AVALIAÇÃO DA COMBUSTIBILIDADE E REATIVIDADE AO CO2

DE CHARS DE CARVÃO BRASILEIRO E DE CARVÕES

IMPORTADOS OBTIDOS EM ATMOSFERAS CONVENCIONAL

(O2/N2) E DE OXI-COMBUSTÃO (O2/CO2)

Juliana G. Pohlmann*, Eduardo Osório*, Antonio C. F. Vilela*, Angeles G. Borrego**,

Maria A. Diez** *Laboratório de Siderurgia (LASID), UFRGS, Cx. Postal 15021, 91501-970, Porto Alegre, Brasil.

E-mail: Juliana.pohlmann@ufrgs.br **

Instituto Nacional del Carbón (INCAR), CSIC, Cx. Postal 73, 33080, Oviedo, Espanha.

RESUMO

A injeção de carvão pulverizado (PCI) na parte inferior dos altos-fornos gera energia e gases redutores

necessários ao processo de produção de ferro primário. A taxa de consumo do carvão/char tanto na zona de

combustão pelo ar quanto fora desta zona pelo CO2 influencia diretamente nas condições operacionais do

processo. Novas tecnologias têm sido estudadas para otimizar o processo de injeção e adequar a fabricação

de ferro primário às exigências ambientais. A tecnologia de oxi-combustão é baseada na queima do carvão

numa atmosfera de ar enriquecida de oxigênio ou livre de nitrogênio. Esta queima gera gases de combustão

ricos em CO2, o que facilita a sua captura. Em estudos prévios, chars de diferentes carvões importados já

utilizados em PCI no Brasil foram produzidos em um forno de queda livre (DTF) em atmosferas

convencional (O2/N2) e de oxi-combustão (O2/CO2). Os chars foram obtidos em diferentes proporções de O2

com N2 e com CO2. Em continuação aos estudos, o objetivo deste trabalho é avaliar o comportamento de

chars de um carvão brasileiro de baixo rank, obtidos nas mesmas condições, comparando aos resultados

observados para os carvões importados de diferentes ranks. Foram obtidos dados de burnout e avaliadas a

área superficial, a estrutura em microscópio ótico e a reatividade ao ar e ao CO2 em termobalança via método

isotérmico. Os resultados serão apresentados e discutidos de maneira a avaliar o comportamento do carvão

nacional frente aos carvões importados e identificar a possibilidade do uso deste carvão na siderurgia. Além

disso, serão comparados os resultados de combustão convencional e oxi-combustão no sentido desta última

influenciar ou não no comportamento dos chars se aplicada no processo de produção de ferro primário.

Palavras-chave: Carvão, Char, PCI, Reatividade, Oxi-combustão

1. INTRODUÇÃO

Novas tecnologias e diferentes matérias-primas têm sido estudadas para aprimorar

a produção de ferro-primário nos altos-fornos. O processo de injeção de combustíveis

auxiliares na região das ventaneiras tem grande flexibilidade para utilização de diversos

materiais carbonosos, além da injeção de diferentes composições e proporções gasosas. Ao

ser injetado, o combustível dispõe de um curto tempo para sua queima na zona de

combustão, levando à saída de char incombusto juntamente com o fluxo gasoso para fora

desta zona, onde o char compete com o coque pelo CO2 (Akiyama e Kajiwara, 2000). Tal

fato justifica a grande necessidade do estudo das propriedades dos combustíveis/chars e do

seu comportamento de combustibilidade e reatividade, de forma a comparar os diferentes

materiais e atmosferas a que eles são submetidos quando injetados.

Além de aprimorar o processo, estudos têm sido feitos com o objetivo de reduzir as

emissões de gases causadores do efeito estufa para a atmosfera na siderurgia. O aumento

da eficiência da combustão e o consumo total do char incombusto pela gaseificação com o

CO2 na cuba tornam-se chave no sentido de diminuir o fuel rate, aumentar a produtividade

do alto-forno e liberar menos CO2 para a atmosfera. A otimização do processo de PCI tem

sido então voltada também para a diminuição do impacto ambiental causado pela indústria

siderúrgica.

