PT629138E

PT629138E - Processamento de material

Info

Publication number: PT629138E
Application number: PT93905105T
Authority: PT
Inventors: Rowan Thomas Deam; Trevor Neil Kearney; Ian Michael Ogilvy; Alan Edward Mundy; Paul Adrian Zemancheff; Athos Ivan Vit
Original assignee: Commw Scient Ind Res Org; Siddons Ramset Ltd
Priority date: 1992-03-04
Filing date: 1993-03-04
Publication date: 2001-01-31
Also published as: ES2149199T3; EP0629138A4; CN1036635C; EP0629138B1; CN1081923A; WO1993017759A1; DE69329189D1; DE69329189T2; EP0629138A1; ATE195261T1; GR3034802T3

Description

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DESCRIÇÃO “Processamento de material”

Este invento refere-se a processos de decomposição térmica, tais como a destruição matéria residual tóxica, e diz respeito tanto ao processo como ao aparelho. Será conveniente descrever particularmente em seguida o invento com referência à aplicação do exemplo à destruição de material residual.

Este invento refere-se em particular, mas não exclusivamente, ao tratamento de produtos residuais resultantes de tratamento químico, de conversão química e semelhante. Estes produtos contêm muitas vezes substâncias altamente tóxicas fisiologicamente activas de um modo directo ou carcinogénicas. Como exemplo, tais produtos podem incluir substâncias alifáticas ou aromáticas per- ou policlorinadas e per- ou polifluoretadas, tais como clorofenóis, dioxinas e furanos. Para além da sua toxicidade, estes compostos apresentam muitas vezes alta resistência química e térmica. A destruição de resíduos está-se a tornar um problema com grande importância em todo o mundo. Os processos de remover o material contaminado foram estabelecidos, nomeadamente através de técnicas de aterro e de combustão a alta temperatura.

Na técnica de aterro, a qual geralmente apenas se aplica a sólidos, a matéria tóxica não é destruída, mas armazenada simplesmente em vazadouros. Na melhor das hipóteses, os vazadouros são indicados para evitar a contaminação de águas subterrâneas pela matéria residual depositada nos mesmos. Esta técnica não é adequada para algumas áreas, como por exemplo, áreas nas quais exista um perigo potencial de derrames, infiltração ou semelhantes.

Na técnica de combustão a alta temperatura, as temperaturas geralmente atingíveis, por exemplo, até 1 500°C, são insuficientes para destruir todas as substâncias tóxicas. As substâncias perigosas termicamente mais estáveis são assim emitidas para a atmosfera. Além disso, o processo de combustão pode promover a formação de dioxinas e furanos adicionais, que são então também emitidos para a atmosfera.

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Existem, assim, desvantagens associadas com cada uma das técnicas anteriorrhente descritas. A patente US-A-4644877 descreve um sistema de destruição de resíduos por pirólise, no qual a matéria residual é alimentada para um queimador de plasma e sai através de um elemento cilíndrico para um vaso de reacção, que forma uma câmara de reacção. Os produtos residuais saem da câmara através de aberturas de saída para arrefecimento no anel de pulverização. A câmara de saída destina-se ao arrefecimento do material residual sujeito a pirólise, para formar produtos recombinados.

De acordo com um primeiro aspecto deste invento, um processo de decomposição térmica inclui os passos de formação de um plasma dentro de um aparelho de pirólise, injecção do material a ser tratado como uma pulverização fina e/ou um gás dentro do dito plasma, movimentação o dito material como uma corrente através do dito aparelho de pirólise num sentido para extremidade de saída do aparelho de pirólise, manutenção do dito material a uma alta temperatura durante a dita movimentação da corrente material, de modo que seja conseguida a pirólise substancialmente completa do dito material e evitada a recombinação dos produtos secundários indesejados, movimentação da dita corrente de material através da dita extremidade de saída a uma temperatura superior à temperatura à qual ocorrerá a dita recombinação, e sujeição da dita corrente de material a um arrefecimento rápido na dita extremidade de saída, ou adjacente à mesma e antes da temperatura dessa corrente de material baixar até um nível, no qual irá ocorrer a recombinação dos ditos produtos secundários indesejados.

Numa forma do processo, o material arrefecido é sujeito a um ambiente, no qual os compostos residuais tóxicos são adsorvidos numa substância portadora sólida, de modo a ser, desta forma, capaz de separação do corpo principal do material. É preferível que a substância portadora sólida referida acima seja carvão em partículas, e é ainda preferido que o carvão seja formado pelo tratamento do material residual no aparelho de pirólise. O material a ser tratado pode ter a forma de um líquido que é atomizado ao ser introduzido no aparelho de pirólise. Em alternativa, o material pode ter a forma de um sólido em partículas ou a forma de um gás.

