PT1758692E

PT1758692E - Método e sistema para a reciclagem de resíduos sólidos municipais e exploração do combustível recuperado dos resíduos sólidos

Info

Publication number: PT1758692E
Application number: PT57724650T
Authority: PT
Inventors: Manlio Cerroni
Original assignee: Sorain Cecchini Ambiente Sca S P A
Priority date: 2004-06-17
Filing date: 2005-06-17
Publication date: 2014-01-30
Also published as: DK2027945T3; JP2008504110A; SI1758692T1; CA2566938A1; CY1113026T1; CN1968765B; ES2386661T3; CN1968765A; EP2027945A2; ES2455342T3; CA2566938C; HK1097801A1; US7772453B2; SI2027945T1; KR100914150B1; EP2027945B1; AU2005254232B2; PL2027945T3; EP1758692A1; AU2005254232A1

Description

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DESCRIÇÃO "Método e sistema para a reciclagem de resíduos sólidos municipais e exploração do combustível recuperado dos resíduos sólidos"

Campo técnico 0 presente invento refere-se a um método e a um sistema para a reciclagem completa dos resíduos sólidos municipais com mínimo impacto ambiental e com a utilização do combustível recuperado dos resíduos sólidos (WSRF) para a produção de energia eléctrica e/ou hidrogénio.

Antecedentes do invento 0 termo resíduo pretende significar todos os produtos que já não se utilizam, e os quais serão deitados fora, e qualquer substância derivada de actividades humanas ou ciclos naturais que seja abandonada ou que tenha como destino ser abandonada. Jã se estuda há muito tempo o tratamento de resíduos sólidos municipais e os sistemas de reciclagem, devido à necessidade sempre em crescimento de um descarte eficaz e amigo do ambiente, e de uma utilização funcional do resíduo como uma fonte de energia.

De acordo com essas necessidades, um primeiro obj ecto do presente invento consiste em encontrar um método o qual permita a recuperação máxima dos produtos residuais com uma consequente recuperação de energia com um mínimo impacto ambiental; um outro objecto do presente invento consiste em proporcionar um sistema adequado para alcançar um processo de reciclagem de exploração de energia e eficaz sob o ponto de vista do custo. 0 documento FR-A-2780320 descreve um método em conformidade com o preâmbulo da reivindicação 1 e um sistema em conformidade com o preâmbulo da reivindicação 10.

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Descrição do invento

De acordo com o presente invento, os objectos acima mencionados são alcançados por um método de acordo com a reivindicação 1 e um sistema de acordo com a reivindicação 10 .

Encontram-se descritas outras vantagens nas reivindicações dependentes.

Deve ser indicado que todas as operações ligadas aos vários procedimentos são efectuadas dentro das instalações industriais providas de pisos adequados, que estão fechadas e exibem um sistema de ventilação forçado que se encontra em operação contínua e que mantém todo o ambiente interior numa condição de ligeira redução de pressão. Este sistema de ventilação foca-se num sistema de purificação centralizado, o que assegura a redução do pó e do odor.

[3 Recepção do resíduo sólido municipal.

Os dispositivos de auto-compactação, os quais fornecem o resíduo ao sistema depois do processo de pesagem, são enviados para a secção de entrada para descarregar. 0 acesso a esta secção pelos auto-compactadores ocorre por meio de portas grandes complementadas com obturadores automáticos, as quais permanecem abertas apenas pelo tempo necessário para o trânsito do veículo. Depois do resíduo ser descarregado, o mesmo é transportado para a linha de escolha mecânica, na qual o resíduo é carregado ao utilizar gruas electro-hidráulicas com baldes de garras, que serve para fornecer as linhas de produção, e encarregando-se também da remoção de quaisquer materiais volumosos que são esmagados e reduzidos em tamanho na linha de operação especial. 0 Escolha mecânica das fracções seca e húmida. 0 sistema está provido de uma ou mais linhas de escolha que têm uma capacidade de até 100 t/h cada. 0 resíduo, carregado na linha, passa pela primeira etapa de tratamento que consiste na divisão da embalagem, na qual o resíduo foi

ΕΡ 1 758 692/PT originalmente recolhido, seguida de uma etapa de escolha de tamanho. Um dispositivo de rasgar de baixa velocidade actua para dividir a embalagem e os sacos, para libertar os conteúdos sem ter qualquer acção excessiva de abrasão ou esmagamento, que iria servir para anular as várias características que caracterizam os vários tipos de produtos, reduzindo desse modo a eficiência do processo de escolha mecânica. A escolha mecânica subsequente das fracções seca e húmida ocorre através das grelhas de peneiração de tambores rotativos com o dispositivo de auto-limpeza.

Este separadGr rotativo está equipado com redes de tamanho adequado para separar os materiais que se seguem: - componente seco que consiste em materiais com um elevado valor calorífico (papel, plástico, roupas, borracha, etc.); - componente húmida que consiste principalmente em substâncias orgânicas grosseiras (usualmente ainda misturadas com vidro, pedras, etc.). M Tratamento da fracção seca e preparação do WSRF. 0 tratamento da fracção seca passa em primeiro lugar pela remoção dos componentes metálicos, nos quais todo o tipo de elemento metálico é removido, antes de passar por um processo de dimensionamento especial, por meio de um retalhador especial equipado com um tipo particular de grelha extensível, ligada a um sistema de deslocação de vento com subsequente sistema de melhoria de limpeza e qualidade. A acção combinada destes dispositivos resulta na produção de Combustível recuperado de Resíduos Sólidos. 0 WSRF é então transportado para dois compactadores estacionários para carregamento directo, na forma de cotão, para tractores e semi-reboques para transporte para a instalação de termo-exploração. Em paralelo, existe também uma linha de embalagem que forma o material em fardos e bobina com encolhimento os mesmos com película de esticar para o armazenamento provisório eventual do WSRF durante os intervalos de manutenção planeados do sistema de termo-exploração.

