BRPI0903587A2 - processo de pirólise de biomassa e resìduos sólidos em múltiplos estágios - Google Patents

Abstract

PROCESSO DE PIRóLISE DE BIOMASSA E RESIDUOS SÈLIDOS EM MúLTIPLOS ESTáGIOS A presente invenção refere-se ao processo de pirólise de biomassa e resíduos sólidos de origem municipal, industrial, agrícola ou institucional, incluindo resíduos de serviços de saúde, que tenham material carbonáceo de origem biogênica ou não-biogénica em sua composição, através de um processamento térmico em múltiplos estágios, usando reatores com aquecimento indireto por meio de fluido térmico, promovendo dessa forma a decomposição térmica do material, O processo pode ser aplicado para torrefação de madeira ou outro tipo de biomassa para obtenção de madeira ou biomassa torrificada, para pirólise de madeira ou outro tipo de biomassa para obtenção de carvão vegetal, ou para pirólise de resíduos de origem municipal, industrial, agrícola ou institucional, incluindo resíduos de serviços de saúde.

Description

PROCESSO DE PIRÓLISE DE BIOMASSA E RESÍDUOS SÓLIDOS EMMÚLTIPLOS ESTÁGIOS

A presente invenção refere-se ao processo de pirólise de biomassa eresíduos sólidos de origem municipal, industrial, agrícola ou institucional,incluindo resíduos de serviços de saúde, que tenham material carbonáceo deorigem biogênica ou não-biogênica em sua composição, através de umprocessamento térmico em múltiplos estágios, usando reatores comaquecimento indireto por meio de fluido térmico, promovendo dessa forma adecomposição térmica do material. O processo pode ser aplicado para:

Torrefação de madeira ou outro tipo de biomassa para obtenção de madeira oubiomassa torrificada; Pirólise de madeira ou outro tipo de biomassa paraobtenção de carvão vegetal; Pirólise de resíduos de origem municipal,industrial, agrícola ou institucional, incluindo resíduos de serviços de saúde,sem restrições quanto as aplicações para o processo.

Caracteriza-se o processo pelo emprego do múltiplo estágio. No estágioinicial, que é de caráter opcional, em função da composição e teor de umidadeda biomassa ou do resíduo "in natura", é feita a secagem do material emreatores ou vasos providos de aquecimento indireto usando o vapor d'águaproveniente de caldeira, ou outro fluido térmico capaz de provocar oaquecimento da massa e respectiva secagem, reduzindo o teor de umidade aníveis mais adequados para a etapa seguinte. A etapa de secagem podeproporcionar uma melhoria na performance da etapa seguinte, mas não é detodo imprescindível, sendo possível processar também biomassa ou resíduosdiretamente na etapa seguinte de pirólise, independentemente do seu teor deumidade.

Após a secagem, os materiais secos, ou, no caso da ausência dela,biomassa ou resíduos "in natura", são carregados em reator de pirólise. Nesteestágio, que é o principal processo que constitui o objeto desta proteção,ocorre a pirólise propriamente dita, sendo utilizados reatores com aquecimentoindireto por meio de fluido térmico, promovendo dessa forma a decomposiçãotérmica do material em temperaturas superiores a um valor mínimo, em tornode 300°C. Durante a pirólise ocorrem as reações químicas que resultam nadesnaturação, craqueamento e rompimento de ligações químicas dospolímeros naturais e artificiais, liberando gases e vapores de menor pesomolecular, com correspondente abaixamento do teor de sólidos voláteis dosmateriais, e aumento do seu teor de sólidos fixos. Como resultado, o processoprovoca a carbonização da matéria orgânica, com correspondente redução demassa e volume do material processado. O processo poderá ocorrermantendo-se à pressão atmosférica no interior do reator ou sob pressãosuperior à pressão atmosférica.

O processo é endotérmico em sua fase inicial, na qual os materiaisprocessados recebem calor do fluido térmico até atingirem temperaturas ondeas reações de despolimerização se iniciam, e estas reações, que sãoexotérmicas, passam a gerar entalpia que pode vir a ser suficiente para amanutenção do processo. Eventualmente, em função das características dosmateriais processados, a pirólise pode gerar calor a ponto de elevar atemperatura na massa em níveis superiores à temperatura do fluido térmico,resultando na transferência de calor no sentido inverso, isto é, dos resíduospara o fluido térmico. Prevê-se no sistema um dispositivo de proteção contra oaumento de temperatura em excesso no fluido térmico, desviando o fluxo dofluido térmico para um sistema de troca indireta de calor, que utilizará águacomo agente de arrefecimento, podendo ser feito o aproveitamento da energiagerada no processo, para gerar energia térmica e/ou elétrica.