Outro fator que influencia na busca por novas alternativas de carvões e materiais

carbonosos para injeção, é que, atualmente, todo o carvão empregado na siderurgia

brasileira é importado de vários países tais como Austrália, Canadá, Venezuela etc. Uma

destas alternativas para utilização em PCI é o carvão minerado no Rio Grande do Sul. Os

carvões do estado, são de baixo rank e possuem um alto teor de cinzas na forma bruta, este

último é um fator limitante para o alto-forno. Porém, quando beneficiado, o uso destes

carvões em misturas com materiais de menor teor de cinzas pode viabilizar a sua

participação na siderurgia. Estudos anteriores comprovaram a potencialidade do uso de

carvões gaúchos quando misturado a carvões importados de mais alto rank e baixo teor de

cinzas (Osório e outros, 2006; Osório e outros, 2008).

A tecnologia de oxi-combustão (oxy-fuel) consiste na queima de carvão em uma

atmosfera livre de N2. Usualmente, o nitrogênio é substituído por um gás rico em CO2, o

qual é recirculado do próprio processo. O foco de estudo e aplicação da tecnologia de oxi-

combustão tem sido para uso em plantas de geração de energia, novas ou já existentes.

Diversos estudos de combustão de carvões em laboratório têm sido feitos comparando

diferentes atmosferas e as características de chars produzidos em condições convencional

(O2/N2) e de oxi-combustão (O2/CO2) (Borrego e Alvarez, 2007; Rathnam e outros, 2009;

Tappe e Krautz, 2009), voltados para a geração de energia em plantas termelétricas. Há,

portanto, uma carência de estudos de aplicação da tecnologia de oxi-combustão voltados

para o contexto do alto-forno.

Com vistas à aplicação desta tecnologia na siderurgia, foi realizado um projeto de

cooperação bilateral entre o INCAR (Instituto Nacional del Carbón – Espanha) e o

Laboratório de Siderurgia da UFRGS para o estudo da combustão de chars em atmosferas

convencional e de oxi-combustão. Chars foram obtidos em diferentes atmosferas O2/N2 e

O2/CO2 em forno DTF (Drop Tube Furnace – Forno de queda livre), simulando diferentes

condições na zona de combustão do alto-forno. Tais chars foram caracterizados quanto à

eficiência da combustão (burnout), reatividade ao ar e ao CO2 em termobalança, área

superficial e aparência em microscópio ótico. A reatividade aparente ao CO2 a 1000ºC

simula a reação que ocorre com o char incombusto na saída da zona de combustão no alto-

forno. Algumas publicações a respeito deste estudo já foram feitas (Borrego e outros,

2008; Pohlmann e outros, 2010). No presente trabalho, foi aplicada a mesma metodologia

para um carvão minerado no RS. O objetivo foi comparar esta matéria-prima com outras

importadas já estudadas, verificando a influência da atmosfera de oxi-combustão nas

propriedades do char resultante, com ênfase na combustibilidade e reatividade, e a

possibilidade do uso deste material e de tal atmosfera na siderurgia.

2 MATERIAIS E MÉTODOS

2.1 Matérias-Primas

A respeito dos carvões utilizados para a obtenção dos chars, dois deles são carvões

típicos utilizados em PCI, Black Water (BW) e Jellinbah (JB) da Austrália. O terceiro

carvão é da Mina do Butiá Leste, localizada no município de Butiá no Rio Grande do Sul,

que possui originalmente em torno de 30% de cinzas em base seca. A amostra foi

beneficiada através do processo afunda-flutua, em meio denso constituído por líquidos

orgânicos (xileno e bromofórmio) na densidade de 1,4 g/cm3, a fim de alcançar um teor

final de cinzas adequado ao uso deste carvão em alto-forno.

A caracterização química e petrográfica dos carvões utilizados para obtenção dos

chars estão apresentadas na Tabela I.

Tabela I – Análise química e petrográfica dos carvões.

Carvão Cz MV C H N O S Rr V L I

% bs % bsic % % vol imm

B3 10,1 38,6 79,0 5,2 1,2 9,5 0,9 0.42 77.8 13.5 8.7

BW 9,5 29,3 83,4 4,3 2,0 10,6 0,7 1,02 61,8 2,8 35,4

JB 9,8 17,6 87,2 3,8 1,9 5,6 0,7 1,56 69,3 - 30,7 Cz = cinzas; MV = matéria volátil; bs = base seca; Rr = Poder refletor da vitrinita; V = vitrinita; L = liptinita;

I = inertinita; bsic = base seca e isenta de cinzas; vol = volume; imm = isento de matéria mineral.