ΕΡ 1 758 692/PT Η Recuperado de metal. 0 ferro e o alumínio são respectivamente separados por uma acção electromagnética, isto é, segundo a acção dos fluxos de corrente induzida. Os materiais ferrosos são purificados numa linha especial e convertidos em "Ferro obtido de sucata". 0 alumínio é embalado em fardos.

Subsequentemente, ambos os produtos reciclados são enviados para as respectivas indústrias de produção para serem utilizados de novo. EI Tratamento aeróbico da fracfo húmida. A operação consiste numa reacção de bio-oxidaçãG com base num processo que tem lugar em digestores aeróbicos em bacias de maturação, que consistem em tanques rectangulares, montados em paralelo ou em série, com uma largura normalizada de 22 metros e de comprimento variável de até acima de 150 metros, como uma função para a saída diária. Em ambos os digestores com tanques posicionados de modo paralelo e aqueles com tanques posicionados em série, o processo tem uma duração suficiente para assegurar a maturação e a estabilização biológica total das substâncias orgânicas. Durante esta etapa, a biomassa é sujeita a uma reacção acelerada intensa, durante a qual a actividade biológica intensa tem lugar, a qual promove a decomposição rápida das substâncias biodegradáveis. Os tanques estão instalados em áreas completamente segregadas do sistema. A reacção de bio-oxidação das biomassas dentro dos tanques, numa camada de aproximadamente 3 metros de espessura, é controlada e mantida totalmente aeróbica por meio da ventilação forçada e da inversão mecânica temporizada. 0 sistema de ventilação compreende uma rede de distribuição capilar, de modo a assegurar a uniformidade do processo e evitar a possível formação de quaisquer sacos aeróbicos. A operação de inversão, realizada por pontes especiais equipadas com parafusos sem fim, assegura a manutenção da porosidade do material, evitando a formação de quaisquer canais preferenciais, os quais iriam de outro modo resultar em anomalias de processo.

ΕΡ 1 758 692/PT Ο tratamento aeróbico compreende, em síntese, as etapas que se seguem e os tempos processuais: decomposição acelerada das substâncias orgânicas durante 2-3 semanas; - separação dos resíduos de processamento inertes da biomassas; e - maturação e estabilização da fracção orgânica durante 5-6 semanas.

Todas as operações, incluindo o carregamento e descarregamento do material, foram realizadas de modo automático e não precisam de qualquer intervenção do pessoal. B Refinamento do bio-resíduo estabilizado (ou fracção orgânica).

No fim dos processos de tratamento aeróbico, o componente orgânico digerido e estabilizado é transportado para a linha de refinamento mecânico final de modo a purificar o mesmo de todos os fragmentos inertes tais como o vidro, pedras, plásticos, etc.

Esta linha também passa por uma recuperação adicional do WSRF a partir dos resíduos de processamento.

Esta operação também é automática e, no fim da operação, os resíduos de processamento, o WSRF e o bio-resíduo estabilizado (composto cinzento) são obtidos com um índice de respiração dinâmico (DRI) adequado para utilizar em operações de restauração ecológica. § Reduão de volume dos materiais volumosos. 0 tratamento dos materiais volumosos consiste numa operação de moagem muito forçada que, por meio do esmagamento do material, tem sucesso em reduzir efectivamente o volume enquanto se assegura a recuperação de quaisquer materiais ferrosos. 6

ΕΡ 1 758 692/PT Ο material esmagado é carregado em contentores especiais para o destino final que pode ser uma instalação de termo-exploração, na eventualidade de materiais adequadamente combustíveis, ou para um aterro que serve a instalação. 0 Tratamento do ar de processo.

Sste processo prevê que qualquer etapa de funcionamento seja mantida em condições de pressão ligeiramente negativas ao sugar o ar; o referido ar sugado é depois enviadG para os ciclos de combustão do WSRF. 0 ar sugado passa através de um bio-filtro que garante os melhores resultados possíveis em termos de rendimento e atenuação de odor. Este filtro consiste num leito de biomassas tratadas de modo adequadG, com um elevado grau de porosidade e superfícies biologicamente activas de modo prolongado, que asseguram os melhores resultados possíveis em termos de rendimento e atenuação de odor. A admissão de ar forçado do sistema de atenuação é através de uma série de ventoinhas centrífugas. A utilização de correias de transporte fechadas e coberturas de escape de pó nas máquinas ajuda a reduzir a quantidade de pó libertada para o ambiente de trabalho e, consequentemente, as quantidades do ar a serem tratadas. As bacias de tratamento aeróbico do material orgânico, onde a emissão de odor é maior, estão envoltas em áreas completamente segregadas, mantidas constantemente sob vácuo (dia e noite) para impedir qualquer escape de ar. 0 aspecto inovador do processo consiste na gaseificação do WSRF, o qual é fornecido com escoamento contínuo e homogéneo, juntamente com a acção de fusão e vitrificação nas cinzas presentes no mesmo, classificadas como material inerte, e a produção de energia eléctrica através de um sistema de ciclo de alta eficiência combinado, que utiliza o gás de síntese derivado do processo de gaseificação. 0 WSRF é sujeito à gaseificação de alta temperatura e a energia necessária para as reacções de gaseificação dentro do reactor é produzida por meio de queimadores de oxigénio e combustível. Se o sistema de gaseificação estiver localizado numa área de aterro sanitário, estando de facto a maioria dos sistemas de escolha e produção de WSRF dentro da vizinhança 7

ΕΡ 1 758 692/PT do aterro, o combustível utilizado para os queimadores será o biogãs recuperado do processo de digestão anaeróbico do bio-resíduo depositado do próprio aterro.

