BRPI1000208A2 - equipamento trocador de calor vibrante para conversão de baixa temperatura para tratamento de resìduos orgánicos e processo de tratamento de resìduos orgánicos mediante emprego de equipamento trocador de calor vibrante para conversão de baixa temperatura - Google Patents

equipamento trocador de calor vibrante para conversão de baixa temperatura para tratamento de resìduos orgánicos e processo de tratamento de resìduos orgánicos mediante emprego de equipamento trocador de calor vibrante para conversão de baixa temperatura Download PDF

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BRPI1000208A2
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Abstract

EQUIPAMENTO TROCADOR DE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSAO DE BAIXA TEMPERATURA PARA TRATAMENTO DE RESìDUOS ORGANICOS E PROCESSO DE TRATAMENTO DE RESìDUOS ORGANICOS MEDIANTE EMPREGO DE EQUIPAMENTO TROCADOR DE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSAO DE BAIXA TEMPERATURA, trata de um equipamento (1) trocador de calor e respectivo processo para processamento de resíduos orgânicos ricos em lipídeos e proteínas através da técnica de conversão de baixa temperatura, resíduos do tipo lodo de esgoto, dejetos suínos, dejetos bovinos, cama de frango, graxaria de frigoríficos, vinhaça/torta de filtro da indústria de cana, tortas/farelos residuais da indústria de biodiesel, lamas e borras de petráleo, pneus inservíveis, resíduos plásticos, especialmente o polietileno, entre outros, sendo o reator (3) utilizado também para tratamento de resíduos com contaminantes organoclorados, inclusive recuperação de solos contaminados, sendo os principais produtos gerados neste processamento, o óleo e o carvão; a presente invenção também pode ser utilizada para processamento de resíduos orgânicos lignocelulósicos tais como resíduos de reflorestamentos, serragem, resíduos agrícolas, capim, bagaço de cana, etc, neste caso objetivando a produção de carvão. O reator (1) consiste essencialmente em um trocador de calor tipo casco tubo de único passe, que possui vários tubos aquecedores (7) de formato cilíndrico e é montado de modo que o eixo dos tubos aquecedores seja posicionado verticalmente; a distribuição triangular de tubos aquecedores favorece a construção de máquinas com seção circular facilitando distribuição da matéria-prima; além disso, o reator apresenta regime de operação contínua e unidade de condensação (25) dos vapores produzidos no processo pirolítico visando a produção de óleo.

Description

"EQUIPAMENTO TROCADOR DE CALORVIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA PARA TRATAMENTODE RESÍDUOS ORGÂNICOS E PROCESSO DE TRATAMENTO DE RESÍDUOSORGÂNICOS MEDIANTE EMPREGO DE EQUIPAMENTO TROCADOR DE CALORVIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA"
CAMPO TÉCNICO
A presente invenção refere-sea um equipamento trocador de calor vibrante para conversãode baixa temperatura, particularmente um reator e respectivoprocesso para processamento de resíduos orgânicos ricos em1ipídeos e proteínas através da técnica de conversão debaixa temperatura, resíduos do tipo lodo de esgoto, dejetossuínos, dejetos bovinos, cama de frango, graxaria de frigo-ríficos, vinhaça/torta de filtro da indústria de cana, tor-tas/farelos residuais da indústria de biodiesel, lamas eborras de petróleo, pneus inservíveis, resíduos plásticos,especialmente o polietileno, entre outros, sendo o reator emquestão utilizado também para tratamento de resíduos conta-minados com contaminantes organo-clorados, inclusive recupe-ração de solos contaminados, sendo que, os principais produ-tos gerados neste processamento são o óleo e o carvão. Apresente invenção também pode ser utilizada para processa-mento de resíduos orgânicos lignocelulósicos tais como resí-duos de reflorestamentos, serragem, resíduos agrícolas, ca-pim, bagaço de cana, etc, neste caso objetivando a produçãode carvão.
ESTADO DA TÉCNICA
Como é do conhecimento dos pro-fissionais atuantes nesta área específica, é destacado naliteratura técnico científica como marco do nascimento datecnologia de Conversão de Baixa Temperatura (CBT) os traba-lhos do Prof. Ernest Bayer e equipe na Universidade de Tu-bingen, Alemanha, na década de 80 [Bayer, 1988] , sendo queestes trabalhos focaram o estudo do processo de decomposiçãotérmica de matérias-primas ricas em lipídeos e proteínas,especialmente o lodo de esgoto sanitário.
0 termo Conversão de Baixa
Temperatura passou a ser adotado para designar processos depirólise autocatalisados por elementos inorgânicos presentesna própria matéria-prima, que ocorre em temperatura relati-vamente baixas (em torno de 380°C) e em condições herméticas(livres do oxigênio atmosférico) e que são otimizados para aconversão da matéria-prima em óleo (combustível transportá-vel). Além do óleo, o processo CBT produz também carvão. Ostrabalhos do Prof. Ernest Bayer permitiram o melhor entendi-mento da dinâmica do processo natural de formação de petróleo.
