PT1296095E - Instalação para tratamento de resíduos por pirólise e para produção de energia por meio do referido tratamento - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO "INSTALAÇÃO PARA TRATAMENTO DE RESÍDUOS POR PIRÓLISE E PARA PRODUÇÃO DE ENERGIA POR MEIO DO REFERIDO TRATAMENTO" A presente invenção refere-se a uma instalação para tratar residuos sólidos e/ou liquidos por pirólise de acordo com a introdução à reivindicação principal. A invenção também se refere a um método para tratar residuos dentro da acima mencionada instalação, de acordo com a correspondente reivindicação independente. A eliminação de residuos transformou-se num problema bem conhecido e cada vez mais urgente, em particular, nos países mais desenvolvidos. Também é bem conhecida a necessidade de recuperar energia do processo de tratamento e eliminação de residuos para o tornar economicamente cada vez mais atractivo.

Conhecem-se dois métodos de tratamento principais de resíduos (além do despejo clássico): aquele através do qual os resíduos são introduzidos num incinerador e aquele através do qual os resíduos são tratados por um processo pirolítico. No primeiro processo e na instalação associada em que é executado, geram-se temperaturas relativamente baixas em conjunto com grandes volumes de ar conduzindo à formação de gases nocivos que têm que ser apropriadamente retidos e/ou tratados antes de serem descarregados para a atmosfera. Isto resulta em custos muito elevados da instalação em conjunto com problemas de impacto ambiental causados por produtos que não podem ser eliminados. Além disso, a temperatura de combustão de resíduos nem sempre 1 permite que os resíduos introduzidos no incinerador sejam totalmente destruídos.

No que se refere ao processo pirolítico, este é executado dentro de uma instalação na qual os resíduos são introduzidos com dimensões de tal ordem que não permitem o seu tratamento completo. A este respeito, a pirólise que ocorre nestas instalações intervém apenas na superfície da massa de resíduos devido à compacidade e dimensões dos resíduos. Consequentemente, o processo em análise não permite a eliminação correcta e completa de resíduos a obter no fim do processo. Por esta razão, uma instalação de pirólise não permite a geração de uma grande quantidade de energia pelo processo; consequentemente, a instalação propriamente dita e a execução do processo pirolítico representam custos que são difíceis de recuperar num período de tempo aceitável. 0 documento US 5980858 descreve um método e aparelho para tratar resíduos por gaseificação em duas fases de modo a recuperar metais ou teor em cinzas nos resíduos, num tal estado que podem ser reciclados, e gases contendo monóxido de carbono (CO) e hidrogénio gasoso (H2) para utilização como gás de síntese para amoníaco (NH3) ou produção do hidrogénio gasoso. Os resíduos são gaseificados num reactor de leito fluidizado a baixa temperatura. Depois, o material gasoso e o resíduo carbonado produzidos no reactor de leito fluidizado são introduzidos num combustor de alta temperatura e gasificados a alta temperatura e o teor em cinzas é convertido em escória fundida. Após lavagem com água e uma reacção de conversão de CO, o gás é separado em H2 e gás residual. O gás residual é, depois, fornecido ao gás fluidizado. 2

Os documentos DE 4107200 e o XP 000162988 divulgam uma instalação para tratar resíduos ou refugo num reactor de baixa temperatura. A instalação trata solo contaminado com substâncias orgânicas ou inorgânicas, madeira contaminada, petróleo, pasta e plásticos de todos os tipos, diferentes de resíduos domésticos. Os contaminantes incluem metais pesados, substâncias inorgânicas contendo HC1 ou CN-. Durante o tratamento, ocorre uma separação entre materiais maiores e sólidos e poeira fina ou material gasoso. O processo a temperatura relativamente baixa é realizado, principalmente, sem oxigénio. O processo assegura que partículas líquidas finas e produtos de resíduos secos sejam queimados, a poeira é removida do fumo e aprisionada na escória fundida, os óxidos de metal pesado são separados do fumo para reciclagem posterior e a escória fundida pode ser utilizada, após arrefecimento, para material de construção.

Um objectivo da presente invenção é proporcionar uma instalação para tratar resíduos por pirólise que permita a total desintegração dos resíduos, com a formação, geralmente, de C02 e H2, podendo esta última produzir energia eléctrica limpa que pode ser utilizada para auto-sustentar a instalação ou para outras utilizações ecológicas, tais como tracção de motores utilizando motores a hidrogénio e células de combustível.

Um outro objectivo é proporcionar uma instalação do tipo acima mencionado que permita a produção e recuperação de gases valiosos, tais como H2 puro e C02, para outras utilizações externas à instalação.

Um outro objectivo é proporcionar uma instalação com custos de manutenção e de funcionamento aceitáveis. 3

Um outro objectivo é proporcionar uma instalação do tipo indicado que não tenha praticamente nenhum impacto ambiental.

Estes e outros objectivos são conseguidos por uma instalação de acordo com as reivindicações correspondentes anexas.

Outro objectivo é proporcionar um método para tratar resíduos por meio da instalação da invenção, tendo o referido método um elevado rendimento e um custo de execução aceitável.

