BRPI0714860A2

BRPI0714860A2 - processo para tratamento de material de resÍduos domÉsticos e aparelho para tratamento de material de resÍduos

Info

Publication number: BRPI0714860A2
Application number: BRPI0714860-7A
Authority: BR
Inventors: Philip Hall
Original assignee: Reclaim Resources Ltd
Priority date: 2006-08-01
Filing date: 2007-08-01
Publication date: 2013-05-21
Also published as: EP2051824B1; PT2051824T; AP2676A; CA2659551C; AU2007280222A1; LT2051824T; WO2008015424A2; JP5687835B2; DK2051824T3; SI2051824T1; AU2007280222B2; MX2009001040A; WO2008015424A3; CN105170600B; EA200970163A1; JP2009545434A; CA2659551A1; IL196793A0; KR101460810B1; CY1123529T1

Abstract

PROCESSO PAPA TRATAMENTO DE MATERIAL DE RESÍDUOS DOMÉSTICOS E APARELHO PARA TRATAMENTO DE MATERIAL DE RESÍDUOS. Processo e aparelho para reciclagem do resíduo doméstico municipal que compreende a submissão do resíduo ao vapor a 1500C - 2000C a acima da pressão atmosférica, mas menos de duas vezes a pressão atmosférica. Após o tratamento de vapor, o material resultante é separado em componentes e biomassa e/ou plásticos sujeitos a um tratamento adicional: O tratamento adicional produz preferivelmente bicetanol da biomassa e diesel dos plásticos. Como uma alternativa, alguma ou toda a biomassa pode ser gasificada a fim de produzir o hidrogênio que pode, por sua vez, ser alimentado a uma célula de combustível para produzir uma saida elétrica.

Description

PROCESSO PARA TRATAMENTO DE MATERIAL DE RESÍDUOS DOMÉSTICOS E APARELHO PARA TRATAMENTO DE MATERIAL DE RESÍDUOS

A presente invenção se refere à reciclagem do resíduo de material e mais particularmente à reciclagem do resíduo doméstico municipal.

Há várias maneiras de tratar o resíduo doméstico municipal, de outra maneira conhecido como resíduo sólido municipal, mas os dois métodos mais comuns são aterro sanitário e incineração. Ambos os métodos têm problemas inerentes associados com eles. Ao utilizar o aterro sanitário, o resíduo é enterrado sem separação. Este usa o espaço valioso e torna a terra inutilizável por muitos anos. Além disso, efluentes tóxicos podem escapar para a terra. E ainda, locais apropriados para locais de aterro sanitário estão tornando-se cada vez mais difíceis de encontrar.

Com referência a incineração, esta exige geralmente que o resíduo seja separado em resíduo combustível e não- combustível sendo enviados a um local de aterro sanitário e o resíduo combustível gueimado. Entretanto, a queima do resíduo cria geralmente emissões do enxofre e exige altas chaminés feias. Adicionalmente, os incineradores não são eficientes porque exige alto consumo de energia.

Mais recentemente, houve propostas para descartar o resíduo municipal utilizando uma autoclave carregada com o material de resíduo a ser tratado e fornecido com vapor de um acumulador de vapor. Um exemplo destas é descrito na US-A- 5,190,226 onde o material de resíduo sólido é processado a uma pressão de 4 bars. Enquanto estas propostas são uma solução mais a favor do meio ambiente do que os dois métodos comuns precedentes descritos acima, são ineficientes já que são processos em batelada. Um processo contínuo tem sido desenvolvido, por exemplo, na US-A-6,752,3 37 mas equipamento especial tem sido proposto a fim de manter uma unidade de processamento de vapor altamente pressurizada que é cara e perigosa. A presente invenção fornece uma solução para reciclar o resíduo doméstico municipal que é eficiente em energia e a favor do meio ambiente. A planta do processo é modular no projeto e tomará o resíduo não separado e tratá-lo termicamente usando um processo de vapor contínuo. Preferivelmente o sistema igualmente endereça o problema do odor gerado da planta.

A fim de que a presente invenção seja compreendida mais prontamente, uma modalidade da mesma será descrita agora por meio de exemplos em referência aos desenhos de acompanhamento nos quais:

Fig. 1 mostra uma representação diagramática da planta de processo de acordo com a presente invenção;

Fig. 2 é um fluxograma do processo básico utilizado pela presente invenção;

Fig. 3 é um diagrama esquemático de uma unidade de tratamento de vapor usada na presente invenção;

Fig. 4 é um diagrama esquemático que representa a produção de etanol do sistema de acordo com a presente invenção; e

Fig. 5 é um diagrama esquemático que representa a produção de diesel do sistema de acordo com a presente invenção.

