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MARIA ANTOANETTE LIRA DA SILVA
PERSPECTIVAS PARA REDUÇÃO DAS EMISSÕES DE ÓXIDOS DE NITROGÊNIO NOS PROCESSOS DE
COMBUSTÃO NO PÓLO PETROQUÍMICO DE CAMAÇARI
Dissertação apresentada ao Mestrado Profissional em Gerenciamento e Tecnologias Ambientais no Processo Produtivo – Ênfase em Produção Limpa, Escola Politécnica, Universidade Federal da Bahia, como requisito parcial para a obtenção do grau de Mestre.
Orientador: Prof. José Geraldo de Andrade Pacheco Filho
Salvador 2008
ii
Silva, Maria Antoanette Lira da, Perspectiva para redução das emissões de óxidos de nitrogênio nos processos de combustão no Pólo Petroquímico de Camaçari / Maria Antoanette Lira da Silva. – Salvador: M. A. L.Silva, 2008 140 p.; 200 f. Orientador: Profº. José Geraldo de Andrade Pacheco Filho Dissertação de Mestrado Profissional em Gerenciamento e Tecnologias Ambientais no Processo Produtivo – Ênfase em Produção Limpa, Escola Politécnica, Universidade Federal da Bahia, 2008. 1.Óxidos de nitrogênio. 2. NOx, combustão. 3. poluição atmosférica. 4. produção mais limpa. I. Universidade Federal da Bahia. Escola Politécnica. II. Silva, Maria Antoanette Lira da. III. Título. CDU: 661.9:504.05 ______________________________________________________________________
iv
Aos meus filhos Lucas, Mariana e Camila, Para que este trabalho sirva de exemplo de esforço e perseverança nas suas vidas
v
AGRADECIMENTOS
Primeiramente a Deus, razão de tudo na minha vida. Ao meu marido, pelo seu infinito apoio e compreensão. Aos meus pais, pelo grande exemplo de vida. Ao meu orientador José Geraldo, por estar sempre perto, apesar da distância geográfica. Aos meus irmãos, pelo incentivo e, em especial, minha irmã. Aos funcionários do Teclim da UFBA, por serem sempre tão solícitos e simpáticos e, em especial, Mariano. Às minhas colegas de sala, pelo incentivo e apoio, e, em especial, a Monica Silveira, não só colega de sala, mas também colega do Teclim, no qual estivemos sempre juntas, desde o processo seletivo até a defesa. A Crístiam, meu sobrinho querido, por ter me ajudado tanto com as figuras. Ao colega Lacerda, pelas informações prestadas. A Jeizon, pela sua solicitude. Ao Centro de Recursos Ambientais, pela oportunidade de desenvolvimento pessoal e profissional.
vi
“Tentar e falhar é, pelo menos, aprender. Não chegar a tentar é sofrer a inestimável perda do que poderia ter sido”.
Geraldo Eustáquio
vii
RESUMO Desde o final do século passado que vem se acentuando a preocupação com o volume de poluentes lançados na atmosfera em virtude das atividades humanas, uma vez que os seus efeitos adversos já estão sendo sentidos de uma forma bastante intensa, como as mudanças climáticas, chuva ácida, deterioração da qualidade de ar nas cidades, e aumento de doenças. Neste trabalho, dedicou-se especial atenção aos óxidos de nitrogênio (NOx), que têm a sua formação originada nos processos de combustão, amplamente utilizados nas indústrias de transformação. Esse poluente, além de ser considerado um poluente primário, ele também é o principal precursor de um outro poluente secundário, que é o ozônio troposférico. Em virtude do reconhecimento pela comunidade científica e pelos governantes dos efeitos danosos provocados pelo NOx, legislações cada vez mais restritivas quanto ao lançamento deste poluente na atmosfera têm sido criadas. Neste trabalho foram avaliadas as tecnologias existentes para redução das emissões de óxidos de nitrogênio nos processos de combustão para promover a sua implantação nas indústrias petroquímicas do Pólo Industrial de Camaçari, utilizando os princípios de produção mais limpa. Uma análise da qualidade do ar foi realizada nos últimos cinco anos, através da análise dos relatórios anuais da Rede de Monitoramento do Ar do Pólo de Camaçari. Foi levantado o estado da arte das tecnologias de controle de emissões de NOx com os princípios de produção mais limpa. Os resultados mostram que os níveis de concentração desse poluente na região não são críticos, se comparados com o padrão estabelecido pela Resolução CONAMA Nº 03/90, que é de 320μg/m³. Apesar disso, é necessário que providências sejam tomadas para que essas emissões sejam reduzidas, pois em casos de condições atmosféricas desfavoráveis à dispersão, pode haver grandes incômodos à população local, como já ocorreu nos anos de 2002 e de 2003, mesmos sem esse padrão ter sido ultrapassado no dia. Além disso, deve-se levar em consideração que o padrão estabelecido pela CONAMA 03/90 é consideravelmente maior do que o indicado pela OMS – Organização Mundial de Saúde, que é de 200μg/m³. Foi proposto um programa de prevenção de emissões de NOx com os princípios de produção mais limpa, visando subsidiar os processos de licenciamento ambiental e a elaboração de norma de regulamentação em nível estadual. Esse programa considera prioritariamente o controle na fonte nos processos de combustão, incluindo para se alcançar esse objetivo a mudança de lay-out, a manutenção preventiva, as melhorias nas práticas operacionais, mudança de processo ou tecnologia, substituição de matéria-prima ou alteração nos equipamentos e treinamento de pessoal, finalizando com avaliação dos resultados e a manutenção do programa. Palavras-chaves: Óxidos de nitrogênio, NOx, combustão, poluição atmosférica, produção mais limpa
viii
ABSTRACT
Since the end of the last century that comes if accenting the concern with the volume of pollutants launched in the atmosphere in virtue of the activities human beings, a time who its adverse effect already are being felt of a sufficiently intense form, as the climatic changes, acid rain, deterioration of the quality of air in the cities, and increase of illnesses. In this work, special attention was dedicated to nitrogen oxides (NOx), that they have its originated formation in the combustion processes, widely used in the transformation industries. This pollutant, besides being considered a primary pollutant, it also is the main precursor of one another secondary pollutant, that is the tropospheric ozone. In virtue the recognition for the scientific community and the governing of the harmful effect provoked by the NOx, more restrictive legislation each time how much to the launching of this pollutant in the atmosphere they have been created. In this work the existing technologies for reduction of the nitrogen oxide emissions had been evaluated in the combustion processes to promote its implantation in the petrochemical industries of Camaçari’s Industrial Pole, using the principles of cleaner production. An analysis of the quality of air was carried through in the last five years, through the analysis of the annual reports of the Net of Monitoramento of the Air of the Camaçari’s Pole. The state of the art of the technologies of control of emissions of NOx with the principles of cleaner production was raised. The results show that the levels of concentration of this pollutant in the region are not critical, if compared with the standard established for Resolution CONAMA Nº 03/90, that it is of 320 μg/m³. Despite this, are necessary that steps are taken so that these emissions are reduced, therefore in cases of favorable atmospheric conditions to the dispersion, can have great bothering to the local population, as already it occurred in the years of 2002 and 2003, same without this standard to have been exceeded in the day. Moreover, it must be led in consideration that the standard established for CONAMA 03/90 is bigger of the one than indicated for the OMS - the World-wide Organization of Health, that is of 200 μg /m³. A program of prevention of emissions of NOx with the principles of cleaner production was considered, aiming at to subsidize the processes of ambient licensing and the elaboration of norm of regulation in state level. The program considers the first control at source in the processes of combustion, including in order to achieve this objective to change the lay-out, the preventive maintenance, improvements in operating practices, changes in technology or process, from raw material replacement or modification in equipment and training staff, ending with evaluation of results and maintenance of program.
Key words: Nitrogen oxides, NOx, combustion, atmospheric pollution, cleaner production
ix
SUMÁRIO
AGRADECIMENTOS ................................................................................................................. v RESUMO ..................................................................................................................................... vii ABSTRACT ................................................................................................................................. viii SUMÁRIO .................................................................................................................................... ix LISTA DE FIGURAS .................................................................................................................. xi LISTA DE TABELAS ................................................................................................................. xii LISTA DE APÊNDICES ............................................................................................................. xiii LEGENDA ................................................................................................................................... ivx 1 – INTRODUÇÃO ..................................................................................................................... 16 1.2 – Objetivos .............................................................................................................................. 22 2 – FUNDAMENTOS TEÓRICOS ............................................................................................. 23 2.1 – Óxidos de nitrogênio ........................................................................................................... 23 2.2 – Legislação estrangeira ......................................................................................................... 27 2.3 – Legislação brasileira ............................................................................................................ 31 2.4 – Processo de combustão ........................................................................................................ 35 2.5 – Fontes de emissão de NOx .................................................................................................. 39 2.6 – Necessidade da utilização de Tecnologia mais limpa ......................................................... 45 2.7 – O Pólo de Camaçari ............................................................................................................. 47 3 – REVISÃO DA LITERATURA .............................................................................................. 52 3.1 – Panorama das emissões de NOx no Brasil .......................................................................... 52 3.2 – Controle na fonte de NOx .................................................................................................... 57 3.2.1 – Redução do consumo de energia ...................................................................................... 58 3.2.2 – Substituição ou pré-tratamento de combustível ou oxidante ............................................ 59 3.2.3 – Modificações no processo de combustão ......................................................................... 62 3.2.4 – Boas práticas operacionais................................................................................................ 73 3.3 – Controle de fim de tubo de NOx ......................................................................................... 74 3.3.1 – Redução catalítica seletiva................................................................................................ 74 3.3.2 – Redução catalítica não-seletiva ........................................................................................ 76 3.3.3 – Remoção simultânea de NOx e SO2
4.4 – Bases de um programa de prevenção de emissão de NOx para processos de combustão, visando subsidiar os processos de licenciamento ambiental e elaboração de norma de regulamentação em nível estadual ................................................................................................ 91 5 – RESULTADOS ...................................................................................................................... 92 5.1 – Diagnóstico da situação atual de emissão de NOx no Pólo de Camaçari............................ 92 5.2 – Análise crítica das perspectivas de redução das emissões de NOx nos processos de combustão a partir do controle na fonte, considerando-se as exigências legais e levando-se em consideração o aspecto econômico ............................................................................................... 116 5.3 – Bases de um programa de prevenção de emissão de NOx para processos de combustão ... 118
................................................................................. 78 3.3.4 – Tecnologia SCONOX ........................................................................................................ 79 3.4 – Comentário das tecnologias ................................................................................................. 80 4 – METODOLOGIA ................................................................................................................... 82 4.1 – Diagnóstico da situação atual de emissão de NOx no Pólo de Camaçari no período de 2002 a 2006 .................................................................................................................................. 82 4.2 – Tecnologias de prevenção e controle de emissão de NOx (já empregadas no Brasil e no mundo) .......................................................................................................................................... 90 4.3 – Análise crítica das perspectivas de redução das emissões a partir do tratamento dos combustíveis na fonte e no controle dos processos de combustão, considerando exigências legais ............................................................................................................................................. 90
x
6 – CONCLUSÕES E SUGESTÕES ........................................................................................... 129 7 – REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 132 8 – APÊNDICE ............................................................................................................................ 137
xi
LISTA DE FIGURAS Figura 2.1 – Variação da temperatura na superfície terrestre ....................................................... 27 Figura 2.4.1 – Esquema de um forno ........................................................................................... 38 Figura 2.5.1 – Formação de NOx como função da temperatura do combustível ......................... 41 Figura 2.5.2 – Formação de NOx como função do ar pré-aquecido ............................................ 41 Figura 2.5.3 – Mecanismos imediato e combustível de formação de NO .................................... 44 Figura 2.5.4 – Emissões de NOx combustível X concentração de nitrogênio no combustível .... 44 Figura 2.7.1- Vista do Complexo Industrial de Camaçari ............................................................ 47 Figura 3.2.2 – Emissões relativas de NOx para diversos combustíveis ....................................... 61 Figura 3.2.3.1- queimador com estagiamento de combustível ..................................................... 64 Figura 3.2.3.2 – queimador com estagiamento de ar .................................................................... 64 Figura 3.2.3.3 – esquema de uma recirculação externa ................................................................ 65 Figura 3.2.3.4 – esquema de uma recirculação interna ................................................................ 66 Figura 3.2.3.5 – zonas da chama .................................................................................................. 70 Figura 3.2.3.6 – esquema de um queimador INFURNOX ............................................................ 72 Figura 3.2.3.7 – esquema de um sistema de combustão fria XONON .......................................... 73 Figura 3.3.1 – coluna RCS ........................................................................................................... 75 Figura 3.3.3 – esquema de uma RCNS ......................................................................................... 77 Figura 3.3.4 – Seção de um sistema SCONOX ................................................................................. 80 Figura 4.1 – Distribuição geográfica das estações de monitoramento do ar ........................................ 83 Figura 4.2 - Estação de monitoramento do ar ............................................................................................ 83 Figura 4.3 – variação de NOx e O3 no decorrer do dia na Bacia de Los Angeles ..................................... 85 Figura 4.4 – Analisador de NO2 ................................................................................................................. 87 Figura 5.1 – concentrações máximas horárias de NO2 na estação Escola em 2002 .................... 93 Figura 5.2 – concentrações máximas horárias de NO2 na estação Hospital em 2002 ................. 93 Figura 5.3 – Concentração média anual de NO2 na Estação Câmara .......................................... 94 Figura 5.4 – Concentração média anual de NO2 na Estação Escola ............................................ 94 Figura 5.5 - Concentração média anual de NO2 na Estação Hospital .......................................... 95 Figura 5.6 - Concentração média anual de NO2 na Estação Lamarão ......................................... 95 Figura 5.7 – comportamento da radiação solar na estação Hospital no período de 1995 a 2002 . 96 Figura 5.8 – comportamento da radiação solar na estação Lamarão no período de 1995 a 2002 96 Figura 5.9 - boletim do dia 18/03/02 referente ao O2 .................................................................. 98 Figura 5.10 - boletim do dia 18/03/02 referente ao ozônio .......................................................... 98 Figura 5.11 – concentrações máximas horárias de NO2 na estação Câmara ............................... 99 Figura 5.12 – concentrações máximas horárias de NO2 na estação Hospital .............................. 99 Figura 5.13 - comportamento da radiação solar na estação Lamarão no período de 1995 a 2003 .............................................................................................................................................. 101 Figura 5.14 – imagem infravermelha destacando os vórtices ciclônicos na Bahia em 21/04/03 . 101 Figura 5.15 - Rosa dos Ventos da Estação Câmara, no período entre às 10:00 e 15:00h ............ 104 Figura 5.16 – picos de NO2 no decorrer do dia 24/02/03 ............................................................. 104 Figura 5.17 – picos de O3 no decorrer do dia 24/02/03 ................................................................ 105 Figura 5.18 - evolução das concentrações médias anuais de NO2 na RMA ................................. 105 Figura 5.19 – concentrações máximas horárias mensais na estação Câmara ............................... 106 Figura 5.20 – concentrações máximas horárias de O3 na estação de Lamarão ........................................ 106 Figura 5.21 – Concentrações máximas horárias de O3 na estação de Escola ............................................ 107 Figura 5.22 - evolução das concentrações médias anuais na RMA.............................................. 108 Figura 5.23 - máximas horárias mensais de NO2 na estação Lamarão em 2005 ......................... 108 Figura 5.24 - máximas horárias mensais de NO2 na estação Concórdia em 2005 ....................... 109 Figura 5.25 - Máximas horárias mensais de NO2 na estação Gravatá em 2005 .......................... 109
xii
Figura 5.26 - Máximas horárias mensais de NO2 na estação Leandrinho em 2005 ..................... 109 Figura 5.27 – comportamento mensal da precipitação medida na estação da SUDIC no período de 1992 a 2005 ................................................................................................................ 110 Figura 5.28 - máximas horárias mensais de O3 na estação Machadinho em 2005 ...................... 110 Figura 5.29 - máximas horárias mensais de O3 na estação Lamarão em 2005 ............................ 110 Figura 5.30 - Máximas horárias mensais de O3 na estação Escola em 2005 ............................... 111 Figura 5.31 - Máximas horárias mensais de O3 na estação Câmara em 2005 ............................. 111 Figura 5.32 – Evolução das concentrações médias anuais de NO2 na RMA ............................... 113 Figura 5.33 – Comportamento da rosa-dos-ventos na Estação Gravatá em 2006 ........................ 114 Figura 5.34 – Máximas horárias mensais de NO2 na estação Gravatá em 2006 .......................... 114
xiii
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 – valores de pH da chuva no Recôncavo Baiano no período de 1986-1987 .............. 24 Tabela 2.2.1 - Limites anuais de emissão para serem atingidos em 2010 .................................... 28 Tabela 2.2.2 – Padrões de qualidade de ar vigentes no Japão ...................................................... 29 Tabela 2.2.3 – padrões de emissão de NOx nos EUA e nos seus estados mais restritivos .......... 31 Tabela 3.1 – padrão de emissão para processos industriais em Cubatão ..................................... 54 Tabela 4.1 – localização das estações de monitoramento em 2002.............................................. 86 Tabela 4.2 – padrões e classificação da qualidade do ar .............................................................. 88 Tabela 4.3 – parâmetros meteorológicos e poluentes monitorados por estação na nova configuração da RMA .................................................................................................................. 89 Tabela 5.1.1 - Poluentes monitorados nas estações da RMA ....................................................... 92 Tabela 5.1.2 – Eventos de ultrapassagens de ozônio em ozônio em 2002 ................................... 96 Tabela 5.1.3 - Resultados das campanhas de monitoramento de VOCs na AIP em 2002 ........... 97 Tabela 5.1.4 – picos de concentração de NO2 detectados em 2003 ............................................. 100 Tabela 5.1.55 - Ultrapassagens do padrão de qualidade do ar para o O3 em 2003 ...................... 101 Tabela 5.1.6 – Resultado do monitoramento de COVs no ano de 2003....................................... 103 Tabela 5.1.7 – Resultado do monitoramento de COVs no ano de 2004....................................... 107 Tabela 5.1.8 – Concentrações máximas horárias de ozônio em 2005 .......................................... 110 Tabela 5.1.9 - Resultado do monitoramento de COVs no ano de 2005 ....................................... 112 Tabela 5.1.10 - Eventos de qualidade do ar “Regular” devido às concentrações de ozônio em 2006 .............................................................................................................................................. 115 Tabela 5.1.11 – Resultados do monitoramento dos COVs na AIP em 2006 ................................ 115 Tabela 5.2 - Carga anual de NOx nas empresas do Pólo .............................................................. 116 Tabela 5.3 – Cronograma de atividades ....................................................................................... 121
xiv
LISTA DE APÊNDICES
APÊNDICE A .............................................................................................................................. 137 APÊNDICE B ............................................................................................................................... 140
xv
LEGENDA
AIP – Área de Influência do Pólo ARB - California Air Resources Board BAT – Best Avaliable Technics CECA - Comissão Estadual de Controle Ambiental / RJ COFIC – Comitê de Fomento Industrial de Camaçari COPEC – Complexo Petroquímico de Camaçari CEPRAM – Conselho Estadual do Meio Ambiente / BA CETREL S.A. – Empresa de Proteção Ambiental CETESB – Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental COVs – Compostos Orgânicos Voláteis CRA – Centro de Recursos Ambientais EPA - Environmental Protection Agency FEEMA – Fundação Estadual de Engenharia do Meio Ambiente/RJ FEAM – Fundação Estadual de Engenharia do Meio Ambiente / MG IEA – International Energy Agency IPCC – Intergovernamental Panel on Climate Change IPPC – Política de Integração do Controle da Poluição IQAr – Índice de Qualidade do Ar MDL – Mecanismos de Desenvolvimento Limpo MPS – Material Particulado em Suspensão OMS – Organização Mundial de Saúde PAN – nitrato de peroxiacetila PI – Partículas inaláveis PML – Produção Mais Limpa PQAr – Padrão de Qualidade do Ar PROCONVE – Programa de Controle da Poluição do Ar por Veículos Automotores PRONAR - Programa Nacional de Qualidade do Ar PTS – Partículas totais em suspensão RLAN – Refinaria Landulfo Alves RMA – Rede de Monitoramento do Ar RSC – Redução seletiva catalítica RSNC – Redução seletiva não catalítica SEMA – Secretaria do Meio Ambiente e Recursos Hídricos do Estado do Paraná SEPLANTEC - Secretaria de Planejamento e Tecnologia do Estado da Bahia SUDENE – Superintendência de Desenvolvimento do Nordeste SUDIC – Superintendência do Desenvolvimento Industrial de Camaçari UNEP – United Nations Environmental Program UNIDO - United Nations for Industrial Development
16
1. INTRODUÇÃO:
Desde o final do século passado que vem crescendo gradativamente a preocupação mundial com
as ações nocivas do homem sobre o meio ambiente e, nesse contexto, é dada especial atenção às
alterações climáticas atribuídas às emissões antropogênicas de gases do efeito estufa, segundo
consenso da comunidade científica. Dentre esses gases, destacam-se os óxidos de nitrogênio
(NOx), que têm um poder de retenção da radiação infravermelha cerca de dez mil vezes maior ao
apresentado pelo dióxido de carbono e que são emitidos principalmente nos processos de
combustão, processos esses tão necessários na indústria e nas usinas de geração de energia, essas
tais que vêm crescendo desde a crise energética vivida pelo país recentemente. Da mesma forma,
é crescente a presença de ozônio no nível do solo e a chuva ácida tem aumentado
consideravelmente nos últimos anos, sendo esses poluentes derivados dos óxidos de nitrogênio
(MELO, 2002).
Segundo a definição da NBR 8969/85 da ABNT (1985), entende-se por poluente atmosférico
toda e qualquer forma de matéria e/ou energia que, segundo suas características, concentração e
tempo de permanência no ar, possa ou venha a causar danos à saúde, aos materiais, à fauna e à
flora e seja prejudicial à segurança, ao uso e ao gozo da propriedade, à economia e ao bem-estar
da comunidade.
Entende-se por combustão uma reação química exotérmica entre duas substâncias, que são o
combustível e o comburente, a altas temperaturas e com ritmos intensos. Nesses processos, o
óxido nítrico (NO) pode se formar por três vias: (1) em temperaturas elevadas encontradas nas
chamas, N2
Segundo Jannuzzi (2001), o setor energético é responsável pela emissão de 76% dos óxidos de
nitrogênio lançados na atmosfera. Os óxidos de nitrogênio são formados durante processos de
combustão, principalmente devido a reações químicas entre oxigênio atômico e nitrogênio. Os
óxidos de nitrogênio são denominados, genericamente, NOx, sendo que os mais comuns são o
reage com oxigênio para formar óxido nítrico denominado NO (térmico); (2) em
combustíveis que apresentam compostos de nitrogênio na sua composição, este é liberado a
temperaturas relativamente baixas para formar NO (combustível); (3) de outra forma, o óxido
nítrico pode ser originado em reações rápidas entre os radicais de hidrocarbonetos e o oxigênio e
o nitrogênio, em temperaturas relativamente baixas na região de frente de chama, através de um
mecanismo proposto por Fenimore, em 1971 (CARVALHO JR. & LACAVA, 2003).
17
óxido nítrico (NO) e o dióxido de nitrogênio (NO2), os quais são considerados poluentes
atmosféricos.
Os NOx são formados também com a queima de compostos orgânicos nitrogenados presentes
nos combustíveis provenientes principalmente de petróleos pesados, tais como as frações
asfálticas e coque do petróleo, as quais têm tido uma utilização cada vez maior, dado ao seu
custo inferior e elevado poder calorífico. Nesses combustíveis, os compostos de nitrogênio neles
existentes sofrem decomposição térmica, tornando-se num outro composto orgânico nitrogenado
de peso molecular mais baixo para, a partir daí, transformar-se num NOx através de reações de
oxidação (CARVALHO JR. & LACAVA, 2003).
Quanto ao dióxido de nitrogênio, NO2, as concentrações desses nos gases de combustão são
muito pequenas quando comparadas com concentrações de NO. Isto é explicado porque das
grandes concentrações de NO2 formadas na zona de combustão, boa parte é em seguida
convertida de NO2 para NO. O NO2 é consumido pela reação com hidrogênio e, eventualmente,
em chamas pobres em combustível, pela reação com oxigênio. Apesar de estar presente em
menores concentrações ao final do processo de combustão, o NO2 é bem mais nocivo que o NO.
Além das formas anteriormente citadas, há ainda, uma outra forma de apresentação de óxido de
nitrogênio na atmosfera, que é o N2O, ou seja, o óxido nitroso. O N2
Nas últimas décadas, emissões antropogênicas de compostos químicos na atmosfera vêm
causando muitos danos ao meio ambiente e à saúde humana, das quais os óxidos de nitrogênio
contribuem com cerca de 27 milhões de toneladas por ano. Muitas dessas emissões são
originárias da queima de combustíveis fósseis, que tem como um dos produtos os óxidos de
nitrogênio, que é listado pela Organização Mundial de Saúde como um dos seis poluentes
atmosféricos clássicos. Segundo o International Energy Agency (IEA), entre os anos de 1973 e
1998 o fornecimento total de energia aumentou 57%, principalmente em virtude da queima de
combustíveis fósseis, ao passo que outros tipos de geradores de energia tiveram uma participação
reduzida. Em virtude da implementação de políticas de redução das emissões a partir da década
de 1970, houve uma estabilização ou redução das emissões de poluentes atmosféricos em grande
parte dos países industrializados. Porém, o mesmo não ocorreu nos países em desenvolvimento,
O está presente na
atmosfera como componente atmosférico regular em concentração da ordem de 0,5 ppm. É
bastante estável e de baixa toxidade, sendo também conhecido como gás hilariante (BAUKAL,
2001).
18
haja vista que a maioria sequer fez pequenos investimentos neste setor (MELO, 2002;
HOLDREN e SMITH, 2000 apud NUSDEO, 2005, pp. 228-230; PNUMA, 2002).
Comparados a outras regiões, os países africanos emitem quantidades insignificantes de
poluentes atmosféricos e gases do efeito estufa, apesar da qualidade do ar estar se deteriorando
gradativamente em alguns centros urbanos. Já na Ásia, onde se localizam as cidades mais
densamente povoadas do mundo, os níveis de poluição atmosférica são os mais elevados do
mundo, implicando em problemas de saúde na população e afetando ecossistemas aquáticos e
terrestres. Em contrapartida, certos avanços já foram feitos e em algumas cidades os níveis de
poluição têm diminuído, a exemplo do Japão que reduziu suas emissões de SOx e material
particulado. Entretanto, as emissões de NOx em Osaka e Tóquio não caíram o suficiente devido
ao aumento do número de veículos (PNUMA, 2002; UN-ESCAP/ADB, 2000 apud PNUMA,
2002, p. 241).
Com relação à Europa, as emissões da maioria dos poluentes atmosféricos diminuíram desde o
início da década de 1980, especialmente as de SO2, que foram reduzidas a um terço em 2.000,
com relação ao ano de 1980, embora tenham sido registradas grandes diferenças entre países e
sub-regiões como, por exemplo, um aumento de 7% na Grécia entre 1990 e 1998 e redução de
71% na Alemanha nesse mesmo período. Entretanto, as emissões de NOx e NH3 não diminuíram
significativamente na Europa Ocidental, exceto as emissões de NOx na Alemanha e Reino
Unido, mas os índices de NOx caíram em muitos países da Europa Central e Leste Europeu. Na
Europa Ocidental verifica-se um certo grau de eficácia com relação às medidas de controle de
emissão, uma vez que os níveis de NOx, SO2 e NH3 apresentaram uma certa desvinculação do
crescimento do PIB. Ao contrário, os países do Leste Europeu e Europa Central tiveram suas
reduções nas emissões devido à recessão econômica (HOLDREN e SMITH, 2000 apud
PNUMA, 2005, pp. 244 e 245; EEA, 2000 apud PNUMA, 2002, p. 244).
Na América do Norte, no decorrer dos últimos trinta anos, os níveis de alguns poluentes vêm
sendo reduzidos gradativamente em virtude de medidas adotadas na década de 1970, que
visavam a principalmente a redução de COVs e, em alguns casos, de NOx oriundos de fábricas e
veículos. No entanto, não se obteve muito êxito com relação aos índices de ozônio. As principais
fontes fixas de NOx e O2 são as centrais elétricas movidas a combustíveis fósseis existentes na
região e nos anos entre 1970 e 1999 houve aumento dos índices de NOx em 17%, apesar das
emissões de COVs terem diminuído nos últimos trinta anos. Em virtude disso, os Estados Unidos
e o Canadá assinaram um Acordo sobre Qualidade do Ar, que visava a redução das emissões de
NOx nos dois países (PNUMA, 2002; MELO, 2002).
19
Em se tratando de poluição atmosférica na América Latina, essa é uma das questões ambientais
mais crítica devido aos seus efeitos, principalmente nas grandes cidades, tais como São Paulo e
Rio de Janeiro, uma vez que o crescimento econômico tem causado o aumento das emissões,
principalmente aumentando as concentrações de CO, NOx, SO2, O3 troposférico,
hidrocarbonetos e partículas em suspensão na atmosfera desses grandes centros, principalmente
devido ao setor de transportes, tendo, contudo, o setor industrial e a agricultura também uma
expressiva participação, principalmente nos últimos trinta anos (US EPA, 2000b apud PNUMA,
2002, p. 250).
A região no Brasil que apresenta os maiores índices de NOx em sua atmosférica é a região de
São Paulo. Segundo o Relatório de Qualidade do Ar no Estado de São Paulo (2005), no ano de
2004 o padrão nacional horário para o NOx não foi ultrapassado, o mesmo não podendo ser dito
dos anos anteriores. A região de Cubatão, que em virtude da sua topografia e do seu parque
industrial é a que apresenta maiores problemas relacionados à poluição atmosférica. Em 2004
foram emitidas 18.340 t de NOx nessa região.
Segundo Martins e Andrade (2002), medidas realizadas em Salvador, Ba, na década de 90,
revelaram concentrações de NOx na faixa de 11,1 a 36,2 ppb. O estudo de auto–avaliação para o
licenciamento ambiental-ALA, constante no processo de renovação da licença do Pólo Industrial
de Camaçari de 2004 estimou as emissões de NOx nesse ano em 11.826 toneladas, que é um
valor significativo, se comparado com as 18.340 t emitidas em Cubatão, que é uma região
considerada grande poluidora.
Segundo Melo (2002), “os sistemas de gerenciamento da qualidade do ar mais sofisticados, tais
como o dos Estados Unidos e da Alemanha, empregam, além de outras medidas, uma variedade
de padrões que coordenadamente influenciam vários estágios de processos e mecanismos que
podem eventualmente levar a emissões e impactos indesejáveis”. Contudo, há de se levar em
consideração que enquanto os norte-americanos lançavam sua primeira Lei Federal em 1955, a
qual incentivava a pesquisa e a investigação dos efeitos da poluição do ar na saúde e bem-estar
da população, o Brasil apenas implantou a sua Política Nacional Meio Ambiente do Meio
Ambiente no ano de 1981. Sendo assim, é compreensível a nossa defasagem em relação à
aplicação de tecnologias mais limpas nesse setor. Já na Bahia, até 1970 o estado sequer legislou
sobre o assunto.
20
Com relação ao tema específico das emissões dos óxidos de nitrogênio, a Resolução CONAMA
nº 08 de 06/12/90 não estabelece padrões de emissão para esse poluente, ficando o seu controle
de uma forma muito vaga apenas subsidiado pelos padrões de qualidade do ar. Porém, avanços já
vêm sendo feitos nessa área e uma nova resolução já está em vigência desde o dia 26 de
dezembro de 2006 – a Resolução CONAMA 382, a qual estabelece limites máximos de emissão
para poluentes atmosféricos, inclusive o NOx, a qual permitirá um maior controle de emissão em
fontes fixas. Alguns estados já saíram na frente com relação a esse controle, como é o caso do
estado do Paraná, que já possui uma legislação na qual estabelece padrões de emissão para NOx,
anterior a essa Resolução.