Conforme a Tabela I, os carvões cobrem um uma ampla faixa de rank, conforme o

poder refletor da vitrinita (Rr). O carvão B3 é rico em vitrinita e o teor de inertinita é

baixo. O teor de cinzas e de enxofre dos três carvões estáno limite do adequado ao alto-

forno.

2.2 Obtenção dos chars em forno de queda livre

Os chars foram obtidos em forno DTF a 1300°C conforme as atmosferas apresentadas

na Figura 1.

Figura 1 - Esquema da metodologia de obtenção dos chars e oxi-chars no DTF.

Conforme a Figura 1, os carvões foram alimentados no forno DTF em três diferentes

atmosferas: 2,5% O2 em N2, 5 ou 10% O2 em N2, estes denominados chars, e a 5 ou 10%

O2 em CO2, denominados oxi-char. Estas amostras foram preparadas passando uma vez

pelo forno DTF, caracterizando uma etapa. Devido a alta combustibilidade esperada para

um carvão de baixo rank, o carvão brasileiro (B3) foi preparado no DTF com teor de

oxigênio de 5% nas atmosferas de uma etapa e os carvões de mais alto rank (BW e JB)

foram preparados com 10% de oxigênio. A injeção do carvão numa atmosfera com baixo

teor de oxigênio (2.5% O2 em N2 – aproximadamente 30% do oxigênio estequiométrico)

leva à desvolatilização sem uma considerável combustão. A injeção do carvão com maior

teor de oxigênio (5 a 10% O2) tanto com N2 ou CO2 garante burnouts na faixa de 60 a 90%

(Borrego e outros, 2008). A obtenção de chars em DTF simula as condições

experimentadas pelas partículas de carvão ao ingressarem na região das ventaneiras (Lu e

outros, 2002).

Carvão

2.5% O2 em N2 Char

5-10% O2 em N2 Char

5-10% O2 em CO2 Oxi-char

5% O2 em CO2 Ref-oxi

10% O2 em CO2 Ref-oxi

1 ETAPA

2 ETAPAS

5% O2 em N2 Ref-char

A amostra 2,5% O2/N2 foi re-alimentada no reator em atmosferas de 5% O2 em N2,

denominadas refired char (Ref-char), de 5% O2 em CO2 e 10% O2 em CO2, denominadas

refired oxi-chars (Ref-oxi 5% e Ref-oxi 10%, respectivamente) para os chars dos três

carvões. Este procedimento caracterizou a preparação de amostras em duas etapas (re-

queimadas), a fim de alcançar uma combustão em alta temperatura sem a interferência dos

voláteis.

O burnout dos carvões foi calculado pelo método ash tracer, o qual é um balanço

de massa entre a quantidade de cinzas que entra e que sai do reator, conforme a Equação 1

a seguir:

100100

1001(%)

.

.

.

.

combchar

combchar

coal

coal

Ash

Ash

Ash

AshBurnout (Equação 1).

Na Equação 1, o termo Ashcoal se refere ao teor de cinzas presente no carvão e o

termo Ashchar-comb. se refere ao teor de cinzas presentes no resíduo da combustão.

2.3 Caracterização dos chars

2.3.1 Aparência em microscópio ótico

Os chars obtidos no DTF foram embutidos e analisados em microscópio ótico de luz

polarizada incidente com objetivas de imersão em óleo e placa de retardo de 1.

2.3.2 Determinação da área superficial

A área superficial dos poros foi avaliada pelo método isotérmico de adsorção de N2

a 77K para análise dos mesoporos e adsorção de CO2 a 273K para análise dos microporos.

Antes dos experimentos de adsorção, os chars foram aquecidos sob vácuo, a 5°C.min-1

e

mantidos nas temperaturas de 90°C (1h) e 350°C (4h) a fim de eliminar a umidade e os

voláteis condensados, os quais poderiam impedir a acessibilidade dos gases adsorventes. A

teoria de Brunauer-Emmett-Teller (BET) foi aplicada nos dados de adsorção com N2. As

isotermas ao CO2 foram realizadas à pressão máxima de 0,035torr e a teoria de Dubinin-

Radushkevich (D-R) aplicada para tais dados de adsorção. Os resultados foram expressos

em base isenta de cinzas.

