BRPI0908470B1

BRPI0908470B1 - Aparelhagem para tratar resíduos sólidos continuamente e método para tratar resíduos sólidos continuamente.

Info

Publication number: BRPI0908470B1
Application number: BRPI0908470-3A
Authority: BR
Inventors: Philip Hall
Original assignee: Reclaim Resources Limited
Priority date: 2008-01-31
Filing date: 2009-02-02
Publication date: 2019-04-02
Also published as: CN102066570A; PT2250275T; EA019123B1; DK2250275T3; AP2010005361A0; WO2009095693A2; PL2250275T3; UA101011C2; AP3132A; AU2009208797A1; IL207323A; EP2250275B1; US20110185624A1; CY1119406T1; SI2250275T1; EP2250275A2; HUE033034T2; WO2009095693A3; AU2009208797B2; US10130732B2

Abstract

aparelhagem para tratar resíduos sólidos continuamente e método para tratar resíduos continuamente um processo e aparelhagem para a reciclagem de resíduos domésticos urbanos compreendem submeter os resíduos a vapor a 150°c - 200°. após o tratamento a vapor, o material resultante é separado em partes constituintes e biomassa e/ou plástico submetidos a tratamento adicional. o tratamento adicional de preferência produz bioetanol a partir da biomassa e diesel a partir do plástico. como alternativa, parte ou toda a biomassa pode ser gaseificada a fim de produzir hidrogênio, que pode, por sua vez, ser alimentado em uma bateria de combustível para produzir um rendimento elétrico. o biodiesel ou bioálcool também pode ser usado para produzir eletricidade.

Description

APARELHAGEM PARA TRATAR RESÍDUOS SÓLIDOS CONTINUAMENTE E MÉTODO PARA TRATAR RESÍDUOS CONTINUAMENTE

A presente invenção refere-se à reciclagem de resíduos e mais particularmente à reciclagem de resíduos domésticos urbanos.

Existem várias maneiras de lidar com resíduos domésticos urbanos, também conhecidos como resíduos sólidos urbanos, mas os dois métodos mais comuns são por aterro ou por incineração. Ambos os métodos têm problemas inerentes a eles associados. No aterro sanitário, os resíduos são enterrados sem separação. Ele ocupa um espaço precioso e torna a terra inutilizável por muitos anos. Além disso, efluentes tóxicos podem vazar para o solo. Adicionalmente, locais adequados para sítios de aterro sanitário estão se tornando cada vez mais difíceis de encontrar.

No que diz respeito à incineração, ela geralmente requer que o resíduo seja separado em resíduo combustível e não combustível com o resíduo não combustível sendo enviado para um sítio de aterro sanitário e o resíduo combustível queimado. Entretanto, a queima de resíduos geralmente cria emissões de enxofre e requer chaminés desagradavelmente altas. Adicionalmente, os incineradores não são eficientes porque eles requerem altos insumos de energia.

Mais recentemente, tem havido propostas para descartar resíduos urbanos pela utilização de uma autoclave carregada com os resíduos a serem tratados e abastecida com vapor de um acumulador de vapor. Um exemplo disto é divulgado em US-A-5, 190.226, onde resíduos sólidos são processados em pressão de 400.000 Pa. Embora estas propostas sejam uma solução ambientalmente mais amigável que os dois métodos comuns prévios descritos acima, elas são ineficientes visto que são processos de lote. Um processo contínuo foi desenvolvido em, p. ex., US-A-6.752.337, mas equipamento especial foi proposto a fim de manter uma unidade de processamento de vapor a alta pressão que é tão caro quanto perigoso.

A presente invenção busca prover uma solução para a reciclagem de resíduos domésticos urbanos, que seja tanto eficiente em energia como ambientalmente amigável. A usina de processo é modular no projeto e receberá

Petição 870180163964, de 17/12/2018, pág. 15/24

2/22 resíduos não separados e tratá-los-á termicamente usando um processo contínuo de vapor. Preferencialmente, o sistema também aborda o problema do odor gerado a partir da usina.

De acordo com a presente invenção, é provida uma aparelhagem para tratar resíduos sólidos compreendendo um recipiente com uma entrada para que resíduos sejam introduzidos e uma saída para resíduos tratados, o interior do recipiente tendo uma primeira zona e uma segunda zona, a aparelhagem incluindo adicionalmente uma pluralidade de entradas de vapor para injetar seletivamente vapor no interior do recipiente, um acionamento planejado para prover movimento relativo entre as entradas de vapor e a primeira zona tal que apenas algumas das entradas de vapor estejam na citada primeira zona a qualquer momento, e dispositivos de controle de vapor planejados para fornecer vapor apenas para entradas de vapor na primeira zona. Esta aparelhagem dirige vantajosamente o vapor para os resíduos para transmitir a energia necessária para permitir o processo de decomposição, em particular dos materiais orgânicos contidos nos resíduos, de modo que os resíduos sejam tratados de forma eficiente.

É vantajoso para o processo de reciclagem ser um processo contínuo que é mais fácil de obter quando o recipiente é um recipiente alongado com a entrada em uma extremidade e a saída na outra extremidade. O acionamento é planejado para girar o recipiente e deste modo transportar o material ao longo do recipiente, enquanto também mistura os resíduos para garantir que eles sejam completamente tratados.

Normalmente, as entradas de vapor são providas em tubulações de vapor. As entradas de vapor podem estar fixas em relação ao interior do recipiente. As entradas de vapor estão planejadas para injetar vapor a uma temperatura de 150°C até 200°C, e assim prover uma grande quantidade de energia cinética e calorífica diretamente para os resíduos.

Normalmente, os dispositivos de aquecimento para aquecimento e/ou manutenção do interior a uma temperatura de 50°C a 200°C são providos, visto que esta é uma maneira simples de levar os resíduos a uma temperatura onde o processo de decomposição é realizado dentro de um prazo razoável. Os dispositivos de aquecimento serão geralmente selecionados do grupo que consiste em ar aquecido, uma camisa de vapor exterior e um elemento de aquecimento. Prefere-se que os dispositivos de aquecimento sejam apenas uma camisa de aquecimento por vapor. Esta é uma técnica particular vantajosa, visto

3/22 que é muito fácil tomar o aquecimento controlável, evitar pontos quentes no recipiente e é eficiente em combustível. Neste caso, o recipiente pode ser separado em uma série de seções. O insumo de calor em cada seção pode ser controlado individualmente, por exemplo, para que o material em cada zona possa ser levado ou mantido a uma temperatura desejada. Por exemplo, mais insumo de calor será requerido perto da entrada de resíduos, visto que é necessário trazer os resíduos relativamente frios até a temperatura do processo tão rápido quanto possível. A área mais próxima da saída pode ser controlada para secar parcialmente os resíduos.

O processo tem a vantagem de que pressão não é necessária e assim, o interior do recipiente está a uma pressão de 200.000 Pa, geralmente até 125.000 Pa ou mesmo consideravelmente a pressão ambiente. Isso oferece grande economia de custos e aumenta a segurança em relação aos sistemas pressurizados.

O resíduo tratado compreende de preferência uma biomassa contendo material celulósico e contendo menos de 1% de enxofre. A biomassa é útil em grande número de maneiras, provendo benefícios-chave ao sistema atual.