A Conversão de Baixa Tempera-tura é a tecnologia mais correta do ponto de vista ambientale também econômico para tratamento de resíduos orgânicos a-gro-industriais ricos em lipídeos e proteínas, dentre osquais podem ser citados: lodo de esgoto, dejetos suínos, de-jetos bovinos, cama de frango, graxaria de frigoríficos, vi-nhaça/torta de filtro da indústria de cana, tortas/farelosresiduais da indústria de biodiesel, lamas e borras de pe-tróleo, pneus inservíveis, resíduos plásticos (especialmenteo polietileno - PE), entre outros. A presente invenção tam-bém pode ser utilizada para processamento de resíduos orgâ-nicos lignocelulósicos tais como resíduos de reflorestamen-tos, serragem, resíduos agrícolas, capim, bagaço de cana,etc, neste caso objetivando a produção de carvão. Há uma ga-ma enorme de biomassas passíveis de serem aproveitadas apartir desta tecnologia e nesta listagem poderiam ser inclu-sos o tratamento dos resíduos sólidos urbanos (lixo munici-pal) e a recuperação de solos contaminados com contaminantesorgano-clorados, inclusive os atuais "lixões". As principaisvantagens da tecnologia CBT são:
Na Conversão a Baixa Tempera-tura são gerados os produtos óleo e carvão. Também são gera-dos gases não condensãveis e água reacional que são queima-dos na fornalha geradora de gás quente utilizado no aqueci-mento do reator. A tecnologia CBT recupera no óleo e no car-vão produzidos, da ordem de 85% da energia contida no lodoinicial. 0 óleo que contém boa parte desta energia é um com-bustível transportável e de fácil aplicação.
Por tratar-se de processo queocorre em atmosfera redutora devido à ausência de oxigênioatmosférico, a tecnologia CBT não gera dioxinas e furanoscaso haja presença de cloro na matéria-prima. Pelo contrá-rio, caso contaminantes orgânicos clorados estejam presentesno material em processamento, ocorre destruição significati-va destes compostos durante a conversão.
Metais potencialmente tóxicoseventualmente presentes na matéria-prima não são destiladospermanecendo na fase sólida (carvão). A queima controladadeste carvão (T<850°C) evita a volatização destes metais queficam retidos nas cinzas na forma de óxidos e sulfetos para,por exemplo, posterior aplicação na produção de artefatoscerâmicos.
Os micro-nutrientes presentesna biomassa são recuperados nas cinzas da queima do carvão.
0 emprego da técnica de piró-Iise para tratamento de resíduos é amplamente discutido naliteratura técnico científica, por exemplo:
A patente 1173399 descreve um
reator e respectivo processo para pirólise de baixa tempera-tura (240 a 380°C) para tratamento de resíduos sólidos urba-nos (lixo) e resíduos orgânicos. 0 princípio fundamental dofuncionamento do reator (tipo coluna vertical) descrito nes-ta patente é o aquecimento direto do material em processocom o gás gerado no próprio processo de pirólise (gás iner-te). Neste processo não é objetivado a condensação dos vapo-res e a geração de óleo. Os gases e vapores gerados na piró-Iise são queimados para suprir a necessidade térmica do pro-cesso. 0 único produto é um material enriquecido de carbono(carvão).
Já, a patente 0141439 descreveum processo para tratamento de resíduos sólidos urbanos (li-xo) onde, primeiro o material com teor de umidade da ordemde 30% (no Brasil o número mais apropriado é 60%) é submeti-do a prensagem em prensas hidráulicas operando em pressõesde 15MPa formando blocos, provendo a pré-secagem com a reti-rada do excesso de água do material (água não adsorvida) euniformizando a umidade residual no bloco formado.
Em seguida, os blocos são sub-metidos a secagem completa em uma câmara livre de ar e sobexposição a ondas eletromagnéticas com freqüência na faixade 3 0 OMz a 300GHz (microondas) para aquecimento dielétricoda água. A faixa ótima de trabalho é de 800MHz a 2.000MHzque é a faixa de absorção de energia pela da molécula de á-gua. São utilizados dois ou mais fornos microondas em sériee a admissão e retirada de material é feita através de com-portas que impedem a entrada de ar. A exposiçãò a microondastorna o material (levado a condições anaeróbicas) mais pro-penso ao processo seguinte de pirólise.
É recomendado que antes de sersubmetido à radiação de microondas, o bloco seja posto emcontato com um gás quente. Desta forma o gás quente aqueceuma partícula de fora para dentro enquanto a radiação micro-ondas aquece de dentro para fora beneficiando a secagem eretira de oxigênio. Para gerar este gás quente pode ser uti-lizado o calor residual gerado na compressão do bloco que éarmazenado no óleo hidráulico. Desta forma nenhuma fonte decalor extra é necessária. Este processo de secagem ocorre nafaixa de temperatura de 120°C a 200°C.
O bloco seco posto em condi-ções anaeróbicas é então submetido ao processo de pirólise.Esta etapa pode ser executada em um forno de construção usu-al na faixa de temperatura de 350°C a 600°C. Nesta faixa detemperatura os compostos orgânicos são decompostos formandogases e vapores que são exauridos e condensados, formandouma fase oleosa que tem componentes pesados (alcatrão) dis-persos. Por decantação num intervalo de tempo de ao menos 12horas, os componentes pesados podem ser separados da faseoleosa.
0 resíduo sólido urbano podeser selecionado ou não para retirada do material inorgânico,mas preferencialmente a citada patente descreve o processa-mento do material não selecionado. 0 conteúdo metálico noresíduo é útil na condução de calor para o interior do blocoem processo.
A patente 0208881 descreve osconceitos de uma planta de pirólise, com enfoque principalno sistema de tratamento dos gases gerados no processo piro-lítico. Os poluentes gerados no processo são destruídos ter-micamente através da passagem da corrente gasosa através deum conversor do tipo gaseificador de banho de ferro fundido.