2.3.3 Reatividade em termobalança

A reatividade dos chars foi avaliada isotermicamente sob duas condições: ao ar a

550ºC e ao CO2 a 1000ºC. Os testes foram realizados em termobalança. Para ambos os

testes a amostra foi aquecida em atmosfera inerte (N2) até a temperatura da isoterma.

Imediatamente o N2 foi substituído pelo gás reagente (ar ou CO2) e mantida a isoterma até

a estabilização da perda de massa.

A taxa da reação foi calculada a partir da tangente da curva que representa o melhor

ajuste linear entre os pontos da perda de massa, ocorrida na isoterma. Essa taxa mede o

consumo de reagente em função do tempo de reação e é determinada através da Equação 2:

R = -1/m0 (dm/dt) (Equação 2)

na qual, m0 é a massa inicial isenta de cinzas e dm/dt é a variação da perda de massa no

instante de tempo t. A taxa da reação R é representada em s-1

. Foi escolhida a taxa de

reação calculada para o momento em que a amostra alcançou 50% de conversão para a

comparação dos resultados.

3 RESULTADOS E DISCUSSÃO

3.1 Combustibilidade dos carvões

A Figura 2 apresenta os resultados de burnout em função do rank dos carvões

obtidos nos ensaios em forno DTF em uma etapa (Figura 2a) e em duas etapas (Figura 2b)

nas atmosferas convencional e de oxi-combustão a diferentes teores de oxigênio.

Figura 2 – Burnout dos carvões para as diferentes atmosferas a uma (a) e duas etapas (b).

Na Figura 2, pode-se verificar que os resultados de burnout dos carvões foram

menores quanto mais alto o rank. Como esperado, as amostras obtidas a 2,5% O2 em N2

(menor teor de O2) foram as de menores burnouts. Comparando os chars do B3 de uma

etapa produzidos com 5% de oxigênio, porém um em atmosfera O2/N2 e outro em

atmosfera O2/CO2, verifica-se que o burnout em atmosfera O2/CO2 foi um pouco mais alto

do que o burnout em atmosfera O2/N2. Não houve diferença significativa de burnout no

caso dos chars dos carvões de médio e alto rank obtidos a 10%O2 em atmosferas

convencional e de oxi-combustão (BW 10%O2/N2=66% e 10%O2/CO2= 68 e JB

10%O2/N2=59% e 10%O2/CO2=59). Além disso, os chars do carvão de baixo rank obtidos

em uma etapa no DTF, apresentaram burnouts de 67% para a amostra obtida a 5%O2 em

N2 e de 77% para a amostra 5%O2/CO2. Estes valores foram iguais ou maiores do que os

burnouts dos chars dos carvões de mais alto rank obtidos em uma etapa com 10%O2. Isso

indica a influência do teor de oxigênio quanto menor o rank do carvão.

Não existe ainda um consenso a respeito de uma tendência do burnout quando

comparadas amostras de combustão convencional e de oxi-combustão na mesma

concentração de oxigênio. Diferentes grupos de pesquisa encontraram tanto burnouts mais

baixos para atmosfera de oxi-combustão (Li e outros, 2010, Borrego e outros, 2007), como

iguais e também mais altos (Borrego e Alvarez, 2007; Rathnam e outros, 2009). A

concentração de oxigênio e o tipo de carvão são os principais motivos destas diferenças.

Além dos motivos para os diferentes comportamentos de burnout citados acima dentro do

mesmo grupo de trabalho, diferenças entre grupos de pesquisa se devem também às

condições experimentais como tipo de equipamento, tempo de residência e temperatura de

ensaio.

Os burnouts das amostras re-queimadas a 5% O2 em atmosferas convencional e de

oxi-combustão (Ref-char 5% e Ref-oxi 5%) não apresentaram diferenças significativas para

nenhum dos carvões (Figura 2b). Para os oxi-chars de duas etapas (Ref-oxi com 5 e 10%)

dos três carvões, mais altos burnouts foram observados para as amostras re-queimadas em

maior teor de oxigênio. Esta diferença foi menor para o carvão brasileiro devido à grande

influência do oxigênio em carvões de baixo rank que fez a amostra re-queimada a 5%O2 já

alcançar um elevado burnout . As amostras re-queimadas com 10% O2 apresentaram os

mais altos burnouts para os três carvões por terem experimentado as situações de mais alto

teor de oxigênio (1ª eatapa 2,5% O2 + 2ª etapa 10% O2).