Os gases de síntese derivados da gaseificação passam por um processo de limpeza forçado, de modo que os mesmos podem ser utilizados em ciclos de energia combinados de elevada eficiência tais como: • Motores endotérmicos com caldeira de recuperação e ciclo de vapor através de um turboalternador; • Turbinas de gás com caldeira de recuperação de cicio de vapor com termo-alternador; • Células de combustível; • Estações de geração térmica com turbina a gás.

Esta técnica é muito diferente dos sistemas de exploração de energia tradicionais de WSRF, dado que a recuperação da energia contida no WSRF, em processos que envolvem caldeiras ou fornos de grelha e/ou caldeiras ou fornos de leito fluidizado, ocorre através da transformação da energia térmica directa contida nos fumos quentes gerados pelo processo de combustão em vapor de alta pressão, o qual é expandido numa turbina de produção de electricidade. Além do mais, os sólidos a partir de processos de combustão tradicionais, que consistem em escória, cinzas e pós de filtragem, são produtos normalmente não recuperáveis.

Pelo contrário, no processo de gaseificação, os compostos inorgânicos presentes no WSRF são convertidos, por meio de um processo de fusão de elevada temperatura, em substâncias minerais recicláveis (granulado mineral vitrificado e granulado metálico), enquanto que os compostos de enxofre (H2S, CS2, COS) presentes no gás de síntese são eliminados, recuperando deste modo o enxofre. Finalmente, o processo de arrefecimento rápido (em apenas uns poucos milissegundos) do gás de síntese evita a nova formação de quaisquer compostos de dioxina e furano, o que ocorre nos processos de combustão de resíduos tradicionais, como o 8

ΕΡ 1 758 692/PT resultado do arrefecimento dos fumos dentro da caldeira dentro de uma variação de temperatura de 250° e 300°.

Um outro objecto do presente invento consiste no proporcionar de um sistema para alcançar o método acima descrito.

Sste objecto é alcançado pelo sistema em conformidade com a reivindicação 1Q.

Descrição detalhada dos desenhos

Para uma melhor compreensão das características do métodG e do sistema, vai agora ser proporcionada uma descrição detalhada tanto do processo como do sistema, com referência aos desenhos anexos nos quais: FIG, IA: mostra um diagrama de um sistema alimentador de parafuso; FIG, 1B: mostra um diagrama de um sistema alimentador inclinado; FIG. 2: mostra um diagrama do reactor de gaseificação; FIG. 3: mostra um diagrama dos sistemas de lavagem e filtragem; FIG. 4: mostra um diagrama do dispositivo de queima de emergência, catalisador e processo de lavagem. 0 Sistema de fornecimento de WSRF.

Como o WSRF é um combustível homogéneo, tanto em termos das suas características de dimensionamento como físico-químicas, o processo não precisa de qualquer pré-tratamento, de modo que o combustível é fornecido na forma de "cotão", sem quaisquer tratamentos adicionais de extrusão e/ou preparação de pastilhas, tal como é o caso em outros tratamentos de gaseificação.

Os meios de transporte do WSRF para dentro do reactor de gaseificação 8 têm uma característica particularmente inovadora de utilizar uma técnica para permitir o escoamento contínuo e homogéneo do combustível para dentro do reactor.

ΕΡ 1 758 692/PT α Ο processo de fornecimento contínuo permite, devido a um combustível homogéneo, tal como o WSRF, obter uma gaseificação estável e uma taxa de produção constante de gás de síntese em relação ao volume e valor calorífico do próprio gás. 0 sistema para alimentação contínua de WSRF para dentro do reactor 8, mostrado em duas versões diferentes A, B na figura 1, cGnsiste: H num silo de armazenagem de WSRF; H num sistema de transporte (1) do WSRF desde o silo de armazenagem até um receptor de doseamento (2); 0 num sistema de transporte (3) do WSRF desde o receptor de doseamento (2) até um sistema de entrada (5) para dentro cg reactor de gaseificação (8); 13 num sistema de vedação dupla (4) com válvulas; 13 num sistema de inertização com Azoto; 13 num sistema de transporte (5) para alimentar o WSRF para dentro do reactor de gaseificação (8); 13 num sistema de recuperação de capacidade excessiva (6) . 0 WSRF é alimentado, tal como mostrado na figura 2, para o reactor de alta temperatura 8 por meio do sistema alimentador 5, o qual pode ser um alimentador de parafuso arrefecido ou uma rampa. 0 ambiente de redução dentro do reactor de gaseificação 8 ê mantido a uma elevada temperatura graças à energia térmica gerada pelos queimadores 11, alimentados por oxigénio e biogãs (ou gás natural ou GLP) , permitindo deste modo que a gaseificação tenha lugar. Os componentes voláteis no WSRF são instantaneamente gaseados, enquanto que a parte carbonosa menos volátil é depositada na parte inferior 9 do reactor 8 para ser subsequentemente gaseada. Graças a um tempo de reacção suficientemente longo dentro do reactor (< 2 segundos), os componentes macro- moleculares presentes no gás de síntese são convertidos, na parte superior do reactor 10, em moléculas simples (H2, CO, CH4, C02, H2Q) , assegurando desse modo um equilíbrio termodinâmico. Graças à área de secção transversal grande do reactor, os gases de síntese, gerados pela gaseificação, assumem uma velocidade ascendente, diminuindo do centro do 10

ΕΡ 1 758 692/PT reactor para as paredes do mesmo, de entre 2 e 4 m/s, evitando deste modo o transporte em massa do carbono e da matéria em partículas minerais fundida para a saída do reactor.

