PT99938A - Processo para a fabricacao de um material combustivel solido a partir de residuos solidos urbanos e /ou industriais semelhantes a residuos urbanos e /ou agricolas - Google Patents

Description

A presente invenção refere-se a um processo para a fabricação, a partir de resíduos sólidos urbanos (R.S.U.) e/o industriais semelhantes a resíduos urbanos, de um material que possa ser utilizado como combustível para centrais termoeléctricas, em fábricas de cimento, etc...

Hoje em dia, com o aumento da população colocam-se, em proporção crescente, a eliminação de todo o tipo de resíduos de fabricação industrial na exploração de minas, indústria e também a eliminação de resíduos sólidos urbanos (R.S.U.) e resíduos sólidos industriais semelhantes aos resíduos urbanos ; os resíduos sólidos urbanos (R.S.U.) calculam- -se em 1 kg por pessoa/dia. No caso de Espanha, pode-se calcular esta quantidade em 14 x 106 ton./ano, A escassez de lixeiras e os problemas que estes acarretam, assim como a escassez de combustíveis, são dos problemas que se apresentam hoje em dia. Com o fim de proporcionar uma solução aceitável para os referidos problemas, propôs-se transformar os resíduos sólidos urbanos e .os resíduos sólidos indrustriais semelhantes aos resíduos urbanos, previa-mente triturados e livres de vidro, elementos metálicos, humidade e submetidos a um tratamento termo-químico, num material sólido, moldado, susceptível de ser transportado e

-4-armazenado e cuja utilização é semelhante a combustível em centrais termoeléctricas, fábricas de cimento e semelhantes. ESTUDO DE PATENTES ANTERIORES

Existem várias patentes que realizam a pirólise de resíduos orgânicos e misturam produtos carbonizados, como a Patente Francesa 2376894, datada de 78/09/08 , e também a 2369505-7806.0. Também a queima de matéria orgânica em leito fluido, se encontra patenteada pela NIPPON STEEL CORP., com a patente JP 53049001, datada de 78/05/04.Os produtos da combustão são polimerizados e pirolisados adicionando outros combustíveis com um queimador auxiliar. Ο fí)'

Nalguns casos, adiciona-se-lhes calcário como dessulfu-rante e eliminador de escória, como na Patente Americana US 4078914, datada de 78/03/14, e na Patente Americana US 410386, datada de 89/09/20, com uma secagem prévia à pirólise, a 115’-371° C. Por outro lado, não são referidas quanto se trata de fazer compostos, uma vez que julgamos ser esta apenas uma solução parcial na Patente Americana US 356224, de 89/05/24. A utilização de vapor de água sob pressão para recuperar o calor latente, com o objectivo de secar os resíduos, a fim de ser feita uma incineração sem utilizar combustível suplementar, a temperaturas super- -5-

críticas e a pressões subcríticas, é contemplada na Patente Americana US 294424, de 89/01/09.

Também não é contemplado o processo de incineração nas Patentes Americanas, tais como a US 176782, datada de 88/04/01, ou na US 180879, de 88/04/13, ou na US 293546, de 89/01/03.

Nalguns processos, tais como o da Patente Americana US 399295, é realizada uma pré-secagem que reduz a humidade para 8-10%, por compressão e briquetagem como coisa original. A fusão das cinzas obtidas é reivindicada na Patente Americana US 132058, de 80/03/20, por combustão em leito fluidizado a elevadas temperaturas e passagem através das cinzas. A utilização de uma redução da pressão atmosférica ajuda um fluxo positivo do ar e evita problemas ao pessoal. O uso de pedra calcária como purificador de gases de saída é utilizado na Patente Espanhola PE 2846032, datada de 80/04/30.

Na Patente Italiana 105230, de data recente, de 85/10/28, os resíduos urbanos são pulverizados e secos a um nível pré-determinado, para evitar a produção de fungos e possíveis fermentações. Adicionam-se determinados produtos -6-

químicos para evitar a produção de gases tónicos na posterior combustão do produto peletizado.