85 106 ΕΡ 0 629 138/ΡΤ É preferido que ο aparelho de pirólise inclua um plasma electrotérmico de alta energia, no qual o material atomizado é injectado de modo a provocar a dissociação das moléculas, que compõem o material. A velocidade à qual ocorre uma tal dissociação é comandada, pelo menos parcialmente, pela temperatura do plasma. É ainda preferido que o material saia do arco de plasma como uma corrente, a qual passa através de uma zona quente, dentro da qual a temperatura do material é mantida a um nível suficientemente alto para facilitar a continuação da pirólise, a qual é iniciada dentro do plasma. Isto pode ser conseguido de um certo número de maneiras, como será descrito de seguida. O tempo de permanência dentro da zona quente pode ser determinado de um modo adequado, para aumentar a probabilidade de existir uma dissociação completa de todas as moléculas dentro da corrente de material. Quanto maior for o tempo durante o qual o material específico é sujeito a aquecimento, maior é a probabilidade de decomposição de compostos que apresentam resistência térmica mais alta. Geralmente, quanto maior for a temperatura, maior é a velocidade à qual é conseguida a decomposição. A corrente de material é arrefecida ao ser sujeita a uma arrefecimento rápido numa zona de arrefecimento após deixar a zona quente, e a velocidade de arrefecimento, de preferência, é tal para evitar, ou pelo menos minimizar, a recombinação dos iões dissociados.

Os compostos tóxicos residuais que são separados da corrente de material por absorção ou adsorção no carvão em partículas, tal como foi anteriormente descrito, podem ser destruídos sujeitando o carvão em partículas a tratamento adicional adequado.

Numa forma preferida do processo, a zona quente acima mencionada é definida por um tubo (de agora em diante chamado lanço de tubo), através do qual a se desloca corrente de material entre o arco de plasma e a zona de arrefecimento. A corrente de material entra, de preferência, nesse tubo imediatamente após emergir do arco de plasma. As dimensões e a construção do lanço de tubo podem ter uma influência na eficiência do processo, como será explicado daqui para a frente.

Tal como foi descrito acima, a pirólise do material, tal como material residual, pode resultar na produção de partículas de carvão, tal como fuligem ou carvão

85 106 ΕΡ 0 629 138/ΡΤ 4 activado, e estas partículas podem influenciar o processamento a jusante do material. Por exemplo, as partículas podem bloquear ou bloquear parcialmente lanço de tubo. Isto verifica-se, especiaimente, no caso em que o material a ser tratado compreende principalmente hidrocarbonetos. No entanto, sempre que o material compreender principalmente compostos orgânicos contendo oxigénio, pode não existir um problema com partículas de carvão excessivas.

Numa forma do processo, o oxigénio é introduzido no plasma de modo a reagir com partículas de carvão que podem ser formadas e produzir, desse modo, compostos de carbono gasosos com a evolução concomitante do calor. Tal adição de oxigénio pode, por conseguinte, baixar o nível de carvão sólido dentro da corrente de material, de modo a facilitar ainda mais o processamento a jusante desse material, por exemplo, facilitar a passagem da corrente de material através do lanço de tubo. Para além disso, o calor libertado auxilia a manter a temperatura da corrente de material adequadamente alta, à medida que a mesma passa através do lanço de tubo para evitar a recombinação para formar compostos tóxicos. A necessidade de converter carvão sólido em compostos gasosos de carbono por adição de oxigénio ao material de processo pode ser eliminada, ou pelo menos reduzida, pela diluição do material a ser processado num líquido portador inerte, que passa através do aparelho sem afectar as dinâmicas da reacção. O líquido portador terá o efeito de baixar a percentagem em peso de partículas de carvão na corrente que sai do plasma. Idealmente, a quantidade de líquido portador inerte adicionado será controlado de modo a reduzir a percentagem em peso de partículas de carvão a um nível, que evita o bloqueios do equipamento sem a adição de qualquer oxigénio.

Nalgumas circunstâncias, o nível de partículas de carvão na corrente de material que sai do lanço de tubo pode ser tal que provoque o bloqueio ou o bloqueio parcial na zona de arrefecimento e/ou em qualquer outra parte do aparelho a seguir à zona de arrefecimento, e isso pode ocorrer não obstante a introdução de oxigénio no plasma, tal como foi acima descrito. Para ultrapassar este problema, numa forma do processo, é adicionado mais oxigénio à corrente que sai do lanço de tubo, de modo a reagir com as partículas de carvão e baixar o nível de partículas dentro da corrente de material. A reacção do oxigénio com o carvão é exotérmica, o que ajuda à manutenção da temperatura da corrente de 85 106 ΕΡ 0 629 138/ΡΤ 5

material adequadamente alta até que se verifica o arrefecimento efectivo da corrente. As altas temperaturas tendem a resistir à recombinação de iões para formar compostos tóxicos. É preferido que se proporcione efectivamente um gradiente de temperatura acentuado na zona de arrefecimento. O material arrefecido poderá ser exposto a um ambiente alcalino para encorajar a adsorção de quaisquer compostos residuais tóxicos acídicos na substância portadora, como por exemplo, as partículas de carvão. Assim, os compostos tóxicos que escaparam à pirólise, ou que são formados por recombinação a seguir à pirólise, podem ser isolados nas partículas de carvão, e estas partículas podem ser separadas do remanescente do material processado por quaisquer meios adequados. Como exemplo, essa separação pode ser feita através de filtração.