Estas observações comentadas acima indicam que, para os três carvões estudados

neste trabalho, o fator mais relevante na eficiência da combustão foi o teor de oxigênio na

atmosfera na qual o char foi gerado, sendo a atmosfera de oxi-combustão influente

somente no caso do carvão brasileiro. Esta fato já havia sido observado anteriormente para

outro carvão de baixo rank (Pohlmann e outros, 2010).

3.2 Caracterização dos chars

3.2.1 Análise das estruturas dos chars em microscópio ótico

Quanto à aparência dos chars ao microscópio ótico, são apresentadas as

micrografias na Figura 3, salientando as diferenças devido ao tipo de carvão e à condição

de obtenção no DTF.

Conforme a Figura 3, para os três carvões foram observadas partículas cenosféricas,

típicas de altas taxas de aquecimento (Marsh, 1997). O carvão B3 gerou uma estrutura

essencialmente isotrópica, esperada para um carvão de baixo rank e paredes finas. O

carvão de médio rank (BW) gerou chars de estrutura principalmente anisotrópica,

pequenas regiões isotrópicas e paredes grossas. Os chars gerados pelo carvão de alto rank

(JB) apresentaram estrutura anisotrópica de grandes domínios, indicando maior

ordenamento comparado ao carvão BW, o que é lógico devido ao mais alto rank do carvão

JB frente ao BW (Alonso e outros, 2001). Para ambos os carvões, a maioria das partículas

exibiu inchamento, formando partículas arredondadas com abundante porosidade

secundária nas paredes.

A respeito das amostras preparadas em duas etapas no DTF (Figura 3 à direita), é

possível verificar o progresso da combustão na estrutura dos chars. Houve um alargamento

da porosidade secundária comparado à amostra que gerou tais chars (2,5%O2), levando à

perda de integridade das partículas de char. Esta observação está de acordo com a evolução

da área superficial de microporos, a qual será vista a seguir.

Figura 3 - Micrografias óticas dos chars obtidos a 2,5% (à esquerda) e re-queimados com

5% O2 (à direita) no DTF.

3.2.2 Determinação da área superficial

Os resultados da análise de área superficial de micro e mesoporos são apresentados

na Tabela II.

Tabela II - Áreas superficiais de meso (SBET) e microporos (SCO2) dos chars obtidos

em diferentes atmosferas.

SBET (m2g

-1)ic SCO2 (m

2g

-1)ic

B3 BW JB B3 BW JB

Char 2,5% 176,9 12,7 12,2 449,3

161,08 150,5

Char 5-10% 289,5 40,7 23,6 492,5

Oxi-char 5-10% 567,5 n.d 22,7 526,5

Ref-char 5% 125,8 20,3 14,0 505,0

Ref-oxi 5% 317,5 20,9 n.d 482,2

Ref-oxi 10% 205,1 n.d 20,1 839,8 n.d. não determinado; ic = isento de cinzas.

50 μm

Na Tabela II é possível verificar a grande influência do rank na área superficial dos

chars tanto de micro quanto de mesoporos. Os chars do carvão brasileiro (B3)

apresentaram áreas superficiais muito maiores do que os chars dos carvões de médio (BW)

e alto rank (JB). Sabe-se que mudanças durante a formação do char afetam principalmente

a vitrinita e estruturas isotrópicas e são muito maiores nos mesoporos do que nos

microporos (Alvarez e Borrego, 2007; Feng e Bathia, 2003 e Marsh e Menéndez, 1989).

Por esta razão, os chars de estrutura mais desordenada do B3 (essencialmente isotrópicos)

apresentaram as maiores áreas superficiais e maiores diferenças entre as amostras, enquanto

que os chars dos carvões de mais alto rank, com domínios anisotrópicos, apresentaram

áreas muito menores, pois texturas isotrópicas são mais reativas (Marsh e Menéndez,

1989). Também, por esta razão, no caso dos chars de médio e alto rank, somente uma

amostra foi analisada quanto à microporosidade, e verificamos que estes apresentaram SCO2

bastante semelhante. A área superficial de microporos apresentou um leve aumento com o

burnout para os chars do carvão brasileiro obtidos em atmosferas com até 5% de oxigênio

(Figura 4).