Este objectivo é conseguido por um método de acordo com as reivindicações correspondentes anexas. A presente invenção será mais óbvia a partir do desenho em anexo, que é proporcionado a título de exemplo não limitativo e no qual: A Figura 1 mostra um esquema simplificado da instalação de acordo com a invenção; A Figura 2 é uma vista esquemática de uma parte da instalação da Figura 1; A Figura 3 é uma visão esquemática de uma parte da parte de instalação da Figura 2; A Figura 4 é uma vista esquemática de outra parte da instalação da Figura 1; A Figura 5 é uma vista em planta, parcialmente em corte, de uma forma de realização da parte de instalação da Figura 3; 4 A Figura 6 é um corte segundo a linha 6-6 da Figura 5; A Figura 7 mostra uma forma de realização da parte indicada por A na Figura 1 e partes 2 e 5 da Figura 2; A Figura 8 é uma vista ampliada da parte indicada por B na

Figura 7; e A Figura 9 é um corte segundo a linha 9-9 da Figura 8. A instalação da presente invenção baseia-se em pirólise a alta temperatura de substâncias orgânicas (substâncias contendo, essencialmente, carbono e hidrogénio) com a finalidade de produzir gás de H2 muito puro para utilização como combustível em aparelhos, tais como caldeiras de produção de vapor combinadas com turbinas a vapor, turbinas a gás combinadas com micro-turbinas a vapor ou células de combustível combinadas com micro-turbinas a vapor; tudo visando a produção de energia eléctrica que, além de alimentar os consumidores de energia do ciclo, produz um excesso a utilizar para utilizações externas à instalação.

Os conceitos essenciais em que se baseia esta tecnologia são os de uma pirólise limpa e correcta desenvolvida a alta temperatura e controlada com o auxílio de sistemas de regulação e controlo, de um modo preferido, do tipo microprocessador. A finalidade disto é obter a produção final de um gás com uma composição quase total de hidrogénio molecular (H2) para utilização em células de combustível, com utilização inicial em turbinas a gás com permutadores de calor de condensação para produzir energia eléctrica e, sempre que necessário e útil, água quente para fins domésticos ou de aquecimento, com condensação 5 final de água pura a utilizar dentro do próprio ciclo e da qual qualquer excesso pode ser utilizado como água pura (destilada) ou em mistura com água potável derivada de instalações de dessalinização. A parte inerte presente nos resíduos líquidos ou sólidos é fundida a temperatura pirolítica, vitrificada por arrefecimento em água e extraída como material perfeitamente inerte, utilizável, por exemplo, como material de enchimento em misturas de revestimento de estradas (tendo em conta a sua granulometria, dureza e grau de inércia).

Na sua forma mais geral (ver Figuras 1-4), a instalação da invenção compreende um reactor 1 onde ocorre a pirólise de resíduos introduzidos no referido reactor 1 por meio de uma linha 2 de alimentação. Estes resíduos podem ser sólidos e/ou líquidos. Estes últimos são provenientes de um tanque 3 ligado por meio de uma bomba ou outros meios de alimentação a um elemento 5 onde convergem os resíduos líquidos e os resíduos sólidos de uma parte 7 de instalação mostrada, esquematicamente, na Figura 3 e em termos de construção nas Figuras 5 e 6 e descrita a seguir, sendo o vapor a alta pressão e alta temperatura doseado e regulado por um elemento 8V de medição e controlo compreendendo uma válvula de controlo pneumático e um medidor de caudal (não mostrado) e o pó PR. Os resíduos líquidos são evaporados pelo vapor que entra no elemento 5.

No interior da parte 7 de instalação, os resíduos são micro-desintegrados para dimensões que lhes permitem ser facilmente liquefeitos ou pré-sublimados pela energia térmica do vapor introduzido na parte 7 por doseamento por meio de uma válvula de controlo pneumática e quantificado por um medidor de caudal sob o controlo da unidade de funcionamento e controlo (descrita adiante) que processa e controla a operação da 6 instalação. 0 vapor é introduzido na parte 7 por uma unidade 8 de alimentação em determinadas proporções com base no tipo de resíduos a tratar. Os resíduos tratados desse modo chegam ao elemento 5, onde são vaporizados e/ou sublimados pelo abastecimento de vapor através do elemento 8V de medição e controlo e são ainda aquecidos por vapor que circula em contracorrente ao longo de um invólucro 10 externo da linha 2 (ver Figura 7), de modo a evaporar o líquido e criar uma gaseificação substancial de todo os resíduos introduzidos na linha 2. A este respeito, gaseificação significa a completa evaporação dos resíduos líquidos ou dos resíduos anteriormente liquefeitos dentro da parte 7 de instalação e a completa sublimação dos resíduos sólidos micro-desintegrados (que não têm uma fase líquida) no vapor presente na linha 2. Os elementos ligados, directa ou funcionalmente, à linha 2 definem uma parte de pré-tratamento de instalação para os resíduos 9.

