Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA DEPLASMA ULTRACOMPACTO, EM TRÊS ETAPAS, PARA TRATAMENTOEM ALTA TEMPERATURA DE DESPEJOS A BORDO DE NAVIOS".
REFERÊNCIA CRUZADA AOS PEDIDOS DE PATENTE RELACIONADOS
Este pedido de patente reivindica prioridade no Pedido de Paten-te Provisório US 60/692.266, depositado em 21 de junho de 2005, que é aquiincorporado a título de referência.
CAMPO DA INVENÇÃO
A presente invenção refere-se a sistemas para tratamento dedespejo e, mais particularmente, tipicamente a tal tratamento efetuado abordo de embarcações.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
A prática corrente, a bordo de embarcações da Marinha, é usarincineradores do tipo Golar para descartar resíduos. Esses incineradoressão reservatórios forrados com refratários em que o despejo não-fragmentado ou fragmentado é alimentado através de uma porta de alimen-tação. Um-calor-adicional é tipicamente suplementado por queimadores deóleo combustível. Esses incineradores tipicamente não têm uma câmara decombustão secundária ou qualquer tipo de sistema de limpeza de gás. O gásexterno é simplesmente diluído e despejado para uma chaminé através deum ventilador. Esses incineradores tipicamente têm temperatura baixa (emtorno de 600°C). Conseqüentemente, diversos tipos de despejos (plástico,metal, vidro, alimento, despejo biomédico e agulhas) não podem ser proces-sados nesses incineradores, exigindo segregação e a operação de diversostipos de equipamento especializado.
O despejo de plástico é processado em um processador de des-pejo de plástico (PWP) que funde materiais de plástico em temperatura rela-tivamente baixa em discos sólidos. Os PWPs são conhecidos por terem umataxa de processamento baixa e, uma vez que eles não são equipados comum sistema de tratamento com fumaça, eles emitem fumaça com mau chei-ro. Os discos de plástico devem ser armazenados a bordo possivelmente porlongos períodos, uma vez que os navios da Marinha podem ficar no mar pordiversos meses. Isso ocupa espaço valioso, bem como causa um estorvopara os marinheiros, já que os materiais de plástico estão muitas vezes con-taminados com alimento ou outra matéria putrescível, liberando odores.
O despejo de alimento é tipicamente processado em polpadorasque quebram o despejo de alimento, com grades quantidades de água, emuma polpa fina. Essa polpa pode ser descarregada para o mar. No entanto,a polpadora de alimento exige a classificação do alimento, porque quaisquercontaminantes tais como materiais de plástico não são permitidos seremdescarregados no mar.
O metal é separado e comprimido usando prensas hidráulicas. Ovidro é também separado e moído em moedores de vidro. A operação des-sas peças adicionais do equipamento e o tempo exigido para segregaçãotomam um tempo precioso da rotina dos marinheiros, que poderia ser maisbem gasto para outras tarefas úteis.
O despejo biomédico pode ser tratado em autoclaves que esteri-lizam o despejo. No entanto, essas autoclaves ocupam um espaço valioso abordo e exigem quantidades significantes de vapor para operar.
Incineradores mais novos foram desenvolvidos, os quais operamem temperatura mais alta e incluem sistemas de tratamento a gás. No entan-to, porque eles usam queimadores a óleo, esses incineradores tendem a sergrandes, exigindo tipicamente diversos deques de espaço.
Os incineradores também apresentam um número de problemasde segurança. Por exemplo, as cinzas quentes que devem ser descarrega-das poderiam queimar os operadores. As agulhas do despejo biomédicopermanecem na sua forma original e poderiam cortar e possivelmente con-taminar os operadores com patogênicos perigosos, quando estão sendodescarregados com as cinzas.
A presente invenção busca satisfazer essas e outras necessidades.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
É, por conseguinte, um objetivo da presente invenção fornecerum novo sistema de plasma para o tratamento de despejo em alta tempera-tura, tal como despejos encontrados a bordo de navios.
Por conseguinte, de acordo com a presente invenção, é forneci-do um aparelho para processamento térmico de despejo que tem componen-te orgânico e inorgânico, compreendendo pelo menos uma estação de tra-tamento, uma estação de resfriamento e uma estação de remoção de mate-rial tratado, pelo menos três cadinhos sendo fornecidos, em que a dita esta-ção de tratamento é adaptada para termicamente tratar os componentes or-gânicos e/ou componentes inorgânicos localizados em um dado um dos di-tos cadinhos localizados na dita estação de tratamento, os componentestratados no dito cadinho dado sendo adaptados para então serem resfriadosna dita estação de resfriamento, antes dos componentes tratados localiza-dos no dito cadinho dado serem removidos daí na dita estação de remoçãode material tratado.