Com referência a Figura 1, esta mostra esquematicamente a planta do processo preferida de acordo com a presente invenção. Os veículos de lixo trazem o resíduo doméstico municipal a um local de transferência A onde o resíduo bruto, sem separação, é alimentado continuamente através da unidade de trituração mecânica B a uma unidade de tratamento de vapor C. Na Figura 1, há duas unidades de tratamento de vapor que operam em paralelo cada uma com seu próprio funil para armazenar o resíduo triturado antes de ele ser alimentado na unidade. Pelo termo "bruto" entende-se que nenhuma matéria adicional tal como produtos químicos e/ou água é adicionado ao resíduo antes da alimentação nas unidades do tratamento de vapor. A unidade de tratamento de vapor C é operada de forma que o resíduo seja tratado por aproximadamente 45 minutos e o ■ resíduo tratado seja separado então em um estágio de separação E em categorias diferentes tais como biomassa bruta ou celulose, plásticos, metais ferrosos e não ferrosos, materiais têxteis e outros resíduos. Utilizando esta técnica, menos de 10% por volume de resíduo inicial é emitido realmente ao aterro sanitário e o outro resíduo separado pode ser reciclado. Há uma redução de até 70% no volume do resíduo. A biomassa bruta e plásticos recebem processamento adicional indicado pelas unidades G e H e/ou podem ser armazenados, secos e então alimentado a uma unidade do conversor de gás a fim de produzir a energia gasosa para uma célula de combustível que possa ser usada para gerar eletricidade. As Figs. 4 e 5 mostram processamentos alternativos para o material de celulose ou parte dele. Os outros materiais separados são armazenados como indicado em F.

Por sua natureza, o material de resíduo exsudará odores desagradáveis na entrada a e na saída da unidade de processamento de vapor. Por este motivo, é proposto extrair o ar da unidade de tratamento de vapor e tratá-lo com um processo de remoção de odor, como indicado por D na Fig. 1, tal como aquele descrito no pedido internacional n° . PCT/GB2006/000888 onde o ar é tratado pelo ozônio gerado utilizando luz ultravioleta. Uma característica desta técnica é que se ozônio suficiente for gerado e mantido em contato com o ar a ser tratado por um período de tempo suficiente, reduções substanciais no odor são conseguidas. Isto exige, entretanto, que luz ultravioleta adicional seja fornecida em um comprimento de onda diferente daquela usada para criar o ozônio a fim se assegurar que nenhum ozônio ativo está presente no ar descarregado à atmosfera do processo.

Referindo a Fig. 2, o vapor é gerado em um arranjo de caldeira 10 que fornece o vapor em uma pressão de 10 bars e tem uma temperatura entre de 1650°C e 200°C que é alimentado a uma seção de tratamento de vapor 12 que pode incluir uma ou várias unidades individuais operando paralelamente. 0 resíduo da recepção e da área de alimentação representados pelo bloco B é alimentado na planta de tratamento de vapor. 0 resíduo tratado é transportado então para um separador E.

Adicionalmente, qualquer vapor que escapa da unidade de tratamento de vapor é capturado por um sistema canalizado 16 e alimentado a uma unidade de tratamento de odor onde é tratado como descrito acima antes da exalação à atmosfera.

Com referência agora a Fig. 3, esta mostra mais detalhadamente uma forma da unidade de tratamento de vapor da planta. Compreende uma câmara alongada 30 que é selada substancialmente e é fornecida com um arranjo de transporte 31 para movimentar o material de resíduo de uma entrada 32 para uma saída 33.

O arranjo preferido, da câmara 30 é fazê-la um tipo de cilindro rotativo de transportador a superfície interna do qual é ajustada com uma ou várias lâminas helicoidais contínuas. 0 tempo durante o qual o material de resíduo é tratado é, naturalmente, uma função da velocidade rotacional do transportador e do comprimento do transportador e estes são ajustados de tal forma que o resíduo seja tratado por aproximadamente 45 minutos.

