CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a umforno desidratador que, ao receber resíduos após o processo de secagem, os submete a temperatura de 800° na ausência de oxigênio por aproximadamente 50 minutos, desidratando esses resíduos e transformando-os em um pó carbonizado com características idênticas as do carvão vegetal.

[002] Este produto contém teor de umidade e teor calorífico estabilizado e promove durante a sua queima calor uniforme para geração de vapor e conversão em energia elétrica. Durante o processo de desidratação os resíduos liberam gás de síntese, que é capturado e direcionado para retroalimentar o forno, isso significa que o equipamento produz o seu próprio combustível.

[003] A presente invenção refere-se ainda a um processo de produção de energia elétrica mais eficiente por conta da presença do forno termo- desidratador.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Biomassa é o termo utilizado para definir a massa biológica, detritos de organismos vivos ou emdecomposição, utilizada na produção de energia elétrica. Essa massa biológica pode ser de origemanimal ou vegetal, como restos de alimentos, cascas de frutas, madeira, entre outros. A geraçãoelétrica a partir da biomassa se dá por meio da termeletricidade:

Existem algumas tecnologias utilizadas para transformar a biomassa em energia elétrica. Todasfazem a conversão da matéria-prima em um produto intermediário que será utilizado em umamáquina motriz que produzirá a energia mecânica que acionará o gerador de energia elétrica. Asduas principais tecnologias são: Combustão e Gaseificação, a terceira: Termo Desidratação é atecnologia que foi desenvolvida pela USITRAR. A principal diferença entre elas está na EFICIÊNCIA.

Combustão: a queima direta da biomassa em caldeiras realizada a altas temperaturas na presençaabundante de oxigênio, produzindo vapor a alta pressão que é usado para mover turbinas degeradores elétricos. Sua eficiência energética situa-se na faixa de 20 a 25%.

Gasificação: a biomassa é aquecida na ausência do oxigênio, originando como produto-final um gásinflamável. A gaseificação não exige altas temperaturas, fazendo a biomassa resultar apenas embiogás, que ou é usado como energia mecânica que ativa um gerador ou em caldeiras para queimadireta ou em cogeração de energia térmica. Sua eficiência energética situa-se na faixa de 25 a 40%.

Termo Desidratação: Termo desidratação em ciclo combinado, é a tecnologia que foi desenvolvidapela USITRAR utilizando equipamentos existentes no mercado que foram melhorados parapossibilitar a combinação do uso do CARVÃO obtido través da desidratação da biomassa juntamentecom o GÁS DE SÍNTESE obtido durante o processo de transformação da biomassa em carvão. Suaeficiência energética situa-se na faixa de 60 a 65%.

[004] O documento WO 2012/004739 descreve uma planta para produção de energia elétrica a partir de biomassa baseada no uso de um trocador de calor entre o queimador da biomassa e a unidade de geração de energia. O processo descrito nesse documento é dito mais eficiente que os do estado da técnica e utiliza ar como fluido de trabalho.

[005] A presente invenção difere deste documento por não necessitar do uso de ar para a carbonização da biomassa.

[006] Os documentos WO 2008/049059 e WO 2016/118067 descrevem processos de queima de biomassa, porém os processos ali descritos não exemplificam uma pré-etapa de desidratação seguida de uma etapa de queima, na ausência de oxigênio como descrito na presente invenção. [007] Portanto, há ainda a necessidade de processos de queima de biomassa e geração de energia de maneira mais eficiente.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[008] É um objeto da presente invenção um forno desidratador que desidrata a matéria-prima na ausência de oxigênio, transformando-os em um pó carbonizado com características idênticas as do carvão vegetal.

[009] Em uma realização preferencial o forno desidratador compreende a) um selo mecânico que permite a passagem da matéria-prima e impede a entrada de oxigênio. b) uma câmara anterior para desidratação parcial da matéria-prima; e c) uma câmara principal para aquecer a matéria-prima na ausência e oxigênio; d) meios para capturar gás de síntese gerado; e) meios para direcionar todo ou parte do gás de síntese gerado para o aquecimento da matéria-prima;

[0010] É um adicional objeto da presente invenção um processo de produção de pó carbonizado compreendendo as etapas de: a) admitir a matéria-prima na câmara anterior; b) desidratar a matéria-prima em temperaturas na faixa de 200°C a 380°C para que percam pelo menos 80% de sua umidade; c) admitir a matéria-prima da etapa anterior na câmara principal; d) aquecer a matéria-prima até pelo menos 750°C; e) remover o pó carbonizado da câmara principal.

[0011] É um adicional objeto da presente invenção um pó carbonizado produzido pelo processo acima, com características idênticas as do carvão vegetal, e com teor de umidade e teor calorífico estabilizado, que promove durante a sua queima calor uniforme para geração de vapor e conversão em energia elétrica.