As partículas de carvão separadas com os compostos tóxicos adsorvidos, podem ser sujeitas a tratamento adicional para decompor os compostos tóxicos. Por exemplo, as partículas podem ser sujeitas a tratamento adicional que leve a que os compostos tóxicos sejam desabsorvidos num líquido, o qual é então recirculado através do processo.

Em alternativa, as partículas de carvão podem ser deitadas fora para o aterro. O procedimento adoptado em qualquer circunstância estará geralmente dependente do nível dos compostos tóxicos nas partículas de carvão.

De acordo com um segundo aspecto deste invento, um aparelho de decomposição térmica inclui um aparelho de pirólise, que tem meios para geração de um arco de plasma e meios de passagem para contenção do plasma para lá da região do dito arco, meios de introdução do material, localizados na região do dito arco, ou adjacentes à mesma, e que estão operacionais para introduzir o material dentro do dito aparelho de pirólise como uma pulverização fina e/ou um gás, e meios de arrefecimento, localizados numa extremidade de saída do dito aparelho de pirólise, ou adjacentes à mesma, em que o dito aparelho de pirólise está operativo para manter o dito material introduzido a uma alta temperatura, de modo que é atingida uma pirólise substancialmente completa do dito material e a recombinação de produtos secundários indesejados é, substancialmente, evitada durante o movimento do dito material através dos meios de passagem para a extremidade de saída do dito aparelho de pirólise, e os ditos meios de

85 106 ΕΡ 0 629 138/ΡΤ 6 arrefecimento ficam rapidamente operativos para efectuar o arrefecimento do dito material que sai da dita extremidade de saída, antes da temperatura do dito material que sai baixar até um nível, no qual ocorrerá a recombinação dos ditos produtos secundários indesejados, e em que os ditos meios de passagem proporcionam o controlo de uma camada limite do dito material, para garantir uma temperatura substancialmente consistente do material através dos ditos meios de passagem.

As concretizações do invento estão descritas em pormenor nas passagens seguintes da especificação, as quais se referem aos desenhos anexos. Os desenhos são, no entanto, meramente ilustrativos de como o invento pode ser concretizado, de modo que forma e disposição específicas dos vários aspectos, tal como estão mostrados, não deverão ser entendidas como limitativos do invento.

Nos desenhos: a FIG. 1 é um fluxograma, que representa uma forma do processo de acordo com o invento: a FIG. 2 é uma vista em corte esquemática através de uma forma do aparelho de pirólise para utilização num processo tal como representado pela FIG. 1; a FIG. 3 é uma vista em corte transversal semi-esquemática de uma forma do lanço de tubo, adequado para utilização no aparelho mostrado na FIG. 2; a FIG. 4 é uma vista em corte transversal semi-esquemática de uma outra forma do lanço de tubo, adequado para utilização no aparelho da FIG. 2; a FIG. 5 é uma vista esquemática do aparelho de acordo com uma concretização do invento:

Na FIG. 1 a linha 1 representa o percurso do material a ser tratado à medida que é introduzido no aparelho de pirólise 2. O material pode ser introduzido no aparelho de pirólise de qualquer forma adequada, mas é preferido que o mesmo seja com a forma de uma pulverização fina de partículas de líquido e/ou sólido, ou um gás, ou uma combinação de uma tal pulverização fina e um gás. É ainda

85 106 ΕΡ 0 629 138/ΡΤ preferido que ο material seja injectado dentro do aparelho de pirólise 2 sob pressão.

No caso do material ser movido ao longo do percurso 1, como uma corrente de líquido, a corrente de líquido pode ser atomizada no ponto de injecção ou imediatamente antes do mesmo dentro do aparelho de pirólise 2, e podem ser utilizados quaisquer meios injectores ou outros adequados. As gotículas de líquido resultantes da atomização têm, de preferência, um diâmetro de 100 mícron ou menos. Em particular, as gotículas de líquido têm de ser suficientemente pequenas para permitir a pirólise completa. Se as mesmas forem demasiado grandes, a superfície das gotículas pode apenas carbonizar superficialmente nas condições existentes dentro do aparelho de pirólise 2.

