PT1012215E - Aparelho reactor de gaseificação - Google Patents

Description

1

DESCRIÇÃO "APARELHO REACTOR DE GASEIFICAÇÃO" A presente invenção relaciona-se com um aparelho de reacçao de gaseificação.

Mais particularmente, o presente aparelho é para converter materiais orgânicos ou materiais contendo matéria orgânica, em gás de alto valor calorífico. É especialmente aplicável à eliminação de resíduos. Há uma necessidade premente para a eliminação de resíduos, tais como os resíduos comerciais e municipais (domésticos). Os aterros têm sido um meio tradicional de eliminação, mas têm inúmeras desvantagens que são bem conhecidas. A incineração é um método possivelmente melhor de eliminação, mas tem a suas limitações. Em particular, as taxas de conservação de energia são comparativamente baixas, e a utilização do calor produzido por resíduos, tal como para o aquecimento de um distrito, é cercado por problemas de eficiência e elevados custos de capital de distribuição de calor. Os incineradores produzem grandes volumes de gases de combustão de baixo poder calorífico. Os mesmos devem ser limpos, de forma dispendiosa, antes de serem lançados na atmosfera. Os incineradores também produzem grandes quantidades de cinza, que necessitam ser eliminadas.

Deste modo, a incineração, não é, de modo algum, uma alternativa ideal para o aterro. A gaseificação é uma alternativa potencialmente atractiva à incineração. Na gaseificação, a matéria orgânica é 2 decomposta directamente, isto é, convertida piroliticamente na ausência de ar, em gás e cinza combustível. Infelizmente, com os gaseificadores da actualidade o gás produzido é altamente contaminado com carbono e partículas de cinza. 0 gás necessita de limpeza considerável e dispendiosa antes que possa ser utilizado de forma eficiente como uma fonte de calor ou para a conversão em electricidade. Muitas vezes, o gás produzido pelas fábricas de gaseificação existentes é contaminado com dioxinas altamente tóxicas. A presente invenção tem como seu objectivo o desenvolvimento de um conversor ou gaseificador altamente eficiente capaz de produzir gás limpo de alto valor calorífico com o mínimo de cinzas. Outro objectivo é desenvolver um projecto de conversor ou gaseificador adaptável adequado para a implementação em larga escala de locais de eliminação de resíduos municipais, bem como para a implementação em pequenos locais, tais como em hotéis, fábricas e centros comerciais. Nesta última implementação, de forma ideal, o gaseificador proporcionaria toda a energia necessária do local, e poderia torná-lo substancialmente auto-suficiente.

Uma instalação de eliminação de resíduos municipais que incorpora o presente aparelho de reacção de gaseificação pode ser organizada como descrito no seguinte sumário.

Os resíduos sólidos que chegam são passados por uma estação de classificação. Aqui, os objectos de metal ferrosos e não ferrosos são removidos. São também removidos os objectos cerâmicos e vítreos. Os resíduos sólidos restantes são principalmente de matéria orgânica, incluindo materiais 3 celulósicos, plásticos e de borracha. Os resíduos passam agora por uma estação de trituração, para serem divididos em pequenas partículas de tamanho relativamente uniforme. Neste estágio, os resíduos normalmente conterão grandes quantidades de humidade, então, são passados por um secador. A energia para o secador é tomada da exaustão da caldeira/máquina e utilizada para conversão adicional de gás em energia utilizável, isto é, electricidade ou calor. A humidade expelida como vapor de água pode ser condensada para descarga num esgoto.

Os resíduos secos, se estiverem na forma de um bolo são reduzidos a fragmentos e, em seguida, são levados para o gaseificador para decomposição em gás inflamável e cinza. 0 gás que é produzido pode ser utilizado para várias finalidades, mas a utilização primária é para accionar um gerador de turbina a gás para produzir electricidade, parte da qual pode ser fornecida para benefício do sistema de rede nacional. Uma parte do gás é utilizada para aquecer o aparelho de gaseificação. A exaustão deste pode ser utilizada para aquecer o secador indirectamente. A exaustão do gerador da turbina a gás pode ser alimentada a um recuperador de calor para produzir vapor sobreaquecido, para alimentar um gerador de turbina a vapor. Uma parte do vapor poderia ser utilizado para aquecer o secador. A electricidade produzida pelo gerador de turbina a vapor pode ser utilizada para as necessidades das instalações da fábrica ou pode ser fornecida para benefício do sistema de rede.

Será observado pelo sumário acima que uma instalação de gaseificação é altamente desejável do ponto de vista económico. A aquisição do combustível (resíduos) pode 4 custar nada ao operador das instalações. De facto, o operador pode bem ser capaz de cobrar dos produtores de resíduos pela eliminação dos mesmos. Uma vez construída e em funcionamento as instalações não necessitam de custos operacionais significativos que não sejam de pessoal e manutenção de rotina e reparação. A entrada de energia para o funcionamento das instalações pode ser derivada eficazmente dos próprios resíduos. A energia excedente derivada dos resíduos pode ser vendida com lucro, por exemplo, como energia eléctrica ou térmica. 0 documento FR-A-544 934 descreve um aparelho para a destilação de carvão, xisto ou outros materiais sólidos e compreende um tubo de injecção através do qual o material a ser destilado, mantido em suspensão num estado de pó fino num fluido corrente de fluxo rápido, é introduzido tangencialmente num ciclone aquecido através das suas paredes externas e equipado no seu interior com lâminas que giram rapidamente em torno de um eixo central e actuam tanto como um ventilador como um triturador.

