos decarbono do produto final 142 podem ser distribuídos para uma ou maisaplicações comerciais.

Para uso em conjunto com o aparelho 800 mostrado na Fig. 8Ahá um esfriador/condensador 850, mostrado na Fig. 8B. Oesfriador/condensador 850 facilita numerosos ciclos de separação, em queuma mistura de vapor e gases de óleo, que pode também conter água eparticulados, é submetida a numerosas diferentes etapas de separação. Ovapor e gases de hidrocarboneto 148 do reator 620 passa para dentro de umseparador de particulado de carbono 842, que separa as partículas sólidasremanescentes, tais como sólidos de carbono residuais 844, e redireciona taissólidos de volta para o reator 620.

O vapor e gases hidrocarbonados que emergem do separadorde particulado de carbono passam para dentro de um sistema de esfriamentorápido de vapor 860, implementado de acordo com os princípios gerais queseriam entendidos por uma pessoa de habilidade comum na arte. Do sistemade esfriamento rápido de vapor, óleo e gases 870 passam para dentro de umseparador de óleo/água/gás 872, que separa ainda os vários componentes, taiscomo óleo 862, óleo derramado 876, gás e LPG 874 e uma lama deóleo/carbono 881.

O óleo 862 passa para um trocador de calor 864 e, em seguida,para dentro de um sistema de armazenagem de produto acabado 866 e évendido como óleo 144.

Gás e gás de petróleo líquido ("LPG") 874 passa para dentrode um condensador 890, que separa LPG 898 dos outros componentesgasosos. O gás 894 é passado para o super aquecedor 892, para produzir umgás combustível 146, que pode ser suprido a um ou mais dispositivos comouma fonte de energia. O LPG 898 é reciclado da seguinte maneira. Primeiro, oLPG 898 é passado através de um separador de líquido/sólido 884 e quaisquersólidos de carbono residuais 886 são removidos. Em seguida, o LPGseparado, misturado com óleo separado da lama de óleo/carbono 881, éretornado para o separador de óleo/água/gás 872 e uma outra separaçãoocorre. O ciclo em que a mistura de gás e LPG é separada e condensada podeser repetido tantas vezes quanto desejado.Uma mistura de óleo/sólido, tipicamente uma lama deóleo/carbono 881, pode também ser direcionada do separador deóleo/água/gás 872 para o separador de líquido/sólido 884, a fim de removersólidos de carbono residuais 886. O óleo separado, misturado com LPG, épreferivelmente retornado para o separador de óleo/água/gás para maisredirecionamento, como apropriado.

Óleo derramado do separador de óleo/água/gás 872 é passadopara um separador de óleo/água 878 e água 880 é liberada ou pode serreciclada. O óleo 882 do separador de óleo/água é passado de volta para oseparador de óleo/água/gás para mais iterações do ciclo de separação.

A descrição precedente é destinada a ilustrar vários aspectosda presente invenção. Não se pretende que os exemplos apresentados aquilimitem o escopo da presente invenção. Será evidente para uma pessoa dehabilidade comum na arte que muitas mudanças e modificações podem serfeitas na invenção agora totalmente descrita, sem desvio do espírito ou escopodas reivindicações anexas.

Claims

1. Processo para produzir um combustível a partir de umacarga de alimentação, caracterizado pelo fato de compreender:preparar uma pasta fluida da carga de alimentação;submeter a pasta fluida a um processo de despolimerização,para formar uma composição compreendendo pelo menos um materialinorgânico e uma mistura líquida.separar dito pelo menos um material inorgânico da misturalíquida; ederivar um combustível de dita mistura líquida.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato da carga de alimentação compreender estrume animal, lama,subprodutos de manufatura e distribuição de rações, plásticos residuais,borracha ou pneus.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato da carga de alimentação ser uma carga de alimentação baseado emhidrocarboneto.

4. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizadopelo fato de compreender ainda, antes de dita preparação ou aquecimento,adicionar um solvente orgânico à pasta fluida.

5. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato da carga de alimentação ser uma carga de alimentação orgânica.

6. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de dita derivação compreende submeter a mistura líquida a umprocesso térmico de conversão.

7. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de dita derivação compreende hidrotratar a mistura líquida.

8. Óleo combustível, caracterizado pelo fato de ser produzidopelo processo como definido na reivindicação 1.

9. Método para alimentar com combustível um dispositivoacionado por combustão, caracterizado pelo fato de compreender:energizar dito dispositivo com uma mistura líquida produzidapelo processo da reivindicação 1.