Também de acordo com a presente invenção, é fornecido ummétodo de tratamento térmico de despejo, compreendendo as etapas de: (a)fornecer três cadinhos; (b) alimentar de materiais orgânicos e/ou inorgânicosem um primeiro um dos ditos cadinhos; (c) processar termicamente os mate-riais orgânicos e/ou inorgânicos no dito primeiro cadinho; (d) permitir que osmateriais orgânicos e/ou inorgânicos no dito primeiro cadinho resfriem; e (e)remover os materiais tratados resfriados do dito primeiro cadinho; em que osegundo e o terceiro cadinho estão respectivamente empreendendo etapas(d) e (e) enquanto o dito primeiro cadinho está na etapa (c), de modo que osditos cadinhos estão simultaneamente nas respectivas umas das etapas (c)a (e) e se movem um depois do outro, e repetidamente, através do ciclo deetapas (c) a (e).
Outros objetivos, vantagens e características da presente inven-ção tornar-se-ão mais aparentes mediante leitura da descrição, não restriti-va, a seguir das suas modalidades específicas, dadas a título de exemplosomente com referência aos desenhos em anexo.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
Nos desenhos apensos:
A Figura 1 é uma vista em perspectiva esquemática de um sis-tema de acordo com a presente invenção;
A Figura 2 é uma vista plana de topo do sistema da Figura 1;
A Figura 3 é uma vista em corte transversal vertical esquemáticatomada ao longo da linha A-A da Figura 2;
A Figura 4 é uma vista em elevação lateral direita do sistema daFigura 1;
A Figura 5 é uma vista em elevação frontal ampliada da Estação1 da Figura 3;
A Figura 6 é uma vista em elevação traseira ampliada de partedo sistema da Figura 1, que mostra em corte transversal detalhes da Estação N0 2.
A Figura 7 é uma vista em elevação traseira ampliada de partedo sistema da Figura 1, que mostra em seção transversal detalhes da Estação N0 3.
A Figura 8 é uma vista similar da Figura 3, mas mostrando duasportas adicionais em uma bobina da Estação N0 1;
A Figura 9 é uma vista plana de topo esquemática do sistema daFigura 1, mas também mostrado um mecanismo de acionamento para umaplataforma giratória do sistema; e
A Figura 9a é uma vista esquemática ampliada de uma bolha 9aa Figura 9.
DESCRIÇÃO DE MODALIDADES ILUSTRATIVAS
A presente invenção é ilustrada em detalhes adicionais atravésdos seguintes exemplos não limitantes. Mais especificamente, a presenteinvenção fornece um sistema compacto, capaz de processar tipicamentetodos os tipos de despejo, sem segregação ou classificação (incluindo mate-riais de plástico, alimento, metal, despejo biomédico de vidro e agulhas). A-lém disso, o sistema é seguro (não são manipuladas cinzas quentes ou agu-lhas) e fornece uma combustão altamente eficiente (escória inerte por produ-to que pode ser descarregada com segurança para o mar).
No sistema S da presente invenção, as paredes da fornalha, dafornalha de tratamento F, são resfriadas à água por segurança e para limitaro aquecimento da sala da fornalha.
O tratamento do despejo é conduzido em um cadinho com refra-tário forrado tanto em uma temperatura de 1500°C por um maçarico deplasma para obter uma fusão dos não-orgânicos no caso de Opção 1, ou nocaso de Opção 2, em uma temperatura de 850°C através de elementos deaquecimento elétricos embutidos no refratário do cadinho se somente a ga-seificação e sedimentação dos não-orgânicos forem exigidas.
O cadinho é um reservatório cilíndrico forrado com refratário. Ocadinho é desenhado com suficiente apoio de isolamento de modo a mantera maior parte do calor dentro da câmara de tratamento e encorajar perdasde calor mínimas durante o tratamento. Além disso, o cadinho tem um reves-timento externo de água, através do qual a água de resfriamento é circulada.A água do mar pode ser usada para esse propósito. Em tal caso, a conchado cadinho é fabricada com material resistente à corrosão da água do mar,tal como titânio.
