Upload
internet
View
105
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Roberto N. Szente
Tecnologias Inovadoras Aplicadas ao Tratamento de Resíduos
RoteiroRoteiro O Problema..... Soluções existentes Plasma
Introdução Tochas de Plasma Processos Industriais Diversos
Processos Inovadores em Meio Ambiente Solos Contaminados Embalagens Longa-Vida Escórias (Silício, Alumínio) Resíduos de Saúde (Lixo Hospitalar) Resíduos Industriais Outros
Conclusões
O
Problema…
Resíduos???Resíduos???
O que são resíduos?? Remanescente; aquilo que resta de qualquer
substância; resto.... Mas, uma lâmpada fluorescente, é um resíduo? E quando um produto industrial acaba no meio
ambiente?? Torna-se um resíduo?? Será que uma lâmpada fluorescente usada é o
mesmo que o resto de dicloro anilina gerada na fabricação de insumos para plásticos??
Resíduos???Resíduos???
Que tipos de materiais podem acabar no meio ambiente (natureza) ?? Processo (produção de bens – por exemplo, resíduos da
produção de plásticos, usinagem de peças, produtos químicos, fabricação de papel, etc) – Na verdade, nesta categoria estão os únicos resíduos de acordo com a definição
Final da vida útil de Produtos Industriais (televisores, automóveis, lâmpadas fluorescentes, etc); estudos de ciclo de vida tornam-se cada vez mais importantes e decisivos na definição de produtos industriais.
Embalagens (utilizadas para proteger produtos industriais – por exemplo, garrafas, latas de alumínio, papelão, isopor, etc).
Resíduos???Resíduos???
Portanto, na verdade não devemos dizer que devemos tratar resíduos (industriais, domésticos, hospitalares, etc) mas sim tratar materiais que acreditamos possam afetar o meio ambiente que desejamos preservar.
Então, o que devemos fazer é RECICLAGEM de materiais, e não somente tratamento de resíduos (que envolveria somente uma parte (pequena) dos materiais que acabam no meio ambiente..).
Soluções Existentes para Reciclagem
ReciclagemReciclagem Entre os processos mais utilizados:
A) Aterros B) Incineração / Cimenteiras C) Compostagem D) Específicos - DiversosDiversos processos específicos foram desenvolvidos para reciclagem de certos
produtos ou materiais. Entre esses processos, podem ser destacados: Papelão, papel (processo via hydra pulping); Vidro (refusão); Plásticos (seleção e extrusão); Madeiras (trituração e enchimento); Ferro velho (carga de alto forno); Alumínio (refusão de latas); ......diversos outros
Alguns desses processos são economicamente possíveis apenas quando são subsidiados ou quando a mão de obra (principalmente para segregação) não é qualificada.
ReciclagemReciclagem
O grande desafio atual da reciclagem é aumentar a quantidade de material que pode retornar à cadeia produtiva (reciclagem primária ou secundária).
Entre esses materiais, devem ser incluídos resíduos industriais (de processo), material inorgânico de lixo doméstico, inúmeros produtos industriais após uso e outros....
Plasmas
PlasmaPlasma
Matéria Dissociada e Ionizada
Principais Características: Condutor elétrico Influenciado por campos elétricos e magnéticos Macroscopicamente neutro
AM
I+
e
AA
AM
M
I+
e
I+
e
M
Plasma - TérmicoPlasma - Térmico Plasma Térmico – Gás parcialmente ionizado, atingindo temperaturas entre 5.000
e 30.000 0C (outros tipos de plasma atingem temperaturas diferentes; normalmente as
temperaturas estão associadas à pressão de operação do sistema a plasma).
Em outras palavras, Plasma (Térmico ou Industrial) pode ser entendido como um
gás aquecido (qualquer gás em princípio), (parcialmente ionizado e dissociado),
por uso de eletricidade, a temperaturas muito acima das alcançadas por
queimadores a óleo ou gás.
Solido Liquido Gas PlasmaE E E
Plasma TérmicoGeração
Plasma TérmicoGeração
Plasma Térmico é gerado em equipamentos chamados de Tochas de
Plasma, que utilizam um arco elétrico para aquecer gases a temperaturas
elevadas (gerando um jato de plasma, a 15.000 0C tipicamente).
Presentemente Tochas de Plasma com eficiências acima de 90 % (TSL
desenvolveu tochas próprias; rendimentos dos melhores mundiais)
encontram-se disponíveis para diversos processos, utilizando diferentes
gases de plasma (ar, argônio, nitrogênio, hidrogênio, hélio, oxigênio, etc).