Geralmente, uma câmara de separação é provida, onde os resíduos tratados são separados em plásticos, metais ferrosos, metais não ferrosos e biomassa de material celulósico. Posteriormente, a biomassa é transferida para um motor hiperbárico ou uma bateria de combustível ou a uma unidade de conversão para converter a biomassa em biodiesel, um álcool orgânico, tal como bioetanol ou biobutanol, ou um combustível de aviação. O biocombustível pode ser usado para fornecer energia para um gerador ou geradores para produzir energia elétrica ou pode ser usado para fornecer energia para outros motores (p. ex., motores de aeronave) ou outros geradores.

De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, é provida uma válvula distribuidora para direcionar vapor a partir de um gerador de vapor ou caldeira para uma entrada de vapor, que compreende um corpo de válvula tendo uma abertura de entrada conectável por fluido ao gerador de vapor e uma pluralidade de aberturas de saída conectáveis por fluido às entradas de vapor, onde a válvula é planejada para que a qualquer momento pelo menos uma das aberturas de saída esteja desconectada por fluido da abertura de entrada. Este componente permite que o vapor seja direcionado para o canal de tubulação de vapor desejado de uma forma simples e robusta. Geralmente, a abertura de entrada está planejada para estar conectada por fluido a apenas uma abertura de

4/22 saída por vez conforme geralmente apenas uma tubulação de vapor estará dentro do resíduo por vez. Naturalmente, isto pode variar dependendo da instalação.

A válvula distribuidora pode ter a abertura de entrada em conexão por fluido com uma extremidade de um membro de válvula tubular alojado em um corpo de válvula, onde as aberturas de saída são espaçadas em torno da circunferência do corpo da válvula de modo a estarem individualmente conectadas por fluido ao membro de válvula pela sua rotação no corpo da válvula. A válvula distribuidora provê assim, uma forma elegante de implementar dispositivos de controle de vapor, de acordo com a primeira modalidade da invenção.

A válvula distribuidora, de acordo com uma modalidade preferida, pode de preferência ter a abertura de entrada em um coletor de admissão com uma conexão de fluido que se estende em uma direção axial através de uma câmara de válvula rotativa até o corpo da válvula. De preferência, a câmara de válvula rotativa tem um alimentador de vapor para fornecer vapor para uma camisa de aquecimento e um retorno de condensado para receber o condensado da camisa de aquecimento, e o alimentador de vapor está conectado por fluido a uma linha de vapor no coletor de admissão e o retorno de condensado está conectado por fluido a uma linha de retorno no coletor de admissão. Isso provê uma maneira simples de conectar o fornecimento de vapor com a camisa de aquecimento rotativa com a câmara de válvula rotativa com o recipiente, enquanto o resto da válvula permanece estacionário.

De acordo com uma terceira modalidade da presente invenção, é provido um método para tratar resíduos compreendendo as etapas de: b) introduzir resíduos particulados em um recipiente, e b) tratar os resíduos particulados com vapor a uma temperatura de 150°C até 200°C, em que o recipiente está à pressão ambiente e/ou o vapor é injetado apenas nos resíduos particulados. Desta forma, os resíduos são decompostos em muitos produtos úteis de uma forma comercialmente eficiente e ambientalmente saudável. O método será geralmente provido como um método contínuo com resíduos sendo introduzidos na entrada do recipiente e resíduos tratados sendo descarregados na saída do recipiente.

O método é, naturalmente, de preferência realizado usando a aparelhagem da primeira e da segunda modalidades da invenção. Os resíduos tratados compreenderão vantajosamente uma biomassa celulósica, plásticos, metais ferrosos e metais não ferrosos. A biomassa formada pelo método é particularmente vantajosa porque é adequada para ser tratada adicionalmente

5/22 para formar: biodiesel, combustível para uma bateria de combustível, bioálcool, p. ex., bioetanol, um substituto para combustível fóssil, ou um combustível de aviação, possivelmente misturado com bioálcool.

Para que a presente invenção seja mais facilmente entendida, suas modalidades serão agora descritas a título de exemplo, com referência aos desenhos acompanhantes em que:

A Fig. 1 mostra uma representação diagramática de usina de processo de acordo com a presente invenção;

A Fig. 2 é um fluxograma do processo básico utilizado pela presente invenção;

A Fig. 3 é um diagrama esquemático de uma primeira unidade de tratamento de vapor usada em uma primeira modalidade da presente invenção;

A Fig. 4 é um diagrama esquemático que representa a produção de etanol a partir do sistema de acordo com a presente invenção;

A Fig. 5 é um diagrama esquemático que representa a produção de biodiesel a partir do sistema de acordo com a presente invenção;

A Fig. 6 é um diagrama de uma válvula distribuidora de uma primeira modalidade da presente invenção;

A Fig. 7 é um diagrama esquemático de uma unidade de tratamento de vapor usada na presente invenção; e

A Fig. 8 mostra uma segunda válvula distribuidora de uma segunda modalidade preferida da presente invenção em vistas plana (Fig. 8A) e em perspectiva (Fig. 8B).

Referindo-se à Figura 1, isso mostra esquematicamente a usina de processo preferida de acordo com a presente invenção. Veículos de coleta de resíduos trazem resíduos domésticos urbanos para um sítio de transferência A onde os resíduos brutos, sem separação, são alimentados continuamente através da unidade de trituração mecânica B para uma unidade de tratamento de vapor C. Na Figura 1, existem duas unidades de tratamento de vapor operando em paralelo, cada uma com o seu próprio funil de enchimento para armazenar resíduos triturados antes de eles serem alimentados na unidade. Pelo termo “bruto” entende-se que nenhuma matéria adicional tal como substâncias químicas e/ou água é adicionada ao resíduo antes de ser alimentado na(s) unidade(s) de tratamento de vapor.

A unidade de tratamento de vapor C é operada tal que os resíduos são tratados por aproximadamente 45 a 60 minutos e os resíduos tratados são então

6/22 separados em uma fase de separação E em diferentes categorias, tais como a biomassa bruta ou celulose, plásticos, metal ferroso, metal não-ferroso, têxteis e outros resíduos e o material. As técnicas e variações para separar a produção mista a partir da unidade de tratamento de vapor C são bem conhecidas por aqueles versados na técnica. Utilizando estas técnicas, menos de 10% por volume dos resíduos inicial são realmente enviados para aterro e os outros resíduos separados podem ser reciclados. Há uma redução de até 60% no volume de resíduos. Os plásticos e biomassa bruta recebem processamento adicional indicado pelas unidades G e H e/ou eles podem ser armazenados, secos e depois alimentados em uma unidade conversora de gás (gaseificadora não mostrada), ou tratados para serem introduzidos em uma bateria de combustível (não mostrada) que pode ser utilizada para gerar eletricidade. A biomassa também pode ser tratada para formar o combustível para um motor hiperbárico (não mostrado) ou ser direcionada para N para ser utilizada na produção de biocombustível, p. ex., bioetanol, biobutanol ou biodiesel, conforme descrito em maior detalhe abaixo. O biocombustível pode ser usado como o combustível de um gerador elétrico, se desejado. Se todo o combustível produzido por uma usina em pleno funcionamento, como mostrado na Figura 1, foi utilizado desta última maneira, os geradores devem produzir entre 6MW e 20 MW de eletricidade. As Figs. 4 e 5 mostram processamento alternativo do material celulósico ou de parte dele. Os outros materiais separados são armazenados como indicado em F. Os materiais plásticos separados da unidade P podem ser direcionados para uma unidade de recuperação de plástico J.