O material a ser tratado é transportado através de um transpor-tador (2), depois de ter ido através da estação de fragmento (1), de modo aser alimentado à fornalha F através de uma válvula giratória (3). A estaçãode fragmento (1) é usada para aumentar a área de superfície do despejo eacelerar as reações químicas na superfície de tratamento F. A estação defragmento (1) é também usada para fornecer uma taxa de alimentação subs-tancialmente uniforme de sólidos para a fornalha de tratamento F e, por con-seguinte, uma taxa substancialmente constante de geração de gás da forna-lha. Para o propósito de fragmentação, um fragmentador de cisalhamentopotente ou fragmentador do tipo triturador giratório é usado, de modo quetodo o material de despejo típico para expedições podem ser alimentados aosistema sem classificação. Isso inclui material combustível tal como papel,papelão, material de plástico, trapos, e também materiais não-combustíveistais como garrafas de vidro e latas de metal.
A unidade de fornalha de tratamento F compreende três cadi-nhos (5) montados sobre uma plataforma giratória (15) em três estações,isto é, Estações N0 1, N0 2 e N0 3, e para propósitos de identificação durantea descrição, a seguir, de um ciclo, os cadinhos serão aqui referidos como (5-
1), (5-2) e (5-3) com suas posições iniciais sendo mostradas na Figura 2.Como visto nas Figuras 9 e 9a, a plataforma giratória (15) é montado emrodas que deslizam em um trilho circular. O lado da plataforma giratória (15)é equipado com uma engrenagem de anel (30). Um motor (31) equipadocom um pinhão (32) e uma caixa de engrenagem (33) é usado para girar aplataforma giratória (15) e para mudar as posições dos cadinhos. A plata-forma giratória (15) é indexada de modo a trazer os cadinhos (5) para amesma posição fixada depois de cada movimento. A unidade de fornalha detratamento F também inclui um topo de fornalha que, como mostrado nosdesenhos, cobre somente dois dos cadinhos (5), i.e. os cadinhos (5-1) e (5-
2) na Figura 2, para permitir as operações como a seguir:
- O cadinho (5-1) na Estação de Tratamento N0 1 é pré-aquecidotanto pelo maçarico (6), visto na Figura 3, quanto pelos elementos de aque-cimento elétricos (não mostrados) dependendo da Opção 1 ou 2, respectivamente.
- Quando a temperatura de operação foi alcançada no cadinho(5-1) da Estação de Tratamento N0 1, a alimentação do material (1) é inicia-da, por exemplo, em uma taxa de 22,68 kg/h (50 Ibs) por hora por 6 horas(assumindo que o despejo é composto de 25% de não orgânicos com umadensidade de 48 kg/m3 (3lbs/ft3)).
- Depois de 6 horas de operação a alimentação é interrompida ea fusão continua por uma outra hora de modo a alcançar a fusão completa,ou sedimentação do despejo.
- O aquecimento é interrompido; então o cadinho quente (5-1) élevemente abaixado de modo a ser capaz de girar a plataforma giratória (15)por 120 graus (à esquerda na Figura 2) de modo a trazer o cadinho quente(5-1) da Estação de Tratamento N0 1 para a Estação de Resfriamento N0 2exatamente abaixo do topo de água resfriada. Nessa posição, o resfriamentoda água do cadinho é também aumentado usando a tubulação mostrada.
- A rotação da plataforma giratória (15) também traz o cadinho(5-3), previamente na Estação de Remoção de Escória N0 3, para a Estaçãode Tratamento N0 1 pronto para pré-aquecimento e tratamento de despejo,por exemplo, o dia seguinte, e também traz o cadinho (5-2), previamente naEstação de Resfriamento N0 2, para a Estação de Remoção de Escória No 3.
- No final do dia seguinte, a plataforma giratória (15) é outra vezgirada para trazer o cadinho (5-3) na Estação de Resfriamento N0 2 por 24horas, trazer o cadinho (5-2) na Estação de Tratamento No 1 para o dia se-guinte, e trazer o cadinho (5-1) na Estação de Remoção de Escória Nq 3.
- A escória ou o sedimento, dependendo da opção, é removidosomente no final do dia, isto é depois de cerca de 40 horas de resfriamentopara fornecer resfriamento suficiente. Como as paredes internas do cadinhosão cônicas e rasas e como a contração do material previamente quenteocorreu, a remoção do disco de escória (28) com uma ferramenta (29) é fácil(Figura 7).
O cadinho é coberto por uma bobina (4) usada para alimentaçãoe tratamento do despejo por combustão e injeção de ar para combustão. Abobina (4) é um reservatório de concha revestido de aço com refratário. Orefratário é desenhado para ter um nível muito alto de isolamento e, por con-seguinte, manter o calor dentro do reservatório. O reservatório é adicional-mente desenhado com um material denso, resistente à corrosão em contatocom o processo, e um ou mais materiais de baixa densidade, de baixa con-dutividade térmica atrás, em contato com a concha. De modo a manter aconcha fria, ao toque, uma camada adicional de isolamento pode ser insta-lada do lado de fora da concha.
