BRPI1002076A2 - sistema modular de captação de gás ou biogás a partir de estruturas de confinamento de materiais orgánicos - Google Patents

Abstract

SISTEMA MODULAR DE CAPTAçãO DE GáS OU BIOGáS A PARTIR DE ESTRUTURAS DE CONFINAMENTO DE MATERIAIS ORGáNICOS E descrito um sistema modular de captação de gás ou biogás apartir de estruturas de confinamento de materiais orgânicos que compreende uma estrutura de confinamento (10) onde a matéria orgânica passa por um processo anaeróbico de transformação biológica, dita estrutura de confinamento (10) que apresenta uma pelo menos uma abertura (11) para acesso à região interna dotada de meios de fechamento ou lacre; uma linha de tubulação de coleta (20) dotada de um cabeçote extrator (21) acoplado na abertura (11) da estrutura de confinamento (10); uma tubulação flexível (30) interligada em uma extremidade ao cabeçote extrator (21) e na extremidade oposta à uma linha de tubulação intermediária (40), e uma tubulação principal tipo manifold linear (50) onde é conectada a linha de tubulação intermediária (40) para encaminhar o gás extraído da estrutura de confinamento (10) para uma usina de beneficiamento.

Description

SISTEMA MODULAR DE CAPTAÇÃO DE GÁS OU BIOGÁS A PARTIR DE ESTRUTURAS DE CONFINAMENTO DE MATERIAIS ORGÂNICOS

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção diz respeito a um sistema modular de captação de gás ou biogás a partir de estruturas de confinamento de materiais orgânicos. Mais especificamente compreende um sistema dotado de canalizações que provê a retirada total do gás de estruturas de confinamento de material orgânico.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

A intensificação das atividades humanas nas últimas décadas tem gerado um acelerado aumento na produção de resíduos sólidos (lixo), tornando-se um grave problema para as administrações públicas. O aumento desordenado da população e o crescimento sem planejamento de grandes núcleos urbanos dificultam as ações de manejo dos resíduos além de que, o uso de lixões nos grandes centros urbanos ainda é muito comum, o que acarreta problemas de saúde e ambientais.

A decomposição da matéria orgânica promove a liberação do biogás, cujos principais constituintes são o gás carbônico e o metano, que corresponde a cerca de 50% e é um gás de efeito estufa, cuja emissão favorece o aquecimento global. Além disso, gera odores desagradáveis e oferece riscos de explosão.

Os aterros sanitários são considerados atualmente uma das alternativas mais interessantes para geração do biogás, visto que podem dispor de técnicas de captação dos gases liberados através de dutos de captação e queima posterior em flares, onde o metano, principal constituinte do biogás, será transformado em gás carbônico, que possui um potencial de aquecimento global cerca de 20 vezes menor. Além da oportunidade de reduzir os danos ambientais é possível utilizar o biogás como combustível, gerando energia elétrica e até mesmo iluminação a gás.

Dessa forma, diminuir a dependência de combustíveis fósseis e não renováveis e buscar soluções ambientalmente corretas, como a utilização da biomassa como fonte de energia, não apenas reduzirá os impactos globais pela queima de combustíveis fósseis como também contribuirá com a matriz energética dos países.

Desta forma, a geração de energia por meio da utilização do biogás de aterros se enquadra nos quesitos de desenvolvimento sustentável, visto que deixaria de ser lançado na atmosfera grande quantidade de metano.

A conversão energética do biogás pode ser apresentada como uma solução para o grande volume de resíduos produzidos por atividades agrícolas e pecuárias, destilarias, tratamento de esgotos domésticos e aterros sanitários, visto que reduz o potencial tóxico das emissões de metano ao mesmo tempo em que produz energia elétrica, agregando, desta forma, ganho ambiental e redução de custos.

O biogás é formado a partir da degradação anaeróbica da matéria orgânica. Sua produção é possível a partir de uma grande variedade de resíduos orgânicos como lixo doméstico, resíduos de atividades agrícolas e pecuárias, lodo de esgoto, entre outros. É composto tipicamente por 60% de metano, 35% de dióxido de carbono e 5% de uma mistura de outros gases como hidrogênio, nitrogênio, gás sulfídrico, monóxido de carbono, amônia, oxigênio e aminas voláteis. Dependendo da eficiência do processo, o biogás chega a conter entre 40% e 80% de metano.