Figura 4 – Evolução da área superficial de microporos (SCO2) (m2g

-1) com o burnout para

os carvões. ●= B3; ■= BW; ♦= JB. Símbolos sólidos: 1 etapa; símbolos vazios: 2

etapas.

A amostra do B3 re-queimada em 10% de oxigênio (maior burnout) foi a que

apresentou um incremento maior na SCO2 frente às amostras obtidas em atmosferas com

menor teor de oxigênio, pois o carvão é rico em vitrinita. A evolução da área superficial de

mesoporos (SBET) para as três séries de chars em relação ao burnout é apresentada na

Figura 5.

Figura 5 - Evolução da área superficial de mesoporos (SBET) (m2g

-1) com o burnout para os

carvões. Símbolos sólidos: 1 etapa; símbolos vazios: 2 etapas.

Pode ser observado para os três carvões que houve um aumento na área superficial

BET com o progresso da combustão (Tabela II e Figura 5). Isso ocorre devido à

coalescência e alargamento de microporos (Gale e outros, 1995), aumentando a área dos

mesoporos. As amostras obtidas em duas etapas no DTF, no entanto, apresentarem

burnouts maiores e áreas BET menores do que as amostras de uma etapa. Tais amostras

que experimentaram uma re-queima no DTF tiveram sua estrutura mais consumida, e

conseqüente redução da área superficial.

Em relação ao efeito da atmosfera de oxi-combustão na área superficial, os chars

dos carvões de médio e alto rank preparados no DTF com o mesmo teor de oxigênio

apresentaram BET semelhantes, independente da atmosfera de balanço ser N2 ou CO2. Já,

para os chars do carvão brasileiro, a área das amostras de oxi-combustão foi o dobro da

área das amostras de combustão convencional tanto para os chars obtidos em uma etapa

quanto para os chars obtidos em duas etapas com 5%O2 (Tabela II). A maior área

superficial de chars produzidos em atmosfera de oxi-combustão é provavelmente devido ao

alargamento dos poros provocado pela gaseificação do char com o CO2, o que pode ser

relevante no sentido de aumentar a reatividade dos chars em atmosfera oxidante (Rathnam

e outros, 2009).

3.2.3 Reatividade ao CO2

Na Figura 6 a seguir é apresentada a reatividade ao CO2 a 50% de conversão de

todos os chars.

Figura 6 - Reatividade ao CO2 a 50% de conversão dos chars preparados em forno DTF a

diferentes atmosferas.

Da mesma forma que ocorreu com o burnout, na Figura 6 é possível observar que

houve uma tendência de aumento da reatividade ao CO2 quanto mais baixo o rank do

carvão para amostras obtidas na mesma atmosfera no forno DTF. Além disso, os chars do

carvão de baixo rank alcançaram reatividades muito mais altas do que os chars dos carvões

de médio e alto rank.

Comparando as amostras de atmosfera convencional e de oxi-combustão, a

reatividade dos chars O2/N2 foi semelhante à reatividade dos chars O2/CO2 para as

amostras provenientes dos carvões BW e JB obtidos a duas etapas no DTF. Esta mesma

tendência ocorreu para as amostras destes carvões obtidas a uma etapa com 10%O2 (BW

10%O2/N2=3,2x10-4

s-1

e 10%O2/CO2=3,5x10-4

s-1

e JB 10%O2/N2=1,5x10-4

s-1

e

10%O2/CO2=1,8x10-4

s-1

). No caso dos chars do carvão brasileiro (B3), a amostra de uma

etapa obtida com 5%O2 em N2 (Char 5%) apresentou maior reatividade do que a amostra

de atmosfera de oxi-combustão e mesmo teor de oxigênio (Oxi-char 5%) (Figura 6). Para

os chars deste carvão obtidos em duas etapas no DTF a tendência foi oposta, tendo a

amostra de atmosfera O2/CO2 apresentado reatividade levemente inferior à da amostra de

combustão convencional. Em ambos os casos (uma e duas etapas), houve um aumento na

área superficial da amostra de combustão convencional para a amostra de oxi-combustão

(Tabela II), o que justifica a maior reatividade a elevada temperatura da amostra de uma

etapa. Estas tendências de reatividade acompanham as tendências observadas para os

resultados de burnout. Para verificar melhor o efeito do burnout na reatividade dos chars,

este é apresentado na Figura 7.