A bobina inclui diversas portas, isto é, uma primeira porta (20)para alimentar o material fragmentado, que está localizado a jusante da vál-vula giratória (3); uma segunda porta (21) para inserir o maçarico de plasma(6); uma terceira porta (22) para extração do gás externo, que é comunicadacom um edutor (8) queimado por um segundo maçarico de plasma (7); umaquarta porta (23) para injeção de ar, conforme o ar é exigido para gaseifica-ção e combustão apropriadas do material de despejo; e uma quinta porta(24) para alimentar o despejo biomédico. O despejo biomédico é alimentadocomo caixas completas, não abertas através de uma válvula de porta duplana fornalha.
Os gases externos do cadinho saem através da já mencionadaterceira porta (22) no topo da cúpula ou bobina (4) e são alimentados ao e-dutor (8) queimados pelo segundo maçarico de plasma (7). O edutor (8) po-de ser do tipo descrito na Patente US 5.960.026, que foi expedida em 28 desetembro, de 1999 para Nolting et al.
O edutor (8) é conectado a uma câmara de combustão secundá-ria ciclônica (9) que tem o propósito duplo de completar as reações de com-bustão em alta temperatura (mais de IOOO0C) e de remover partículas arras-tadas do cadinho. As partículas são coletadas no fundo da câmara de com-bustão secundária ciclônica (9).
Os gases são então diluídos para resfriamento pelo ar que entraatravés da porta (10). Os gases então passam através de um filtro (11) pararemoção de partícula fina. Todo o sistema é mantido sob pressão negativausando um ventilador de tração induzida (12).
O presente sistema S tem as seguintes propriedades:
1. Elementos que fornecem um alto nível de flexibilidade;
a. O despejo é aceito sem segregação.
b. Uma ampla variedade de despejo pode ser tratada pelo sis-tema: alimento, papelão, papel, trapos, etc. Em particular, o despejo quecontém materiais de plástico, vidro e metal pode ser tratado pelo sistema.
c. O sistema também aceita despejo biomédico e agulhas. Odespejo biomédico é alimentado por uma porta de alimentação separadacom intervenção mínima do operador.
2. Elementos que fornecem um alto nível de segurança:
a. O sistema é mantido sob pressão negativa e é completamentevedado, nenhuma fumaça bio-prejudicial vaza contínua para o ambiente.
b. Os resíduos do sistema são seguros: todo o despejo é conver-tido para uma cinza invertida ou uma escória invertida. Todas as agulhassão convertidas a uma escória irreconhecível.
c. A fornalha é resfriada com água e, por conseguinte, fria aotoque, garantindo segurança para o operador e nenhum calor liberado nasala, assegurando conforto para o operador.
d. A eletricidade é usada como uma fonte de calor. Por conse-guinte, nenhum óleo combustível é exigido. Nenhuma linha de óleo combus-tível tem que passar pelo navio. Essas linhas de combustível são um riscopara a segurança durante a manutenção do navio e um risco para o ambien-te devido a vazamentos potenciais. Os navios mais novos e modernos vãorumo a navios totalmente elétricos.
3. Elementos que fornecem um alto nível de desempenho:
a. Por causa da alta temperatura dia fornalha, o resultado doprocessamento do despejo é uma cinza ou escória limpa, não contendo vir-tualmente nenhum carbono não-queimado, tornando-se segura para ser dis-posta no mar.
b. Uma câmara de combustão de alta temperatura secundária,queimada por plasma assegura que substancialmente nenhum produto decombustão incompleta é formado.
c. Um sistema de tratamento a gás incluindo um filtro ciclonequente e um filtro do tipo membrana assegura que substancialmente ne-nhuma poeira escapa para o ambiente e que um gás externo de baixa opa-cidade é produzido.
d. Porque a energia elétrica é usada para gerar calor, são pro-duzidos menos volumes de gás. Por conseguinte, o sistema é compacto,ocupando somente um deque.
e. O sistema é completamente automatizado. É exigida mínimaintervenção do operador.
Embora a presente invenção tenha sido descrita acima por in-termédio de suas modalidades específicas, ela pode ser modificada, sem seáfastar do espírito e natureza da invenção objeto como definido nas reivindi-cações em anexo.