PRODUTOS CARBOQUÍMICOS:PRODUTOS CARBOQUÍMICOS:

CARVÃO CARVÃO

É um material sólido, poroso, de fácil combustão e capaz de gerar grandes quantidades de calor.

PRODUÇÃO

ARTIFICIAL NATURAL

QUEIMA DA MADEIRA ENCARBONIZAÇÃO

CARVÃO VEGETAL

CARVÃO MINERAL

ENCARBONIZAÇÃO:ENCARBONIZAÇÃO:Processo pelo qual substâncias orgânicas, sobretudo vegetais, são submetidas à ação da

temperatura terrestre durante cerca de 300 milhões de anos e transformam-se em carvão mineral. Em função da natureza desses processos, o carvão vegetal é também chamado de artificial, e o carvão mineral, de natural.

CARVÃO MINERAL:CARVÃO MINERAL:

Também chamado de carvão fóssil ou de pedra; Formado por troncos, raízes, galhos e folhas de árvores gigantes que cresceram há

250 milhões de anos em pântanos rasos; Essas partes vegetais, após morrerem, depositaram-se no fundo lodoso e ficaram

encobertas; O tempo e a pressão da terra foi se acumulando sobre o material transformaram-no em

uma massa negra homogênea – AS JAZIDAS DE CARVÃO.

CONDIÇÕES PARA FORMAÇÃO DE DEPÓSITO DE CARVÃO MINERAL:CONDIÇÕES PARA FORMAÇÃO DE DEPÓSITO DE CARVÃO MINERAL:

Ocorrência simultânea de diversas condições geográficas, geológicas e biológicas; Primeiro, deve existir uma vegetação densa, em ambiente pantanoso, capaz de

conservar a matéria orgânica; A água estagnada impede a atividade das bactérias e fungos que, em condições

normais, decomporiam a celulose.

COMPOSIÇÃO DO CARVÃO MINERAL:COMPOSIÇÃO DO CARVÃO MINERAL:

PARTE ORGÂNICA PARTE INORGÂNICA

MACROMOLÉCULAS DE C e H SILICATOS (constituem as CINZAS)PEQUENA PROPORÇÃO DE S e

PARTE ÚTIL, “COMBUSTÍVEL” QUANTO + AVANÇADO A ENCARBONIZAÇÃO MAIOR OTEOR DE “C” MENOR O TEOR DE “O”

CARVÃO:CARVÃO:Constituído por grandes núcleos-monômeros heterocíclicos, com cadeias de alquilas

laterais, mantidos por grupos C-C tridimensionais, incluindo grupos funcionais a oxigênio.

COMPOSIÇÃO DO CARVÃO NO BRASIL:COMPOSIÇÃO DO CARVÃO NO BRASIL:

Carbono 59.87%Hidrogênio 3.78%Oxigênio 7.01%Enxofre 2.51% Cinzas 26.83%

CARVÃO MINERAL:CARVÃO MINERAL: Quanto maior o teor de carbono, maior também é o poder energético; Em virtude da estrutura do carvão mineral ser complexa e variável, ele se apresenta de

diversos tipos; Seu emprego para fins industriais obedece a uma classificação que toma como base a

produção de matéria volátil e a natureza do resíduo. Assim, há carvões que se destinam à produção de gás, de vapor ou de COQUE, que é um

carvão amorfo, resultante da calcinação do carvão mineral, e de largo emprego na siderurgia..