Os óxidos de nitrogênio juntamente com os óxidos de enxofre lançados na atmosfera após as
reações de combustão, ao entrarem em contato com o vapor d’água formam o ácido nítrico e
sulfúrico, respectivamente, sendo o primeiro, o maior constituinte da deposição ácida, que pode
ser úmida ou seca. A úmida, que é composta por chuva, neblina e neve, ao cair no chão causa
problemas de acidez no solo, afetando plantas e animais. A deposição seca, que consiste nas
partículas levadas pelo vento e os gases ácidos, acumulam-se em superfícies externas,
danificando, dessa forma, as árvores e os materiais, provocando impactos negativos em todo o
ambiente (CARVALHO JR. & LACAVA, 2003).
Além da deposição ácida, os óxidos de nitrogênio são constituintes do smog fotoquímico, que
segundo a definição da NBR 8969/1985 da ABNT é a denominação dada às condições da
atmosfera quando esta apresenta visibilidade reduzida e coloração marrom, devido à evolução de
reações fotoquímicas entre óxidos de nitrogênio e hidrocarbonetos reativos, produzindo
compostos oxidantes. Um poluente típico resultante dessas reações fotoquímicas é o nitrato de
peroxiacetila.
Uma outra ação danosa ao meio ambiente oriunda dos óxidos de nitrogênio é que eles absorvem
a radiação ultravioleta de origem solar e tornam-se bastante reativos, sendo propulsores do
ozônio na troposfera. Tanto o ozônio quanto os óxidos de nitrogênio provocam sérios danos ao
homem e ao meio ambiente, provocando edemas pulmonares e cianose no homem e diminuindo
a permeabilidade das membranas celulares. Chegam até a ter atividade mutagênica, que altera as
características hereditárias (CARVALHO JR. & LACAVA, 2003).
O desenvolvimento sustentado, definido como aquele que satisfaz as necessidades do presente
sem comprometer a possibilidade das futuras gerações satisfazerem as suas próprias
21
necessidades, foi colocado como desafio em 1987 pela Comissão Mundial da ONU sobre o Meio
Ambiente e Desenvolvimento – UNCED, através do documento denominado Nosso Futuro
Comum ou Relatório Brundtland. Este conceito foi difundido na Conferência das Nações Unidas
sobre o Meio Ambiente e Desenvolvimento – ECO 92, na qual houve a elaboração da
Declaração do Rio. O princípio 4 da Declaração do Rio diz: “para se alcançar um
desenvolvimento sustentável, a proteção do ambiente deve constituir uma parte integrante do
processo de desenvolvimento, e não pode ser considerada independentemente dele”. O artg. 3 do
Protocolo de Quioto determina que novas tecnologias industriais ambientalmente sadias sejam
adotadas. Dessa forma, a prática das tecnologias mais limpas se fortalece, uma vez que ela cuida
da eliminação do resíduo na fonte e não o deixa para a etapa final do processo, considerando que
a eliminação do resíduo faz parte do processo produtivo, utilizando práticas que geralmente
diminuem o consumo de matéria e energia do meio ambiente, uma vez que resíduo é matéria-
prima e energia que não foram devidamente aproveitados, ao contrário do pensamento das
tecnologias de fim de tubo, que o consideram uma etapa a mais, que onera o produto final
(NUSDEO, 2005; ECO 92, 1992).
Assim, as técnicas para controle das emissões de poluentes na fonte ganham cada vez mais
importância, seja por pressão da legislação, pela possibilidade dos agentes produtivos desejarem
a associação de suas marcas a práticas ambientalmente aceitáveis ou por pressão da própria
sociedade.
O controle das emissões de NOx opera através da supressão da formação de NOx ou através da
remoção de NOx física ou química nos gases efluentes. A formação de NOx pode ser reduzida
pela redução do teor de nitrogênio à temperatura de pico; pela redução do teor de oxigênio à
temperatura de pico e pela redução da temperatura de pico e do tempo de residência na zona de
combustão. Isto pode ser obtido através de diversas técnicas: uso de combustíveis de baixo teor
de nitrogênio; combustão estagiada; recirculação interna ou externa dos gases de combustão;
diminuição da temperatura de pré-aquecimento do ar; diminuição da temperatura da superfície
envolvente; diminuição do índice de rotação dos queimadores; combustão em leito fluidizado;
uso de aditivos nos processos de combustão e injeção de água ou vapor na chama, pela redução
no diâmetro das gotas dos combustíveis líquidos. Na combustão estagiada tem-se uma primeira
zona de combustão com pouca disponibilidade de ar, sendo adicionado ar numa segunda zona
para completar a combustão. Existem, ainda, técnicas de remoção do nitrogênio do combustível,
porém, atualmente, ainda é considerada de custo elevado (BAUKAL, 2001; VERGNHANINI,
2005).
22
1.2 OBJETIVOS
Objetivo Geral
O objetivo deste trabalho é avaliar as tecnologias existentes para redução das emissões de óxidos
de nitrogênio (NOx) nos processos de combustão, para promover a sua implantação na indústria
petroquímica do Pólo Industrial de Camaçari, utilizando os princípios de produção mais limpa.
Objetivos Específicos
1. Realizar um diagnóstico da situação atual de emissão de NOx no Pólo Industrial de
Camaçari, nos últimos cinco anos.
2. Identificar o estado da arte de tecnologias de prevenção e controle de emissão de
NOx, já empregadas no Brasil e no mundo.
3. Realizar uma análise crítica das perspectivas de redução das emissões a partir do
controle dos processos de combustão através de modernização dos equipamentos de
queima existentes, considerando as exigências legais e os aspectos econômicos
associados.
4. Propor as bases de um Programa de Prevenção de emissão de NOx para processos de
combustão, visando subsidiar os processos de licenciamento ambiental e a elaboração
de norma de regulamentação em nível estadual.
23
2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS
2.1 ÓXIDOS DE NITROGÊNIO
O termo NOx é usado para se referir a todos os sete composto de nitrogênio conhecidos
naturalmente, embora apenas dois sejam considerados importantes no que se refere à poluição
atmosférica: óxido nítrico ou monóxido de nitrogênio (NO), que é um gás tóxico incolor que
reage espontaneamente com o oxigênio e muito fortemente com o ozônio, formando o dióxido de
nitrogênio e, o próprio dióxido de nitrogênio, que é um gás avermelhado, altamente tóxico,
extremamente reativo e um forte agente oxidante. Juntos, esses dois são os componentes mais
emitidos em gases de combustão. Porém, essa denominação também pode incluir o óxido nitroso
(N2O - protóxido de nitrogênio ou gás hilariante), gás incolor e de efeito anestésico, o mais
abundante dos compostos atmosféricos, o qual não é importante enquanto poluente troposférico,
porém o maior componente do efeito estufa na estratosfera, além de outras formas de
combinação menos comuns como o tetróxido de nitrogênio (N2O4), o N2O3, o NO3 e o N2O5
(EPA, 1993; BAUKAL, 2001; DUCHIADE, 1992; HEISON & KABEL, 1999).
Normalmente, os gases oriundos dos processos de combustão apresentam baixíssimas
concentrações de NO2 em comparação com os valores elevados de NO, mas ao contato com o
oxigênio do ar reagem rapidamente para formar o NO2. Dessa forma, as taxas de emissão
mássica são sempre calculadas considerando os dois compostos como sendo unicamente NO2
As emissões de NOx contribuem para desencadear vários processos atmosféricos que degradam
o meio ambiente, entre os quais destacam-se a deposição ácida, formação de ozônio a nível do
solo, que tem as suas concentrações elevadas cerca de 100 a 200 vezes a concentração do O
(BAUKAL, 2001; CARVALHO JR. & LACAVA, 2003).
3 em
relação a atmosferas não poluídas e o aumento da concentração de gases do efeito estufa. Alguns
cientistas acreditam que as emissões de NOx ameaçam mais a saúde pública e o meio ambiente
do que as emissões de SOx, embora as suas conseqüências tendam a ser mais indiretas e de
longo prazo. Em adição, tem-se que os ácidos presentes na chuva ácida podem ser formados
durante o transporte das massas de ar que contêm os poluentes primários, podendo dessa forma
causar danos em locais bem distantes de onde foram gerados. Da mesma forma, o ozônio
também pode viajar por grandes distâncias. Assim sendo, verifica-se que as emissões de NOx
24
não podem ser consideradas apenas como um problema local (REIS JR., 2005; MAKANSI,
1988).
Com relação à deposição ácida, os seus efeitos são a acidificação do solo e a acidificação da
água, que provocam uma redução na diversidade e quantidade de peixes nos lagos e na
degradação de florestas e solos. O excesso de nitrogênio provoca a eutrofização, principalmente
em áreas costeiras. A chuva ácida provoca danos aos ecossistemas, provoca desfolhamento das
árvores, corrosão de monumentos e edifícios históricos, uma vez que atacam diversos materiais
como aço, tintas, plásticos, cimento e vários tipos de pedra, além de reduzir os rendimentos
agrícolas. Além disso, a chuva ácida se infiltra no solo, liberando metais potencialmente tóxicos,
tais como alumínio, chumbo e cádmio, que dessa forma podem ser introduzidos na cadeia
alimentar (PNUMA, 2002; MARTINS & ANDRADE, 2002).
Um estudo realizado sobre deposição úmida no Recôncavo Baiano, através de coletas de
amostras de chuva em quatro estações meteorológicas mostrou uma variação de pH entre 4,1 a
7,1, com um valor mediano de 5,0125, concluindo que 16,5% das amostras de chuva coletadas
em Salvador e 23% das coletadas em Pedra do Cavalo apontaram valores de pH abaixo de 5,0.
Porém, nas estações da CIBEB (a 2 km do Pólo de Camaçari) e da CEPLAC, 60% tem pH
abaixo de 5,0, indicando que as mesmas receberam chuva ligeiramente ácida, em dados
coletados nos anos de 1986 a 1987, em decorrência das contribuições das emissões tanto de NOx
como de SOx, pois mesmo já sendo a chuva, orvalho e névoa ligeiramente ácidos por causa da
dissolução do gás carbônico, normalmente o seu pH se situa em torno de 5,6. Porém, vale
salientar que essa acidez também ocorre em virtude das emissões de SOx (MARTINS &
ANDRADE, 2002; KIPERSTOK et al, 2002). A tabela 2.1 contém os valores das médias
ponderadas do pH da água da chuva que foram obtidos do estudo acima citado.
Tabela 2.1 – valores de pH da chuva no Recôncavo Baiano no período de 1986-1987 Estação pH(média ponderada)
Ondina, Salvador/BA 5,3
Pedra do Cavalo, Cachoeira/BA 5,1
CEPLAC, São Sebastião do Passé/BA 4,8
CIBEB, Camaçari/BA 4,9
Quanto ao ozônio troposférico antropogênico, este pode ser produzido em reações químicas entre
NOx e COVs na presença de luz solar, principalmente em áreas urbanas e industriais e em
regiões propensas a massas de ar estagnado, através da fotólise do NO2, a qual resulta na
25
liberação do oxigênio atmosférico, que se combina com o oxigênio molecular, formando O3,
através da seguinte reação:
Orgânicos + NOx + luz solar → O3 + outros
Onde outros são: PAN-Peroxiacetilnitratos, ácido nítrico, aldeídos, sulfatos, nitratos e outros
O ozônio é uma variedade alotrópica do oxigênio e apresenta-se sob a forma de um gás azul
pálido, de odor picante característico, que pode ser sentido em concentrações de até 0,01 ppm.
Ao contrário do ozônio estratosférico, é considerado um poluente secundário em concentrações
superiores a 120 µg/m3. É um agente oxidante altamente ativo e tóxico, que provoca deterioração
dos materiais, principalmente em borrachas, têxteis e corantes e constitui-se num risco à saúde
humana, uma vez que provoca tosse e diminuição da capacidade pulmonar, além de, nos
vegetais, bloquear a troca gasosa das folhas e reduzir a capacidade fotossintética. É um poluente
de difícil controle, sendo um dos que mais excede as concentrações limite em áreas urbanas
(CARVALHO JR. & LACAVA, 2003; OMS, 1987, apud DUCHIADE, 1992, p. 96; MARTINS
& ANDRADE, 2002).
O smog fotoquímico é uma mistura de reagentes e produtos de reações que ocorrem em presença
de luz solar quando ambos, compostos orgânicos voláteis (COVs) e óxidos de nitrogênio estão
presentes na atmosfera. Acontece nele, simultaneamente, um grande número de reações e está
geralmente associado à ocorrência de picos de ozônio nos grandes centros urbanos. O smog
fotoquímico tem como principais reagentes o óxido de nitrogênio, compostos orgânicos voláteis
e a luz solar e como produtos da reação o ácido nítrico, o ozônio e espécies orgânicas, como o
nitrato de peroxiacetila. Nas cidades, quando se tem a formação do smog fotoquímico, as
concentrações de ozônio ultrapassam bastante os padrões estabelecidos (UGUCIONE et al,
2002; MARTINS & ANDRADE, 2002).
Em resumo, nas suas formas oxidadas como NO2 ou NO, os compostos de nitrogênio são
poluentes primários e participam da atmosfera de uma série de complexas reações, alternando-se
nos diferentes estágios de oxidação, contribuindo para o acréscimo de poluentes secundários,
como o O3
O efeito estufa é a antecipação do aquecimento da terra produzido pelo aumento do lançamento
de energia, poluentes e produtos de combustão para a atmosfera. O planeta terra tem certas
e a neblina fotoquímica.
26
características que o distingue dos demais planetas do sistema solar. Dentre essas características,
destacam-se a composição e a estrutura de nossa atmosfera, que permite uma interação
simultânea com a radiação solar e a superfície da terra. O efeito estufa ocorre porque gases
descarregados na atmosfera bloqueiam a radiação da energia infravermelha da terra para o
espaço, com comprimento de onda na faixa de 4µm a 100µm, mas permitem a passagem da
radiação visível e ultravioleta. Porém, desde a revolução industrial que a concentração desses
gases vêm aumentando sensivelmente, devido em grande parte à queima de combustíveis fósseis,
que provocam a intensificação do efeito estufa, provocando o aquecimento global do planeta.
Dentre os óxidos de nitrogênio que promovem o efeito estufa, destaca-se o óxido nitroso (N2O),
que tem um tempo de residência na atmosfera entre 120 a 175 anos e absorve sensivelmente
radiação infravermelha em duas regiões ao redor de 4µm e 7µm, além de possuir um potencial
de aquecimento global 310 vezes maior do que o CO2 (TOLENTINO e ROCHA F., 1998;
SANGA, GODFREY, 2004).
O óxido nitroso, apesar de ser virtualmente inerte na troposfera, é o óxido dominante na
estratosfera, onde ele é um componente importante do mecanismo da reação UV-O3. O óxido
nitroso absorve a radiação infravermelha, sofrendo fotólise e produzindo dessa forma N2 e um
radical de oxigênio, sendo o maior componente do efeito estufa. A concentração de N2O na
estratosfera é aproximadamente 310 ppb e é mencionado que ela está crescendo 0,25 a 0,31% ao
ano. O total global de emissão de N2
Apesar das incertezas quanto aos futuros impactos em virtude da mudança do clima, estudos
científicos mostram uma previsão do aumento da temperatura média global entre 1,4 e 5,8ºC até
o final deste século, conforme ilustrado na Figura 2.1. Verificou-se, dessa forma, que havia então
uma nova e mais forte evidência de que a maior parte do aquecimento observado nos últimos
cinqüenta anos atribui-se a atividades humanas. Os efeitos adversos desse aquecimento já podem
ser observados na maior ocorrência e intensidade de eventos climáticos extremos como foi o
caso da temporada de furacões no hemisfério norte em 2005, a ameaça a diversos sistemas
vulneráveis, tais como os recifes de corais, em virtude do aumento da temperatura do mar e
diminuição das populações de pássaros migratórios devido a variações climáticas desfavoráveis.
Além disso, a mudança do clima pode provocar redução na disponibilidade de água doce, a
produção de alimentos e a propagação de doenças vetoriais como a malária, esquistossomose e
dengue (PNUMA, 2002; TOLENTINO & ROCHA F., 1998; NAE, 2005). A Figura 2.1 mostra a
O está estimado em 21 ± 2 teragrama/ano. Fontes
antropogênicas correspondem a 40% (CZEPIEL et al, 1996; HEISON & KABEL, 1999).
27
evolução da temperatura média do planeta terra e a projeção para as próximas décadas, onde se
observa uma elevação muito intensa da temperatura.
Figura 2.1 – Variação da temperatura na superfície terrestre (IPCC, 2001, apud NAE, 2005)
Em se tratando da ecotoxidade dos óxidos de nitrogênio, esses poluentes provocam a diminuição
da permeabilidade das membranas celulares provocando a destruição da clorofila e do
caratenóide, além de bloquear a troca gasosa das folhas, prejudicando, desta forma, a capacidade
de realização da fotossíntese das plantas. Efeitos semelhantes também são provocados pelo
ozônio (CARVALHO JR. & LACAVA, 2003).
Tanto o ozônio como o NOx provocam edemas pulmonares no ser humano, uma vez que são
solúveis em gordura, o que lhes permite a penetração nos alvéolos pulmonares e conseqüente
desnaturação das proteínas, o que provoca porosidade nas paredes do alvéolos e capilares,
fazendo com que os pulmões acumulem lentamente um líquido espumoso, até provocar a morte
por asfixia. Os óxidos de nitrogênio também provocam a metaemoglobina ou cianose,
caracterizada pela coloração azulada nos lábios, que afeta principalmente as crianças, podendo
ser letal (LOPES, 1995, apud CARVALHO JR. & LACAVA, 2003, pp. 75 e 76).
2.2 LEGISLAÇÃO ESTRANGEIRA
No panorama mundial, a legislação referente ao controle das emissões de NOx varia entre os
países e as regiões, possuindo os Estados Unidos, Alemanha e Japão as leis mais restritivas.
28
Na Comunidade Européia, um grande avanço na prevenção e no controle da poluição foi dado
em 1996 com a entrada em vigor da Diretriz 96/61/EC, que trata da Política de Prevenção e
Controle Integrados da Poluição (IPPC). Essa diretriz determina no seu artigo 2.11 a
obrigatoriedade dos países membros emitirem licenças para que certos empreendimentos possam
operar, devendo ser assegurado que a melhor técnica disponível (best available techniques –
BAT) seja utilizada, para que dessa forma se obtenha um alto nível de proteção do meio ambiente
com a minimização das emissões, tendo sido previsto pela diretriz o período de onze anos para a
adequação das indústrias existentes. Também foi estabelecido no art. 16.2 desta mesma diretriz a
necessidade de implantação por parte da Comissão Européia de um sistema de troca de
informações entre países membros e suas indústrias. Em virtude disso, o European IPPC Bureau
organiza um sistema de troca de informações de forma que os países membros tenham acesso à
informação das melhores técnicas disponíveis (BREFs), para que dessa forma possam decidir
qual a melhor técnica disponível para cada caso e assim seja estabelecido um equilíbrio
tecnológico entre países da comunidade e a disseminação dos valores limites que podem ser
alcançados (MELO, 2002). Em 07/11/2000 o Conselho Europeu aprovou os limites de emissão
discriminados na tabela 2.2.2 a serem empregados em uma nova diretriz, denominada Directive
on National Emission Ceilings, que deverão ser atingidos por cada país em 2010:
Tabela 2.2.1 - Limites anuais de emissão para serem atingidos em 2010 (MELO, 2002)
Na Alemanha, a Lei Federal para Controle das Emissões de 1974 e emendada em 1995 está
baseada no princípio da precaução, do poluidor pagador e no princípio da cooperação e
estabelece como objetivos gerais a proteção aos homens, animais, plantas, meio ambiente, bens
culturais e outros bens através dos padrões de qualidade do ar com limites que proporcionem
essa proteção e o princípio da ação preventiva, através da utilização da melhor tecnologia de
controle disponível e apropriada para a redução de emissão de poluentes. Desde que os padrões
de emissão estejam definidos na referida lei como a base para o controle de emissão, eles devem
estar definidos nas licenças de operação das instalações e descrevem, dentre outros: as
29
concentrações de fibras, odores ou substâncias permitidas que não devem não devem ser
excedidas por nenhuma média diária; assim como nenhuma medição de média de meia hora
deverá exceder o dobro das concentrações dadas; os fluxos de massa permitidos, com relação ao
tempo de operação, as relações de massas permitidas, por um dia (média diária) e as proporções
de emissões permitidas, por um dia (média diária). Os limites de emissão são estabelecidos nas
Diretrizes Técnicas de Qualidade do Ar (TA Luft), a qual estabelece que a taxa de emissão para o
os óxidos de nitrogênio (calculado como NO2) não pode ultrapassar o valor de 1,8 kg/h, sendo
que a concentração mássica não pode exceder o valor limite de 0,35 mg/m3. Já o padrão de
qualidade do ar é de 200µg/m3, para 98º percentil da distribuição total de médias horárias
medidas durante um ano, ou seja, 98% de todos os valores individuais têm que estar sob o valor
calculado, assegurando, dessa forma, uma boa representatividade. Vale salientar que a
Alemanha, por fazer parte da Comunidade Européia, além de estar sujeita as suas próprias leis,
também deve cumprir as determinações da Diretriz 96/61/EC e assim sendo, algumas emendas
tem sido feitas na sua legislação para a sua adequação (MELO, 2002).
Já no Japão, a lei regulamentadora dos níveis de emissões atmosféricas antropogênicas é o AIR
POLLUTION CONTROL LAW, de 1968, que estabelece os níveis máximos de emissões para
quatro grupos de substâncias, estando os óxidos de nitrogênio no grupo de fumos e fuligem,
poluentes esses que possuem os seus padrões definidos em função do equipamento que os
origina. Nesse país, os padrões de qualidade do ar para o dióxido de nitrogênio para uma média
diária através de dados horários deverá estar na faixa de 0,04ppm a 0,06ppm ou abaixo. Os
padrões de poluentes prioritários no Japão são mostrados na Tabela 2.2.1.
Tabela 2.2.2 – Padrões de qualidade de ar vigentes no Japão (MELO, 2002) Poluente Padrão de Qualidade do ar
Dióxido de enxofre
A média diária através de dados horários não
deverá exceder 0,04ppm e os valores horários não
deverão exceder 0,1ppm.
PM 10
A média diária através de dados horários não
deverá exceder 0,10 mg/m3 e os valores horários
não deverão exceder 0,20mg/m3.
Dióxido de nitrogênio
A média diária através de dados horários deverá
estar na faixa de 0,04ppm a 0,06ppm ou abaixo
(75,26 a 112,88 µg/m3)
Oxidantes fotoquímicos Os valores horários não deverão exceder 0,06ppm
(117,25µg/m3 para o O3).
30
Porém, vale salientar que no Japão, tanto o diretor da agência de meio ambiente como as
prefeituras locais podem estabelecer padrões mais restritivos caso observem que os padrões
estabelecidos em nível nacional não sejam suficientes para assegurar a preservação do bem estar
social e do meio ambiente, uma vez que essa lei busca fundamentalmente assegurar à população
esse bem-estar. Além disso, existe um plano de redução da emissão total que permite que nas
áreas com elevada concentração de fontes de emissão de um determinado poluente, as prefeituras
locais podem estabelecer um plano para redução da emissão total do mesmo, podendo até zonear
as áreas de interesse para que dessa forma possam se adotar padrões em cada zona (MELO,
2002).
Nos Estados Unidos, a primeira legislação federal que trata do controle da poluição atmosférica
data de 1955, com a promulgação do Air Pollution Control Act, que já naquela época tentava
controlar a poluição atmosférica na sua fonte, reconhecendo a ameaça que essa provocava à
saúde e bem-estar público. A ela sucederam-se mais sete legislações federais intituladas Clean
Air Act (CAA), estando hoje em vigor o Clean Air Act of 1990, o qual se refere a cinco áreas
principais: padrões de qualidade do ar, emissões de veículos automotores e combustíveis
alternativos, poluentes atmosféricos tóxicos, chuvas ácidas e destruição da camada de ozônio.
Um item importante a ser levado em consideração é que todas essas leis financiavam pesquisas
sobre poluição atmosférica, pois o governo federal, através da EPA provêm os estados com
apoio científico e dinheiro para os programas por eles desenvolvidos e o item relativo à pesquisa
vem explícito na lei. Como exemplo, tem-se que já na sua primeira edição, o Clean Air Act of
1955, reconhecendo a ameaça que a poluição atmosférica representava à saúde, animais,
agricultura e bem-estar público, destinou U$ 5 milhões anuais, no decorrer de cinco anos, para
pesquisas do serviço público de saúde. A emenda de 1960 estendeu esses investimentos por mais
quatro anos e a emenda subseqüente, a de 1962, exigiu que fossem realizadas pesquisas relativas
aos efeitos de várias substâncias oriundas das descargas de motores. Já a legislação de 1963
destinou U$ 95 milhões por um período de três anos para que os governos estaduais, locais e
agências de controle de poluição para que conduzissem pesquisas e criassem programas de
controle e a versão de 1969 estendeu a autorização para pesquisa em combustíveis e automóveis
menos poluentes. O Clean Air Act determina como deve ser tratada a questão da poluição
atmosférica e estabelece prazos e planos para que os padrões que neles estejam contidos sejam
atingidos, com o objetivo de proteger a saúde pública de poluentes lançados na atmosfera o o
bem-estar geral, através da manutenção de níveis aceitáveis de visibilidade e limitação dos
efeitos da poluição no meio ambiente. O órgão executor dessa lei é o Environmental Protection
31
Agency (EPA), porém os estados também possuem suas agências estaduais que também são
responsáveis pelo cumprimento da lei e, dessa forma, devem desenvolver um Plano de
Implementação Estadual (SIP), que explicita o que cada estado irá fazer para cumprir as
determinações do CAA. Porém, compete primariamente aos distritos regular emissões de fontes
fixas. No estado da Califórnia, o órgão responsável pelo controle da qualidade do ar é
denominado California Air Resources Board (ARB) que divide o estado em vários Distritos
chamados AIR DISTRICTS. Ao ARB cabe dá suporte, direcionamento técnico e realizar
auditorias nos programas dos distritos. Desde 1983 que a atuação do ARB já reduziu emissões de
contaminantes atmosféricos em mais de 7.000 fontes fixas no estado. O distrito que possui a
legislação mais restritiva em relação às emissões de óxidos de nitrogênio é a Costa Sul do Estado
da Califórnia, que com a South Coast Air Quality Management District estabelece um padrão de
emissão atmosférica para fontes fixas com limite de 0,033 lb/MBtu , exceto caldeiras de CO. A
tabela 2.2.3 mostra os padrões de emissão federal nos Estados Unidos e nos estados da Califórnia
e Texas, que possuem legislações mais restritivas (MELO, 2002).
Tabela 2.2.3 – padrões de emissão de NOx nos EUA e nos seus estados mais restritivos (MELO, 2002)
País/estado Padrão de emissão
EUA
0,20lb/MBtu para geração de vapor, queima de
combustível fóssil gasoso
0,30lb/MBtu para geração de vapor, queima de
combustível fóssil líquido
Texas 0,25 lb/MBtu para geração de vapor
Califórnia 0,033lb/MBtu para geração de vapor, exceto
caldeiras de CO
Após a análise da legislação relacionada à poluição atmosférica em nível mundial, chega-se a
uma conclusão de que todos os países anteriormente citados têm a preocupação nas suas
legislações de proteger o bem-estar social, através, principalmente, da fixação dos padrões de
qualidade do ar, limites de emissão e exigência do uso da melhor tecnologia disponível.
2.3 LEGISLAÇÃO BRASILEIRA
Atualmente tem-se no Brasil que o meio ambiente sadio e ecologicamente equilibrado é um
direito constitucional, uma vez que a Constituição da República Federativa do Brasil de 1988
32
defende o meio ambiente ecologicamente equilibrado como um bem de uso comum do povo e
essencial à qualidade de vida. Porém, essa defesa ao meio ambiente na legislação brasileira nem
sempre esteve presente e só recentemente é que se começou a introdução na nossa legislação de
leis referentes à poluição atmosférica.
No âmbito da legislação federal, no Brasil, até 27 de abril de 1976 não existia nenhuma
legislação que tratasse de emissões atmosféricas. Nessa data, foi publicada a Portaria Nº 231 do
Ministério do Interior que estabelecia Padrões de Qualidade do Ar. Esses padrões foram
baseados na legislação americana, que era a mais desenvolvida na época, porém a adaptação à
realidade brasileira não foi muito bem elaborada, uma vez que não se previu nessa portaria um
sistema de acompanhamento contínuo dos padrões de qualidade do ar. Para o caso do NOx, essa
portaria não fixou valor limite, ao passo que a legislação americana estabelecia um padrão de
qualidade do ar no qual a média aritmética anual não poderia ultrapassar o valor de 100mg/m3
(MAGRINI, 2001 apud MOREIRA, 2005, p. 121).
Apesar das deficiências da Portaria Nº 231, ela representou um marco na legislação nacional
relacionada às emissões atmosféricas, pois a partir dela os estados começaram a publicar suas
leis relacionadas ao assunto, como foi o caso do Estado de São Paulo, que em 31/05/76 publicou
a Lei Nº 977, regulamentada em 28/09/76 pelo Decreto Nº 8.468, o qual estabelecia os padrões
de qualidade ambiental, as atribuições do órgão de licenciamento ambiental, o sistema de
licenciamento das fontes de poluição e as sanções aplicáveis às infrações cometidas. Já no
Estado do Rio de Janeiro, a primeira legislação que tratava do assunto de qualidade do ar se deu
em 15/03/78, através da Deliberação Nº 21 da Comissão Estadual de Controle Ambiental –
CECA, que aprovou a Norma Técnica NT-603.R4, que estabeleceu os critérios e padrões do ar
ambiente como parte integrante do Sistema de Licenciamento de Atividades Poluidoras. Aqui no
Estado da Bahia, só após quatro anos da publicação da Portaria 231 do Ministério do Interior é
que foi publicada legislação referente ao tema de emissões atmosféricas, através da Resolução
CEPRAM Nº 41, de 28/04/80, que dispunha sobre os Padrões de Qualidade do Ar no Estado da
Bahia.
Historicamente, o CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente estabeleceu as primeiras
medidas de controle da poluição do ar através da Resolução CONAMA 018/1986 que instituiu o
PROCONVE – Programa de Controle da Poluição do Ar por Veículos Automotores, a qual
instituiu metas de níveis de emissão veicular a serem atendidas pela indústria automobilística na
produção de veículos novos.
33
Em 1988, a Constituição Federal assegurou a preservação à qualidade do ar, uma vez que no seu
Art. 225 afirma-se que o direito a respirar um ar puro é garantido a todos, estando fundamentado
no direito a um meio ambiente ecologicamente equilibrado e no direito à saúde.
Em 15/06/89, a legislação nacional avança mais um pouco nesta área e o CONAMA, através da
Resolução Nº 05, institui o Programa Nacional de Qualidade do Ar (PRONAR). Segundo esse
programa, aos estados compete o estabelecimento e a implantação dos Programas Estaduais de
Controle da Poluição do Ar.
Já no ano seguinte, a Resolução Nº 08 do Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA)
estabeleceu limites de emissões atmosféricas nas fontes, de acordo com a carga térmica e tipo de
combustível, apenas para partículas totais e dióxido de enxofre. Entretanto, nos padrões de
qualidade do ar estipulados pela Resolução CONAMA 003/1990 o NO2
A partir de 2004 iniciaram-se os estudos nas câmaras técnicas sobre a atualização dos limites de
emissões de poluentes nas fontes primárias, assim como a inclusão do NO
tem limites
estabelecidos para o padrão primário e secundário da qualidade do ar, entendendo-se padrão
primário como níveis máximos de poluentes toleráveis (metas de curto e médio prazo) e padrão
secundário como concentrações abaixo das quais se prevê um efeito mínimo adverso sobre o
bem estar da população, bem como mínimos danos à fauna e a flora.
Os padrões ambientais de qualidade do ar foram estabelecidos com base em informações
científicas para poluentes específicos sobre riscos e efeitos à saúde humana, animais e flora, com
margem de segurança adequada, para diversos tempos de exposição e freqüência de ocorrência,
considerando a combinação causa e efeito e analisando aspectos técnicos, econômicos e sociais.