Os resíduos, por conseguinte, chegam ao reactor 1, a um bocal 12 ao qual também chega uma linha 13 de abastecimento de oxigénio e uma linha 15 de abastecimento ligada a um tanque 15A de hidrogénio que faz parte da instalação ou, em alternativa, a um tanque 15B de qualquer combustível, tal como gás liquefeito (GPL) ou metano. O combustível 15B serve apenas para o arranque até se produzir hidrogénio para abastecer o tanque 15A; o hidrogénio que exceda o necessário para sustentar a pirólise no bocal 12 do reactor 1 (combustão estequiométrica de H2 e 02) alimenta a linha de produção de energia eléctrica compreendendo uma caldeira e turbina a vapor ou uma turbina a gás e micro-turbina a vapor ou células de combustível e uma micro-turbina a vapor (não mostrado), , Para alguns tipos de resíduos líquidos e/ou sólidos, quando a pirólise arrancar, deixa de haver necessidade de combustível (H2), sendo a pirólise 7 sustentada apenas pelo oxigénio puro, que utiliza parte do hidrogénio já desenvolvido no bocal 12 dos resíduos 1. No bocal 12 (mostrado em pormenor nas Figuras 7-9, que serão descritas a seguir), os resíduos são submetidos a pirólise a temperatura muito elevada, levando ao craqueamento das moléculas orgânicas em moléculas elementares simples CO, CO2, H2 etc. dos resíduos; a fracção inerte produzida pela reacção cai por gravidade na parte 18 inferior do reactor 1 e é vitrificada em água, de onde é recolhida num tanque de 19 depois de atravessar um filtro 20 por acção de uma bomba 21. Esta última retira, através de uma linha 22, quaisquer resíduos sólidos mais a água de vitrificação e lavagem da parte 18 do reactor 1, introdu-los através do filtro 20, onde se separam e devolve a água livre de sólidos à parte 18 do reactor 1. O nível da água de lavagem e vitrificação é, continuamente, monitorizado e conduzido até um nível determinado por um indicador 152 de nível por água de uma linha 43 de recuperação de água de instalação. O reactor 1 está contido num compartimento 23 exterior dotado com um espaço intermédio através do qual circula água quente para recuperar o calor do compartimento; o reactor 1 comunica com o compartimento 23 exterior através de aberturas 25 proporcionadas por baixo do reactor 1 e cujo grau de abertura é regulado por um dispositivo 156 electromecânico controlado por um sistema 147 de regulação e controlo que funciona com base na pressão no compartimento 23. O compartimento contém permutadores de calor, por exemplo, do tipo 26 de serpentina, dispostos em várias colunas internas e com uma coluna ensanduichada dentro do compartimento 23 para produzir vapor superaquecido de alta pressão pela passagem, ao longo da sua superfície, de gás quente do reactor. Uma parte deste vapor é introduzida na unidade 8 de alimentação e no elemento 8V da Figura 3 e Figura 2, no invólucro 10 da linha 2 e numa linha 160 de catálise. Como descrito a seguir, este vapor é doseado e medido pela válvula de controlo pneumático e medidor de caudal (regulado e controlado pela unidade de funcionamento e controlo de instalação). O vapor também é introduzido numa linha 35A de arrefecimento para o bocal 12, novamente doseado e controlado por uma válvula e medidor de caudal controlados pela unidade de controlo e, finalmente, o vapor em excesso é introduzido, através de uma válvula e medidor de caudal controlados pela unidade de controlo, num permutador 243 de calor de uma linha 40 de separação de gás mostrada na Figura 4. O gás produzido pelo reactor é extraido do compartimento 23 através de uma linha 30 e transferido para um permutador 31 de calor, por exemplo, do tipo feixe tubular.

No interior deste permutador de calor, o gás é submetido a um arrefecimento violento e é introduzido numa parte 33 de instalação de reciclagem de gás na qual uma ventoinha 34 motorizada com rendimento variável está presente para introduzir este gás de pirólise numa linha 35. Esta tem duas ramificações 35A e 35B nas quais estão ligados medidores 35 K de caudal e válvulas 38 doseadoras, accionados e controlados pela unidade de regulação e controlo para controlar a recirculação da quantidade de gás produzido por pirólise através do reactor 1 e a que vai ser introduzida na acima mencionada linha 40 da Figura 4 para as fases de enriquecimento e separação de gás; por exemplo, as válvulas 38 são do tipo válvula de controlo pneumático. As duas ramificações da linha 35 estão ligadas, respectivamente, ao exterior do bocal 12 (para aí criar uma turbulência entre os fluidos de chegada) e à linha 40 de separação de gás mostrada na Figura 4. Desta linha, através de vários permutadores de calor e reactores descritos a seguir, obtém-se dióxido de carbono (C02), 9 hidrogénio molecular (H2) e água, sendo esta última devolvida, misturada com as várias correntes de água de lavagem e arrefecimento, para a instalação através da referida linha 43. Qualquer material pulverulento presente no fluido da linha 40 é reciclado e atinge o elemento 5 (onde é indicado pelo PR) e o reactor 1 onde é inertizado e vitrifiçado. A parte 9 de pré-tratamento de resíduos será, agora, analisada em mais pormenor. Como enunciado, esta última compreende a parte 7 onde os resíduos sólidos são micro-desintegrados e misturados com o vapor a alta pressão, alta temperatura das serpentinas 26. No que se refere às Figuras 3, 5 e 6, mostra-se que a parte 7 compreende um recipiente 70 no qual os resíduos sólidos são recolhidos. Estes últimos são introduzidos numa tremonha 71 na qual está posicionado um misturador 72, impulsionado pelo seu próprio motor 73 eléctrico. A tremonha apresenta, numa parte inferior, um parafuso 74 doseador (mostrado, esquematicamente, na Figura 3 como coaxial com a tremonha, mas, na realidade, posicionado como mostrado na Figura 5) que termina numa extremidade 75 tronco-cónica por meio da qual os resíduos R são pressionados e orientados na direcção de uma primeira unidade 76 de desintegração dotada com um elemento 77 de desintegração (por exemplo, definido por lâminas móveis de desintegração) e um elemento 78 de transporte definido, por exemplo, por um parafuso. O elemento 78 transporta os resíduos (por meio de uma parte 76A tronco-cónica), submetidos à primeira desintegração, na direcção de uma segunda unidade 80 de desintegração dotada com um elemento 81 de desintegração e um elemento 82 de transporte perfeitamente semelhante aos referidos elementos 77 e 78. O elemento 82 de transporte transporta os resíduos, agora finamente desintegrados, (ou, melhor, micro-desintegrados) na 10 direcção de uma zona 84 de distribuição da segunda unidade de desintegração na qual está presente um recipiente 85 tendo o seu eixo W longitudinal perpendicular ao eixo T da unidade 80 e agindo como um elemento de "transbordo" ou elemento de distribuição para os resíduos micro-desintegrados. Este recipiente inclui um pistão 87 posicionado por cima do seu conteúdo e pressionado sobre os resíduos com uma pressão obtida pela introdução de ar acima do pistão através de uma conduta 81 adequada. Um elemento 91 de purga regulável é posicionado no topo 92 fechado do recipiente 85 (onde está ligada a conduta 90) e permite regular a pressão no recipiente. No exemplo, o pistão 87 está associado a uma haste 95 emergente do topo 92 e cooperando com um sensor 96 de proximidade suportado por um suporte 97 (medidor de posição ou codificador) fixo ao referido topo. Com base na posição relativa da haste 95, este sensor gera um sinal de proximidade dirigido para uma unidade 100 de controlo (unidade de processamento de dados para gestão e controlo de todos os processos descritos no presente texto), de um modo preferido, um elemento de microprocessador e uma interface lógica programada, que controla toda a instalação e acciona cada elemento móvel (motor, válvula, medidores de caudal ou outros) presentes na mesma. Com base na posição da haste (ou do pistão 87 dentro do recipiente 85), a unidade 100 controla a velocidade dos motorredutores 73 e dos motores 74A do parafuso 74, 78A do elemento 78 e 82A do elemento 82 da parte 7 de instalação. Desta forma, a quantidade de resíduos introduzida no reactor 1 é controlada para evitar introduzir resíduos em excesso no mesmo. A zona 84 de distribuição está ligada, por uma conduta 101 deixando uma parte 80A tronco-cónica, a um outro elemento 102 de transporte inserido numa unidade 103 de transferência (dotada 11 com o seu próprio motorredutor 102A também controlado pela unidade 100) que está ligada à unidade 5 de recepção de resíduos para a qual transfere os resíduos micro-desintegrados liquefeitos ou pré-sublimados pelo vapor introduzido na unidade 76 de desintegração. Deve salientar-se que se aplica vácuo (indicado por X na Figura 3), de um modo preferido, à primeira unidade 76 de desintegração. Isto é conseguido por uma bomba normal (não mostrada) e pela formação de "tamponamento" na saída desta unidade e na extremidade 75 da tremonha 71 causada pela acumulação de resíduos dentro dessas peças. O vapor é injectado nos dois cones 75 e 76A da Figura 5 através de condutas 8W pela unidade 8 de alimentação mostrada na Figura 3 de modo a amaciar e aquecer os resíduos, para facilitar o seu escoamento e a micro-desintegração.