O resíduo é tratado usando o vapor e/ou água injetada na câmara 30 ou no cilindro por meio das tubulações 35. O vapor está preferivelmente a 160°C - 180°C, mas pode estar até 200°C e a pressão na câmara está acima da pressão atmosférica, mas menos de 2 bars, preferivelmente 1.25 bars ou, em outras palavras 0.25 bars acima da pressão atmosférica

Além da entrada e saída 32, 33, a câmara 30 ou o cilindro podem ser fornecidos com um funil de fundo para a coleta e a remoção de qualquer material de fundo resultante do processamento do vapor. Também, uma abertura de gás pode ser fornecida para a remoção dos gases resultantes do processo. Estes gases podem ser limpos e separados de modo que os hidrocarbonetos úteis possam ser usados em outras partes da planta e/ou ter toda a energia calorífica removida deles e reintroduzida no processo.

Quando a planta de tratamento total está sendo usada para o resíduo geral, pode ser necessário pré-processar o resíduo para torná-lo mais uniforme no tamanho por meio de um processo de trituração ou esmagamento antes de alimentá-lo à entrada da unidade. Isto assegurará que não haja nenhum bloqueio na entrada para a unidade de tratamento e fornecerá um produto mais consistente. A construção de uma unidade de processamento de vapor

será descrita agora mais detalhadamente em referência a Figura 3. A unidade de processamento de vapor compreende um cilindro rotativo 30 montado horizontalmente nos rolos 35 e arranjado para ser conduzido por uma corrente (não mostrada) por um motor 34. O cilindro 30 é de área de seção transversal uniforme durante todo seu comprimento e é fornecido em sua superfície interna com um número de lâminas espaçadas. As lâminas podem ser formadas a partir de um único membro contínuo de parafuso helicoidal ou de um número de lâminas parcialmente helicoidais que se estendem em uma configuração helicoidal substancialmente ao longo do comprimento do cilindro 31. Caso necessário, lâminas axialmente dispostas podem ser fornecidas entre as voltas das seções helicoidais a fim de promover o levantamento tombamento do material quando carregado no cilindro.

O vapor é introduzido no cilindro por uma pluralidade de tubulações que se estendem ao longo do comprimento do cilindro, neste caso são fornecidos nas superfícies internas do cilindro e têm aberturas centralizadas em cada centro do passo. Uma extremidade de cada tubulação é terminada e as outras extremidades das tubulações são dobradas assim elas ficam juntas em uma união 36 situada no eixo central do cilindro. A união 36 é conectada a um acoplamento giratório que é arranjado por sua vez para ser conectado a uma tubulação de fonte de uma fonte de vapor. O cilindro pode ser abrigado dentro de um recipiente 39 tendo paredes isoladas para facilitar a retenção de calor e facilitar a coleta do vapor. 0 recipiente 39 tem uma abertura em uma extremidade oposta à extremidade da fonte de vapor. A abertura ■ é arranjada para receber uma calha de escoamento onde o material de resíduo a ser tratado de um funil é fornecido. A calha de escoamento é arranjada para projetar-se através da abertura e na extremidade adjacente do cilindro 30 e pode ser fornecido com um mecanismo de alimentação giratório que mantenha um selo entre a unidade de tratamento de vapor e a atmosfera. Também pode ser fornecido com um defletor para direcionar o material de resíduo no rolo formado pelas lâminas helicoidais ou parcialmente helicoidais. No extremo oposto do recipiente 39, e que é adjacente à fonte de vapor, o material de resíduo tratado é removido. A extremidade do cilindro é situada dentro de um invólucro que serve para conter o vapor dentro do cilindro e também servem como a saída para o resíduo tratado. Um arranjo de selagem pode ser fornecido na saída a fim de manter uma pressão atmosférica acima no cilindro 30. Este pode ser um mecanismo rotatório. Geralmente pela operação do mecanismo na saída da unidade de tratamento de vapor e garantia de que a calha de escoamento da fonte esteja sempre cheia de material, uma pressão acima da pressão atmosférica pode ser mantida dentro do cilindro 30 sem a necessidade de fornecer uma entrada selável mas uma pode ser fornecida se desejado.