[0012] É um adicional objeto da presente invenção um processo de produção de energia elétrica compreendendo as etapas de: a) admissão de um pó carbonizado em uma caldeira para geração de vapor; b) conversão da energia térmica em energia mecânica; e c) conversão da energia mecânica em energia elétrica.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0013] A Figura 1 mostra uma vista em perspectiva de um exemplo de planta de geração de energia elétrica compreendendo um forno desidratador de acordo com a presente invenção.

[0014] A Figura 2 mostra o forno desidratador da presente invenção, onde: A - transportador de entrada; B - engrenagem de condução; C -tambor de carbonização; D - rolo de forno; E - caixa de engrenagens.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0015] A descrição a seguir tem o intuito somente de exemplificar algumas das inúmeras formas de se realizar a invenção, e não deve ser encarada de modo a limitar o escopo da presente invenção.

[0016] O forno desidratador é a peça principal dessa invenção e, recebe a matéria-primaparaum processo de secagem para em seguida submetê-la a uma temperatura de pelo menos 750°C, preferencialmente 800°, na ausência de oxigênio por um tempo adequado, preferencialmente por 50 minutos.

[0017] O forno desidratador da presente invenção está ilustrado da Figura 2 e compreende as seguintes partes: a) um selo mecânico que permite a passagem da matéria-prima e impede a entrada de oxigênio. b) uma câmara anterior para desidratação parcial da matéria-prima; e c) uma câmara principal para aquecer a matéria-prima na ausência e oxigênio; d) meios para capturar gás de síntese gerado; e) meios para direcionar todo ou parte do gás de síntese gerado para o aquecimento da matéria-prima; [0018] Na câmara anterior ao forno de desidratação a matéria-primaé submetida a temperaturas de 200°C a 380°C, preferencialmente de 260° a 360°C, e perdem pelo menos 80%, preferencialmente 85% da sua umidade para entrar na câmara principal do forno de desidratação com umidade regulada. Este equipamento usa calor residual que retorna do forno de desidratação, portanto não utiliza nenhumtipo de combustível adicional para a finalidade de desumidificar e secar os resíduos no processo que antecede a desidratação, isso torna o processo muito mais barato do ponto de vista do custo operacional da máquina.

[0019] Este esforço térmico proporciona a desidratação da matéria-prima e a transforma em um pó carbonizado com características idênticas as do carvão vegetal. O pó carbonizado contém teor de umidade e teor calorífico estabilizado e promove durante a sua queima calor uniforme para geração de vapor e conversão em energia elétrica. Durante o processo de desidratação a matéria-prima libera gás de síntese, que é capturado e direcionado totalmente ou em parte para retro-alimentar o forno. Isso significa que o equipamento produz o seu próprio combustível.

[0020] A matéria prima da presente invenção é preferencial mente a biomassa. Biomassa é o termo utilizado para definir a massa biológica, detritos de organismos vivos ou em decomposição, utilizada na produção de energia elétrica. Essa massa biológica pode ser de origem animal ou vegetal, como restos de alimentos, cascas de frutas, madeira, entre outros. Em uma realização preferencial a matéria prima são resíduos sólidos urbanos.

[0021] O processo de produção de energia elétrica da presente invenção é baseado no uso do pó carbonizado para geração de vapor em uma caldeira, transformação desse vapor em energia mecânica por meios adequados, como por exemplo uma turbina, e por fim transformação dessa energia mecânica em energia elétrica por meios adequados, como por exemplo um gerador. A Figura 1 apresenta uma vista em perspectiva de uma usina de geração de energia elétrica de acordo com a presente invenção. [0022] O processo apresentado a seguir contém diversos equipamentos que foram melhorados para obter maior eficiência energética com menor emissão de poluentes e melhor aproveitamento da biomassa, absorvendo uma diversidade muito maior de resíduos possíveis de utilização, estas unidades podem ser montadas nas capacidades para processar 120, 240 ou 480 toneladas por dia gerando entre 60% a 65% de energia.

[0023] 01 — Esteira Resíduos: A esteira transporta os resíduos após a separação de todos os produtos recicláveis até a entrada do forno desidratador, a esteira está equipada com sensor para detecção do momento correto das paradas, bem como do controle da velocidade para adequação do tempo necessário a cada ciclo de desidratação dos resíduos e a sua consequente transformação em carvão.

[0024] 02- Entrada dos Resíduos: Nesta parte do equipamento os resíduos são carregados para a parte interna do forno através de um sistema de rosca helicoidal, que o transforma em um SELO MECÂNICO para impedir a entrada de oxigênio e a consequente combustão dos resíduos. Por conta deste SELO MECÂNICO e da ausência do oxigênio os resíduos não entram em combustão, somente sofrem um processo de desidratação.