O circuito de fluido térmico é mantido com as temperaturas necessáriaspara a manutenção do processo por meio do emprego de uma fonte auxiliar deenergia térmica (que pode ser obtida pela queima de óleo combustível, gásnatural, cavacos de madeira, ou qualquer outro combustível, ou ainda atravésda eletricidade como fonte primária para o aquecimento do fluido). O processoPYROLIX pode ser configurado na forma de um conjunto de vasos atuando emparalelo, operados de forma concatenada, cada um em determinada fase dociclo completo que envolve a secagem (opcional), pirólise e resfriamento. Oscircuitos de fluidos responsáveis pelas trocas de calor (o circuito de vapor,opcional, o de fluido térmico e fluido de resfriamento, também opcional) sãoentão administrados de forma a otimizar as trocas de calor entre os reatores.Por exemplo, o fluido térmico que deixa o reator que está em fase exotérmicade pirólise encontra-se superaquecido, e pode ser enviado a um reator em faseendotérmica. Dessa forma é possível reduzir o consumo da fonte auxiliar deenergia a um valor mínimo, que pode chegar, sob circunstâncias, e em funçãoda natureza dos materiais processados, ao consumo de combustível auxiliarapenas para dar partida ao processo, sendo a planta operada de formaautotérmica ou com geração e exportação de energia.

No caso específico da aplicação do processo para torrefação demadeira, o reator de pirólise deverá ser descarregado e o processointerrompido através do resfriamento do material, quando a fase endotérmicachegar ao final e a fase exotérmica do processo estiver se iniciando. O produtoentão deverá ser encaminhado a um reator de resfriamento do material.

Os gases e vapores combustíveis gerados no reator de pirólise na faseexotérmica são encaminhados para sistema de queima, sendo que essesgases e vapores possuem poder calorífico, sendo a energia liberada na queimadesses gases e vapores utilizada para gerar o aquecimento do fluido térmicorecirculante. Eventualmente, em função da natureza dos materiaisprocessados, caso os vapores e condensáveis obtidos na fase gasosa estejamsendo gerados em quantidades e com poder calorífico superiores à demandade energia do processo, pode-se promover a condensação dos vapores obtidosna pirólise. Nesse caso, obtém-se como subproduto do processo as faseslíquidas constituídas pelo Iiquor pirolenhoso (em meio aquoso) ou alcatrãoinsolúvel (fase orgânica), que podem ser destinados a aplicações econômicascomo fontes de energia ou de matérias-primas em processos carboquímicos.

Em condições favoráveis, conforme o tipo de material processado, pode oprocesso ocorrer sem a condensação dos líquidos, mas com a queima dosgases e condensáveis e geração de calor excedente, sendo nesse casopossível acoplar o processo para a geração de energia para ser exportada, naforma de energia térmica ou energia elétrica.

Nos casos em que houver a etapa de secagem, os vapores gerados nosvasos de secagem podem também, em função da conveniência, serencaminhados para o sistema de queima, a fim de eliminar potenciais fontes delançamentos de contaminantes e/ou odores nos vapores liberados nos vasosde secagem.

No estágio final, que é o resfriamento, o material é transferido paraoutros vasos, providos ou não com circulação de água, ar, ou qualquer fluidorefrigerante, e nesses vasos ocorre a redução de temperatura para que oproduto pirolisado possa sofrer exposição ao meio ambiente abaixo da faixa detemperatura ignição espontânea. Ao fim do processo, os materiais pirolisados eresfriados são descarregados, e terão volume e massa reduzidos em relaçãoaos materiais originais.

Outra possibilidade, dependendo do tipo e natureza do resíduo tratado, éque os produtos da pirólise não necessitem ser resfriados e descarregados,mas submetidos à queima em grelhas ou reatores de combustão, promovendoo aproveitamento do poder calorífico do material carbonizado. Essa queima doproduto pirolisado é mais eficiente e mais controlada do que a queima direta doresíduo "in natura". Outra possibilidade também é que o resíduo pirolisado sejasubmetido a processos de gaseificação térmica, por meio de injeção deagentes gaseificantes, tais como o vapor d'água, ar, ou gás carbônico, sendoentão gerados gases combustíveis para uso energético.