Por meio da adição controlada, acima da estequiométrica, de oxigénio quer nas zonas inferior como superior do reactor de alta temperatura, e graças às reacções exotérmicas criadas desse modo, a temperatura de saída do gãs 15 alcança 1100°C. De modo a evitar a fusão das cinzas transportadas pelo escoamento em ascensão do gãs de síntese que, devido à sua própria condensação, iria causar o entupimento da secção do sistema imediatamente antes do arrefecedor 16, são evitadas temperaturas mais elevadas do que os 12Q0°C.

Uma série de queimadores instalados na secção superior de reactor 10, acima do sistema de fornecimento, dão ao gãs de síntese uma ligeira turbulência, optimizando a homogeneização da temperatura. Essa tal homogeneização impede o risco de formação de quaisquer correntes de ascensão mais frias (< 800°C) que iriam causar a criação de cadeias moleculares longas tais como aquelas dos alcatrões.

Na parte inferior 9 do reactor 8, onde a temperatura média está compreendida entre 1500 e 1700°C e, mais em particular, está a cerca de 1600°C, os componentes inorgânicos do WSRF, os quais são as matérias metálicas e minerais, fundem. A massa fundida é recolhida por gravidade para dentro do cadinho de fusão 9. Este é mantido à temperatura de funcionamento através da adição de biogás (ou quer Gãs Neutro ou GPL) e oxigénio puro e, com um período adequado de permanência, é obtida desse modo a mistura das massas fundidas.

Uma série de queimadores posicionados horizontalmente na cuba de lavagem radial do cadinho de fusão 9 proporciona a energia térmica necessária para manter o material inorgânico, tais como os minerais e os metais originalmente contidos no WSRF, no estado líquido, assegurando deste modo um nível constante dentro do cadinho de fusão. De modo secundário, o escoamento de gãs criado pelos queimadores acima mencionados gera uma espécie de impulso cinético suficiente para impedir 11

ΕΡ 1 758 692/PT ο risco de transporte acidental de qualquer WSRF não queimado dentro da cuba de entrada directo para a cuba de lavagem do cadinho 9. A massa fundida entra através de um canal 12 no tanque de armazenagem de granulado 13 onde, devido ao arrefecimento pela água, solidifica, dando deste modo origem a um granulado mineral nâo lixíviável vitrifiçado e metálico.

Também existe uma série de queimadores, instalados verticalmente na saída a partir da cuba de lavagem do cadinho, o que significa que a energia térmica gerada tem desse modo capacidade para fundir quaisquer eventuais materiais solidificados em resultado da refrigeração dos mesmos, provocada pelo vapor de água em ascensão a partir do tanque de recolha e do dispositivo de esmagamento de granulado mineral e metálico alimentado por água.

De modo a evitar que qualquer gãs de síntese se escoe para fora a partir do reactor de gaseificação na direcção do exterior através da cuba de lavagem do cadinho de fusão 9, o tanque de recolha de granulado mineral e metálico 13 está directamente ligado ao mesmo. H Granulado mineral não lixíviável vitrifiçado e granulado metálico.

Aproximadamente 7% em peso da quantidade de WSRF introduzida dentro do sistema de gaseificação é devolvida na forma de granulado mineral vitrifiçado inerte e granulado metálico. A Universidade de Roma efectuou vários testes de transferência e análises relativas numa amostra de granulado mineral vitrifiçado de modo a verificar a sua composição. Os resultados estão mostrados na tabela 1 abaixo:

12 ΕΡ 1 758 692/PT TABELA NO

Limites de concentração no eluato para de desperdício inerte. aterro

Componente

AS Ba Cd Cr 2 0 , o 0 4 0,05

Mc Ni

Pb Sb

Se Zn

Cloretos

PI uoretos

Sulfatos índice de f enol

DOC TDS1 2

* É possível totais) como cloreto. 1 utilizar o índice de TDS (Sólidos dissolvi^ uma alternativa para os valores de sulfato 8

Com base nestas análises, os granulados minerais vitrificados também podem ser utilizados nas aplicações que se seguem: • aditivo de betão, como um substituto para a gravilha; • construção de estradas; 2 formação de paisagens; • substituição de pedras naturais; • utilizado como material de decapagem 13

ΕΡ 1 758 692/PT enquanto o granulado metálico pode ser enviado para recuperação de fundição. 13 Refrigeração e purificação de gás de síntese.