No gaseificador as ligações químicas das moléculas dos polu-entes são quebradas gerando moléculas menores. A patente0208881 descreve, portanto, um processo de tratamento de re-síduos através da pirólise. A planta descrita na patente0208881 apresenta-se como adequada ao tratamento de váriosresíduos tais como resíduo sólido urbano (lixo) , resíduosindustriais (orgânicos), lodo de esgoto, pneus inservíveisentre outros sem gerar poluição ao meio ambiente.
A patente DE4328247A1 descreveum aparelho e processo para execução do processo de pirólisede resíduos através do contato direto do resíduo com vaporsuperaquecido que causa mistura, cominuição e redução de vo-lume do resíduo na câmara de aquecimento. A câmara de aque-cimento cilíndrica contém em um transportador helicoidal comeixo cônico oco com facas montada na extremidade inferior. 0vapor pode ser um vapor residual ou um vapor vivo e é supe-raquecido em um trocador de calor de contra corrente sendo ocalor residual deste utilizado para geração de vapor. 0 car-vão obtido da pirólise, impregnado sobre pressão com vaporsuperaquecido é transferido para um segundo cilindro quecontêm um pistão compactador onde é autogenicamente compac-tado e briquetado pelo pistão sob vácuo gerado pelo resfria-mento da parede externa do cilindro.
A patente DE4429629A1 é umacontinuação da Patente DE4328247A1. Ê destacado que a grandevantagem de se praticar o aquecimento com contato direto doresíduo a ser processado com vapor superaquecido ao invés docontato direto do resíduo com o gás gerado na pirólise é amaior capacidade e condutividade térmica e a melhor eficiên-cia de troca térmica do primeiro meio de aquecimento em re-lação ao segundo. 0 vapor superaquecido também tem a carac-terística de ser inerte na faixa de temperatura considerada.
A patente RU2239620C2 refere-se a um processo para produzir produtos combustíveis, ferti-lizante e matérias primas para a construção civil a partirde águas residuais. O método consiste em misturar cargas como lodo parcialmente desaguado seguindo-se a secagem completada mistura resultante. Estas cargas podem ser migalhas (fi-nos) de carvão mineral ou resíduos de madeira (serragem emaravalha). Após a secagem, o lodo desidratado é submetido acompressão para formar granulados (pellets) ou briquetes. Osbriquetes são sujeitos ao processo de pirólise na faixa detemperatura de 350°C a 500°C e tempo de residência de 3,5 a4,5 horas em meio redutor anaeróbico para formar semicoque euma mistura gás/vapor na qual, os hidrocarbonetos de altopeso molecular são condensados para produzir um líquido com-bustível (óleo) enquanto o gás não condensado é armazenado edirigido para queima na planta de pirólise. 0 processamentode 6 horas resulta na produção de cinzas e na misturagás/vapor.
A maior dificuldade para efe-tividade do processo de pirólise em processos com aquecimen-to indireto é resolver o problema de troca térmica que surgedevido à camada de carvão que é formada nas vizinhanças dasparedes internas do reator e que é um material de baixa con-dutividade térmica. A solução clássica desta questão é a u-tilização de fornos rotativos cuja revolução constante remo-ve continuamente a camada de matéria-prima em contato com acamisa do forno, mas há sempre a questão do alto custo decapital deste tipo de equipamento que requer sistemas de ve-dação dinâmica para garantir as condições de hermeticidaderequisitada pelo processo.
Uma solução alternativa é a-presentada na patente 4,618,735 que discute um aparato eprocesso para conversão de Iodos que utiliza um reator divi-dido em dois setores: o primeiro setor é um mecanismo do ti-po rosca sem fim; o segundo setor, montado no mesmo no mesmoeixo de tração, apresenta pás elevatórias para revolvimentodo material em processamento. A limitação deste tipo deequipamento é a fabricação de máquinas para grandes capaci-dades, pois há limites construtivos para o comprimento doeixo. A patente US2007/0043246A1 descreve a otimização dascondições de conversão dos vapores gerados no processo depirólise em óleo em um reator tipo eixo com pás elevadoras.
Solução semelhante de reatortipo rosca sem fim também foi adotada na patente EP1577367A1que descreve um sistema e processo para tratamento de resí-duos multifásicos com qualquer proporção de água óleo e só-lidos, para obter hidrocarbonetos e outros produtos baseadona utilização de um reator tipo rosca sem fim dividido emtrês zonas com rampas de aquecimento diferentes.
A patente PI0508115-7-A des-creve um aparelho que adota uma pá raspadora no fundo do re-ator para revolver e renovar a camada isolante de carvãoformado no processo de pirólise.
Cada sistema de processamentodesenvolvido pelas patentes anteriormente citadas apresentasuas variantes e características próprias. O maior desafiopara alcançar desempenho nestes sistemas é prover um efici-ente sistema de troca térmica entre o meio de aquecimento ea matéria-prima em processo, isto porque o carvão que é for-mado é um material isolante térmico.
BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
Pensando em todos os inconve-nientes apresentados nos documentos da técnica e interessadoem proporcionar melhorias ao mercado consumidor, o presente"EQUIPAMENTO TROCADOR DE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DEBAIXA TEMPERATURA PARA TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS EPROCESSO DE TRATAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS MEDIANTE EMPRE-GO DE EQUIPAMENTO TROCADOR DE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃODE BAIXA TEMPERATURA", adota uma solução diferente das ante-riormente descritas, que se configura essencialmente como umtrocador de calor tipo casco tubo de único passe.
O equipamento trocador de ca-lor possui vários tubos aquecedores internos, os quais têmformato cilíndrico e o equipamento é montado de modo que oeixo dos tubos seja posicionado verticalmente. A melhor dis-tribuição dos tubos é a distribuição triangular de modo quehá melhor aproveitamento do espaço interno do reator. Estadistribuição de tubos torna favorecida a construção de má-quinas com seção circular o que irá facilitar também a dis-tribuição da matéria-prima conforme será visto a seguir.