Se o material que entra no aparelho de pirólise 2 tem a forma de uma pulverização de partículas sólidas, ou inclui a mesma, cada uma dessas partículas tem, de preferência, uma dimensão adequadamente pequena devido ao referido anteriormente. Uma dimensão de partícula de 100 mícron ou menos será geralmente satisfatório. O aparelho de pirólise 2 inclui meios 3 para gerarem um arco de plasma 4 de modo a permitir a produção de um plasma electrotérmico de alta energia. O aparelho de pirólise 2 inclui também uma zona quente 6, imediatamente a seguir aos meios de geração de arco 3 e os quais recebem a corrente de material 5 que sai dos meios de geração de arco 3. É preferível que o gás de plasma 7 seja árgon ou uma mistura de árgon, uma vez que produz uma atmosfera de plasma inerte, na qual é realizada a pirólise. Os meios de geração de arco 3 podem ser, por exemplo, um maçarico de plasma igual ou semelhante à descrita pelo pedido de patente PCT AU89/00396. A este respeito, a temperatura dentro do plasma pode ser, tipicamente, na ordem dos 10 000°C a 15 000°C. Alternativamente, podem também ser utilizados outros tipos de plasma tal como um plasma de vapor. A direcção, na qual o material a ser tratado é introduzido no arco de plasma 4, pode ser seleccionada de acordo com a preferência ou as circunstâncias. Como exemplo, a direcção pode ser geralmente paralela à linha do arco 4, ou geralmente transversal à mesma, mas esta última é geralmente preferida.

85 106 ΕΡ 0 629 138/ΡΤ É preferido que a região do aparelho de pirólise 2, na qual é introduzido no plasma o material a ser tratado, seja mantida a uma temperatura adequadamente alta, por exemplo, uma temperatura de 1 000°C ou, de preferência, superior. O material pode ser injectado directamente no núcleo do arco de plasma 4, ou, pelo menos, perto da fixação a jusante 8 do arco 4. Se não for possível a injecção directa, as superfícies do maçarico 3 na região da introdução do material podem ser aquecidas para manter uma temperatura de um nível adequadamente alto. A FIG. 2 proporciona uma indicação mais clara da localização preferível do ponto 9, no qual o material a ser tratado é introduzido no aparelho de pirólise 2. O maçarico particular 3 que é mostrado na FIG. 2, e faz parte do aparelho de pirólise 2, inclui um cátodo 10 e dois ânodos 11 e 12 separados por uma conjunto 13 de espaçadores. O ânodo 11 funciona como um ânodo de arranque, para iniciar o arco 4 e, uma vez gerado, o arco 4 é então prolongado, de modo que a sua fixação a jusante 8 fique no ânodo 12. Podiam ser adoptadas outras formas de maçaricos.

Na disposição específica mostrada na FIG. 2, o material a ser tratado é injectado na passagem 14 do maçarico, no local da ligação de arco 8 ou perto desse local. A direcção dessa injecção é normalmente transversal ao eixo longitudinal da passagem 14, de modo a facilitar a injecção no núcleo do arco 4.

As moléculas que compõem o material injectado são obrigadas a separar-se sob a influência das altas temperaturas que prevalecem dentro do plasma, e o material sofre deste modo uma pirólise, ou, pelo menos, a pirólise substancial. O material sai do arco de plasma 4 como uma corrente 5, a qual é dirigida para dentro da zona quente 6 e através da mesma. A corrente do material 5 é, em primeiro lugar, um gás que tem associadas partículas de carvão sólido com a forma de fuligem.

Numa disposição particular mostrada, a zona quente 6 é formada por um tubo oco alongado que será identificado de agora em diante como o lanço de tubo. O tubo 6 forma, como efeito, um prolongamento ou continuação da passagem 14 do maçarico, e as dimensões do tubo 6 serão seleccionadas para se adequarem aos requisitos e circunstâncias particulares. Uma função básica do tubo 6 consiste em proporcionar retenção da corrente de material 5 num ambiente, o qual promove a continuação do processo de pirólise. Isto é, pode acontecer que a pirólise do material não fique completa dentro do maçarico 3, e a função do tubo 6 consiste 9 85 106 ΕΡ 0 629 138/ΡΤ em proporcionar um prolongamento do ambiente dentro do qual a pirólise é efectuada. Em particular, o tubo 6 prolonga o tempo de permanência do material dentro de um ambiente apropriado de alta temperatura e, desse modo, optimiza a possibilidade que seja conseguida a pirólise completa.

Numa disposição, a qual operou satisfatoriamente, o lanço de tubo é estreito e apresenta uma relação entre o diâmetro e o comprimento de cerca de 2 para 25. No entanto, em quaisquer circunstâncias particulares, o comprimento do tubo pode ser seleccionado de modo a conseguir-se um tempo de permanência adequado do material processado dentro do tubo e pode ser adoptada qualquer relação entre o diâmetro e o comprimento. A natureza dos compostos tóxicos dentro do material a ser tratado influenciará a determinação de um tempo de permanência adequado dentro do tubo 6.

Uma consideração importante na concepção do tubo 6 é a necessidade de manter o material processado a uma temperatura tão alta quanto possível, ao longo do comprimento do tubo, uma vez que isso auxilia na prevenção de reacções de recombinação indesejáveis. Neste aspecto, a temperatura da corrente 5, que entra no tubo 6 pode estar acima dos 3 500°C e a temperatura da corrente que sai do tubo pode ser de 1 200°C. A camada limite de escoamento do fluido da corrente de material, a qual entra em contacto com a superfície envolvente do tubo 6, tenderá a arrefecer devido a esse contacto. Por conseguinte, o tubo 6 pode ser concebido de forma a permitir o controlo da camada limite, de modo que seja mantida tão fina quanto possível. Em particular, é desejável que a temperatura da corrente de material seja substancialmente consistente ao longo dessa corrente, à medida que surge da extremidade de saída 15 do aparelho de pirólise 2.