No caso do tratamento de resíduos, com resfriamento edescarregamento do produto pirolisado, este produto final resultante apresenta-se inerte frente a processos biodegradação, podendo ser destinado a umadisposição final em aterros em condições mais favorecidas do que os resíduosoriginais. Ao ser disposto em aterros, o carbono presente no resíduo, poderáser estocado de forma permanente, resultando em um seqüestro definitivo docarbono. Interrompe-se assim o ciclo biogeoquímico que resultaria ememissões de gases de efeito estufa para a atmosfera, na forma de metano pelodecaimento biológico anaeróbio, ou de gás carbônico, pelo decaimentobiológico aeróbio, ou pela oxidação química.

Outras potenciais aplicações dos resíduos pirolisados são os processosde beneficiamento e recuperação de materiais (por exemplo, recuperação demetais, vidro, ou outros componentes com valor econômico), uso em processosindustriais, como por exemplo em processos metalúrgicos, ou uso como fontede energia térmica pela queima ou gaseificação e geração de gasescombustíveis a partir do resíduo carbonizado.

Na literatura relacionada à pesquisa e desenvolvimento tecnológicoencontram-se disponíveis várias patentes e artigos que se referem ao processode pirólise e dispositivos envolvidos no método, assim como alterações emelhorias relacionadas a ele. Abaixo algumas patentes sobre pirólise sãocitadas para auxiliar a caracterização do atual estado da técnica.

O processo de patente PI0417994-3, intitulado "REATOR E MÉTODODE PIRÓLISE", descreve um método contínuo para reciclar através de umlaminado metal/orgânico que compreende metal, tal como alumínio, laminadocom um material orgânico. O método incorpora um único reator constituído deduas câmaras, ambas com agitadores giratórios e uma camada de materialparticulado absorvedor de microondas. O processo aplica energia demicroondas na primeira câmara para aquecer o material particulado absorvedorde microondas a uma temperatura suficiente para a pirólise do materialorgânico no laminado.

O pedido PI0204067-0, intitulado "REATOR CONTINUO PARAPIRÓLISE ULTRA RÁPIDA DE BIOMASSA", refere-se a um equipamento depirólise ultra-rápida de biomassa, caracterizado por um reator contínuo quedifere-se dos demais equipamentos existentes pelas suas característicasoperacionais e de projeto, voltadas para um baixo custo operacional e para amaximização do rendimento da fração líquida ("bio-óleo"), importante fonte deinsumos químicos. Consiste num reator com montagem vertical o que permiteestabelecer um fluxo descendente do material, dispensando tanto o empregode mecanismos ou partes móveis internos ao reator quanto à utilização degases para arraste ou fluidização de leito.

O pedido PI0407782-2, intitulado "PROCESSO E DISPOSITIVO PARAPIRÓLISE DE BIOMASSA" descreve a destilação destrutiva de matériacarbonácea sólida com aquecimento indireto, por exemplo, combustão externacom carga estacionária em que a carga é submetida a pressões mecânicasdurante a coqueificação, ou a destilação destrutiva, especialmente adaptada adeterminadas matérias-primas sólidas de forma especial de material contendocelulose; com ajuda de um elemento de aquecimento e dispositivos para guiade biomassa. Durante a pirólise, o elemento de aquecimento e a biomassa sãocomprimidos um contra o outro à pressão variável de 5 a 80 bar. A invençãorefere-se também a um dispositivo para pirólise de biomassas, quecompreende uma entrada de alimentação do material e uma estação depirolisação. A alimentação de material compreende dispositivos para gerar umapressão entre 5 bar e 200 bar, comprimindo a matéria-prima a ser pirolisadacontra a estação de pirolisação. A estação de pirolisação compreende umelemento de aquecimento, que é aquecido para uma temperatura dentre 300°Ce 1000°C em um estado operacional.