A matéria-prima a ser tratadaé despejada na "cabeça" do equipamento (parte superior). 0material cai sobre um cone distribuidor que tem a função deespalhar o material para que o mesmo tenha acesso a todos ostubos aquecedores e é passado de forma contínua pordentro dos tubos, no sentido de cima para baixo de-vido à ação da gravidade. Naturalmente, quando o re-ator atinge o regime de funcionamento constante eestá cheio, a velocidade com que o material desce éditada pela retirada do material processado na parte infe-rior do reator.À medida que o material descepor dentro dos tubos, é aquecido gradativamente até alcançara temperatura de processo. 0 aquecimento é executado de for-ma indireta através da passagem de gás de combustão quenteinjetado na região entre os tubos aquecedores. Para inserçãoe tiragem do gás de aquecimento o reator é provido de doisbocais (entrada e saída) acoplados ao costado do reator. Pa-ra haver distribuição homogênea de calor no interior do e-quipamento, são colocadas chicanas internas ao reator quefazem o gás quente percorrer um caminho maior e quebram atendência de haver um deslocamento do gás quente no sentidoparalelo aos tubos (geram turbulência). O contato radial dogás quente com as paredes dos tubos aquecedores que conduzema matéria-prima melhora a troca térmica.
Os gases e vapores gerados noprocesso são retirados continuamente através de um bocal po-sicionado no funil superior do equipamento e parte destesgases é condensada num condensador gerando óleo. 0 resfria-mento dos gases e vapores é executado através da pulveriza-ção do próprio óleo gerado no processo que antes de ser in-jetado nos bicos pulverizadores passa por um trocador de ca-lor. Os gases não condensáveis são queimados na fornalha queabastece o reator com gás quente.
O material residual que não évolatizado é o carvão. 0 carvão de todos os tubos aquecedo-res é coletado no fundo cônico (funil inferior) do reatoronde é retirado continuamente. Para evitar problemas de com-pactação no bocal de descarga há um cone inferior que limitaa quantidade de material que é dirigida a este bocal. Paracontrolar o fluxo de entrada e saída de sólidos e simultane-amente minimizar a fuga dos gases gerados no processo o e-quipamento possui válvulas rotativas ou válvulas tipo eclusa(ou mecanismo similar) no bocal superior de alimentação dematéria-prima e inferior de descarga de carvão.
A característica mais impor-tante deste pedido de patente de invenção é que, para permi-tir a alimentação de matéria-prima e descarga de carvão deforma contínua, o equipamento é provido de sistema que pro-move o movimento vibracional do equipamento. O movimento vi-bracional confere importantes características funcionais pa-ra o invento, tais como, por exemplo, promove a distribuiçãoda matéria-prima despejada no espelho superior do reator fa-zendo com que haja tendência de preenchimento uniforme detodos os tubos aquecedores; aumenta a eficiência de trocatérmica do sistema partícula - parede rompendo a camada iso-lante de carvão gerado na pirólise que se forma nas vizi-nhanças da parede interna do tubo; minimiza efeitos incrus-tantes e a adesão de material nas paredes internas dos tubosaquecedores; quando há acumulo de incrustações, procedesse alimpeza interna do reator interrompendo a entrada de maté-ria-prima, descarregando-se completamente o carvão produzidoe, então, passando-se um fluxo de ar pelo interior do reatorquente que queima as incrustações. A vibração auxilia nalimpeza interna deste material queimado; minimiza a tendên-cia de compactação do carvão no bocal de descarga e, em con-junto com o cone de descarga de carvão, permite a retiradacontínua e dosada do carvão produzido.
Este sistema vibrante exige ainstalação de juntas de dilatação amortecedoras de vibraçãonos cinco bocais da máquina: dois de entrada e saída de gásquente no costado do reator, um superior de entrada de maté-ria-prima, um inferior de descarga de carvão e um no topo doreator de tiragem dos gases e vapores gerados no processo.Evita-se assim, a propagação da vibração para as demais tu-bulações e acessórios da planta.
Quanto ao manuseio de sólidos,a alimentação de matéria-prima é executada a partir de umúnico bocal, da mesma forma, a descarga de carvão também éefetuada através de um único bocal. Esta característica sim-plifica o sistema de manuseio de sólidos, pois são utiliza-dos sistemas convencionais como esteiras, elevadores de ca-necas ou transportadores helicoidais.
O tipo de construção da pre-sente invenção facilita a adoção flanges padronizados e aconstrução de um equipamento hermético, condição fundamentalpara execução adequada do processo de conversão de baixatemperatura que exige atmosfera livre de oxigênio atmos-férico.
O diâmetro do tubo aquecedorcondutor de matéria-prima é escolhido de forma a alcançar amaior capacidade de produção e mais alta eficiência de trocatérmica possíveis, ou seja, o diâmetro é o tão grande quantopossível para acomodar a maior quantidade de material a serprocessado dentro do tubo e tão pequeno quanto necessáriopara não prejudicar a troca térmica entre a parede do tubo eo material em processo dentro do tubo.
Uma característica interessan-te da presente invenção é que a variação do número de tubosaquecedores que conduzem a matéria-prima e o comprimento dosmesmos, permite a construção de máquinas que abrangem umaampla faixa de trabalho que se estende desde 2t/dia até300t/dia ou mais.
DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
A complementar a presente des-crição de modo a obter uma melhor compreensão das caracte-rísticas do presente invento e de acordo com uma preferenci-al realização prática do mesmo, acompanha a descrição, emanexo, um conjunto de desenhos, onde, de maneira exemplifi-cada, embora não limitativa, se representou o seguinte.
a figura 1 apresenta um corte de um equipamento trocador decalor vibrante com 19 tubos aquecedores;
a figura 2 mostra diferentes modelos possíveis de constru-ção: a medida que o aumento do número de tubos éaumentado, também é aumentada a altura de cadatubo; esta forma construtiva permite fabricaçãode equipamentos que abrangem ampla faixa de ca-pacidade de processamento; e
a figura 3 mostra um arranjo industrial típico do equipa-mento.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
A figura 1 apresenta um cortede um equipamento 1 trocador de calor vibrante com 19 tubosaquecedores. 0 material a ser processado é descarregado viaválvula de admissão de matéria-prima 2 instalada no bocal dealimentação 4 localizado no funil superior 6 do equipamento1, caindo sobre um cone distribuidor 5 que tem a função deespalhar o material para que o mesmo tenha acesso ao espaçointerno de todos os tubos aquecedores 7. 0 material flui deforma contínua por dentro dos tubos, no sentido de cima parabaixo devido à ação da gravidade. Naturalmente, quando o re-ator atinge o regime de funcionamento constante e está chei-o, a velocidade com que o material desce é ditada pela reti-rada contínua do carvão via válvula de descarga de carvão 17instalada no bocal de descarga 15 localizado no funil infe-rior 3 3 do equipamento 1.
À medida que o material descepor dentro dos tubos, é aquecido gradativamente até alcançara temperatura de processo. O aquecimento é executado de for-ma indireta através da passagem de gás de combustão quenteinjetado na região entre os tubos aquecedores. Para inserçãoe tiragem do gás de aquecimento, o equipamento 1 é providode dois bocais, o de entrada 8 e o de saída 11, acoplados aocostado do reator 1. Para haver distribuição homogênea decalor no interior do referido equipamento 1, são colocadaschicanas 9 internas ao reator que fazem o gás quente percor-rer um caminho maior e quebram a tendência de haver um des-locamento do gás quente no sentido paralelo aos tubos (geramturbulência). O contato radial do gás quente com as paredesdos tubos aquecedores que conduzem a matéria-prima melhora atroca térmica. Para diminuir as perdas térmicas, o reatorapresenta um revestimento térmico à base de mantas isolantes37. 0 gás quente que deixa o reator via bocal de saída 11pode ser aproveitado para secagem da matéria-prima a serprocessada.
Os gases e vapores gerados noprocesso são coletados no funil superior invertido 6 e diri-gidos ao bocal de tiragem de vapores 19 posicionado na partesuperior do equipamento 1. Parte destes gases é condensadanum condensador 2 5 gerando óleo 2 6 que, a medida que é pro-duzido é transferido para tanques de armazenamento (não mos-trados na figura) via válvula de transferência de óleo 28. 0resfriamento dos gases e vapores é executado através da pul-verização do próprio óleo gerado no processo que é bombeadopela bomba 31 e antes de ser injetado nos bicospulverizadores 24 passa por um filtro de particulado29 e por trocador de calor 27. Os gases nãocondensáveis, deixando a unidade de condensação,passam por um tanque borbulhador 22 que impedeentrada de oxigênio dentro do reator e são dirigidos paraqueima na fornalha que abastece o reator com gás quente (nãoindicada no desenho) via válvula de transferência de gasesnão condensáveis 30 ou recirculados no reator via bocal derecirculação de gases não condensáveis 32 instalado no funilinferior 33 do equipamento 1. 0 sentido de recirculação dosgases não condensáveis é em contracorrente ao fluxo dossólidos. A recirculação de gases não condensáveis permitereduzir o tempo de permanência dos vapores gerados noprocesso de pirólise dentro do reator e maximizar a pro-dução de óleo. Para segurança operacional o reator é providode uma válvula tipo disco de ruptura 21.
0 material residual que não évolatizado é o carvão. 0 carvão de todos os tubos aquecedo-res é coletado no funil inferior 33 do equipamento 1 onde éretirado de forma continua. Para evitar problemas decompactação no bocal de descarga há um cone 14 que limitaa quantidade de material que é dirigida à boca de des-carga de carvão 15 e respectiva válvula de descargade carvão 17 tipo eclusa como mostrado na figura 1 (ourotativa).
O equipamento 1 é provido comum dispositivo 13, mecânico ou pneumático, que provoca o mo-vimento vibracional do reator 1 e para permitir esta vibra-ção os pés do reator 34 são montados sobre coxins 35, do ti-po mola ou pneumático. Para evitar a propagação da vibraçãopara as demais partes do sistema (válvulas de alimentação edescarga de sólidos, tubulações de gás quente e tubulação detiragem de vapores) todos os bocais são interligados porjuntas de dilatação amortecedoras.de vibração 3, 8, 11, 16 e 20.
Para permitir o controle donível de matéria-prima dentro do equipamento 1, que numa si-tuação ideal é mantido ao nível da boca superior de cada tu-bo aquecedor, o reator é montado sobre um conjunto de célu-las de cargas 3 6 que monitoram a massa do conjunto, reatormais material em processamento e controla o ritmo de abertu-ra e fechamento das válvulas tipo eclusa de alimentação dematéria prima e de descarga de carvão (ou rotação no caso deválvulas rotativas).