Eles representam legalmente os limites máximos para a concentração na atmosfera de
determinados poluentes atmosféricos que são fixados com o objetivo de preservar a qualidade do
ar, através de limitações de emissões que não atinjam níveis de concentrações que prejudiquem à
saúde.
2 como poluente
primário controlado, os quais resultaram na Resolução CONAMA 382, de 26 de dezembro de
2006, a qual estabelece os limites máximos de emissão de poluentes para fontes fixas, dentre eles
o NOx, de acordo com as tabelas expostas no apêndice A desta dissertação. Apesar de ser um
avanço, essa resolução não estimula a economia de energia, uma vez que os limites de emissão
foram fixados para os processos de geração de calor em função da potência térmica nominal,
34
diferentemente dos Estados Unidos, por exemplo, que é em função da energia consumida. Tem-
se uma exceção no caso da produção de vidro, na qual os limites de emissão foram fixados em
função da quantidade produzida. Nas demais atividades especificadas nessa resolução, como os
limites de emissão em processos de refinaria de petróleo, fabricação de celulose, fusão
secundária do vidro, cimento Portland, produção de ácido nítrico e siderúrgica, tem-se os limites
de emissão fixados em função do equipamento.
Em nível dos estados da federação, temos em São Paulo e no Paraná as legislações mais
avançadas. Já em dezembro de 2002, a Secretaria do Meio Ambiente e Recursos Hídricos do
Estado do Paraná (SEMA), através da Resolução 041, sai como pioneira no país estabelecendo
padrões de emissão e critérios de atendimento, contemplando também, padrões de
condicionamento e estabelecendo metodologias para determinação das emissões. Essa resolução
foi aprimorada com a sua revisão, através da Resolução Nº 054/06 – SEMA, de 22 de dezembro
de 2006, a qual estabeleceu padrões de emissão e critérios de atendimento para fontes industriais,
comerciais e de serviços, padrões de condicionamento e metodologias a serem utilizadas para
determinação de emissões. Nesta resolução, em seu parágrafo único do Art. 7º determina-se que
os padrões de condicionamento de fontes deverão refletir o melhor estágio tecnológico e de
controle operacional, considerando-se os aspectos de eliminação ou minimização de poluentes
atmosféricos.
No estado de São Paulo, o Decreto 50.753, de 28 de abril de 2006 alterou a redação e incluiu
dispositivos no Regulamento aprovado pelo Decreto 8.468. Esse decreto classificou as regiões
do estado em três categorias: saturadas (SAT), em vias de saturação (EVS) e não saturadas (NS),
conforme as condições contidas no Apêndice B do presente trabalho. Para os empreendimentos
localizados em áreas saturadas e em vias de saturação foi instituído um Programa de Redução
das Emissões Atmosféricas (PREA), no qual os empreendimentos a ele vinculados são obrigados
a cumprirem nas suas renovações de Licença de Operação exigências técnicas especiais. São
elas: a utilização de sistemas de controle de poluição do ar baseados na melhor tecnologia prática
disponível, a implementação de Plano de Monitoramento das Emissões Atmosféricas, segundo
termo de referência da CETESB e cumprimento de metas de redução de emissões estabelecidas
pela CETESB para empreendimento que estão implantados em áreas saturadas. Dessa forma,
incentivou-se a redução das emissões em empresas já instaladas nas áreas saturadas e em vias de
saturação, através da vinculação da renovação da licença de operação a determinadas regras, ao
passo que estipulou-se um sistema de compensação de emissões para empresas que desejem se
implantar nessas áreas.
35
2.4 PROCESSO DE COMBUSTÃO
A existência de emissões nos processos de combustão tem origem no próprio processo e dessa
forma faz-se necessária uma abordagem sobre como ocorre esse processo para que a partir daí se
possa entender como se deve proceder para que elas sejam reduzidas ou até mesmo eliminadas.
Sendo assim, os princípios da combustão serão resumidamente discutidos neste capítulo.
Combustão é uma reação química bastante rápida, caracterizada como uma reação exotérmica
por liberar uma grande quantidade de calor oriunda da energia química do combustível utilizado,
com produção de luz e desprendimento de gases de exaustão, dentre os quais destacam-se o
dióxido e o monóxido de carbono, água, particulados e óxidos de nitrogênio. Essa reação ocorre
entre o oxigênio e os componentes de um combustível. Porém, a combustão não ocorre
simplesmente através de uma única reação, pois envolve uma série de reações complexas,
abrangendo vários estágios, que podem ocorrer em maior ou menor extensão, dependendo de
muitos fatores, tais como: o tipo de combustível, o grau de mistura entre o comburente e o
combustível, que por sua vez depende do tipo de queimador e da câmara de combustão e a
temperatura a qual é submetida a mistura, dentre outros. As principais reações de combustão são
mostradas abaixo (GARCIA, 2002; VIEIRA et al., 2005).
C + O2 → CO2 (2.4.1)
2C + O2 → 2CO (2.4.2)
CO + ½ O2 → CO2 (2.4.3)
H2 + ½ O2 → H2O (2.4.4)
S + 3/2O2 → SO3 (2.4.5)
N2 + O2 → 2NO (2.4.6)
S + O2 → SO2 (2.4.7)
C + ½ O2 → CO (2.4.8)
As reações de combustão são largamente utilizadas no refino de petróleo e na indústria
petroquímica, com menor aplicação na indústria de fibras, ferro e aço, processamento de gás e
outras indústrias em geral, através do aproveitamento da energia térmica liberada nesse processo,
ou seja, a quantidade de calor. Para que essa reação ocorra, é necessário que três elementos
estejam presentes: o combustível, o comburente e a energia de ativação ou ignição.
36
Combustível é toda e qualquer substância que reage com o oxigênio produzindo calor. Eles
geralmente são compostos por carbono, hidrogênio, enxofre, nitrogênio, oxigênio, umidade e
alguns metais, como sódio, potássio e alumínio em pequenas proporções. Dentre eles, destacam-
se o carbono e o hidrogênio, que são os elementos que liberam calor durante a sua queima.
Apesar de também liberar energia quando da sua queima, o enxofre é considerado um elemento
indesejado no combustível, por proporcionar a formação de óxidos de enxofre e ácidos sulfúrico
e sulfuroso, que são fortes poluentes e provocam corrosão nos equipamentos. Quanto aos outros
elementos, além de não liberarem calor quando da sua queima, reduzem o poder calorífico e a
eficiência da combustão, além de serem poluentes, como é o caso do nitrogênio, formador dos
óxidos de nitrogênio, objeto de estudo do presente trabalho (VERGNHANINI, 2005; VIEIRA,
2005; GARCIA, 2002).
O comburente universalmente utilizado é o oxigênio, sendo o ar a sua fonte predominantemente
utilizada, uma vez que ele é constituído basicamente de oxigênio e nitrogênio, numa composição
aproximada de 21% de O2 para 79% de N2 em volume, ou seja, para cada mol de O2 há 3,76
moles de N2. Além disso, o ar é uma fonte praticamente sem custo e em abundância, podendo,
dessa forma, ser utilizada amplamente na indústria (VERGNHANINI, 2005; VIEIRA, 2005;
GARCIA, 2002).
Apesar das reações químicas de combustão serem de natureza exotérmica, elas precisam de uma
energia inicial para que possam ocorrer, a qual é denominada de energia de ativação ou de
ignição. Para que isso ocorra, é necessário que a temperatura do combustível seja tal que ocorra a
vaporização de uma quantidade suficiente de combustível para que seja formada uma mistura
inflamável que possa manter a chama por pelo menos cinco minutos, ou seja, que o ponto de
combustão seja atingido e a proporção de mistura entre o ar e o combustível esteja dentro da
faixa de inflamabilidade, isto é, a concentração de gás ou de vapor combustível no oxigênio ou
no ar deve ser tal que consiga estabelecer uma combustão auto-sustentada. Geralmente é
necessária uma fonte de ignição para inflamar um combustível e para isso, normalmente os
fornos são dotados de um dispositivo de centelhamento elétrico para abertura de arco acendendo
a chama piloto ou queimador piloto – a partir do qual é iniciada a queima do combustível
principal quando da partida do mesmo. Após a partida, a chama é mantida constante através de
um ciclo contínuo no qual o calor irradiado por ela aquece o combustível, decompondo-o em
partículas menores, que por sua vez se combinam com o comburente, queimando e irradiando
mais calor para o combustível e assim sucessivamente (GARCIA, 2002; VIEIRA, 2005).
37
As reações de combustão podem ser completas ou incompletas. Denomina-se de combustão
completa aquelas reações nas quais se leva a substância combustível a sua forma mais oxidada,
ou seja, ele é totalmente queimado, ao passo que combustão incompleta é aquela na qual os
produtos da combustão são formados parcialmente por substâncias que não estão no seu estado
mais oxidado, isto é, a queima é parcial. A ocorrência de reações de combustão completa ou
incompleta depende de uma série de fatores, tais como relação entre as massas de combustível e
comburente, temperatura na qual se processa a reação e a presença ou não de catalisadores
(VERGNHANINI, 2005; SENAI, 2003).
Em uma combustão na qual o oxigênio fornecido ao combustível para que se processe a reação é
o teoricamente suficiente para que ocorra a combustão completa, chama-se essa reação de
estequiométrica. Ele é calculado a partir da estequiometria da reação química do combustível
utilizado. Quando a razão de oxigênio é acima da razão estequiométrica, tem-se excesso e
quando é abaixo, tem-se falta de oxigênio. Uma vez que o comburente utilizado é geralmente o
ar, fala-se em excesso e escassez de ar (SILVA et al, 2006).
Na prática, trabalha-se sempre com um excesso de ar, pois para que a reação aconteça é
necessário que as moléculas de oxigênio e as do combustível entrem em contato. Na composição
do ar existem aproximadamente quatro moléculas de nitrogênio para cada molécula de oxigênio.
As moléculas de nitrogênio, por não participarem da reação, dificultam o encontro entre as
moléculas do combustível e do oxigênio. Além disso, ao passo que a reação se processa, o
número de moléculas de oxigênio em estado livre vai decrescendo e vão surgindo as moléculas
dos produtos da reação, como o CO2 e água, que vão dificultar ainda mais o contato entre as
moléculas reagentes. Dessa forma, a combustão completa só é possível com excesso de ar para
determinada quantidade de combustível, que é possível ser determinada através de curvas e
tabelas construídas para cada combustível em função das percentagens de O2, CO e CO2
A eficiência da combustão depende principalmente do controle da qualidade do combustível e da
sua pressão e temperatura, uso de queimador adequado, boa nebulização, para o caso de
combustíveis líquidos, vazão de ar adequada, boa manutenção nos equipamentos, análise dos
gases exaustos, comprimento e coloração da chama, fumaça na chaminé, dentre outros. Um bom
controle de todos esses itens proporciona não só uma boa eficiência térmica, mas também a
em
volume, nos gases de combustão (SILVA et al, 2006).
38
redução de poluentes nos gases exaustos e, assim sendo, esses parâmetros devem ser estritamente
controlados durante a operação (VIEIRA, 2005).
As reações de combustão ocorrem em equipamentos devidamente projetados para esse fim, que
são denominados de fornos ou aquecedores de processo ou de chama direta. São unidades de
transferência de calor nas quais o calor liberado pela queima de um combustível é transferido
predominantemente por radiação e secundariamente por convecção para o fluido contido nos
tubos. A transferência de calor por convecção se dá pelo movimento entre dois fluidos, no qual o
mais quente cede calor ao mais frio. Já a transferência de calor por radiação se dá através de
ondas eletromagnéticas de calor, que se propagam a partir do corpo com a velocidade da luz.
(EPA, 1993; VIEIRA, 2005).
Os fornos geralmente são usados para geração de vapor d’água e diretamente no processo para
aplicações no qual o aquecimento com vapor não é apropriado. Incluem aplicações nas quais a
elevação de temperatura deve exceder a faixa de 90º C a 204º C. O fluido de processo a ser
aquecido está contido em tubos ao longo de paredes da secção de radiação e no teto da câmara –
enxergando chama por apenas um ou pelos dois lados na zona de radiação e com arranjo
complementar na zona de convecção, na qual não enxerga a chama (EPA, 1993; CHUNG, 2005).
Na Figura 2.4.1 está ilustrado um esquema de um forno, com as suas zonas de radiação e
convecção.
Figura 2.4.1 – esquema de um forno (adaptado de POE & BAUKAL, 2004)
Existem três teorias que explicam a combustão de hidrocarbonetos, que são: a teoria da
hidroxilação e a teoria dos radicais livres, que se aplicam a hidrocarbonetos gasosos, e a teoria
do craqueamento (GARCIA, 2002).
39
A teoria da hidroxilação afirma que o hidrocarboneto ao ser queimado forma compostos
hidroxilados instáveis, através da adição ou da associação da molécula de oxigênio a do
hidrocarboneto, que se transformam em aldeídos e estes por sua vez se rompem e se oxidam para
formarem o formaldeído, que se oxida primeiramente a CO e água e posteriormente a CO2, num
processo extremamente rápido. Como exemplo dessa teoria, é mostrado a seguir uma seqüência
de reações para a combustão do metano:
CH4 + O2 → CH3OH → H2O + HCHO→ CO + H2O → CO2 + H2 (2.4.9)
A teoria dos radicais livres, que é a mais aceita pela comunidade científica, afirma que reações
em cadeia são iniciadas com velocidades proporcionais a da concentração do formaldeído, que
vai aumentando gradualmente até atingir um determinado valor no qual a velocidade de
formação torna-se igual à de destruição. Este mecanismo é ilustrado a seguir para a queima do
metano, supondo que o oxigênio sempre atacará o hidrocarboneto através do hidrogênio,
independente dele ser primário, secundário ou terciário.
HCHO + O2 → radicais livres (2.4.10)
OH + CH4 → H2O + CH3. (radical metila) (2.4.11)
CH3 + O2 HCHO + .OH (2.4.12)
.OH + HCHO H2O + CHO (2.4.13)
2CHO + 3/2O2 → 2CO2 + H2
O (2.4.14)
Já a teoria do craqueamento, que é aplicada quando se opera com o combustível a altas
temperaturas e com uma mistura entre combustível e ar que não é tão boa quanto no caso dos
gases, admite-se que a temperatura elevada provoca a quebra das moléculas de hidrocarbonetos
em carbono e hidrogênio, que irão reagir separadamente com o oxigênio, como é o caso dos
combustíveis mais pesados, como o óleo combustível. Isso vem a explicar a emissão de luz
amarela na chama, que é emitida pelo carbono livre altamente aquecido, ao passo que a queima
do hidrogênio emite luz azul ou violeta (GARCIA, 2002).
40
2.5 FONTES DE EMISSÃO DE NOx
Existem três tipos de mecanismos aceitos pela comunidade científica como sendo os
responsáveis pela formação de NOx nos processos de combustão: o térmico, o imediato e o
combustível.
O NOx térmico é aquele no qual dá-se a formação do NO em processos de combustão realizados
a altas temperaturas de chama e com excesso de ar. Em temperaturas superiores a 1.100ºC ocorre
a dissociação do oxigênio molecular, que é muito estável, em oxigênio atômico, que é bastante
reativo, que por sua vez ataca o nitrogênio molecular. Essa rota de reação, conhecida como
mecanismo de Zeldovich, é composta pelas seguintes reações, dentre as quais a que determina a
sua velocidade é a 2.5.2, pois necessita de uma elevada energia de ativação, cerca de 75kcal/mol
(GARCIA, 2002; BAUKAL, 2001; SIDDIQI & TENINI, 1981):
O2 2O. (2.5.1)
.O + N2 NO + N (2.5.2)
N + O2 NO + O. (2.5.3)
Reação global:
N2 + O2
2221 NON
NO CKCKdt
dC−=
2NO ΔH = -75 kcal/mol (2.5.4)
A velocidade dessa reação é dada pela seguinte equação (LORA, 2002):
(2.5.5)
Sendo:
CNO = concentração de NO na combustão (mol/m3)
CN2 = concentração de N2 na combustão (mol/m3)
K1 e K2 constantes cinéticas de velocidade de reação
Dessa forma, a concentração de equilíbrio dos óxidos de nitrogênio pelo mecanismo térmico é
(LORA, 2002):
41
( )[ ]RTCCC ONNO /21500exp6,4 22 −= (2.5.6)
Uma vez que as taxas das reações de combustão são muito mais rápidas do que a da reação
(2.5.2), que é a que inicia o mecanismo de Zeldovich, a maior parte do NO térmico é formado na
região de pós-chama e a sua formação é extremamente dependente da temperatura, sendo este
fator mais importante do que o das concentrações de O2 e N2, conforme visto na equação acima.
A Figura 2.5.1 ilustra a importância da temperatura na formação de NOx térmico, para três tipos
de gases combustíveis (CARVALHO JR. & LACAVA, 2003; BAUKAL, 2002).
Figura 2.5.1 – formação de NOx como função da temperatura do combustível (adaptado CHUNG et al,
2005)
Por ser a formação de NO nos processos de combustão extremamente dependente da
temperatura, a utilização de ar pré-aquecido, apesar de aumentar a eficiência térmica, aumenta
dramaticamente as emissões de NOx, conforme mostrado na Figura 2.5.2 (BAUKAL, 2001).
Figura 2.5.2 – aumento das emissões de NOx em função da temperatura do ar pré-aquecido (adaptado
BAUKAL, WAIBEL & WEBSTER, 2006)
42
Assim como a utilização de ar pré-aquecido aumenta a formação de NOx, ao se utilizar o
combustível pré-aquecido como forma de elevar a eficiência térmica, também se verifica o
aumento das emissões de NOx, embora de uma forma mais branda se comparada a do pré-
aquecimento do ar (BAUKAL, 2001).
Além do controle da temperatura de pico, ao se operar processos de combustão deve-se atentar
para o tempo de permanência dos gases de combustão em temperaturas elevadas. Uma vez que o
mecanismo de Zeldovich é lento por necessitar de uma grande energia de ativação para ser
iniciado, quanto maior for o tempo de queima maior será a quantidade de NO formado
(CARVALHO JR. & LACAVA, 2003).
Existe, ainda, um outro mecanismo proposto por Lavoie, Heymond e Keck, dado através das
seguintes reações:
N + OH NO + H (2.5.7)
H + N2O N2 + OH (2.5.8)
O + N2O N2 + O2 (2.5.9)
O + N2O 2NO (2.5.10)
Nesse mecanismo, os radicais H e OH são decorrentes da queima incompleta de combustível,
denominados transportadores de cadeia e estão presentes na chama (GARCIA, 2002).
O NO imediato, também conhecido como NO ativo ou prompt, é o óxido nítrico formado das
reações entre o nitrogênio diatômico e radicais livres de hidrocarbonetos. O NO imediato ocorre
em zonas ricas de combustível, onde os radicais hidrocarbônicos são mais facilmente
encontrados, uma vez que as reações acontecem na região vizinha à chama, próxima a parte
luminosa, onde as reações são rápidas, pois necessitam de uma baixa energia de ativação e
ocorrem num ambiente no qual os hidrocarbonetos ainda não foram totalmente consumidos. Este
processo se dá através de um grande número de reações, nas quais os radicais de hidrocarbonetos
são espécies intermediárias formadas durante o processo de combustão. Esse mecanismo foi
proposto em 1971 por Fenimore e as suas principais reações são (HEISON & KABEL, 1999;
CARVALHO JR. & LACAVA, 2003; BAUKAL, 2001):
CH + N2 HCN + N, (2.5.11)
CH2 + N2 HCN + NH, (2.5.12)
43
CH2 + N2 H2CN + N, (2.5.13)
N + O2 NO + O, (2.5.14)
N + OH NO + H (2.5.15)
O NO imediato é absolutamente dependente da presença de hidrocarbonetos, pois chamas como
as de H2 e CO não produzem NO imediato. Em menor grau, existe uma dependência com o tipo
de combustível, temperatura e ritmo de mistura, porém, já o tempo de residência, não afeta muito
a sua formação, uma vez que tempos de residência relativamente longos nessa região podem
levar à destruição do NO, conforme as reações abaixo.
CH+NO→ 1/2N + produtos (2.5.16)
NHi + NO → N2 + produtos (2.5.17)
C+NO→CO+1/2N2 (2.5.18)
C+2NO→CO2 +N2 (2.5.19)
Onde NHi são compostos nitrogenados, podendo ser NH3, NH2
O NOx combustível é aquele formado pela oxidação direta de compostos nitrogenados contidos
no combustível, através de um mecanismo bastante complexo, uma vez que depende da pirólise
do combustível e posteriores reações entre muitas espécies nitrogenadas intermediárias, nas
ou NH.
Excetua-se, para esse caso, chamas muito ricas e com temperaturas baixas, nas quais pode
ocorrer um super-equilíbrio da concentração de NO (VERGNHANINI, 2005).
Esse mecanismo de formação de NOx caracteriza-se por uma duração rápida do processo, uma
vez que a reação se dá numa pequena seção da frente de chama e uma forte dependência da
mistura ar/combustível, pois quanto maior for o excesso de ar, maior a formação de NOx
(LORA, 2002).
Em se tratando de queimadores nos quais a sua geometria foi modificada para se evitar picos de
temperatura e conseqüentemente reduzir a produção de NO térmico, o NOx imediato pode se
tornar mais importante. Porém, este NOx imediato só se sobrepõe ao NO térmico em condições
de combustão rica, que é a combustão que acontece em uma atmosfera rica em combustível, caso
contrário, o térmico representa mais de 70% de todo NO formado (HEISON & KABEL, 1999;
CARVALHO JR. & LACAVA, 2003).
44
quais compostos nitrogenados primários são quebrados dando origem aos radicais nitrogenados
secundários, tais como HCN, CN, NH2 e N, que são convertidos a NO através de reações do
mecanismo de Fenimore anteriormente descrito (GARG, 1992; CARVALHO JR. & LACAVA,
2003). A Figura 2.5.3 mostra espécies envolvidas no mecanismo imediato e no combustível.
Figura 2.5.3 – mecanismos imediato e combustível de formação de NO (adaptado WAIBEL, 1997)
Segundo Garcia (2002), a formação do NOx combustível é bastante dependente do teor de
nitrogênio orgânico existente no combustível, dessa forma, quanto mais pesado ele for, maior
será a sua formação, como nos óleos derivados de xisto, que por possuírem altos teores de
nitrogênio orgânico apresentam elevadas emissões de NOx. Porém, o percentual de conversão do
nitrogênio orgânico a NOx varia entre os combustíveis. Para os óleos combustíveis pesados e os
carvões minerais, esse percentual é de 50%. Tem-se que para caldeiras e fornos petroquímicos
que operam com óleos, as concentrações de NOx nos gases de combustão variam entre 100ppm
para equipamentos pequenos e até 1000ppm para equipamentos de grande porte. Na Figura 2.5.4
é mostrada a influência do teor de nitrogênio do combustível na produção de NOx.
Figura 2.5.4 – emissões de NOx combustível X concentração de nitrogênio no combustível (adaptado
WAIBEL, 1997).
Da mesma forma que para o NOx térmico, as emissões de NOx combustível também se elevam
quando se opera com altos excessos de ar, porém ele é apenas levemente dependente da
45
temperatura, ao contrário do térmico. Eles começam a se formar quando se atingem temperaturas
entre 627-727ºC (LORA, 2002).
Diante do exposto acima, tem-se o seguinte quadro para a formação de óxidos de nitrogênio nas
fornalhas: a altas temperaturas, como as atingidas na combustão do carvão mineral, óleo diesel e
gás natural o mecanismo de formação de NOx que prevalece é o térmico. Porém, em se tratando
de combustão do gás natural em pequenas instalações, o mecanismo de formação que prevalece é
o imediato. Já para a combustão realizada em temperaturas relativamente baixas, como as que
utilizam carvões betuminosos, turfa e biomassa, o mecanismo de formação que prevalece é o
combustível. Dessa forma, ao se avaliar as modificações necessárias no processo para se alcançar
menores emissões de NOx nos processos de combustão deve-se considerar o mecanismo
dominante de formação do poluente no respectivo processo (LORA, 2002).
2.6 NECESSIDADE DA UTILIZAÇÃO DAS TECNOLOGIAS MAIS LIMPAS
Desde a criação da terra há cerca de quatro bilhões e meio de anos atrás que o nosso planeta vem
resistindo às mudanças naturais e lentas que têm ocorrido no seu ambiente. Porém, a partir do
final do século XVIII com a Revolução Industrial e mais intensamente no século XX, vieram a
explosão populacional e o aumento do consumo pessoal, que é mais intenso nos países
industrializados, acarretando uma agressão antropogênica jamais experimentada anteriormente.
O homem primitivo, que consumia uma energia de cerca de 2.000 kcal por dia, passou, nos dias
atuais, a consumir quase 250.000 kcal, o que vem a mostrar a grande pressão que a humanidade
tem exercido no meio ambiente, causando mudanças ambientais rápidas, isto é, através de
décadas o que outrora ocorria através dos séculos. “A forma como a energia é produzida e
utilizada está na raiz de muitas dessas causas” (GOLDEMBERG, 1998).
A indústria é responsável por 35 a 45% do consumo de energia nos países desenvolvidos e uma
parcela maior ainda nos países em desenvolvimento, nos quais ela é a responsável por cerca de
20% da poluição total do ar, sendo que o uso de combustíveis fósseis corresponde a cerca de
90% do consumo da energia atual. Dentro desse contexto, vale ressaltar que as emissões de
46
resíduos gasosos são geralmente mais abundantes se comparadas com as emissões de resíduos
sólidos e líquidos, no ar e na terra (GOLDEMBERG, 1998; KIPERSTOK et al, 2002).
O Relatório Brutland apresentado pela Comissão Mundial da ONU sobre o Meio Ambiente e
Desenvolvimento – UNCED, em 1987, conceituou o desenvolvimento sustentável como sendo
aquele desenvolvimento que é capaz de suprir as necessidades das presentes gerações sem o
comprometimento das futuras gerações poderem suprir às suas (NUSDEO, 2005).
De acordo com Cardoso (2004), as tecnologias ambientais são de extrema importância quando se
pensa em alcançar o desenvolvimento sustentável, pois elas proporcionam o desenvolvimento da
economia de uma forma paralela à conservação dos recursos naturais e à proteção ao meio
ambiente, uma vez que trabalham de uma forma que o benefício ambiental também resulte em
vantagem econômica, o que provoca a desvinculação entre desenvolvimento e ameaças
ambientais.
Segundo a definição da UNIDO – United Nations Industrial Development Organization
“Produção mais limpa significa a aplicação contínua de uma estratégia preventiva, econômica,
ambiental e tecnológica integrada aos processos e produtos, a fim de aumentar a eficiência no
uso de matérias-primas, água e energia, através da não-geração, minimização ou reciclagem de
todos os resíduos gerados nos setores produtivos.” Ou seja, ajusta-se o processo produtivo de
forma que ocorra a diminuição da emissão/geração de resíduos desde pequenas modificações no
modelo existente até a aquisição de novas tecnologias (KIPERSTOK et al, 2002).
Atualmente, com o aumento de catástrofes naturais atribuídas ao efeito estufa, tem crescido
bastante o interesse social pelas questões ambientais. A sociedade finalmente converge para a
conclusão de que da mesma forma que é necessário crescer, é necessário crescer de uma forma
sustentada e, assim sendo, o emprego das tecnologias de produção mais limpa ganha uma grande
importância nos nossos dias, uma vez que estima-se que 70% de todos os resíduos e emissões
gerados pelas indústrias podem ser evitados na fonte através do uso de procedimentos técnicos
sadios e economicamente rentáveis. Além disso, o seu uso como estratégia para um
desenvolvimento sustentável tem mostrado a sua eficácia nesse sentido, através de experiências
realizadas em todo o mundo, quando elas são inseridas nas políticas públicas, planejamento
setoriais, empresariais e no dia-a-dia da sociedade. Desta forma, chega-se a conclusão que os
processos de combustão necessitam fazer uso das tecnologias mais limpas para poderem atingir
um nível mínimo de poluição e se tornarem desta forma menos impactantes (BAAS et al, 1992,
apud EA/UFRGS, 2002; MELLO & NASCIMENTO, 2002).
47
2.7 O PÓLO DE CAMAÇARI
O Pólo Industrial de Camaçari está localizado a 50km de Salvador, na cidade de Camaçari,
Bahia, distando 5km ao norte da sua sede e a 7km ao sul da cidade de Dias D’Ávila. Teve sua
operação iniciada em 29 junho de 1978, com a empresa de insumos básicos COPENE –
Companhia Petroquímica do Nordeste(hoje, Braskem Insumos Básicos) e foi o primeiro
complexo petroquímico planejado do país. Porém, desde o seu início que não só empresas de
natureza química e petroquímica lá se têm instalado, mas também indústrias automotivas, de
celulose, metalurgia do cobre, têxtil e bebidas, tendo sido intensificada essa participação nos
últimos anos, o que o levou a se tornar o maior complexo industrial integrado do Hemisfério Sul,
possuindo um investimento global maior que 11 bilhões de dólares e uma capacidade instalada
acima de 11,5 milhões t/ano. A totalização de sua produção tem uma representação de 35% nas
exportações baianas e participação no PIB baiano superior a 30%, sendo o responsável por quase
metade da oferta de resinas termoplásticas do Brasil (COFIC, 2006).
Figura 2.7.1- Vista do Complexo Industrial de Camaçari (COFIC)
O Pólo Industrial de Camaçari possui a sua localização central na latitude 12º 40’ S e Longitude
38º 20’ W, possuindo uma topografia predominantemente plana, na qual existem pequenas e
suaves elevações a oeste e a nordeste, contrárias às planícies do litoral, ao sul e ao sudeste. Esse
tipo de distribuição do relevo é o fator que determina o escoamento do vento na AIP – Área de
Influência do Pólo, caracterizado por uma brisa noturna oriunda dos ventos mais frios que
descem as colinas durante a noite e a madrugada, ocasionando a convergência do ar para a região
durante a manhã, uma vez que eles se encontram com os ventos alísios, que sopram do oceano,
provocando, dessa forma, uma condição desfavorável à dispersão nesse horário. Em
contrapartida, durante a tarde e início da noite, esses mesmos ventos alísios se juntam aos ventos
ascendentes nas encostas das colinas, facilitando à dispersão do ar para o interior, nesse horário
(CETREL, 2005).
48
O suprimento de matéria-prima do Pólo Industrial de Camaçari é oriundo da RLAN – Refinaria
Landulfo Alves, da Petrobras, localizada no município de São Francisco do Conde, a 27 km do
Pólo. Essas matérias-prima são encaminhadas para a Braskem, onde são transformadas em
matérias-prima para as indústrias de segunda geração, que na seqüência, parte supre as indústrias
de transformação e parte é exportada para outros estados ou países. Nesse vai e vem de matérias-
primas, os processos de combustão são largamente utilizados, pois se faz necessário uma grande
troca de energia para que essas transformações químicas ocorram de uma forma adequada e,
assim sendo, o calor é largamente utilizado como forma de energia, através da queima de
combustíveis fósseis, principalmente na linha de aplicação de plásticos, fibras sintéticas,
borrachas sintéticas, resinas e pigmentos (BARBOSA, 2003).
As empresas do Pólo dispõem de serviços especializados em tratamento ambiental, cuja
responsável é a CETREL – Empresa de Proteção Ambiental, que teve seu início de operação em
1978, tendo inicialmente a função de tratar dos efluentes líquidos gerados no Pólo, mas no
decorrer dos anos ela foi ampliando gradativamente as suas atividades e atualmente ela é
responsável não só pela coleta, tratamento e disposição final de resíduos líquidos e sólidos, mas
também é responsável pelo monitoramento contínuo do ar do Pólo e da sua região de influência,
através da Rede de Monitoramento do Ar - RMA, que opera desde 1994. Essa rede passou por
um processo de ampliação e modernização em 2004, no qual agregou novas estações e torres
meteorológicas e pelo qual todas elas foram equipadas com analisadores contínuos de poluentes
atmosféricos e um software que coleta, armazena e trata os dados. A referida rede monitora o
comportamento do ar atmosférico local em nível de microescala de fenômenos atmosféricos, ou
seja, medindo as turbulências e as térmicas da camada limite planetária, assim como também as
variações dos ventos devidos as rugosidades do terreno e construções na localidade.