Uma abordagem ao anterior é mostrada esquematicamente na FIG. 3. A superfície interior do lanço de tubo 6, mostrado na FIG. 3, está equipado com uma série de lábios 16, os quais tendem a deflectir a camada limite da corrente de material 5 para trás para o centro axial dessa corrente. A turbulência resultante inibe a formação de uma camada limite fria distinta, e existe uma mistura contínua da camada limite com o corpo interior relativamente quente da corrente de material, de tal modo que é mantida uma temperatura substancialmente consistente através da largura da corrente.

85 106 ΕΡ 0 629 138/ΡΤ 10 A FIG. 4 ilustra uma outra abordagem, na qual o tubo 6 tem um revestimento 17, o qual é capaz de suportar altas temperaturas e, em particular, temperaturas acima dos 1 000°C. Como exemplo, o revestimento 17 pode ser composto por um material cerâmico. Se desejado, um tal dispositivo pode ser modificado pela introdução de uma fonte externa de calor no revestimento 17 num local apropriado, tal como adjacente à extremidade de saída 15 do aparelho de pirólise 2. O corpo 18 do tubo 6, o qual envolve o revestimento 17, pode ser também arrefecido com água (por exemplo), que entra na entrada 19 e sai na saída 20. Um arrefecimento semelhante pode ser desejável noutras formas do tubo 6, incluindo o mostrado na FIG. 3.

Como foi anteriormente mencionado, a corrente de material 5 que saí do maçarico 3 conterá partículas de carvão. Se o nível de partículas de carvão for relativamente alto, pode haver o perigo do carvão bloquear o tubo 6. A fim de aliviar este problema, pode ser alimentada uma corrente de oxigénio no aparelho de pirólise 2, para converter algumas das partículas de carvão em compostos de carbono gasosos. No exemplo específico mostrado nas FIGS. 1 e 2, o oxigénio é alimentado para o maçarico 3 num local 21 adjacente ao ponto 9, no qual o material a ser tratado é introduzido. Outras disposições são claramente possíveis. A reacção do carvão e oxigénio é exotérmica e é libertada uma quantidade considerável de calor. Este calor auxilia a manutenção da temperatura da corrente de material a um nível adequadamente alto, para encorajar a continuação da pirólise e resistir à recombinação dos iões dissociados e compostos simples para formarem compostos indesejáveis.

Numa disposição possível, o tubo 6 pode incluir um revestimento de grafite. Num tal caso, pode ser importante controlar a corrente de oxigénio que entra em 21, de modo a manter uma atmosfera deficiente em oxigénio dentro do tubo 6. Como exemplo, a relação entre o oxigénio e o carbono pode ser mantida 30% abaixo dos valores estequiométricos. Se não for mantida uma tal atmosfera, algum oxigénio pode reagir com o carbono do revestimento do tubo, atacando desta forma o revestimento.

Uma atmosfera deficiente em oxigénio tenderá também a reduzir a combinação de iões dissociados para formarem compostos contendo oxigénio indesejáveis.

85 106 ΕΡ 0 629 138/ΡΤ 11 A corrente de material 5, que passa para fora da extremidade de saída 15 do aparelho de pirólise 2, está sujeita a arrefecimento numa zona de arrefecimento 22. Na disposição mostrada, o material é então e/ou subsequentemente, sujeito a uma ambiente tal como o descrito em seguida, no qual os compostos orgânicos tóxicos residuais são adsorvidos num portador em partículas. Como exemplo, a substância portadora pode ser proporcionada pelas partículas de carvão não sujeitas a reacção, que permanecem dentro da corrente de material 5. O nível das partículas de carvão na corrente de material 5, que passa fora da saída 15 pode, por exemplo, ser de 1% em peso, ou superior. Um tal nível de carvão pode provocar a obstrução ou o bloqueio dos componentes do aparelho de processamento, o qual se segue ao aparelho de pirólise 2. Em consequência, em algumas circunstancias pode ser desejável reduzir ainda mais o conteúdo de carvão através da introdução de uma corrente de oxigénio adicional 23 para converter algumas das partículas de carvão remanescentes em produtos de carbono gasosos. O conteúdo de carvão da corrente de material que entra na zona de arrefecimento 22 é, de preferência, da ordem dos 0,5% em peso. A introdução da corrente de oxigénio adicional 23 pode ter um outro efeito. Isto é, o calor gerado pela reacção desse oxigénio com o carvão pode auxiliar mantendo a corrente de material 5 a uma temperatura adequadamente alta até que seja feito o arrefecimento. Relativamente a este aspecto, é desejável que a temperatura da corrente de material 5, imediatamente antes do arrefecimento, seja de, pelo menos, 1 500°C e é preferido que a temperatura seja na ordem dos 1 800°C a 2 000°C.