Nesta parte do sistema, tal como mostrado na figura 2, o gás de síntese e arrefecido e purificado. Todas as substâncias químicas e resíduos orgânicos indesejáveis são removidos pelo gás de síntese, de modo a facilitar a sua reciclagem. 0 gás de síntese que se escoa para fora a partir da parte superior do reactor de alta temperatura 8 passa pelas seguintes etapas: - refrigeração com água (16, 17) ; - lavagem ácida (18); - lavagem básica (19, 20) ; - eliminação iniciai do ácido sulfídrico (21); - eliminação de partículas finas por meio do filtro eléctrico húmido (22); - catálise para a eliminação dGS compostos orgânicos do Enxofre (27); - eliminação do ácido sulfídrico residual (28). H Refrigeração com água. 0 gás de síntese grosseiro deixa o reactor a uma temperatura entre 800 e 1200°C e, mais precisamente, em aproximadamente 1100°C, e é arrefecido na etapa de refrigeração 16, por meio de água, até que caia para uma temperatura de 90-95°C. Este arrefecimento repentino serve para "congelar" o equilíbrio termodinâmico provocado pelo reactor de elevada temperatura, evitando deste modo a nova formação de dioxinas e furanos. A característica especial deste processo de arrefecimento rápido, tal como descrito anteriormente, consiste na ausência de aparelhos técnicos tais como permutadores de calor e outros dispositivos normalmente utilizados para o arrefecimento de fluidos. A energia térmica necessária para o processo de arrefecimento procede da evaporação da água utilizada no circuito de refrigeração. 14

ΕΡ 1 758 692/PT A quantidade de água evaporada é novamente integrada pela última etapa do tratamento de água de processo que, por sua vez, ê praticamente e totalmente destinada ao tratamento de condensados na etapa de lixiviação de alcalinos. H Tratamento de gãs de síntese. 0 gãs arrefecido por evaporação na etapa de refrigeração 16 é submetido à etapa de decapagem ácida 18 na qual um outro tratamento é levado a cabo. A presença do cloreto e flúor no WSRF dã origem à formação de HC1 e HF no reactor de alta temperatura. Estes componentes são dissolvidos na etapa de refrigeração aquosa, dando origem a um valor de ph altamente ácido.

Graças ao tratamento num pH <3, os metais voláteis pesados contidos no gás de síntese grosseiro são dissolvidos na forma de cloretos e fluoretos e são, por conseguinte, eliminados do gás de síntese. Outras substâncias químicas que provocam a formação de ácidos tais como H2S, S02 e C02 continuam a permanecer num estado gasoso e movem-se para as etapas de tratamento subsequentes. A água de refrigeração e o líquido utilizados na decapagem ácida, que opera num circuito fechado, são desgaseifiçados antes de serem enviadGs para um processo de sedimentação e filtragem, que actua para separar a matéria sólida. 0 líquido de lavagem purificado é enviado para a refrigeração através de bombas no circuito, depois do arrefecimento no permutador de calor.

Na etapa de lavagem alcalina 20, as gotas de líquido, a partir da etapa de tratamento ácido anterior, transportadas pelo escoamento de gás de síntese, são então neutralizadas. Com esta finalidade, o valor de pH do fluido de lavagem é mantido a um nível de entre 7 - 7,5 pela adição de NaOH. O excesso de água, que resulta a partir da condensação da humidade presente no WSRF assim como a partir da evaporação da água, gerada pelo processo de arrefecimento, que se escoa para fora a partir da etapa de refrigeração, é enviado para o sistema físico-químico para tratamento de água de processo.

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Através da rotura do ferro trivalente em ferro bivalente e subsequente nova oxidação como o resultado da entrada de ar na etapa de regeneração, o sulfureto de hidrogénio é dissociado em enxofre e hidrogénio elementares. A eliminação de H2S ocorre durante a etapa de tratamento de remoção de enxofre 21 durante a qual o contacto entre o gás de síntese e a solução de líquido é assegurado pela emissão capilar de líquido para dentro da máquina de lavar. A oxidação do ferro bivalente e a regeneração subsequente do líquido de remoção de enxofre, assim cgiuo a separação do enxofre elementar, ocorre durante a etapa de regeneração. Depois da sedimentação, o enxofre é desidratado numa prensa de filtragem e eliminado do processo.

Depois da etapa de remoção de enxofre, o gãs é tratado num filtro electrostãtico húmido (EFU) 22 à mesma temperatura que na etapa anterior. 0 processo electro-físico nesta etapa de tratamento permite a eliminação das partículas voláteis e dos aerossóis ainda presentes no gás de síntese. 0 sistema também prevê a nova circulação num circuito de água semi-fechado, transportando deste modo parte da água contaminada para a etapa de oxidação e a reintegração da água limpa a partir da etapa de evaporação, e a cristalização do sistema de tratamento de água de processo.

Kl Protecção hidráulica e dispositivo de queima de emergência.

Tanto o reactor de alta temperatura como as etapas de tratamento de gás de síntese operam numa condição de ligeiro excesso de pressão (até 450 bar), evitando deste modo a penetração do oxigénio presente no ar e a formação resultante de misturas de gás explosivas. 0 tubo principal 23 da secção de tratamento de gãs de síntese, tal como mostrado na figura 3, está ligado a uma protecção Hidráulica 24 a qual actua como uma válvula de segurança. Na eventualidade de qualquer aumento repentino da pressão acima dos limites de segurança, o gás de síntese é transportado através da protecção hidráulica directamente para o dispositivo de queima de segurança 25, o qual proporciona a sua combustão. O dispositivo de queima de

ΕΡ 1 758 692/PT 16 emergência 25 é um elemento de segurança importante dado que, na eventualidade de quaisquer falhas do sistema, o processo de gaseificação não pode ser repentinamente interrompido e o gãs tem, em qualquer situação, de ser deitado fora de uma maneira segura. Η Tratamento de água de processo. A água de processo consiste principalmente em vapor de água condensado nas etapas de tratamento de gás, o qual vem parcialmente da humidade presente no WSRF, e resultando parcialmente dos processos de gaseificação e combustão. A purificação da água de processo que tem origem a partir do tratamentG à base de ácido do gás de síntese ocorre nesta unidade. 0 escoamento de condensado contém tanto metais como sais. As fases principais do processo físico-químico são: • Oxidação; • Precipitação; • Sedimentação; • Neutralização; • Evaporação e cristalização.