Os resíduos na secção 7 também são aquecidos por vapor que se escoa através de uma parede dupla posicionada em torno dos parafusos 78, 82, 102 e pela água quente dentro do espaço intermédio do parafuso 74.

Como enunciado, os resíduos líquidos também chegam ao elemento 5 através de uma conduta 110 na qual a bomba 4, uma válvula 111 de segurança pneumática normalmente fechada, uma válvula 112 de retenção e um medidor lllk de caudal estão ligados, este último, por meio da unidade 100, controla o débito da bomba 4 sob o controlo de um inversor electrónico (não mostrado). Outra válvula 113 unidireccional também está presente na linha 2 para o refluxo de resíduos do reactor 1 para o elemento 5 devido a qualquer sobrepressão presente no referido reactor. Ao longo desta linha também se proporciona uma válvula 114 de segurança accionada por mola normalmente fechada para qualquer sobrepressão, uma válvula 115 doseadora accionada e 12 controlada pela unidade 100 e dispositivos de medição da temperatura e pressão para o fluido na linha 2, indicados por 118 e 119, respectivamente.

Como afirmado, a linha 2 também apresenta um invólucro 10 através do qual circula vapor proveniente da serpentina 26. Este vapor aumenta a temperatura do fluido (vapor com resíduos líquidos evaporados e resíduos sólidos micro-desintegrados) que se escoa através da linha 2 para o reactor 1. Como esta linha é definida por vários segmentos unidos por flanges F, estando linhas 120 de derivação para o invólucro 10 presentes em torno destas flanges. A Figura 7 também mostra uma conduta 8z ligada ao elemento 8V para introduzir vapor na linha 2 (completamente descrita anteriormente) e condutas 122 para introdução de vapor no invólucro 10 . A linha 2 está ligada a um tubo 125 múltiplo apresentando uma secção SI central e secções S2, S3 e S4 anelares concêntricas, visível nas Figuras 7 e 8. Estas secções estão ligadas, respectivamente, à linha 2, linha 13 de abastecimento de oxigénio, linha 15 de abastecimento de hidrogénio ou combustível, linha 201 que transporta vapor de arrefecimento para o bocal 12 e à ramificação 35A da linha 35 que transporta gás de recirculação para o reactor 1. Este gás cria, de um modo vantajoso, turbulência entre os outros fluidos que saem do bocal 12 para, desse modo, permitir uma pirólise completa dos resíduos introduzidos no reactor. Em torno da parede 126 externa do tubo 125 está presente uma câmara 127 anelar através da qual torna a circular o gás produzido pela referida pirólise. 13

Deve salientar-se que, em correspondência com as partes terminais das várias secções do tubo 125 definidas por paredes 125A, 125B, 125C cilíndricas e pela parede 126 externa, estão presentes aberturas 128 muito finas através das quais os diversos fluidos provenientes das secções S2, S3 e S4 passam, mesmo que a secção S2 esteja ligada directamente à secção Sl através de uma série de aberturas 130 proporcionadas na extremidade do tubo 125A para introduzir O2 directamente nos resíduos pré-gaseifiçados. Estas aberturas 130 estão, de um modo preferido, inclinadas e são feitas com bocais intercambiáveis tendo furos com diâmetro diferente, para fazer com que o oxigénio emerja a velocidade sónica para criar turbulência dentro do fluido contendo os resíduos pré-gaseifiçados; essas aberturas 128, que transportam uma parte do O2, 0 combustível e o vapor de arrefecimento para o bocal 12, são formadas, por exemplo, como cortes tendo espirais direitas ou esquerdas de modo a alargar a chama e criar uma turbulência máxima na parte interna do bocal 12 onde ocorre a pirólise a temperatura muito elevada.