Por sua própria natureza, os resíduos exalarão odores desagradáveis, tanto na entrada como na saída da unidade de processamento de vapor C. Por esse motivo, propõe-se extrair o ar da unidade de tratamento de vapor e tratá-la com um processo de remoção de odor, como indicado por D na Figura 1, tal como aquele descrito no Pedido Internacional No. PCT/GB2006/000888 onde o ar é tratado por ozônio gerado utilizando luz ultravioleta. Uma característica desta técnica é que, se ozônio suficiente for gerado e mantido em contacto com o ar a ser tratado por um período de tempo suficiente, consideráveis reduções de odor são alcançadas. Isto requer, no entanto, que luz ultravioleta adicional seja provida em um comprimento de onda diferente daquele usado para criar o ozônio, a fim de garantir que nenhum ozônio ativo esteja presente no ar expelido para a atmosfera a partir do processo. A unidade de processamento de vapor C não é selada para contenção de pressão, mas geralmente colocação de telas ou

7/22 cortinas será adotada para permitir que os gases e vapor saiam da unidade de processamento de vapor C através das vias desejadas.

Referindo-se a Fig. 2, o vapor é gerado em um arranjo de caldeira 10, que provê vapor a uma pressão elevada, geralmente entre 1.200.000 e 1.500.000 Pa, e na modalidade ilustrada 1.400.000 Pa, e tem uma temperatura preferida, entre 190°C e 200°C, que é alimentada a uma seção de tratamento de vapor seção 12, que pode incluir uma ou mais unidades individuais operando em paralelo. Resíduos da área de recepção e alimentação representada pelo bloco B são transmitidos à usina de tratamento de vapor na temperatura e pressão indicadas abaixo. Resíduos tratados são então encaminhados para um separador E.

Adicionalmente, qualquer vapor que escape da unidade de tratamento de vapor é capturado por um sistema de dutos de 16 e alimentado em uma unidade de tratamento de odor 17, onde ele é tratado como descrito acima antes de ser ventilado para a atmosfera.

Referindo-se agora à Fig. 3, esta mostra mais detalhadamente uma forma da unidade de tratamento de vapor C da usina. Ela compreende um recipiente alongado 30, que é provido com um arranjo de transporte de 31 para deslocar os resíduos de uma entrada 32 até uma saída 33. A entrada 32 é mostrada como um dispositivo do tipo funil de enchimento na Fig. 3 ainda que uma esteira transportadora, como mostrado na Fig. 7, ou outro dispositivo, também pudesse ser usado.

O arranjo preferido, do recipiente 30 é para torná-lo um transportador do tipo tambor rotativo, a superfície interna do qual é equipada com uma ou mais lâminas helicoidais contínuas. O tempo durante o qual os resíduos são tratados é, naturalmente, uma função da velocidade de rotação do transportador e do comprimento do transportador e estes são ajustados tal que os resíduos sejam tratados por aproximadamente 45 até 60 minutos.

O interior do recipiente é mantido a uma temperatura entre 150°C e 200°C, de preferência com uma temperatura inferior a 160°C e, independentemente, uma temperatura superior a 180°C. Em temperaturas inferiores a 150°C a taxa de conversão para a decomposição dos resíduos é muito lenta e seria necessário manter o resíduo no recipiente 30 por um período de tempo que seria comercialmente inaceitável. Na temperatura de 200°C, é provável que materiais plásticos no resíduo comecem a se decompor, p. ex., pela pirólise que gera gases tóxicos e outros compostos tóxicos que complicariam muito o processamento e, portanto, é importante evitar ou minimizar a geração de tal material tóxico.

8/22

Os resíduos devem ser tratados por meio de vapor injetado no recipiente 30, por meio de tubulações 35. O vapor injetado está de preferência a 150°C 180°C, mas pode estar em uma temperatura de até 200°C. O vapor é injetado no resíduo na câmara 30, a uma pressão no intervalo 500.000 até 1.200.000 Pa, de preferência 1.000.000 Pa. Embora o vapor possa ser injetado por toda a câmara, prefere-se que o vapor seja direcionado exclusivamente para os resíduos. Nas pressões e temperaturas utilizadas no processo, o vapor provê uma quantidade relativamente alta de energia cinética que é transferida de forma eficiente para os resíduos, quando o vapor é injetado neles. O vapor injetado, assim, de forma eficiente decompõe os resíduos. Em particular, o vapor injetado processa de forma eficiente material orgânico no resíduo para que ele se converta em uma biomassa celulósica contendo pouco ou nenhum enxofre.

Além da entrada e saída 32, 33, a câmara 30 ou tambor pode ser provida com um funil de enchimento no fundo para a coleta e remoção de qualquer material de fundo resultante do processamento por vapor. Além disso, uma ventilação de gás pode ser provida para a remoção de gases resultantes do processo. Esses gases podem ser limpos e separados tal que hidrocarbonetos úteis possam ser usados em outras partes da usina e/ou tenham qualquer energia térmica retirada deles e reintroduzida no processo.

Quando a usina de processamento global estiver sendo usada para resíduos em geral, pode ser necessário pré-processar os resíduos para torná-los mais uniformes em tamanho por meio de um processo de trituração antes de alimentá-los na entrada da unidade. Isso irá garantir que não haja bloqueios na entrada da unidade de tratamento e proverá um produto mais consistente. No entanto, para a invenção, é necessário apenas que o material esteja em pedaços, isto é, em forma particulada.

A construção de uma unidade de processamento de vapor C (Fig. 1) será descrita agora em maior detalhe com referência à Figura 3. A unidade de processamento de vapor C compreende um tambor rotativo 30 montado horizontalmente em cilindros 35 e planejado para ser acionado por uma cadeia (não mostrada) por um motor 34. O tambor 30 é de área de seção transversal uniforme ao longo do seu comprimento e é provido em sua superfície interna com várias lâminas espaçadas. As lâminas podem ser formadas a partir de um único membro de rosca helicoidal contínua ou de várias peças de lâminas helicoidais que se estendem em uma configuração consideravelmente helicoidal ao longo do comprimento do tambor 31. Se necessário, lâminas dispostas axialmente podem

9/22 ser providas entre as curvas das seções helicoidais, a fim de promover o levantamento e descida do material, quando carregado no recipiente.