A figura 2 apresenta um corteda seção reta do trocador de calor mostrando possíveis for-mas construtivas com diferentes números de tubos aquecedo-res. A distribuição dos tubos é a distribuição triangular demodo que há melhor aproveitamento do espaço interno do rea-tor. É mostrado um conjunto 38 de cinco possíveis tamanhosde reator: o primeiro 3 9 com 7 tubos, o segundo 4 0 com 19tubos, o terceiro 41 com 55 tubos, o quarto 42 com 121 tubose o quinto 4 3 com 211 tubos. A medida que o número de tubosé aumentado, também é aumentado o comprimento dos mesmos econsequentemente a altura total do equipamento 1.
A figura 3 mostra uma plantatípica 44 empregando o equipamento 1 trocador de calor vi-brante na qual a alimentação da matéria-prima é efetuada a-través de elevadores de canecas 45. Para esta operação tam-bém poderiam ser utilizadas esteiras de correia ou transpor-tadores helicoidais. Para o transporte do carvão descarrega-do é conveniente a utilização de transportadores helicoidaisencami.sados refrigerados com água que promove o resfriamentodo carvão produzido. A figura 3 mostra ainda a fornalha ge-radora de gás quente 46 que aquece o reator. Nesta fornalha,além do combustível suplementar (GLP, lenha, resíduos de bi-omassas, o próprio carvão e óleo gerados no processo, etc) ,também são queimados os gases não condensáveis gerados noprocesso pirolítico.
OBJETIVOS DA INVENÇÃOÉ objetivo da presente inven-ção um equipamento 1 para processamento de Iodos e outrosresíduos orgânicos ricos em lipideos e proteínas através daConversão de Baixa Temperatura - CBT -. O processo CBT é umprocesso de pirólise de baixa temperatura (380 a 450°C) autocatalisado pelos elementos inorgânicos contidos na própriamatéria-prima.
Outro objetivo da presente in-venção é alcançar uma máquina que trabalhe em regime de fun-cionamento contínuo para facilitar a operacionalização doequipamento 1, inclusive através de alto grau de automação,possibilitando assim, alcançar altas capacidades de proces-samento e facilidade operacional.
Além disso, desenvolver um e-quipamento 1 com um único bocal de alimentação de matéria-prima 4 de forma a facilitar o emprego de equipamentos detransporte de sólidos convencionais como esteiras de correia, transportadores helicoidais ou elevadores de canecas 45para desempenhar esta função.
Outro aspecto essencial dapresente invenção é a distribuição uniforme da matéria-primapor todos os tubos aquecedores 7 de modo a alcançar homoge-neidade dos produtos (carvão e óleo) uma vez que todos ostubos aquecedores irão operar praticamente com o mes-mo tempo de residência. Para cumprir esta função oequipamento 1 é provido de um cone superior de dis-tribuição de matéria-prima 5 e é provido do movi-mento vibracional.Outro objetivo da presente in-venção é desenvolver um equipamento 1 com um único bocal dedescarga de carvão 15 de forma a facilitar o emprego de e-quipamentos de transporte de sólidos convencionais comotransportadores helicoidais, sendo inclusive, utilizadotransportadores helicoidais encamisado refrigerados com águapara permitir o resfriamento do carvão a medida que o mesmoé descarregado evitando o problema de ignição do material.
Além disso, outro objetivo dapresente invenção é desenvolver um equipamento 1 com movi-mentação vibracional de modo a facilitar a descarga de car-vão evitando a formação pontes e túneis no funil inferiorcoletor de carvão 33.
Provê também o equipamento 1com válvulas tipo eclusa 2 e 17 ou tipo rotativa tanto paraalimentação de matéria-prima quanto para descarga de carvão.
Estas válvulas permitem o transporte de sólido mantendo oequipamento 1 fechado evitando a entrada de ar atmosférico egarantindo a hermeticidade do reator 1 que é ponto fundamen-tal do processo de pirólise.
Outro objetivo da presente in-venção é desenvolver um equipamento 1 consistindo num troca-dor de calor tipo casco tubo no qual o matéria-prima a serprocessada é passada por dentro dos tubos aquecedores 7 e ogás de aquecimento é passado por fora do tubos.
O equipamento 1 apresenta ain-da dois bocais 8 e 11 posicionados no costado do dito equi-pamento 1. O bocal inferior 11 serve de entrada de gás deaquecimento e o superior 8 para de saída de gás quente. Des-ta forma é favorecido o movimento convectivo do gás quente.
Prove o corpo do equipamento 1com chicanas 9 defletoras do gás quente de modo a prover ummovimento tipo "serpente" para o gás aquecido: o gás é inse-rido no bocal inferior 11 e depara-se com uma chapa defleto-ra que direciona o gás para preencher o anel gerado nas vi-zinhanças do costado. Uma primeira chicana defletora 9, comabertura central, direciona o gás para o centro do equipa-mento 1 à medida que o gás se movimenta para cima. Uma se-gunda chicana 9, instalada mais acima, com aberturas nasbordas, direciona o gás quente para a região próxima ao cos-tado à medida que o gás se movimenta para cima. Uma terceirachicana defletora 9, instalada mais acima, com abertura cen-trai, direciona novamente o gás para o centro do equipamento1 à medida que o gás se movimenta para cima. O gás atingeentão o setor entre a terceira chicana 9 e o espelho superi-or 18 e dirige-se ao anel gerado nas vizinhanças do costadoe, finalmente, ao bocal de saída 8 posicionado no costado10. Estas chicanas 9 evitam o movimento do gás quente emfluxo laminar paralelo aos tubos aquecedores 7, aumentam otempo de residência do gás quente e melhoram a troca térmica.