Esse sistema de monitoramento do ar hoje existente na área de influência do Pólo teve os seus
alicerces fincados no início da década de 70. Segundo o Relatório Técnico da Qualidade do Ar –
CRA – CEPED/SUDENE(1982), os primeiros relatos sobre medições da qualidade do ar na
Bahia foi um Estudo de Qualidade do Ar – Salvador e Municípios Vizinhos, em 1975, por um
período de apenas quinze dias, no qual analisou-se apenas as concentrações de SO2 e material
particulado em suspensão(MPS) na sede do CEPED – Centro de Pesquisas e Desenvolvimento,
em Camaçari, na planta de gasolina da Petrobrás, em Catu, na Base Naval de Aratu e na cidade
de Simões Filho, além das medidas das concentrações de monóxido de carbono na Praça dos
Veteranos, em Salvador. Por ter sido realizado em um curto intervalo de tempo, não se pode
49
realizar nenhuma conclusão dos estudos, porém destacou-se o fato de que em nenhum dos locais
analisados foi detectado SO2 com o método utilizado, que foi o da Pararosanilina, cujo limite de
detecção era de 10µg/m3. Esses estudos também revelaram baixos níveis de poluente em
Camaçari, aliado também a um baixo desvio padrão, contrastando com o ocorrido em Catu e na
Base Naval de Aratu, que possuíam uma qualidade de ar influenciada por emissões de uma
metalúrgica e de uma indústria cimenteira, respectivamente. Também é importante lembrar que
esses baixos níveis de poluição encontrados em Camaçari nesses estudos são de uma data
anterior a três anos à entrada em operação do Pólo Industrial de Camaçari, que só se deu em
junho de 1978.
Já em 1980 foi realizado um novo estudo da qualidade do ar na Bahia, pelo Centro de Recursos
Ambientais - CRA, no qual foram realizadas 35 medições de material particulado em suspensão
no município de Candeias, no qual não foi detectado ultrapassagem do padrão de 24h, apesar da
média geométrica para uma das estações ter atingido 87µg/m3
Um grande passo para o controle da qualidade do ar no estado da Bahia foi dado em meados de
1980, através de um convênio com a SUDENE – Superintendência de Desenvolvimento do
Nordeste e o CEPED, no qual foi possível a instalação e operação da REPAR – Rede Primária de
Avaliação da Qualidade do Ar, a qual passou a realizar a monitoração da qualidade do ar da
RMS – Região Metropolitana de Salvador, sendo o CRA o seu executor. A partir daí, foi
identificada a área do antigo Complexo Petroquímico de Camaçari – COPEC como sendo a mais
degradada em relação à poluição atmosférica, o que justificou um novo convênio entre a
SUDENE e a SEPLANTEC – Secretaria de Planejamento e Tecnologia do Estado da Bahia, em
1982, o qual proporcionou a instalação de uma rede de quatro estações de monitoramento da
qualidade do ar do tipo OPS/OMS. Essa rede permitiu a determinação diária e simultânea das
concentrações de material particulado em suspensão e de dióxido de enxofre e possibilitou a
, tendo apresentado acentuadas
variações devido à influência de uma indústria de negro-de-fumo próxima. Nesse mesmo ano,
também foram realizadas 15 medições, de MPS em Santo Amaro, além de 20 análises da taxa de
material particulado sedimentável, o qual indicou níveis crescentes desse poluente à medida que
se aproximava de uma fundição de chumbo lá existente.
Dessa forma, pode-se ver que até o ano de 1980 o conhecimento da qualidade do ar no estado da
Bahia restringiu-se a medições esporádicas, de forma que não podiam subsidiar ações de
planejamento e de correção com relação à qualidade do ar na região (CRA, 1982).
50
fiscalização dos Padrões de Qualidade do Ar fixados pela antiga SEMA – Secretaria do Meio
Ambiente e pelo CEPRAM para estes poluentes, até então não monitorados.
Em 17/08/1987 um convênio entre a SEMA e o CRA – Convênio 021 possibilitou a elaboração
de um Projeto da “Rede de Monitoragem da Qualidade do Ar na Área de Influência do Pólo
Petroquímico de Camaçari”. Uma vez que o complexo em questão estava em fase de ampliação,
esse projeto teve como objetivo geral a elaboração de uma rede de monitoramento da qualidade
do ar na área sob influência do COPEC para que fosse avaliado o impacto, principalmente após a
ampliação. A sua execução abrangeu um inventário das emissões atmosféricas na região, um
estudo das condições meteorológicas, um estudo da dispersão de SO2
• Conhecimento da qualidade do ar para que se pudesse fazer a comparação com a
legislação existente;
, além da definição de um
projeto de rede de monitoramento da qualidade do ar no qual determinou-se o número, os tipos e
a localização das estações de amostragem, bem como os parâmetros que deveriam ser
monitorados e os métodos de coleta, criando-se assim, o embrião da atual rede de
monitoramento.
Ao se executar o projeto, foi levado em consideração que com relação à poluição atmosférica as
zonas urbanas de Lamarão do Passé e, em menor escala, a de São Sebastião do Passé, que se
encontram localizadas a noroeste do Pólo e estavam na linha direta do cone de fumaça das
indústrias do complexo. Constatou-se que as cidades de Camaçari e Dias D’Ávila, que se situam
a 3km nas direções sul e norte, respectivamente, apesar de encontrarem-se mais protegidas em
função da direção predominante dos ventos ser a sudeste, tinha-se como fator agravante para elas
a constatação de uma calmaria noturna em virtude de medições realizadas com relação a direção
e velocidade dos ventos, nas quais detectou-se essa calmaria em 70% das medições, além da
pequena distância entre as fontes poluidoras e os receptores.
No projeto de criação dessa rede, procurou-se projetá-la de forma que se pudesse atender aos
seguintes objetivos:
• Acompanhamento das tendências da qualidade do ar;
• Fornecimento de dados para estudos e efeitos;
• Desenvolvimento e acompanhamento de planejamento de ações de controle de poluição
do ar.
51
Nesse projeto definiu-se a implantação de sete estações fixas, sendo duas contínuas e cinco
manuais para o monitoramento do dióxido de enxofre, três estações móveis para material
particulado e também uma estação móvel com monitores contínuos de HC, NOx, O3 e
parâmetros meteorológicos(direção e velocidade dos ventos, umidade relativa e radiação solar).
A partir desse projeto, daria-se início ao monitoramento dos óxidos de nitrogênio na área do
Complexo Industrial de Camaçari e foi de grande importância para a obtenção de uma base
sólida para o conhecimento da poluição atmosférica na área em estudo (CRA,1982).
52
3. REVISÃO DA LITERATURA
3.1 PANORAMA DAS EMISSÕES DE NOx no BRASIL
O problema da poluição do ar no Brasil, assim como no restante do mundo, vem aumentando a
cerca de muito tempo, tendo sido intensificado esse crescimento desde os meados do século XX
e, ao que tudo indica, continuará crescendo ainda por um longo período, a não ser que se tomem
medidas enérgicas para o seu controle em um curto prazo. Em conseqüência da degradação da
qualidade do ar, tem-se também a degradação da qualidade de vida das pessoas de uma forma
democrática, ou seja, tanto nos países ricos, como nos países pobres (REBOUÇAS, 1997).
Porém, nos últimos anos, em virtude de seus efeitos serem já bastante visíveis, inclusive com a
intensificação de grandes desastres naturais como o do furacão Katrina e a seca na Amazônia,
em 2005, é que vem crescendo a preocupação da sociedade com os efeitos da poluição do ar, que
é entendida como sendo a presença na atmosfera de alguma substância estranha em
concentrações suficientes para produzir efeitos prejudiciais e mensuráveis ao homem, animais,
vegetais e aos materiais.
O problema da poluição do ar, assim como os demais problemas de poluição ambiental está
relacionado a uma cadeia cíclica na qual os poluentes nascem, vivem e morrem. No presente
estudo, o nascimento do poluente, que é o NOx, se dá nas emissões oriundas dos processos de
combustão utilizados largamente em grande parte das indústrias situadas no Pólo de Camaçari,
ou seja, em fontes estacionárias. A vida desse poluente foi analisada na atmosfera do Pólo e na
sua área de influência, onde se dá o seu transporte e suas transformações físicas, através da
dispersão ou difusão e sedimentação e nas transformações químicas, através de reações
químicas, tais como se dá na formação do ozônio. A sua morte se dá pela sua remoção, através
dos receptores, que infelizmente são os seres vivos e materiais, que sofrem diretamente as suas
conseqüências (CETREL, 2005).
A Agenda 21, no seu capítulo nono afirma que é condição do desenvolvimento sustentável que
“todas as fontes de energia deverão ser usadas de maneira a respeitar a atmosfera, a saúde
humana e o meio ambiente como um todo”. Ao se analisar o panorama mundial da qualidade do
ar, vê-se que esse assunto não foi devidamente tratado até o presente momento, uma vez que a
53
qualidade do ar nas grandes cidades do mundo não são consideradas muito boas, tendência essa
também verificada no nosso país (ECO 92, 1992).
No panorama nacional, a cidade que apresenta a situação mais grave com relação à poluição
atmosférica é a cidade de São Paulo e sua região metropolitana, em decorrência de se tratar de
um dos maiores aglomerados humanos do mundo. Com uma população superior a 17 milhões de
habitantes, ocupa aproximadamente uma área de 8.051m2, situada num compartimento rebaixado
do Planalto Atlântico, com topografia mais ou menos irregular. Possui altitudes que variam de
6.500 a 1.200m e distando 45 km do Oceano Atlântico, apresenta, geralmente, condições
razoáveis de ventilação (REBOUÇAS, 1997; CETESB, 2005).
O problema da poluição do ar na Região Metropolitana de São Paulo é devido em grande parte a
sua grande frota automotiva, porém as indústrias também representam uma fonte significativa de
emissão, uma vez que existem cerca de 2.000 indústrias de alto potencial poluidor nessa área.
Estimativas realizadas em 2004 indicam que essas fontes são responsáveis por 371 mil t/ano de
óxidos de nitrogênio lançados nessa atmosfera, sendo que os veículos são responsáveis por 96%
desse total (CETESB, 2005).
Com relação ao monitoramento dos poluentes, desde o final da década de setenta que a Região
Metropolitana de São Paulo dispõe de uma eficiente rede de monitoramento da qualidade do ar,
tanto com relação à distribuição temporal, quanto à espacial, que tem mostrado no decorrer de
todos esses anos que a qualidade do ar dessa região vem se degradando gradativamente
(REBOUÇAS, 1997).
Para o caso específico dos óxidos de nitrogênio, os dados de 2004 indicam que não houve
ultrapassagem do padrão horário, que é de 320μg/m³, porém o mesmo não pode ser dito de anos
anteriores, nos quais existiram alguns casos. Vale salientar, também, que o limite nacional é
maior do que o estabelecido pela OMS – Organização Mundial de Saúde, que é de 200μg/m3. Já
o padrão anual, que é de 100µg/m3
Também é importante se analisar a área do Pólo Industrial de Cubatão, de grande relevância para
o país, distando 45 km da cidade de São Paulo. Teve um rápido desenvolvimento a partir dos
anos setenta, tendo-se instalado lá mais de trinta indústrias de grande porte como petroquímicas,
fábricas de fertilizantes, siderúrgicas, dentre outras, tendo alcançado 3% do PIB brasileiro já em
1985. Em virtude desse rápido desenvolvimento, em 1984 as indústrias locais chegaram a lançar
, não tem sido ultrapassado (CETESB, 2005).
54
quase 1.000 t de poluentes por dia, o que veio a provocar níveis críticos de poluição do ar na
região, chegando até a ser considerada a região mais poluída do mundo, tendo, inclusive,
recebido o apelido de “Vale da Morte”. Para a reversão desse quadro crítico de poluição é que
foi implantado em 1984 um programa para controle de poluição industrial, a fim de se reduzir
esses níveis em cinco anos. Através desse programa, as indústrias foram mobilizadas a fim de
que essa poluição fosse reduzida e monitorada e, nesse mesmo ano, 62 cronogramas de
atividades de controle foram firmados entre as indústrias e a CETESB. No período de 1984 a
1994 foram investidos 700 milhões de dólares por parte das indústrias na área de controle
ambiental, o que trouxe uma sensível melhoria na qualidade do ar da região, pois foram
especificados equipamentos, instalações e procedimentos para que os padrões estabelecidos na
Tabela 3.1 fossem atingidos. Também ficou prevista uma série de restrições na operação das
indústrias locais caso fossem atingidos estados de atenção, alerta e emergência com relação à
poluição do ar. Para o grupo dos oxidantes fotoquímicos, no qual o NOx está inserido, ficou
proibida a produção de ácido nítrico e a queima de qualquer combustível em fontes estacionárias
caso o estado de emergência fosse atingido (CETESB, 2005; LORA, 2002; REBOUÇAS, 1997).
Tabela 3.1 – padrão de emissão para processos industriais em Cubatão(CETESB, 2005)
Na atualidade, um programa de aperfeiçoamento do controle das fontes existentes é
desenvolvido pela CETESB, o qual visa o estabelecimento de novos padrões de emissão de
poluentes para as indústrias da região, visando à proteção da vegetação da Serra do Mar, assim
como também o ataque às fontes que ainda não foram controladas. Ainda dentro desse programa,
são realizados a fiscalização e o monitoramento como forma de garantir a melhoria contínua da
qualidade ambiental. Como conseqüência desse empenho na melhoria da qualidade do ar, tem-se
hoje em dia um ar menos poluído do que o da década de 80, indicando, dessa forma, que a
melhoria da qualidade do ar é uma questão de empenho de todos os seguimentos da sociedade
para um bem-estar comum e que quanto mais tarde se toma consciência desse problema, mais
elevados são os gastos para se reverter essa situação (CETESB, 2005).
55
A Região Metropolitana do Rio de Janeiro é composta por dezessete municípios e está inserida
numa área de 4.690km2, com uma população de 11milhões de habitantes, sendo a segunda maior
concentração de população, de veículos, de indústrias e de fontes emissoras de poluentes do país.
Aliado a isso, a região possui características que lhe são peculiares, como a topografia
acidentada, influência da Baía de Guanabara na distribuição e dispersão de poluentes, as altas
temperaturas que favorecem a formação de processos fotoquímicos e a maior densidade
demográfica do país. Para se avaliar a qualidade do ar dessa região, desde 1967 que é realizado o
monitoramento desse ar pelo antigo Instituto de Engenharia Sanitária, que operou as primeiras
estações de amostragem da qualidade do ar. Atualmente, a FEEMA – Fundação Estadual de
Engenharia do Meio Ambiente, órgão responsável pelo controle ambiental no estado, dispõe de
uma rede de monitoramento com 22 estações de amostragem manuais e cinco automáticas, sendo
quatro fixas e uma móvel. Porém, dessa totalidade, apenas as estações automáticas fazem o
monitoramento do grupo universalmente indicador da qualidade do ar, que são: SO2, NOx, O3,
CO, HC, e PI. As demais monitoram apenas PI e PTS (FEEMA, 2007).
Do que acima foi exposto, pode-se observar que o monitoramento do ar nessa região, apesar de
antigo, é deficiente. Mas, mesmo assim, foi possível verificar com relação aos óxidos de
nitrogênio que no período de 1999 a 2001 o padrão nacional para exposição prolongada não foi
ultrapassado, porém foi observada uma tendência crescente. Já o ozônio, verificou-se violações
no seu limite de 160µg/m3 e uma tendência também crescente (PIRES, 2005).
A Região Metropolitana de Belo Horizonte é composta por 32 municípios e possui uma
população de aproximadamente 4,3 milhões de habitantes distribuída em 8.612,3km2,
concentrando 24,3% da população do estado em 1,5% do seu território. Está inserida em uma
região montanhosa, que possui no seu entorno grandes elevações na Serra do Curral, o que vem a
ser um fator agravante para a dispersão dos poluentes que nessa área são emitidos, uma vez que a
ventilação é prejudicada em virtude da topografia da região (FEAM, 2005; REBOUÇAS, 1997).
Em virtude dos motivos acima citados, essa região apresenta um panorama não muito bom com
relação a sua qualidade do ar, em virtude da cidade possuir uma grande frota automotiva e um
parque industrial com empresas de grande porte, principalmente no ramo siderúrgico, além da
Refinaria Gabriel Passos – REGAP, da Petrobras, em Betim, todas essas utilizando amplamente
os processos de combustão. Daí ser essa área emissora em potencial de NOx (REBOUÇAS,
1997).
56
A atual rede de monitoramento do ar da Região Metropolitana de Belo Horizonte foi sendo
construída desde 1995 quando foram instaladas as estações de Betim, Contagem e uma em Belo
Horizonte, a qual se somaram mais duas em 2002. Nesse mesmo ano, também foram
acrescentadas mais duas estações em Betim e uma em Ibirité e a última estação em 2004,
também em Ibirité. São estações automáticas que transmitem os seus dados em tempo real para
duas centrais de dados instalados na Divisão de Monitoramento e Geoprocessamento da FEAM.
Atualmente, todas as estações monitoram os parâmetros meteorológicos velocidade e direção do
vento, temperatura e umidade relativa do ar. Os poluentes monitorados são PI, NOx, SO2, O3 e
CO, sendo que duas estações da região urbana monitoram apenas parâmetros meteorológicos e
partículas inaláveis (FEAM, 2005).
Vale salientar que a rede acima supracitada foi sendo construída ao longo dos anos com recursos
das próprias empresas que na região se instalaram, uma vez que três foram adquiridas pela
REGAP como medida compensatória em seu processo de licenciamento ambiental em 1995 e
mais três em 2002, duas pela Vallourec & Mannesmann Tubes em cumprimento da
condicionante da licença de operação e uma em 2004 pela Usina Termelétrica de Ibirité, também
como mediada compensatória no seu processo de licenciamento (FEAM, 2005).
Apesar de uma rede bem estruturada, essa rede acima descrita apresentou inúmeros problemas
no decorrer dos anos de 2003 e 2004, quando muitas delas ficaram sem operar devido a
problemas de manutenção em seus analisadores. Dessa forma, para o caso do NOx, dados da
FEAM não acusam a ultrapassagem dos limites desse poluente durante esse período, porém o
critério da representatividade não foi alcançado em virtude desses problemas, ou seja, não foi
realizado um mínimo de 50% de dados válidos em um quadrimestre, o que comprometeu a
análise (FEAM, 2005).
No Paraná, a RMC - Região Metropolitana de Curitiba, que é composta de 26 municípios dentro
de uma área de 13.041 km2
Dados do Relatório da SEMA (2006) afirmam que a qualidade do ar na RMC na maioria das
vezes está com a classificação boa ou regular, apresentando alguns episódios de violação. Esse
e possuindo uma população projetada de 3.263.311 habitantes
(IPARDES, 2000-2010) está localizada no primeiro Planalto do Estado do Paraná, possuindo um
parque industrial expressivo, o qual se constitui num pólo regional da indústria nacional, onde se
destacam indústrias automobilísticas, além de uma refinaria da Petrobrás – Refinaria Presidente
Vargas, em Araucária (SEMA, 2007).
57
mesmo relatório também verificou que o número de violações vem diminuindo no decorrer dos
anos, atribuindo-se, inclusive, essa melhoria a avançada legislação do estado hoje em vigor. Para
o caso específico do NOx, esse mesmo relatório mostrou que os maiores valores de NOx horário
são verificados nas estações da REPAR e da CIC, com valores de 310,6µg/m3 e 382,5µg/m3
respectivamente, evidenciando-se, dessa forma, a influência dos processos de combustão nas
emissões desse poluente.
Analisando a qualidade do ar na Bahia, tem-se a Região Metropolitana de Salvador que está
inserida no Recôncavo Baiano e circunda a Baía de Todos os Santos, possui uma boa circulação
de ar em virtude da sua topografia e conseqüentemente apresenta uma boa dispersão de
poluentes, como atenuante dos seus problemas com a poluição do ar, conforme. Porém, é uma
região que sofre influência do parque industrial localizado no seu entorno, como as indústrias do
Centro Industrial de Aratu – CIA, a Refinaria Landulfo Alves – RLAM e o Pólo Industrial de
Camaçari, conforme já foi exposto no capítulo 2.7, sendo objeto de estudo do presente trabalho.
3.2 CONTROLE NA FONTE de NOx
A Produção Mais Limpa trabalha prioritariamente com a redução de resíduos e emissões na
fonte, através da modificação no processo ou no produto. A redução nas emissões dos óxidos de
nitrogênio nos processos de combustão pode ser alcançada trabalhando-se em cima dos fatores
que determinam a sua formação, como o controle da temperatura da fornalha e sobre a
concentração de oxigênio durante a queima. Ela pode ser realizada através de pré-tratamento do
combustível, modificação na combustão e modificação do processo de geração de energia. Esses
métodos são chamados de preventivos ou de pré-combustão. Dentre eles, temos também o uso de
boas práticas operacionais, ou housekeeping. Eles geralmente possuem a propriedade da
aditividade, ou seja, a utilização de mais de um método para a redução das emissões faz com que
a eficiência global para se atingir níveis mais baixos de emissões aumente, de forma que se atinja
um percentual maior de redução de emissões. A seguir, serão apresentadas as técnicas de
controle de NOx aplicadas a processos de combustão em fontes estacionárias (LORA, 2002;
BAUKAL, 2001).
58
3.2.1. Redução do consumo de energia
Ao se adotar as técnicas de produção mais limpas para a redução das emissões de NOx, a
primeira atitude que deve ser tomada é a de redução do consumo de energia, sempre que
possível, pois essa prática levaria não só à redução de problemas ambientais relativos à
degradação da qualidade do ar, mas também à redução do consumo dos combustíveis fósseis,
cujas reservas são finitas. Nesse sentido, é imprescindível que as indústrias promovam a
eficiência energética e por isso um grande progresso tem ocorrido nessa área, uma vez que as
empresas passaram a utilizar métodos técnicos para aumentá-la. De uma forma mais ampla, para
redução do consumo de combustíveis - no caso das emissões nos processos de combustão, não é
suficiente focar-se apenas na eficiência energética das caldeiras e fornalhas, onde a reação
ocorre, ou na eficiência do combustível utilizado. É necessário que se busque a eficiência
energética da planta como um todo, isto é, de cada processo e equipamento e da qualidade da
integração energética de toda a planta (KIPERSTOK et al, 2002).
Dentre os métodos que mais se destacam para se alcançar essa otimização, através da integração
energética, está a Tecnologia Pinch, que consiste em uma técnica de produção mais limpa que
visa aproveitar o calor das correntes quentes que necessitam de resfriamento para aquecer outras
correntes frias que necessitam de aquecimento. No emprego dessa técnica, não só se atinge uma
otimização energética, mas também uma economia em água de resfriamento (LINHOFF et al.,
1998; SOUZA NETO, 2005).
Um outro artifício que a indústria tem lançado mão na atualidade para atingir uma melhor
eficiência energética é a co-geração. Isto é, gera energia mecânica e térmica, ao mesmo tempo, a
partir de uma fonte de energia primária: a combustão. A partir daí, utiliza-se a energia mecânica
como trabalho ou como energia elétrica, através de sua transformação em um gerador de
eletricidade. Já a energia térmica é utilizada como fonte de calor para os processos industriais,
tão necessários em indústrias químicas e petroquímicas, dentre outras, tais como a grande
maioria das indústrias do Pólo de Camaçari. Para que essa co-geração seja realizada de uma
maneira mais limpa e mais eficiente, é necessário que na queima dos combustíveis fósseis sejam
utilizadas as técnicas de redução das emissões de NOx nos processos de combustão, na fonte
(XAVIER, 2005).
59
Também é importante salientar que para se atingir uma boa eficiência energética é necessário
que a empresa adote as boas práticas operacionais (housekeeping) em geral, que consistem em
medidas de um certo grau de facilidade de implantação na empresa, podendo, porém, incluir
mudanças no nível organizacional da mesma. Constituem-se em alterações simples no processo
ou matéria-prima, abrangendo, inclusive, treinamento e motivação de pessoal, alteração na
concentração ou dosagem de produtos, reorganização do sistema de manutenção preventiva e
corretiva, evitar perdas por evaporação, dentre outras. Neste grupo inclui-se, no caso específico
das reduções de emissões de NOx nos processos de combustão, um programa de operação e
manutenção adequados, incluindo a prevenção de perdas e dissipação de energia que são
provocadas por vazamentos que ocorrem dentro ou para fora do sistema. Ou seja, deve existir
uma rotina de inspeção objetivando à detecção de perdas e vazamentos, danos em isolamentos,
além do uso de selos em tanques e dutovias (KIPERSTOK et al, 2002; MACADANS et al,
2002).
3.2.2 Substituição ou pré-tratamento de combustível ou oxidante:
a) Troca de combustível:
Para se atingir emissões cada vez mais baixas, a produção mais limpa lança mão da substituição
de insumos e processos, que consistem na substituição de insumos e processos mais poluentes
por outros menos poluentes ou perigosos, de forma que se reduza o volume de emissões, através
da redução do número de componentes no processo, uso de substâncias livres de material
pesado, uso de energias alternativas, uso de substâncias menos tóxicas, etc. Nesta categoria está
a troca de um combustível mais pesado por outro mais leve, como é o caso da troca de carvão
mineral por óleo combustível. Neste caso, vale ressaltar que em busca de resultados ambientais
melhores e de menores custos, muitas empresas na atualidade têm efetuado a troca do seu
combustível anteriormente utilizado na combustão pelo gás natural, que vem ganhando espaço
na matriz energética brasileira e especificamente baiana, com a entrada em operação do Campo
de Manati, em março deste ano. Nos anos 90, o uso do gás natural cresceu cerca de 22% e tem
apresentado uma tendência crescente de uso, em virtude dele ser de baixo custo, ter queima
limpa e alta disponibilidade. Porém, para o caso específico das emissões de NOx, o gás natural
apresenta desvantagem nesta substituição. Como se pode observar na Figura 3.2.2, as emissões
de NOx em caldeiras que queimam gás natural é cerca de 11 a 31% maior do que nas caldeiras
que queimam óleo combustível, dado às altas temperaturas atingidas pela combustão do gás
natural. Sendo assim, torna-se imperativo que na sua queima sejam utilizadas as técnicas de
60
controle de NOx, especialmente na fonte, para que dessa forma esse problema possa ser
minimizado resultando, assim, num verdadeiro ganho ambiental . Vale ressaltar, que em virtude
dos problemas anteriormente expostos, o assunto do gás natural é um tema polêmico, o qual
sempre desperta simpatizantes e opositores (HINRICHS & KLEINBACH, 2003; SILVA et al,
2006).
Também como forma de substituição de combustível, é importante citar a biomassa, que vem
crescendo gradativamente na matriz energética mundial e brasileira. Entende-se por biomassa
uma fonte de energia mais limpa e renovável, que pode ser encontrada em grande abundância e
sendo derivada de materiais orgânicos, tais como cana-de-açúcar, bagaço de cana, restos de
madeira, óleo vegetal, estrume de gado e lixo. Porém, esse é um tema polêmico, pois na
atualidade a maior parte dos biocombustíveis produzidos não são economicamente rentáveis,
sendo necessária uma política de subsídios para a sua produção. Também deve ser levada em
consideração a disponibilidade local de alimentação, o direito ao uso e à propriedade da terra, os
impactos provocados no ambiente local, como erosão, contaminação do solo, água e ar pelo uso
de pesticidas e fertilizantes químicos. Dessa forma, a aplicação da biomassa para fins energéticos
deve-se focar mais na utilização de resíduos. Como exemplo dessa utilização, temos o projeto de
aproveitamento dos gases do Aterro Centro Salvador, na região metropolitana de Salvador. Um
outro exemplo é a utilização de briquetes, que são produtos que possuem um alto poder
calorífico e podem ser produzidos a partir da compactação do pó de serragem ou de cascas
vegetais como a casca de coco, bastante abundante na Bahia e um problema ambiental enquanto
resíduo sólido, dado ao grande volume produzido neste estado. O Protocolo de Quioto instituiu
no seu artigo 12 um mecanismo que permite aos países desenvolvidos que possuem metas de
redução de emissões de gases de efeito estufa compensarem essas suas emissões através de
projetos de tecnologias mais limpas instalados em países em desenvolvimento, que geram dessa
forma créditos de carbono a partir do cálculo da quantidade de gases de efeito estufa que
deixaram de ser lançados no ar em virtude da implementação das mudanças. Dessa forma, esses
projetos podem ser financiados por outras empresas estrangeiras (PÓLO NACIONAL DE
BIOCOMBUSTÍVEIS, 2008; FIEC, 2003; SILVEIRA, 2008; NUSDEO, 2005).
61
0,000,501,001,502,002,503,003,50
1,11 1,20
3,18
1,001,54
Emissão relativa de Nox
Figura 3.2.2 – Emissões relativas de NOx para diversos combustíveis (adaptado VIEIRA, 2005)
b) Pré-tratamento do combustível:
Esta técnica consiste em tratar previamente o combustível antes de seu uso no processo de
combustão. Um exemplo desta técnica é a remoção do nitrogênio ligado do óleo combustível,
através do processo de hidrotratamento com hidrogênio, ou a remoção do nitrogênio molecular
do gás natural. Normalmente esta técnica possui alto custo, mas estão surgindo tecnologias
alternativas com o uso da remoção simultânea de compostos nitrogenados pela técnica de
oxidação (BAUKAL, 2001; SOUZA, 2003).
c) Aditivos:
Consiste em adicionar na corrente de alimentação do combustível ou oxidante uma substância
química com o objetivo de reduzir as emissões de NOx através da mudança da química dos
processos de combustão. Um exemplo desse tipo de técnica é a injeção de amônia na corrente do
ar de combustão, sob certas condições. Vários fatores devem ser considerados para aplicação
dessa opção, tais como economia, efeitos no processo e cada combinação química através do
processo (BAUKAL, 2001).
d) Troca de oxidante:
Esta é uma técnica que poderá ser utilizada no futuro, caso sejam desenvolvidas novas técnicas
de separação de oxigênio do ar e dessa forma torne o seu uso viável nos processo de combustão.
A combustão com oxigênio puro ocorre sem a presença de nitrogênio do ar atmosférico,
eliminando a possibilidade de formação de NOx. Esta técnica possui atualmente custo muito
elevado devido à energia gasta para separar o oxigênio do ar (BAUKAL, 2001).
62
3.2.3 Modificações no processo de combustão:
a)Redução do ar pré-aquecido
Uma técnica de modificação da combustão é a redução da temperatura de pré-aquecimento do ar
de combustão, uma vez que o uso de ar pré-aquecido tem uma grande influência no aumento das
emissões de NOx. Porém, esta prática também provoca uma queda na eficiência térmica do
sistema. Entretanto, essa perda pode ser mitigada se o forno for equipado com uma seção de
convecção. Esta é uma técnica que facilmente pode ser empregada, na qual o único custo efetivo
a ser considerado é a perda de eficiência, que é compensada com redução das emissões de NOx e
dessa forma deve ser avaliada (BAUKAL, 2001).
b)Baixo excesso de ar:
O excesso de ar geralmente tem como fonte o ar suprido nos queimadores e o ar oriundo de
infiltrações. Esse segundo também pode ser significativo no aumento das emissões, caso essas
infiltrações ocorram numa zona próxima aos queimadores, uma vez que o excesso de ar aumenta
as emissões de NOx em virtude do N2 e O2
Em muitos casos, o NOx pode ser reduzido apenas reduzindo-se o excesso de ar através dos
queimadores, porém existe um limite prático para essa redução, que é dado pela emissão de CO,
pois se o excesso de ar reduzido estiver abaixo desse limite, haverá aumento das emissões de
CO, que além de ser um poluente muito tóxico é um sinal de que o combustível não está sendo
totalmente queimado e dessa forma a eficiência do sistema não está boa. Assim sendo, um
pequeno excesso de ar é necessário para assegurar a combustão completa do combustível e as
combinados numa zona de reação de alta
temperatura formarem óxido de nitrogênio (BAUKAL, 2001).