O vapor é introduzido no recipiente 30 por uma pluralidade de tubulações 38 que se estendem ao longo do comprimento do recipiente, neste caso estes são providos nas superfícies internas do recipiente 30 e têm aberturas centralizadas em cada centro de passo. Uma extremidade de cada tubulação 38 é fechada e a outra extremidade é aderida à válvula distribuidora 36. A válvula distribuidora 36 está localizada sobre o eixo central do recipiente. A válvula 36 está conectada por fluido a uma tubulação de fornecimento de uma fonte de vapor. A válvula distribuidora 36 é mostrada em detalhe na Fig. 6. A válvula distribuidora 36 compreende uma entrada de válvula 52 localizada no alojamento de válvula 50 através do qual a caldeira de vapor 10 é introduzida. O corpo da válvula 50 também tem três saídas de válvula 54 cada uma conectada a uma respectiva tubulação de vapor 38. A válvula distribuidora 36 pode simplesmente conectar por fluido o fornecimento de vapor com cada uma das tubulações de vapor 38. Entretanto, prefere-se que a válvula 36 forneça vapor para cada tubulação de vapor 38, por vez conforme o recipiente 30 gira. Como explicado em maior detalhe abaixo, o recipiente 30 é fornecido com resíduo em uma taxa predeterminada de modo que o resíduo só encha o recipiente até um nível conhecido. Este nível separa o recipiente 30 em duas zonas, a primeira zona essencialmente preenchida com os resíduos, a segunda zona estando praticamente vazia de resíduos. Cada tubulação de vapor 38 é fixada ao recipiente 30 e, assim, move-se entre as duas zonas conforme o recipiente gira 30. A válvula 36 tem portas internas dentro do alojamento 50 que conectam individualmente por fluido cada uma das saídas de vapor 54 para que somente a(s) tubulação(ões) de vapor 38 na primeira zona estejam conectadas com o fornecimento de vapor, em qualquer tempo determinado. Desta forma, o vapor é injetado apenas nos resíduos.

A extremidade do recipiente está localizada dentro de uma proteção que serve para conter o vapor no interior do recipiente e também serve como saída para os resíduos tratados.

Quando o recipiente 30 é girado, em uso, a 1-2 revs/min, o vapor é injetado no material quando ele se sobrepõe a uma das tubulações 38, conforme descrito em maior detalhe acima.

O interior do recipiente 30 será geralmente aquecido até 150°C até 200°C, de preferência, um valor inferior a 160°C e independentemente um valor superior

10/22 a 180°C por um dispositivo de aquecimento. Os dispositivos de aquecimento podem ser ar podem ser aquecidos e o ar quente soprado para a câmara. De preferência, um elemento de aquecimento no recipiente ou envolvido em torno do recipiente 30 podería ser usado. Preferencialmente, o recipiente 30 pode ter uma camisa de vapor mais ou menos assim, caso em que a camisa pode ser formada entre as camadas do material a partir do qual o recipiente é feito. As mesmas caldeiras a vapor 10 podem ser utilizadas ou, senão, uma fonte separada de vapor pode ser usada. O vapor alimentado para a camisa de vapor estará a uma temperatura e pressão para atingir a temperatura desejada no recipiente.

A Fig. 7 mostra uma versão preferida da unidade de tratamento de vapor C da usina. A unidade de tratamento de vapor C é geralmente semelhante à unidade de tratamento de vapor C mostrada na Fig. 3 e os mesmos numerais de referência são usados para designar partes da unidade que são as mesmas.

Resíduos são alimentados no recipiente 130 em uma esteira transportadora 132. A esteira vibra, a fim de evitar que os resíduos se aglomerem. Os resíduos são alimentados na esteira transportadora a partir de um esteira padrão 133. Os resíduos são transferidos para a saída 33 pelo dispositivo de transporte 31 no recipiente 130. O interior do recipiente 130 é o mesmo que o interior do recipiente 30, com lâminas providas para transferir os resíduos conforme o recipiente gira.

A diferença de modo de funcionamento entre o recipiente 30 e o recipiente 30 é que o vapor não é alimentado no recipiente 130 a fim de aquecer a câmara e resíduos para temperatura de processamento, embora o vapor ainda seja usado para tratar os resíduos através das tubulações 38. A câmara e resíduos são agora aquecidos através de uma camisa aquecida 140 ao redor de todo o recipiente 130 e explicado em maior detalhe abaixo.

O recipiente 130 tem a camisa de aquecimento 140 envolvendo-o. A camisa de aquecimento 140 compreendendo uma rede de tubulações que são alimentadas a vapor a partir da válvula 136. A fim de aquecer o recipiente 130 e resíduos rapidamente até a temperatura de processamento desejada de 150°C até 200°C, a camisa de aquecimento é dividida em quatro seções 140a-d, que se estendem desde a seção de entrada 140a, através da primeira seção de processamento 140b, da segunda seção de processamento 140c até seção de saída 140d. A maior demanda de calor está na seção de entrada 140a, onde os resíduos devem ser levados da temperatura ambiente até a temperatura de processamento no menor tempo experimentado e geralmente 40-60% da energia

11/22 é necessária na seção de entrada 140a. Conforme os resíduos atravessam o recipiente 130, os resíduos retêm mais energia calorífica e, portanto, menos energia é necessária para manter os resíduos a uma temperatura de processamento adequada. Por exemplo, nas seções de processamento 140b, 140c é necessária em torno de 55-30% da energia. Na seção de saída final 140d, os resíduos são também parcialmente secos a um teor de umidade típico de 20 a 40%.

O calor é fornecido à camisa de aquecimento sob a forma de vapor a partir da mesma caldeira de vapor usada para fornecer o vapor injetado nos resíduos. Uma maneira eficiente para conectar por fluido a camisa de aquecimento 140 à caldeira é usar um projeto revisado da válvula distribuidora 136 como mostrado na Figura 8. A válvula distribuidora 136 mostrada na Figura 8 é geralmente similar à válvula distribuidora 36 mostrada na Fig. 6 e os mesmos numerais de referência são usados para designar partes da unidade que são as mesmas.

A válvula distribuidora 136 compreende uma entrada de vapor 152 localizada em um coletor de admissão 158. Uma conexão por fluido se estende do interior de uma câmara de válvula 156 até o alojamento da válvula 50. A câmara de válvula 156 é rotativa em torno do eixo central do recipiente 130, mas o coletor de admissão 158 e alojamento de válvula 50 são estacionários. A câmara de válvula 156 tem um alimentador de vapor 160 que alimenta o vapor para a camisa de aquecimento 140 e um retorno de condensado 162 que retorna o condensado da camisa de aquecimento 140. A rotação do recipiente 130 é acoplada à câmara de válvula 156 através do alimentador de vapor 160 e retorno de condensado 162. O coletor de admissão 158 também inclui uma linha de vapor 164 conectada por fluido ao alimentador de vapor 160 e uma linha de retorno 166 conectada por fluido ao retorno de condensado 162. Internamente, a câmara de válvula é dividida em um primeiro espaço anular que conecta o alimentador de vapor 160 à linha de vapor 164 através de um espaço anular no coletor de admissão 156 e um segundo espaço anular que conecta a linha de retorno 166 ao retorno de condensado 162 através de outro espaço anular no coletor de admissão 152. Todos os espaços anulares cercam a conexão por fluido entre a entrada de vapor 152 e o alojamento da válvula 50. O primeiro e o segundo espaços anulares são separados por fluido um do outro. Naturalmente, a configuração específica interna da válvula pode ser variada.