Os produtos finais de tratamento são: • Concentrado de hidróxidos de metal e resíduos de carbono; • Mistura de sal. A água de processo evaporada na última etapa de tratamento, depois da condensação, é utilizada no circuito de arrefecimento das torres de evaporação, assegurando deste modo que o sistema fique livre de fluidos refluentes. A água de processo que se escoa para fora a partir da etapa básica de tratamento de lavagem é depois enviada para os tanques de oxidação. A mesma é oxidada através da adição de perõxido de hidrogénio, de modo que o sulfureto de hidrogénio dissolvido na água é deste modo transformado em enxofre dissolvido, evitando assim o escape de gãs de sulfureto de hidrogénio nas subsequentes etapas de tratamento. Ao mesmo tempo, o ferro 17

ΕΡ 1 758 592/PT bivalente é transformado em ferro trivalente para melhorar as condições de precipitação. Os agitadores asseguram uma acção de mistura intensa durante a etapa de oxidação. Depois da oxidação do líquido a partir do tratamento básico de lavagem, a lama de sedimentação de carbono e a água limpa a partir do circuito primário de refrigeração sâo transportadas para os tanques de armazenagem do condensado produzido durante todas as etapas de tratamento de gás durante o processo de arrefecimento. Esta área de armazenagem permite normalizar o escoamento de líquido para as etapas de tratamento subsequentes. 0 valor de ph assumido que vai de 8,5 a 9,0 é regulado pela adição de soda cáustica, de modo que os hidróxidos de metal pesados podem ser separados. A adição de C02 através das membranas porosas permite a precipitação do cálcio dissolvido na água na forma de carbGnatG de cálcio. A lama composta por partículas de carbono, carbonato de cálcio e hidróxidos de metal, é enviada para a armazenagem subsequente e etapa de desidratação, enquanto na etapa aquosa limpa é bombeada para o sistema de neutralização. É adicionado ácido clorídrico de modo que a água de processo derivada da precipitação é neutralizada antes de ser enviada para o permutador de iões subsequente. A etapa de neutralização permite a cristalização na etapa de evaporação, na forma de sal, tanto do cloreto de sódio como do cloreto de amónia, que de outro modo, devido aos valores básicos de trabalho do pH, iriam evaporar com a água.

Dois permutadores de catião operados de modo alternativo transportam os resíduos de cálcio, zinco e outros metais. Enquanto um dos módulos está a funcionar, o outro é regenerado. Durante o processo de regeneração, os iões metálicos retidos são substituídos por iões de sódio, os quais são por sua vez transferidos para a água durante a etapa de operação de modo a reter os iões metálicos. Os sais são cristalizados no sistema de evaporação. 0 vapor de água produzido, depois da condensação, é enviado para o circuito de arrefecimento para compensar parcialmente a água de reintegração necessária para o funcionamento das torres de evaporação. A solução aquosa cristalina é tratada por uma máquina centrífuga para remover os cristais de sal. Este 18

ΕΡ 1 758 692/PT processo nâo gera quaisquer águas residuais e está, por conseguinte, livre de qualquer fluido refluente. A água a partir do WSRF pode apenas ir parcialmente ao encontro das necessidades do circuito de arrefecimento de evaporação, especialmente nos meses de verão. Ê por conseguinte necessário ligar à rede industrial para fins de arrefecimento e à rede de água potável para fins sanitários. De modo alternativo, sob certas condições territoriais, uma secçãG de tratamento de desperdício líquido (isto é, percolação de fossa) pode ser integrada no sistema de gaseificação, contribuído por terceiros, de modo a reciclar a água de processo tratada e fazer poupanças aos recursos hídricos. 0 Sistema de produção de oxigénio. 0 sistema de fraccionamento de ar gera oxigénio puro, azoto e ar comprimido. 0 oxigénio é utilizado no processo térmico, azoto para tornar os vários elementos do sistema inertes, durante as operações de reparação e manutenção, enquanto o ar comprimido é utilizado para o controlo dos elementos de regulação e fecho. Em certos casos, o sistema de fraccionamento de ar não é parte integral do sistema de gaseificação; o oxigénio necessário para o processo de gaseificação é fornecido através de tubagem de baixa pressão a partir de um sistema externo posicionado na vizinhança e destinado à produção de oxigénio de engenharia para várias utilizações industriais. 0 Produção de energia eléctrica. 0 gás de síntese purificado pode ser transportado para os seguintes sistemas para a exploração do seu potencial energético: • turbinas de gás, depois de um ou mais andares de compressão; em combinação com um ciclo combinado com uma turbina de vapor para a produção de apenas energia eléctrica, ou através de um ciclo de co-geração na produção de vapor e/ou água quente; 19

ΕΡ 1 758 692/PT • motores de gãs em combinação com um ciclo de cogeração para a produção de energia eléctrica, vapor e/ou água quente; • células de combustível com carbonatos derretidos ou que funcionam com óxidos sólidos para a produção de energia eléctrica em combinação com um ciclo regenerativo para a produção de vapor e/ou água quente, ou através de uma bomba de calor, para energia de frio. 0 gãs de síntese também pode ser utilizado como combustível gasoso e utilizado para: • caldeiras industriais; • centrais termoeléctricas, mesmo do tipo "turbogas"; • fornos industriais. 0 processo de purificação forçado do gãs de síntese, tal como proporcionado pelo presente processo, assegura, durante a sua combustão para a produção de energia térmica e eléctrica, a conformidade com os regulamentos em relação às emissões atmosféricas macro-poluentes, tais como os gases ácidos (HC1, HF), óxidos de enxofre e material na forma de partículas, enquanto exclui a presença de compostos clorados orgânicos tais como dioxinas e furanos.