Além de um baixo excesso de ar reduzir a formação de NOx, ele também beneficia a eficiência
térmica em virtude de uma quantidade adicional de ar absorver energia do sistema para ser
aquecido e depois lançado fora com os efluentes gasosos. Dessa forma, a otimização do
suprimento de ar tanto reduz a formação de NOx como também o consumo de combustível. A
redução da concentração de oxigênio local em decorrência da minimização do excesso de ar na
zona de combustão forma uma atmosfera redutora a qual inibe tanto a formação de NOx térmico
quanto o NOx proveniente de compostos nitrogenados do combustível (BAUKAL, 2001).
63
emissões de CO, em virtude da mistura entre combustível e oxidante na difusão da chama do
queimador não ser perfeita. Também se deve levar em conta que o excesso de ar mínimo está
relacionado com o tipo de combustível utilizado, como por exemplo, no caso de queimadores de
gás, que necessitam de um menor excesso do que os de óleo combustível. Um excesso de ar de 2
a 4% tem se mostrado ser a melhor relação para a eficiência térmica e a redução das emissões de
CO (EPA, 1993).
Existem, ainda, algumas técnicas especiais que controlam a quantidade de O2 na chama. Entre
elas, está a combustão pulsante, que reduz as emissões de NOx através da alternância entre
combustão rica e combustão pobre, sendo que a estequiometria global da reação é mantida
controlando-se as pulsações. Entretanto, essa não é uma técnica comumente usada na indústria,
por causa de problemas operacionais decorrentes da alta freqüência do ciclo de troca de válvulas
que ainda não foi satisfatoriamente resolvido (BAUKAL, 2001).
c) Estagiamento:
A combustão por estagiamento é a adição gradativa de combustível ou oxidante, ou seja, a
injeção de um desses dois elementos após a principal zona de combustão, de forma que se
promova regiões ricas e pobres na câmara de combustão e dessa forma haja o controle da
temperatura e das concentrações, e assim se criem condições desfavoráveis à formação de NOx (
CARVALHO JR. & LACAVA, 2003).
No estagiamento de combustível, parte do combustível é injetado na zona primária de
combustão, ao passo que o combustível restante é adicionado na zona secundária, chegando até
mesmo, eventualmente, a ser introduzido numa zona terciária. O estagiamento de combustível
produz uma zona primária rica em O2 e dessa forma uma diminuição de temperatura de pico,
pois parte da energia do sistema é gasta para aquecer o O2 excedente e, assim sendo, reduz a
formação de NO. O excesso de ar que não é utilizado na zona primária é utilizado para queimar o
restante do combustível adicionado na zona secundária. A Figura 3.2.3.1 ilustra um queimador
que opera com estagiamento de combustível (BAUKAL, 2001; WAIBEL, 1997).
64
Figura 3.2.3.1- queimador com estagiamento de combustível (adaptadoWAIBEL, 1997).
No estagiamento do ar, uma fração do ar de combustão é injetado na zona primária, ao passo que
o restante é adicionado numa zona secundária e até mesmo numa zona terciária. Essa técnica
produz uma zona primária com queima rica, o que é desfavorável à formação de NOx, pois a
reação ocorre numa zona redutora, na qual N2 é preferencialmente formado ao invés de NOx.
Apesar da temperatura inicial da chama ser alta na zona de combustão, a formação de óxidos de
nitrogênio é limitada pela baixa concentração de O2. Dessa forma, o estagiamento do ar é
preferível ao estagiamento de combustível quando se opera com óleos combustíveis pesados, por
essa técnica também inibir a formação de NOx combustível. Já nas zonas posteriores, é
adicionado o restante do ar e dessa forma promove-se a queima do combustível não queimado na
zona primária (BAUKAL, 2001).
À medida que se aumenta o estagiamento, há uma queda da temperatura e da qualidade da chama
e, em conseqüência, o fluxo que provêm da chama é prejudicado. Em decorrência, essa técnica
não deve ser aplicada em processos de aquecimento nos quais o fluxo do fluido possa ser
seriamente afetado por variações da distribuição do fluxo de calor, tal como reforma a vapor do
metano, altamente endotérmica (EPA, 1993; WAIBEL, 1997). A Figura 3.2.3.2 apresenta um
esquema de um queimador com estagiamento de ar.
Figura 3.2.3.2 – queimador com estagiamento de ar (adaptado WAIBEL, 1997)
65
d) Recirculação dos gases de combustão:
Esta técnica baseia-se no controle de temperatura na região da chama, através da diluição do ar
oxidante, com o retorno de parte dos gases de saída da câmara, que serão pré-misturados com o
oxidante a concentrações de 10% a 20% em base volumétrica, conseguindo-se dessa forma uma
redução das emissões de NOx em até 80% (CARVALHO JR. & LACAVA, 2003).
A recirculação pode ser interna ou externa. Na recirculação externa, os gases exaustos são
recirculados para a chama através dos queimadores por um duto externo ao forno. Embora o
forno ou o fluxo de gases sejam bastantes quentes, eles são consideravelmente mais frios do que
a chama e, assim sendo, eles reduzem a temperatura da chama, provocando um sensível
decréscimo na formação de NOx.
Para aplicação desta técnica é necessário que sejam utilizados queimadores com aerodinâmica
adequada para que se tenha um controle eficiente entre o combustível e o oxidante e assim sejam
evitadas bolhas de calor, proporcionando uma temperatura uniforme na chama, ocasionando
temperaturas mais baixas e um maior controle da química na chama, de forma a reduzir a
formação de NOx. Também é necessário um sistema de ventilação que proporcione a
recirculação dos gases externos para a fornalha e de volta através do queimador, que deve ter
uma estrutura tal que suporte o volume adicional e a diferença de temperatura entre os gases
recirculados que estão sendo parcialmente ou completamente misturados com os gases de
combustão. Em seguida é mostrado na Figura 3.2.3.3 um esquema de uma recirculação externa.
Figura 3.2.3.3 – esquema de uma recirculação externa (adaptado BAUKAL, WAIBEL & WEBSTER,
2006)
Para o caso da recirculação interna, os gases resultantes do produto da combustão são
recirculados dentro da própria chama. Apesar destes gases possuírem temperatura bastante
66
elevada, esta temperatura é mais baixa do que a temperatura da chama e desta forma eles
reduzem essa temperatura, diminuindo, conseqüentemente, a formação de NOx. A Figura 3.2.3.4
apresenta um esquema de uma recirculação interna de gases (BAUKAL, 2001).
Figura 3.2.3.4 – recirculação interna (adaptado BAUKAL, WAIBEL & WEBSTER, 2006)
O aumento do percentual de gases recirculados provoca um decréscimo do NOx térmico, mas
provoca instabilidade da chama, o que determina um limite para essa recirculação, que é em
torno de 15% a 25%, o que proporciona uma redução de NOx térmico em torno de 50%.
Também deve ser levado em consideração que para cada 1% de gases recirculados há uma perda
de eficiência na caldeira em torno de 0,01-0,03%. Para combustíveis com baixo teor de
nitrogênio na sua composição elementar, atinge-se redução de emissões na faixa de 40-80%.
Dessa forma, a técnica é mais indicada para ser utilizada em sistemas que operam com
combustíveis que possuem baixo teor de nitrogênio, como o gás natural, apresentando grande
eficiência quando usada juntamente com o estagiamento de ar (JONES, 1994; LORA, 2002).
A eficiência desse método depende fundamentalmente da fração dos gases recirculados e o local
em que eles são introduzidos na fornalha. Assim sendo, temos que para a queima do gás natural e
o óleo combustível com uma taxa de recirculação em torno de 20%, tem-se uma eficiência em
torno de 50% na redução das emissões de NOx quando os gases efluentes da combustão são
introduzidos junto com o ar primário, 25% quando eles são introduzidos através do canal anular
localizado ao redor do queimador e 15% quando são introduzidos em bocais localizados embaixo
dos queimadores ( LORA, 2002).
Para se implantar um sistema com recirculação de gases, alguns investimentos devem ser feitos,
como a instalação de um duto, um ventilador para recirculação do fluxo de gases, unidade
controladora de fluxo, queimadores especiais e instrumentação de controle de combustão
(BAUKAL, 2001).
67
Por as técnicas de redução das emissões de NOx apresentarem a propriedade da aditividade, ao
se combinar as técnicas de combustão com baixo excesso de ar, recirculação dos gases de
combustão e o estagiamento, pode-se atingir níveis de redução de emissões de NOx em torno de
70-90% durante a combustão do gás natural e óleo combustível e em torno de 40-60% durante a
combustão do carvão mineral (LORA, 2002).
e) Injeção de água ou de vapor:
Esta técnica é baseada no princípio de que a redução da temperatura no processo de combustão
proporciona uma redução nas emissões de NOx. Dessa forma, a água é utilizada como um
diluente do comburente na região da chama, proporcionando um controle de temperatura. O
método consiste em injetar água sobre o ar oxidante antes que ele atinja a câmara de combustão,
diminuindo assim a temperatura na região da queima pela absorção de calor latente de
vaporização. Entretanto, os efluentes gasosos carregam consigo parte da energia do sistema, o
que provoca uma redução na eficiência energética. Para amenizar esse problema, pode-se utilizar
vapor ao invés de água, uma vez que o vapor já possui o calor latente de vaporização,
absorvendo menos energia do que a água, além de se misturar mais facilmente com os gases de
combustão. Uma opção é utilizar o excedente de vapor de baixa pressão que é desperdiçado na
indústria. Contudo, para quantidades equivalentes, a injeção de água é mais efetiva do que a de
vapor em cerca de 50%. Alternativamente, também pode-se injetar água/vapor no combustível e
a partir daí realizar a queima de uma emulsão, entretanto apenas pequenas reduções de NOx são
atingidas (MAKANSI, 1988).
Segundo Carvalho Jr. & Lacava (2003), esta técnica não é utilizada como controle primário de
NOx, uma vez que bons níveis de redução são alcançados apenas quando grandes quantidades
são injetadas, provocando, dessa forma, grande desperdício de energia. Assim sendo, ela deve
estar associada a uma outra técnica ou a uma pequena necessidade de redução de emissão.
Para se avaliar o uso desta técnica, algumas considerações devem ser analisadas, tais como
(MAKANSI, 1988):
i)as emissões de CO e hidrocarbonetos não queimados aumentam, especialmente com baixas
cargas;
ii)o consumo de combustível aumenta 5% para poder fornecer calor latente de vaporização à
água;
68
iii)a água que foi tratada é perdida na chaminé;
iv)controle de turbina e de monitoramento são mais complexos;
v)a confiabilidade e a vida útil do equipamento devem ser afetados.
Segundo Lora et al (2004, apud MOREIRA, 2005, p. 83), em se tratando de usina de geração
termelétrica, a injeção de água ou vapor possui a vantagem de além de reduzir os níveis de
emissão de NOx, também elevar um pouco a potência gerada pela turbina, uma vez que aumenta
o fluxo de massa através da mesma.
f) Requeima:
Requeima ou combustão estagiada de combustível é uma técnica de remoção de NOx dos
produtos de combustão que utiliza um hidrocarboneto combustível como agente redutor, sendo
preferíveis os que tenham baixo teor de nitrogênio em sua composição e alta volatilidade, como
por exemplo, o metano. O hidrocarboneto é injetado nos gases de queima, após a zona primária
de combustão, na qual os gases estão a elevadas temperaturas. À medida que os gases da queima
passam através da zona redutora rica em combustível, o NOx é reduzido para N2. O CO e o
combustível não queimado dos efluentes gasosos sofrem então a combustão numa zona com
temperaturas bem mais baixas do que a da zona principal de combustão, sendo, portanto,
desfavorável à formação de NOx (BAUKAL, 2001; MAKANSI, 1988).
Entretanto, existem alguns problemas operacionais ao se lidar com esta técnica, como adequar a
injeção de gás de requeima e dos efluentes gasosos, manter a capacidade da zona de requeima de
sustentar a combustão numa parte do processo com baixa temperatura, para que se minimize a
formação de NOx. Também se deve procurar recuperar a energia produzida durante a requeima,
adicionando-se esse calor ao sistema (BAUKAL, 2001).
A requeima requer a criação de três zonas distintas de reação, que são uma zona primária
operada próxima à condição estequiométrica, uma subestequiométrica zona de requeima para
reduzir o NOx da zona primária e uma zona terciária ou zona de requeima onde o ar é injetado
para completar a requeima (JONES, 1994).
69
g) Queimadores de baixa formação de NOx:
Um queimador ou maçarico é um equipamento no qual se promove a mistura controlada entre o
ar e o combustível de forma a se obter uma chama bem conformada e estável, através da
dosagem desses dois reagentes em proporções adequadas ao limite de flamabilidade para ignição
e para uma queima estável. Os queimadores convencionais normalmente apresentam níveis
elevados de formação de NOx. Em contrapartida, os queimadores de baixo NOx, ou de alta
eficiência, ou de ar forçado ou de alta intensidade apresentam níveis bem mais baixos de
emissões, tanto de NOx como de SO3 a partir do SO2, uma vez que operam com excessos de ar
extremamente baixos: 2% com gás natural e até 10 a 15% com resíduo asfáltico. Além disso,
eles possuem uma alta razão de redução de capacidade, isto é, uma grande flexibilidade de carga,
podendo atingir até 10:1, ou seja, ele tem a capacidade de operar no máximo com até 10 vezes a
sua capacidade mínima de liberação de calor (GARCIA, 2002).
Esses tipos de queimadores operam com pressões elevadas de ar de queima, em torno de 100 a
300mm de coluna d’água na caixa de ar e uma capacidade de liberação de calor também bastante
elevada, existindo modelos com até 140 Gcal/h(desde 600 kg/h até 14 t/h de óleo combustível).
Eles proporcionam a diminuição da concentração de O2
Os queimadores de recirculação interna são assim chamados por proporcionarem a reciclagem de
parte dos gases de combustão no interior da própria chama, em virtude de possuírem um
escoamento rotativo bastante turbulento, uma vez que o ar de queima é dividido em duas partes,
sendo que numa delas o ar passa por um turbulador, o que ocasiona um movimento rotatório
intenso, provocando o giro do ar primário e do óleo pulverizado. O ar remanescente passa
através do direcionador de ar, a fim de modelar o envelope da chama. Eles operam com uma
nebulização mista, isto é, primeiramente ela é realizada mecanicamente e depois, com o auxílio
na seção inicial da chama, onde ocorre a
ignição e combustão dos voláteis e proporcionam uma seqüência de combustão rica e pobre, que
é alcançada por meios aerodinâmicos, de forma diferente da combustão estagiada, na qual se
utiliza a injeção de combustível e ar por locais diferentes da fornalha. Ou seja, eles proporcionam
o estagiamento da combustão frente à boca do queimador (GARCIA, 2002; LORA, 2002).
Apesar desses queimadores serem bem mais caros do que os convencionais, ao se optar pelo seu
uso deve-se levar em consideração a menor quantidade de equipamentos requerida para uma
dada liberação de calor e a menor emissão de poluentes que eles proporcionam. São divididos
em duas categorias: os de recirculação interna e os de recirculação externa (GARCIA, 2002).
70
de um fluido de nebulização, que pode ser vapor ou ar, numa proporção em torno de 4% da
vazão do óleo combustível. A pressão de operação do óleo combustível deve ser alta, em torno
de 2,0 MPa. Em contrapartida, a pressão do fluido auxiliar pode ser bem menor, uma vez que a
maior parte da energia de pressão do óleo é usada na seção de nebulização mecânica (GARCIA,
2002).
Esses tipos de queimadores proporcionam uma chama que possui três zonas distintas. Na
primeira zona, que é a de pré-combustão e pré-gaseificação, ocorre o craqueamento térmico do
combustível devido às altas temperaturas de aquecimento. Porém, por ser uma zona com
escassez de ar, não só a formação de NOx, mas também a oxidação do SO2 a SO3 são inibidas.
Já na segunda zona, que é denominada de zona de retro-combustão, por ser muito turbulenta em
virtude do turbulador existente no queimador, ocorre o retorno de parte dos gases semi-
queimados dos gases de combustão, que se encontram com um grande excesso de ar, provocando
dessa forma uma zona oxidante e por fim tem-se a terceira zona, que é a de combustão
propriamente dita, ligeiramente oxidante ou neutra, conforme pode ser visualizada na Figura
3.2.3.5.
Figura 3.2.3.5 – Zonas da chama (adaptado
Existem também os queimadores com recirculação externa, também conhecidos como
queimadores com recirculação discreta dos gases de combustão, os quais captam esses gases na
câmara de combustão, retornando-os para o queimador através da sua mistura com o ar, ou
diretamente pela mistura na caixa de ar, também chamada de plenum ou câmara de equalização
do escoamento de gases do forno. No projeto para implantação desses queimadores, cuidados
71
especiais devem ser dados aos dutos e às caixas de ar, para que seja alcançada uma mistura
homogênea, de forma que se tenha uma boa distribuição para todos os queimadores do
respectivo forno. Esses queimadores operam com baixos excessos de ar e conseguem atingir uma
redução de até 75% nas emissões de NOx (GARCIA, 2002).
h)Queimadores de ultra baixa emissão de NOx:
Os queimadores de ultra baixa emissão de NOx são queimadores de última geração que foram
desenvolvidos com o objetivo de satisfazer as restritivas leis de emissão da South Coast Air
Quality Management District, da Costa Sul do Estado da Califórnia, nos Estados Unidos, a qual
possui um dos limites mais restritivos de emissão de NOx no mundo, uma vez que os
queimadores existentes na época não conseguiam reduzir as emissões aos limites estabelecidos
por essa lei. Essa classe de queimadores pode incorporar mais de uma técnica de redução de
emissões, como a própria recirculação interna do fluxo de gás e a injeção de vapor. Eles são
projetados para recircular calor e reduzir o fluxo de gás da chama ou da fornalha na zona de
combustão, o que provoca uma redução na concentração de oxigênio sem que a temperatura da
chama seja reduzida a um nível abaixo da temperatura ótima para uma combustão eficiente. Isso
é conseguido através da criação de um efeito venturi, provocado pela injeção de gás combustível
através dos queimadores primários e secundários e da injeção de vapor (EPA, 1993).
Ao se reduzir a concentração de oxigênio na chama, tem-se que a produção de NOx combustível
é largamente impactada, o que vem a indicar que a recirculação interna dos gases é uma técnica
indicada para fornos que queimam combustíveis com nitrogênio em sua composição. Isto é
especialmente verdadeiro quando combinado com a combustão estagiada como, por exemplo,
nos queimadores MNC da John Zink e Transjet da Hague International.
Os queimadores de ultra-baixo NOx ( ULNBs ) são capazes de alcançar níveis de emissão de
NOx mais baixos que os queimadores de baixo NOx ( LNBs ). Níveis de emissões para NOx
reportados por uma refinaria utilizando queimadores de ultra-baixo NOx, variam na faixa de
0,050 a 0,031 lb/MMBtu. Emissões de NOx controladas em 0,025 lb/MMBtu vêm sendo
reportadas pelo modelo de queimador ULNx do fabricante Selas. Este nível de emissão é
reportado para a queima de gás natural em uma câmara de combustão a temperatura de 1250oC(
2.280 oF). Em um forno queimando gás de refinaria usado em um queimador de combustão
estagiada e com ré-circulação interna de gás de combustão é previsto um nível de emissão de
72
NOx de 55 ppmv a 3 % de O2 nos gases de combustão ( 0,066 lb/MMBtu ) a 273 oC ( 524 oF ).
Operando sob diferente condições de câmara de combustão que o queimador da Exxon, os
queimadores NDR da John Zink para fornos com tiragem natural foram projetados para atender a
Lei 1109 de emissões nos EUA ( SCAQMD ) ( 0,03 lb/MMBtu ou de 25 a 28 ppmv dependendo
da composição do combustível ). Reduções adicionais de 5 a 10 ppmv são possíveis de ser
alcançadas com injeção de aproximadamente 0,12 lb de vapor de água por libra de combustível.
(EPA, 1993; WAIBEL, 1997). A Figura 3.2.3.6 a seguir exibe um esquema de um queimador
INFURNOX que combina o estagiamento de combustível com a recirculação dos gases de
combustão.
Figura 3.2.3.6 – esquema de um queimador INFURNOX (adaptado WAIBEL, 1997)
i) Combustão catalítica:
O sistema XONON é uma tecnologia mais limpa aplicada à combustão em turbinas a gás a qual
utiliza um catalisador integrado dentro do combustor para limitar a temperatura da reação a um
nível abaixo do qual se dá a formação de NOx, o que também proporciona a baixa formação de
COVs e CO. A interação do ar com o combustível se dá em uma superfície catalítica, na qual se
realiza a combustão parcial, que será completada à jusante do catalisador, em uma combustão
sem chama. Parte do combustível é inserida em um queimador que realiza uma pré-queima, de
forma que aumente a compressão do ar. Atinge-se nesta tecnologia emissões de 3ppm de NOx e
10ppm para hidrocarbonetos e CO, segundo os fabricantes (XAVIER, 2004; ARB, 2004). Nas
Figura 3.2.3.7 e 3.2.3.8 é mostrado o esquema de aplicação da tecnologia XONON.
73
Figura3.2.3.7 – Esquema de um sistema de combustão fria XONON (adaptado ARB, 2004).
3.2.4. Boas Práticas Operacionais
A Produção Mais Limpa trabalha prioritariamente com a redução de resíduos e emissões na
fonte, através da modificação no processo ou no produto. As modificações no processo se dão
através da adoção dos seguintes procedimentos:
Adoção de boas práticas (housekeeping): em geral, consistem em medidas de um certo grau de
facilidade de implantação na empresa, podendo, porém, incluir mudanças no nível
organizacional da mesma. Constituem-se em alterações simples no processo ou matéria-prima,
abrangendo, inclusive, treinamento e motivação de pessoal, alteração na concentração ou
dosagem de produtos, reorganização do sistema de manutenção preventiva e corretiva, evitar
perdas por evaporação, dentre outras. Neste grupo inclui-se, no caso específico das reduções de
emissões de NOx nos processos de combustão, o programa de manutenção e operação
adequados, já descrito anteriormente (KIPERSTOK et al, 2002).
Os processos de combustão ocorrem em caldeiras e em fornos e é de extrema importância que
esses equipamentos tenham um programa de manutenção e operação adequados para que se
evitem perdas de energia. Sendo assim, deve-se ter em prática na empresa rotinas para:
• Verificação da composição dos gases da combustão, principalmente com a contínua
monitoração de oxigênio;
• Temperatura dos combustíveis líquidos;
• Limpeza dos resíduos de combustão de líquidos das superfícies de troca térmica;
• Reparo de eventuais avarias no isolamento térmico;
• Reparo de eventuais vazamentos de gases de combustão ou infiltrações de ar;
74
• Avaliação da eficiência dos sistemas de recuperação de calor
(pré-aquecimento de ar e/ou água e geração ou super-aquecimento de vapor)
(KIPERSTOK et al, 2002).
3.3 CONTROLE DE FIM DE TUBO de NOx
A última técnica de redução de NOx a ser considerada é a de pós-tratamento, ou seja, a utilização
de técnicas de fim de tubo, as quais realizam o abatimento do NOx após a sua formação. As
técnicas de pós-tratamento mais utilizadas são as de redução seletiva catalítica (RCS) e a de
redução seletiva não catalítica (RCNS). Outras técnicas utilizadas incluem oxidação-absorção,
oxidação-absorção-redução, absorção-oxidação e absorção-redução, além das metodologias de
leito em carvão ativado, transmissão de reação de elétron e reação com hidrocarbonetos. Muitas
dessas técnicas são simples para serem implantadas em processos já existentes, porém já outras
são sofisticadas e de difícil operação (BAUKAL, 2001).
Um aspecto muito importante para ser levado em consideração ao se escolher um método de
redução das emissões de NOx é que as técnicas de fim de tubo não trazem benefício para o
aumento da eficiência energética do processo de combustão. Contudo, estas técnicas podem ser
usadas de forma conjunta com tecnologias de redução na fonte, visando atender aos requisitos
legais mais restritivos de baixa emissão de NOx, como ocorre no estado da Califórnia nos EUA
com a South Coast Air Quality Management District, a qual possui um dos limites mais
restritivos de emissão de NOx no mundo (BAUKAL, 2001; GARG, 1992).
3.3.1 Redução Catalítica Seletiva
É uma técnica de tratamento dos gases efluentes dos processos de combustão que consiste em
injetar amônia a montante de uma secção catalítica montada no sistema de combustão, através de
um distribuidor especial localizado em contra-corrente ao leito catalítico de um reator, utilizando
vapor ou ar pressurizado de forma que o reagente seja distribuído uniformemente e está baseado
na preferencial seletividade redutora do NH3 pelo NOx. Óxidos de nitrogênio, NH3 e O2 reagem
em uma superfície catalítica, formando N2 e H2O, através das seguintes reações:
4NH3 + 4NO + O2 → 4N2 + 6H2O (3.3.1.1)
4NH3 + 2NO2 + O2 → 3N2 + 6H2O (3.3.1.2)
75
Para operação eficiente do sistema é necessário que os gases exaustos tenham um excesso
mínimo de O2 e a temperatura esteja na faixa típica de 230 a 450oC. Porém, a faixa de
temperatura ideal é função do tipo de catalisador empregado no sistema, que geralmente um é
metal nobre, incluindo bases metálicas de vanádio, como o pentóxido de vanádio(V2O5), o
dióxido de titânio (TiO2), além do trióxido de tungstênio (WO3) e o trióxido de molibidênio
(MoO3), ou materiais cerâmicos tipo zeolita. Assim sendo, o tipo de catalisador e a sua
configuração são muito importantes na aplicação desta técnica, uma vez que as reações ocorrem
em sua superfície. O projeto das secções catalíticas resulta em configurações típicas de placas
paralelas e colméias para maximizar a superfície catalítica no menor volume possível. Alguns
sistemas SCR são combinados para remoção simultânea de monóxido de carbono (CO). A
secção catalítica é tipicamente extensa e densa devido a necessidade de altas velocidades para os
gases de combustão e elevado tempo de residência para promoção da reação entre NOx , O2 e
NH3 (BAUKAL, 2001; EPA, 1993; GARG, 1992). As Figura 3.3.1.1 e Figura 3.3.1.2 ilustram
uma coluna de redução catalítica seletiva, com cortes que mostram o leito catalítico e a estrutura
dos catalisadores tipo colméia e pratos-paralelos.
Figura 3.3.1 - Coluna RCS (adaptado DOMINION)
76
A faixa de temperatura utilizada, que depende do catalisador, atinge um nível ótimo de NOx num
dado intervalo de temperatura acima do qual atividade catalítica é severamente reduzida,
provocando a perda de amônia que não reagiu e acima de 450ºC a amônia começa a se oxidar
para formar NOx. Assim sendo, a eficiência de um sistema de redução catalítica seletiva depende
de: a) do tipo de catalisador; b) da área de exposição do catalisador aos gases; c) do tempo de
residência dos gases no leito catalítico, que está relacionado ao fluxo de gás e ao volume de
catalisador; d) da quantidade de amônia injetada, que deve ser controlada para uma proporção
molar de NH3: NOx 1:1 para se alcançar uma melhor redução; e) da intensidade de mistura entre
os gases de combustão e a amônia injetada e f) da quantidade de enxofre presente no
combustível, uma vez que o SO2 provoca o envenenamento do catalisador e a conversão de SO2
a SO3 a formação de bissulfato de amônia, que se deposita na superfície do catalisador a
temperaturas abaixo de 270ºC. Por ser uma substância pegajosa e viscosa, esse bissulfato pode
obstruir o fluxo e danificar as superfícies de aquecimento. Essas reações estão demonstradas a
seguir (EPA, 1993; CARVALHO JR. & LACAVA, 2002; SIDDIQI & TENINI, 1981;
BAUKAL, 2001; LORA, 2002).
SO3 + 2NH3 + H2O → (NH4)2SO4 (sulfato de amônia seco) (3.3.1.3)
SO3 + NH3 + H2O → NH4HSO4
É uma técnica de tratamento semelhante à anteriormente citada, baseada nos mesmos princípios
e reações químicas, diferenciando-se apenas por não fazer uso de catalisadores. Em virtude
disso, as temperaturas dos gases efluentes nas quais os reagentes são injetados devem ser bem
(bissulfato de amônia) (3.3.1.4)
Esta técnica não pode ser utilizada em todos os tipos de processos de combustão, uma vez que
ela requer um restrito controle do tempo de residência e da temperatura dos gases na qual a
amônia é injetada. Além disso, mostra-se ser um método muito caro, pois os catalisadores têm
que ser repostos, muitas vezes provocando parada de produção, além dos custos e espaço
requerido para se implantar esta técnica, que exige, além de outros equipamentos, o reator de
leito catalítico, o injetor de amônia e a sua unidade de armazenamento (GARG, 1992).
Apesar de ser uma técnica cara e possuir algumas dificuldades de operação, é a que apresenta o
maior potencial de remoção de NOx, atingindo até níveis de 90% de remoção, a depender da
tecnologia aplicada (EPA, 1993).
3.3.2 Redução Seletiva Não Catalítica (RSNC)
77
mais altas do que as usadas na redução catalítica seletiva, em torno de 870ºC a 1.200ºC, porém
alguns produtos químicos como hidrogênio, peróxido de hidrogênio e metanol podem ser
adicionados para baixar o limiar da temperatura, como, por exemplo, no caso da adição de
hidrogênio numa proporção H2/NH3 = 2/1 no qual se pode ter a redução de NOx operando com
uma temperatura de 697ºC (BAUKAL, 2001; LORA, 2002).
Figura 3.3.2 – Esquema de uma RSNC (adaptado BAUKAL, WAIBEL & WEBSTER, 2006)
Um fator muito importante para a utilização desta técnica é a faixa de temperatura em que devem
estar os gases exaustos, que deve ser em torno de 871,11ºC para a amônia e 107,56ºC para a
uréia. A partir daí, com o aumento da temperatura, a amônia passará a reagir mais com o
oxigênio do que com o NO, formando ainda mais NOx. Em contrapartida, se a temperatura
estiver abaixo da faixa ideal, haverá uma redução na quantidade das reações e uma conseqüente
redução no controle de NOx e um aumento do NH3 que não reagiu através dos efluentes (EPA,
1993).
Esta técnica apresenta problemas semelhantes ao da RCS, com a vantagem de não possuir custos
com catalisadores, porém apresenta uma maior perda de NH3 uma vez que opera com uma maior
razão de injeção, em torno de 1,5:1,0 a 2,0:1,0 de NH3
Existem alguns fatores importantes que devem ser observados ao se adotar esta técnica, que são:
a característica do sistema de combustão e do combustível, pois esta técnica ainda não foi
utilizada, por exemplo, em caldeiras que utilizam carvão mineral como combustível; o tempo de
residência na zona ótima de temperatura do gás, que deve ser em torno de 0,2 a 0,3s; o ponto
ótimo de injeção da amônia, uma vez que deve ser levado em consideração o perfil da
temperatura naquele ponto, de forma que sejam avaliadas mudanças significativas da
temperatura dos gases naquele ponto em função de alterações na carga; a relação de NH
:NO, além de atingir níveis inferiores de
remoção de NOx, em torno de aproximadamente 70% (SIDDIQI & TENINI, 1981).
3/NO,
78
que deve ser de 1,5 para concentrações iniciais de 200ppm de NO, sendo que, para valores
maiores, essa relação cai até 1 (LORA, 2002).
É uma técnica que pode ser utilizada em combinação com o uso de queimadores de baixo NOx,
porém essa combinação deve ser cautelosamente avaliada, pois a eficiência da RCNS depende da
concentração de NOx no fluxo gasoso e pode ocorrer que a combinação dessas duas técnicas
para um dado forno não seja muito vantajosa (EPA, 1993).