INTRODUÇÃO:INTRODUÇÃO: A partir da época dos grandes descobrimentos, o carvão mineral foi substituindo pela lenha,

até então considerada como a principal fonte de energia utilizada pelo homem; A combustão direta do carvão, para produção de vapor, foi a principal alavanca para o

progresso da humanidade em direção à industrialização; As máquinas a vapor, alimentadas pelo carvão, surgiram em meados de 1700 e foram

aperfeiçoadas por Watt, que passou a construí-las, comercialmente, na Inglaterra, de 1774 a 1800;

A partir da época dos grandes descobrimentos, o carvão mineral foi substituindo pela lenha, até então considerada como a principal fonte de energia utilizada pelo homem;

A combustão direta do carvão, para produção de vapor, foi a principal alavanca para o progresso da humanidade em direção à industrialização;

As máquinas a vapor, alimentadas pelo carvão, surgiram em meados de 1700 e foram aperfeiçoadas por Watt, que passou a construí-las, comercialmente, na Inglaterra, de 1774 a 1800;

Apesar do fato de as máquinas a vapor terem sofrido grandes melhorias no decorrer do tempo, os princípios básicos, estabelecidos por Watt, permaneceram inalterados; Atualmente, o principal uso da combustão direta do carvão é na geração de eletricidade, por meio de usinas termoelétricas. Essa tecnologia está bem desenvolvida e é economicamente competitiva;

Os impactos ambientais das usinas a carvão são grandes, não só pelas emissões atmosféricas, mas também pelo descarte de resíduos sólidos e poluição térmica, além dos riscos inerentes à mineração.

DESCOBERTA DO CARVÃO:DESCOBERTA DO CARVÃO: A primeira descoberta do carvão mineral, provavelmente ocorreu na idade da pedra lascada; Alguém um “homo sappiens” tentou queimar arbustos, folhas secas, e para proteger o fogo,

cercou de pedras pretas, que se achavam soltas no chão da caverna;  Durante a queima dos arbustos, as pequenas pedras pretas mais próximas do fogo,

começaram a derreter, soltando fumaça esbranquiçada e depois rolos de fumos marrons alaranjados. 

Em poucos minutos, começaram as longas labaredas, desprendendo muito calor, mais forte do que o dos arbustos e por período bastante prolongado;

Após tanta chama desprendida da pedra, ela própria começou a se tornar incandescente, sem pegar fogo, porém desprendia mais calor do que os arbustos, e por muito mais tempo.

HISTÓRICO DO CARVÃO:HISTÓRICO DO CARVÃO: Até a 2° Guerra Mundial, o carvão era o combustível mais utilizado no mundo; A descoberta dos combustíveis derivados do petróleo, permitiu o desenvolvimento dos

motores a explosão e abriu maiores perspectivas de velocidade e potência, e o surgimento da energia nuclear, relegaram o carvão a condição de fonte subsidiária de energia;

No entanto, a disponibilidade de grandes jazidas de carvão mineral e o baixo custo do carvão vegetal ainda conferem a esse combustível um papel relevante.

OBJETIVOS DA PESQUISA DO CARVÃO:OBJETIVOS DA PESQUISA DO CARVÃO: Produção diminuída do gás do carvão e dos aromáticos devido à competição com os produtos

petroquímicos e com o gás natural; Necessidade de produzir um gás combustível de elevado poder calorífico para competição e

para substituir o gás natural; Substâncias novas ou já conhecidas do CARVÃO DE PEDRA, LINHITO ou XISTO; Retirar do carvão combustíveis para motores e outras substâncias químicas orgânicas.

ALTERNATIVAS PARA O USO DO CARVÃO:ALTERNATIVAS PARA O USO DO CARVÃO: A melhoria do processo de combustão poderia reduzir as emissões de monóxido de carbono e

nitrogênio, a partir da dessulfurização dos gases de combustão ou da utilização de carvão com baixo teor de enxofre.

E também o calor residual da usina poderia ser aproveitado nas suas proximidades, para evitar perdas energéticas, como por exemplo: aquecimento de caldeiras, movimentação de motores, etc..