Graças ao sistema de gaseificação do presente invento, que mostra um impacto ambiental reduzido, o WSRF pode ser utilizado de modo ideal num sistema que assegura os benefícios tal como enunciados repetidamente, proporcionando uma resposta fiável e uma solução técnica avançada, dado que assegura a recuperação máxima dos recursos contidos no desperdício, enquanto que ao mesmo tempo limita o impacto ambiental ao mínimo, dado que: • reduz a percentagem de resíduos a serem enviados para armazenagem final para uma taxa mínima de 20-25% em peso do resíduo tratado presentemente; • assegura a recuperação e reciclagem máximas dos metais (ferro, alumínio, granulados metálicos) assim como dos materiais destinados ao sector de construção (granulado mineral) e recuperação ambiental; • reduz o impacto ambiental em termos de macro e micro emissões de poluição do ar,· 20

ΕΡ 1 758 692/PT • permite a utilização racional dos recursos de água,· • assegura que os resíduos de processamento sejam tornados completamente inertes e estabilizados, prontos para serem enviados para armazenagem final.

Lisboa, 2014-01-21

Claims

ΞΡ 1 758 692/PT REIVINDICAÇÕES 1 - Método para a reciclagem de resíduos sólidos municipais e utilização do combustível recuperado de resíduos sólidos, que compreende as etapas que se seguem: - recepção do resíduo sólido municipal; alimentação de modo continuo e homogéneo do combustível recuperado de resíduos sólidos para dentro de um reactor (8) com pelo menos uma câmara de combustão; - escolha mecânica das fracções seca e húmida; - tratamento da fracção seca e preparação do combustível recuperado de resíduos sólidos; - recuperação de metais; - tratamento da fracção húmida; - refinação da fracção orgânica estabilizada; - redução de volume de materiais volumosos; - tratamento de ar de processo; gaseificação do combustível recuperado de resíduos sólidGS num reactor com pelo menos uma câmara de combustão; - produção de energia eléctrica a partir do gás derivado a partir do processo e produção de hidrogénio; em que o tratamento da fracção seca e preparação do combustível recuperado de resíduos sólidos compreende os passos que se seguem: - remoção dos artigos metálicos; - dimensionamento por meio de um retalhador com grelha extensível; - deslocação de vento; - melhoria da limpeza e da qualidade; caracterizado por: a. a gaseificação do combustível recuperado de resíduos sólidos compreender os passos de: gaseificação do combustível recuperado de resíduos sólidos por meio de queimadores de oxigénio- biogãs (11); - limpeza do gãs obtido,· ΕΡ 1 758 592/PT 2/7 - conversão, por fusão, dos componentes inorgânicos presentes no combustível recuperado de resíduos sólidos em granulado vitrificado não lixiviado mineral e metálico; em que o biogãs utilizado pelos queimadores (11) deriva do processo de digestão anaeróbica da fracção orgânica; b. o tratamento da fracção húmida é um tratamento aeróbico que consiste numa bio-oxidação que compreende os passos de: - decomposição acelerada das substâncias orgânicas durante 2-3 semanas; - separação dos resíduos de processamento inertes a partir da biomassa; e - maturação e estabilização da fracção orgânica durante 5-6 semanas; em que a referida bio-oxidação é mantida aeróbica por meio de ventilação forçada e inversão mecânica.
2 - Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a recepção dos resíduos sólidos municipais ser realizada ao utilizar uma linha de alimentação com um dispositivo de escolha mecânica, que, depois da pesagem, remove quaisquer materiais volumosos.
3 - Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por a escolha mecânica das fracções seca e húmida ocorrer através das grelhas de peneiração de tambores rotativos com dispositivo de auto-limpeza, depois da realização da abertura de sacos de refugo de plástico por meio de separadores de sacos que rodam lentamente.
4 - Método de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por a recuperação dos metais ocorrer por acções de correntes electromagnéticas e correntes "eddy".
5 - Método de acordo com a reivindicação 1, em que: ΕΡ 1 758 592/PT 3/7 - ο arejamento forçado ocorre por meio de uma rede capilar de distribuição de ar, enquanto a inversão mecânica é conseguida por parafusos sem fim; a refinação da fracção orgânica estabilizada é alcançada numa linha mecânica onde os fragmentos inertes tipo vidro e pedras são rejeitados e o combustível recuperado de resíduos sólidos, que consiste principalmente em fragmentos de plástico e fracção orgânica estabilizada, se obtém; - a redução de volume dos materiais volumosos ocorre por retalhação e recuperação simultânea dos materiais ferrosos; - o tratamento de ar de processo compreende os passos de: a) sucção de ar a partir de cada etapa de processo e manutenção de condições de pressão negativa; b) enviar parte do referidG ar sugado para os ciclos de combustão do combustível recuperado de resíduos sólidos e do resto para um sistema de tratamento de ar,
6 - Método de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, em que adicionalmente: - o reactor e as etapas de tratamento de gás operam numa ligeira condição de sobre-pressão, em que a pressão vai até 450 bar; - uma fracção de carbono do combustível recuperado de resíduos sólidos cai dentro de um cadinho (9) na parte inferior do reactor (8), onde a temperatura está compreendida entre 1500 e 1700°C, de preferência 1600°C, sendo a referida fracção de carbono gaseificada depois da fracção volátil; - a temperatura dos gases que saem do reactor (8) está compreendida entre 800 e 1200°C, de preferência 1100°C; - uma série de queimadores na parte superior (10) do reactor (8) , acima do sistema de alimentação de combustível recuperado de resíduos sólidos, imprime uma ligeira turbulência que optimiza a homogeneização da temperatura; - o cadinho (9) é mantido à temperatura de funcionamento por meio de biogás e oxigénio alimentado por queimadores (11) . ΕΡ 1 758 592/PT 4/7
