segunda-feira, 18 de março de 2013

Dessorção térmica

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Rascunhos de acréscimos a serem feitos em meu artigo:

Dessorção Térmica - Recuperando o ambiente pela separação pelo calor de fluidos de sólidos.


Dessorção térmica é uma tecnologia de remediação ambiental que utiliza calor para aumentar a volatilidade de contaminantes os quais podem ser removidos (separados) da matriz sólida (tipicamente solo, lama ou torta de filtração). Dessorção térmica não é incineração. Os contaminantes volatilizados são então coletados ou termicamente destruídos. Um sistema de dessorção térmica consequentemente tem dois componentes principais: o dessorçor e o sistema de tratamento de seu gás de exaustão.


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História


Dessorção térmica apareceu primeiramente como uma tecnologia de tratamento ambiental em 1985 quando foi especificada no "Registro de Decisão" (Record of Decision, ROD , o que nos EUA é o documento formal de decisão o qual é registrado para o público) para a localidade de McKin, no estado do Maine. O último relatório de status da United States Environmental Protection Agency (USEPA, Agência Estadunidense de Proteção Ambiental) mostra que a dessorção térmica tem sido usada em 69 sítios (locais de necessidade do processo) do "Superfund" (Comprehensive Environmental Response, Compensation, and Liability Act de 1980, ou CERCLA, Ato de Resposta Ambiental Abrangente, Compensação e Responsabilidade Civil) através do ano fiscal de 2000. Em adição, centenas de projetos de remediação tem sido implementados usando dessorção térmica em sítios não incluídos no "Superfund".
Para opções de tratamento ''in-situ''/''on-site'', somente a incineração e estabilização tem sido usadas em mais sítios  incluídos no Superfund. Incineração sofre de pouca aceitação pública. A estabilização não provê uma remediação permanente, dado que os dos contaminantes ainda permanecem no sítio. Dessorção térmica é uma tecnologia largamente aceita que provê uma solução permanente e um custo economicamente competitivo.

A primeira dessorção térmica de larga escala no mundo para tratamento de resíduos contendo mercúrio foi implantada em Wölsau, para a remediação da indústria química Marktredwitz, conhecida como CFM, Chemische Fabrik Marktredwitz (fundada em 1788), considerada então a mais antiga da Alemanha. A operação começou em outubro de 1993, incluindo a fase de otimização em primeiro lugar. 50 mil toneladas de resíduos sólidos contaminados com mercúrio foram tratados com sucesso entre agosto de 1993 e junho de 1996. 25 toneladas métricas de mercúrio foi recuperado do solo e cascalhos. Infelizmente a planta Marktredwitz é frequentemente confundida na literatura como apenas uma planta de escala piloto.



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Dessorçores 

 

Numerosos tipos de dessorçores estão disponíveis hoje. Alguns dos tipos mais comuns são listados abaixo.



Rotatórios com combustão indireta

A maioria dos sistemas dessorçores rotatórios com combustão indireta usam um cilindro metálico inclinado rotativo (similar a um forno rotatório - ou rotativo, como o utilizado para a produção de cimento) para aquecer o marterial de alimentação. O mecanismo de transferência de calor é usualmente condução através da parede do cilindro. Neste tipo de sistema nem a chama, nem os produtos da combustão podem entrar em contato com os sólidos ou gás de combustão da alimentação. Deve-se entender isso como um tubo dentro de um forno rotativo, com ambas as extremidades fora do forno. O cilindro utilizado para sistemas transportáveis de escala completa ​​possui normalmente 1,5-2,5 metros de diâmetro, com comprimentos aquecidos que variam de 5 a 6 metros. Com um casco de aço carbono, a temperatura máxima dos sólidos é de cerca de 540°C, enquanto 980°C com cilindros de ligas especiais são atingíveis. O tempo total de residência nste tipo de dessorçor normalmente varia de 30 a 120 minutos. Capacidades de tratamento podem variar de 2 a 30 toneladas  por hora para unidades transportáveis. O sistema MSR HCI é um sistema rotatório com combustão indireta com uma capacidade alcançando e excedendo (dependendo das especificações de projeto) 30 toneladas por hora.

Rotatórios com combustão direta

Dessorçores rotatórios com combustão direta tem sido usados extensivamente ao longo dos anos para solos contaminados por petróleo e solos contaminados com resíduos perigosos RCRA como definido pela USEPA. Um artigo de 1992 sobre tratamentos de solos contaminados com petróleo estimava que entre 20 e 30 contratantes tem de 40 a 60 sistemas secadores rotatórios disponíveis. Hoje, é provavelmete mais próximo de 6 a 10 contratantes com 15 a 20 sistemas portáteis comercialmente disponíveis. A maioria desses sistemas utilizam uma câmara de combustão secundária (pós-queimador) ou oxidante catalítico para destruir termicamente os compostos orgânicos volatilizados. Uns poucos destes sistemas também tem um resfriador brusco e um purificador após o oxidante que lhes permite tratar solos contendo compostos orgânicos clorados, como solventes e pesticidas. O cilindro de dessorção de sistemas transportáveis de escala completa possui normalmente de 1,2 a 3 metros de diâmetro, com comprimentos aquecidos que variam de 6 a 15 metros. A temperatura máxima de sólidos práticas para estes sistemas é de cerca de  400 a 480°C dependendo do material de construção do cilindro. O tempo de residência total neste tipo de dessorçor normalmente varia de 3 a 15 minutos. As capacidades de tratamento podem variar de 6 a mais de 100 toneladas por hora para unidades transportáveis. A MSR possui quatro sistemas rotatórios com combustão direta  com capacidade de 10 a 100 toneladas por hora.


