Processamento de pneus usados e de produtos de borracha por pirólise por plasma

Um dos principais desafios da sociedade moderna é o ritmo crescente de produção de resíduos sólidos pela atividade humana, que se tornou uma grande preocupação ambiental. A eliminação de pneus usados – pneus de automóveis ligeiros e pesados, pneus de bicicleta, pneus de motociclo, pneus agrícolas e outros produtos à base de poli-isopreno – representa uma parte importante deste problema, uma vez que se estima que 1,3 mil milhões de pneus cheguem anualmente ao fim do seu ciclo de vida em todo o mundo.

Na Plasma Power, pretendemos utilizar as técnicas mais económicas e avançadas na conceção e no fabrico da instalação, de modo a satisfazer em simultâneo os aspetos económicos e ambientais. A valorização térmica surge também como uma solução possível para reprocessar quantidades enormes deste material. As três principais tecnologias de valorização térmica são a pirólise, a gaseificação e a combustão.

• 01Pirólise: degradação térmica na ausência de oxigénio.
• 02Combustão: degradação térmica na presença de oxigénio.
• 03Gaseificação: degradação térmica na presença de um agente de gaseificação (corrente de vapor de água, ar… etc.).

A gaseificação é um processo térmico (T > 750 °C) que permite converter materiais carbonáceos, como resíduos orgânicos ou biomassa, em monóxido de carbono e hidrogénio, com uma quantidade controlada de oxigénio ou de vapor de água. A mistura gasosa resultante, também designada por gás de síntese ou syngas, é uma fonte adequada para alimentar turbinas a gás ou células de combustível.

Uma das tecnologias de valorização importantes é a pirólise. Há décadas que se acumula um vasto conhecimento sobre a pirólise como forma de converter em produtos úteis materiais orgânicos residuais (lamas oleosas: resíduo do fundo de um depósito de combustível, resíduo de combustível acumulado no filtro de combustível, resíduo resultante da purificação do óleo lubrificante, resíduos oleosos, materiais orgânicos presentes nos resíduos urbanos: óleo, sabão, pneus, plástico, têxteis, entre outros). A pirólise de pneus consiste na degradação térmica da borracha do pneu a uma determinada temperatura (300 °C-900 °C) em atmosfera inerte. A pirólise de pneus usados tem merecido atenção crescente, uma vez que as condições do processo podem ser otimizadas para produzir óleo de elevado teor energético, gás e char residual, além da carcaça de aço do pneu. O aço é reciclado de novo na indústria siderúrgica. Os outros três produtos são utilizados como energia (combustível) e/ou como recursos químicos.

No processo de pirólise, a matéria orgânica volátil dos pneus decompõe-se em produtos de baixo peso molecular, líquidos ou gasosos. Os componentes inorgânicos e o negro de fumo não volátil permanecem como resíduo sólido relativamente inalterado e podem, por isso, ser reciclados em aplicações com valor.

O processo de pirólise é especialmente adequado para resíduos complexos, que contêm muitos plásticos diferentes misturados com outros materiais (terra, têxteis, vidro… etc.), como no caso dos resíduos de fragmentação automóvel (ASR), que não necessitam de um processo de limpeza prévia e cujo produto sólido pode ser aproveitado na produção de metais e na ativação de negro de fumo.

Instalação de gaseificação por plasma: pneus usados e borracha, eliminação e tratamento de resíduos, cracking, pirólise, energia, produção de hidrogénio, EEA, EPA

O plasma é considerado por muitos o quarto estado da matéria, a seguir aos estados mais conhecidos: sólido, líquido e gasoso. O fornecimento de energia suficiente a um gás converte-o em plasma. Por outras palavras, o plasma é um gás ionizado resultante, por exemplo, de uma descarga elétrica. A pirólise por plasma térmico pode descrever-se como o processo de fazer reagir um sólido carbonáceo com quantidades limitadas de oxigénio a temperaturas elevadas (10.000 °C > T > 5.000 °C). Isto para produzir gás combustível, com um poder calorífico entre 4 e 9 MJ/Nm³, e produtos sólidos carbonáceos, sem produto líquido. Na zona de plasma, altamente reativa, existe uma grande fração de eletrões, iões e moléculas excitadas, juntamente com radiação de elevada energia. Quando o material carbonáceo é injetado no plasma, é aquecido muito rapidamente por este. A substância volátil é libertada e sofre cracking, o que dá origem a hidrogénio e a hidrocarbonetos leves, como o metano e o acetileno. A temperatura elevada, combinada com a alta velocidade de aquecimento do plasma, provoca a destruição dos resíduos orgânicos; forma-se, em consequência, um gás e um resíduo sólido com propriedades variáveis, consoante as características da carga e as condições de funcionamento. A quantidade de gás produzido pode atingir 70-80% da carga; a título de comparação, o produto gasoso gerado pela pirólise convencional de pneus usados é apenas de 10-20% na pirólise lenta e de 30-50% na pirólise rápida. O poder calorífico do gás produzido situa-se entre 4 e 9 MJ/Nm³, em conformidade.