7 - Método de acordo cora uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por o gás que vem a partir da parte superior (10) do reactor (8) passar pelas etapas que se seguem: - refrigeração com água (16, 17); - lavagem ácida (18); - lavagem básica (19, 20) ; - eliminação inicial do ácido sulfídrico (21); - eliminação das partículas finas por meio do filtro electrostático húmido (22); - catálise para a eliminação de compostos orgânicos de Enxofre (27); - eliminação de ácido sulfídrico residual (28).
8 - Método de acordo com a reivindicação 7, em que: - na etapa de refrigeração (16, 17) o gás produzido é arrefecido a uma temperatura compreendida entre 90 e 95°C; - na etapa de lavagem ácida (18) o pH é < 3; na etapa de lavagem básica (19, 20) o pH está compreendido entre 7 e 7,5.
9 - Método de acordo com uma das reivindicações 1 a 8, em que a produção de hidrogénio compreende as etapas de: - limpeza de CO por uma reacção catalítica de conversão de água gás de duas etapas; purificação por meio de separação de membranas e adsorção por variação de pressão.
10 - Sistema para a reciclagem de resíduos sólidos municipais e exploração do combustível recuperado de resíduos sólidos, que compreende: - meios para receber os resíduos sólidos municipais; - uma ou mais linhas de escolha para a escolha mecânica das fracções seca e húmida; - meios para o tratamento da fracção seca e preparação do combustível recuperado de resíduos sólidos; - meios para recuperar de modo electromagnético metais; - meios para a bio-oxidação da fracção húmida,· ΞΡ 1 758 592/PT 5/7 - uma linha de refinamento mecânico para o refinamento do bio-resíduo estabilizado? - meios de esmagamento para a redução do volume dos materiais volumosos? - um sistema para a alimentação continua e homogénea de combustível recuperado de resíduos sólidos, que compreende: - um silo de armazenagem de combustível recuperado de resíduos sólidos? um sistema de transporte (1) do combustível recuperado de resíduos sólidos desde o silo de armazenagem até um receptor de dosagem (2)? um sistema de transporte (3) do combustível recuperado de resíduos sólidos desde o receptor de doseamento (2) até um sistema de admissão (5) para dentro de um reactor de gaseificação (8)? - um reactor de gaseificação (8) com pelo menos uma câmara de combustão? - uma conduta de saída (15) do reactor de gaseificação (8) ? - uma secção para a eliminação de partículas finas (22)? - um sistema de ciclos combinados para a produção de energia eléctrica e um sistema para a produção de hidrogénio, caracterizado por o sistema compreender: - um tanque de recolha de granulado (13)? - uma secção para a refrigeração de água (16, 17)? - uma secção para a lavagem ácida (18)? - uma secção para a lavagem básica (19, 20) ? uma secção para a eliminação inicial do ácido sulfídrico (21)? - um catalisador para a eliminação dos componentes orgânicos de Enxofre (27)? - uma secção para a eliminação do ácido sulfídrico residual (28)? por - o reactor (8) compreender uma parte superior (10) e uma parte inferior providas de um cadinho de fundição (9) ? - o referido tanque de recolha de granulado (13) estar ligado ao cadinho (9) por meio de um canal (12)? ΕΡ I 758 592/PT 6/7 - estarem instalados queimadores de oxigénio - biogás (11) na parte superior (10) e na parte inferior (9) do reactor (8) assim como no canal (12); em que o sistema para a alimentação contínua e homogénea do combustível recuperado de resíduos sólidos compreende ainda: - um sistema de vedação dupla (4) com válvulas; - um sistema de inertização com Azoto; um sistema de transporte (5) para alimentar o combustível recuperado de resíduos sólidos para dentro do reactor de gaseificação (8); - um sistema de recuperação de capacidade excessiva (6) ; e em que o sistema compreende ainda meios para recuperar o biogãs a partir do processo de digestão anaeróbico e proporcionar o mesmo aos queimadores (11).
11 - Sistema de acordo com a reivindicação 10, em que o sistema de transporte (5) para alimentar o combustível recuperado de resíduos sólidGS para dentro do reactor de gaseificação (8) ê um alimentador em parafuso arrefecido ou uma rampa.
12 - Sistema de acordo com uma das reivindicações 10 ou 11, em que a secção para a eliminação de partículas finas (22) compreende um filtro eléctrico húmido.
13 - Sistema de acordo com uma das reivindicações 10 a 12, em que uma protecção hidráulica (24) ligada directamente a um dispositivo de queima de emergência (25) é proporcionada entre a secção para a eliminação de partículas finas (22) e o catalisador para a eliminação dos compostos orgânicos de Enxofre (27).
14 - Sistema de acordo com uma das reivindicações 10 a 13, em que o sistema para a produção de energia eléctrica compreende turbinas de gãs e motores. ΕΡ 1 758 692/PT
15 - Sistema de acordo com uma das reivindicações 10 a 14, em que o sistema para a produção de hidrogénio compreende uma unidade de limpeza de C0; uma unidade de separação de membranas, uma unidade de adsorção por variação de pressão, uma unidade de compressão e armazenagem de hidrogénio. Lisboa, 2014-01-21