Além disso, como mostrado nas Figuras 7 e 8, a secção (principal) Sl, através do qual 0 líquido contendo os resíduos "gaseificados" chega, pode ser fechada por um elemento 131 de fecho que se pode deslocar no interior dessa secção. O referido elemento 131 é suportado por uma extremidade 132A de uma haste 132, estando a outra extremidade 132B submetida a um elemento 133 actuador (pneumático, mecânico ou eléctrico) de modo a poder deslocar-se, de modo orientado, no interior da secção Sl. Essa extremidade 132A suporta um disco 134 no qual age uma mola 135 inserida numa câmara 136 dentro da qual o disco se move, entre esta última e uma face 136A de extremidade de câmara através da 14 qual passa a haste 132. 0 elemento de fecho pode cooperar com uma borda 200 saliente formada no interior da secção Sl. O bocal 12 apresenta uma aba 12A que o separa da parede IA do reactor 1 e permite que o gás produzido pela pirólise dos resíduos possa recircular.

As diversas secções S2, S3 e S4 estão ligadas às respectivas linhas 13, 15 e 201 como mostrado na Figura 7.

As linhas 13 e 15 são conceptualmente semelhantes: estão ambas ligadas, por exemplo, a tanques de gás (respectivamente oxigénio (líquido ou gasoso) 13K e hidrogénio 15K ou gás metano gás ou gás 15B propano liquefeito) e apresentam uma pluralidade de válvulas 13V e 15V normalmente fechadas, válvulas 13N e 15N de retenção, válvulas 13D e 15D doseadoras e medidores 13M e 15M de caudal. Em alternativa, o oxigénio puro é obtido a partir de uma unidade independente alimentada com energia eléctrica produzida pela instalação.

Outros elementos de válvula, como enunciado, estão presentes nas ramificações 35A e 35B da linha 35 e uma válvula 139 de controlo numa linha 137 de derivação na parte 33 de instalação que liga a conduta 137A de entrada à ventoinha 34 e a conduta 137B de saída a partir daí. Esta conduta 137B está ligada à linha 35, existindo, no seu ponto de conexão, um sensor 140 de pressão. Sensores de pressão semelhantes estão presentes na parte inferior do reactor 1 (sensor 141), na parte superior do compartimento 23 (sensor 142) e na sua parte inferior (sensor 143). 15

Sensores de temperatura também estão presentes, especificamente 145 e 146 posicionados, respectivamente, na parte superior do compartimento 23 e do reactor 1, 147 e 148 posicionado na parte inferior deste último e do compartimento 23 e 146 C para medir a temperatura do próprio compartimento. Outros sensores 150 e 151 de temperatura são posicionados nas duas extremidades do permutador 31 de calor.

Todos estes sensores e válvulas são controlados pela unidade 100. O indicador 152 de nivel está ligado à parte 18 inferior do reactor 1, no qual também está ligado o actuador 156 de controlo linear mecânico que regula o grau de abertura das passagens 25 (controlado pela unidade 100).

Como enunciado, o gás de pirólise que sai do compartimento 23 passa através da linha 30. A esta também chega vapor de catálise de uma linha 160 (devidamente controlado e doseado por uma válvula de controlo e medidor de caudal controlados pela unidade 100), mais o vapor da linha 26 de serpentina; água quente atravessa um espaço intermédio (não mostrado) do compartimento 23, presente ao longo da parede do reactor 1, para arrefecer esta parede.

No que se refere, de novo, à linha 30, como enunciado, esta termina no permutador 31 de calor, em cuja saida está situada a parte 33 de instalação; da saida desta última, o gás de pirólise é, pelo menos parcialmente, introduzido na linha 40 de separação mostrada mais pormenorizadamente, mas esquematicamente, na Figura 4. No que se refere a esta figura, a linha 40 compreende uma pluralidade de conversores 240 catalíticos (dois, na 16