Os gases e vapores destilados saem do ciclone através da combustão no centro da qual o eixo gira a fim de chegar ao invólucro de recuperação.

Os resíduos sólidos da destilação (partículas de coque) são forçados contra as paredes internas do ciclone e podem ser removidas do mesmo de tempos em tempos por tampões proporcionados na parte inferior do cone de base onde os mesmos são finalmente colhidos depois de serem separados das referidas paredes. 5 0 documento DE-A-2 566 792 descreve um método para a pirólise límpida de partículas sólidas contendo carbono que, quando suspensas num fluxo de gás, constituem a carga que fornece um reactor ciclone compreendendo meios para extrair a descarga de gás por um lado e o resíduo sólido por outro, caracterizado por o ciclone reactor compreender meios de aquecer a parede lateral para transmitir à carga o calor necessário para a reacção e meios de introduzir a carga para assegurar que a temperatura da parede cilíndrica na zona de introdução seja uniforme por toda a sua periferia. A presente invenção é conforme reivindicada nas reivindicações. 0 aparelho da presente invenção é utilizado no método de gaseificação de matéria orgânicas sólida ou líquida para produzir gás de alto valor calorífico, que envolve os passos de aquecer um recipiente de gaseificação a uma temperatura elevada ao mesmo tempo que se exclui o ar do mesmo, admitir a carga de alimentação de uma forma isenta de ar à parte superior do recipiente e dispersar, de forma centrífuga, a carga de alimentação por meio de um ventilador em contacto imediato com a parte interna aquecida do recipiente, para a decomposição em gás e cinza e exercer um movimento de ciclone sobre o gás no interior do recipiente para o craqueamento do mesmo e para livrá-lo substancialmente de matéria particulada, tal como cinza, sendo o gás conduzido para uma saída ao longo de um trajecto axial central através do recipiente. 6 A invenção será agora descrita em mais pormenores, apenas a titulo de exemplo, com referência aos desenhos associados, em que: a Figura 1 é uma vista parcial em corte de um primeiro aparelho de reacção de gaseificação de acordo com a presente invenção; a Figura 2 é uma vista parcial em corte de uma segunda instalação de reacção de gaseificação de acordo com a presente invenção; a Figura 3 é uma vista em corte transversal da montagem do rotor da instalação de reacção de gaseificação da Figura 2; as Figuras 4 e 5 são vistas em corte transversal da montagem de eixo superior e inferior, respectivamente, que suporta a montagem do rotor da instalação de reacção de gaseificação da Figura 2; a Figura 6 é uma vista pormenorizada da porção VI em anel da Figura 2; a Figura 7 é uma vista pormenorizada da porção VII em anel da Figura 2. 0 aparelho de reacção de gaseificação 10 da Figura 1 compreende um recipiente de gaseificação 12, por exemplo feito de aço inoxidável. Neste recipiente, a carga de alimentação 14, 14' é piroliticamente convertida em gás de alto valor calorífico e cinza, numa atmosfera não oxidante no interior do recipiente 12. O recipiente 12 tem uma parte superior cilíndrica direita 12' e uma parte inferior 7 frusto-cónica 12" que se afunila na direcção de um colector de cinza e termina no mesmo. Este é proporcionado com duas válvulas de fecho separadas 18 que formam uma antecâmara, por meio da qual a cinza pode ser descarregada periodicamente sem deixar entrar o ar no recipiente de gaseificação 12. 0 recipiente de gaseificação 12 tem uma unidade de ventilador ciclone 20 nas sua parte superior 12', sendo o ventilador ciclone 20 montado sobre um eixo oco 22 que se estende para cima a partir do recipiente. O eixo é contido dentro de uma conduta vertical 24 soldada a uma cobertura superior 26 do recipiente. Por sua vez, o eixo 22 é acoplado a um eixo de transmissão 28. 0 eixo de transmissão 28 é suspenso numa montagem de suporte vedada 30, estanque ao ar e gás 30 que fecha a parte superior da conduta 24 e, de preferência, é arrefecido com fluido. O dispositivo de accionamento do motor eléctrico 32 é proporcionado para girar os dois eixos 22, 28 e, como resultado, o ventilador ciclone 20.