Para assegurar remoção de condensado eficiente cada seção 140a-d incorporará pelo menos um purgador de vapor. O purgador é projetado para

12/22 prevenir a inclusão de vapor ativo a ser retornado para a caldeira com o condensado. O purgador deve, por sua vez ser ligado a um reservatório de condensado. Este deve geralmente compreender uma tubulação de grande calibre que deve ser posicionada ao redor da circunferência do tambor. O condensado será drenado para o reservatório em vários pontos ao redor da circunferência com o condensado girando com o tambor até que se permita que ele seja drenado para o mecanismo de tubulação de remoção quando a porta de saída atinge o fundo do ciclo de rotação.

O processo básico é mostrado na Fig. 2. O processo gera um grande volume de biomassa, principalmente compreendendo material celulósico. Vantajosamente, é possível utilizar a biomassa como combustível para a usina de processo por si só ou como um produto separado, tais como bioetanol, biobutanol ou outro produto derivado, como descrito em maior detalhe abaixo. A fibra de celulose contida na biomassa que é a produção da unidade de tratamento de vapor tem um poder calorífico total de 11 MJ/kg, que provê três kW de energia. Se seco, o valor calorífico total do material celulósico aumenta para 17até 18 MJ/kg. Esta biomassa contém praticamente nenhum enxofre e, portanto, quando queimada, é muito mais limpa que combustíveis fósseis e por isso usada como um substituto aos combustíveis fósseis.

A fibra de celulose podería ser vendida como uma mercadoria ou podería ser enviada para um gaseificador de biomassa que produz combustível gasoso a partir desta biomassa celulósica, conforme descrito em maior detalhe abaixo. Este combustível gasoso podería então ser processado adicionalmente a fim de prover o insumo de hidrogênio para uma bateria de combustível para produzir rendimento de elétrico de corrente direta. Senão, o material celulósico podería ser processado adicionalmente como mostrado nas Figs. 4 e 5 para produzir bioetanol, biobutanol, biodiesel e combustível de aviação antes de qualquer resíduo sólido ser processado como descrito acima.

Passando agora para as Figs. 4 e 5, isso mostra como a biomassa e/ou plásticos produzidos a partir do rendimento do processamento de vapor podem ser manipulados para produzir bioetanol/diesel mostrado de maneira geral na Figura 1 como unidades de N e J, respectivamente.

Tratando, em primeiro lugar, do material celulósico e como indicado na Fig. 4, a biomassa da unidade de tratamento de vapor da Fig. 1 foi tratada para higienização do material pela parada considerável processos anaeróbios indesejáveis por e ser mais susceptível à hidrólise, como mostrado em geral, na

13/22 fase 1 da Fig. 4. Na fase 2 mostrada na Figura 4, a biomassa é armazenada em silo de biomassa 50a por cerca de 8 horas. A biomassa é então alimentada em recipiente de tratamento ácido 51a e então tratada com ácido sulfúrico, a partir do tanque ácido 50b, para ser submetida à hidrólise ácida por cerca de 8 horas. Água é provida a partir de um tanque de água 50c. O produto é então filtrado e são removidos sólidos (lignina), que podem ser usados como combustível para a caldeira da usina de tratamento a vapor. Cal do funil de enchimento de armazenagem de cal 50d é adicionado para neutralizar o produto líquido no recipiente de neutralização e remoção de ácido 51b, adicionalmente purificado e filtrado. A hidrólise é usada para decompor a biomassa de sólidos em celulose e hemicelulose, visto estes serem os principais açúcares contidos na biomassa. O processo também, vantajosamente, remove os metais pesados. Como mencionado acima, a hidrólise ácida também atua para fornecer combustível para a caldeira na forma de lignina que constitui os principais resíduos não hidrolisáveis.

Em uma fase alternativa 1, não mostrada, em vez da hidrólise ácida, a biomassa é carregada em um tanque onde ela é fragmentada pela adição de uma enzima, tal como enzima de aspergilus ou pelo uso de micro-organismos celulolíticos e um nutriente. Água adicional pode ser acrescentada. Nesta fase, ozônio ativo de um gerador também pode ser injetado no tanque. A massa resultante é deixada em repouso por um período de tempo e, em seguida, é retirado o líquido que conterá açúcares solúveis.

Em ambos os casos, o líquido é então alimentado a recipientes de fermentação, onde ocorre a fermentação pela adição ao líquido de levedura de um silo de levedura 53. A levedura normalmente será Saccharomyces cerevisiae, que pode ser reciclada, como mostrado. A fermentação normalmente levará cerca de 72 horas. O resultado é um líquido contendo etanol e outros produtos e esse líquido é então alimentado à fase 4, compreendendo uma coluna de destilação 54, a fim de destilar e coletar o etanol no tanque de armazenamento de etanol 55. A destilação tomará a mistura fermentada que compreenderá uma solução de etanol a 12-14% e concentrará a mistura até cerca de 99% de etanol ou mais. Isto é realizado em duas fases, sendo a primeira uma destilação convencional que irá resultar em uma solução de cerca de 94% de etanol e o restante da água será removido por uma peneira molecular.

O processo ilustrado na Figura 4 será frequentemente provido em uma série de unidades paralelas para que o processo possa ser executado de forma

14/22 contínua.

O etanol ou outros biocombustíveis produzidos pelo método e aparelhagem da presente invenção podem ser usados de forma normal, se desejado. Vantajosamente, o combustível pode ser usado para fornecer energia diretamente aos geradores, como mostrado na Figura 2, localizados a fim de evitar qualquer desperdício envolvido no transporte e assim por diante. Os geradores mostrados normalmente serão compostos por vários motores de 1,5 até 3 MW, conforme disponível a partir dos principais fabricantes de motores, como Cummins, Perkin, Caterpillar e General Electric. Estes podem ser facilmente modificados para funcionar com biocombustíveis. Uma usina ,em pleno funcionamento, como mostrado na Figura 1, deve produzir combustível suficiente para gerar cerca de 6 MW até 15 MW de eletricidade. O rendimento e o gerador e podem ser variados, dependendo da instalação particular.

Passando agora para o material plástico recuperado a partir do processamento de vapor, conforme mostrado na Fig. 5, este é alimentado a um tanque 60 em que um solvente é adicionado e a mistura resultante é deixada em repouso em um tanque de evaporação 61. Depois de um período adequado de tempo, o vapor resultante é retirado por um catalisador de zeólita 62 e, em seguida, destilado em uma torre de destilação 63 para coletar diesel. Se desejado, o ozônio também pode ser injetado no tanque 60.

O ozônio injetado nos tanques 51 e 60 pode ser gerado da mesma forma como é utilizado para remover odores do ar nas proximidades da unidade de processamento de vapor e gerador. O ozônio pode ser fornecido por um gerador ou geradores separados. Além disso, se necessário, o ar nas proximidades do processo de etanol pode ser submetido a tratamento com ozônio para remover qualquer excesso de ozônio ativo remanescente nos tanques 51 e 60.

A presente invenção trata de resíduos sólidos urbanos e vários outros materiais orgânicos que requerem reciclagem e recuperação. Estes materiais têm alto teor de biomassa e são propensos à contaminação por microrganismos presentes no ambiente natural o que pode resultar em fermentação indesejável e reações de degradação. É importante para controlar estes organismos minimizar a contaminação das matérias-primas que entram nas fases subseqüentes de conversão de biomassa, especialmente aquelas que se baseiam em fermentação.