Nos aterros sanitários, o lixo permanece descoberto por algum tempo, em contato com o ar atmosférico, já sendo verificada a emissão de biogás, que continuará sendo emitido após a cobertura e encerramento da célula do aterro, que dispõem de técnicas de captação dos gases liberados.

O processo de aterramento dos resíduos pode ser executado de três formas:

a) Método da Trincheira ou Vala - consiste na abertura de valas onde o lixo é disposto, compactado e posteriormente coberto com solo.

b) Método de Rampa ou Escavação Progressiva - consiste na escavação da rampa, onde o lixo é disposto, compactado pelo trator e posteriormente coberto com solo.

c) Método de Área - empregado na maioria das vezes em locais cuja topografia é plana e o lençol freático é raso (nível bem baixo).

Em todas estas situações, os gases são coletados por tubos que os conduzirão a uma unidade de beneficiamento, ocorrendo perdas significativas tendo em vista a dispersão no ambiente externo.

Os sistemas de coleta e extração de biogás de aterros se dá por meio de tubos verticais perfurados, podendo contar ainda com tubos de sucção para a extração do biogás desde o início da sua produção. Algumas vezes, uma membrana impermeável protetora é colocada sobre o aterro e assim, quase todo o biogás pode ser coletado e recuperado. Porém esta solução é de alto custo, além de apresentar o inconveniente de obstruir a entrada de água, impedindo assim a formação do biogás. Para que haja continuidade na produção de biogás, se faz necessária a injeção de água sob a membrana ou promover a recirculação do chorume injetando-o da mesma maneira.

Um sistema padrão de coleta do biogás de aterro é composto por poços de coleta e tubos condutores, sistema de compressão e sistema de purificação do biogás. O sistema de coleta possui tubos verticais perfurados ou canais, e em alguns casos membrana protetora. Além disto, a maioria dos aterros sanitários com sistema de recuperação energética possui flare para queima do excesso do biogás ou para uso durante os períodos de manutenção dos equipamentos.

O estado da técnica descreve diversos sistemas para captação e distribuição de gás que basicamente inclui canalizações secundárias interligadas a um duto principal.

O documento W003001106 descreve um processo e um dispositivo para transporte de gás em um duto principal com mais do que dois dutos ramificados onde o gás é guiado através dos dutos ramificados e para dentro do duto principal com uma direção que é paralela à direção do fluxo no duto principal, enquanto que o gás no duto ramificado na entrada para o duto principal é mantido em uma velocidade mais alta do que o gás no duto principal e é transmitido um impulso para o gás no duto principal, pela utilização da energia excessiva do gás no duto ramificado, para aceleração do gás antes da introdução no duto principal.

O documento BR9103688 descreve um conjunto de distribuição de gás que compreende uma câmara de distribuição linear ou não, ramais de saída, independentes, em número mínimo de dois, onde os referidos elementos formam um conjunto em corpo único, isento de qualquer conexão ou acoplamento entre si. O canal de ligação, contínuo, isento de qualquer conexão ou acoplamento permite a passagem do gás para o ramal de saída. O cone de controle permite ou não a passagem do gás para sua câmara e de acordo com o posicionamento do orifício lateral, seja coincidente ou não com o canal de ligação, de acordo. Com esse mesmo posicionamento, que é controlado externamente ao referido Conjunto Distribuidor de Gás, de forma manual, através da haste de controle, que está ligada ao cone de controle, através do pino. Uma vez permitida a passagem do gás para a câmara do cone, o mesmo passa pelo orifício de saída e pelo canal de saída, indo para o elemento que estiver acoplado ao ramal de saída. Portanto, o gás que entra no conjunto distribuidor de gás é distribuído através dos ramais de saída, de forma independente, podendo o referido conjunto estar ligado a outro elemento, através da saída auxiliar da câmara de distribuição, conforme opção.

O documento W02009066157 descreve um sistema de coleta de biogás gerado pelos resíduos dotado de uma pluralidade de unidades de coleta montado em paralelo com engate para entrada do biogás por um duto para fornecimento do biogás, e um coletor para a coleta do biogás alimentado ao longo dos dutos de abastecimento, onde as ligações de entrada são alinhadas e ligadas entre si para definir, juntamente com o coletor de coleta, uma primeira porção de uma estrutura de apoio da instalação, tendo, além disso, uma segunda porção destinada a estabilizar a primeira parte em si.