Em resumo, de cerca de 100 patentes previamente estudadas, a maioria acaba por utilizar a incineração directa dos resíduos urbanos.

Nalguns casos, os gases de saída são depurados com pedra calcária, para eliminar principalmente o SO^ . Em vários casos, os resíduos urbanos são utilizados para biocatálises produtoras de Metano e de Hidrogénio. A pirólise é usada em muitos casos. O leito fluidizado e a separação prévia de metais estão largamente patenteados para a produção de energia em fervedores , em directo e sem outros tratamentos. A secagem prévia faz-se por briquetagem, ou de forma pouco definida na referida patente Italiana. 0 pedido de patente Francesa ns: 2472.421, descreve um processo de tratamento de lixos urbanos a grãos artificiais.

Para tal, eliminam-se os elementos metálicos e faz-se reagir a massa resultante, que pode ter cerca de 30% de celulose e humidades compreendidas entre cerca de 20 e cerca de 45%, com cal viva e/ou sal de cálcio, a temperaturas compreendidas entre 250° C e 450° C, de forma a obter-se um produto pulverulento, què é aglomerado por compressão, com -7-

prévia adição de um ligante para formar alguns grânulos. Também a mesma patente ns: 2472421 indica que os grânulos são submetidos a um tratamento térmico final ou posterior ao anterior, a temperaturas compreendidas entre 150“ C e 350“ C, com uma duração suficiente para os aquecer integralmente. Como ligante, propunham uma mistura de monofosfato de cálcio, gesso, ureia, caseína, cola de ossos e acetato de polivinilo. A patente indicava que se podiam adicionar cargas, tais como resíduos industriais, resinas silicatos. Contudo, não se preconizava nem se pretendia o seu uso, como no nosso caso, de material combustível.

No caso de se utilizarem matérias combustíveis para fervedoures, existem numerosas patentes que utilizam lixos urbanos, mas em nenhum caso se faz uma secagem, excepto na patente Britânica 1597443, de 81/09/09, na qual, depois de uma classificação balística seguida de humidificação e secagem, se faz uma peletização com um aglomerante de polie-tileno e lignina. Na patente Britânica 1604948, de 81/12/16, faz-se também uma separação de metais e, inclusive, de plásticos e vidros e utilizam-se os álcoois obtidos por fermentação como combustíveis.

Os processos, de acordo com as técnicas anteriormente -8-

ι explicadas não são completamente satisfactórios.. Em particular, pelo facto de o consumo energético para a eliminação da água se perder, aumentando esta as propriedades corrosivas de alguns gases desprendidos na' combustão, tais como o SO^, NOx e HC1 e faz com que, no nosso caso, se combinem com o hidróxido de cal que contem o material resultante e com que diminuam as possíveis corrosões dos elementos aquecedores das caldeiras de vapor, ao mesmo tempo que diminuem os possíveis contaminantes aromáticos, orgânicos, bifenilos e compostos clorados, tais como furanos e dioxinas, como é desejável num combustível para centrais termoeléctricas.

Por outro lado, a sua estabilidade biológica é importante, pelo facto de se ter eliminado o seu anterior potencial contaminante e de permanecer inodoro, A presente invenção tem como objectivo proporcionar um processo que permita a obtenção de um material que apresente, tal como já dissemos, uma combinação óptima de propriedades biológicas e físico-químicas, que interessam especialmente para a sua utilização como material combustível para centrais termoeléctricas, de fabricação de cimento, etc... -9- /} .'i ///¾ /L·