Também é preferível revestir o interior de alguns ou de todos os tanques 51, 52, 60, 61 com um agente antimicrobiano. De preferência, o agente é um que não é lixiviado, não é volátil e não é consumido por micro-organismos. Agentes

15/22 particularmente adequados são aqueles que são capazes de serem revestidos em uma superfície.

Formulações antimicrobianas adequadas são aquelas que incluem, como ingrediente ativo, um sal de amônio quaternário, de preferência um sal de cloreto ou brometo. O átomo de nitrogênio do sal é preferencialmente substituído por um grupo silano, de preferência um grupo trialquiloxisilano, da maior preferência um grupo trimetiloxisilano. Da maior preferência, o grupo o silano é ligado ao átomo de nitrogênio do sal através de um grupo propila. O átomo de nitrogênio do sal também é de preferência substituído por outros três grupos alquila, pelo menos um dos quais é de preferência metila, e pelo menos um dos quais é de preferência alquila Cs até C20· Assim, os compostos preferidos têm a seguinte estrutura geral:

R,OR

S< -OR,

II

R_sOR

Em que: R1 é metila;

R2 é metila ou alquila C₈ até C₂o> de preferência metila;

R3 é alquila Cs até C20, de preferência tetradecila ou octadecila;

R4 é alquila C1-C4, de preferência metila; e X é bromo, cloro, de preferência cloro.

Um exemplo de um agente antimicrobiano útil incorpora cloreto de 3(trimetoxisilil)-propildimetiloctadecil amônio como ingrediente ativo. Outro exemplo de um agente antimicrobiano útil incorpora cloreto de 3-(trimetoxisilil)propildimetiltetradecil amônio como ingrediente ativo.

A presente invenção tem de preferência a função microbiocida introduzida como parte de um filme polimérico aplicado nas superfícies internas do equipamento. O filme polimérico é gerado in situ utilizando um precursor organosilano que é disperso usando uma combinação única de agentes umectantes de polímeros e pode ser reaplicado ou reconstituído sem ter que desmontar a maquinaria. Experimentos e medições mostraram que tais filmes microbiocidas aderidos são robustos, duráveis e oferecem vastos efeitos antimicrobianos temporais. Em parte, o filme polimérico destrói micróbios pela estrutura de superfície do revestimento.

16/22

Conversões de biomassa

A biomassa produzida no processo atual tem várias utilizações, como resumido acima. A biomassa produzida na câmara de reação C (Fig. 1) foi vantajosamente higienizada e reduzida em volume. De modo importante, o processamento por vapor desorganizou a estrutura dos materiais orgânicos tal que a celulose e outros constituintes ficam abertos e mais prontamente disponíveis para o processamento a jusante. A biomassa é essencialmente uma fonte de celulose, que foi tratada tal que a celulose esteja prontamente disponível para processamento posterior, tais como para formar biocombustível, bioálcoois ou similares.

Fermentação de biomassa para álcool combustível

A produção de alcoóis por fermentação de uma biomassa é um dos mais antigos métodos biotecnológicos. Além disso, o uso do etanol recuperado de fermentação como fonte de energia é conhecido há muito tempo, mas não foi utilizado comercialmente devido aos custos serem mais elevados em comparação com a recuperação do petróleo no passado. O possível uso de bioetanol tem uma nova importância como fonte de energia conforme os suprimentos de petróleo se tornam mais escassos e os custos aumentam.

O desenvolvimento de biocombustíveis renováveis é uma prioridade internacional motivada tanto por preocupações econômicas como ambientais, incluindo a redução das emissões de gases de efeito estufa, o aumento do suprimento de combustível doméstico e a manutenção da economia rural. A utilização de micróbios para produzir materiais biocombustíveis é uma forma particularmente atrativa para produzir os biocombustíveis, particularmente quando os micróbios o fazem pela utilização de rejeitos gerados por outros processos.

Gaseificação de Biomassa

Gás de síntese (“syngas”) foi desenvolvido inicialmente como um importante subproduto da gaseificação do carvão e de materiais de carbono, tais como resíduos e colheitas agrícolas. Em contraste com a combustão, que produz principalmente dióxido de carbono e água, a gaseificação é realizada em uma alta proporção de combustível para oxigênio e produz principalmente gás hidrogênio (H₂) e monóxido de carbono (CO). Assim, o gás de síntese é composto principalmente de H₂ e CO, juntamente com menores quantidades de CO₂ e outros gases. O gás de síntese pode ser usado diretamente como um combustível de baixo grau ou como alimentação para as baterias de combustível. Senão, ele pode ser usado em processos catalíticos para gerar uma ampla variedade de

17/22 produtos químicos úteis, tais como metano, metanol e formaldeído. A biomassa da presente invenção é eminentemente adequada como a alimentação para o gás de síntese em formação.

Micro-organismos anaeróbicos tais como bactérias acetogênicas oferecem um caminho viável para converter gás de síntese em produtos úteis, nomeadamente em biocombustíveis líquidos, tais como bioetanol e biodiesel. Tais bactérias catalisam a conversão de gás de síntese com maior especificidade, maiores rendimentos e menores custos de energia do que podem ser alcançados usando processos químicos. Vários microrganismos capazes de produzir biocombustíveis a partir de gases de resíduos e outros substratos foram identificados.

Por exemplo, três cepas de acetógenos foram descritas para uso na produção de combustíveis líquidos a partir de gás de síntese: Butyribacterium methylotrophicum (Grethlein et al., 1990; Jain et al., 1994b); Clostrídium autoethanogenum (Abrini et al., 1994); Clostrídium Ijungdahlii (Arora et al, 1995; Barik et al., 1988; Barik et al. 1990 e Tanner et al., 1993). Clostrídium Ijungdahlii e Clostrídium autoethanogenum são conhecidos por converter monóxido de carbono em etanol. O pedido de patente US No. 2007/275447 descreve Clostrídium carboxidivorans, ATCC BAA-624, P7 capaz de sintetizar, a partir de gases de resíduos, os produtos que são úteis como biocombustível, em particular, P7 pode converter monóxido de carbono em etanol.

Hidrólise ácida de biomassa para produção de álcool

A biomassa geralmente contém dois componentes básicos, carboidratos e lignina. O conteúdo de carboidratos da biomassa consiste em celulose e hemicelulose, ambas polissacarídeos. Tanto a celulose como a hemicelulose pode ser convertida em açúcares simples, particularmente os açúcares hexose (incluindo glicose, frutose, manose e galactose) e pentose (incluindo xilose e arabinose). Os açúcares de hexose são convencionalmente fermentados para formar etanol e os açúcares de pentose são agora fermentáveis utilizando uma variedade de cepas de microrganismos disponíveis comercialmente, incluindo (mas não limitando a) a levedura Pachysolen tannophilus NRRL Y-2460, a levedura Candida tropicalis ATCC 1369, cepas de Fursarium do fungo desenvolvido por Argone National Laboratory, e Bacillus macerans desenvolvido por The University of Califórnia at Berkley, e Lawrence Berkley Laboratory. Etanol, butanol, 2,3-butanodiol são típicos alcoóis produzidos. Todos são alcoóis práticos e versáteis para usos em transporte visto que altas porcentagens podem ser

18/22 misturadas com gasolina sem modificações significativas no motor, e eles têm relativamente poucos efeitos corrosivos sobre os sistemas de combustível do veículo.