Quando o cilindro 30 é girado, no uso, a 1-2 rev/minuto, o vapor é não somente motivado a invadir a superfície do material no cilindro, mas é também injetado no material quando sobrepõe uma das tubulações 15. O processo básico descrito e mostrado na Fig. 2 cria um

grande volume de material de celulose e é possível utilizar o material como um combustível para a própria planta de processo ou como um produto separado tal como o bioetanol. A fibra de celulose que sai da unidade de tratamento de vapor tem um valor calorífico bruto de 11 MJ/kg que fornece três quilowatts de energia. Se seco, o valor calorífico bruto aumenta para 17 a 18 MJ/kg. Esta biomassa não contém virtualmente nenhum enxofre e assim, quando queimada, é muito mais limpa do que o combustível fóssil. É assim possível utilizar o material da biomassa resultante do tratamento de resíduo como combustível para as caldeiras de vapor. Adicionalmente, ou alternativamente, a fibra de celulose, poderia ser vendida como um produto ou poderia ser emitida a um gaseificador de biomassa que produz combustível gasoso a partir desta biomassa de celulose. Este combustível gasoso podia então ainda ser processado a fim de fornecer o consumo de hidrogênio para uma célula de combustível para produzir saída elétrica de corrente contínua. Alternativamente, o material de celulose poderia ainda ser processado segundo as indicações das Figs. 4 e 5 para produzir o bioetanol e o diesel antes que qualquer resíduo sólido seja processado como descrito acima.

Adicionalmente ou alternativamente, o vapor das caldeiras de vapor poderia ser usado para ativar uma turbina de vapor e conjunto de gerador e para produzir conseqüentemente a eletricidade. A eletricidade produzida pelos métodos acima descritos poderia ser usada dentro da planta de processo ou poderia ser vendida depois que a saída da célula de combustível tivesse sido convertida para corrente alternada de modo que possa ser conectada às linhas de transmissão de energia normais.

Indo agora para as Figs. 4 e 5, estas mostram como o material de celulose e/ou plásticos produzidos da saída do processamento de vapor podem ser manejadas para produzir o bioetanol/diesel.

Tratando primeiramente o material de celulose e como indicado na Fig. 4, a biomassa é tratada em um processo indicado geralmente pelo numerai de referência 50. Primeiramente, a biomassa é carregada em um tanque 51 onde é quebrada pela adição de uma enzima tal como a enzima aspérgilo ou usando micro-organismos celulolíticos e um nutriente. Água adicional pode ser adicionada. Nesta fase, o ozônio ativo de um gerador também pode ser injetado no tanque. A massa resultante é permitida a ficar por um período de tempo e depois o líquido é retirado o qual conterá açúcares solúveis. 0 liquido é então alimentado a um tanque 52 onde a fermentação ocorre adicionando o fermento tal como saccharomyces cerevisiae ao líquido e outra vez permitindo que fique por algumas horas. 0 resultado é um líquido que contem o etanol e outros produtos e este líquido é então alimentado a um processo de destilação indicado pelo numerai de referência 53 a fim de destilar e coletar o etanol na saída do condensador 54.

Focando agora no material de plásticos recuperado do processamento de vapor, segundo as indicações da Fig. 5, estes são alimentados a um tanque 60 onde um solvente é adicionado e a mistura resultante deixada para ficar em um tanque de evaporação 61. Após uma quantidade de tempo apropriada, o vapor resultante é retirado através de um catalisador de zeolita 62 e destilado então em uma torre de destilação 63 para coletar o diesel. Se desejado, ozônio pode ser injetado no tanque 60 igualmente.

O ozônio injetado nos tanques 51 e 60 pode ser gerado pelo mesmo gerador que é usado para remover os odores do ar nas proximidades da unidade de processamento de vapor e do gerador ou pode ser um gerador separado ou geradores.

Além disso, se necessário, o ar nas proximidades do processo de etanol pode ser submetido a tratamento de ozônio para eliminar qualquer excesso de ozônio ativo remanescente nos tanques 51 e 60.

Também é preferível revestir o interior de alguns ou de todos os tanques 51, 52, 60, 61 com um agente antimicrobiano. Preferencialmente o agente é não-lixiviante e não-volátil e não é consumido pelos microorganismos. Agentes especialmente adequados são aqueles que são capazes de serem revestidos em uma superfície.