PROCESSO PÃRÃ A FÃBRICACAO. A PARTIR DE RESÍDUOS SOLIDOS

URBANOS E DE RESÍDUOS SOLIDOS INDUSTRIAIS SEMELHANTES A

RESÍDUOS URBANOS. DE UM MATERIAL COMBUSTÍVEL

Μ

Trituram-se os resíduos sólidos urbanos (R.S.U.) e os resíduos sólidos industriais semelhantes a resíduos urbanos (R.S.I.S.U.), separam-se os materiais ferro-magnéticos , seguidamente trituram-se para um tamanho menor, separam-se o vidro e metais para-magnéticos e, numa rosca sem-fim, adiciona-se cal viva e vapor de água. Seca-se entre 100° C e 200° C, a fim de que a temperatura máxima seja inferior ao ponto de inflamação das matérias combustíveis que possam existir nos resíduos urbanos, sobretudo se estas já estão parcialmente secas, isto é, que o seu conteúdo de água seja inferior a 1%. A temperatura de saída do forno de secagem deve ser próxima da do ponto de ebulição da água - 100° C, para se obter o máximo rendimento de secagem à pressão normal

Este material é novamente granulado e pode ser utilizado como combustível em centrais termoelêctricas, com as seguintes vantagens: não conter humidade, ser estável, ser inodoro, ser transportável, não libertar ou ter reduzidos ao mínimo os produtos tóxicos na combustão e diminuir a

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corrosão no sistema produtor de vapor nas centrais térmicas. As cinzas obtidas da combustão podem ser utilizadas para a fabricação de cimento (como matéria prima), para depuração de fumos ou como adições ao cimento Portland. 0 processo de acordo com a invenção é caracterizado pelo facto de se misturarem resíduos sólidos urbanos (R.S.U.) e resíduos sólidos industriais semelhantes a resíduos urbanos ( R.S.I.S.U. ) , isentos de materiais metálicos contaminantes e vidro, com um material em pó que contenha óxido de cálcio. A mistura assim obtida é tratada com vapor de água, a uma elevada temperatura de 100° C - 200° C, a fim de destruir a estrutura orgânica dos materiais que compõem os resíduos sólidos urbanos(R,S,U.) e os resíduos sólidos industriais semelhantes a resíduos urbanos (R.S.I.S.U.}, proteínas, gorduras e principalmente os hidratos de carbono e facilitar a sua posterior moldagem por laminação entre rolos, a fim de aumentar a sua densidade e facilitar a sua posterior secagem a qual se faz num forno rotativo de tabuleiro interno helicoidal, que facilita o avanço interno do material. A secagem faz-se por meio de ar quente isento de CO^ e produzido num permutador com o vapor de água, com o qual se evita a carbonatação do hidróxido de cálcio, formado, pela reacção da água com a cal viva , e são mantidas as propriedades quimiGo-biológicas do material.

De acordo com o princípio da invenção, esta indica que a combinação do tratamento térmico com a cal viva, do material moldado obtido por laminação sob baixa pressão de uma mistura de lixos triturados com a cal viva e de um segundo processo de granulação sob pressão do produto obtido depois do tratamento térmico, confere as propriedades necessárias para o seu transporte e armazenamento, tais como densidade, ausência de cheiro, um tamanho óptimo, não degradáveis biologicamente, etc...

Constatou-se, de forma surpreendente, que este conjunto de operações permite obter um produto combustível que apresenta uma inertização biológica, uma diminuição das possibilidades de corrosão notáveis para as instalações de combustão e uma forte descida na produção de gases contami-nantes. As cinzas, devido ao seu conteúdo em cal, podem ser utilizadas para a eliminação de gases em sistemas de depuração, como matéria prima na fabricação de cimento, com diminuição do consumo energético ou como material pozolânico para incorporação ao cimento de Portland. w

A A cal também pode ser proveniente de dolomites calcinadas, isto ê, o seu conteúdo em óxido de magnésio não é exactamente, um inconveniente. A sua percentagem oscilará entre cerca de 4% e cerca de 8%, sendo preferidos conteúdos de cerca de 5% sobre matéria seca. 0 facto de o material -resíduo urbano ou resíduo industrial semelhante a resíduo urbano - se encontrar contaminado biologicamente, não é um inconveniente para a sua utilização, uma vez que o processo de esterilização, pelas temperaturas ou pressões do vapor de água utilizado, pela adição da cal viva e pela secagem posterior a 200° C, impede qualquer processo vital.