Tocha de PlasmaTocha de Plasma
Bobinas
Anodo
Catodo
GasArco Elétrico
Jato de Plasma
Tocha de PlasmaTocha de Plasma
Tocha de Plasma Modelagem
Tocha de Plasma Modelagem
Sr
rrr
1
xxvr
rr
1u
xConservation
of
S
Mass 1 0 0Axial
Momentumu
eff
p
x x
u
x rrr
v
xjBef ef r
1
RadialMomentum
v eff
Bjr
v
r
w
r
vr
rrr
u
xr
pxefefef
222
1
AzimuthalMomentum
w eff
12r
vw
r w
Energy h k/Cp +kt
j jx r2 2
-Sr
TurbulentKinecticEnergy
K + t/ Prt G -
TurbulentEnergy
DissipationRate
+ t/ Prt C1G
K - C2
2
K
z (mm)r (mm)
Tem
pera
ture
(10
00 K
)Tocha de Plasma - Modelagem Temperatura
Plasmas TérmicosAplicações Industriais
Plasmas TérmicosAplicações Industriais
Baixa e Alta Potência:
Baixa potência: corte, soldagem, spraying
Alta potência: metalurgia / siderurgia materiais
meio ambiente
Cada processo utiliza uma geometria de tocha e conceito de utilização
diferentes.
Mais de 100 plantas industriais no mundo inteiro (Alcan, General
Motors, Kawasaki Steel, Huls, Tioxide, SKF, Mintek, EDF, Peugeot,
Daido, ....)
Processos Inovadores
em
Meio
Ambiente
Aplicações de Plasma - Meio AmbienteAplicações de Plasma - Meio Ambiente
Presente: Resíduos Inorgânicos Industriais Resíduos de Saúde (Orgânicos Industriais) Embalagens Longa Vida Solos Contaminados Alumínio Escórias metálicas
Futuro próximo: Pneus Baterias de automóveis Mercúrio Catalisadores exauridos
Presente (solos contaminados, resíduos
industriais, embalagens assépticas,
escórias metálicas,…)
Solos
Contaminados
Solos Contaminados
Solos Contaminados
Solos Contaminados por petróleo, óleo, PCB, benzeno,
tolueno, e muitos outros compostos orgânicos
apresentam-se como um real problema mundial.
Processos tradicionais (centrífugas, incineração,
cimenteiras, etc) apresentam grandes restrições
ambientais e custos elevados.
Processos Tradicionais Processos
TradicionaisProcesso Característricas Limitações
Centrífuga Remoção mecânica Material com 5% HC; Tipos de
resíduos
Incineração Remoção Térmica Sem recuperação de óleo; altos
custos, riscos ambien.
Cimenteiras Remoção térmica Sem recuperação de óleo;
localização; riscos ambien.
Land Farming Remoção biológica Sem recuperação de óleo; tipos de
resíd; riscos amb.
Solos Contaminados - ProcessoTSLSolos Contaminados - ProcessoTSL
Desenvolvido processo pela empresa TSL Eng. Ambiental para o tratamento de solos contaminados, borras de petróleo, lama de perfuração e outros materiais.
Processo baseia-se no uso de fontes de energia extremamente eficientes (tochas de plasma operando a 15.000 0C; resistências elétricas de alta eficiência) para transmitir energia ao material sendo tratado.
Material é aquecido em ambiente controlado, evitando-se a combustão dos compostos orgânicos.
Recupera-se o óleo contido no material, sem emissão de gases, limpando-se completamente o material inicialmente contaminado. Vitrifica-se os compostos inorgânicos para inertizá-los.
Solos Contaminados / Borras de PetróleoProcesso TSL
Solos Contaminados / Borras de PetróleoProcesso TSL
Solo Limpo
Reator
Resíduos
Fonte
Controle
Tocha de Plasma
Óleo
Solos Contaminados / Borras de PetróleoProcesso TSL
Solos Contaminados / Borras de PetróleoProcesso TSL
Solo Contaminado
Óleo recuperado
Solo Limpo
Solo Vitrificado
Processo Inovativo - TSLSolo Contaminado
Processo Inovativo - TSLSolo Contaminado
Solos Contaminados Processo TSL
Solos Contaminados Processo TSL
Vantagens do processo: Reciclagem completa do material; Solos completamente recuperados; Recuperação de óleo contido; Alta eficiência energética; Emissão praticamente zero de gases totalmente
não tóxicos (N2 , O2 , Ar, H2O); Tecnologia limpa.