CLASSIFICAÇÃO DE ACORDO COM A INTENSIDADE DE ENCARBONIZAÇÃO:CLASSIFICAÇÃO DE ACORDO COM A INTENSIDADE DE ENCARBONIZAÇÃO:

CELULOSE ACUMULADATURFA

LINHITOHULHA

ANTRACITO

A celulose acumulada a milhões e milhões de anos forma a TURFA, que apresenta % de carbono aumentada, e que também acumulada há milhões de anos forma o LINHITO (1° variedade de carvão) apresentando maior % de carbono. O linhito acumulado por milões de anos forma a HULHA (formada por carvão betuminoso e sub-betuminoso), que pelo processo de encarbonização, após milhões de anos, forma o ANTRACITO, que possui 90% de carbono fixo.

IDADE GEOLÓGICA DO CARVÃOIDADE GEOLÓGICA DO CARVÃOA idade geológica do carvão brasileiro oscila entre 230 e 280 milhões de anos, que

segundo estudiosos do assunto, vem da era paleozóica – período carbonífero.Evolução da composição elementar, desde vegetais até o termo mais evoluído do carvão

mineral que é o antracito, quase carbono puro:  Tipo % O2 % H2 % C Celulose 49.4 6.2 44.4 Turfa 40.0 6.0 54 a 60 Linhito 25.0 5.0 65 a 75 Hulha 15.0 4.5 75 a 85 Antracito 3.0 2.0 95.0

TURFA:TURFA:Apresenta teores muito baixos de C e altas porcentagens de umidade, nem sempre pode

ser aproveitada como combustível, e nesse caso serve para aumentar a composição de matéria orgânica dos solos. Encontrada nos baixos e várzeas, ou em antigas lagoas atulhadas, a turfa caracteriza-se pela presença abundante de restos ainda conservados de talos e raízes.

LINHITO:LINHITO:Já o linhito, muito mais compacto que a turfa, é empregado na siderurgia, como redutor,

graças a sua capacidade de ceder oxigênio para a combustão como matéria-prima na carboquímica. Quando o linhito se apresenta brilhante e negro, recebe o nome de azeviche.

HULHA:HULHA:É composta de 80% carbono, restos vegetais parcialmente conservados, elementos

voláteis, detritos minerais e água. É empregada tanto como combustível quanto como redutor de óxidos de ferro e, graças a suas impurezas, na síntese de milhares de substâncias de uso industrial. A hulha foi a mola propulsora da indústria do século passado, durante a Revolução Industrial, sendo substituída pelo petróleo no século XX.

No Brasil, ocorre nos estados do PR, SC e RS, e sua produção é de cerca de 10 milhões de toneladas por ano (a produção não é o maior devido ao alto teor de cinzas e de enxofre que possui). É usada como combustível de usinas termelétricas e nos altos-fornos siderúrgicos.

ANTRACITO:ANTRACITO:O antracito, última variedade de carvão surgida no processo de encarbonização,

caracteriza-se pelo alto teor de carbono fixo, baixo teor de compostos voláteis, cor negra brilhante, rigidez e dificuldade com que se queima, dada sua pobreza de elementos inflamáveis. É usado como redutor em metalurgia, na fabricação de eletrodos e de grafita artificial. Uma de suas principais vantagens consiste em proporcionar chama pura, sem nenhuma fuligem.

RESERVAS MUNDIAIS:RESERVAS MUNDIAIS:    Praticamente 90% das reservas de carvão mineral, assim como das reservas de petróleo, encontram-se localizadas no hemisfério norte, bem como desertos, indicando que havia oceanos, onde atualmente quatro países detêm as maiores reservas:  Rússia 56.5% Estados Unidos 19.5% China 9.5% Canadá 7.8% Europa 5.0% África 1.3% Outros 0.4%

RESERVAS DE CARVÃO NO BRASIL (EM MILHÕES DE TONALADAS):RESERVAS DE CARVÃO NO BRASIL (EM MILHÕES DE TONALADAS):

Rio Grande do Sul 20.859 Santa Catarina 1.941 Paraná 179 São Paulo 10 Total 22.888