O documento EP2045507 descreve um dispositivo para conectar uma unidade de produção de gás natural não-fóssil para uma rede de distribuição de gás que compreende uma linha de fornecimento para a introdução do gás natural não-fóssil equipada com um meio de fecho da válvula, uma linha de retorno para o regresso de gás natural não-fóssil; uma linha de descarga; redutores de pressão para reduzir a pressão de gás natural não- fóssil produzido na referida unidade de produção para um valor pre- determinado; um medidor de fluxo para medir a vazão de gás natural não-fóssil, um dispositivo de medição para medir o valor calórico, um dispositivo de análise para pelo menos parcialmente, analisar a composição do biogás na linha de fornecimento, um dispositivo de controle para controlar a válvula de corte, com base nos dados fornecidos pelo dispositivo de medição e pelo dispositivo de análise.

No entanto, a captação de gás ainda é ineficiente dada às peculiaridades de deposição do lixo nos aterros, que geralmente ficam largo tempo expostos ao ambiente externo até receberem uma camada de aterro, o que implica em captação em torno de 30 a 40% de metano, ou seja, são perdidos entre 60 a 70% de metano para o ambiente externo ou ainda não é captado o gás residual.

Ainda, as canalizações geralmente são estruturas únicas, padronizadas e instaladas para a captação específica em uma fase do processo de coleta, podendo ocorrer rupturas e falhas no sistema devido ao fato destas canalizações cederem conjuntamente com o adensamento do terreno, o que implica em perdas significativas de gás no trajeto das tubulações.

Portanto, a literatura técnica apresenta sistemas de captação e de distribuição de gás que inclui ramificações de coleta e encaminhamento para um ou mais dutos principais sem, contudo, retirar totalmente o gás de aterros confinados, bem como prover mecanismos que acompanhem o adensamento do terreno, tal sistema modular de captação de gás ou biogás a partir de estruturas de confinamento de materiais orgânicos sendo descrito e reivindicado no presente pedido.

SUMÁRIO

De um modo geral, a presente invenção diz respeito a um sistema modular de captação de gás ou biogás a partir de estruturas de confinamento de materiais orgânicos que compreende uma estrutura de confinamento onde a matéria orgânica passa por um processo anaeróbico de transformação biológica, dita estrutura de confinamento que apresenta uma pelo menos uma abertura para acesso à região interna dotada de meios de fechamento ou lacre; uma linha de tubulação de coleta dotada de um cabeçote extrator acoplado na abertura da estrutura de confinamento; uma tubulação flexível interligada em uma extremidade ao cabeçote extrator e na extremidade oposta à uma linha de tubulação intermediária e uma tubulação principal tipo manifold linear onde é conectada a linha de tubulação intermediária para encaminhar o gás extraído da estrutura de confinamento para uma usina de beneficiamento.

É característica da invenção um sistema modular de captação de gás ou biogás a partir de estruturas de confinamento de materiais orgânicos que capta acima de 95% de gás metano, ao contrário dos sistemas convencionais de captação de gás em aterros sanitários que captam entre 30 a 40%.

É característica da invenção um sistema modular de captação de gás ou biogás a partir de estruturas de confinamento de materiais orgânicos totalmente impermeável.

É característica da invenção um sistema modular de captação de gás ou biogás a partir de estruturas de confinamento de materiais orgânicos que apresenta tubulações termosoldadas totalmente vedadas e modulares, de forma a adaptá-las às diferentes fases do processamento do material orgânico.

É característica da invenção um sistema modular de captação de gás ou biogás a partir de estruturas de confinamento de materiais orgânicos que apresenta dutos de material flexível, adaptável às modificações físicas do terreno causadas pelo adensamento do aterro, evitando e impedindo o deslocamento dos canos e a dissipação de qualquer fração de gás metano para a atmosfera.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A figura 1 apresenta uma vista em perspectiva do sistema de captação de gás conectado a estruturas de confinamento de material orgânico, evidenciando as tubulações de coleta adaptadas individualmente a cada estrutura de confinamento.

A figura 2 apresenta a representação das estruturas de confinamento cobertas, com o cabeçote exposto para conexão à tubulação flexível.

A figura 3 apresenta detalhamento da tubulação flexível que se adapta e compensa o eventual adensamento do aterro.

A figura 4 apresenta a tubulação principal tipo manifold linear que recebe o gás de várias linhas de tubulações de coleta e o encaminha para a unidade de beneficiamento.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

O sistema modular de captação de gás ou biogás a partir de estruturas de confinamento de materiais orgânicos, objeto da presente invenção, compreende uma estrutura armazenadora de material orgânico (10), definida na presente invenção como "estrutura de confinamento", onde a matéria orgânica passa por um processo anaeróbico de transformação biológica, que gera a emissão de gases que são totalmente captados por um conjunto de tubulações que, em função da modularidade, acompanham as diferentes fases do processamento da matéria orgânica até a extração total do gás.

