Leia sobre: Gases Combustíveis Siderúrgicos

Definem-se como gases combustíveis siderúrgicos aqueles gerados como subprodutos pelo próprio processo em siderúrgicas integradas. O mais interessante deles, sob o ponto de vista do poder calorífico, é o gás de coqueria (“coke oven gas” ou “COG” em inglês).

Este gás é produzido como subproduto no processo da transformação do carvão mineral em coque siderúrgico, processado em retortas, cujo objetivo é a retirada das frações voláteis do carvão de forma a obter o coque. Assim, com elevado teor de carbono, o coque será usado como elemento redutor do minério de ferro nos altos fornos. Este gás tem um poder calorífico inferior na faixa de 18.000 kJ/m³ ou 4.300 kcal/m³. Sua composição volumétrica média é [1] [4]:

  •  Hidrogênio 52,0 – 63,0%
  •  Metano 24,0 – 29,0%
  •  Monóxido de carbono 6,0 – 7,8 %
  • Hidrocarbonetos 2,2 – 3,8%
  •  Dióxido de carbono 1,3 – 5,6%
  • Oxigênio 0,1 – 0,5%
  •  Nitrogênio 2,0 – 4,5%
  •  Gás sulfídrico ~ 0,09%

“Suas principais aplicações são aquecimento de fornos de reaquecimento para laminação, panelas e “tundish” na própria siderúrgica, além da geração própria de energia elétrica.”

Apesar de ser um gás de poder calorífico médio, como o antigo gás de rua ou gás manufaturado reformado distribuído pela Comgás e pela CEG, o uso do gás de coqueria está geograficamente limitado à própria planta siderúrgica e sua vizinhança. Suas principais aplicações são aquecimento de fornos de reaquecimento para laminação, panelas e “tundish” na própria siderúrgica, além da geração própria de energia elétrica.

O gás de coqueria também costuma ser misturado aos outros gases siderúrgicos de poderes caloríficos inferiores de forma a enriquecê-los, possibilitando sua aplicação em processos que não aceitem um gás muito pobre.
Já o gás de alto forno (“blast furnace gas” ou “BFG” em inglês) é o gás siderúrgico que apresenta o poder calorífico inferior mais baixo, da ordem de 3.300 kJ/m³ ou 800 kcal/m³. Sua composição típica varia significativamente nas seguintes faixas [1] [3] [4]:

  •  Monóxido de carbono 21 – 33%
  • Hidrogênio 1,5 – 3,5%
  • Nitrogênio 50 – 60%
  •  Dióxido de carbono 8 – 23%
  •  Gás sulfídrico ~ 2,7%

Como visto na sua composição, é um gás que possui um elevado teor de gases inertes, de 58 a 75%, o que justifica seu baixo poder calorífico. Além disso, o teor de monóxido de carbono é elevado o que o torna muito perigoso em caso de vazamento. Seu excedente deve, portanto, ser sempre queimado no “flare”.

A aplicação principal deste gás é a queima em “cowpers” e “glendons”, preaquecendo o ar de sopro do próprio alto forno. Os artifícios aplicados para se usar um gás de poder calorífico tão baixo são:

  •  Misturar o gás de alto forno com gases de poderes caloríficos mais elevados como gás de coqueria, gás natural, GLP ou até mesmo biometano se disponível.
  •  Enriquecer o ar de combustão com oxigênio (23 a 30%) ou até mesmo queimar o gás com elevado teor de oxigênio (acima de 92%), em um processo conhecido como oxi-queima.

E o último gás combustível siderúrgico a ser descrito é o gás de aciaria, também chamado de gás de conversor, BOFG (“bottom oxygen furnace gas”) ou “LD gas” (“Linz-Donawitz gas”). Seu poder calorífico inferior está por volta de 8.000 kJ/Nm³ ou 1.900 kcal/Nm³ [2]. Sua composição volumétrica média é [3] [4]:

  •  Monóxido de carbono 55 – 60%
  •  Gás carbônico: 12 – 18%
  •  Nitrogênio: 15 – 21%
  •  Hidrogênio: 0 – 3%
  •  Oxigênio: 0,1 – 0,3%

Concluindo, fica clara a importância desses gases combustíveis no âmbito siderúrgico por suas múltiplas aplicações, muito embora sua distribuição por gasoduto fora das vizinhas da planta seja pouco viável economicamente, embora seu excedente seja queimado em “flares”.

Suas variações de composição e de poderes caloríficos, típicas desses gases, dependendo do processo, podem exigir misturas entre eles ou com gases externos como GN ou GLP, e equipamentos de análise contínua como calorímetros e Wobbímetros.

 

Referências

[1] Costa, F.C., Handbook of Combustion, volume 3, chapter 9, Fuel Gas Application in Industry, edited by Lackner, Winter and Agarwal, WILEY-VCH, Germany, 2010.
[2] Fonseca, M., Steelmaking Process Gases Utilization, ILVA – Roma 25.10.2017.
[3] Hou, Chen et alli, Firing blast furnace gas without support fuel in steel mill boilers, Energy Conversion and Management, Elsevier, 2011
[4] Turetta, L; Costa, E,; Costa, A., Estudo da influência do excesso de ar na composição de saída de fornalha siderúrgica real empregando conceitos termodinâmicos e modelagem matemática, Engevista, v.19, n.1, p. 109-121, UFF, 2017.

 


Nome do autor: Fernando Cörner da Costa

Doutor em Energia pela USP, Mestreem Engenharia de ProcessosQuímicos e Bioquímicos pela Mauá,Eng. de Segurança pela UERJe Eng. Mecânico pela PUC-RJ,consultor sênior da ULTRAGAZ.

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