Alcoóis combustíveis podem ser produzidos a partir de biomassa contendo carboidrato e lignina com produção de energia líquida. Ou seja, o álcool pode ser produzido a partir da biomassa sem a adição de energia a partir de qualquer fonte externa, a biomassa introduzida por si só provendo tanto a matéria-prima para o etanol como a energia para todas as etapas do processo. Na verdade, dependendo das etapas operacionais e parâmetros particulares, mais energia do que é necessário para todas as etapas do processo pode ser produzida, e pode ser vendida como de vapor ou eletricidade.

Assim, o álcool pode ser produzido a partir de biomassa contendo carboidratos e lignina, particulando e transformando a biomassa em pasta fluida e, em seguida, submetendo continuamente a biomassa à hidrólise ácida. A hidrólise ácida é realizada à temperatura, concentração de ácido e condições de tempo de residência suficientes para efetuar a hidrólise da hemicelulose na biomassa para efetuar a separação de açúcares de pentose e de hexose a partir daí em um hidrolisado que tem furfural insuficiente para inibir consideravelmente o crescimento de microorganismo de fermentação, embora não hidrólise consideravelmente a celulose na biomassa. Em seguida, a fermentação dos açúcares de pentose e de hexose no hidrolisado é realizada, tal como pela exposição deles, sob condições ambientais adequadas, à levedura Pachysolen tannophilus NRRL Y-2460, cepas de Fursaríum de fungos e Bacillus macerans, ou semelhantes, e então o álcool é produzido a partir dos açúcares de pentose e de hexose fermentados através do processamento normal (p. ex., destilação).

Em algumas circunstâncias, pode ser desejável direcionar a hidrólise para a decomposição da hemicelulose, embora não se preocupando com a decomposição da celulose, a fim de minimizar a produção de furfural. Isso pode ter o benefício de que o consumo de energia pelo processo é minimizado, e a biomassa (incluindo lignina e celulose) remanescente da hidrólise ácida da hemicelulose pode ser queimada para produzir energia para todas as etapas do processo, bem como energia adicional para outros fins. É necessário minimizar a produção de inibidores, tais como furfural, visto que pequenas concentrações de alguns inibidores podem afetar negativamente a taxa de crescimento, ou matar, os microorganismos de fermentação.

A hidrólise ácida de preferência é geralmente praticada com uma

19/22 concentração de ácido de cerca de 2 até 70% por volume (de preferência ácido sulfúrico), e a temperatura de hidrólise é de cerca de 120°C ou menos. O tempo de residência no tratamento de hidrólise ácida é de cerca de 1 até 3 horas, e a pasta fluida de biomassa tratada tem uma relação de sólidos para líquido de biomassa de cerca de 20/100 até 40/100 em termos de volume. O tamanho de partícula da biomassa é de cerca de 1-4 mm.

Um método alternativo para tratar de biomassa que tem material fermentável compreende as seguintes etapas: A biomassa transformada em pasta fluida é bombeada para um recipiente de hidrólise ácida vertical, com a biomassa, de preferência tendo um tamanho médio de partículas de 1-4mm. A hidrólise ácida da biomassa é feita continuamente no recipiente, a uma temperatura de cerca de 120°C ou menos para prover um hidrolisado. A primeira parte do hidrolisado é passada para um destino final para a fermentação deste, e uma segunda parte do hidrolisado é passada para o canal de pasta fluida para transformar a biomassa em pasta fluida. A biomassa no recipiente é lavada após a hidrólise ácida desta pela introdução de um fluxo de água de lavagem quente em uma parte superior do recipiente. O hidrolisado e a biomassa lavada são retirados da parte superior do recipiente e desidratados. A água da desidratação da biomassa é passada para o fluxo de água de lavagem introduzido no recipiente.

O hidrolisado de preferência, é influenciado por sua neutralização com cal, que o clarifica, em seguida, o passa para um recipiente de fermentação convencional. Após a fermentação, a cerveja passa para uma fase de separação de levedura e, em seguida, finalmente, para torres de destilação convencionais, onde etanol, butanol, 2,3 - butanodiol e/ou outros alcoóis, são produzidos. Após a desidratação, a biomassa é passada para um fomo, juntamente com produtos de separação de levedura, para produzir vapor. O volume de vapor produzido é suficiente para abastecer o vapor necessário para as torres de destilação, para vaporização da biomassa no silo regulador de fluxo, para aquecimento da água de lavagem e para a execução de todas as bombas necessárias, misturadores, e assim por diante. Além disso, deve haver energia suficiente de sobra para que toda a instalação seja uma produtora de energia líquida, produzindo vapor ou eletricidade além do álcool, sem a introdução de energia proveniente de uma fonte externa (além da própria biomassa).

A biomassa pode ser convertida em álcool usando energia ultrassônica. O pedido de patente US No. 2008/044891 (FC STONE CARBON LLC), intitulado

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Biomass conversion to alcohol using ultrasonic energy descreve um método que compreende a aplicação de energia ultrassônica a um processo de produção de biomassa em álcool, tal como um processo de produção de etanol. O processo emprega energia ultrassônica como o único meio de pré-tratamento, ou, adicionalmente, emprega um pré-tratamento de hidrólise ácida concentrada, ou um pré-tratamento hidrotérmico ou químico, seguido por uma etapa de hidrólise enzimática ou por uma etapa de hidrólise enzimática simultânea e sacarificação.

Biomassa de Catálise por Micro-ondas

A publicação de patente chinesa CN 100999676 (Anhui University of Tech) descreve um processo de quebra de biomassa de catálise por micro-ondas para preparar o óleo biológico rico em álcool acetona usando carbonato de sódio como catalisador, carbeto de silício como meio de absorção de micro-ondas, fonte de micro-ondas como fonte de calor para quebra da biomassa, e mistura de água em gelo para resfriar componentes voláteis para obter óleo biológico rico em álcool acetona. Por meio do efeito excepcional da temperatura de micro-ondas em uma partícula de biomassa e do efeito excepcional da catálise de carbonato de sódio na quebra da biomassa, o processo compreende a criação de álcool acetona com alta seletividade.

Produção de butanol

A produção fermentativa de butanol também é bem conhecida. A publicação de patente internacional WO 2008/ 025522 (Bayer Technology Services GmbH) refere-se a um método para produzir bioálcool. Em particular o etanol ou butanol, a partir da biomassa, em que a biomassa é fragmentada, a biomassa restante é alimentada a uma fermentação e o álcool é obtido a partir do produto da fermentação, componentes insolúveis e/ou açúcares não fermentáveis sendo separados da biomassa antes da fermentação e/ou levedura e bactérias serem separadas após a fermentação.

A utilização da biomassa em baterias de combustível

A indústria de energia elétrica tem geralmente olhado para a utilização de baterias de combustível em aplicações geradoras de energia elétrica relativamente grandes. A geração de energia pelas baterias de combustível proporciona as vantagens de alta eficiência e baixas emissões ambientais. Assim, as baterias de combustível podem oferecer um meio mais econômico de produção de energia que outras tecnologias produtoras de energia existentes.