Resíduos Inorgânicos
Industriais
Resíduos IndustriaisResíduos Industriais Diversos tipos de resíduos industriais e produtos industriais, como lodo
galvânico, cinzas de incineração, catalisadores petroquímicos exauridos, borras industriais, etc, que contem metais pesados, podem ser reciclados em processos a plasma.
No processo a plasma desenvolvido, o material contendo metais pesados sofrem reações químicas e transformações físicas, gerando-se do processo subprodutos inertes e reaproveitáveis (matrizes cerâmica e férrea).
Processo a plasma permite o total, completo e final processamento e reciclagem do material contendo metais pesados, resíduos, de maneira segura e totalmente não poluente, com circuito fechado de efluentes líquidos e sólidos.
Resíduos IndustriaisProcesso TSL - Princípio
Resíduos IndustriaisProcesso TSL - Princípio
Material colocado diretamente no reator; Temperatura de operação: 1.600 0C, obtida pelo uso de tochas de
plasma operando a 15.000 0C; Condições redutoras no reator; Fusão no reator do material sendo processado; duas fases
líquidas no reator (férrea e cerâmica), contendo metais pesados; Remoção de matrizes férrea e cerâmica inertes e
reaproveitáveis (analogias: matriz férrea - aço inoxidável; matriz cerâmica - vidro tipo cristal);
Limpeza de gases (vazão de gases muito pequena).
Processo TSLUnidade Industrial
Processo TSLUnidade Industrial
Resíduos InorgânicosProcesso TSL
Produtos
Resíduos InorgânicosProcesso TSL
Produtos
Resíduos IndustriaisProcesso TSL
Resíduos IndustriaisProcesso TSL
Teste de Lixiviação – NBR 1004
Elemento Limite Lodo Plasma (mg/l) (mg/l) (mg/l)
Arsênio 5,00 <0,01 <0,01 Chumbo 5,00 0,10 <0,01 Cádmio 0,50 3,90 <0,01 Bário 100,00 <10,00 <0,01 Cromo 5,00 1,92 <0,01 Fluoretos 150,00 42,00 <0,01 Mercúrio 0,10 <0,01 <0,01 Prata 5,00 0,07 <0,01
Resíduos IndustriaisProcesso TSL
Resíduos IndustriaisProcesso TSL
Teste de Solubilização NBR 10.004 Elem./ Comp. Limite Result- Resíduo Result- PLASMA
(mg/l) (mg/l) (mg/l) Bário 1,00 < 1,00 <0,01Chumbo 0,05 0,04 <0,01Cromo (total) 0,05 0,82 <0,01Alumínio 0,20 0,51 <0,10Cobre 1,00 1,09 <0,01Ferro 1,50 0,34 <0,01Manganês 0,10 0,54 <0,01Zinco 5,00 1,00 < 0,05Nitrato 10,00 560,00 <2,00Cloretos 250,00 964,00 <5,00Sódio 200,00 471,00 <5,00Sulfato 400,00 518,00 <10,00Dureza 500,00 92,00 <10,00
Tocha de PlasmaUnidade Industrial - Lodo Galvânico
Tocha de PlasmaUnidade Industrial - Lodo Galvânico
Reator a PlasmaUnidade Industrial- Resíduo Inorgânico
Reator a PlasmaUnidade Industrial- Resíduo Inorgânico
Embalagens
Assépticas
Tipo Longa Vida
Material Contendo Plástico e AlumínioMaterial Contendo Plástico e Alumínio
Na reciclagem, já realizada em diversos países, de embalagens tipo longa vida ou de retalhos e aparas gerados na produção dessas embalagens, recupera-se o papel contido nesses materiais, gerando-se um material contendo plástico (80 %) e alumínio (20 %). Esse material está sendo colocado em fornos de cimento ou sendo parcialmente reutilizado de diversas maneiras.
Dentre os possíveis processos para a reciclagem ou tratamento do material contendo plástico e alumínio, o processo desenvolvido pela TSL apresenta-se como não somente o mais completo, capaz de total reciclagem dos materiais, mas também o único que não gera impactos ambientais.