Outro aspecto importante destepedido de patente é promover a movimentação da matéria-primaem contra corrente ao fluxo de gás quente, ou seja, a maté-ria-prima move-se de cima para baixo por dentro dos tubosaquecedores 7 e o gás de aquecimento move-se de baixo paracima, por fora dos tubos aquecedores 7.
Além disso, visa a presente,prover o equipamento 1 de um funil superior 6 que serve decoifa coletora dos gases e vapores gerados no processo piro-lítico.
Provê ainda um bocal 32 no fu-nil inferior 33 que serve à recirculação dos gases não con-densáveis e vapores gerados no processo pelo meio reacional.Esta recirculação é executada em contra corrente, ou seja, amatéria-prima move-se de cima para baixo por dentro dos tu-bos aquecedores 7 e o gás recirculante move-se de baixo paracima, por dentro dos tubos aquecedores 7. A recirculação degases não condensáveis permite reduzir o tempo de permanên-cia dos vapores gerados no processo de pirólise dentro doreator e maximizar a produção de óleo.
Provê também, o sistema de umcondensador 25 dos vapores gerados no processo formando oóleo. A composição deste óleo depende do tipo de matéria-prima. A condensação é provocada pelo resfriamento dos vapo-res através da pulverização do próprio óleo gerado no pro-cesso que antes de ser pulverizado é bombeado pela bomba 31,filtrado no filtro 29 e resfriado indiretamente em um troca-dor de calor 27 com água provinda de uma torre de resfria-mento.
Outro objetivo da presente in-venção é prover o sistema de uma fornalha 46 que gera o gásde combustão que destina-se ao aquecimento do equipamento 1.Esta fornalha 46 opera com um combustível suplementar (GásLiqüefeito de Petróleo - GLP, lenha, resíduos de biomassas,o próprio carvão e óleo gerados no processo, etc) . Nestafornalha 4 6 também são queimados os gases não condensáveis(GNC) gerados no processo pirolítico, separados dos vaporescondensáveis no condensador 25.
Apesar de detalhada a inven-ção, é importante entender que a mesma não limita sua apli-cação aos detalhes e etapas aqui descritos. A invenção é ca-paz de outras modalidades e de ser praticada ou executada emuma variedade de modos. Deve ficar entendido que a termino-logia aqui empregada é para a finalidade de descrição e nãode limitação.

Claims (17)

1. "EQUIPAMENTO TROCADOR DECALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA PARA TRA-TAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS E PROCESSO DE TRATAMENTO DERESÍDUOS ORGÂNICOS MEDIANTE EMPREGO DE EQUIPAMENTO TROCADORDE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA", ca-racterizado por ser um trocador de calor tipo casco tubo deúnico passe (1), no qual a matéria-prima a ser processada éintroduzida no espaço interno dos tubo aquecedores (7) e ogás de aquecimento (gás de combustão) é passado no espaçoentre os tubos aquecedores.
2. "EQUIPAMENTO TROCADOR DECALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA PARA TRA-TAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS E PROCESSO DE TRATAMENTO DERESÍDUOS ORGÂNICOS MEDIANTE EMPREGO DE EQUIPAMENTO TROCADORDE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA", deacordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato datransferência de calor ser efetuada de forma indireta, ouseja, sem contato direto do gás de aquecimento com o produtoem processo possibilitando assim obter na região reacionaluma atmosfera redutora livre do oxigênio do gás de aquecimento.
3. "EQUIPAMENTO TROCADOR DECALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA PARA TRA-TAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS E PROCESSO DE TRATAMENTO DERESÍDUOS ORGÂNICOS MEDIANTE EMPREGO DE EQUIPAMENTO TROCADORDE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA", deacordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo fatode operar de forma contínua através do movimento descendentecontínuo da matéria-prima sob processamento por dentro dostubos aquecedores (7) montados verticalmente.
4. "EQUIPAMENTO TROCADOR DECALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA PARA TRA-TAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS E PROCESSO DE TRATAMENTO DERESÍDUOS ORGÂNICOS MEDIANTE EMPREGO DE EQUIPAMENTO TROCADORDE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA", deacordo com as reivindicações 1 , 2 e 3, caracterizado porser um equipamento trocador de calor (1) com movimento vi-bratório que permite o processamento térmico de resíduos or-gânicos.
5. "EQUIPAMENTO TROCADOR DECALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA PARA TRA-TAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS E PROCESSO DE TRATAMENTO DERESÍDUOS ORGÂNICOS MEDIANTE EMPREGO DE EQUIPAMENTO TROCADORDE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA", deacordo com a reivindicação 1, 2, 3 e 4, caracterizado porser empregado para o processamento térmico de resíduos orgâ-nicos denominado conversão de baixa temperatura que opera nafaixa de 350°C a 450°C, preferencialmente de 380°C a 420°C,com produção de óleo e carvão.
6. "EQUIPAMENTO TROCADOR DECALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA PARA TRA-TAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS E PROCESSO DE TRATAMENTO DERESÍDUOS ORGÂNICOS MEDIANTE EMPREGO DE EQUIPAMENTO TROCADORDE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA", deacordo com as reivindicações 1, 2, 3, 4 e 5, caracterizadopelo fato de ser provido com válvulas que permitem a intro-dução matéria-prima pela parte superior (2) do equipamento(1) e retirada de carvão formado pela parte inferior do rea-tor (17); sendo referidas válvulas do tipo eclusas ou do ti-po rotativas as quais permitem a introdução e retirada dematerial sólido com mínima fuga de gás de processo e entradade ar atmosférico para dentro do equipamento (1).