Com o objectivo de compreender a invenção, faz-se em seguida uma descrição com referência ao esquema anexo para levar a cabo o tratamento dos resíduos sólidos urbanos, resíduos sólidos industriais semelhantes a resíduos urbanos e/ou agrícolas, para a sua transformação em combustível industrial ou semelhante.

Neste caso, faz-se o tratamento clássico e prévio de trituração 1 e 2, repartição para tamanhos da ordem dos 10 cm e separação magnética 3 e, posteriormente, de outra nova trituração para tamanhos de 1 cm 4. Depois da separação densitãria 5 das cerâmicas, vidros e metais paramagnéticos e -13-

da combinação com cal viva numa rosca sem-fim 6, o produto contido na referida rosca sofre a acção do vapor de água a 100" C - 200" C, na mesma rosca 7, com o que se desagregam e rompem as membranas celulares da parte orgânica do lixo, principalmente das proteínas e hidratos de carbono, e começam a decompôr-se os açucares e amidos, que se hidroli-zam. A rosca actua simultâneamente como triturador, transportador e compresssor.

Esta parte do processo aumenta a densidade da matéria que, depois de moldada, faz com que diminua o tamanho do sistema posterior de secagem, e por outro lado, formam-se substâncias com um ligeiro poder litigante ou aglutinante -como a passagem dos amidos a dextrinas - que coadjuvam a passagem através das laminadoras, sem perda de forma. Por outro lado, o tratamento com vapor de água a pressões de 0,1 - 2 N/mmz, provoca a destruição total das bactérias, vírus e fungos e outros seres contaminantes que contêm ou podem conter os resíduos urbanos. A cal viva contribui neste objectivo e impede, de acordo com o pH fortemente básico produzido, que depois do tratamento dos lixos, estes possam servir de alimento a roedores e insectos. Para este processo antivital contribuem as temperaturas de secagem e o baixo -14-

teor final de humidade.

Em seguida, passa-se o material para a saida do sem-fim entre uma série de quatro pares de cilindros 8 de laminação em posição horizontal, com espaços compreendidos entre 1,5 cm, 1 cm, 0,5 cm e 0,25 cm, com possibilidade de separação por plataforma, com plataformas colocadas nos seus eixos perpendicularmente ao sentido de passagem do material, para permitir a passagem de possíveis substâncias volumosas e não comprimíveis. Estes cilindros actuam como moldadores configuradores e eliminam o excesso de humidade.

Desta forma, a densidade dos resíduos aumenta de 0,1 g/ml para 0,4 g/ml, nalguns casos para 1 g/ml, e a humidade desce de 30% para 15%, o produto passa de seguida , durante cerca de 20 a 30 minutos, para um forno de secagem , em direcção axial, através do referido forno 9 rotativo tubular colocado com o seu eixo de rotação em posição praticamente horizontal ou com uma ligeira inclinação no sentido do avanço dos materiais no forno e munido de rampas helicoidais internas. A secagem no forno é feita por meio de ar quente, a temperaturas de 100” C a 200° C, com o que se evita a carbonatação da cal e a contaminação por C04 e um aumento do

ί- rendimento de secagem por não estar em contacto com produtos de combustão de fuel, C04 e HA0, e portanto, o ar ter menos humidade. 0 ar quente é obtido num interpermutador de vapor de água residual de baixa entalpia - ar com o qual se utiliza vapor de água sem outro uso possível, devido à sua baixa entalpia. 0 produto seco com uma humidade de 1% pode ser moldado em quadrados ou redondos à sua saída do sem-fim por uma série de cilindros semelhantes aos da entrada 10. A configuração é auxiliada pelo hidróxido de cálcio presente, o qual actua como ligante, simultâneamente com os sabões de cálcio formados, que ajudam a diminuir a fricção do trefila-do.