3.3.3 Remoção Simultânea de NOx e SO2:
As duas técnicas acima descritas apresentam problemas com a presença de enxofre no
combustível, uma vez que ele provoca o envenenamento do catalisador e dessa forma antes
dessas técnicas serem utilizadas deve ser feita a prévia remoção do SO2, pois a maioria dos gases
efluentes resultantes da combustão de combustíveis fósseis contêm tanto SO2 como NOx. Para
se remover tanto o SO2 como o NOx separadamente, elevados custos de investimento são
necessários. Em virtude disso, estudos nessa área vêm sendo realizados com o objetivo de
remover esses dois poluentes simultaneamente, de uma forma compatível com a escala
comercial. Assim sendo, discutiremos em seguida alguns estudos nessa área.
Mok e Lee (2006) realizaram um estudo para remoção simultânea de NOx e SO2. Por ser o NOx
dos gases exaustos basicamente composto por NO, que é pouco solúvel em água, ao contrário do
NO2, primeiramente injeta-se ozônio para provocar a oxidação do NO a NO2, através da
seguinte reação:
NO + O3 → NO2 + O2 (3.3.3.1)
Em seguida, os gases são introduzidos em um absorvedor contendo solução aquosa de sulfeto de
sódio em conjunto com uma solução de hidróxido de sódio, para se evitar a formação de H2S,
promovendo-se a mistura através de um agitador eletrostático.
As principais reações são as seguintes:
2NO2 + Na2S → N2 + Na2SO4 (3.3.3.2)
2SO2 + Na2S → Na2SO4 (3.3.3.3)
Na2S + 2O2 → Na2SO4 (3.3.3.4)
79
Com esse estudo foram atingidos níveis de eficiência de remoção de 95% para o NOx e 100%
para o SO2. O problema maior é que cerca de 75% do Na2S foi consumido sem reagir com o
NOx ou SO2 em virtude da presença de oxigênio, o qual reage com o sulfeto de sódio, formando
o sulfato de sódio, conforme reação acima descrita.
Outras técnicas de pós-combustão foram desenvolvidas para turbinas a gás e atualmente já se
encontram no circuito comercial, destacando-se entre elas o sistema SCONOX que foi
desenvolvido tanto para abater as emissões de CO como de NOx e com a vantagem de não
utilizar amônia.
3.3.4 Tecnologia SCONOX:
A tecnologia SCONOX foi desenvolvida para turbinas a gás natural e fundamenta-se na união
das tecnologias de absorção e oxidação catalítica. É uma tecnologia de controle multi-poluente,
uma vez que é capaz de reduzir as emissões de NOx, CO e VOC. Através da oxidação catalítica,
o óxido nítrico e o monóxido de carbono são oxidados a NO2 e CO2 e os hidrocarbonetos são
oxidados a CO2 e água. A partir daí, o NO2 é adsorvido pela superfície do catalisador SCONOX,
que é revestido com K2CO3. O NO2 reage com o carbonato de potássio, formando nitritos e
nitratos de potássio, que são depositados na superfície do catalisador. Nessa tecnologia, atingem-
se emissões de 1ppm de CO e 3ppm de NOx, segundo informações dos fabricantes, embora os
dados existentes ainda não sejam suficientes para essa comprovação. As reações envolvidas na
remoção dos poluentes são as seguintes:
NO + 1/2O2 → NO2 (3.3.4.1)
CO + 1/2O2 → CO2 (3.3.4.2)
CH2O + O2 → CO2 + H2O (3.3.4.3)
2NO2 + K2CO3 → CO2 + KNO2 + KNO3
Nesse sistema a faixa de temperatura ideal está entre 150-370ºC. Quando ocorre a saturação da
superfície do catalisador, ele é regenerado fazendo-se passar uma corrente de H
(3.3.4.4)
2 através da sua
superfície, na ausência de oxigênio e, dessa forma, o hidrogênio reage com os nitritos e nitratos
para formar nitrogênio molecular e água. Semelhantemente, o dióxido de carbono reage com os
nitritos e nitratos formando carbonato de potássio, que é absorvido pela superfície do catalisador
80
(XAVIER, 2004; ARB, 2004). Assim sendo, o catalisador é regenerado através da seguinte
reação:
KNO2 + KNO3 + 4H2 + CO2 → K2CO3 + 4H2O(g) + N2 (3.3.4.5)
Fig. 3.3.4 – Seção de um sistema SCONOX (adaptado ARB, 2004)
3.4 COMENTÁRIO DAS TECNOLOGIAS
Dentre as técnicas de controle de emissão de óxidos de nitrogênio, tem-se nos queimadores de
baixa emissão uma das técnicas preferidas na atualidade, por ser técnica e economicamente mais
viável em comparação com outras, como, por exemplo, a recirculação de gases. Para a
implantação, considerando-se os custos inerentes a cada técnica, apesar do alto custo dos
queimadores, ainda possui um custo razoável para implantação, além de não requerer nenhum
espaço adicional na planta nem tampouco custo adicional de operação, como em outras técnicas.
É uma técnica bastante promissora, uma vez que os fabricantes cada dia mais têm aperfeiçoado
os seus produtos.
Também não se pode deixar de levar em consideração a importância das técnicas de fim de tubo,
como a Redução Catalítica Seletiva e a Redução Seletiva não Catalítica. São técnicas que
possuem elevados custos de implantação, que correspondem aos custos de implantação de uma
planta que possui, inclusive, armazenamento de amônia, além de um alto custo operacional,
porém ainda são usadas por apresentarem alta eficiência de remoção de NOx.
81
Para o caso de turbinas a gás, duas técnicas despontam como sendo bastante promissoras, por
apresentarem um nível de redução de emissões bastante elevado, que são as tecnologias XONON
e SCONOX, que já possuem alguns casos de aplicação nos Estados Unidos, especialmente no
estado da Califórnia, porém ainda não há relatos de sua utilização no Brasil.
82
4. METODOLOGIA
A seguir, será apresentada a metodologia do trabalho, separada para cada objetivo específico.
4.1 DIAGNÓSTICO DA SITUAÇÃO ATUAL DE EMISSÃO DE NOx no PÓLO DE
CAMAÇARI NO PERÍODO de 2002 a 2006.
A partir da consulta de relatórios da rede de monitoramento do ar do Pólo de Camaçari, foram
analisados os resultados de concentração de NOx no período de 2002 a 2006, visando identificar
os períodos nos quais o padrão de qualidade do ar foi excedido e relacionando-os com possíveis
comportamentos da atmosfera.
Desde maio de 1994 que a CETREL opera a Rede de Monitoramento do AR - RMA do Pólo de
Camaçari e a partir dos dados coletados nessa rede tem sido elaborado anualmente um relatório
com os aspectos climatológicos e os parâmetros da qualidade do ar medidos no ano anterior.
A rede é composta atualmente por dez estações de monitoramento do ar. A saber: Câmara e
Gravatá, que estão localizadas dentro da área urbana de Camaçari; Lamarão e Sítio, em Lamarão
do Passé; Escola, localizada em Nova Dias D’Ávila, Machadinho, situada no Vilarejo de
Machadinho, na Estrada de Cascalheira; Leandrinho; Concórdia, em Dias D’Ávila, Millenium –
atualmente com o nome de Areias(relocada para o Vilarejo de Areias em 04/05/2005, na Estrada
do Coco) e Cobre, na Estação Elevatória do Cobre, no Pólo, conforme a figura 4.1.
83
Figura 4.1 - Distribuição geográfica das estações de monitoramento do ar (CETREL, 2005)
Essas estações são responsáveis pela medição dos seguintes parâmetros meteorológicos: pressão,
temperatura, umidade relativa, radiação solar, precipitação e intensidade e direção do vento e
também fazem previsões meteorológicas visando a antecipação de informações às empresas
sobre condições climáticas desfavoráveis à dispersão atmosférica. Os poluentes que são
monitorados por esta rede são: dióxido de enxofre(SO2), monóxido de carbono(CO), dióxido de
nitrogênio(NO2), ozônio(O3), material particulado inalável(PI), compostos reduzidos de
enxofre(TRS), amônia(NH3), compostos orgânicos voláteis(VOCs), hidrocarbonetos(HC) não
metálicos e metais. A disponibilização desses dados é feita on line e em tempo real, haja vista
que a RMA está interligada por um sistema de telemetria. A figura 4.2 mostra uma dessas
estações de monitoramento do ar.
Figura 4.2 - Estação de monitoramento do ar (COFIC)
Os parâmetros meteorológicos medidos nas estações de monitoramento que compõem a RMA do
Pólo são bastante importantes, pois servem como indicadores de possíveis influências do
comportamento da atmosfera sobre a qualidade do ar nessa região, uma vez que eles vão
influenciar a dispersão dos poluentes que são lançados na atmosfera.
84
A importância da mensuração da pressão reside no fato de que o aumento da mesma provoca
uma redução na altura da camada de mistura da atmosfera e também da sua convecção, uma vez
que o movimento vertical do ar decorre das alternâncias de densidade na atmosfera. O ar
aquecido das fontes poluidoras no solo é menos denso do que o ar frio e assim sendo, ele se
eleva devido à força de empuxo que atua sobre esse volume de ar quente, a que se denomina de
pacote. Ou seja, o ar quente emanado pelas fontes poluidoras é empurrado para cima pelo ar do
local no qual ele está imerso, uma vez que a pressão nas alturas inferiores é maior do que nas
superiores. Dessa forma, conclui-se que o aumento da pressão provoca uma redução na
capacidade de dispersão dos poluentes na atmosfera, o que representa um efeito negativo para a
qualidade do ar (HINRICHS & KLEINBACH, 2003; SEWELL, 1978, apud SANTOS, 2004, p.
26; CETREL, 2005).
A variação da temperatura na troposfera à medida que se aumenta a altitude desempenha um
papel importante na dispersão dos poluentes, pois esse gradiente de temperatura permite que eles
se elevem, se expandam e conseqüentemente se diluam, para que dessa forma possam se
espalhar até que sejam removidos por precipitação, lavagem e reações químicas. Temperaturas
mais baixas são desfavoráveis à dispersão atmosférica, uma vez que reduzem a altura da camada
limite e dessa forma dificultam a mistura por turbulência, uma vez que o ar frio e mais denso
impede a elevação dos gases poluentes e a conseqüente dispersão em camadas mais elevadas da
atmosfera, resultando, dessa forma, numa maior concentração de poluentes na região.
(SEWELL, 1978, apud SANTOS, 2004, p. 26; CETREL, 2005).
O valor da medição da direção e da intensidade dos ventos reside no fato do vento ser o veículo
pelo qual os poluentes são conduzidos antes de serem absorvidos por um corpo receptor,
podendo até viajar por grandes distâncias até que tal fato ocorra. Quanto maior for a intensidade,
melhor será a dispersão, pois dessa forma proporciona-se uma dispersão através de uma maior
área. (HINRICHS & KLEINBACH, 2003).
Com relação à radiação solar, a importância da sua mensuração se deve ao fato de que ela
desencadeia uma série de reações químicas com poluentes primários na atmosfera, como por
exemplo, o smog fotoquímico, que tem início a partir da dissociação do NO2 em NO e oxigênio
livre. Dessa forma, picos de ozônio troposférico ocorrem geralmente nas épocas mais quentes do
ano e o smog fotoquímico varia a sua concentração no decorrer do dia, devido à importância da
energia solar radiante para as reações que o desencadeia, atingindo seus pontos máximos por
volta do meio dia e diminuindo ao entardecer, à medida que os comprimentos de onda da luz
85
solar são filtrados pela atmosfera (HINRICHS & KLEINBACH, 2003). O gráfico da figura 4.4
ilustra a variação das concentrações de NOx no decorrer do dia na Bacia de Los Angeles, como
forma demonstrativa da sua dependência da radiação solar.
Figura 4.3 – variação de NOx e O3 no decorrer do dia na Bacia de Los Angeles (HINRICHS &
KLEINBACH, 2003)
A respeito da precipitação, tem-se que ela é um importante parâmetro meteorológico no
monitoramento da qualidade do ar, uma vez que ela promove a remoção de poluentes contidos
na atmosfera pela lavagem ou absorção dos gases na água, ou deposição úmida, através da qual
os poluentes reagem com a água da chuva ou simplesmente são arrastados fisicamente, como é o
caso do material particulado, sendo dessa forma um parâmetro que atua positivamente na
qualidade do ar (HINRICHS & KLEINBACH, 2003).
A análise foi realizada a partir do ano de 2002, que foi um ano importante para o monitoramento
da qualidade do ar da região, pois foi implantado no final desse ano um sistema de previsão das
condições atmosféricas com até três dias de antecedência. Assim, é possível antever os períodos
mais críticos para a qualidade do ar na região. Anteriormente, em nove de julho desse mesmo
ano, entrou em operação a estação situada em Leandrinho, no município de Dias D’Ávila,
implantada em conseqüência da sua necessidade detectada através dos estudos efetuados para
avaliação da RMA, passando, assim, a rede a compor-se de um total de nove estações de
monitoramento, com a configuração caracterizada na tabela 4.1.
86
Tabela 4.1 – Localização das estações de monitoramento em 2002 (CETREL, 2003)
O NOx é mensurado pelo método da quimiluminescência, conforme determina a Resolução
CONAMA 03/90, que se baseia na reação entre NO e O3. A análise por quimiluminescência é
largamente utilizada para monitoramento contínuo da concentração de NO2 na atmosfera e é
baseada na radiação fluorescente emitida quando da formação de NO2 a partir da reação entre
NO e O3 – que produz uma molécula de NO2 com um certo nível de excitação. Quando a
molécula de NO2 formada retorna ao estado estável de energia, uma radiação fluorescente é
emitida e a intensidade da radiação emitida é proporcional a concentração de NO.
NO + O3 → NO2*
+ O2 (4.1)
NO2*
→ NO2 + hv (4.2)
Onde hv representa a radiação emitida.
É importante notar que a análise por quimiluminescência não mede diretamente a concentração
de NO2. Isto é conseguido pela redução do NO2 presente na amostra do ar ambiente em NO ( em
um conversor de NO2 para NO ) – que dá a concentração total de NOx e então, subtraindo a
concentração de NO temos a concentração de NO2 :
NO2
É necessário, no entanto, que o analisador faça duas medições independentes de NO e NOx (
NO + NO
= NOx – NO
2 ). Dentre alguns tipos de analisadores, isto é conseguido com uma configuração de
dupla câmara que mede NOx e NO simultaneamente em câmaras de reações individuais. Alguns
instrumentos de dupla câmara têm dois detectores e outros modelos têm apenas um detector. A
figura a seguir mostra um analisador de NOx (ANNOx, 2007; CAI, 2007).
87
Figura 4.4 – Analisador de NO2
Também se passou a utilizar nesse ano o IQAr – Índice de Qualidade do Ar, baseado no AQI –
Ar Quality Index, publicado pela EPA-454/R-99-010, de 1999, que é um valor adimensional que
possibilita comparações com os limites legais de concentração, ou seja, com os padrões de
(ANNOx)
Uma vez que o NOx é um poluente primário precursor de um outro poluente secundário, o
ozônio, também foram analisadas as concentrações do ozônio nesse mesmo período no presente
trabalho.
Vale salientar que os Compostos Orgânicos Voláteis - VOCs, juntamente com o NOx, também
são precursores do ozônio. Também é importante evidenciar que esses poluentes não são
medidos continuamente e apenas periodicamente em alguns pontos determinados na AIP. No
decorrer do ano de 2002, em cada mês foram realizadas duas campanhas de coleta de amostras
em seis pontos localizados na área de influência do Pólo Industrial de Camaçari, localizados nas
estações Câmara, Lamarão, Gravatá, Cobre, Escola e num outro ponto dentro do complexo
industrial, em frente a White Martins, totalizando 136 amostras destinadas à análise de VOCs
nesse ano. Essas amostras foram coletadas vinte e quatro horas por dia, sendo o seu resultado a
concentração média para vinte e quatro horas. Foram monitorados 39 compostos orgânicos
voláteis pelo método TO-14 da EPA, via cromatografia gasosa e detector de massa, tendo sido
realizada a coleta das amostras em recipientes de aço inox passivados, que são denominados
Summa Canisters, os quais possuem orifício crítico para o controle da vazão do ar aspirado. As
amostras são analisadas utilizando-se um trap criogênico como interface entre as canisters e o
cromatógrafo (CETREL, 2003).
No ano de 2003 a configuração da rede manteve-se idêntica a do ano anterior. Com relação aos
VOCs, semelhantemente ao ano anterior, este poluente foi medido através de duas campanhas
mensais de coleta de amostras, totalizando 118 amostras no decorrer do ano, nos mesmos pontos
de coleta de 2002, sendo que as amostras coletadas em setembro não puderam ser analisadas em
virtude de problemas técnicos no laboratório de cromatografia.
88
qualidade do ar, que no nosso caso são os estabelecidos na Resolução CONAMA Nº 03/90.
Obtém-se esse indicie através de uma equação linear segmentada que faz a associação entre a
concentração medida de um determinado poluente com os níveis de impactos dessa concentração
na saúde humana, que estão relacionados aos padrões de qualidade do ar. Cada variação de
inclinação dessa função representa uma mudança na qualidade do ar, de acordo com a tabela 4.2.
No Brasil, esse índice foi adaptado e é utilizado pela CETESB. De acordo com o IQR, a
qualidade do ar só é considerada boa se a concentração dos poluentes for inferior à metade dos
limites máximos permitidos na Resolução CONAMA 03/90 para o CO e o O3 e aos padrões
anuais estabelecidos nessa mesma resolução para o caso do MP, SO2 e NO2 (CETREL, 2005).
Caso contrário, esta classificação pode variar de regular à crítica, conforme a 4.2.
Tabela 4.2 – Padrões e classificação da qualidade do ar (CETREL, 2004)
Para o ano de 2004, é importante comentar que esse ano foi de avanços na RMA, por terem sido
realizadas melhorias referentes à ampliação e modernização da rede, com implantação de mais
três estações meteorológicas, novos analisadores contínuos de poluentes atmosféricos, relocação
de estações, dentre outros. Para o caso específico do NOx, o ano foi de grandes ganhos no seu
monitoramento, uma vez que passou a ser mensurado em sete estações, ao invés de quatro como
anteriormente, conforme demonstrado na tabela 4.3 (CETREL, 2005).
89
Tabela 4.3 – Parâmetros meteorológicos e poluentes monitorados por estação na nova configuração da RMA
Estação Parâmetro meteorológico monitorado
Poluentes monitorados
Câmara Direção e velocidade do vento SO2, NOx, O3, PM10-manual Gravatá Direção, velocidade do vento
e precipitação SO2, TRS, HC, CO, NOx, NH3, PM10-contínuo, VOCs-canister
Cobre SO2 Sítio SO2 Lamarão Direção e velocidade do
vento, precipitação, radiação solar, temperatura e umidade relativa
SO2, NOx, O3, PM10-manual
Concórdia Direção e velocidade do vento SO2, TRS, PM10-contínuo, VOCs-canister, NOx, NH3, CO
Escola Direção e velocidade do vento, temperatura e umidade relativa
SO2, TRS, NOx, O3, VOCs-canister
Machadinho Direção, velocidade do vento, temperatura, radiação solar, pressão e umidade relativa
SO2, CO, NOx, O3, PM10-manual, VOCs-canister
Leandrinho Direção e velocidade do vento SO2, TRS, HC, CO, NOx, NH3, PM10-contínuo, VOCs-canister
Areias Direção e velocidade do vento, precipitação, radiação solar, temperatura e umidade relativa
SO2
Ao se analisar os resultados das concentrações de VOCs no ano de 2004 na AIP, deve-se
destacar que, semelhantemente aos anos anteriores, este poluente foi medido através de duas
campanhas mensais de coleta de amostras, totalizando 128 amostras no decorrer do ano. Em
virtude da mudança da configuração da rede ocorrida nesse ano, os pontos de coleta localizados
no Pólo e Estação Cobre foram substituídos pelos pontos localizados nas estações Machadinho e
Concórdia. Também em virtude dessa mudança, as campanhas do mês de abril não foram
realizadas. Além disso, as estações Escola, Câmara e Leandrinho também foram
temporariamente desativadas e em virtude disso não houve amostragem na estação Escola nas
duas campanhas do mês de março, que ocorreram nos dias 11 e 23 e na campanha do dia 23 nas
Estações Câmara e Leandrinho.
O anos de 2005 e 2006 não apresentaram mudanças na configuração da rede de monitoramento e
tampouco na metodologia de coleta de amostras.
90
4.2 TECNOLOGIAS DE PREVENÇÃO E CONTROLE DE EMISSÃO DE NOx (JÁ
EMPREGADAS NO BRASIL E NO MUNDO)
Procurou-se fazer um levantamento de tecnologias existentes hoje no mercado que são utilizadas
para a redução das emissões de NOx nos processos de combustão, principalmente as de redução
na fonte. Muitas delas podem explicitar ações viáveis de produção mais limpa a serem
empregadas em empresas dos setores de química, petroquímica, petróleo e energia instaladas no
Estado da Bahia - notadamente na região do Pólo de Camaçari, haja vista que as tecnologias
mais limpas são utilizadas atualmente como ferramentas que possibilitam a resolução de
problemas ambientais, tendo como princípios a proteção e a conservação do ambiente natural,
através da prevenção ao desperdício dos recursos naturais e à degradação ambiental,
ambicionando o desenvolvimento sustentável. Foi realizada revisão da literatura das tecnologias
mais recentes de controle de NOx nos bancos de dados Compendex, EPA, Concawe, sites de
empresas fornecedoras de tecnologias, dentre outros. Também foram realizados contatos com
fornecedores de tecnologias, como Hamworth e John Zink de queimadores de baixa emissão de
NOx e de controle de fim de tubo para redução de emissões na saída das chaminés.
4.3 ANÁLISE CRÍTICA DAS PERSPECTIVAS DE REDUÇÃO DAS EMISSÕES A PARTIR
DO TRATAMENTO DOS COMBUSTÍVEIS NA FONTE E NO CONTROLE DOS
PROCESSOS DE COMBUSTÃO, CONSIDERANDO EXIGÊNCIAS LEGAIS.
A partir das tecnologias de controle de emissões de NOx na fonte e no fim de tubo, foi realizada
uma análise critica da aplicação destas tecnologias no Pólo de Camaçari. Uma análise econômica
preliminar foi realizada visando a adoção de medidas de controle na fonte das emissões de NOx,
através de modernização dos equipamentos de queima existentes, através dos fornecedores de
tecnologia. Dados econômicos foram obtidos com os fornecedores de tecnologias e com roteiros
da EPA. Também foi analisada a legislação pertinente às emissões atmosféricas como forma de
subsidiar sugestões para a elaboração de uma legislação estadual nesta área, de grande
importância para se nortear o controle das emissões de NOx no estado da Bahia.
91
4.4. BASES DE UM PROGRAMA DE PREVENÇÃO DE EMISSÃO DE NOx PARA
PROCESSOS DE COMBUSTÃO, VISANDO SUBSIDIAR OS PROCESSOS DE
LICENCIAMENTO AMBIENTAL E ELABORAÇÃO DE NORMA DE
REGULAMENTAÇÃO EM NÍVEL ESTADUAL.
A proposição para as bases de um Programa de Prevenção de emissão de NOx para processos de
combustão foi fundamentada no Programa de Prevenção da Poluição da Agência Ambiental do
Canadá, no Manual para Implementação de um Programa de Prevenção à Poluição da CETESB e
no livro de Implementação de Programas de Produção Mais Limpa do Centro Nacional de
Tecnologias Limpas SENAI/RS. Também foi analisada a legislação nacional relacionada a esse
assunto e a dos estados da federação que possuem uma lei mais avançada referente às emissões
atmosféricas.
92
5. RESULTADOS
5.1. DIAGNÓSTICO DA SITUAÇÃO ATUAL DE EMISSÃO DE NOx NO PÓLO de
CAMAÇARI, NOS ÚLTIMOS CINCO ANOS.
Para o caso específico do NOx, o relatório da rede de monitoramento do ar de 2002 apontou um
aumento nas concentrações desse poluente em relação ao ano anterior, demonstrando uma nítida
evidência crescente das concentrações do NOx, se comparada com os quatro anos anteriores. O
NOx só foi monitorado em quatro estações, conforme mostrado na tabela 5.1. Nas estações nas
quais esse poluente foi monitorado, observou-se em todas elas valores mais elevados em quase
todos os meses do referido ano, em relação aos anos anteriores, estando acima da média dos anos
anteriores e ainda apresentando alguns picos como, por exemplo, a média do mês de setembro na
Estação Hospital. As estações Escola e Hospital foram as que apresentaram as maiores
concentrações máximas horárias, apesar de nenhuma delas ter excedido o valor padrão de
170ppb a que se refere a Resolução CONAMA 03/90, haja vista que o valor máximo detectado
nas estações no decorrer do ano aconteceu na Estação Hospital, na qual detectou-se o valor de
98,7ppb, conforme mostram as Figuras 5.1 e 5.2.
Tabela 5.1.1 - Poluentes monitorados nas estações da RMA (CETREL, 2003) Estação Poluentes monitorados
Câmara SO2, NOx, CO, MP, Metais e Orgânicos Gravatá SO2, TRS e Orgânicos Cobre SO2, O3, MP, Metais e Orgânicos Sítio SO2 Lamarão SO2, NOx, O3, MP, Metais e Orgânicos Balneário SO2 Escola SO2, NOx, O3, MP, Metais e Orgânicos Hospital SO2, NOx, O3 e CO Leandrinho SO2
93
Figura 5.1 – Concentrações máximas horárias de NO2 na estação Escola em 2002 (CETREL, 2003)
Figura 5.2 – Concentrações máximas horárias de NO2
Já para o caso específico da Estação Hospital, localizada mais próxima ao litoral, a circulação
dos ventos nessa estação manteve-se em torno da média dos anos anteriores. As concentrações
mais elevadas de NOx foram detectadas nos meses de primavera. Nessa época, há a
predominância dos ventos NE, quando se dá a prevalência da condição de grande escala. Esse
período é marcado pelo pequeno contraste térmico entre o continente e o oceano, de forma que a
circulação da brisa torna-se mais fraca, o que vem a ser um fator desfavorável para a qualidade
do ar da região, uma vez que dificulta a dispersão dos poluentes. O mês de setembro, que foi o
mês no qual houve a maior concentração de NOx nesse ano, é também um dos meses nos quais a
pressão é mais elevada na região, sendo a atmosfera caracterizada por movimentos descendentes,
além da diminuição da camada limite de misturas, fatores esses que vêm prejudicar a dispersão
dos poluentes. Além disso, verificou-se também uma predominância nesse mês das componentes
na estação Hospital em 2002 (CETREL, 2003)
Ao se analisar os dados acima e compará-los com a direção dos ventos nas supracitadas estações,
temos que na Estação Escola os picos de NOx se deram nos meses de outono e inverno, ou seja,
de junho a setembro, quando observa-se uma componente oeste na circulação noturna, que
associada à brisa terrestre são de fraca intensidade, constituindo-se num fator que dificulta a
dispersão dos poluentes.
94
W e SW durante as madrugadas, caracterizando, dessa forma, a prevalência da brisa terrestre.
Caracteriza-se, assim, uma situação bastante desfavorável à dispersão dos poluentes, pois caso
venha a ocorrer elevadas concentrações de poluentes à noite, os poluentes levados pela brisa
terrestre durante a noite podem ser trazidos de volta pela brisa marítima durante o dia, o que
pode ter acontecido nesse mês, explicando dessa forma os picos na concentração desse poluente,
que atingiu o seu valor mais elevado, de 98,7 ppb às 12h do dia vinte de setembro (CETREL,
2003).
Adicionados aos fatores climáticos, também é conveniente citar que fatores operacionais também
podem ter influenciado nesses picos de concentração, como, por exemplo, partidas de planta
após período de manutenção, as quais são comuns no pólo nos meses de setembro e outubro.
Também foi observada com clareza a tendência crescente das concentrações do NOx em relação
aos valores medidos nos anos anteriores, em todas as estações em que ele foi monitorado nesse
ano, conforme ilustrado nas Figuras 5.6 a 5.8. Observa-se que pode-se, inclusive, aproximar
algumas dessas curvas para uma exponencial, como no caso, principalmente, da Estação Escola,
na figura 5.4.
Figura 5.3 – Concentração média anual de NO2 na Estação Câmara (CETREL, 2003)
Figura 5.4 – Concentração média anual de NO2 na Estação Escola (CETREL, 2003)
95
Figura 5.5 - Concentração média anual de NO2 na Estação Hospital (CETREL, 2003)
Figura 5.6 - Concentração média anual de NO2 na Estação Lamarão (CETREL, 2003)
Uma vez que o NOx é um poluente primário precursor de um outro poluente secundário, o
ozônio, também foram analisadas as concentrações do ozônio nesse mesmo período no presente
trabalho.
Pode-se dizer que o panorama da qualidade do ar na região de influência do Pólo Industrial de
Camaçari para o caso específico das concentrações de ozônio na região não foi muito bom, uma
vez que o seu padrão de concentração horário estabelecido pela Resolução CONAMA 03/90, que
é de 81,6ppb, foi ultrapassado nos meses de março, maio e novembro de 2002, respectivamente
quatro, duas e vinte vezes, sendo que os casos relativos ao mês de novembro se deram em três
dias consecutivos, dias 8, 9 e 10, conforme pode ser verificado na tabela 5.2. Pode-se verificar
nas Figuras 5.9 e 5.10, nas duas estações onde esse parâmetro era mensurado na época, que a
radiação solar nos meses de março e novembro apresentaram uma média de radiação elevada, o
que veio a favorecer a formação de ozônio pela reação do NOx com os VOCs. Após comparar os
valores de ozônio com os de NOx acima discutidos, observa-se que os mais elevados valores de
NOx se deram nos meses de setembro e outubro e que em novembro, esse valor caiu
sensivelmente. Esse fato pode indicar que o NOx continuou a ser emitido, porém como a
radiação solar tornou-se mais intensa nesse período, o NOx emitido pode ter sido convertido em
ozônio.
96
Tabela 5.1.2 – Eventos de ultrapassagens de ozônio em 2002 (CETREL, 2003)
Figura 5.7 – comportamento da radiação solar na estação Hospital no período de 1995 a 2002 (CETREL,
2003)
Figura 5.8 – comportamento da radiação solar na estação Lamarão no período de 1995 a 2002 (CETREL,
2003)
Para o caso dos VOCs, as 136 amostras coletadas nas campanhas desse ano destinadas à análise
de VOCs apresentaram os seguintes resultados, conforme demonstrado na tabela 5.3.
97
Tabela 5.1.3 – Resultados das campanhas de monitoramento de COVs na AIP em 2002 (CETREL, 2003)
Através da observação da tabela 5.3, pode-se observar que no mês de maio, quando houve duas
ultrapassagens do padrão de concentração para o ozônio, houve também uma ultrapassagem para
os COVs no dia 20 de maio, quando foram detectados valores de 5,79ppb para o benzeno,
quando o padrão estabelecido pela Resolução CEPRAM 2878/01 é de 5ppb. O outro dia em que
também houve ultrapassagem desse padrão foi o dia 20 de fevereiro, no qual o benzeno atingiu a
concentração de 11,4 ppb.
Vale registrar neste trabalho um evento ocorrido no dia 18 de março desse ano, entre às 14h e
30min e às 18h, no qual registraram-se queixas da população residente em Camaçari, que gerou
inclusive hospitalizações e suspensão de aulas na Escola Artur de Almeida Couto, na qual
98
crianças não passavam bem. Nesse dia, houve uma mudança de direção dos ventos
predominantes, que inverteram a sua direção e passaram a soprar no sentido norte-noroeste,
direção essa que favorece o transporte dos poluentes do Pólo para a cidade de Camaçari. Além
disso, a velocidade desses ventos estava muito baixa, em torno de 0,6m/s, próxima à condição de
calmaria, o que veio a favorecer o aumento da concentração dos poluentes nesta área. Também
observou-se que nesse mesmo dia o a concentração de ozônio foi elevada e padrão horário
ultrapassado algumas vezes na estação Cobre entre às 9h e 17h, conforme mencionado
anteriormente. Nas figuras 5.9 e 5.10 pode-se observar os picos de NO2 e O3 no decorrer desse
dia, nas estações Câmara, Lamarão, Escola e Hospital para o caso do NO2 e Cobre, Lamarão,
Escola e Hospital para o O3, que eram as estações que realizavam a medição desses poluentes na
época, respectivamente. Salienta-se que a Estação Gravatá, localizada a sudoeste do Pólo e
bastante influenciada por essa condição atmosférica, não mensurava esses poluentes. Por tudo
isso, conclui-se que o NOx pode ter contribuído bastante para esse evento de condição crítica de
qualidade do ar, uma vez que as suas concentrações mantiveram-se acima da média em todas as
estações nas quais foram realizadas as suas medições nesse mês, conforme gráficos já acima
expostos e dado às condições meteorológicas que favoreceram à formação do ozônio.