Assim, pode ser utilizado diretamente como combustível em várias aplicações energéticas, como a queima direta em caldeiras, turbinas a gás ou motores a gás. Os poderes caloríficos dos chars obtidos por pirólise por plasma são geralmente comparáveis aos da linhite e do coque, pelo que podem ser utilizados diretamente como combustível sólido.

Os reatores de plasma térmico necessitam de quantidades significativas de energia para atingir as suas elevadas temperaturas de processamento. Isso torna a sua exploração dispendiosa. Na Plasma Power, concebemos e otimizamos o procedimento de modo que o conteúdo energético dos produtos da pirólise seja aproveitado e reciclado. Em consequência, o processo de tratamento por pirólise por plasma é autossuficiente em energia, o que reduz significativamente o custo de exploração. A pirólise por plasma tem as seguintes vantagens:

• 01Fornecimento eficiente de energia térmica, que promove em simultâneo e rapidamente as transformações físicas e químicas do material residual.
• 02Obtenção fácil de temperaturas de processamento elevadas e eficazes em reatores muito compactos, de grande capacidade de tratamento e de resposta rápida.
• 03As propriedades dos produtos da pirólise por plasma são adequadas à produção de energia.
• 04Não poluente e capaz de destruir substâncias nocivas para a saúde humana, sendo os produtos igualmente previsíveis, inofensivos e aceitáveis para a saúde pública e para o ambiente.

A ação térmica sobre os pneus no reator de pirólise (ou de pirólise por plasma, ou de pirólise por plasma de arco) produz gás de hidrocarbonetos, que é depois condensado em combustíveis líquidos sintéticos, e um resíduo mineral sob a forma de escória. A escória é utilizada como carga das unidades de gaseificação por plasma, ao passo que os combustíveis líquidos sintéticos podem ser comercializados na produção de frações de gasolina e de gasóleo. O cordão de aço é separado por classificação na fase de preparação ou descarregado pelo sistema de saída do resíduo mineral e é utilizado como matéria-prima para venda.

O método de remoção completa e segura de resíduos perigosos (medicamentos fora de prazo, pesticidas proibidos, engrenagens de plástico, resíduos patológicos, contentores, etc.) é a pirólise a alta temperatura (por plasma). Os reatores plasmoquímicos da Plasma Power constituem a parte principal de qualquer instalação de gaseificação e são concebidos, otimizados e fabricados em função do teor dos materiais e das aplicações de cada cliente, com montagens e configurações diferentes para:

• 01Resíduos médicos
• 02Resíduos biológicos
• 03Gaseificação de resíduos urbanos
• 04Destruição de resíduos líquidos de tintas e vernizes, como solventes orgânicos, tintas, vernizes, colas, mastiques e resinas
• 05Resíduos do condicionamento de água no tratamento de águas residuais e no aproveitamento de água, e resíduos líquidos das estações de tratamento de águas residuais
• 06Destruição de componentes de armas químicas e biológicas
• 07A nossa tecnologia de plasma de descarga de arco é um instrumento eficaz para muitos tipos de aplicação, incluindo o tratamento de resíduos perigosos

O interesse da tecnologia de plasma na aplicação a processos de neutralização de substâncias nocivas é enorme. Podemos utilizá-la para realizar reações químicas no meio de plasma (pirólise do metano, produção de óxido de titânio, redução de substâncias puras a partir dos seus óxidos e cloretos: urânio, titânio, germânio, tântalo, etc.), para a produção plasmoquímica de óxidos de urânio para centrais nucleares, para a hidropirólise do tetrafluoreto de silício SiF4 e a obtenção, a partir dele, de fluoreto de hidrogénio HF e de óxido de silício ultradisperso Si02, para a produção de dióxido de titânio Ti02 a partir do cloreto de titânio TiCl4, etc.