Esta estrutura de confinamento (10) compreende um meio vedado que impede o contato da matéria orgânica com o ambiente externo, tal como estruturas rígidas e flexíveis como tanques, bolsas, cápsulas e similares.

A estrutura de confinamento (10) apresenta uma pelo menos uma abertura (11) para acesso à região interna, dita abertura (11) dotada de meios de fechamento ou lacre para evitar qualquer dissipação de fluxo gasoso.

Na abertura (11) de cada estrutura de confinamento (10) é posicionada uma tubulação de coleta (20) de gás dotada de um cabeçote extrator (21).

O cabeçote extrator (21) pode apresentar engates rápidos dotado de dispositivo de retenção interno simples ou duplo para a tomada local de amostragem da pressão do gás, do teor de umidade e do percentual de participação de cada componente do gás presente na composição.

Uma tubulação flexível (30) é interligada em uma extremidade ao cabeçote extrator (21) da linha de tubulação de coleta (20) e na extremidade oposta à uma linha de tubulação intermediária (40) que direciona o fluxo para uma tubulação principal tipo manifold linear (50) que encaminha o gás extraído da estrutura de confinamento (10) para uma usina de beneficiamento.

A tubulação principal (50) apresenta bombas de vácuo de baixa velocidade ou sopradores radiais (não apresentados) para succionar todo o gás da estrutura de confinamento (10) sem provocar alteração na forma desta estrutura (10).

As linhas de tubulações de coleta (20) apresentam válvulas para equilibrar a pressão na estrutura de confinamento (10) e na tubulação (20), e válvulas de acionamento independente para interrupção do fluxo de uma linha de tubulação de coleta (20) específica.

Claims (5)

1. SISTEMA MODULAR DE CAPTAÇÃO DE GÁS OU BIOGÁS A PARTIR DE ESTRUTURAS DE CONFINAMENTO DE MATERIAIS ORGÂNICOS caracterizado por compreender: uma estrutura de confinamento (10) onde a matéria orgânica passa por um processo anaeróbico de transformação biológica, dita estrutura de confinamento (10) que apresenta uma pelo menos uma abertura (11) para acesso à região interna dotada de meios de fechamento ou lacre; uma linha de tubulação de coleta (20) dotada de um cabeçote extrator (21) acoplado na abertura (11) da estrutura de confinamento (10); uma tubulação flexível (30) interligada em uma extremidade ao cabeçote extrator (21) e na extremidade oposta à uma linha de tubulação intermediária (40); uma tubulação principal tipo manifold linear (50) onde é conectada a linha de tubulação intermediária (40) para encaminhar o gás extraído da estrutura de confinamento (10) para uma usina de beneficiamento.

2. SISTEMA MODULAR DE CAPTAÇÃO DE GÁS OU BIOGÁS A PARTIR DE ESTRUTURAS DE CONFINAMENTO DE MATERIAIS ORGÂNICOS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do cabeçote extrator (21) apresentar engates rápidos dotado de dispositivo de retenção interno simples ou duplo para a tomada local de amostragem da pressão do gás, do teor de umidade e do percentual de participação de cada componente do gás presente na composição.

3. SISTEMA MODULAR DE CAPTAÇÃO DE GÁS OU BIOGÁS A PARTIR DE ESTRUTURAS DE CONFINAMENTO DE MATERIAIS ORGÂNICOS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da tubulação principal (50) apresentar bombas de vácuo de baixa velocidade ou sopradores radiais (não apresentados).

4. SISTEMA MODULAR DE CAPTAÇÃO DE GÁS OU BIOGÁS A PARTIR DE ESTRUTURAS DE CONFINAMENTO DE MATERIAIS ORGÂNICOS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato das linhas de tubulação de coleta (20) apresentar válvulas para equilibrar a pressão na estrutura de confinamento (10) e na tubulação (20).

5. SISTEMA MODULAR DE CAPTAÇÃO DE GÁS OU BIOGÁS A PARTIR DE ESTRUTURAS DE CONFINAMENTO DE MATERIAIS ORGÂNICOS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato das linhas de tubulação de coleta (20) apresentar válvulas de acionamento independente.