Os dois eixos 22, 28 são essencialmente suportados apenas pela montagem de suporte 30. O eixo 22 estende-se para baixo através do ventilador ciclone 20. Montado na sua extremidade inferior há um casquilho de grafite 34, que recebe internamente um pino de centralização montado sobre uma aranha 36. Há uma folga de aproximadamente 1 mm entre a parte interna do casquilho 34 e o pino de centralização. Em conjunto, o casquilho e o pino não funcionam como um suporte para o eixo 28; apenas a montagem de suporte 30 suporta o eixo para rotação. O pino e o casquilho 34 constituem, principalmente, uma medida de segurança, para 8 limitar ou restringir o movimento radial do eixo 22 e do ventilador ciclone 20 para limites seguros. O ar não pode entrar no aparelho 10 e, particularmente, no recipiente 12, conforme descrito até agora, nem o gás pode escapar do recipiente, excepto por meio de uma conduta de gás 38. A conduta 38 é ramificada a partir da conduta vertical 24 e inclui uma ligação 40 a uma junta estanque de segurança, não ilustrada. A carga de alimentação 14, 14' para conversão em gás é introduzida isenta de ar dentro do recipiente 12 através de uma entrada 41 que apresenta uma tubulação de expansão telescópica estanque 42 que é soldada à cobertura superior 26. Na sua maior parte, a carga de alimentação 14 será de resíduos sólidos municipais na forma de particulado pequeno, seco que é predominantemente fibroso. No entanto, a carga de alimentação não é, de modo algum, limitada a resíduos sólidos municipais. De facto, pode-se utilizar outras cargas de alimentação orgânicas e as mesmas não necessitam ser sólidas. Por exemplo, óleos usados podem ser alimentados pela linha 44 para dentro do recipiente 12 para gaseificação como carga de alimentação 14'. Tais óleos podem ser convertidos em gás de valor calorífico especialmente alto. Em alguns casos, pode ser desejável introduzir no recipiente 12 cargas de alimentação tanto sólidas como líquidas ao mesmo tempo, uma vez que utilizar uma mistura de cargas de alimentação permite que a composição química e o valor calorífico do produto gás seja controlado. 9 A carga de alimentação sólida é fornecida isenta de ar à entrada do recipiente 41 por meio de um aparelho de alimentação estanque 50.

Em resumo, o aparelho de alimentação 50 que fornece a carga de alimentação sólida isenta de ar à tubulação, compreende uma câmara 52 com uma entrada para a carga de alimentação 54 e uma saída para a carga de alimentação que se abre para a tubulação. O meio de vedação 56 numa posição entre a entrada e a saída estende-se pela câmara 52. O meio de vedação inclui um par de rolos contra-rotativos 58 em contacto um com o outro e formando um ponto de contacto deformável. 0 ponto de contacto é uma substancial extensão vertical e permite que a carga de alimentação passe entre os rolos 58 na sua passagem em direcção à saída, e forme uma vedação estanque impedindo, de forma substancial, que o gás ou o ar passe entre os rolos. 0 aparelho de alimentação estanque 50 é colocado por baixo de um transportador de fornecimento (não ilustrado) para receber a carga de alimentação em partículas 14 do transportador. O meio de vedação 56 divide efectivamente a câmara 52 em duas partes, uma incluindo a entrada 54 sendo aberta à atmosfera e a outra, abaixo do meio de vedação, sendo deste modo, isolada da atmosfera. Graças aos rolos deformáveis 58, que são accionados por um motor 60, a carga de alimentação 14 que cai sob o peso da gravidade desde o transportador é passada, sem ar, para a parte inferior da câmara 52. A partir daí, a carga de alimentação é avançada para a saída, tubulação 42 e entrada 41 por meio de um transportador de barra oscilante 61, de um tipo conhecido. A parte inferior da câmara pode ser proporcionada com pelo menos uma ligação de gás (não ilustrada). Por este meio, no 10 arranque do aparelho 10 a parte inferior da câmara pode ser evacuada ou inundada com gás inerte. Esta será cheia com o gás produzido no recipiente 12 durante a operação de gaseificação de facto.

Conforme declarado, o meio de vedação compreende um par de rolos contra-rotativos 58, em contacto, que formam um ponto de contacto estanque, deformável, tendo os rolos periferias compressiveis resilientes, deformáveis, formadas por pneumáticos poliméricos. As partículas de carga de alimentação que entram no ponto de contacto estanque, deformável são transportadas para baixo, no ponto de contacto, as periferias flexíveis, compressiveis deformando ou cedendo para abraçar e aprisionar as partículas de carga de alimentação, ao mesmo tempo que impedem que qualquer quantidade significativa de ar passe para dentro da parte inferior da câmara 52. O ventilador ciclone 20 compreende um disco de metal na parte mais superior 62, afixado de forma rígida ao eixo oco 22. Na superfície superior do disco 62, são montados as lâminas do ventilador 64. O disco 62 e as lâminas 64 estão posicionadas próximo e a baixo da cobertura superior 26 do recipiente 12, de modo que a lâminas girem próximo e abaixo da entrada 41. Pode haver três, quatro ou mais lâminas de ventilador 64.

Igualmente afixadas de forma rígida ao eixo 22 e à superfície inferior do disco há uma pluralidade de paletas de metal 66, por exemplo, em número de quatro. Cada paleta 66 pode projectar-se radialmente a partir do eixo e pode ter a sua parte mais externa dobrada, curva ou em ângulo para frente, isto é, na direcção da rotação do ventilador 11 ciclone. As paletas estão posicionadas em distâncias uniformes à volta do eixo 22. Em vez de pro jectarem-se radialmente a partir do eixo 22, as paletas podem estar -e, de preferência, estão - posicionadas tangencialmente em relação ao mesmo, de modo a projectarem-se para frente na direcção da rotação do ventilador ciclone. Uma vez mais, neste posicionamento, cada paleta 66 tem a sua parte mais externa dobrada, curva ou em ângulo para frente. Em utilização, quando o ventilador ciclone está a girar, as paletas 66 estabelecem um movimento de turbulência do gás no recipiente 12, conforme será descrito adiante.