Outra variante consiste na configuração em cilindros através de uma granuladora 11, que actua sob elevadas pressões , da ordem dos 600 bars. O produto moldado é armazenado indefinidamente sob um abrigo até à sua utilização como combustível. O seu poder calórico superior é da ordem, em média, de mais de 3.500 Kcal/kg. Este combustível pode ser vantajosamente utilizado para produzir vapor de água utilizável para aquecimento ou também para o accionamento de turbinas a vapor. A combustão realiza-se em leito fluidizado convencional, com o qual se obtêm bons rendimentos térmicos. -16

Por outro lado, as cinzas produzidas podem ser utilizadas, vantajosamente, com economia de energia térmica, uma vez que estão parcialmente activadas e necessitam de menos calor de reacção para fazer reagir com cal, para originar trissilica-tos de cálcio, como matéria prima para a produção de clínquer de cimento Portland, também para a produção de ladrilhos sílico-calcários e também como adição pozolânica, uma vez que o calor que sofreu durante a sua combustão e formação juntamente com o seu conteúdo de cal, activou as suas propriedades pozolânicas. 0 seu elevado conteúdo de cal permite reciclá-lo, parcialmente, para substituir a cal adicionada originalmente e também o seu uso na depuração de húmos. No caso de centrais térmicas, diminuiria o conteúdo final de nSO em húmos.

De seguida, referem-se uma série de exemplos práticos da invenção:

Exemplo 1.

Obtem-se uma mistura homogénea com um peso de cerca de 945 Kg de lixos que tenham uma humidade inicial de cerca de 30% em peso (que é obtida depois de se ter separado 45 Kg de sucata da massa inicial de 1000 Kg de resíduos urbanos, obtidos directamente da recolha e de outros 45 Kg de vidro, -17-

ladrilhos, louça e diversos materiais), e junta-se-lhes 25 Kg de cal viva.

Trata-se esta mistura com ar e/ou vapor de água a 150" C e, seguidamente, molda-se em paralelipípedos ou cilindros de 1 cm de lado ou de raio x 5 cm, aproximadamente, de largura - através de um sistema horizontal de cilindros moldadores. A mistura sofre uma perda de água de 15%, com o que o peso da mesma à entrada do forno é de 795 Kg, durante a secagem a 100° C - 200° C.

Estas temperaturas são produzidas pela passagem de uma corrente de ar quente produzida, por sua vez, por permutação com vapor de água.

Durante os 30 minutos de estadia no forno de secagem, perdem-se outros 14% de água, com o que o produto resultante terá ficado com uma massa de aproximadamente 655 Kg e com um teor de humidade de 1%. Este produto pode fornecer, durante a sua combustão, 3.895 Kcal e deixaria umas cinzas, na ordem de cerca de 163 Kg de cinzas, utilizáveis para pozolanas. O referido produto pode ser granulado para facilitar o transporte e combustão, sob uma pressão de cerca de 600 bars, por meio de um granulador rotativo de cilindros em linha sendo moldados em corpos cilíndricos de cerca de 8 mm de diâmetro -18-

e uma largura compreendida entre 10 e 20 mm.

Também é possível dar-lhes as formas desejadas forçando a passagem do material seco através de uma série de cilindros que moldam o material ao tamanho desejável em formas paralelipipédicas ou cilíndricas, de dimensões semelhantes às da entrada no forno.

Estes grânulos produzidos por um ou outro ¥ sistema, são queimados a temperaturas superiores a 850° C, durante um espaço de tempo superior a 2 segundos e com um mínimo de 6% de oxigénio, com o fim de impedir ou destruir a formação de compostos tóxicos clorados, tais como as dioxinas ou furanos em leito fluidizado, para produzir vapor de água num ferve-dor, às temperaturas aptas para fazer mover uma turbina de vapor que accione um alternador, com o fim de produzir energia eléctrica. 0 vapor de água com mehor entalpia é reciclado para o tratamento e a secagem e as cinzas produzidas podem também ser parcialmente reutilizadas devido ao seu conteúdo em cal, como material descontaminador ou depurador de gases de combustão, tais como o SO , NOx e dioxinas, e para os usos referidos anteriormente.