10. Processo para produzir um fertilizante a partir de umacarga de alimentação, caracterizado pelo fato de compreender:preparar uma pasta fluida da carga de alimentação;aquecer a pasta fluida em uma temperatura suficiente paradespolimerizar dita carga de alimentação em uma composiçãocompreendendo pelo menos um material inorgânico e uma mistura líquida;separar dito pelo menos um material inorgânico da misturalíquida; ederivar um fertilizante da mistura líquida.

11. Método para fertilizar uma planta, caracterizado pelo fatode compreender:aplicar um fertilizante produzido pelo processo dareivindicação 10.

12. Processo para produzir uma ração de uma carga dealimentação, caracterizado pelo fato de compreender:preparar uma pasta fluida da carga de alimentação;aquecer a pasta fluida em uma temperatura suficiente paradespolimerizar dita carga de alimentação em uma composiçãocompreendendo pelo menos um material inorgânico e uma mistura líquida;separar dito pelo menos um material inorgânico da misturalíquida; ederivar uma ração de dita mistura líquida.

13. Método para alimentar um animal, caracterizado pelo fatode compreender:fornecer a um animal uma ração produzida pelo processo da

14. Processo para converter resíduo de desfibrador em óleo,caracterizado pelo fato de compreender:dissolver o resíduo de desfibrador em um solvente;preparar uma pasta fluida do resíduo de desfibrador;submeter a pasta fluida a uma etapa de despolimerização, paraproduzir uma mistura líquida;submeter a mistura líquida a uma etapa de hidrólise, paraproduzir um licor orgânico;derivar um óleo de dito licor orgânico.

15. Processo de acordo com a reivindicação 14, caracterizadopelo fato de dita etapa de despolimerização ocorrer em uma temperatura nafaixa de cerca de 371 0C a cerca de 413 0C.

16. Processo de acordo com a reivindicação 14, caracterizadopelo fato de dita etapa de hidrólise ocorrer em uma temperatura na faixa decerca de Ill0C a cerca de 260 0C.

17. Processo de acordo com a reivindicação 14, caracterizadopelo fato de dita etapa de despolimerização ocorrer em uma temperatura nafaixa de cerca de 371 0C a cerca de 413 0C e dita etapa de hidrólise ocorrer emuma temperatura na faixa de cerca de 227°C e cerca de 260 0C.

18. Processo de acordo com a reivindicação 14, caracterizadopelo fato do solvente ser óleo.

19. Processo de acordo com a reivindicação 14, caracterizadopelo fato do solvente ser óleo obtido de dita conversão.

20. Processo para converter uma corrente bruta emcombustível, a dita corrente bruta compreendendo resíduo de desfibrador eum ou mais pneus, caracterizado pelo fato de compreender:dissolver a corrente bruta, compreendendo resíduo dedesfibrador e um ou mais pneus, em um solvente, para produzir uma pastafluida;submeter a pasta fluida a uma etapa de despolimerização, paraproduzir uma mistura líquida;submeter a mistura líquida a uma etapa de hidrólise, paraproduzir um licor orgânico;derivar um óleo de dito licor orgânico.

21. Processo de acordo com a reivindicação 20, caracterizadopelo fato de dita etapa de despolimerização ocorrer em uma temperatura nafaixa de cerca de 371 °C a cerca de 413 °C.

22. Processo de acordo com a reivindicação 20, caracterizadopelo fato de dita etapa de hidrólise ocorrer em uma temperatura na faixa de227 °C a cerca de 260 °C.

23. Processo de acordo com a reivindicação 20, caracterizadopelo fato de dita etapa de despolimerização ocorrer em uma temperatura nafaixa de cerca de 371 °C a cerca de 413 °C e dita etapa de hidrólise ocorrer emuma temperatura na faixa de cerca de 227 °C a cerca de 260 °C.

24. Processo de acordo com a reivindicação 20, caracterizadopelo fato do solvente ser óleo.

25. Processo de acordo com a reivindicação 20, caracterizadopelo fato do solvente ser óleo obtido de dita conversão.

26. Óleo combustível, caracterizado pelo fato de sermanufaturado pelo processo como definido na reivindicação 14.

27. Óleo combustível, caracterizado pelo fato de sermanufaturado pelo processo como definido na reivindicação 20.

28. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de dita derivação compreender:submeter a mistura líquida a uma etapa de hidrólise, paraformar um licor orgânico;converter dito licor orgânico em um combustível.

29. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de dita conversão compreender hidrotratar a mistura líquida.

30. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de dita conversão compreender submeter a mistura líquida a umprocesso de conversão térmica.

31. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato da carga de alimentação compreender gorduras, graxa e/ou umafonte de proteína.

32. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato da carga de alimentação compreender resíduo animal, resíduovegetal, esgoto, ou correntes de baixo valor de instalações de produção deetanol.