As paletas, cada uma, têm uma parte superior 66' quadrada ou rectangular e uma parte inferior 66" afunilada, triangular. 0 disco de metal 62, as lâminas do ventilador 64 e as paletas 66 podem ser feitas de aço inoxidável, soldadas umas às outras e ao eixo 22. 0 recipiente é montado dentro de uma câmara de combustão 70. A câmara de combustão tem uma parede superior 72, inferior 74 e lateral 76 fabricadas de aço com espessos revestimentos isolantes, por exemplo, de tijolos refractários, argila refractária ou fibra cerâmica. Uma pluralidade de bicos de gás 78 são montados a intervalos espaçados à volta da parede lateral 76 da câmara 70. Estes queimam uma mistura de gás combustível e ar e, em funcionamento, aquecem o recipiente a uma temperatura de cerca de 900°C ou mais. Em utilização, o gás combustível pode ser uma proporção do gás produzido pela gaseificação da carga de alimentação. Ao ter início o processo de 12 gaseificação, no entanto, qualquer gás combustível conveniente pode ser substituído, por exemplo, propano.

Os bicos de gás 78 são, de preferência, conforme descrito no nosso Pedido de Patente Britânica GB 9812975, mas qualquer bico de gás adequado pode ser utilizado.

Os produtos de combustão no interior da câmara 70 são lançados na atmosfera por meio do tubo de exaustão 80. De preferência, os produtos de combustão gasosos são primeiro arrefecidos por recuperação de calor num gerador de vapor ou água quente (não ilustrado). O calor recuperado é utilizado, de forma ideal, na fábrica, isto é, no secador utilizado para remover a humidade da carga de alimentação. Depois da recuperação do calor, os produtos de combustão são, então, lançados na atmosfera.

Será agora descrito o funcionamento do aparelho de reacção de gaseificação 10.

Depois do arranque a partir de frio, é introduzido no recipiente 12 um gás inerte, tal como o azoto, através de uma entrada (não ilustrada) e expelido por meio da conduta 38. O aparelho de alimentação estanque 50 é também inundado com gás inerte.

Enquanto a atmosfera de gás inerte é mantida no recipiente 12, os bicos de gás 78 são acesos e o recipiente é levado a atingir a temperatura. A temperatura do recipiente 12 pode ser avaliada por meios conhecidos, tais como um pirómetro (não ilustrado). Entretanto, o ventilador ciclone 20 é girado a uma velocidade de 500-1000 rpm por meio do dispositivo de accionamento do motor eléctrico 32. 13

Uma vez que o recipiente 12 está na temperatura desejada, tem inicio o fornecimento de carga de alimentação. A carga de alimentação 14, 14' que passa pela entrada 41 encontra as lâminas do ventilador em rápida rotação e é atirada para fora contra a superfície interna quente do recipiente 12. A gaseificação para formar o gás de alto valor calorífico tem início rapidamente, crê-se que em um centésimo de segundo. Crê-se que este rápido início da gaseificação é um factor importante na prevenção da produção de dioxinas. À medida que o fornecimento da carga de alimentação e a gaseificação continuam, verifica-se que o gás produzido exerce um efeito propulsor sobre o ventilador ciclone 20, mantendo a sua rotação. Como resultado, a energia eléctrica para o dispositivo do motor de accionamento 32 pode ser desligada. Além disso, esta pode, então ser utilizada como um gerador de electricidade utilizável nas instalações. À medida que a gaseificação prossegue, o fornecimento de gás inerte pode ser desligado e pode-se fazer com que o gás de alto valor calorífico saia do recipiente 12 por meio da conduta 38 para tratamento adicional, recolha e utilização.

Durante a gaseificação, o gás produzido pode ser contaminado pelos particulados. No entanto, conforme observado acima, as paletas 66 estabelecem um movimento de turbulência - ou efeito ciclone - no gás. Como resultado, a matéria particulada é projectada para fora contra a parte interna do recipiente 12. Se esta matéria não tiver sido totalmente gaseificada, a sua decomposição e gaseificação continuarão na proximidade da parte interna do recipiente 12 e, em última instância, é convertida em cinza. O efeito ciclone livra o gás de poluentes em partículas, com êxito. 14

Eventualmente, o gás produzido entra no eixo oco 22 por meio das aberturas inferiores 22' no mesmo. 0 gás passa pelo eixo 22 e flui para a região superior da conduta 24 por meio das aberturas do eixo 22". A maior parte do gás sai da conduta 24 por meio da conduta 38, mas uma proporção do gás passa para baixo na conduta 24 de volta para dentro do recipiente 12, para dentro do qual é puxado pela acção centrífuga das lâminas do ventilador 64, o gás puxado em auxílio do fluxo da carga de alimentação de entrada até a superfície interna quente do recipiente 12. 0 gás que entra na conduta 38 passa por um arrefecedor por sopro ou purificador, onde é rapidamente arrefecido por meio de passagem por água de refrigeração ou pulverização de óleo. 0 arrefecimento por meio de tal arrefecedor ou purificador deixa o gás num estado particularmente limpo e pode assegurar que a conversão dos seus componentes em poluentes, tais como dioxinas é evitada, com êxito. 0 gás resultante queima de forma muito limpa e os seus produtos de combustão podem apresentar problemas ambientais mínimos quando lançados na atmosfera. 0 gás produzido pode ser utilizado em pequena parte para alimentar os bicos de gás 78. A produção principal de gás é convertida em energia eléctrica ou térmica. A título de exemplo não limitativo, o aparelho 10 pode ter um ventilador ciclone 20 de 3,6 m de diâmetro e o recipiente 12 pode consumir cerca de 1,5 toneladas de resíduos sólidos municipais por hora. Tal aparelho pode começar a produção de gás cerca de 12 horas depois do 15 arranque a partir de frio. Numa emergência, a produção de gás pode ser interrompida em cerca de 25 segundos por meio da interrupção do fornecimento de carga de alimentação. A eficiência da conversão de carga de alimentação 14, 14' em gás é da ordem de 90-95%. O gás produzido por hora pode proporcionar cerca de 2,5 a 14 MW, dependendo da natureza da carga de alimentação 14, 14'. Se este gás for consumido num gerador-turbina para produzir electricidade, o pico da eficiência de conversão é de 42%, aproximadamente. Na prática, dependendo da qualidade da carga de alimentação, 0,7 a 4,5 MW de electricidade podem ser gerados a partir de 1,0 toneladas da carga de alimentação seca.