O pedido PI0106228-0, intitulado "PROCESSO E REATOR PARAPIRÓLISE DE CARGAS RESIDUAIS" que consiste de um reator e umprocesso de conversão rápida de frações pesadas de hidrocarbonetos emfrações mais leves que inibe a formação de subprodutos gasosos e coque. Oprocesso compreende a pirólise rápida de hidrocarbonetos atomizados ematmosfera inerte aquecida e a baixa pressão, sem a necessidade de adição dehidrogênio. A patente também se refere a um reator utilizado no processo, cujatemperatura interna é mantida em níveis mais baixos, o que possibilita oemprego de material de menor valor para a construção do dito reator. Oprocesso citado proporciona conversões de até 30% das frações pesadas egrande redução da temperatura final de ebulição do resíduo, além de reduçãodo CCR e do teor de asfaltenos sem favorecer a formação de coque. Processopara a conversão de compostos asfaltênicos em correntes de menor pesomolecular, sem a necessidade da presença de hidrogênio ou doadores dehidrogênio e na ausência de catalisadores.

A patente PI0012061-8, sobre o "MÉTODO E APARELHO PARA APIRÓLISE E GAS EIFIC AÇ AO DE SUBSTÂNCIAS ORGÂNICAS OUMISTURAS DE SUBSTÂNCIAS ORGÂNICAS". Tal processo serve para apirólise e gaseificação de substâncias orgânicas ou misturas de substânciasorgânicas. As substâncias orgânicas são introduzidas em um reator desecagem e de pirólise em que são postos em contato com o material de leitofluidizado do leito de combustão fluidizado ou em que são postos em contatocom o material de leito fluidizado e a parede do reator do leito de combustãofluidizado, em conseqüência do qual ocorre uma secagem e pirólise. O resíduosólido carbonáceo, opcionalmente com porções do vapor e dos gases depirólise, e o material de leito fluidizado são conduzidos de volta para dentro doleito de combustão fluidizado em que o resíduo carbonáceo das substânciasorgânicas é incinerado, o material de leito fluidizado é aquecido e é novamenteconduzido para dentro do reator de pirólise. O vapor da secagem e dos gasesde pirólise é subseqüentemente tratado com substâncias condensáveis emuma zona de reação adicional de tal modo que é obtido um gás produto comelevado poder calorífico.

O pedido PI9201202-7, intitulado "PROCESSO E APARELHO PARA APIRÓLISE DE MATERIAL CARBONÍFERO", descreve um processo destinadoa pirólise de materiais de carbonação tais como madeira que compreendeaquecer direta ou indiretamente o material carbonífero com gases decombustão. Quando inicia a carbonização o aquecimento direto é interrompido,ao passo que se continua o aquecimento indireto até a carbonização estarconcluída.

A patente PI9106714-6, intitulada "MÉTODO E APARELHO PARAPIRÓLISE DE MATERIAIS LIXENTOS" trata de um método e aparelhodestinado a pirólise de materiais provenientes do lixo que por si só não ésusceptível de ser aquecido por radiação de micro-ondas. O métodocompreendendo as etapas de: a) Dispor o material lixento, sob uma atmosferana qual a geração de chama seja substancialmente impedida, com uma basede material pulverizado que compreende carbono na forma elementar, ou comum material que seja capaz de ser pirolisado para carbono elementar porirradiação de micro-ondas, dito material pulverizado sendo susceptível aoaquecimento por irradiação de micro-ondas; b) Aquecer o material pulverizadoatravés de irradiação de micro-ondas de modo que a energia térmica sejatransferida do material pulverizado para o material lixento, sendo que o tempo ea intensidade da irradiação é controlado a fim de causar a pirólise substancialdesse material, no qual é depositado em uma porção superior da base dematerial pulverizado de modo a permitir que os resíduos afundem na base,sendo pirolisado dentro da mesma. O aparelho é constituído por um contêinerinerte à radiação de micro-ondas e é capaz de reter uma base de materialpulverizado; uma câmara de reação, um conduto para alimentar o materialproveniente do lixo a uma parte superior da base de material pulverizado; umgerador de micro-ondas; câmaras de vácuo para controlar a atmosfera nacâmara de tal forma que seja evitada a geração de chamas; uma saída pararemoção de gases, desenvolvidos na pirólise dos materiais provenientes dolixo, a partir da câmara.