Figura 4) ligados em série. A sua função é oxidar monóxido de carbono para dióxido de carbono (CO -> C02) presente no gás ou fluido proveniente do reactor 1, aumentando, assim, a temperatura deste último. Uma unidade 241 de filtragem está presente, em série com os conversores 240, para filtrar e reter material pulverulento presente no fluido proveniente do reactor; esta unidade 241 está ligada a um elemento 242 de recirculação para o pó retido e 242A para o pó doseado para a pirólise, que são reintroduzidos para o ciclo no elemento 5 (e indicados por PR na Figura 2). A unidade 241 é seguida por um permutador 243 de calor e, depois, uma unidade 244 de arrefecimento compreendendo uma unidade 245 de depuração, purificação e arrefecimento para o gás de pirólise e uma unidade 246 de separação de goticulas para recuperar a água presente no fluido proveniente do reactor. Esta água é devolvida ao reactor 1 através da linha 43 • A linha 40 compreende ainda, a jusante da unidade 244, um concentrador 247 compreendendo, no exemplo da Figura 4, uma unidade 248 para enriquecer a mistura C02-H2 ainda presente no fluido proveniente da unidade 244. O dióxido de carbono também é absorvido na unidade 248 por um solvente conhecido adequado. A jusante da unidade 248 há uma unidade 250 para depurar o gás H2 enriquecido e remover os residuos de solvente utilizados na unidade 248. A água de depuração é reciclada para a linha 43. O H2 gasoso pode, portanto, ser obtido desde a unidade 250 para compressão por um compressor 250A para introdução no tanque 15A, a partir do qual se escoa a parte introduzida através da linha 15 para pirólise e a parte em excesso utilizada para diferentes utilizações, por exemplo, para as células de combustível para 17 produzir energia eléctrica para alimentar a instalação, sendo vendido qualquer excesso. A unidade 248 está, por fim, ligada a um tanque 248S de armazenamento de solvente através da linha 254A. 0 solvente é levado a recircular até à unidade 248 por uma bomba ou outro dispositivo 254P através da linha 254B, sendo o solvente carregado com C02 devolvido ao tanque 248S através de uma linha 254A; uma bomba 253P retira o solvente carregado com C02 do tanque 248S e introdu-lo numa coluna 251 de esvaziamento através da linha 253A, na qual o ar de contracorrente proveniente de uma ventoinha 255 que atravessa uma linha 256 remove o C02 do solvente e descarrega-o, com o ar, através da abertura 257 de ventilação; o solvente purificado regressa ao tanque 248S através da linha 253B. 0 acima descrito concentrador 247 pode, em alternativa, compreender uma unidade de enriquecimento de mistura C02-H2 com compressão de mistura para separação através de uma membrana, uma unidade para congelar o C02 e separá-lo do H2 residual e, em seguida, inseri-lo nos cilindros para utilização industrial e uma unidade para depurar o gás H2 enriquecido e remover diversos resíduos e reciclar a água para reposição de água, para dar H2 praticamente puro.

Portanto, resumindo, o que é introduzido na instalação é o seguinte: a) A matéria-prima (resíduos) que, no caso de resíduos sólidos, devem ser previamente desintegrados; resíduos líquidos não requerem tratamento prévio. 18 b) Oxigénio puro obtido a partir do ar por uma unidade independente alimentada pela energia eléctrica produzida no interior da própria instalação ou captado desde um recipiente adequado. c) Água pura destilada ou desmineralizada que, após o arranque, é resultado da água recuperada por condensação na unidade de produção de energia eléctrica.

Os residuos a) fornecem o combustível (em conjunto com a linha 15), o oxigénio b) é o suporte de combustão e a água c) é o agente oxidante. A instalação fornece: a) Energia eléctrica e térmica b) Inertes vitrificados c) Água pura em excesso d) Dióxido de carbono (C02) A função principal da instalação é permitir a eliminação de residuos sólidos e líquidos de origem orgânica (quase todos os residuos existente) (sem poluição) permitindo, simultaneamente, a produção de energia eléctrica limpa a partir de materiais de residuos. Os residuos são eliminados sem poluição porque os residuos são energia eléctrica, água pura sem sais e inertes vitrificados, sendo o dióxido de carbono descarregado para a atmosfera; no caso em que o desempenho é mais elevado, o C02 19 também é recuperado, para utilização nas indústrias de plástico, soldadura etc. 0 resultado final no caso do desempenho mais elevado é, por conseguinte, transformar o que são apenas resíduos para eliminação (resíduos mais ou menos volumosos e nocivos) em energia eléctrica como uma fonte limpa e renovável, inertes utilizáveis (por exemplo, para revestimentos de estradas) e C02 para utilizações industriais.

Tudo isto é conseguido com uma instalação concebida de acordo com relações físicas e químicas de alta energia e tendo uma configuração original do ponto de vista de tecnologia, operação e gestão. A instalação da invenção é resumidamente descrita em seguida em termos dos seus componentes inovadores. Por conseguinte, a instalação, como descrito, compreende: 1. Unidade de introdução do material na câmara do reactor de pirólise a alta temperatura; 2. Unidade de produção de vapor a alta temperatura, alta pressão com recuperação de energia térmica do gás de pirólise; 3. Elemento de pirólise a alta temperatura com altíssimo desempenho e rendimentos quase estequiométricos; 4. Elemento para controlar, misturar e criar turbulência dos gases no processo pirolítico; 20 5. Elemento para tornar a solidificar, vitrificar e separar a escória inerte; 6. Conversores para converter CO em CO2; 7. Elemento de filtragem de pó, reciclagem de pó e doseamento de materiais pulverulentos para produzir inertes vitrifiçados; 8. Unidade de depuração e arrefecimento de gás de pirólise. 9. Unidade de enriquecimento de mistura para produzir H2 e separar C02. 10. Unidade de reciclagem e doseamento de materiais pulverulentos para a sua solidificação e para a eliminação de poluentes do gás. 11. Unidade de produção de energia eléctrica para auto-consumo e alimentação externa. 12. Unidade de condensação e recuperação de H20 para a sua reciclagem para a instalação e utilização do excesso como água destilada ou adição a água dessalinizada em instalações de dessalinização de água do mar. 13. Sistemas e unidades de produção de 02 primário.

Descreveu-se uma forma de realização especifica da invenção. Outras são possíveis, mantendo-se no âmbito de aplicação do presente documento.