Exemplo 2

Neste caso, a partir de 1.000 Kg de resíduos urbanos, -19-

com uma humidade de cerca de 25%, extraíu-se-lhes 58 Kg de sucata ferromagnética, 60 Kg de vidro e 20 Kg de materiais metálicos paramagnéticos, principalmente cobre e alumínio juntamente com porcelanas. Juntou-se-lhes 30 Kg de cal viva e 20 Kg de cinzas da leito fluidizado. Depois do processo de moldagem e secagem, a humidade foi diminuída para 0,75%, com o que houve uma perda de água de 249 Kg, tendo-se obtido 652,7 Kg de grânulos secos, os quais têm a possibilidade de produzir 3.820 Kcal e conter 167 Kg de cinzas.

Exemplo 3

Segue-se um processo semelhante aos indicados nos exemplos 1 e 2. Parte-se de 1.000 Kg de resíduos urbanos que contêm uma humidade de cerca de 35% em peso, têm um conteúdo de sucata de ferro de cerca de 6%, de 5% de vidro e de 5% de sucata paramagnética, porcelana, cinzas e ladrilhos. Depois da adição de 25 Kg de cal viva e de uma secagem da matéria restante para 1,5% de humidade, obtêm-se 530 Kg de grânulos que podem produzir 3.885 Kg/cal, deixando um conteúdo em cinzas de 133 Kg, depois da sua combustão em leito fluidizado.

Descrita suficientemente a natureza da invenção, assim como a forma de a realizar na prática, deve-se fazer constar -20-

que as disposições anteriormente indicadas e representadas nos desenhos anexos, são susceptíveis de modificações de detalhe desde que não alterem o seu princípio fundamental. 3

Claims (3)

1. 21 REIVINDICAÇÕES compreen- original Ia. Processo para a fabricaçao de um material combustível solido a partir de resíduos sólidos urbanos e/ou industriais semelhantes a resíduos urbanos e/ou agrícolas, caraterizado pelo facto de se triturar os citados resíduos depois de isentos de materiais metálicos e vidro contaminan-tes para se obter um produto granulado ou a granel, se incorporar cal viva e tratar com vapor de água de maneira a obter-se um produto que contém cal viva combinada com água original, formando-se hidróxido de cálcio o menos carbonatado possível durante o processamento e tratamento com vapor de agua a pressões compreendidas entre 1 e 20 atmosferas; e se efectuar seguidamente a sua posterior secagem com ar quente isento de CO^ a temperaturas didas entre 100 e 200°C, de forma que a humidade diminui para 1,5 a 1% em peso. 1, caracteri-sólido obtido libertar mais
2. 2-, Processo de acordo com a reivindicação zado pelo facto de o material combustível produzir, por combustão, 25% de cinzas e de 3500 Kcal/Kg. 1, caracteri-cáleio também 3a. Processo de acordo com a reivindicação zado pelo facto de se poder utilizar óxido de com oxido de magnésio. 4a. Processo de acordo com as reivindicações 1 e 3, caracterizado pelo facto de' o teor de CaO ser da ordem de 5% em peso seco dos resíduos urbanos... 5a. Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo facto de se incorporar as cinzas obtidas por combustão em leito fluido com o obtjectivo de reduzir a quantidade de cal viva adicionada 22 ΙιΜλΜΛ- aos resíduos.
3. 6-. Processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo facto de as cinzas obtidas na combustão terem uma composição que permite a sua utilização como matéria prima de clinquer de cimento. Ί-. Processo de acordo com as reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo facto de as cinzas obtidas na combustão terem uma composição que permita a sua utilização como material pozolânico. 8â. Processo de acordo com as reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo facto de as cinzas da combustão em leito fluidizado do referido combustível, terem uma composição que permita a sua utilização como agente de purificação gases de combustão para eliminar S09, NO e furanos ou dioxinas. 9a. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracteri zado pelo facto de, para efectuar a granulação do produto, seiutilizaremciiindrdS': çonf ormadores com espaços intermédios com-preeendidos entre 1,5 e o, 25 cm, 10a. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracteri zado pelo facto de o material combustível ter uma composição que possibilita a sua utilização numa instalação do combustível leito fluidizado. Lisboa, 26 de Dezembro de 1991 0 Agente Oficial da Propriedade Industrial

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