O processo PI8406991-0 intitulado "APARELHO PARA A PIRÓLISE DEMATERIAIS CONTENDO HIDROCARBONETOS", trata de uma câmara depirólise que inclui um banho de sal em fusão dividido por um defletor situado nahorizontal em uma camada superior e uma camada inferior. Unido a umaextremidade da câmara fica o forno, o qual inclui queimadores sub-merasepara aquecerem o sal e para manterem o sal em seu estado de fusão. O salem fusão flui do forno através da camada de banho superior e de volta ao fornona camada inferior. O material contendo hidrocarboneto é aplicado à camadade banho superior e é pirolisado à medida que se move para a extremidade dedescarga da câmara, onde o material gasto é removido e os gases dehidrocarboneto são recuperados por um sistema de escape na câmara. O salem fusão atua como vedante entre as atmosferas do forno e a câmara depirólise, e também atua para remover poluentes dos gases de combustão dosqueimadores no forno.

A patente PI8400355-3, intitulada "APARELHO PARA PIRÓLISE DEMATERIAL EM PARTÍCULAS" descreve um aparelho para pirólise de materialem partículas, por um procedimento contínuo, usando partículas como meio deaquecimento em uma câmara de combustão e uma câmara da pirólisearranjada lado a lado e ligada por uma passagem de interligação superior, quese estende entre as câmaras, e uma passagem de retorno. O material empartículas é fluidizado nas câmaras e induzido a circular entre elas, pelaconfiguração das câmaras e passagens e/ou a natureza da fluidização. Omaterial em partículas é aquecido na câmara de combustão e então circulaatravés da passagem superior para aquecer e misturar com o material de cargafresco introduzido na câmara de pirólise, liberando vapores do processo.

A patente PI8306082-0 intitulada "PROCESSO PARA PIRÓLISERÁPIDA DE PRODUTOS LIGNOCELULÓSICOS EM FORMA DEFRAGMENTOS DE PEQUENAS DIMENSÕES E DISPOSITIVO PARAREALIZAÇÃO DE TAL PROCESSO", descreve um processo de pirólise rápidade produtos lignocelulósicos, mais particularmente de rejeitos florestais, e deum dispositivo para sua realização. Segundo o processo, se efetua uma piróliserápida dos produtos lignocelulósicos em um leito fluidizado de partículasrefratárias quentes. Os produtos da pirólise, constituídos de um resíduo sólidocarbonado, de alcatrões e de gás, escapam do leito fluidizado e atravessamuma zona de superaquecimento constituída de um trocador com um reforço,alimentado por uma chuva de partículas refratárias quentes que suprem suaenergia calorífica ao leito fluidizado. O resíduo sólido carbonado é depoisseparado dos produtos gasosos, dos quais uma parte é reciclada para afluidização, e queimada em um reator de combustão de leito transportado,aquecendo as partículas refratárias que alimentam o trocador de reforço e leitofluidizado.

O pedido P18204142-3 intitulado "PROCESSO E SITEMA DE PIRÓLISECOM RECIRCULAÇÃO DE GÁS QUENTE". Trata-se de um processo esistema para a pirólise contínua de carga orgânica produzem um resíduocarbonáceo sólido de volatilidade controlada, de modo que é altamente eficazquanto ao aproveitamento de energia. O valor do produto gasoso e do óleopirolítico produzido é também otimizado.

Por fim, a patente PI8201100-1 com o título "PROCESSO PARAOBTENÇÃO DE ENERGIA POR MEIO DE PIRÓLISE", que descreve umprocesso de queima, após trituração, de materiais de refugo tais como papéis,lixo doméstico, borracha, e outros, para a obtenção de combustíveis sólidos,tais como carvão e semelhantes, líquidos, como óleos combustíveis, gasososassim como metano, butano, propano, os quais podem ser reaproveitadoscomo fontes alternativas de energia.Embora existam no estado da técnica diversas patentes tratando depirólise, que é um método conhecido no tratamento de resíduos ou de matériasorgânicas diversas, grande parte refere-se à pirólise de hidrocarbonetos eprodutos de origem mineral, xisto betuminoso e derivados do petróleo,biomassa vegetal lenhosa para obtenção do carvão vegetal, pneus. Só umapequena parte dessas patentes trata, no entanto, de processos de pirólise deresíduos sólidos.

A obtenção de energia é um dos objetivos de algumas das tecnologiasacima descritas, enquanto que na presente invenção esse não é um objetivoprimordial, embora também possa ocorrer. A pirólise está sendo realizada aquicomo um processo de tratamento de resíduos de origem municipal, industrial,agrícola ou institucional. Por exemplo, os resíduos de serviços de saúde ou o"lixo hospitalar" podem ser tratados através do presente processo visandocomo propósitos principais: redução de massa e volume do resíduo, facilitandoo seu manuseio posterior, transporte, e reduzindo a demanda de espaço paraseu destino final em aterros sanitários; inertização e/ou esterilização dosresíduos pela sua conversão em um material carbonáceo não mais passível deprocessos de biodegradação, e pela destruição térmica de materiais infectantese/ou biologicamente ativos.