Tal como anteriormente mencionado, as temperaturas mais altas resistem à recombinação dos iões dissociados, para formarem compostos tóxicos, como por exemplo, dioxinas. Pensa-se, em geral, que é desejável manter a temperatura na corrente de material 5, até ao momento do arrefecimento, a um nível que seja suficientemente alto para evitar a possibilidade do CO na corrente 5 de se reconverter para C02.

Tal como foi indicado anteriormente, a introdução de corrente de oxigénio adicional 23 não será necessária em todas as aplicações do invento.

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Na configuração particular mostrada, a zona de arrefecimento 22 inclui um conjunto de pulverizadores 24, disposto para produzir uma barreira fria 25, através da qual a corrente de material 5 tem de passar. Isto é, a corrente 5 é confinada a uma passagem 26, a qual é completamente cheia na localização dos pulverizadores 24 pela barreira 25. A disposição é tal, que o arrefecimento da corrente de material é completo e isso tem como resultado a existência de uma queda súbita acentuada da temperatura do material. No exemplo mostrado, a passagem 26 é formada como um prolongamento da passagem através do tubo 6. O material arrefecido que sai da zona de arrefecimento 22 pode ser feito passar para através de um depurador 27, tal como mostrado. O pH do depurador 27 será, geralmente, alcalino, para remoção de compostos acídicos do material recebido. As partículas de carvão dentro desse material podem ser dispersas dentro de um corpo 28 da solução alcalina do depurador, de modo que os compostos orgânicos ácidos são encorajados a serem adsorvidos nas partículas de carvão. Os parâmetros de processo óptimos, tais como o pH e a temperatura da solução do depurador, que são necessários para se atingir a adsorsão máxima de compostos orgânicos tóxicos, podem ser determinados por experimentação de rotina.

Num exemplo particular, a solução do depurador é uma solução de hidróxido de sódio, mas podem ser utilizados outros tipos de soluções. Para além disso, na configuração ilustrada pela FIG. 1, a mesma solução pode ser utilizada nos pulverizadores do arrefecimento 24 e pulverizadores de depurador 29. Para esse fim, uma bomba 30 pode operar para aspirar a solução do corpo da solução 28, para alimentar os pulverizadores 24 e 29. A linha 31 na FIG. 1 representa a alimentação de solução para o depurador 27, e a linha 32 representa a retirada de solução gasta do depurador 27.

As partículas de carvão podem ser separadas da solução do depurador por meio de um processo de filtração simples, o qual está identificado na FIG. 1 pelo bloco 33. Essa filtração pode ser executada numa base contínua ou numa base de lote.

Os compostos orgânicos tóxicos adsorvidos nas partículas de carvão podem ser separados das partículas de carvão através de um processo de desabsorção, o qual está representado pelo bloco 34 na FIG. 1. Isto é, o processo de adsorção 85 106 ΕΡ 0 629 138/ΡΤ 13

efectuado no depurador 27 é invertido. Os compostos são desabsorvidos tipicamente em água, a qual pode ser reciclada no processo, como parte da entrada de material 1.

Na construção particular mostrada na FIG. 2, o depurador 27 tem uma configuração rectangular e é substancialmente maior que o tubo, o qual forma a zona de arrefecimento 22. Uma pluralidade de pulverizadores de depurador 29 está localizada na região operativa superior do depurador 27 para dirigir a solução do depurador como uma pulverização fina ou névoa. O sentido dessa pulverização ou névoa é, de preferência, para baixo. O aparelho pode incluir uma purga de explosão 35, como mostrado na FIG. 5, para purgar o sistema na eventualidade da formação de uma mistura gasosa explosiva. Isto é uma característica de segurança importante para reduzir o perigo de explosão. A purga de explosão tem uma forma e construção conhecidas. No exemplo mostrado, a purga 35 está localizada adjacente ao depurador 27. O material, o qual permaneceu na forma gasosa e o qual não foi depurado a partir do gás no depurador 27, pode ser passado para a atmosfera por meio de uma chaminé 36, mostrada na FIG. 5. A chaminé 36 pode, por exemplo, incluir um certo número de pulverizadores de chaminé 37, os quais actuam para remover quaisquer vestígios remanescentes de compostos gasosos tendo uma afinidade com um ambiente alcalino aquoso. Na disposição específica mostrada, os pulverizadores de chaminé 37 são alimentados com solução por meio da bomba 30.

Especificamente o aparelho de pirólise 2, e todo o aparelho, mais em geral, formam uma unidade muito compacta, a qual é adequada para utilização no local. O aparelho pode, por exemplo, ser integrado num processo existente, de modo que não existe produção líquida de resíduos tóxicos. Isto é uma vantagem importante, uma vez que o transporte de substâncias tóxicas é perigoso.