Se o gás obtido do aparelho 10 for utilizado parcialmente para aquecimento (por exemplo, aquecimento de ambiente) e parcialmente para a geração de electricidade, os rendimentos podem ser de 30% de energia eléctrica e 50% de energia térmica. A perda de energia esperada é de 20%. A seguinte tabela é uma análise do gás gerado pelo gaseificador da Figura 1 e demonstra a falta de poluentes clorados. 16

Compostos Clorados Totais (excluindo Freons) ND Compreendendo Diclorometano <1 1,1,1-Tricloroetano <1 Tricloroetileno <1 Tetracloroetileno <1 1,1-Dicloroetano <1 cis-1,2-Dicloroetileno <1 Cloreto de Vinilo <1 1,1-Dicloroetileno <1 trans-1,2-Dicloroetileno <1 Clorofórmio <1 1,2-Dicloroetano <1 1,1,2-Tricloroetano <1 Clorobenzeno <1 Cloroetano <1 Compostos Fluorados Totais ND Compostos Organo-Enxofre Totais ND

Em contraste, o gás de aterro é muito mais contaminado, conforme demonstra a tabela a seguir. A análise é para três amostras diferentes de gás de aterro em Distington, Cumberland, Inglaterra.

Compostos Amostra 1 Amostra 2 Amostra 3 Compostos Clorados Totais (excluindo Freons) Compreendendo 2715 2772 2571 Diclorometano 146 144 120 1,1,1-Tricloroetano 31 31 26 Tricloroetileno 370 380 355 Tetracloroetileno 1030 1060 1030 1,1-Dicloroetano 22 23 19 cis-1,2-Dicloroetileno 668 671 603 Cloreto de Vinilo 310 320 290 1,1-Dicloroetileno 11 12 10 trans-1,2-Dicloroetileno 22 21 19 Clorofórmio 6 7 6 1,2-Dicloroetano 69 70 62 1,1,2-Tricloroetano 4 4 4 Clorobenzeno 18 20 19 Diclorobenzenos 2 3 3 Cloroetano 6 6 5 Compostos Fluorados Totais 64 62 54 Compostos Organo-Enxofre Totais 46 46 41 Compostos Clorados Totais como Cl 2130 2180 2030 Compostos Fluorados Totais como F 19 19 17 17

Nas quatro análises anteriores, a unidade de concentração é mg/m3 e "ND" significa não detectado. 0 gás produzido pelo presente aparelho 10 tem, como seus constituintes principais, vários hidrocarbonetos, hidrogénio, monóxido de carbono e dióxido de carbono. A tabela a seguir apresenta os constituintes principais e os valores caloríficos para duas amostras de gás obtidas pela utilização do presente aparelho.

Composição Amostra 1 Amostra 2 Metano (%) 23,9 54,2 Dióxido de Carbono (%) 12,9 2,9 Azoto (%) 1,5 2,0 Oxigénio (%) <0,1 0,3 Hidrogénio (%) 16,7 17,7 Etileno (%) 8, 8 11,7 Etano (%) 1,5 3,1 Propano (%) 1,8 2,6 Acetileno (%) 0,34 0,10 Monóxido de Carbono (%) 32,6 5,4 Valor calorífico (MJ/m3 a 15 °C & 101,325 kPa Bruto 23,1 34, 8 Líquido 21,3 31,6 A Amostra 1 era de gás produzido pela gaseificação de um resíduo sólido municipal. A amostra 2 era de gás produzido pela gaseificação de uma mistura de óleos, 50% dos quais eram lubrificantes usados de motores. Tendo em mente que as cargas de alimentação são compostas por material residual "livre" que representa, cada vez mais, problemas de eliminação, o produto de gás limpo de alto valor calorífico é altamente benéfico. Os valores caloríficos são calculados a partir das composições de gás e compraram-se favoravelmente com o valor calorífico do gás natural que é de cerca de 38 MJ/m3. 18

Com referência agora às Figura 2 a 7, uma segunda forma de realização da presente invenção é um aparelho de reacção de gaseificação 100 compreendendo um recipiente de gaseificação 112, por exemplo, de aço inoxidável. Como na primeira forma de realização, a carga de alimentação 14, 14' é pirolit icamente convertida em gás de alto valor calorífico e cinza numa atmosfera não oxidante dentro do recipiente 112. 0 recipiente 112 tem uma parede lateral cilíndrica 112', uma parede superior curva virada par cima 112" e uma parede inferior curva virada para cima 112", as extremidades inferiores da parede lateral 112 e a parede inferior 112" fundindo-se num canal anular 116. O canal 116 recolhe a cinza produzida pela gaseificação da carga de alimentação 14, 14' que é removida do recipiente 112 por meio da conduta 117 pelo funcionamento de uma válvula giratória 118.