[0025] 03 - Secador: Na câmara anterior ao forno de desidratação os resíduos são submetidos a temperatura de 260° a 360° e perdem 85% da sua umidade para entrar no forno de desidratação com umidade regulada, este equipamento usa calor residual que retorna do forno de desidratação, portanto não utiliza nenhum tipo de combustível adicional para a finalidade de desumidificar e secar os resíduos no processo que antecede a desidratação, isso torna o processo muito mais barato do ponto de vista do custo operacional da máquina.

[0026] 04 - Exaustor: Este equipamento é fabricado exclusivamente pela USITRAR pois utiliza um sistema de aletas internas que serve tanto para direcionar o calor residual e todos os gases oriundos do processo térmico, o que impede que qualquer particular seja lançada na atmosfera antes de ser tratada, quanto para direcionar ao desumidificador o calor suficiente para secar os resíduos antes do processo de desidratação sem nenhum custo adicional no que se refere a geração do calor necessário para esta etapa da operação.

[0027] 05 - Desidratador: O forno desidratador é a peça principal deste conjunto de equipamentos, recebe os resíduos após o processo de secagem e submete a temperatura de 800° na ausência de oxigênio por aproximadamente 50 minutos, este esforço térmico proporciona a desidratação dos resíduos e os transforma em um pó carbonizado com características idênticas as do carvão vegetal, este produto contem teor de umidade e teor calorífico estabilizado e promove durante a sua queima calor uniforme para geração de vapor e conversão em energia elétrica. Durante o processo de desidratação os resíduos liberam gás de síntese, que é capturado e direcionado para retroalimentar o forno, isso significa que o equipamento produz o seu próprio combustível.

[0028] O restante é envasado para complementar o calor no sistema térmico durante o processo de geração de energia.

[0029] 06 — Saída do Carvão: Após a desidratação, os resíduos já transformados em carvão são descarregados através desta saída para serem conduzidos pela esteira transportadora até a caldeira.

[0030] 07 - Esteira Carvão: A esteira transporta o carvão até a entrada da caldeira para produção de vapor e acionamento da turbina.

[0031] 08 - Entrada do Carvão: O carvão chega até o sistema de grelhas da caldeira através desta entrada, aqui será dosado através de sensores que avaliam a temperatura e injetam o volume suficiente e adequado para o equilíbrio da temperatura e estabilidade do vapor e da pressão.

[0032] 09 - Caldeira: a caldeira é o equipamento responsável pela transformação do combustível (carvão) em vapor para obtenção da pressão necessária para acionar a turbina, esta caldeira foi desenvolvida através da tecnologia de pressão e contrapressão que realimente a caldeira e aumenta a eficiência em 30%, proporcionando grande economia de combustível e maior segurança, pois trabalha a 75% da pressão de uma caldeira convencional.

[0033] 10 - Turbina: turbina é o equipamento responsável pela conversão da energia térmica (calor/vapor) em energia mecânica para acionamento do gerador e conversão da energia mecânica em energia elétrica. Um exemplo de turbina é uma turbina construída com tecnologia ULTRA LOW- PRESSURE, utilizando sistema bidirecional de vapor e contra vapor para aumentar a sua eficiência mecânica. Esse modelo de turbina utiliza somente 52% da pressão necessária para a geração do mesmo volume de energia que uma turbina convencional utilizaria 92%.

[0034] 11 - Redutor: O redutor compatibiliza a rotação da turbina (3.600Rpm) para a rotação do gerador (900Rpm), o sistema de engrenagens auto-lubricantes dispensa a utilização de caixa de óleo, bem como o modelo axial mostra-se muito mais eficiente na redução do atrito, ruídos e desgaste.

[0035] 12 - Gerador: O gerador é responsável ela conversão de rotação mecânica em eletricidade, preferencialmente o gerador opera em baixa rotação o que proporciona um sistema mais silencioso, opera em temperaturas mais baixas e produz menor vibração e atrito, assim como reduz drasticamente a necessidade de manutenção.

[0036] 13 - Lavador de Gases: O lavador de gases processa todo o produto gasoso gerado durante o processo, tanto da desidratação dos resíduos, quanto da queima do carvão durante o processo de geração de energia, este equipamento processo os gases através da pulverização de micro partículas de solução liquida desenvolvida especificamente para esta finalidade, isso reduz a emissão de particulados em 95%, restando somente gases voláteis que segue para o filtro onde se complementa o processo de limpeza dos gases em 99,5%

[0037] O processo da presente invenção proporciona o aproveitamento de diversos tipos de biomassa, inclusive os resíduos sólidos urbanos, um dos principais problemas existentes no mundo, possibilitando a sua conversão em energia elétrica limpa e de baixo custo, preferencialmente para áreas remotas e populações carentes, provando que é possível aliar tecnologia e sustentabilidade, respeitando o meio ambiente, e gerando riqueza em favor das pessoas.