Lisboa, 1 de Fevereiro de 2011 21

Claims (4)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Instalação para tratamento de resíduos sólidos e/ou líquidos, compreendendo um ambiente ou reactor (1) no qual os resíduos (R) são submetidos a um tratamento por pirólise, sendo os referidos resíduos (R) introduzidos no reactor (1) por meios (2) de alimentação, sendo proporcionados meios (19, 40) para recuperar e/ou tratar os produtos sólidos, líquidos e gasosos derivados do referido tratamento de resíduos por pirólise e estando ligados ao referido reactor (1), compreendendo os meios (2) de alimentação meios (76, 80) de micro-desintegração e meios (2, 5) de pré-gaseificação para transformar os resíduos líquidos na fase gasosa e os resíduos sólidos na fase vapor ou gasosa antes da sua introdução no reactor (1), de modo a que a massa total de resíduos possa ser submetida ao tratamento térmico por pirólise com a sua consequente e total demolição, compreendendo os meios de micro-desintegração e de pré-gaseificação um elemento (5) de recepção configurado para receber os resíduos líquidos desde uma conduta (110) de alimentação e receber os resíduos sólidos já micro-desintegrados no interior de uma parte (7) de instalação apresentando os meios (76, 80) de micro-desintegração, recebendo, também, o elemento de recepção vapor a alta pressão e alta temperatura, sendo os resíduos provenientes do referido elemento (5) transferidos para o reactor (1), compreendendo os meios de alimentação uma linha (2) ligada ao elemento (5) de recepção para os resíduos micro-desintegrados e pré-gaseifiçados para introduzir os resíduos pré-gaseifiçados ao reactor (1), estando a linha (2) de alimentação ligada a um elemento 1 (8V) de alimentação de vapor a alta pressão e alta temperatura para gaseificar os resíduos de entrada, caracterizada por a linha (2) ter um espaço intermédio ou invólucro (10) através do qual circula o vapor em contracorrente a alta pressão e alta temperatura para intensificar a gaseificação dos resíduos.
2. 2. Instalação, como reivindicada na reivindicação 1, caracterizada por os meios de micro-desintegração compreenderem, pelo menos, uma unidade (76, 80) de desintegração apresentando um elemento (77, 81) de desintegração que recebe os resíduos misturados com vapor introduzido por uma unidade (8) adequada, um elemento (74, 78) de alimentação e um elemento (78, 82) de transporte que transfere os resíduos micro-desintegrados para uma saída proporcionada numa parte (76A, 80A) cónica, recebendo a unidade (76, 80) de desintegração vapor a alta pressão e alta temperatura, estando um elemento (8) de abastecimento de vapor ligado à unidade (76, 80) de desintegração.
3. 3/6

   3. Instalação, como reivindicada na reivindicação 2, caracterizada por se proporcionarem meios (8, 8V) para dosear o vapor introduzido na unidade (76, 80) de desintegração e introduzido na linha (2) de alimentação e no espaço intermédio ou invólucro (10) periférico da referida linha.

   4. Instalação, como reivindicada na reivindicação 1, caracterizada por a linha (2) de alimentação se escoar para um tubo (125) múltiplo apresentando secções (Sl, S2, S3, S4) diferentes que se escoam para um bocal (12) e ligadas, 2 respectivamente, à referida linha (2), a uma linha (15) de abastecimento de combustível, a uma linha (13) de abastecimento de suporte de combustão, a uma linha (201) de abastecimento de vapor a alta pressão e alta temperatura para arrefecer o bocal (12) e a uma conduta (35A) que faz recircular o gás pirolítico para criar turbulência no interior dos fluidos que saem do bocal (12).

   5. Instalação, como reivindicada na reivindicação 4, caracterizada por um elemento (131) de fecho controlado estar presente na secção (Sl) do tubo (125) múltiplo ligado à linha (2) de alimentação de resíduos de modo a regular o escoamento de resíduos para o reactor (1) até interromper este escoamento quando coopera com uma sede (200) proporcionada na parede (125A) definindo a referida secção (Sl) .

   6. Instalação, como reivindicada na reivindicação 4, caracterizada por os resíduos pulverulentos reciclados de outras partes da instalação também chegarem ao bocal (12) provenientes de outras partes (242, 242D) da instalação, através da conduta (35A).

   7. Instalação, como reivindicada na reivindicação 4, caracterizada por o bocal (12) apresentar abas (12A) externas. 8. Instalação, como reivindicada na reivindicação 4, caracterizada por a linha (13) de abastecimento de suporte de combustão estar ligada a uma fonte (13K) de oxigénio • 9. Instalação, como reivindicada na reivindicação 4, caracterizada por a linha (15) de abastecimento de 3 combustível estar ligada a um tanque (15A) de hidrogénio ou (15B) de um gás combustível (metano ou GPL).

   10. Instalação, como reivindicada na reivindicação 4, caracterizada por as linhas (13, 15) de abastecimento de combustível e suporte de combustão ligadas ao tubo (125) múltiplo compreenderem válvulas (13 D, 15D) doseadoras e outros elementos (13V, 15V) de válvula controlados pelos meios (100) de controlo de instalação, estando estes últimos ligados a sensores (119, 118) de pressão e temperatura, a elementos (114, 115) de válvula e a um medidor (111K) de caudal posicionados na ou ligados à linha (2) de alimentação de resíduos.

   11. Instalação, como reivindicada na reivindicação 2, caracterizada por o elemento (77, 78) de desintegração compreender uma pluralidade de lâminas móveis de desintegração.

   12. Instalação, como reivindicada nas reivindicações 1 e 2, caracterizada por compreender, pelo menos, duas unidades (76, 80) de desintegração ligadas em cascata, recebendo a primeira (76) os resíduos sólidos a micro-desintegrar através de um alimentador (74) de parafuso ao qual os resíduos chegam desde uma tremonha (70) dotada, de um modo preferido, com um misturador (72), introduzindo a segunda unidade (80) de desintegração os resíduos micro-desintegrados no elemento (5) de recepção.