Uma característica única do processo descrito é a retenção deliberada de carvão em partículas dentro da corrente do material e o controlo das condições de processo, de tal forma que as partículas de carvão actuam como uma substância portadora para os compostos orgânicos tóxicos, os quais sobreviveram ao passo de pirólise do processo. Isto é, os compostos orgânicos, os quais sobreviveram aos 14 85 106 ΕΡ 0 629 138/ΡΤ passos de processamento antes do processo de arrefecimento, são efectivamente retidos pela fixação ou adsorção nas partículas de carvão. Os compostos orgânicos sobreviventes são, desta forma, retidos de um modo, o qual facilita a desembaraço conveniente ou, em alternativa, o processamento subsequente, quando considerado adequado, dependendo do nível de compostos orgânicos tóxicos. Isto é contrário à prática aceite de inibir a formação de carvão nos processos existentes de destruição de compostos tóxicos. A análise do material que sai do depurador revelou que o nível de destruição dos produtos tóxicos nos passos do processo antes do depurador, é da ordem dos 99.9999%. O tratamento adicional das partículas de carvão separadas permite que o nível de destruição seja aumentado para lá dos 99.9999%. Um processo de acordo com o invento é útil para a destruição efectiva de uma vasta gama de produtos tóxicos, incluindo os clorofenóis e as dioxinas. O processo é robusto e seguro. λ Várias alterações, modificações e/ou adições podem ser introduzidas nas construções e disposições das partes descritas previamente sem se sair do invento, como definido pelas reivindicações anexas.

Por COMMONWEALTH SCIENTIFIC AND INDUSTRIAL RESEARCH ORGANISATION e SIDDONS RAMSET LIMITED

Claims

85 106 ΕΡ 0 629 138/ΡΤ 1/5 REIVINDICAÇÕES 1 - Processo de decomposição térmica incluindo os passos de formação de um plasma dentro de um aparelho de pirólise (1), injecção do material (1) a ser tratado como pulverização fina e/ou um gás dentro do dito plasma, movimentação do dito material como uma corrente (5) através do dito aparelho de pirólise num sentido para extremidade de saída (26) do aparelho de pirólise, manutenção do dito material a uma alta temperatura durante a dita movimentação da corrente material, de modo que seja conseguida a pirólise substancialmente completa do dito material e evitada a recombinação dos produtos secundários indesejados, movimentação da dita corrente de material através da dita extremidade de saída a uma temperatura superior à temperatura à qual ocorrerá a dita recombinação, e sujeição da dita corrente de material a um arrefecimento rápido (22, 24, 25) na dita extremidade de saída (26) ou adjacente à mesma e antes da temperatura dessa corrente de material baixar para um nível, no qual ocorrerá a recombinação dos ditos produtos secundários indesejados.
2 - Processo de acordo com a reivindicação 1, em que a temperatura da dita corrente de material imediatamente antes do dito arrefecimento é de tal modo que o CO na dita corrente de material não tenha começado a ser reconvertido para C02.
3 - Processo de acordo com a reivindicação 1 ou a reivindicação 2, em que o dito plasma é formado por utilização de um gás, que é um gás nobre.
4 - Processo de acordo com a reivindicação 3, em que o dito gás é árgon ou uma mistura de árgon.
5 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, em que o dito plasma é gerado por um arco eléctrico (4), criado entre dois eléctrodos (10, 12), e o dito material (1) é injectado dentro do dito plasma, numa localização adjacente à ligação (8) do dito arco ao eléctrodo (12), que forma o ânodo.
6 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, em que o dito plasma é gerado por um arco eléctrico (4) criado entre dois eléctrodos (10, 12), e o dito material é injectado dentro do núcleo do dito arco.

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7 - Processo de acordo com a reivindicação 5 ou a reivindicação 6, em que o dito material é injectado numa direcção que se prolongando geralmente transversal à direcção, na qual o dito arco se prolonga entre os ditos eléctrodos.
8 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, em que o dito material é injectado no aparelho de pirólise na forma de líquido atomizado.
9 - Processo de acordo com a reivindicação 8, em que a dimensão das ! gotículas de líquido que formam o dito líquido atomizado é de 100 mícron ou menos.
10 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, em que o dito material é injectado no dito aparelho de pirólise com a forma de partículas sólidas.
11 - Processo de acordo com a reivindicação 10, em que a dimensão de cada dita partícula é de 100 mícron ou menos.
12 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, em que o oxigénio (21) é introduzido no dito aparelho de pirólise na localização da dita injecção de material ou adjacente à mesma.
13 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, em que existe uma atmosfera parcialmente oxidante dentro do dito aparelho de pirólise.
14 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, em que o dito aparelho de pirólise inclui um maçarico a plasma (2) e uma zona quente que se prolonga entre esse maçarico e a localização, na qual é efectuado o dito arrefecimento.
15 - Processo de acordo com a reivindicação 14, em que a dita zona quente é formada dentro de um tubo (6), e uma camada limite do dito material, que contacta com a superfície envolvente do dito tubo, é controlada de modo que o material dentro da dita corrente de material está a uma temperatura substancialmente consistente no momento em que a mesma é sujeita ao dito arrefecimento.