Pode-se lidar com a "cinza carbono" por uma de duas maneiras depois da remoção de uma posição abaixo da válvula giratória 118 por meio de um parafuso (não ilustrado) que é totalmente vedado a pressão.

Num caso, a cinza é removida para dentro de uma câmara de activação e depois de ter sido activada é, então, removida por meio de outro parafuso e duas válvulas de vedação do ar, não permitindo a libertação do gás ou a infiltração do ar.

No outro caso, a cinza é elevada a uma temperatura muito mais alta e feita reagir com vapor de alta temperatura que reage totalmente com o carbono, produzindo uma outra 19 corrente de hidrogénio e dióxido de carbono. A cinza inerte restante é, então, descarregada de uma maneira semelhante à cinza de carbono activado.

As condutas ocas superior e inferior 119 e 121 são soldadas à paredes superior e inferior do recipiente 112", 112''', coaxialmente uma com a outra e o recipiente de gaseificação 112. As cargas de alimentação 14 e 14" são alimentadas no recipiente 112 por meio de uma conduta 142 montada na parede superior 112" do recipiente 112, desviada do eixo vertical do recipiente 112, porém próxima ao mesmo. 0 recipiente de gaseificação 112 tem uma unidade de ventilador ciclone 120 montada sobre um eixo oco 122 suportado para rotação à volta do seu eixo no interior das condutas 119 e 121. Com referência, em particular, às Figuras 3, 4 e 7, a extremidade superior do eixo 122 tem soldada à mesma um rebordo externo, anular 200 ao qual é aparafusado um eixo de montagem superior 202 com saliência 203 por meio de parafusos 204. Um disco 206 de isolador cerâmico é posicionado entre o rebordo 200 e a saliência 203 do eixo 202 para formar um intervalo térmico.

Com referência agora às Figuras 3, 5 e 6, a extremidade inferior do eixo 122 tem soldada à mesma um rebordo anular 208 ao qual é aparafusado o eixo de montagem inferior 208 e a saliência 211 do eixo 210, uma vez mais para formar um intervalo térmico.

As condutas superior e inferior 119 e 121 são tapadas por tampas 216 e 218 com um respectivo anel de isolamento cerâmico 219, 219' entre as mesmas para formar intervalos térmicos. Montado às condutas superior e inferior 20 encontram-se montagens estanques de apoio com rolamentos 220 e 222. Estas estão situadas sobre um suporte portador de impulso 223 para suportar a unidade de ventilador ciclone 120. Estes também suportam os eixos de montagem 202 e 210, para rotação enquanto a montagem 220 permite a expansão e contracção longitudinal durante o ciclo térmico do aparelho de gaseificação 100, conforme indicado pelas linhas tracejadas 223 na Figura 7.

As montagens de apoio estanques com rolamentos suportam o ventilador ciclone 120 de uma maneira vedada, estanque ao gás e ar. De preferência, são arrefecidas por fluido. O eixo de montagem inferior 210 é acoplado a um comando do motor eléctrico 212', nesta forma de realização avaliado em 5,5 kW, para girar o ventilador ciclone 120. A parede do eixo oco 122 é perfurada por uma fileira de cinco orifícios de passagem alinhados verticalmente 124 sendo a fileira de orifícios 124 posicionada de modo a ficar na direcção da porção inferior do eixo 122 no interior do recipiente 112. O eixo 122 é também perfurado por uma fileira de cinco orifícios de passagem alinhados verticalmente 126, sendo a fileira de orifícios posicionada no interior da porção superior da conduta 119.

Uma conduta 128 posicionada na lateral da conduta superior 119 é utilizada para extrair os gases do recipiente 112 que passam para dentro do interior do eixo 122 por meio dos orifícios 124 e saem para dentro da conduta 119 desde o interior do eixo 122 através dos orifícios 128. A porção superior da conduta 119 é substancialmente estanque do recipiente 112 por meio de um restritor de gás anular 129. 21 A carga de alimentação 14, 14' é alimentada sem ar para dentro do recipiente 112 por meio de um aparelho alimentador (não ilustrado) conforme descrito com referência à forma de realização da Figura 1.

Com referência agora às Figuras 2 e 3, o ventilador ciclone 120 compreende um rebordo cónico fechado 162 preso ao eixo 122 na direcção da parte superior do recipiente 163 (não ilustrado) estendendo-se radialmente desde próximo ao eixo 122 até a base do rebordo cónico 162.

Provindo verticalmente na direcção descendente desde a borda do rebordo cónico 162 há, nesta forma de realização, vinte e quatro lâminas de ventilador planares 164 que são posicionadas em ângulo ligeiramente fora do alinhamento radial de modo a serem direccionadas no sentido do movimento do ventilador ciclone 120 visto radialmente para fora.

As lâminas do ventilador 164 também poderiam ser ligeiramente curvas na direcção radial ao longo da sua largura horizontal.

As lâminas do ventilador 164 são suportadas na sua orientação vertical a partir do rebordo cónico 162 por um par de aranhas separadas verticalmente 136 cada uma fixa horizontalmente entre o eixo 122 e cada uma das lâminas do ventilador 164.