Figura 5.9 - Boletim do dia 18/03/02 referente ao NO2 (CETREL, 2003)
Figura 5.10 – Boletim do dia 18/03/02 referente ao ozônio (CETREL, 2003)
Os resultados de concentrações de NO2 no ano de 2003 são mostrados nas Figura 5.11 e 5.12 em
comparação com o período de 1995 a 2002. Observa-se uma melhoria sensível na qualidade do
ar da região com relação aos níveis de NO2 os quais apresentaram uma queda nas suas
99
concentrações máximas horárias e todas as estações mantiveram valores abaixo do padrão da
Resolução CONAMA 03/90. Houve melhoria também com relação aos demais poluentes
monitorados que pode ser atribuída à adoção de medidas de controle de emissões atmosféricas
pelas indústrias do Pólo. Dentre essas medidas, destacam-se na Braskem Insumos Básicos as
melhorias na eficiência de alguns fornos importantes, como o forno da unidade de olefinas, com
substituição de mi e oitocentos queimadores existentes por queimadores mais eficientes e
modernos, substituição de tetos fixos por tetos internos flutuantes em cinco dos seus tanques de
armazenamento de compostos hidrocarbonetos orgânicos. Ocorreu também, a mudança no
sistema de filtração da unidade de hidrogenação que reduziu bastante as emissões de COVs na
Isopol, monitoramento e controle de emissões fugitivas em várias empresas do Complexo
industrial, dentre outras (CETREL, 2004).
Figura 5.11 – Concentrações máximas horárias de NO2 na estação Câmara (CETREL, 2004)
Figura 5.12 – Concentrações máximas horárias de NO2 na estação de Hospital (CETREL, 2004)
Apesar do padrão CONAMA não ter sido ultrapassado, ficou evidenciado alguns picos desse
poluente nos meses de novembro e dezembro, principalmente no período noturno, conforme
verificado através dos dados contidos na Tabela 5.4.
100
Tabela 5.1.4 – picos de concentração de NO2 detectados em 2003 (CETREL, 2004)
Verifica-se na tabela 5.4 que os valores mais elevados das concentrações de NOx foram
observados nos meses de novembro e dezembro com ventos desfavoráveis à dispersão dos
poluentes nessa área, uma vez que eles transportaram os poluentes da região do Pólo para
Camaçari e, assim sendo, os mais altos índices foram atingidos quando eles sopraram na direção
leste. Observou-se, também, que os picos de NO2 ocorreram à noite. Tem-se que no período
noturno ocorre a brisa terrestre, que é de fraca intensidade, comparada à brisa marítima, que
ocorre durante o dia, o que vem a mostrar que no período noturno a dispersão atmosférica é
desfavorecida, provocando assim, a permanência dos poluentes na região. Assim sendo, de
forma semelhante ao ano de 2002, a qualidade do ar da região em análise foi bastante
influenciada pelas condições de dispersão de poluentes, mostrando que quando elas não foram
favoráveis, ocorreram eventos de picos de poluentes, evidenciando que existia uma necessidade
de um maior controle de redução das emissões. Também é importante ser comentado que as
estações a jusante do Pólo não monitoraram as concentrações de NOx nessa época.
Ao se analisar as concentrações do ozônio no ano de 2003 na tabela 5.5, verificou-se que
semelhantemente ao ano anterior, o panorama da qualidade do ar no que disse respeito a esse
poluente não foi muito bom, uma vez que também houve violações do padrão de qualidade do ar,
para o período de uma hora, porém esses números de violações foram bastante inferiores ao ano
anterior. O padrão da CONAMA 03/90 foi ultrapassado seis vezes no decorrer desse ano, sendo
que todas essas ultrapassagens foram concentradas nos meses de março e abril, respectivamente
duas e quatro vezes, tendo ocorrido as duas ultrapassagens de março no mesmo dia, assim como
também duas ultrapassagens em abril, inclusive com valores muito acima do padrão de qualidade
do ar, em destaque na referida tabela.
101
Tabela 5.1.5 - Ultrapassagens do padrão de qualidade do ar para o O3 em 2003 (CETREL, 2004) Estação O3(ppb) Data Hora Vel. do
vento(m/s) Direção do
vento Lamarão 131,6 10/03/03 22:00 1,5 ENE Lamarão 137,9 10/03/03 23:00 0,9 NE Hospital 551,4 11/04/03 07:00 0,6 W Hospital 89,9 11/04/03 08:00 0,7 WNW Hospital 219,8 15/04/03 07:00 1,4 SSW Escola 97,4 23/04/03 08:00 3 SE
Verificou-se, também, que a radiação solar no mês de abril esteve acima da média, conforme
mostra a figura 5.13, que mostra a sua média na Estação Lamarão, em relação aos anos
anteriores, que foi a única estação que mediu esse parâmetro no decorrer desse ano, uma vez que
o sensor da Estação Hospital apresentou problemas técnicos. Além disso, vórtices ciclônicos de
altos níveis atuaram na climatologia de grande escala da região, reduzindo bastante a formação
de nebulosidade por diversos dias nesse mês, como podemos verificar a ausência de nuvens
sobre a Bahia através da fig.5.14. Em adição, a média das concentrações de NOx no mês de abril
também foi superior aos anos anteriores (figuras 5.11 e 5.12), onde criou-se, dessa forma,
condições favoráveis à formação do ozônio, uma vez que ele é catalisado pela radiação solar.
Pode-se, dessa forma, concluir que os valores de NOx emitidos no mês de abril podem ter sido
elevados e que provavelmente não foram detectados valores ainda maiores devido à radiação
solar, que o converteu em ozônio.
Figura 5.13 - comportamento da radiação solar na estação Lamarão no período de 1995 a 2003(CETREL,
2004)
Figura 5.14 – imagem infravermelha destacando os vórtices ciclônicos na Bahia em 21/04/03
102
Também pôde-se observar através da tabela 5.4 que a direção dos ventos nos dias em que o
padrão de qualidade do ar para o ozônio foi ultrapassado apresentava condições desfavoráveis
para sua dispersão, em todas as estações, a exemplo da Estação Hospital, que no dia 11/04/03 às
7h apresentou valor de concentração muito acima do padrão e que nesse horário o vento soprava
na direção oeste, o que proporciona o transporte dos poluentes emitidos no Pólo para esta
estação, além da velocidade desse vento estar muito baixa, com o valor de 0,6m/s, o que
caracteriza uma condição de calmaria. Já na Estação Lamarão, as ultrapassagens se deram
quando a direção do vento soprava com componentes leste, que é a condição crítica para o
carreamento de poluentes do Pólo para esta estação.
De acordo com a Tabela 5.6, houve uma melhoria sensível na concentração de COVs na região,
certamente em virtude de melhorias realizadas nas empresas do Pólo, como por exemplo,
substituição de cinco tanques de teto fixo por teto flutuante e implantação de um programa de
controle de emissões fugitivas na Braskem Insumos Básicos, o que vem a mostrar que a
qualidade do ar nessa região é bastante privilegiada quando se faz uso de tecnologias mais
limpas nas empresas que operam nesta área. Provavelmente os baixos índices de concentração de
NOx e de COVs foram responsáveis por não ocorrer um maior índice de violações de ozônio
nesse ano.
103
Tabela 5.1.6 – Resultados das campanhas de monitoramento de VOCs na AIP em 2003 (CETREL, 2004)
Apesar da melhoria na qualidade do ar da região que se observou nesse ano, infelizmente,
semelhantemente ao ano anterior, no qual ocorreu um evento de condições críticas da qualidade
do ar para a região de influência da rede de monitoramento, o ano de 2003 também apresentou
um evento desse caráter, no verão. No dia 24 de fevereiro do referido ano, entre às 11h e às 15h,
a qualidade do ar caiu de uma forma que gerou incômodos à população de Camaçari, a qual
registrou queixas em relação ao odor forte. A Escola Heleno Celestino de Magalhães chegou a
suspender suas sulas no último horário da manhã, uma vez que algumas pessoas apresentavam
sintomas de sufocamento e irritação nos olhos e garganta. Nesse dia, as condições atmosféricas
da região apresentavam-se semelhantes ao do dia 18 de março de 2002, quando também a
qualidade do ar na cidade caiu bastante, conforme discutido anteriormente. Nessa ocasião, os
ventos predominantes sopravam no sentido norte-noroeste, carreando os poluentes emitidos no
104
Pólo para a cidade de Camaçari. Além disso, a velocidade desses ventos estava muito baixa, o
que deve ter favorecido a permanência dos poluentes nessa área, conforme podemos verificar na
rosa-dos-ventos do dia, na figura 5.15. Nas figuras 5.16 e 5.17, observa-se os picos de NO2 e O3
no decorrer desse dia, nas estações Câmara e Hospital para o caso do NO2 e na estação Hospital
para o O3, que eram as estações localizadas na região de Camaçari e que realizavam a medição
desses poluentes na época, respectivamente. Apesar de não ter sido observada nenhuma violação
dos padrões de qualidade do ar, verificou-se picos de concentração de alguns poluentes, como
CO, SO2 e NO2 na estação Câmara (que não realizava medições de O3) e de O3 na estação
Hospital, o qual esteve bem próximo ao padrão permitido para uma hora, o que veio a levar o
IQAr à condição de Regular. Por tudo isso, conclui-se que mais uma vez o NOx pode ter
contribuído bastante para esse evento de condição crítica de qualidade do ar, uma vez que foram
detectados picos de suas concentrações no intervalo de tempo do evento, assim como também
pico de ozônio nesse intervalo e no horário de maior radiação solar, além do que os sintomas
apresentados pela população, de irritação nos olhos e na garganta são inerentes à toxicologia dos
oxidantes fotoquímicos.
Figura 5.15 - Rosa dos Ventos da Estação Câmara em 24/02/03, no período entre às 10:00 e 15:00h
(CETREL, 2004)
Figura 5.16 – Picos de NO2 no decorrer do dia 24/02/03 (CETREL, 2004)
105
Figura 5.17 – Picos de O3 no decorrer do dia 24/02/03 (CETREL, 2004)
A análise do ano de 2004 mostra um quadro favorável à qualidade do ar com relação ao NOx,
pois as médias das suas concentrações anuais nas sete estações em que ele foi monitorado não
violaram o padrão anual de qualidade do ar, que é de 53,2 ppb, de acordo com a Resolução
CONAMA 03/90, conforme mostrado na figura 5.18. Das novas estações que entraram em
operação em 2004, a que apresentou concentrações mais elevadas foi a Estação Gravatá, que nos
meses de junho e setembro atingiu médias mensais mais elevadas, atingindo um valor máximo
de 46ppb, próxima à média anual de 53,2 ppb. Também observou-se que houve uma queda nas
concentrações desse poluente nas estações Lamarão e Escola, enquanto que na estação Câmara
houve um pequeno aumento da média anual, comparadas com o ano anteriore, conforme pode-se
verificar na figura 5.18.
Figura 5.18 - Evolução das concentrações médias anuais de NO2
Para o caso específico da estação Câmara, as suas médias de concentração mensal mantiveram-
se mais elevadas em oito meses do ano, em relação ao ano anterior, conforme podemos observar
na figura 5.19 seguir, atingindo o seu valor mais elevado de concentração com 50,2ppb no mês
de junho, que foi um mês que apresentou anomalias positivas de chuva, o que é um fator
favorável à dispersão dos poluentes, pois ela proporciona a “lavagem” da atmosfera. Além disso,
os alísios de sudeste ficam mais intensos entre os meses de abril e junho, proporcionando,
também, efeitos benéficos para a dispersão. Analisando ainda a figura 5.19, verifica-se que o
segundo maior pico de NOx nesta estação ocorreu em janeiro, que foi um mês que apresentou
na RMA (CETREL, 2005)
106
nesse ano chuvas bem acima da média. Diante do exposto, pode-se concluir que nos primeiros
meses do ano, em virtude da quantidade desse poluente ter sido elevada em comparação a anos
anteriores, nos meses de janeiro e junho, se não tivessem ocorrido anomalias climatológicas
favoráveis à dispersão atmosférica, provavelmente teria ocorrido a ultrapassagem da média anual
do padrão CONAMA de 53,2 ppb para este poluente, o que indica que havia a necessidade de
um maior controle na emissão desse poluente.
Figura 5.19 – Concentrações máximas horárias mensais de NO2 na estação Câmara em 2004 em relação
aos anos 1995 a 2003 (CETREL, 2005)
Ao se passar a analisar as concentrações de ozônio no ano de 2004 na AIP – Área de Influência
do Pólo, verifica-se que esse ano apresentou uma sensível melhoria na qualidade do ar, uma vez
que pela primeira vez, após sete anos sucessivos, esse poluente não atingiu concentrações que
ultrapassassem o valor do padrão horário de 81,6 ppb da Resolução CONAMA 003/90,
conforme pode ser verificado nas figuras. Apesar disso, esse poluente foi responsável por
classificar duas vezes nesse ano a qualidade do ar da região como regular, por ter ultrapassado o
valor de 40,8 na sua média horária, nas estações Escola, com 41,5 ppb no dia 20/01/04 e
Lamarão, com 49,5 ppb no dia 04/10/04. Conforme visto anteriormente, o mês de junho também
apresentou pico de NOx, o que vem a evidenciar que a elevação das concentrações deste
poluente também provocaram a elevação das concentrações de ozônio nesse período
Figura 5.20 – Concentrações máximas horárias de O3 na estação de Lamarão (CETREL, 2005)
107
Figura 5.21 – Concentrações máximas horárias de O3 na estação de Escola (CETREL, 2005)
Através das análises realizadas através das campanhas, verificou-se que em relação aos COVs
também houve uma melhora na qualidade do ar da região, uma vez que não houve violações
durante o ano, o que pode também ter contribuído para a redução das concentrações de ozônio na
região. De acordo com a tabela mostrada abaixo, que apresenta os COVs detectados durante o
ano, relacionados a seus limites de detecção, teve-se o seguinte panorama:
Tabela 5.1.7 – Resultado do monitoramento de VOCs no ano de 2004 (CETREL, 2005)
Com relação ao ano de 2005, observaram-se bons resultados na qualidade do ar na região. A
figura 5.22 mostra que NOx apresentou concentrações inferiores ao ano anterior nas estações
108
Câmara, Lamarão e Escola, comportamento esse que vêm se repetindo desde 2002. A única
estação que apresentou um aumento nas suas concentrações foi a estação Concórdia, a qual foi
responsável pela classificação regular do IQAr, que atingiu o valor de 54 no dia 28/06/05, com o
valor máximo de suas concentrações em 54,3 ppb. As demais estações permaneceram
praticamente com concentrações constantes.
Figura 5.22 - Evolução das concentrações médias anuais na RMA (CETREL, 2005)
O ano de 2005 também pode ser considerado como um ano bom para a dispersão atmosférica na
região, uma vez que o comportamento atmosférico esteve dentro da normalidade. Em nível de
grande escala ocorreram alísios menos intensos no primeiro semestre, porém com mais chuvas e
alísios mais intensos no segundo semestre. Em nível de microescala, ocorreram ventos menos
intensos nos meses de abril a agosto, que foram os meses que apresentaram as maiores médias
mensais desse poluente. As estações Lamarão, Concórdia, Gravatá e Leandrinho apresentaram
nitidamente médias de concentrações mais elevadas nesses meses, conforme mostradas nas
figuras 5.23 a 5.26.
Figura 5.23 - Máximas horárias mensais de NO2 na estação Lamarão em 2005 (CETREL, 2006)
109
Figura 5.24 - Máximas horárias mensais de NO2 na estação Concórdia em 2005 (CETREL, 2006)
Figura 5.25 - Máximas horárias mensais de NO2 na estação Gravatá em 2005 (CETREL, 2006)
Figura 5.26 - Máximas horárias mensais de NO2 na estação Leandrinho em 2005 (CETREL, 2006)
Em contrapartida à diminuição da intensidade dos ventos no período de abril a agosto na região,
houve nesse ano uma média pluviométrica acima da média nesse período, o que vem a ser um
fator positivo na qualidade do ar. Daí, conclui-se que poderia ter sido atingido níveis mais
elevados de concentração de poluentes na região, caso não houvesse existido esse fator
atenuante.
Figura 5.27 – Comportamento mensal da precipitação medida na estação da SUDIC no período de 1992 a
2005, com relação ao período de 1992 a 2004 (CETREL, 2006)
110
Analisando-se especificamente as concentrações do ozônio, esse ano apresentou bons resultados,
uma vez que não houve registros de ultrapassagens do padrão horário de qualidade do ar,
contudo este apresentou concentrações superiores ao ano anterior nas estações de Machadinho,
Lamarão, Escola e Câmara, conforme figuras principalmente nos meses de maio e dezembro.
Também o número de vezes que ele foi responsável pela classificação “Regular” da qualidade do
ar na AIP foi maior. Enquanto que em 2004 o ozônio só foi responsável por essa condição duas
vezes, em 2005 ele foi responsável por quatro episódios que ocorreram nesse ano, de acordo com
a tabela 5.7.
Tabela 5.1.8 – Concentrações máximas horárias de ozônio em 2005 (CETREL, 2006)
Data Estação Concentração IQAr 27/01/2005 Câmara 56,1ppb(1 hora) 69 26/05/2005 Câmara 48,1ppb(1 hora) 60 06/07/2005 Escola 47,2ppb(1 hora) 59 08/12/2005 Machadinho 42,6ppb(1 hora) 53
Figura 5.28 - Máximas horárias mensais de O3 na estação Machadinho em 2005 (CETREL, 2006)
Figura 5.29 - Máximas horárias mensais de O3 na estação Lamarão em 2005 (CETREL, 2006)
111
Figura 5.30 - Máximas horárias mensais de O3 na estação Escola em 2005 (CETREL, 2006)
Figura 5.31 - Máximas horárias mensais de O3 na estação Câmara em 2005 (CETREL, 2006)
Observando-se os resultados das concentrações de COVs no ano de 2005, tabela 5.8, verificou-se
que não houve ultrapassagens dos COVs mensurados, seguindo a tendência dos anos anteriores,
a qual desde 2001 não houve mais ultrapassagens. Este poluente foi medido através de 144
amostras coletadas no decorrer do ano. Através dessas análises, verificou-se que em relação a
esses poluentes também houve uma melhora na qualidade do ar da região, uma vez que não
houve violações durante o ano, o que pode também ter contribuído para a redução das
concentrações de ozônio na região.
112
Tabela 5.1.9 – Resultado do monitoramento de COVs no ano de 2005 (CETREL, 2006)
Ao se passar a analisar os resultados das medições das concentrações de NOx no ano de 2006,
figura 5.32, chega-se a conclusão que a qualidade do ar nessa área foi bom, para o caso
específico desse poluente, apesar desses valores terem sido superiores em relação ao ano anterior
em três das sete estações nas quais foram realizadas as suas medições. Esse foi o caso das
estações Lamarão, Gravatá e Leandrinho, que ficam a oeste do Pólo, tendo permanecido estável
nas estações Escola e Concórdia e reduzido nas estações Câmara e Machadinho. Esses resultados
podem indicar que há uma necessidade de maior controle das emissões desse poluente pelas
empresas que operam nessa área, pois o ano de 2006 foi favorável à dispersão atmosférica nessa
região, o que pode indicar que se isso não tivesse ocorrido, provavelmente as médias anuais de
concentração desse poluente poderiam apontar valores mais elevados.
113
Figura 5.32 – Evolução das concentrações médias anuais de NO2 na RMA (CETREL, 2007)
Com relação ao IQAr, este poluente foi responsável apenas por um evento que deixou a
qualidade do ar regular. Para o caso específico da estação Gravatá, que foi a estação responsável
pela classificação regular do IQAr no dia 12 de novembro, quando as concentrações de NO2
atigiram o valor de 62,2 ppb, ela apresentou picos bastante significativos no período de setembro
a novembro, em relação ao ano anterior, conforme observado na figura 5.34. Também observa-se
através da rosa-dos-ventos, na figura 5.33 que no mês de novembro a direção predominante dos
ventos foi ENE, direção tal que proporciona o carreamento dos poluentes do Pólo para a Estação
Gravatá, apesar desses ventos terem soprado com uma boa intensidade, favorecendo à dispersão.
Os outros dois meses de picos do NO2 nessa estação, setembro e outubro, apresentaram como
direção predominante dos ventos a direção Leste, com componentes ENE, porém de intensidades
mais moderadas. Contudo, o mês de setembro apresentou de uma forma anômala um índice
pluviométrico elevado, fator esse que deve ter contribuído para que as concentrações desse
poluente na área não apresentassem valores ainda mais elevados dos que ocorreram. Em virtude
disso, pode-se concluir que se não fosse as condições climáticas bem favoráveis à dispersão
atmosférica, esses meses poderiam ter apresentado concentrações mais elevadas, podendo até a
vir a prejudicar a qualidade do ar e provocando um IQAr mais elevado. Vê-se dessa forma que,
embora as concentrações desse poluente na área não sejam críticas, é necessário um maior
controle para que a qualidade do ar não seja degrada a ponto de se chegar a violações, para só a
partir daí realizar um maior controle.
114
Figura 5.33 – Comportamento da rosa-dos-ventos na estação Gravatá no mês de novembro de
2006 (CETREL, 2007)
Figura 5.34 – Máximas horárias mensais de NO2 na estação Gravatá em 2006 (CETREL 2007)
Para o caso específico do ozônio, em 2006 também houve bons resultados, uma vez que as suas
concentrações não ultrapassaram níveis aceitáveis, o padrão horário de qualidade do ar para esse
poluente, que é de 81,6 ppb. Porém, ele foi responsável pela classificação “Regular” da
qualidade do ar na AIP em oito vezes nesse ano, o dobro do ano anterior, sendo que dessas oito
vezes, quatro se deram entre os meses de setembro a novembro, quando as concentrações de
NO2 também se elevaram. Além disso, esses eventos ocorreram em períodos do dia nos quais a
radiação solar estava elevada, o que veio a oferecer condições favoráveis às reações
fotoquímicas de formação de ozônio, somadas à direção dos ventos, que era do Pólo para as
respectivas estações. Na tabela 5.9, pode-se observar verificar onde, quando e em que
concentrações se deram esses eventos. Nesta tabela 5.9 pode-se observar o local e dia desses
eventos. Nesta tabela, observa-se que as estações Câmara e Lamarão, nas quais se deram os
eventos de ozônio, com exceção da estação Machadinho, estão entre as estações que
apresentaram maiores concentrações de NO2 no decorrer desse ano, com destaque para a estação
Lamarão, que após três anos de sucessivas quedas nas concentrações de ozônio, voltou a
apresentar concentrações mais elevadas em relação ao ano anterior. A partir dessas informações,
pode-se concluir que esses eventos de ozônio estiveram relacionados às emissões de NO2 no
Pólo Petroquímico de Camaçari.
115
Tabela 5.1.10 - Eventos de qualidade do ar “Regular” devido às concentrações de ozônio em 2006 (CETREL, 2007)
Data Estação Concentração IQAr 11/04/2006 Câmara 43,9ppb(1 hora) 55 13/05/2006 Câmara 45,9ppb(1 hora) 57 21/07/2006 Lamarão 45,2ppb(1 hora) 56 03/09/2006 Lamarão 44,0ppb(1 hora) 55 08/11/2006 Machadinho 56,8ppb(1 hora) 70 09/11/2006 Lamarão 46,6ppb(1 hora) 58 12/11/2006 Câmara 46,2ppb(1 hora) 57 26/12/2006 Lamarão 45ppb(média 1 hora) 56
As concentrações de COVs em 2006, mostradas na tabela 5.10, foram medidas em 144 amostras
coletadas no decorrer do ano com a finalidade de se analisar 39 compostos. Verificou-se uma
média baixa de concentrações nesse período.
Tabela 5.1.11 – Resultados do monitoramento dos COVs na AIP em 2006 (CETREL, 2007)
116
Após a análise desses últimos cinco anos, chega-se à conclusão de que ainda existe uma
condição confortável com relação aos índices de concentração de NOx na área de influência do
Pólo, que tem a seu favor uma climatologia que propicia, em geral, uma boa dispersão dos
poluentes e redução da poluição causada pela elevada pluviosidade local. Porém, viu-se que em
condições de dispersão desfavoráveis ocorreram dois eventos de poluição que causaram grandes
incômodos à população, uma vez que aulas tiveram de ser suspensas e pessoas tiveram que ser
internadas em hospitais com sintomas inerentes à toxicologia do NOx e do ozônio. Em nenhum
deles, apesar de ter ocorrido picos de NOx, não houve ultrapassagens do padrão horário para este
poluente e apenas no ano de 2002 houve duas ultrapassagens de ozônio no decorrer do dia. Isso
vem mostrar que o fato de que se um poluente não está tendo o seu padrão horário ultrapassado
não significa que a situação está boa. A própria definição de padrão de qualidade do ar não
assegura isso, uma vez que afirma que um padrão de qualidade do ar é um limite máximo de
concentração de um poluente atmosférico que se ultrapassado “poderá” afetar a saúde e o bem-
estar da população, além de danos à fauna, à flora e ao meio ambiente em geral e são
determinados através de estudos científicos que os relacione a danos provocados à população.
Porém, esses danos são avaliados para a maioria da população e a sensibilidade aos seus efeitos
varia de pessoa para pessoa. Em virtude disso, ele pode variar de um lugar para o outro, como é
o caso do NOx, que possui um limite estabelecido pela Organização Mundial de Saúde (OMS)
inferior ao adotado aqui no Brasil. Enquanto que o nosso padrão horário é de 320μg/m³, o
estabelecido pela OMS é de 200μg/m³. Já no Japão, a sua média horária deve estar em torno de
75 a 113 μg/m³.
5.2 ANÁLISE CRÍTICA DAS PERSPECTIVAS DE REDUÇÃO DAS EMISSÕES DE NOx
NOS PROCESSOS DE COMBUSTÃO A PARTIR DO CONTROLE NA FONTE,
CONSIDERANDO AS EXIGÊNCIAS LEGAIS E LEVANDO-SE EM CONSIDERAÇÃO O
ASPECTO ECONÔMICO.
A partir da atualização do inventário de emissões em novembro de 2002, constante no Relatório
da Cetrel 2003, que apresentou como as três maiores fontes emissoras de NOx no Pólo como
sendo a Braskem Insumos Básicos, a Acrinor e a Oxiteno, conforme a tabela 5.2, foi feita uma
análise sucinta das suas respectivas licenças de operação.
Tabela 5.2 - Carga anual de NOx nas empresas do Pólo
Fonte NOx(t/ano) Braskem Insumos Básicos 7.788 Acrinor 247 Oxiteno 155
117
Para o caso da Braskem Insumos, tem-se que as suas principais fontes emissoras de NOx são os
fornos, super-aquecedores, turbinas a gás e tochas, uma vez que ela é uma empresa fornecedora
de insumos básicos para outras empresas, que são de segunda geração.
A Acrinor é uma empresa que produz acrinolitrila, acetonitrila, sulfato de amônio bruto e ácido
cianídrico a partir de propeno e amônia e tem como principais fontes emissoras de NOx o
incinerador, o flare e as colunas absorvedoras.
A Oxiteno, que se destina à produção de óxido de eteno, glicol etilênico, éteres glicólicos,
etanolaminas e etoxilados, a partir de eteno, oxigênio, óxido de eteno, álcool butílico, isobutílico,
metílico e etílico, amônia e outros, tem como principais fontes emissoras de NOx as suas
caldeiras.
As três empresas acima descritas representam a situação das demais empresas implantadas no
Pólo de Camaçari, que em maior ou menor grau, também são emissoras de NOx de uma forma
semelhante, pois geralmente fazem uso dos processos de aquecimento para a realização de seus
produtos.
Para que se possa fazer uma análise de viabilidade da implementação de medidas de redução na
fonte, abaixo será ilustrada a simulação de melhorias em um forno que possui a capacidade de
liberação de calor de 55 Gcal/h, que é um tipo de forno bastante comum em indústrias
petroquímicas.
Considerou-se um forno que possui trinta e seis queimadores convencionais de capacidade
individual de liberação de 1,523 Gcal/h, totalizando uma carga térmica de 55 Gcal/h ( 36 x 1,523
), que operam queimando gás combustível, o qual possui um PCI – Poder Calorífico Inferior de
10.000 kcal/kg a um valor de US$ 66/t ou US$ 2,0 MM BTU. Esses queimadores convencionais
operam com um excesso de ar oxigênio típico de 5,0%. Ao optar por uma substituição por
queimadores de baixo NOx, tipo Infurnox LNB, da John Zink, com garantia de emissões de NOx
abaixo de 60 ppm, temos que esses novos queimadores podem operar com um excesso de
oxigênio de apenas 2,0%. Para a capacidade térmica considerada de 55 Gcal/h e temperatura de
chaminé típica de 370o C, resultando numa economia anual em combustível correspondente à
redução do excesso de ar de aproximadamente US$ 162.000,00, utilizando-se como base os daos
operacionais da John Zink (BAUKAL, 2001).
118
Considerando um custo investimento individual por queimador de US$ 8.000,00, segundo dados
do fabricante, em uma análise econômica simplificada, temos o retorno de investimento em
menos de dois anos, visto que o custo total de aquisição de 36 queimadores é US$ 288.000,00
( 36 x US$ 8.000,00 ) e a economia de energia nas novas condições de operação é equivalente a
US$ 162.000,00 por ano - o que é bastante razoável para um investimento, considerando
associação entre a questão ambiental e a eficiência energética (BAUKAL, 2001).
Simulações semelhantes podem ser feitas com diversos modelos de queimadores, a depender das
condições e necessidades da empresa. Vale salientar que ao se optar pela utilização de
queimadores de baixo NOx como método para redução das emissões, representa uma tecnologia
mais limpa com controle na fonte e não implica em custos adicionais de operação, como é o caso
de outros métodos que não são de controle na fonte.
5.3 BASES DE UM PROGRAMA DE PREVENÇÃO DE EMISSÃO DE NOx PARA
PROCESSOS DE COMBUSTÃO
A Produção mais limpa – PML diz respeito a qualquer prática, processo, técnica e tecnologia que
tenham como propósito reduzir ou eliminar a quantidade ou toxidade de poluentes em uma fonte
geradora. Assim sendo, ela compreende modificações em equipamentos, processos ou
procedimentos, modificações em produtos, substituição de substâncias por outras menos tóxicas
e otimização de matérias-primas, energia, água e outros recursos naturais. Daí, para se
implementar as ações de PML em uma empresa, deve ser desenvolvido um programa que
abranja desde o comprometimento da direção da empresa com os princípios da PML até a
avaliação de desempenho deste programa. E mais: este programa deve representar um processo
de melhoria contínua e, desta forma, ao seu final, novas metas devem ser estabelecidas para que
seja reiniciado um novo ciclo de implementações.
Em seguida, será proposto um Programa de Prevenção de emissão de NOx para processos de
combustão a serem implementadas por qualquer empresa, tendo em vista a adequação às suas
necessidades (CETESB, 2002; SENAI.RS, 2003).
119
5.3.1 – Comprometimento da direção da empresa
A primeira ação para a implementação de medidas de prevenção à poluição numa empresa é o
comprometimento da sua direção com o princípio preconizado por este programa, de forma a
garantir o seu sucesso. Dessa forma, o envolvimento da alta administração da empresa é
necessário como forma de garantir que os conceitos e práticas de PML sejam introduzidos e
internalizados na sua cultura.