Espirais aquecidos


Sistemas espirais aquecidos são também um sistema aquecido indiretamente. Tipicamente usam uma cuba coberta com um eixo helicoidal duplo (espirais ou parafusos) que faz a movimentação dos materiais. As espirais frequentemente contem passagens para o meio de aquecimento para aumentar a superfície de transferência de calor. Alguns sistemas usam aquecedores com resistência elétrica, em vez de um meio de transferência de calor e podem empregar uma espiral única em cada compartimento. As espirais podem variar de 30 a 90 cm de diâmetro para sistemas de escala completa, com comprimentos de até 6 metros. Os conjuntos espiral/compartimento podem ser ligado em paralelo e/ou série para aumentar o rendimento. Capacidades de escala completa de até 4 toneladas por horaforam demonstrados. Este tipo de sistema tem sido mais bem sucedido o tratamento de resíduos de refinarias.

Infravermelho/Microondas 

Nos primeiros dias deste processo, havia um sistema contínuo de infravermelho que não está mais em uso. A empresa MSR não sabe de qualquer sistema de dessorção térmica baseado em microondas operando atualmente. Em teoria, microondas seriam uma excelente opção técnica dado o aquecimento uniforme e controle preciso que pode pode ser alcançado sem problemas de obstrução da transferência de calor da superfície. A questão fundamental é que o capital e/ou custos de energia tem impedido o desenvolvimento de um sistema de dessorção térmica por microondas em escala comercial.
Tratamento do gás de exaustão

Nos sistemas de dessorção térmica, um sub-sistema contendo um processo de tratamento de gás de exaustão completa o sistema. Existem apenas três opções básicas disponíveis. Os contaminantes no gás de combustão do volatilizado pode ser descarregados na atmosfera, recolhidos ou destruídos. Em alguns casos, são reciolhidos e um sistema de destruição é empregado. Além de gerenciar os componentes volatilizados, os sólidos particulados (poeira) que saem do dessorçor também devem ser removido do gás de exaustão da combustão.

Quando um sistema de coleta é utilizado, gás de exaustão da combustão deve ser resfriado para condensar a maior parte dos componentes volatilizados em um líquido. Gás de exaustão da maioria dos dessorçores vai sair na faixa de 175-485 °C. Gás de exaustão então resfriado geralmente para algo entre 50 °C e 4 °C (nos climas mais frios, como do hemisfério norte) para condensar a maior parte da água volatilizada e contaminantes orgânicos. Mesmo a 4 °C, pode haver quantidades mensuráveis ​​de produtos orgânicos não-condensados. Por este motivo, após a etapa de condensação, o tratamento posterior de gás de exaustão da combustão é normalmente exigido. Gás de exaustão da refrigeração pode ser tratado por adsorção de carbono, ou oxidação térmica. A oxidação térmica pode ser realizada utilizando-se um oxidante catalítico, um pós-combustor ou por encaminhamento de gás de exaustão da fonte de calor de combustão para o dessorçor. O volume de gás que requer tratamento para dessorçores de combustão indireta é uma fração do que o necessário para uma dessorçor de combustão direta. Isso exige de menos controle de poluição por emissões de emissões de gases do ar de ventilação do processo. Alguns sistemas de dessorção térmica reciclam o gás de transporte, reduzindo assim o volume de emissões de gases. A empresa MSR tem atualmente um sistema indireto com este tipo de tratamento de gás de exaustão, sendo tal instalação capaz de taxas de processamento de até 30 toneladas por hora.

O líquido condensado do gás de exaustão da refrigeração é separado em frações orgânicas e aquosas. A água é eliminada ou utilizada para arrefecer os sólidos tratados e evitar a poeira. O condensado líquido orgânico é removido do local. Dependendo de sua composição, o líquido seja reciclado como combustível suplementar ou destruído em um incinerador de base fixa. Um dessorçor térmico removendo 500 mg/kg de contaminantes orgânicos de 20 mil toneladas de solo produzirá menos de 12 mil litros de líquido orgânico. Noutras palavras, 20 mil toneladas de solo contaminado podem ser reduzidos a menos de um caminhão-tanque de extração de resíduos líquidos para deposição fora do local.

Desorçores usam sistemas de destruição por gás de exaustão usam a combustão para destruir termicamente os componentes orgânicos formando CO, CO2, NOx, SOx e HCl.[Nota 1] A unidade de destruição pode ser chamada um pós-combustor, câmara de combustão secundária, ou oxidante térmico. Oxidantes catalíticos pode também ser usados se o conteúdo de haletos orgânicos do meio contaminante é suficientemente baixo. Independentemente do nome, a unidade de destruição é utilizada para destruir termicamente os constituintes orgânicos perigosos que foram removidos (volatilizados) do solo ou resíduos.


Ref.:  THERMAL DESORPTION - What Is It? What Does It Do? http://www.midwestsoil.com/services/thermal-desorption


Notas

1.CO, monóxido de carbono; CO2, dióxido de carbono; NOx, óxidos de nitrogênio; SOx, óxidos de enxofre e HCl, cloreto de hidrogênio.


-O sistema histórico de pilhagem e extorsão termina aqui em Arrakis - continuava seu pai. - Você não pode continuar para sempre tomando o que precisa, sem consideração por aqueles que virão depois. As qualidades físicas de um planeta estão gravadas em seu registro político e econômico. Temos o registro à nossa frente, e nosso caminho é óbvio. - O pai de Liet-Kynes, o planetólogo (um ecólogo planetário), em suas memórias, em Duna, de Frank Herbert.


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3 comentários:

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