O resíduo final obtido poderá ser manuseado e disposto de formasegura, sem riscos de disseminação de qualquer vetor de saúde pública, e sema lixiviação de compostos químicos para o ambiente através de processos dedecomposição biológica da matéria orgânica biodegradável.

Outra vantagem do processo de tratamento de resíduos pela pirólise, secomparada com a incineração, que é outra possibilidade do tratamento térmicode resíduos, é o fato de a pirólise ser realizada em uma atmosfera redutora, emdeficiência de oxigênio molecular, de forma a prevenir a formação de poluentesorganoclorados, especialmente as dibenzodioxinas e dibenzofuranospoliclorados, tal como normalmente se forma em processos convencionais deincineração. Também, ao contrário da incineração, o processo PYROLIX éempregado de uma forma controlada, em resíduos que são carregados embateladas em cada vaso reator, de maneira a assegurar para cada material queé admitido no reator a permanência pelo tempo e pela temperatura necessáriospara garantir a sua pirólise completa. Assim, é possível o controle e o registrodo tempo e temperatura que cada lote de resíduo processado foi exposto nointerior do reator, pelo controle individual do tempo de reação e pela mediçãoda temperatura no interior dos reatores, garantindo assim a segurança dotratamento. Evitam-se, portanto, os episódios típicos de descontrole deprocesso que ocorrem em instalações convencionais de incineração deresíduos, em que os resíduos são descarregados em grelhas de combustão, enos quais a queima pode ser interrompida ou arrefecida, em função da adiçãode resíduos de baixa inflamabilidade ou com elevado teor de umidade.

Das tecnologias acima descritas, encontradas nos bancos de patentes,algumas empregam o uso de microondas, outras de sólidos obtidos nacombustão em leito fluidizado, outra de sal fundido, e algumas utilizam ospróprios gases e vapores gerados no processo de pirólise para a obtenção daenergia térmica necessária ao processo, mas nenhum deles utiliza fluidotérmico para aquecimento indireto da carga, tal como descrito na presentepatente. Outra característica única da presente invenção é a separação emdois ou três estágios do processo. No primeiro estágio (opcional) dedesidratação e no segundo estágio de pirólise propriamente dita, comtemperaturas que podem variar entre 300°C e 450°C, no qual irão ocorrer asreações típicas de decomposição térmica do material carbonáceo contido noresíduo em atmosfera com deficiência de oxigênio, os gases combustíveisgerados são encaminhados a um processo de queima que proporcionará adestruição dos compostos orgânicos contidos nos gases e vapores doprocesso, além de proporcionar um incremento de energia térmica paraaquecimento do fluido térmico recirculante, minimizando dessa forma oconsumo do combustível auxiliar empregado.

O processo PYROLIX de pirólise de resíduos sólidos em múltiplo estágioé apresentado em fluxograma na figura 1. Os resíduos provenientes da coletaou da fonte geradora serão recebidos (1) e introduzidos em bateladas, emreatores com aquecimento indireto por fluido térmico, onde ocorrerá a pirólisepropriamente dita (2). Em casos onde se optar pelo estágio inicial de secagem(não mostrado), os materiais provenientes dos vasos de secagem é que serãoalimentados (1) no vaso de pirólise (2). Os reatores podem operar em paralelo,em um número total de vasos suficientes para processar a quantidade diária aser recebida. Esses reatores constituem-se de cilindros horizontais metálicos,encamisados para serem aquecidos externamente com o fluido térmico geradorecirculado em um aquecedor de fluido térmico (3). Os reatores de pirólise (2)possuem sistema interno de revolvimento por braços mecânicos de movimentocircular, montados em eixo central ao cilindro. Os gases gerados no interiordesses reatores são encaminhados a fornalha do aquecedor de fluido térmico,a qual opera utilizando combustível auxiliar, através de um combustor,responsável pela manutenção da temperatura à faixa compreendida entre700°C e 750°C (4). O final do processo de pirólise poderá ser controlado poruma chama piloto posicionada na tubulação de exaustão de gases. A falta decombustão dos gases gerados no interior do reator de pirólise indica o final doprocesso de pirólise no reator, podendo se dar início à descarga do produtopirolisado para os vasos de resfriamento (5).