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16 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, em que o dito aparelho de pirólise inclui um tubo (6), através do qual passa o dito material para a extremidade de saída, e uma camada limite do dito material, a qual entra em contacto com a superfície envolvente do dito tubo, é controlada de modo que o material dentro da dita corrente de material está a uma temperatura substancialmente consistente no momento em que a mesma é sujeita ao dito arrefecimento.
17 - Processo de acordo com a reivindicação 15 ou a reivindicação 16, em que a dita camada limite é controlada por indução de fluxo turbulento na dita camada limite.
18 - Processo de acordo com a reivindicação 15 ou a reivindicação 16, em que a dita camada limite é controlada através da sua deflexão para dentro para o centro da dita corrente de material.
19 - Processo de acordo com a reivindicação 15 ou a reivindicação 16, em que a dita camada limite é controlada pela manutenção de uma temperatura adequadamente alta numa parede do dito tubo, o qual forma a dita superfície envolvente.
20 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o material arrefecido é sujeito a um ambiente, no qual os compostos tóxicos residuais são absorvidos numa substância portadora, e a dita substância é, em seguida, separada do dito material.
21 - Processo de acordo com a reivindicação 20, em que a dita substância portadora é carvão em partículas.
22 - Processo de acordo com a reivindicação 21, em que as ditas partículas de carvão são formadas pela dita pirólise.
23 - Processo de acordo com a reivindicação 21 ou reivindicação 22, em que os ditos compostos tóxicos são desabsorvidos da dita substância portadora.

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24 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que a temperatura do material imediatamente antes do arrefecimento é de, pelo menos, 1 500°C.
25 - Processo de acordo com a reivindicação 24, em que a temperatura do material imediatamente antes do arrefecimento é de, pelo menos, 1 800°C.
26 - Aparelho de decomposição térmica, que inclui um aparelho de pirólise (2), que tem meios (10, 11, 12) para geração de um arco de plasma (4) e meios de passagem (6), para contenção do plasma para lá da região do dito arco, meios de introdução do material (1), localizados na região do dito arco, ou adjacentes à mesma, e que estão operacionais para introduzir o material dentro do dito aparelho de pirólise como uma pulverização fina e/ou um gás, e meios de arrefecimento (22, 24, 25), localizados numa extremidade de saída do dito aparelho de pirólise, ou adjacentes à mesma, em que o dito aparelho de pirólise está operativo para manter o dito material introduzido a uma alta temperatura, de modo que é conseguida uma pirólise substancialmente completa do dito material e a recombinação de produtos secundários indesejados é, substancialmente, evitada durante o movimento do dito material através dos meios de passagem (6) para a extremidade de saída do dito aparelho de pirólise, e os ditos meios de arrefecimento ficam rapidamente operativos para efectuar arrefecimento do dito material (5), que sai da dita extremidade de saída, antes da temperatura do dito material que sai baixar até um nível, no qual ocorrerá a recombinação dos ditos produtos secundários indesejados, e em que os ditos meios de passagem (6) proporcionam o controlo de uma camada limite do dito material, para garantir uma temperatura substancialmente consistente do material através dos ditos meios de passagem.
27 - Aparelho de acordo com a reivindicação 26, em que os ditos meios de geração incluem um maçarico de plasma, que tem uma passagem (14) através do mesmo, e os ditos meios de introdução de material (1) estão dispostos para introduzirem o material na dita passagem numa direcção que é substancialmente transversal à direcção longitudinal da dita passagem.
28 - Aparelho de acordo com a reivindicação 27, em que os ditos meios que contêm o plasma incluem um tubo (6), o qual forma uma continuação da dita passagem do maçarico de plasma. 85 106 ΕΡ 0 629 138/ΡΤ 5/5
29 - Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 26 a 28, em que os ditos meios de geração incluem um cátodo (10) e um ânodo (12), dispostos numa relação espaçada do dito cátodo, e os ditos meios de introdução de material (1) estão localizados no dito ânodo.
30 - Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 26 a 29, em que os ditos meios de arrefecimento (24, 25) estão localizados na dita extremidade de saída e são operáveis para produzirem uma barreira fria, através da qual o material que sai do dito aparelho de pirólise tem de passar.
31 - Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 26 a 30, em que os ditos meios de passagem incluem meios (16) para induzirem o fluxo turbulento numa camada limite da corrente de material.
32 - Aparelho de acordo com a reivindicação 31, em que os meios de indução de fluxo turbulento compreenderem uma série de lábios (16) para deflectirem uma camada limite da corrente de material para o centro axial dos meios de passagem (6), para misturarem a corrente de material.
33 - Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 26 a 30, em que a camada limite é controlada por meios que mantêm uma temperatura adequadamente alta nuima parede dos ditos meios de passagem (6).
34 - Aparelho de acordo com a reivindicação 33, em que os meios para manutenção de uma temperatura adequadamente alta compreendem um revestimento de material.
35 - Aparelho de acordo com a reivindicação 34, em que o dito revestimento de material é aquecido. Lisboa, -"3. MOV. 2000 Por COMMONWEALTH SCIENTIFIC AND INDUSTRIAL RESEARCH ORGANISATION e SIDDONS RAMSET LIMITED - O AGENTE OFICIAL -