Figura 7 - Relação da reatividade ao CO2 a 1000°C e ao ar a 550ºC com o burnout dos

chars.

Para os chars dos três carvões, pode ser observado que a reatividade ao CO2

aumentou com o aumento do burnout (Figura 7). Este aumento na reatividade com o

burnout é devido ao aumento na área superficial BET das amostras, o qual ocorre em

função do burnout. O aumento da reatividade ao CO2 com o burnout indica que esta reação

ocorreu em regime misto (reação química + difusão), pois para mais altos burnouts a maior

área superficial BET facilitou a difusão do gás nas partículas do char, melhorando a

reatividade. Já a reatividade ao ar diminuiu com o aumento do burnout para os chars dos

carvões BW e JB e não variou para os chars do carvão brasileiro. Isso indica uma leve

diminuição na reatividade intrínseca dos chars dos carvões de médio e alto rank e nenhuma

variação nesta propriedade para os chars do B3.

Este trabalho se propôs a dar indicativos para a possibilidade de aplicação da

tecnologia de oxi-combustão no processo de injeção de combustíveis auxiliares nas

ventaneiras do AF. Os resultados se mostraram positivos, pois o burnout, a área superficial

BET e a reatividade ao CO2 dos oxi-chars foram semelhantes ou mais altos do que tais

propriedades dos chars de combustão convencional na maioria das comparações entre as

amostras obtidas com o mesmo teor de oxigênio nas duas atmosferas. No entanto, este

trabalho é apenas o início de um longo estudo que deve ser feito a respeito da aplicação da

tecnologia de oxi-combustão no AF. Testes que simulem mais próximo as condições da

zona de combustão deverão ser realizados a fim de confirmar os resultados obtidos.

O uso de um carvão brasileiro com teor de cinzas reduzido também pode ser mais

profundamente estudado. Mas este estudo deu indicativos da alta combustibilidade e

reatividade deste carvão, o que é positivo para seu uso em misturas para injeção.

5 CONCLUSÕES

As seguintes conclusões podem ser descritas a respeito deste estudo:

O comportamento dos chars nos testes foi fortemente influenciado pelo rank. Foram

alcançados burnouts, áreas superficiais e reatividades mais altas quanto menor o rank

do carvão. Isto indicou a maior combustibilidade do carvão brasileiro frete aos carvões

importados.

Para os carvões de médio e alto rank estudados neste trabalho, não foi verificado efeito

no burnout devido à substituição do N2 (atmosfera convencional) pelo CO2 (atmosfera

de oxi-combustão). No caso do carvão brasileiro, houve um aumento no burnout

devido à troca de atmosfera (N2 para CO2) para as amostras de uma etapa e uma leve

diminuição para as amostras de duas etapas.

Para os resultados de área superficial, somente foi verificada diferença entre chars

obtidos em atmosfera convencional e de oxi-combustão com o mesmo teor de

oxigênio no caso dos chars provenientes do carvão brasileiro.

Houve um aumento da área superficial BET com o burnout e as áreas BET foram

menores nos chars obtidos em duas etapas no DTF.

A reatividade ao CO2 dos chars aumentou com o aumento do burnout e a reatividade

intrínseca ao ar diminuiu para os chars dos carvões de médio e alto rank e se manteve

constante para os chars do carvão brasileiro de baixo rank.

A reatividade ao CO2 dos chars obtidos em combustão convencional foi semelhante à

reatividade dos chars de oxi-combustão para as amostras provenientes dos carvões de

mais alto rank, tanto em uma quanto em duas etapas. No caso dos chars do carvão

brasileiro, a amostra de oxi-combustão foi mais reativa do que a amostra de combustão

convencional para os chars de uma etapa e menos reativa para os chars de duas etapas.

As mais altas combustibilidade, área superficial e reatividade alcançadas pelo carvão

brasileiro em condições de oxi-combustão podem ser positivas para o uso associado

dessa atmosfera com um carvão de baixo rank, como o carvão brasileiro, no AF.

Agradecimentos

Os autores agradecem ao CNPq e à Rede Carvão e ao projeto de cooperação bilateral

CSIC (PIB2010BZ-00418)-CNPq pelo suporte financeiro.

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