O comprometimento da direção da empresa deve ser explícito e, assim sendo, uma declaração de
intenções deve ser consolidada como forma de evidenciar formalmente a sua anuência às
implementações de PML nos seus processos e atividades. Nela, devem estar contidos os
objetivos e prioridades gerais do programa. Essa declaração deverá ser amplamente divulgada
não só no âmbito interno da empresa, ou seja, não só apenas entre os seus funcionários, mas
também entre os seus clientes e fornecedores. Além disso, as pessoas que não estejam
diretamente envolvidas no planejamento e execução deste programa devem ser mantidas
informadas do seu andamento, para que assim possam assimilar as mudanças que este programa
possa vir ocasionar.
5.3.2 - Definição da equipe de PML
O segundo passo para implantar um programa de prevenção da poluição em uma empresa é
definir um grupo de trabalho para conduzi-lo. Esse grupo deverá ser composto por pessoas de
diferentes setores da empresa, para que dessa forma seja promovida a disseminação de
conhecimentos e integração entre os participantes, de forma que o planejamento e a implantação
do programa sejam facilitados. Também é importante que o líder dessa equipe tenha autoridade
suficiente para executar esse programa e, ainda, que tenha familiaridade com todos os aspectos
relacionados à operação, além de facilidade de acesso a todos os níveis hierárquicos da empresa,
pois caberá a ele a motivação da equipe para implementação do programa e a superação de
resistência que possa a vir existir no empreendimento.
O número de pessoas que integrarão essa equipe dependerá do tamanho da empresa e/ou mais
complexo for o processo produtivo, maior será essa equipe, que também poderá ser composta
por representantes externos, tais como consultores, para auxiliar em eventuais deficiências
técnicas. É de fundamental importância que façam parte dessa equipe operadores e supervisores,
uma vez que eles estão envolvidos diretamente com o processo. Também deverá ser estimulada a
120
participação voluntária, divulgando-se as suas contribuições com os respectivos autores. A seguir
será apresentado um exemplo de equipe mínima de PML, que pode ser adaptada à realidade de
qualquer empresa, de acordo com o porte e complexidade do processo produtivo: 01
coordenador técnico com autoridade para executar o programa, 01 técnico de operação, 01
supervisor de área, 02 operadores de processo, 01 técnico de manutenção.
5.3.3 – Atribuições da equipe
À equipe PML caberá a elaboração de uma política ambiental baseada nos princípios de
prevenção à poluição nos processos de combustão. Daí, ela será responsável pelo
desenvolvimento, implementação, acompanhamento, avaliação e manutenção do programa, de
acordo com as possibilidades da empresa.
5.3.3.1 – Estabelecimento de prioridades, objetivos e metas
O primeiro passo que a equipe PML deverá dar é realizar um diagnóstico relativo à eficiência
energética da fábrica como um todo. Em seguida, focar esse diagnóstico na área de combustão,
para se saber qual a sua real situação com relação às emissões e à sua eficiência energética.
Deverá ser realizado um inventário de emissões, levantamento da integridade dos equipamentos,
das práticas operacionais, adequação do combustível utilizado, dos parâmetros de processo e das
condições meteorológicas locais.
A partir de todas as informações coletadas, deverão ser fixadas ações prioritárias, a partir do
estabelecimento de objetivos e metas quantificáveis e que possam ser executáveis dentro de um
prazo estipulado, atentando-se sempre para o que estabelece a legislação nacional com relação
aos limites de emissão e de tolerância ao NOx. Eles deverão estar em sintonia com os objetivos
gerais estipulados na Declaração de Intenções da empresa e não poderão conflitar com outros
programas já existentes.
Ao se estabelecer metas, deve-se ter uma atitude bastante cautelosa para não correr o risco de
estabelecer metas impossíveis de serem alcançadas pela empresa ou de estabelecer metas muito
acanhadas. Elas devem equilibrar um patamar que proporcione esforços significativos para a
produção mais limpa, mas que não sejam inatingíveis pela empresa. Um exemplo específico de
objetivo para um programa de redução de emissão de NOx nos processo de combustão é o de
reduzir ao mínimo possível as emissões de NOx oriundas dos processos de combustão da
121
empresa. Já como metas, pode-se estabelecer a redução de 60% das emissões de NOx nos
processos de combustão em três anos. Ou seja, as metas devem estar atreladas a uma quantidade
dentro de um prazo.
5.3.3.2 – Elaboração de um cronograma de atividades
Após a definição da equipe, caberá a ela a elaboração de um cronograma para a execução do
programa, no qual deverão constar as atividades a serem desenvolvidas no decorrer deste
programa, com os respectivos prazos e responsáveis pela realização dessas atividades. Este
cronograma deverá ser mantido atualizado continuamente, devendo constar novos prazos ou
troca de responsáveis, quando necessário. A tabela 5.3 apresenta um exemplo de cronograma de
atividades.
Tabela 5.3 – Cronograma de atividades
Atividade Duração ( dias )
Estabelecer metas, prioridades e objetivos
15
Disseminação sobre as informações de PML.
15
Levantamento de dados 15 15
Definição de indicadores de desempenho
5
Identificação de oportunidades de PML.
5
Levantamento das tecnologias
5
Avaliação econômica 10
Seleção das medidas de PML
5
Implantação das medidas de PML
90
Avaliação dos resultados
15
5.3.3.3 – Disseminação sobre as informações de PML
É de crucial importância para o êxito do programa que a equipe PML desenvolva um plano de
comunicação e de treinamento, em consonância com os já existentes na empresa, com o objetivo
de propagar as suas ações em todos os setores da empresa, objetivando a conscientização e
122
participação dos funcionários através de esclarecimentos sobre as vantagens da adoção das
práticas de PML. Para isso, um programa de capacitação profissional contínuo deve ser
implantado como forma de assegurar que seja disseminada entre os funcionários uma
consciência ambiental, para que as suas ações sejam desenvolvidas de uma forma responsável e
segura, melhorando o desempenho através do uso de boas práticas operacionais.
No programa de capacitação profissional deve estar incluso os riscos inerentes à exposição do
NOx e do ozônio, o de contaminação atmosférica e conseqüente deposição no meio ambiente.
Também devem ser abordadas informações sobre os combustíveis utilizados e consumo.
Na questão da comunicação, a equipe deve lançar dos mais variados meios, como cartazes,
circulares, palestras com palestrantes externos e internos, comunicação eletrônica, etc. Nesse
programa de comunicação, a comunidade local deve ocupar um lugar de destaque, sendo
especialmente informada a respeito das implementações de PML que a favoreceram.
5.3.3.4 – Levantamento de dados
Cabe à equipe PML realizar um levantamento acurado de todos os dados relativos ao processo de
combustão, incluindo os equipamentos utilizados, o combustível, com dados relativos ao seu
armazenamento e a sua temperatura de entrada no processo, temperatura de entrada do
comburente, dados de saída na chaminé, condições atmosféricas do local, parâmetros de
operação, possíveis pontos de perda de energia, como infiltrações nos fornos e condições de
isolamento, inclusive nas tubulações. Na impossibilidade de medição direta na chaminé, poderão
ser utilizados programas específicos para o cálculo das emissões de NOx com base na
composição do combustível e excesso de oxigênio utilizado no processo. Como exemplo de
programa de simulação de emissões, tem-se o ACOMB do IPT – Instituto de Pesquisas
Tecnológicas.
5.3.3.5 – Definição dos indicadores de desempenho
Após um criterioso levantamento de dados, a equipe PML terá subsídios suficientes para definir
os indicadores de desempenho. Esses indicadores devem ser quantificáveis e as suas medições
deverão ser realizadas antes e após a implementação das medidas de PML, para que dessa forma
seja conhecida a situação da empresa antes e após a implementação do programa e assim seja
possível realizar uma avaliação ambiental e econômica antes e após as implementações das
123
medidas, sempre comparando com os dados de projeto. Para exemplificar, são apresentados a
seguir exemplos de indicadores de desempenho ambiental.
• Consumo de energia por unidade de produção;
• Quantidade total de NOx emitido, por unidade de produção;
• Quantidade total de CO emitido, por unidade de produção;
• Consumo de energia por unidade de produção;
• Violações do padrão de emissão ambiental;
• Fator de eficiência energética (razão entre eficiência real obtida e a máxima eficiência de
projeto);
• Abatimento anual de emissões de NOx (acumulado).
5.3.3.6 – Identificação de Oportunidades de PML
Uma avaliação minuciosa em todo o processo de combustão da empresa deverá ser realizada,
dando-se especial atenção para os itens que podem estar ocasionando maiores emissões de NOx,
atentando-se para a adequação da manutenção de equipamentos e instrumentos, práticas
operacionais, infiltrações nos fornos, temperatura adequada de pré-aquecimento e nebulização do
óleo, se for o caso, detalhes técnicos dos fornos, como o volume da câmara de combustão
adequado, haja vista que um volume insuficiente provoca queima incompleta e um volume
excessivo ocasiona excesso de ar aquecido, que será liberado na chaminé, aproveitamento do
condensado, isolamento térmico, distâncias entre a fonte geradora de calor e a consumidora, tipo
de combustível utilizado, o seu armazenamento e consumo específico. Também deverá ser
avaliado se a empresa utiliza alguma tipo de tecnologia de fim de tubo para a redução de
emissões de NOx e qual o custo associado a sua utilização. É de fundamental importância que o
pessoal da área de manutenção e operação esteja envolvido nesta avaliação.
A partir dessa avaliação, a equipe PML terá subsídios para identificar melhores opções para
redução das emissões de NOx nos processos de combustão da empresa.
5.3.3.7 – Levantamento das Tecnologias
A equipe PML deve fazer um levantamento das tecnologias mais limpas disponíveis no mercado,
específicas para o processo e que sejam tecnicamente viáveis para a empresa, levando em
consideração as suas necessidades, assim como também a legislação em vigor, para ter ciência
das conseqüências que as modificações pretendidas possam vir a acarretar.
124
5.3.3.8 – Avaliação Econômica
Inicialmente devem ser implementadas as medidas de PML que praticamente não requerem
custos, relacionadas à adoção de boas práticas operacionais e de manutenção. Deve-se considerar
que qualquer medida que leve à redução de emissões, de seu tratamento ou de operação, com
baixo investimento inicial, deve ser considera exeqüível. Neste sentido, devem-se priorizar ações
de treinamento e conscientização de pessoal, ajustes do excesso de ar (oxigênio), adequação do
sistema de manutenção preventiva e corretiva e eliminação de perdas. No caso da implementação
dessas medidas tenham sido consideradas prioritárias, deve-se partir para medidas de controle na
fonte relacionadas à mudança de processo ou tecnologia e, conseqüentemente, um maior
investimento de capital.
O custo energético deverá ser quantificado e alocado por etapa produtiva ou setor da
organização.
As medidas a seguir relacionadas requerem investimento e deverão ser implementadas de acordo
com a avaliação custo-benefício, devendo-se considerar na avaliação econômica a redução do
consumo de combustíveis decorrente da adoção das novas tecnologias, os custos operacionais,
além do ganho ambiental e conseqüente redução de despesas com infrações da legislação
ambiental, se for o caso:
• Co-geração;
• Instalação de queimadores de baixo NOx;
• Modificações nos combustores das turbinas a gás com introdução de injeção de vapor ou
recirculações;
• Instalação de dutos e ventiladores para recirculação parcial de gases de combustão;
• Instalação de sistemas de pós tratamento dos gases de combustão (catalítico ou não
catalítico);
• Instalação de sistema para utilização de ar enriquecido com oxigênio nos processos de
combustão.
5.3.3.9 – Seleção das Medidas de PML
Após o levantamento das tecnologias existentes e da avaliação econômica, a equipe estará apta a
selecionar as medidas de PML que deverão ser implementadas no início, levando-se em
consideração os benefícios imediatos e os custos relacionados.
125
Os benefícios para a empresa deverão estar relacionados a:
• Ganho ambiental significativo relacionado à redução das emissões de NOx;
• Melhoria da eficiência energética, com conseqüente redução do custo de energia no
processo produtivo.
• Promoção da saúde do trabalhador e comunidades vizinhas;
• Facilidade em atendimento aos requisitos legais, criando um melhor relacionamento com
a comunidade vizinha e o órgão ambiental;
• Retorno financeiro a curto, médio ou longo prazo.
Essas medidas devem ser implementadas gradativamente, seguindo uma seqüência, de forma que
a viabilidade técnica e econômica sejam decrescentes, ou seja, primeiramente implementam-se
as medidas mais viáveis e as demais devem aguardar até que se tornem viáveis, devendo ser
prevista a dotação orçamentária para a sua realização.
5.3.3.10 – Implementação das Medidas de PML:
Após ter sido feita a seleção das medidas, parte-se para a sua implementação, em consonância
com os objetivos e metas estabelecidos no programa e de acordo com o cronograma elaborado.
Na aplicação de medidas de PML, muitas técnicas poderão ser utilizadas. Dentre elas, tem-se
(CETESB, 2002; SENAI.RS, 2003):
a) Alteração do lay-out
Está relacionada à mudança da localização de equipamentos para dispô-los em locais que
possibilitem a economia de recursos, como por exemplo a localização dos equipamentos
consumidores de calor próximos aos fornos, de forma que proporcione uma menor dissipação
de energia para o meio ao longo do seu percurso, além de menores gastos com manutenção
de isolamento térmico.
b) Controle de estoque
Constitui-se em algumas medidas que deverão ser tomadas para tornar a armazenagem do
combustível utilizado mais segura e com menos perdas, pois um melhor controle no processo
de combustão também está relacionado a uma maior economia de combustível. Para tanto,
deverá existir um registro de compra eficiente, um armazenamento adequado, considerando-
126
se as perdas decorrentes na estocagem, registro do consumo de combustível bem apurado,
condições de segurança e registro de perdas, com as suas respectivas causas.
c) Manutenção preventiva
Os processos de combustão se dão em caldeiras e em fornos e é de extrema importância que
esses equipamentos tenham um programa de manutenção para que se evitem perdas de
energia. Sendo assim, deve-se ter em prática na empresa rotinas para:
• Limpeza dos resíduos de combustão de líquidos das superfícies de troca térmica;
• Reparo de eventuais avarias no isolamento térmico;
• Reparo de eventuais vazamentos de gases de combustão ou infiltrações de ar.
d) Melhoria nas práticas operacionais
Constitui-se em padronizar parâmetros operacionais, como temperatura de entrada do
comburente e do combustível e da vazão, assim como também firmar procedimentos para
realização de tarefas, de forma que seja realizado um programa de operação adequado,
estabelecendo-se novos padrões de processo. Dessa forma, deve-se ter em prática na empresa
rotinas para:
• Verificação da composição dos gases da combustão, principalmente com a contínua
monitoração de oxigênio, material particulado e CO;
• Temperatura dos combustíveis líquidos;
• Avaliação da eficiência dos sistemas de recuperação de calor
(pré-aquecimento de ar e/ou água e geração ou super-aquecimento de vapor).
e) Mudança de processo/tecnologia
Consiste na mudança de um processo ou tecnologia para um outro menos poluidor. Outra
metodologia importante é a integração energética pelo uso da tecnologia Pinch, de
queimadores de baixa emissão de NOx, da combustão estagiada, do sistema XONON, dentre
outros.
127
f) Substituição de matéria-prima
Baseia-se na troca de um combustível mais poluente por outro menos poluente, como por
exemplo, a troca de um óleo combustível pesado, que possui um elevado percentual de
nitrogênio na sua composição, por um menos poluente, como o gás natural, que em relação
ao óleo pesado apresenta vantagens. Também deve-se levar em consideração a utilização de
resíduos de biomassa, como por exemplo a utilização de briquetes de resíduos de madeira e
casca de coco, ou ainda do bagaço de cana, conforme já anteriormente citado na revisão de
literatura, que podem ser custeados através dos Mecanismos de Desenvolvimento Limpo -
MDL.
g) Substituição ou alteração nos equipamentos
Constitui-se na troca de um equipamento por outro menos poluidor ou mais econômico ou
simplesmente fazer alterações nesse equipamento, como introduzir um duto que recircule
parte dos gases exaustos e realizar a substituição de queimadores comuns por queimadores de
baixo NOx.
h) Treinamento
Nenhuma das medidas acima expostas trará bons resultados se a equipe que for lidar com
elas no seu cotidiano não for devidamente treinada. Nesse sentido, é de suma importância
que seja realizado um programa de capacitação profissional, através de cursos técnicos
específicos, objetivando uma maior consciência ambiental, segurança, responsabilidade e um
melhor desempenho na realização das suas atribuições.
5.3.3.11 – Avaliação dos Resultados
Após a implementação do programa, há a necessidade de se verificar a sua eficácia,
analisando-se os benefícios decorrentes da sua implementação, do ponto de vista ambiental e
econômico, além da avaliação das barreiras e problemas que surgiram ao longo da sua
implementação. É aconselhável que essa avaliação seja realizada em intervalos de tempo
regulares, a fim de que os problemas que por ventura venham a aparecer sejam detectados no
seu início e, conseqüentemente, resolvidos sem maiores complicações ou repetições. Ela
deve ser realizada tendo-se como parâmetro os indicadores ambientais que foram definidos
128
anteriormente. Uma nova mensuração deverá ser realizada e então comparada com os valores
obtidos antes da implementação das medidas de PML e dessa forma poderá ser feita uma
quantificação dos ganhos decorrentes do programa, observando-se a redução dos problemas
ambientais, economia de combustível, prejuízos com sistema inoperante devido a quebra de
equipamentos, redução com dispositivos de tratamento de emissões (fim-de-tubo), aumento
da eficiência energética, além dos ganhos com um melhor relacionamento com a comunidade
local e imagem da empresa, aumento da consciência ambiental dos funcionários e melhor
relacionamento com o órgão ambiental.
5.3.3.12 – Manutenção do Programa
Após o programa de PML ter sido implementado e avaliado, ele deve prosseguir, pois o
desempenho ambiental de uma empresa deve melhorar continuamente. Assim sendo, é
necessário que sejam criadas condições para que ele prossiga ininterruptamente, através do
envolvimento de funcionários de todos os níveis e setores da empresa, estando inclusa,
principalmente, a alta administração da empresa. Devem ser estabelecidas metodologias de
trabalho que viabilizem a continuidade deste programa e cultivados instrumentos que
possibilitem a manutenção da cultura de PML, assim como também a sua progressão, em
consonância com as atividades futuras da empresa. É de extrema importância que a
capacitação profissional prossiga de uma forma bem estruturada, possibilitando que a
empresa seja constantemente atualizada com relação às inovações tecnológicas na área de
combustão e emissões de NOx, assim como também com o progresso da legislação
ambiental, para que se atinja, desta forma, um aprimoramento contínuo.
129
6. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES
Na atualidade, é grande a preocupação da sociedade com a qualidade do ar que respiramos, em
virtude da degradação gradativa que ele vem sofrendo nas cidades ao longo dos anos. Dentre os
poluentes tidos como prioritários, temos o NOx como um grande vilão, dado que a sua presença
no ar pode provocar a chuva ácida e a formação de oxidantes fotoquímicos, como o ozônio
troposférico, que podem inclusive provocar uma poluição trans-fronteiriça.
Por ser o NOx formado fundamentalmente nos processos de combustão, os quais são largamente
utilizados no Pólo Industrial de Camaçari, foram analisadas as suas concentrações nos últimos
anos nessa região, isto é, no período de 2002 a 2006. Com essa análise, chegou-se a conclusão
que as suas concentrações nessa área não são alarmantes, mas nem por isso deixa de estar
passível de cuidados especiais, alertando-se também que o aumento da poligonal do Pólo
também traz como conseqüência o aumento das emissões. É necessário que se aja de uma
maneira proativa e, dessa forma, evite-se que num futuro próximo seja necessário tomarem-se
medidas mais enérgicas, como no caso de São Paulo, que com o seu Decreto das Áreas Saturadas
dificultou a instalação de novas indústrias em áreas classificadas como saturadas ou em vias de
saturação, uma vez que elas têm que apresentar um sistema de compensação, o que só é possível
se elas comprarem créditos de emissões de outras empresas, as quais não estão dispostas a
vender.
No período de 2002 a 2006, as emissões de poluentes, em especial NOx, provavelmente
contribuiu com a ocorrência de dois eventos importantes de intoxicação na população de
Camaçari. A analise do monitoramento dos poluentes NOx, COVs e O3 no período mostrou que
suas concentrações estão com medias abaixo do padrão de qualidade do ar estabelecido pelo
CONAMA. Contudo, este padrão apresenta valores acima dos padrões internacionais mais
rígidos. Os resultados mostraram também que os as concentrações de NOx e O3
Com o levantamento das tecnologias existentes no mundo para a redução das emissões de NOx,
chega-se a conclusão que existem muitos caminhos para que esse objetivo seja alcançado,
podem chegar
perto dos limites legais em alguns dias do ano quando ocorrem condições climáticas de direção
e baixas velocidades de ventos. Este cenário mostra a importância da redução sensível das
emissões dos poluentes primários NOx e COVs no Pólo Petroquímico de Camaçari, através da
adoção de programas de produção mais limpas.
130
especialmente evitando-se a sua formação nos processo de combustão. Os processos de pós-
combustão devem ser deixados apenas para que se atinjam limites de emissões mais baixos. Os
custos de investimento com a implantação dessas tecnologias variam bastante. Porém, mesmo
quando o investimento é elevado, muitas vezes tem-se um retorno de investimento num prazo
relativamente curto, com os ganhos energéticos e redução de consumo de combustível, conforme
pôde-se observar no item 5.2 deste trabalho.
Para que as empresas reduzam cada vez mais as suas emissões, faz-se necessário que a legislação
referente a este assunto evolua mais, pois apesar da conscientização ambiental ter crescido
bastante nas empresas nos últimos anos, muitas vezes ela ainda se manisfesta de uma maneira
muito tímida, principalmente quando se trata de investimentos. Chega-se até a contradições de
empresas que investem bastante em certificados de qualidade, mas na hora da sua renovação de
licença de operação querendo questionar condicionantes de melhoria ambiental. Um grande
avanço foi dado com a Resolução CONAMA 382, mas é necessário que os estados façam a sua
parte e lancem também as suas legislações específicas, como assim o fizerem os estados de São
Paulo e Paraná. É válido que sejam observadas legislações e iniciativas internacionais, como o
caso da Comunidade Européia, que através do European IPPC Bureau organiza um sistema de
troca de informações para que os países membros tenham acesso à informação das melhores
técnicas disponíveis e dessa forma elas sejam exigidas de acordo com a Diretriz 96/61/EC.
Em virtude das conclusões acima expostas, como contribuição a ser deixada por este trabalho,
serão citadas algumas sugestões:
É necessário que o Estado da Bahia lance a sua legislação relacionada às emissões atmosféricas o
mais breve possível, abrangendo, inclusive, a definição das áreas Classe I, II, e III do item 2,
subitem 2.3 da Resolução CONAMA 05/89 e o estabelecimento das metas obrigatórias para os
limites de emissão mencionado no § 2º do Art. 7º da Resolução CONAMA 382, de 26 de
dezembro de 2006.
Elaboração de uma Norma Técnica do CRA referente a emissões atmosféricas, a qual deverá
exigir para o licenciamento de empresas que utilizem os processos de combustão que
apresentem, quando do seu licenciamento, um Programa de Prevenção de Emissão de NOx para
Processos de Combustão, assim como também um sistema de monitoramento de suas emissões
na fonte, como forma não só de se acompanhar o que cada empresa emite, mas também como
forma de se ter ciência do que ela deixou de emitir, no caso de melhorias realizadas em suas
131
plantas, para que se evitem casos como o da Braskem, que realizou reformas em seus fornos mas
não há registros de quanto ela deixou de emitir com essa reforma.
Criação de um banco de dados que contenha informações sobre as melhores técnicas disponíveis
relacionadas ao controle na fonte das emissões de NOx, no Brasil e no mundo, que deverá estar
disponibilizado no portal de informações ambientais do estado, o SEIA – Serviço de
Informações Ambientais. Para efeito de disseminação da produção mais limpa nesta área, a
exemplo do estado de São Paulo, que disponibiliza no seu site casos de sucesso, também
deveriam ser disponibilizados nesse banco de dados casos de implementação de programas de
redução na fonte de NOx. É importante também que sejam divulgadas as formas existentes para
financiamento de projetos relacionados à redução de emissões atmosféricas e, em especial, gases
do efeito estufa, como é o caso do NOx. Nesse caso é de vital importância uma maior divulgação
dos projetos relacionados com os MDLs – Mecanismos de Desenvolvimento Limpo, a exemplo
do site do Ministério da Ciência e Tecnologia – MCT.
Disponibilização para a população em geral dos Relatórios Anuais da Rede de Monitoramento
do Ar do Pólo Industrial de Camaçari, a exemplo de outros estados. Também devem ser
disponibilizados os IQAr das estações.
Criação de convênios entre o CRA e universidades, institutos de pesquisas tecnológicas,
empresas fornecedoras de tecnologias e outros órgãos ambientais com a finalidade de
capacitação técnica, não só do corpo técnico do CRA, mas também do corpo técnico das
empresas com a finalidade de disseminar a produção limpa nesta área. É fundamental o aumento
do corpo técnico do CRA, incluindo especialistas em meteorologia, para concretizas ações de
controle efetivo das emissões de NOx.
132
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78. VIEIRA, Letícia Neves Gomes Vieira. Aplicação da Produção Mais Limpa na Redução dos Precursores de Ozônio, 2006. Dissertação (Mestrado Profissional em Gerenciamento e Tecnologias Ambientais no Processo Produtivo – Ênfase em Produção Limpa) – Escola Politécnica, Universidade Federal da Bahia, Salvador.
79. VIEIRA, Petronio Lerche & outros. Gás natural: benefícios ambientais no Estado da Bahia. Salvador: Solisluna Design e Editora, 2005.
136
80. WAIBEL, Richard T. Low NOx burner applications in processs heaters for refineries and chemical plants. XXXVIII Convencion Nacional IMIQ, Vera Cruz, September, 1997.
81. XAVIER, Edna Elias, Termeletricidade no Brasil – Proposta metodológica para inventário de emissões aéreas e sua aplicação para o caso do CO2
, 2004. 308p. Tese (Doutorado em Planejamento Energético) – COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro.
137
8. APÊNDICE APÊNDICE A Limites de emissão de NOx ( como NO2 ) em base seca e 3% de excesso de oxigênio para óleo combustível e gás natural e 8% para bagaço de cana e derivados de madeira ( mg/Nm3
Potência térmica nominal ( MW )
)
NOx ( como NO2 ) (mg/Nm3)
Óleo combustível
Gás Natural
Bagaço de cana
Derivados de madeira
Menor que 10 1600 320 N.A. N.A. Entre 10 e 30 1000 320 350 650 Entre 30 e 70 1000 320 350 650 Entre 10 e 70 1000 320 350 (2) Maior que 70 1000 200 350 (1) 650 (3) (1) Valor limite estabelecido para potência térmica igual ou maior que 70 MW. (2) Valor limite permitido até a potência térmica de 75 MW. (3) Valor limite estabelecido para potência térmica acima de 75 MW. Limites de emissão de NOx ( como NO2 ) proveniente de turbinas a gás para geração de energia elétrica em mg/Nm3
Turbina por tipo de combustível
- base seca e 15% de excesso de oxigênio
NOx ( como NO2 ) (mg/Nm3)
Gás natural 50 Combustíveis líquidos 135 Limites de emissão de NOx ( como NO2
) para refinarias de petróleo
NOx ( como NO2 ) (mg/Nm3)
Fornos e caldeiras queimando gás de refinaria
Potência nominal ( MW )
(1)
Menor que 10 320 Entre 10 e 70 320 Maior que 70 320
Unidade de craqueamento catalítico – caldeiras de monóxido de carbono ou recuperadora de gases de regeneradores
(1)
600
Conversor de amônia Eficiência de destruição de amônia 98%.
(2) 720
(1) Concentração em mg/Nm3 em base seca e a 3% de oxigênio. (2) Concentração em mg/Nm3 em base seca e a 1% de oxigênio.
138
Limites de emissão de NOx ( como ) para Fornos de Fusão de Vidro kg NOx/t vidro fundido Classificação Vidro Incolor Vidro Colorido Doméstico 4,5 7,5 Plano 4,3 6,7 Embalagem 3,2 5,4 Especiais Técnico 4,5 6,7 Emissão expressa em kg de de NOx por t.v.f ( tonelada de vidro fundido )
139
Limites de emissão de NOx ( como NO2 ) para outras indústrias
Indústria Equipamento / Secção
NOx ( como NO2 ) % O2 ( 1 )
Celulose Caldeira de
recuperação 470 8 % Forno de cal 470 8 % Cimento Portland Fornos 650 10 %
Ácido Nítrico Torre de absorção de
HNO 1,6 3
NA ( 2 )
Siderúrgica Integrada e semi-Integrada e Usinas de Pelotização de Minério de Ferro
Coqueria - Câmara de combustão dos fornos de coque
700 7 %
Sinterização – Sistema primário de despoeiramento
700 NA
Aciaria LD – Sistema de despoeiramento dos fornos de cal
470 8 %
Laminação – Forno de reaquecimento de placas com queima de gases siderúrgicos
700 7 %
Pelotização – Sistema de exaustão do forno de pelotização
700 NA
Central Termelétrica – Caldeira com queima de gases siderúrgicos
350 5 %
(1) Concentração em mg/Nm3 em base seca nos teores de O2 estabelecidos. (2) Resultado em kg/t de HNO3 a 100% em base seca.
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APÊNDICE B
RESUMO DO DECRETO 50753 DE 28 DE ABRIL DE 2006 do Governo do Estado de São Paulo
Para exposição de longo prazo Para exposição de curto prazo Sub-regiões com 03 anos de representativos.
Sub-regiões com 03 anos de representativos.
Saturada ( SAT )
Média aritmética das médias anuais dos últimos três anos maior que PQAR.
Saturada ( SAT )
4º maior valor diário dos últimos três anos maior que o PQAR.
Em vias de saturação (EVS)
Média aritmética das médias anuais dos últimos três anos maior que 90 % do PQAR.
Em vias de saturação (EVS)
3º maior valor diário dos últimos três anos maior que 90% do PQAR.
Não Saturada ( NS )
Média aritmética das médias anuais dos últimos três anos menor ou igual a 90% do PQAR.
Não Saturada ( NS )
3º maior valor diário dos últimos três anos menor ou igual a 90% do PQAR.
Sub-regiões com 02 anos de representativos.
Sub-regiões com 02 anos de representativos.
Saturada ( SAT )
Média aritmética das médias anuais dos dois anos maior que 90 % do PQAR.
Saturada ( SAT )
3º maior valor diário dos últimos três anos maior que o PQAR.
Em vias de saturação (EVS)
Média aritmética das médias anuais dos dois anos maior que 80 % do PQAR.
Em vias de saturação (EVS)
2º maior valor diário dos últimos três anos maior que 90% do PQAR.
Não Saturada ( NS )
Média aritmética das médias anuais dos dois anos menor ou igual a 80 % do PQAR.
Não Saturada ( NS )
2º maior valor diário dos últimos três anos menor ou igual a 90% do PQAR.
Sub-regiões com 01 ano de representativo.
Sub-regiões com 01 ano de representativo.
Saturada ( SAT ) Média anual maior que 90% do PQAR. Saturada ( SAT )
2º maior valor diário dos últimos três anos maior que o PQAR.
Em vias de saturação (EVS)
Média anual maior que 80% do PQAR. Em vias de saturação
(EVS)
1º maior valor diário dos últimos três anos maior que 90% do PQAR.
Não Saturada ( NS ) Média anual menor ou igual a 80% do PQAR. Não Saturada ( NS )
1º maior valor diário dos últimos três anos menor ou igual a 90% do PQAR.
Sub-regiões com nenhum ano de representativo.
Saturada ( SAT ) 2º maior valor diário dos últimos três anos maior que o PQAR.
Em vias de saturação
(EVS)
1º maior valor diário dos últimos três anos maior que 90% do PQAR.
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