Formulações antimicrobianas adequadas são aquelas que incluem, como um ingrediente ativo, um sal de amônio 10

quaternário, de preferência um sal de cloreto ou brometo. O átomo de nitrogênio do sal é preferencialmente substituído por 'um grupo silano, de preferência um grupo trialquiloxisilano, mais preferivelmente um grupo trimetiloxisilano. O mais preferível é que o grupo silano seja anexo ao átomo de nitrogênio do sal através de um grupo propil. O átomo de nitrogênio do sal é preferencialmente também substituído por outros três grupos alquílicos, pelo menos um dos quais é pref erivelmente metil, e, pelo menos um dos quais é preferivelmente alquil Cs a C20· Assim, os compostos preferidos têm a seguinte estrutura geral:

R1 OR4

R2-N-(CH2)3- ά -OR4

OR,

θ

X

Θ

Onde: Ri é metil;

R2 é metil ou alquil C8 a C2cw de preferência metil; R3 é alquil Ce a C2o, preferencialmente tetradecil ou

octadecil;

R4 é Ci-C4 alquil, de preferência metil; e

X é brometo de cloro, de preferência cloro.

Um exemplo de um agente antimicrobiano útil incorpora 3- (trimetoxisilil)-propildimetiloctadecil cloreto de amônio como o ingrediente ativo. Outro exemplo de um agente antimicrobiano útil incorpora 3-(trimetoxisilil) -

propildimetiltetradecil cloreto de amônio como ingrediente ativo.

Claims

1. Processo para tratamento de material de resíduos domésticos, caracterizado pelo fato de' compreender as etapas de trituração do material a ser tratado, submissão do material triturado para o tratamento com vapor a uma pressão acima da pressão atmosférica, mas inferior a 1 bar acima da pressão atmosférica e a uma temperatura entre 150°C e 200°C, pelo sólido deslocamento do material de uma extremidade da unidade de tratamento de vapor, enquanto acontece a agitação do material.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a temperatura está entre 1600C e 180 0C.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a pressão é de 0,25 bar acima da pressão atmosférica.

4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3 caracterizado pelo fato de que a agitação do material é alcançado através da rotação de um contentor para o material.

5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de compreender a separação do material em seus constituintes.

6. Processo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que os constituintes incluem material de celulose que é submetido a processamento adicional.

7. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o processamento adicional posterior inclui o tratamento do material de celulose para produzir combustível líquido.

8. Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o material de celulose é separado em biomassa e plásticos, cada um dos quais é submetido a processamento adicional separado.

9. Processo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a biomassa é convertida em bioetanol, sendo quebrada e o material resultante fermentado com uma levedura, a fim de produzir um liquido que pode ser destilado para produzir bioetanol:

10. Processo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a quebra da biomassa é conseguida usando uma enzima.

11. Processo, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a enzima é aspérgilo.

12. Processo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a quebra é alcançada através de microrganismos celuloliticos e um nutriente.

13. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 12, caracterizado pelo fato de que a levedura é saccharomyces cerevisiae.

14. Processo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o plástico é convertido em combustível diesel, sendo dissolvido em um solvente, o líquido resultante sendo contido em um recipiente de evaporação antes que o vapor seja passado através de um catalisador e destilado para produzir o combustível diesel.

15. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o material de celulose é gaseificado e o hidrogênio extraído.

16. Processo, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o hidrogênio é alimentado a uma célula de combustível para produzir uma saída elétrica.

17. Aparelho para tratamento de material de resíduos, incluindo papel, plástico e metais caracterizado pelo fato de incluir um recipiente alongado com uma entrada em uma extremidade, uma saída na outra extremidade, meios para o deslocamento constante do material de resíduo da entrada para a saída, e meios de fornecimento de vapor para o interior do recipiente ao longo de seu comprimento, por meio do qual faz com que o interior esteja com uma pressão acima da pressão atmosférica, mas inferior a 1 bar acima da pressão atmosférica e a uma temperatura entre 150°C e 200°C.

18. Aparelho, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma entrada e saida é fornecida com um arranjo selante que permite o funcionamento sólido enquanto mantém a pressão no interior do recipiente.

19. Aparelho, de acordo com a reivindicação 17 ou 18, caracterizado pelo fato de que o recipiente é rotativo e é fornecido com pelo menos uma lâmina helicoidal.

20. Aparelho, de acordo com a reivindicação 17, 18 ou 19, caracterizado pelo fato de que o vapor é fornecido por pelo menos um tubo que se estende ao longo do comprimento do interior do recipiente e com aberturas para direcionar o vapor no material a ser tratado.

21. Aparelho, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que existem três tubos que se estendem ao longo do comprimento do interior do recipiente.

22. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizado pelo fato de incluir ainda contentores para a recepção de materiais a partir da saida do recipiente, os interiores do recipiente, ou cada contentor adicional sendo revestido com um agente antimicrobiano.