7. "EQUIPAMENTO TROCADOR DECALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA PARA TRA-TAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS E PROCESSO DE TRATAMENTO DERESÍDUOS ORGÂNICOS MEDIANTE EMPREGO DE EQUIPAMENTO TROCADORDE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA", deacordo com as reivindicações 1 e 6, caracterizado pelo fatode que, a alimentação de matéria-prima e retirada de carvãoé efetuada de forma contínua.
8. "EQUIPAMENTO TROCADOR DECALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA PARA TRA-TAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS E PROCESSO DE TRATAMENTO DERESÍDUOS ORGÂNICOS MEDIANTE EMPREGO DE EQUIPAMENTO TROCADORDE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA", deacordo com as reivindicações 1, 6 e 7, caracterizado pelofato de a alimentação de matéria-prima e retirada de carvãoser efetuada de forma hermética através do emprego de válvu-las (2) e (17) do tipo eclusa ou tipo do rotativa.
9. "EQUIPAMENTO TROCADOR DECALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA PARA TRA-TAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS E PROCESSO DE TRATAMENTO DERESÍDUOS ORGÂNICOS MEDIANTE EMPREGO DE EQUIPAMENTO TROCADORDE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA", deacordo com as reivindicações 1, 2, 3, 4 e 5 caracterizadopelo fato de apresentar unidade de condensação dos vapores(25) gerados no processo pirolítico com conseqüente produçãode óleo.
10. "EQUIPAMENTO TROCADOR DECALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA PARA TRA-TAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS E PROCESSO DE TRATAMENTO DERESÍDUOS ORGÂNICOS MEDIANTE EMPREGO DE EQUIPAMENTO TROCADORDE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA", deacordo com as reivindicações 1, 2, 3, 4, 5 e 9 caracterizadopelo fato de a condensação do óleo ser provocada pelo res-friamento dos vapores através da pulverização do próprio ó-Ieo gerado no processo (24), previamente resfriado num tro-cador de calor (27).
11. "EQUIPAMENTO TROCADOR DECALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA PARA TRA-TAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS E PROCESSO DE TRATAMENTO DERESÍDUOS ORGÂNICOS MEDIANTE EMPREGO DE EQUIPAMENTO TROCADORDE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA", deacordo com as reivindicações 1, 2, 3, 4, 5 e 9 caracterizadopelo fato de que os gases não condensáveis que deixam a uni-dade de condensação (25) passam por um tanque de borbulha-mento (22) que evita a entrada de oxigênio atmosférico paradentro do equipamento (1).
12. "EQUIPAMENTO TROCADOR DECALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA PARA TRA-TAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS E PROCESSO DE TRATAMENTO DERESÍDUOS ORGÂNICOS MEDIANTE EMPREGO DE EQUIPAMENTO TROCADORDE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA", deacordo com as reivindicações 1, 2, 3, 4 e 5 caracterizadopelo fato de permitir a recirculação dos gases não condensá-veis gerados no processo pirolítico através do bocal de re-circulação (32) instalado no funil inferior (33) doequipamento (1).
13. "EQUIPAMENTO TROCADOR DECALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA PARA TRA-TAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS E PROCESSO DE TRATAMENTO DERESÍDUOS ORGÂNICOS MEDIANTE EMPREGO DE EQUIPAMENTO TROCADORDE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA", deacordo com as reivindicações 1, 2, 3, 4 e 5 caracterizadopelo fato do costado do equipamento (1) ser isolado termica-mente.
14. "EQUIPAMENTO TROCADOR DECALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA PARA TRA-TAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS E PROCESSO DE TRATAMENTO DERESÍDUOS ORGÂNICOS MEDIANTE EMPREGO DE EQUIPAMENTO TROCADORDE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA", deacordo com as reivindicações 1, 2, 3, 4 caracterizado pelofato dos tubos aquecedores serem montados verticalmente den-tro do costado segundo a distribuição triangular.
15. "EQUIPAMENTO TROCADOR DECALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA PARA TRA-TAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS E PROCESSO DE TRATAMENTO DERESÍDUOS ORGÂNICOS MEDIANTE EMPREGO DE EQUIPAMENTO TROCADORDE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA", deacordo com as reivindicações 1, 2, 3, 4 e 6 caracterizadopelo fato do equipamento (1) possuir um funil superior dealimentação de matéria-prima (6) e um funil inferior (33) decaptação do carvão de todos os tubos aquecedores (7) o qualdireciona-o ao bocal de descarga (15).
16. "EQUIPAMENTO TROCADOR DECALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA PARA TRA-TAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS E PROCESSO DE TRATAMENTO DERESÍDUOS ORGÂNICOS MEDIANTE EMPREGO DE EQUIPAMENTO TROCADORDE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA", deacordo com as reivindicações 1, 2, 3, 4 e 6 caracterizadopelo fato do aparelho possuir um cone superior (5) de dis-tribuição de matéria-prima para todos os tubos aquecedores(7) e um cone inferior (14) que evita a formação de pontes etúneis no funil inferior coletor de carvão (33).
17. "EQUIPAMENTO TROCADOR DECALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA PARA TRA-TAMENTO DE RESÍDUOS ORGÂNICOS E PROCESSO DE TRATAMENTO DERESÍDUOS ORGÂNICOS MEDIANTE EMPREGO DE EQUIPAMENTO TROCADORDE CALOR VIBRANTE PARA CONVERSÃO DE BAIXA TEMPERATURA", deacordo com as reivindicações 1, 2, 3, 4 e 7 caracterizadopelo fato dos pés do reator (34) serem montados sobre célu-las de carga (36) monitorando o volume de material em pro-cessamento e possibilitando automação do equipamento (1).
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