O resfriamento do material pirolisado se dá em cilindros horizontaismetálicos, encamisados para serem resfriados externamente com água ououtro fluido refrigerante nas camisas dos vasos (5). O fluido refrigerante circulaem circuito fechado das camisas dos vasos para um sistema de arrefecimento(6), constituído por um reservatório e por uma torre de resfriamento,interligados a um conjunto moto-bomba, responsável por encaminhar vazãosuficiente para a demanda térmica requerida no resfriamento do produtopirolisado. Eventualmente, conforme a configuração e capacidade deprocessamento da planta de pirólise, pode-se optar por vasos de resfriamentonão encamisados, expostos ao resfriamento natural, ou por resfriamento a ar.O controle de temperatura realizado no interior dos vasos de resfriamentodetermina o ponto em que estes podem ser descarregados, o que ocorrequando a temperatura do material encontra-se inferior a valores em torno de60°C. Os gases e vapores eventualmente gerados no interior dos gases deresfriamento são também conectados com o processo de queima que ocorrena fornalha do aquecedor de fluido térmico (4). A descarga do materialpirolisado dos vasos de resfriamento é realizada em contêineres metálicos (9)para que o produto seja encaminhado ao armazenamento e destino final (10).

Para atendimento aos limites legais para lançamentos de gases naatmosfera, encontram-se propostos sistemas de remoção de partículas do tipocoletores de pó centrífugos multiciclones interligados em série a filtros de tecido(7), para daí os gases serem encaminhados para lançamento (8).

Após a pirólise, os produtos irão conter uma massa inferior do que osmateriais processados, dependendo do conteúdo orgânico presente nosmesmos. De maneira geral, a perda de massa e redução de volume será tantomaior, quanto maior for o teor de matéria orgânica (biogênica ou não-biogênica) no material inicial, podendo alcançar valores em torno de 80% a90% para o caso de materiais inteiramente orgânicos.

No caso de processamento de resíduos, os produtos finais serãoenviados para a disposição ambiental em aterros sanitários, de uma formamuito mais segura e econômica do que seria a disposição dos resíduos iniciais,pois o resíduo pirolisado é inerte do ponto de vista biológico, não sofrendodecomposição microbiológica. Como conseqüência, não irá gerar biogás pordecaimento anaeróbico (evitando a formação de metano, que é um gás deefeito estufa), nem haverá formação do chorume ou Iixiviado por decomposiçãobiológica. Esse resíduo pirolisado irá conter carbono na forma elementar -semelhante à grafite, e será ainda passível de combustão. Assim, a técnica deaterro mais recomendada deverá ser intercalando camadas do resíduo ecamadas inertes, que servirão de proteção contra propagação de chamas. Umavez dispostos no ambiente, o carbono dos resíduos pirolisados estarápermanente seqüestrado, pois não mais será passível de decomposição.

Eventualmente, se os resíduos iniciais forem de origem e composiçãoconhecidos, controlados e adequados, poderá ser obtido um resíduo finalpirolisado passível de aplicação energética ou industrial mais vantajosa doponto de vista econômico do que o processo de aterramento. Neste caso, oresíduo poderá ser submetido a este outro uso, como por exemplo: obtençãode briquete como termo-redutor em fornos de redução metalúrgico/siderúrgico;extração de metais por lixiviação química; combustão direta, com geração deenergia térmica e/ou elétrica, gaseificação para gerar gases combustíveis(combustão indireta), ou ainda para utilização como carvão ativo.

No caso de uso do processo para torrefação ou carbonização debiomassa, obtém-se como produto final a biomassa torrificada ou o carvãovegetal, que são produtos de valor comercial e com diversas aplicações.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

Figura 1 - Desenho esquemático de uma unidade para tratamento de resíduossólidos que emprega o processo de pirólise de resíduos sólidos em múltiplosestágios.

Claims (13)

1. "PROCESSO DE PIRÓLISE DE BIOMASSA E RESÍDUOS SÓLIDOSEM MÚLTIPLOS ESTÁGIOS", caracterizado pelo processo compreenderas seguintes etapas:a) Pirólise dos resíduosb) Resfriamento dos resíduos pirolisados

2. "PROCESSO DE PIRÓLISE DE BIOMASSA E RESÍDUOS SÓLIDOSEM MÚLTIPLOS ESTÁGIOS", de acordo com a reivindicação 1,caracterizado por compreender uma etapa opcional de desidratação dabiomassa ou dos resíduos sólidos, mediante aplicação de vapor ou umfluido térmico recirculante.