   13. Instalação, como reivindicada na reivindicação 12, caracterizada por, entre o elemento (5) de recepção e a segunda unidade (80) de desintegração, estar presente uma unidade (103) de transferência, sendo estas unidades 4 perpendiculares entre si e sendo, também, a segunda unidade (80) de desintegração posicionada de modo perpendicular à primeira unidade (76).

   14. Instalação, como reivindicada na reivindicação 2, caracterizada por 3. unidade (80) de desintegração compreender meios (85, 87, 95, 96) de regulação que controlam o escoamento de resíduos micro-desintegrados para o elemento (5) de recepção.

   15. Instalação, como reivindicada na reivindicação 2, caracterizada por os meios de regulação compreenderem um recipiente (85) posicionado com o seu eixo (W) longitudinal perpendicular ao eixo (T) longitudinal da unidade (80) de desintegração, estando o referido recipiente dotado com meios (87, 95, 96) para medir a quantidade de resíduos que penetraram no recipiente e foram recolhidos no recipiente antes de saírem da parte (80A) cónica da unidade (80) de desintegração na direcção do elemento (5) de recepção, estando os referidos meios (87, 95, 96) de medição ligados a meios (100) de controlo da instalação que, com base na quantidade de resíduos presente no recipiente (85) controlam o caudal dos resíduos para o reactor (1) e controlam cada elemento móvel controlado presente na instalação para permitir que os resíduos sejam submetidos ao tratamento por pirólise.

   16. Instalação, como reivindicada na reivindicação 15, caracterizada por os meios de medição serem um pistão 887) que se desloca no interior do recipiente (85) sob a acção dos resíduos (R) e opondo-se a uma força de resistência, estando o referido pistão (87) ligado a uma haste (95) que 5 se pode deslocar em frente de um sensor (96) de proximidade ligado aos meios (100) de controlo de instalação.

   17. Instalação, como reivindicada na reivindicação 16, caracterizada por a força de resistência ser um fluido pressurizado, de um modo preferido, ar, sendo a referida pressão regulável. 18. instalação, como reivindicada na reivindicação 16, caracterizada por os meios (100) de controlo de instalação compreenderem uma unidade de microprocessador.

   19. Instalação, como reivindicada na reivindicação 2, caracterizada por se criar vácuo na unidade (76, 80) de desintegração.

   20. Instalação, como reivindicada na reivindicação 1, caracterizada por o reactor (1) estar situado num recipiente ou compartimento (23) no qual estão presentes permutadores (26) de calor para produzir vapor a alta temperatura e alta pressão a ser, também, utilizado nos meios (2) de alimentação, sendo os referidos permutadores de calor cobertos pelos produtos gasosos derivados da pirólise de resíduos.

   21. Instalação, como reivindicada na reivindicação 1, caracterizada por compreender um elemento (31) de arrefecimento de gás e válvulas (38, 139) de controlo para separar o gás obtido pela reacção de pirólise de resíduos no interior do reactor, estando o referido elemento ligado a uma parte (33) de instalação configurada para fazer recircular os referidos fluidos através da instalação, estando ligada à referida parte uma linha (35) 6 compreendendo duas ramificações (35A, 35B), estando uma primeira ramificação (35A) dirigida para o reactor (1) e uma segunda ramificação (35B) dirigida para uma linha (40) de separação para o gás de reacção produzido.

   22. Instalação, como reivindicada na reivindicação 21, caracterizada por a linha (40) de separação compreender conversores (240) catalíticos, uma unidade (241) de filtragem para recuperar qualquer pó presente no fluido em trânsito, uma unidade (244) de arrefecimento e um concentrador (247) para permitir que o CO2 e H2 presentes no referido fluido sejam separados e, possivelmente, recuperados.

   23. Método para tratamento de resíduos por pirólise numa instalação de acordo com uma ou mais das reivindicações anteriores, sendo os resíduos micro-desintegrados antes de serem introduzidos num reactor (1) no qual ocorre a pirólise, sendo os resíduos pré-gaseifiçados antes de serem introduzidos no reactor (1), ou seja, sendo a parte líquida dos referidos resíduos transformada na fase gasosa e sendo a parte sólida micro-desintegrada alimentada com vapor a alta pressão, alta temperatura para a liquefazer e, depois, evaporá-la ou sublimá-la antes de os resíduos entrarem no reactor (1), sendo os referidos resíduos líquidos micro-desintegrados e evaporados introduzidos numa linha (2) de alimentação na qual circula o vapor a alta pressão e alta temperatura, elevando o referido vapor a temperatura dos resíduos sólidos micro-desintegrados e os resíduos líquidos evaporados de modo a gaseificar perfeitamente os resíduos antes de estes chegarem ao reactor, caracterizado por se obter um aquecimento posterior dos referidos 7 resíduos por aquecimento do exterior da linha (2) de alimentação, quando os referidos resíduos se deslocam, por meio de um escoamento de contracorrente de vapor a alta pressão e alta temperatura, escoando-se este último para dentro de um espaço intermédio ou invólucro (10) periférico da referida linha (2) de alimentação.

   24. Método, como reivindicado na reivindicação 23, caracterizado por o vapor que se escoa para a linha (2) de alimentação e para o espaço intermédio ou invólucro (10) periférico ser proveniente do reactor (1).

   25. Método, como reivindicado na reivindicação 23, caracterizado por o vapor também ser introduzido nos resíduos durante a sua micro-desintegração.

   26. Método, como reivindicado na reivindicação 25, caracterizado por o vapor introduzido nos resíduos, linha (2) de alimentação e invólucro (10) desta última ser doseado e medido. Lisboa, 1 de Fevereiro de 2011 8 1/6

   F/G. 1 2/6
4. 4/6

   F/G. 6 5/6

   FIG.7 6/6