Processo TSL Reciclagem de material contendo
plástico e alumínio
Processo TSL Reciclagem de material contendo
plástico e alumínio
O processo consiste em: alimentar continuamente material contendo ~80% PE e 20 %
Al, em um reator a plasma (gás de plasma inerte); manter a temperatura de operação em cerca de 1.200 0C; derreter o alumínio contido ao mesmo tempo que volatiliza-se
o material plástico, craqueando o plástico parcialmente, formando cadeias menores voláteis;
condensar os vapores (orgânicos), oriundos da volatilização do plástico, fora do reator;
recuperar todo o alumínio contido (em lingotes), gerando ao mesmo tempo um produto parafínico (do plástico inicialmente contido).
Reciclagem de Material contendo Alumínio e Plástico
Processo TSL
Reciclagem de Material contendo Alumínio e Plástico
Processo TSL
Tocha de Plasma
Fonte de Potência
Painel de Controle
Reator
Material Plástico e Alumínio
Al
Vapores orgânicos
Parafina
Processo TSL Material Plástico e Alumínio
Processo TSL Material Plástico e Alumínio
Material Plástico e Alumínio
Parafina
Lingote de Alumínio
Processo TSLCaracterísticas Principais
Processo TSLCaracterísticas Principais
Reciclagem completa do material anteriormente considerado como resíduo, possibilitando a total recuperação do alumínio inicialmente contido e transformação do plástico (PE) em produto de alto valor agregado (parafínico);
Alta eficiência energética (cerca de 4 vezes mais eficiente que processos tradicionais como incineração);
Processo limpo (sem geração de resíduos).
Recuperação
de Metais em Escórias
Silício
SilícioSilício
Elemento utilizado principalmente na produção de ferro-ligas
(ferro-silício) para aplicações específicas;
Brasil é um dos maiores produtores mundiais de silício
metálico – pureza entre 98.5 e 99.5 % (cerca de 100.000
ton/ano);
Gera-se uma escória quando da produção de silício (contendo
material fluxante utilizando para purificação de silício);
A escória da produção de silício é retirada periodicamente do
forno; na escória encontra-se silício agregado.
SilícioSilício Cerca de 5 % da produção de silício encontra-se na escória;
A escória de silício contem entre 25 e 40 % de silício metálico; outros
compostos são óxido de silício, óxido de alumínio e outros.
A escória após resfriar é manualmente processada; retiram-se os
maiores blocos de silício agregados e o resto da escória é normalmente
descartada, aterrada ou ainda repassada para pequenas empresas que
retiram um pouco mais do silício agregado (manualmente);
Sérios impactos ambientais (descarte); condições insalubres na
separação de silício da escória e baixo rendimento na recuperação de
silício.
Recuperação de Silício em Escórias Processo a Plasma
Recuperação de Silício em Escórias Processo a Plasma
Desenvolvido processo a plasma para recuperação do silício
contido nas escórias;
Processo emprega um reator a plasma, sistema a plasma de alta
eficiência (arco transferido) para provocar a fusão da escória e
separação de fases;
Processo ocorre a cerca de 1.600 0C, em atmosfera controlada;
Material é alimentado no reator a plasma como gerado no
processo de produção de silício (sem beneficiamento ou
manipulação).
Recuperação de Silício em Escórias Processo a Plasma
Recuperação de Silício em Escórias Processo a Plasma
Mais de 98 % do silício inicialmente presente na escória
é recuperado no processo a plasma;
Pureza do silício recuperado é normalmente maior do
que o silício produzido (> 99 %);
Processo a plasma é limpo; gera-se um subproduto
(matriz cerâmica) inerte e passível de ser reaproveitada
(como enchimento de pavimentação) ou outras
aplicações.
Recuperação de Silício Processo a Plasma
Recuperação de Silício Processo a Plasma
Fonte dePotência Aliment.
Secad.
Condens.
Limpeza de Gases
Gases Limpos
Sistema a Plasma
Silício Recuperado
Escória
Fase Cerâmica
Alumínio
AlumínioAlumínio
Excelente material para embalagens - especialmente para
alimentos (impermeável a oxigênio, leve, inerte
quimicamente à maior parte dos alimentos)
Em princípio 100 % reciclável
Mais de 98 % das latas de bebidas no mundo são feitas de
alumínio (~3.2 milhões tons / ano)
Cavacos de alumínio ~2.0 milhões tons / ano
Mais de 1 milhão ton de escória são geradas anualmente por
empresas produtoras de alumínio e refusoras.