Um tubo de desgaste frusto-cónico 165 é soldado ao canto do recipiente 112 na junção da parte superior côncava 112" e da parede lateral 112' do recipiente adjacente à extensão mais externa das placas 163. 22 0 recipiente 112 é montado no interior de uma câmara de combustão 70 com queimadores de gás (não ilustrados) construídos do mesmo material que a câmara de combustão 70 da forma de realização da Figura 1, mas configurado para circundar o recipiente 112.

Os produtos de combustão no interior da câmara 70 são lançados na atmosfera por meio da conduta de exaustão (não ilustrada). De preferência, os produtos de combustão gasosos são primeiro arrefecidos por recuperação de calor num gerador de vapor ou água quente (não ilustrado) . O calor recuperado é utilizado, de forma ideal, nas instalações, por exemplo, no secador utilizado para remover a humidade da carga de alimentação. Depois da recuperação, os produtos de combustão são, então, lançados na atmosfera. O funcionamento do aparelho de reacção de gaseificação 100 é conforme descrito acima com referência ao aparelho da Figura 1.

Depois do arranque a partir de frio, é introduzido no recipiente 112 um gás inerte, tal como o azoto, por meio de uma entrada (não ilustrada).

Enquanto a atmosfera de gás inerte é mantida no recipiente 112, o recipiente 112 é elevado à temperatura e o ventilador ciclone 120 é girado a uma velocidade de 500-1000 rpm pelo dispositivo de accionamento do motor eléctrico 212.

Assim que o recipiente 112 se encontra na temperatura desejada, tem início o fornecimento da carga de 23 alimentação. A carga de alimentação 14, 14' que passa através da conduta de entrada 142 encontra-se com as placas em rápido movimento 163 e é atirada contra a superfície interna quente do recipiente 112, a placa de desgaste 165 protegendo o recipiente 112 no ponto de impacto inicial com o recipiente 112. A gaseificação para formar o gás de alto valor calorífico tem início rapidamente, como antes. A medida que o fornecimento de carga de alimentação e a gaseificação continuam, o gás produzido exerce um efeito propulsor sobre o ventilador ciclone 120, mantendo a sua rotação e, uma vez mais, a energia eléctrica para o dispositivo do motor de accionamento 212 pode ser desligada e pode, então, ser utilizada como um gerador de electricidade utilizável nas instalações. À medida que a gaseificação prossegue, o fornecimento de gás inerte pode ser desligado e pode-se fazer com que o gás de alto valor calorífico saia do recipiente 112 por meio da conduta 128 para tratamento adicional, recolha e utilização.

As paletas 164 estabelecem e mantêm um movimento de turbulência - ou efeito ciclone - no gás no volume do recipiente 112 com a matéria particulada sendo projectada para fora contra a parte interna do recipiente 112. Se esta matéria não tiver sido totalmente gaseificada, a sua decomposição e gaseificação continuarão na proximidade da parte interna do recipiente 112 e, em última instância, é convertida em cinza. O efeito ciclone livra, com êxito, o gás de poluentes em partículas uma vez que o gás produzido, eventualmente, entra no eixo oco 122 no centro do recipiente, distantes dos particulados que são atirados à parede lateral do recipiente 112' por meio das suas aberturas inferiores 124. O gás passa pelo eixo 22 e flui 24 para a região superior da conduta 119 por meio das aberturas do eixo 126. A maior parte do gás sai da conduta 119 por meio da conduta 128, mas uma proporção do gás passa para baixo na conduta 119 de volta para dentro do recipiente 112, dentro do qual é puxado pela acção centrífuga das placas 163, o gás puxado em auxílio do fluxo da carga de alimentação de entrada até a superfície interna quente do recipiente 112. 0 gás que entra na conduta 128 passa, como antes, por um arrefecedor por sopro ou purificador, onde é rapidamente arrefecido por meio de passagem por água de refrigeração ou pulverizações de óleo. 0 arrefecimento por meio de tal arrefecedor ou purificador deixa o gás num estado particularmente limpo e pode assegurar que a conversão dos seus componentes em poluentes, tais como dioxinas é evitada, com êxito. 0 gás resultante queima de forma muito limpa e os seus produtos de combustão podem apresentar problemas ambientais mínimos quando lançados na atmosfera. 0 gás produzido pode ser utilizado em pequena parte para alimentar os bicos de gás (não ilustrados). A produção principal de gás é convertida em energia eléctrica ou térmica.

Espera-se que, num local de eliminação municipal típico, possa haver até nove aparelhos 10 ou 110 funcionando em paralelo. A saída de energia é prevista para ser na ordem de 30 MW de energia eléctrica e 505-60 MW de energia térmica. 25

De uma forma ideal, o gás produzido a partir de resíduos sólidos municipais é baixo em compostos halogenados nocivos. Uma análise cromatográfica típica demonstra que a quantidade de tais compostos é insignificante.