3. "PROCESSO DE PIRÓLISE DE BIOMASSA E RESÍDUOS SÓLIDOSEM MÚLTIPLOS ESTÁGIOS", de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pela desidratação ocorrer preferencialmente em vasos desecagem.

4. "PROCESSO DE PIRÓLISE DE BIOMASSA E RESÍDUOS SÓLIDOSEM MÚLTIPLOS ESTÁGIOS", de acordo com a etapa "a" dareivindicação 1, caracterizado pela pirólise ser realizada em reatores depirólise (2).

5. "PROCESSO DE PIRÓLISE DE BIOMASSA E RESÍDUOS SÓLIDOSEM MÚLTIPLOS ESTÁGIOS", de acordo com a reivindicação 4,caracterizado por utilizar um fluido térmico recirculante geradopreferencialmente em um aquecedor de fluido térmico (3).

6. "PROCESSO DE PIRÓLISE DE BIOMASSA E RESÍDUOS SÓLIDOSEM MÚLTIPLOS ESTÁGIOS", de acordo com a reivindicação 4,caracterizado pelos reatores de pirólise (2) compreenderem um sistemainterno de revolvimento por braços mecânicos de movimento circular,montados em um eixo central ao cilindro.

7. "PROCESSO DE PIRÓLISE DE BIOMASSA E RESÍDUOS SÓLIDOSEM MÚLTIPLOS ESTÁGIOS", de acordo com a reivindicação 4,caracterizado pelos gases gerados no interior dos reatores (2) seremencaminhados a fornalha do aquecedor de fluido térmico (3), a qualopera utilizando combustível auxiliar, através de um combustor (4).

8. "PROCESSO DE PIRÓLISE DE BIOMASSA E RESÍDUOS SÓLIDOSEM MÚLTIPLOS ESTÁGIOS", de acordo com a reivindicação 7,caracterizado pelo combustor (4) ser responsável pela manutenção datemperatura em uma faixa compreendida entre 500°C e 900°C.

9. "PROCESSO DE PIRÓLISE DE BIOMASSA E RESÍDUOS SÓLIDOSEM MÚLTIPLOS ESTÁGIOS", de acordo com a etapa "a" dareivindicação 1, caracterizado por compreender uma chama pilotoposicionada na tubulação de exaustão de gases para identificar o finaldo processo de pirólise e controlar o início da descarga do produtopirolisado nos reatores (2) para os vasos de resfriamento (5).

10. "PROCESSO DE PIRÓLISE DE BIOMASSA E RESÍDUOS SÓLIDOSEM MÚLTIPLOS ESTÁGIOS", de acordo com a etapa "a" dareivindicação 1, caracterizado por compreender um sistema de remoçãode partículas do tipo coletores de pó centrífugos multiciclonesinterligados em série a filtros de tecido (7), para posteriorencaminhamento dos gases ao lançamento à atmosfera (8).

11. "PROCESSO DE PIRÓLISE DE BIOMASSA E RESÍDUOS SÓLIDOSEM MÚLTIPLOS ESTÁGIOS", de acordo com a etapa "b" dareivindicação 1, caracterizado pelos resíduos pirolisados seremencaminhados aos vasos de resfriamento (5) para refrigeração a partirde um sistema de arrefecimento (6).

12. "PROCESSO DE PIRÓLISE DE BIOMASSA E RESÍDUOS SÓLIDOSEM MÚLTIPLOS ESTÁGIOS", de acordo com a reivindicação 11,caracterizado pelos resíduos após saírem dos vasos de resfriamento (5)serem despejados em contêineres (9) para que o produto sejaencaminhado ao armazenamento e destino final (10).

13. "PROCESSO DE PIRÓLISE DE BIOMASSA E RESÍDUOS SÓLIDOSEM MÚLTIPLOS ESTÁGIOS", de acordo com a reivindicação 12,caracterizado por compreender um sistema de controle de temperaturano interior dos vasos de resfriamento (5) que determina a temperaturaem que os resíduos podem ser descarregados nos contêineres (9).