CARVÃO MINERAL NO BRASIL:CARVÃO MINERAL NO BRASIL:No final do século XIX começou a exploração do carvão mineral no Sul do Estado de

Santa Catarina; A mineração atingiu terras férteis e poluiu os mananciais. Sem respeito ao código de mineração, nove décadas de exploração do carvão levaram esta região a se tornar conhecida nacionalmente como uma área crítica de degradação ambiental. Foi somente no final dos anos 1980 que as preocupações mundiais com o meio ambiente começaram a surtir efeito na Região Carbonífera: - aumentou a fiscalização ambiental pelos órgãos governamentais;- a população começou a perceber que os problemas ambientais decorrentes da exploração do carvão estavam afetando sua qualidade de vida.

As maiores jazidas de carvão mineral do País situam-se nos estados do Rio Grande do Sul e Santa Catarina. As menores, no Paraná e São Paulo. As reservas brasileiras totalizam 32 bilhões de toneladas de carvão. Deste total, o estado do Rio Grande do Sul possui 89,25%, Santa Catarina 10,41%, Paraná 0,32% e São Paulo 0,02%. Somente a Jazida de Candiota, situada no sudoeste do estado do Rio Grande do Sul, possui 38% de todo o carvão nacional.

Em Santa Catarina são conhecidas a Camada Barro Branco, Camada Bonito e Camada Irapuá, enquanto no Paraná ocorre a Figueira/Sapopema. A maioria do carvão riograndense é do tipo betuminoso alto volátil C, enquanto o carvão catarinense é do tipo betuminoso alto volátil A, considerado de melhor qualidade.

Análise sobre Carvão Mineral e Energia no Brasil Análise sobre Carvão Mineral e Energia no Brasil

Produção Nacional de Carvão Mineral e EnergiaSetor Consumidor Mercado

Sistema Elétrico 3,30

Residencial 22,30Comercial 11,40Público 8,50Agropecuária 3,30Transporte 0,30Industrial 50,70

Cenário Nacional de Consumo de Energia.Ano Base Carvão Mineral Energia Produzida

1990 1.878 148.0741991 2.064 151.3291992 1.841 152.2381993 1.789 155.9311994 1.980 162.309

Oferta Nacional de Carvão Mineral e Energia.Ano Base Carvão Mineral Energia Ofertada

1990 9.446 187.2611991 10.833 192.5671992 10.528 194.0871993 10.887 200.9051994 11.173 210.931

Consumo Nacional de Carvão Mineral e Energia.Ano Base Carvão Mineral Energia Consumida

1990 9.385 181.0801991 10.057 184.4391992 9.938 185.974

1993 10.165 190.2331994 10.227 199.134

Perfil do Mercado Consumidor de Carvão Mineral.Setor Analisado 1990 1991 1992 1993 1994Setor Público 49,3 46,8 54,9 56,8 55,8Setor Industrial 50,4 53,2 45,1 43,2 44,2Cimento 29,9 33,2 20,0 18,2 20,2Químico 4,9 5,4 6,6 7,0 6,3Alimentos e Bebidas 5,5 2,9 3,7 4,4 4,5Papel e Celulose 6,8 5,4 5,9 6,2 5,9Outras Indústrias 3,4 6,2 8,9 7,4 7,2

Outros setores 0,3 0,1 - - -

Produção Nacional de Carvão Mineral.Ano Base Carvão EnergéticoCarvão Metalúrgico

1990 4.096.000 499.0001991 4.959.000 229.0001992 4.605.000 126.000

1993 4.537.000 58.000 1994 5.141.000 53.000

Importação de Carvão Metalúrgico pelo Brasil.Ano Base Carvão Metalúrgico Dependência (%)

1990 9.948.000 89,9%1991 11.453.000 97,0%1992 11.608.000 98,3%1993 12.487.000 99,2%

1994 12.675.000 99,1%

LIQUEFAÇÃO DO CARVÃO:LIQUEFAÇÃO DO CARVÃO:O carvão, até 1961, era a principal fonte primária mundial de energia, quando foi

suplantado pelo petróleo. No entanto, mantém-se até hoje como fonte energética nobre, pois sua conversão produz o combustível sintético líquido que mais se assemelha ao petróleo de ocorrência natural.