Lisboa, 28 de Novembro de 2006

Claims (13)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Aparelho reactor de gaseificação (10), que compreende uma câmara de combustão (70) em que está montado um recipiente de gaseificação (12) que tem uma parte superior, uma entrada (41) para a carga de alimentação (14, 14') a ser gaseificada e uma saída (24, 38) para evacuar o gás resultante, a entrada (41) incluindo um meio de isolamento e estanquicidade ao ar (50) para impedir o ingresso do ar no recipiente (12) com a carga de alimentação e numa parte superior (12') do recipiente (12) há uma combinação de ventilador rotativo e unidade de ciclone (20) que, em utilização, respectivamente (a) dispersa a carga de alimentação de entrada (14, 14') para pô-la em contacto com uma parede interna aquecida do recipiente (12) e (b) estabelece um ciclone no gás resultante para livrar o gás resultante da matéria em partículas antes da descarga pela saída (24, 38), a unidade de ventilador tendo lâminas que compreendem placas verticais que se entendem radialmente (163) sobre uma superfície superior do mesmo para dispersar a carga de alimentação de entrada (14, 14') contra a parede interna aquecida na parte superior do recipiente e a entrada (41) sendo posicionada para alimentar a carga de alimentação às placas (163).

2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, em que a câmara de combustão (70) é uma fornalha a gás.

3. Aparelho de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2, em que a referida saída (41) é proporcionada numa cobertura superior (26) do recipiente (12) e o ventilador e a unidade de ciclone (20) estão dispostos por baixo e próximos à cobertura superior (26). 2

4. Aparelho de acordo com a reivindicação 3, em que o ventilador e a unidade de ciclone (20) compreendem um elemento de disco (62) separado da cobertura superior (26) e tendo as lâminas do ventilador (64) numa superfície superior desta e o elemento de disco sendo afixado de forma rígida a um eixo axial central (22).

5. Aparelho de acordo com a reivindicação 4, em que o ventilador e a unidade de ciclone (20) compreendem ainda uma pluralidade de paletas de ciclone (66) afixadas de forma rígida a um lado inferior do elemento de disco (62) e ao referido eixo.

6. Aparelho reactor de gaseificação de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 3, em que o recipiente tem uma parede lateral (122') e a unidade de ciclone e ventilador compreende um rebordo cónico fixo a um eixo giratório (122), tendo o rebordo cónico (162) uma superfície superior, as lâminas do ventilador compreendendo uma pluralidade de placas (163) verticais que se estendem geralmente radialmente, verticais a partir da superfície superior do rebordo cónico (162) e uma pluralidade de paletas (164) provenientes do rebordo cónico (162) de modo a ficarem adjacentes à parede lateral (112') do recipiente (112) .

7. Aparelho reactor de gaseificação de acordo com a reivindicação 6, incluindo uma ou mais aranhas (136) que ligam as paletas (164) ao eixo (122).

8. Aparelho reactor de gaseificação de acordo com a reivindicação 1, incluindo uma placa de desgaste anular 3 (165) ligada ao recipiente voltada para as extensões externas das placas (163).

9. Aparelho reactor de gaseificação de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, em que o recipiente (112) tem uma parede lateral (112') e uma parede inferior curva para dentro (112") que se funde com a parede lateral (112') do recipiente (112) para formar um canal anular (116) .

10. Aparelho reactor de gaseificação de acordo com a reivindicação 5 ou 6, em que cada paleta (66) tem uma parte radialmente mais externa que é dobrada, curva ou em ângulo para frente na direcção da rotação da unidade de ventilador e ciclone (20) e/ou em que cada paleta (66) é posicionada tangencialmente ao eixo para projectar para frente no sentido da rotação da unidade (20).

11. Aparelho reactor de gaseificação de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, em que o recipiente tem uma conduta vertical, central (24), fechada numa extremidade superior por uma chumaceira estanque ao gás e a unidade de ventilador e ciclone (20) é montada sobre um eixo (22, 122), em que o eixo se estende para cima ao longo de uma conduta (24) e, opcionalmente, em que o eixo (22) tem um casquilho (34) na sua extremidade inferior, que tem um ajuste livre à volta de um pino de centralização montado axialmente no recipiente (12) e/ou em que o eixo (32) é oco e tem aberturas (22', 22") adjacentes às suas extremidades inferior e superior, sendo o eixo oco uma conduta para transportar um gás resultante livre de partículas até a saída (24, 38) . 4

12. Aparelho reactor de gaseificação de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, em que a saida (24, 38) é construída e posicionada para re-circular uma parte do produto gás para o recipiente (12) no decurso do seu progresso até a descarga.

13. Aparelho reactor de gaseificação de acordo com qualquer das reivindicações anteriores e qualquer a) em que o recipiente (12) tem uma antecâmara estanque (16) na parte inferior desta para permitir a descarga de cinza sem permitir a entrada do ar no interior do recipiente; b) em que o meio de isolamento e vedação do ar é um dispositivo alimentador estanque (50 ) para fornecer uma carga de alimentação sem ar à entrada (51) e, opcionalmente, em que o referido dispositivo de alimentação compreende uma câmara (52) tendo uma entrada (54), meio de vedação (56) compreendendo rolos com as periferias deformáveis definindo um ponto de contacto estanque, deformável que, em utilização deixa passar as partículas sólidas da carga de alimentação mas não o ar e um transportador (60) para fazer avançar as partículas da carga de alimentação (14) para a entrada (41) do recipiente, e/ou em que o dispositivo de alimentação (50) inclui ainda uma linha (44) para alimentar carga de alimentação líquida (14') à entrada (41); ou 5 c) em que a saída (38) é acoplada a uma cortina de óleo ou água para limpeza/arrefecimento. Lisboa, 28 de Novembro de 2006