Baterias de combustível de carbonato fundido e baterias de combustível de óxido sólido são bem adaptados para uso de fluxos de gás aquecido e, assim,

21/22 mostram-se como uma grande promessa em aplicações para a geração de energia industrial. Gaseificadores de biomassa podem ser utilizados como fonte para a alimentação adequada para uso nessas baterias de combustível. Como descrito acima, os gases necessários para a alimentação de baterias de combustível são prontamente obtidos a partir da gaseificação da biomassa da presente invenção.

Maior eficiência em baterias de combustível convencionais pode ser obtida através da integração com gaseificadores de biomassa, por exemplo, um gaseificador sistema combinado de baterias de combustível onde o fluxo de gás do gaseificador viaja através de um separador externo de dióxido de carbono. O pedido de patente US No. 2002/194782 (Paisley) descreve uma gaseificação de biomassa integrada e sistema de bateria de combustível em que a reação eletroquímica na bateria de combustível é efetuada pela provisão dos gases reagentes a partir de um gaseificador. Gás combustível a partir do gaseificador é direcionado para o ânodo da bateria de combustível e pelo menos uma parte do gás de escape do ânodo é dirigida a um combustor. A parte do gás de escape do anodo é então queimada para recuperar energia residual para aumentar a eficiência global da gaseificação de biomassa integrada e sistema de bateria de combustível. Além disso, o gás oxidante a partir do combustor pode ser direcionado para o catodo da bateria de combustível.

US 5736026 (Energy Res Corp), intitulada Biomass-fuel cell cogeneration apparatus and method, descreve a produção de etanol integrada por fermentação de biomassa, com um gerador baterias de combustível elétrico energia térmica, a co-geração incluindo uso do álcool pela bateria de combustível e do dióxido de carbono da fermentação, o que aumenta a geração de energia e utilização pela produção de álcool do calor e energia elétrica da bateria de combustível, o que aumenta a produção de combustível.

É mostrado a partir da descrição antecedente, que a biomassa produzida pela presente invenção pode ser usada em uma ampla variedade de maneiras. Geralmente, uma usina particular irá concentrar-se em um desses processos a jusante em particular, p. ex., geração de eletricidade a partir de uma bateria de combustível, ou a produção de biocombustíveis e bioálcoois. O técnico versado pode implementar este usando uma das técnicas descritas ou referenciada, ou outras técnicas conhecidas na técnica ou que possam ser desenvolvidas.

Sumário

Neste documento, o termo pressão ambiente é utilizado para definir a

22/22 pressão no recipiente 30, quando o recipiente não está selado para fluxo de gás. A pressão no recipiente, assim, será geralmente a pressão atmosférica ou qualquer outra, a pressão prevalecente é a em tomo da usina. A pressão dentro do recipiente pode ser ligeiramente maior que a pressão em torno da usina, devido à injeção de vapor, mesmo sem o recipiente estar selado. O termo temperatura ambiente é usado neste documento para se referir à temperatura em torno da usina que irá variar conforme a localidade, época e condições meteorológicas em geral. Material celulósico geralmente se refere à celulose e hemicelulose a menos que o contexto claramente indique em contrário.

Geralmente, esta invenção se refere a um processo e aparelhagem para reciclagem de resíduos domésticos urbanos submetendo resíduos a vapor a 150°C - 200°C. Após o tratamento com vapor, o material resultante é separado em partes constituintes e biomassa e/ou plásticos submetidos a tratamento adicional. O tratamento com vapor vantajosamente higieniza o material tratado e reduz significativamente o volume do mesmo. De maneira importante, o tratamento com vapor desorganiza a celulose e outros materiais orgânicos de modo que as fibras são abertas, permitindo que a biomassa tratada com vapor seja mais facilmente convertida em biocombustível, bioálcoois, etc. O tratamento adicional de preferência produz bioetanol a partir da biomassa e diesel a partir do plástico. Como alternativa, parte ou toda a biomassa pode ser gaseificada a fim de produzir hidrogênio, que pode, por sua vez, ser alimentado em uma bateria de combustível para produzir um rendimento elétrico.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Aparelhagem para tratar resíduos sólidos continuamente compreendendo um recipiente não pressurizado (30, 130) com uma entrada para que resíduos sejam introduzidos a uma taxa predeterminada de modo que, em uso, os resíduos somente preencham o recipiente não pressurizado (30, 130) até um nível conhecido, e uma saída (33) para resíduos tratados, e uma pluralidade de entradas de vapor (152) fixadas ao recipiente não pressurizado (30, 130) para injetar seletivamente vapor no interior do citado recipiente não pressurizado (30, 130), o interior do recipiente não pressurizado (30, 130) compreendendo uma primeira zona e uma segunda zona, em que, em uso, a primeira zona está preenchida principalmente com resíduos e a segunda zona está praticamente vazia de resíduos onde um acionamento está planejado para girar o recipiente não pressurizado (30, 130) e, assim, em uso, mover as entradas de vapor (152) entre a primeira zona e a segunda zona, tal que apenas algumas das entradas de vapor (152) estejam na citada primeira zona a qualquer momento, e a aparelhagem compreende adicionalmente dispositivos de controle de vapor compreendendo uma válvula distribuidora (36, 136) para direcionar vapor a partir de um gerador de vapor para uma entrada de vapor (152), a citada válvula distribuidora (36, 136) compreendendo um corpo de válvula (50) tendo uma abertura de entrada conectável por fluido ao gerador de vapor e uma pluralidade de aberturas de saída conectáveis por fluido à entrada de vapor (152), onde a válvula distribuidora (36, 136) é planejada para que a qualquer momento pelo menos uma das aberturas de saída esteja desconectada por fluido da abertura de entrada e por meio da qual, em uso, vapor seja alimentado apenas para as entradas de vapor (152) na primeira zona caracterizada pelo fato de que a aparelhagem inclui adicionalmente dispositivos de aquecimento (140) para aquecer e/ou manter a temperatura do interior do recipiente não pressurizado (30, 130) a uma temperatura de 150 °C a 200 °C, os dispositivos de aquecimento (140) consistindo em dispositivos para aquecer ar e dispositivos para soprar o citado ar aquecido para o recipiente não pressurizado (30, 130).
2. Aparelhagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo

Petição 870180163964, de 17/12/2018, pág. 16/24

2/2 fato de a saída (33) estar conectada a uma câmara de separação (30) onde os resíduos tratados são separados em plásticos, metais ferrosos, metais não ferrosos e biomassa de material celulósico.
3. Método para tratar resíduos continuamente, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de:

a) introduzir resíduos particulados no recipiente não pressurizado (30, 130) da aparelhagem conforme qualquer uma das reivindicações anteriores

b) aquecer por meio dos dispositivos de aquecimento (140) e manter o interior do recipiente não pressurizado (30, 130) a uma temperatura entre 150 °C e 200 °C, e

c) tratar os resíduos particulados com vapor a uma temperatura de 150 °C a 200 °C, em que o vapor é injetado apenas nos resíduos particulados.
4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de os resíduos serem introduzidos na entrada do recipiente não pressurizado (30, 130) e resíduos tratados serem descarregados na saída (33) do recipiente não pressurizado (30, 130).
5. Método, de acordo com a reivindicação 3 ou a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de os resíduos tratados compreenderem uma biomassa celulósica, plásticos, metais ferrosos e metais não ferrosos.