Reciclagem de Alumínio
Reciclagem de Alumínio
30 % do alumínio produzido é reciclado mundialmente,
número crescente anualmente. As razões para reciclar
alumínio são: Significativa redução no consumo energético (0.7
kWh/kg vs 14 kWh/kg);
Diminuição do impacto ambiental (para cada novo kg de Al
produzido são gerados 4 kg de resíduos;
Redução na quantidade de resíduos colocados em aterros;
Manter o preço do alumínio competitivo.
Reciclagem de AlumínioPequenas e Médias Empresas
Reciclagem de AlumínioPequenas e Médias Empresas
Utilizam fornos rotativos com queimadores a óleo ou gás
(T ~ 750 0C);
Sal (NaCl / KCl) é adicionado à carga para evitar a
oxidação do alumínio;
30 kg de sal por 100 kg de Al produzido (média)
Sal é retirado antes da remoção de alumínio líquido e
reciclado; Depois de 3 corridas (média), o sal é retirado e descartado.
Reciclagem de AlumínioProblemas
Reciclagem de AlumínioProblemas
Sal descartado é potencialmente tóxico para o meio ambiente.
Contem metais pesados e necessita ser colocado em aterros
especiais.
Uso de sal é potencialmente perigoso para os operadores do forno
(gases ricos em vapores).
Sal ataca o equipamento (refratários, tubulação, necessita ser
frequentemente trocada).
Processo ineficiente em termos de energia (perdas para derreter o
sal que acaba agindo como isolante térmico) e recuperação de
alumínio (oxidação de parte da carga mesmo utilizando sal).
Reciclagem de Alumínio Processo a Plasma
Reciclagem de Alumínio Processo a Plasma
Processo a plasma emprega fornos rotativos
semelhantes; entretanto substitui queimadores
óleo/gás por sistemas a plasma;
Uso de condições não oxidantes dentro do forno;
Nenhum sal ou outro composto é adicionado ao
processo;
Possibilidade de operação contínua.
Reciclagem de Alumínio Processo a Plasma
Características
Reciclagem de Alumínio Processo a Plasma
Características
Tecnologia limpa (sem geração de resíduos);
Alta eficiência energética e de recuperação de
alumínio;
Fornos podem ser utilizados para tratar
diferentes tipos de materiais (latas,cavacos,
escória, finos).
AlumínioMatéria Prima e Produtos
AlumínioMatéria Prima e Produtos
Reciclagem de AlumínioComparação
Plasma vs Queimadores
Reciclagem de AlumínioComparação
Plasma vs Queimadores
Al Rec. (%)
Energ.Esp. (kWh/kg)
Ref. Custo (US$/ton)
Aterrol (US$/ton)
Total
Queim. 80-85 2100 12 150 100
Plasma 90-95 700 3 10 60
Futuro
Próximo !!!
Aplicações de Plasma - Meio AmbienteAplicações de Plasma - Meio Ambiente Futuro próximo:
PneusEstá sendo desenvolvido um processo a plasma capaz de transformar os materiais contidos em Pneus Usados (borracha, negro de fumo, fios de aço) em produtos comercializáveis (óleo, negro de fumo, lingote de ferro). O processo já se mostrou viável em escala laboratorial e está sendo considerada no momento a construção de uma unidade piloto para demonstração da tecnologia.
Catalisadores ExauridosEncontra-se em fase final de desenvolvimento um processo a plasma capaz de recuperar o níquel presente em Catalisadores Exauridos (petroquímicos e químicos) e ao mesmo tempo gerar um composto parafínico a partir de compostos orgânicos presentes nesses catalisadores. Além dos aspectos econômicos, deve-se salientar que o reaproveitamento (reciclagem secundária) desses catalisadores também terá uma consequencia ambiental muito importante, tendo em vista que esses materiais, contendo metais pesados, estavam sendo dispostos em alguns casos diretamente em aterros comuns.
Baterias de automóveis; Mercúrio
Conclusões
Conclusões Conclusões
Há a necessidade de se desenvolver novos processos para a reciclagem de materiais diversos, incluindo resíduos industriais, domésticos, produtos industriais usados, etc.
A tecnologia de plasma é possível de ser aplicada para recuperação de valiosos insumos contidos em materiais diversos, inclusive resíduos e produtos industriais usados. Possibilita uma reciclagem de materiais que acabariam em aterros ou sendo tratados sem um maior reaproveitamento.
PlasmatrickPlasmatrick