O processo de liquefação do carvão é bastante recente e visa transformar o carvão, que é encontrado em estado sólido na natureza, em combustível líquido. Nos EUA já existem usinas de liquefação de carvão, no entanto o processo é bastante sofisticado e caro. O Brasil ainda não domina essa tecnologia, embora pesquisas já estejam sendo desenvolvidas nesse sentido.

GASEIFICAÇÃO DO CARVÃO:GASEIFICAÇÃO DO CARVÃO:A gaseificação do carvão é praticada desde a primeira metade do século XIX e tem a

finalidade de converter o carvão mineral em combustível sintético de aplicação direta na produção de energia; Existem diversos processos industriais de gaseificação do carvão, e o Brasil já domina essa tecnologia; Os impactos ambientais e riscos aos operários nas usinas são aqueles relacionados à mineração e transporte do minério e, também, aos problemas do processamento, como riscos de incêndio e exposição humana a agentes cancerígenos, e exposição a altas temperaturas.

ALCATRÃO:ALCATRÃO: Alcatrão Bruto de Hulha; É um produto líquido, mais ou menos viscoso de composição variável e muito complexa e de

cor preta; É originário do processo de coqueificação do carvão, onde as partes voláteis do carvão são

separadas durante o aquecimento formando gases; Esse gás contém uma certa quantidade de alcatrão, arrastado ou em forma de vapor, que é

decantado e forma o alcatrão de hulha. alcatrão produzido em coquerias é uma mistura de compostos orgânicos extremamente

complexos, onde existem principalmente, hidrocarbonetos aromáticos, variando desde substâncias como os óleos leves e piches.

alcatrão é vendido para empresas que realizam seu fracionamento. Temos também a produção da borra do alcatrão, que seria uma mistura de partículas de carvão e alcatrão que é inserida novamente no processo.

SUB-PRODUTOS DO CARVÃO:SUB-PRODUTOS DO CARVÃO:O alcatrão de hulha representa a fonte natural mais importante para a obtenção de

compostos aromáticos. Por destilação fracionada do alcatrão de hulha, obtêm-se várias frações, das quais são extraídos inúmeros compostos de que a indústria necessita, como benzeno, naftaleno, fenóis, anilina, etc. Obtêm-se também 60% de piche.

EMPREGOS E ECONOMIA:EMPREGOS E ECONOMIA:

ALCATRÃO: usado como combustível e como revestimento de telhados e estradas;

AROMÁTICOS:

ALCATRÃO DO PETRÓLEO ALCATRÃO DO CARVÃO

CORANTES, REMÉDIOS, ADITIVOS, PERFUMES, RESINAS, ELASTÔMEROS

COQUE:COQUE:Até pouco tempo parecia ultrapassado, mas voltou a adquirir importância.

O coque ficou escasso e seu preço no mercado internacional disparou. Isto porque o carvão mineral usado para a fabricação do coque siderúrgico é indispensável

para a produção de ferro. Sem o coque não há ferro e sem o ferro não há aço.

COQUEIRA:COQUEIRA: Produz o coque, principal combustível dos alto-fornos unidade destinada a transformar o

carvão mineral em um produto denominado COQUE. O coque é produzido através de misturas de carvões em baterias de forno. No processo de coqueificação há geração de gases que após resfriamento e tratamento, são

enviados para distribuição e utilização na usina. O coque é enviado para os alto-fornos, onde exerce dupla função, atuando como redutor dos

óxidos de ferro e como fonte térmica do processo. TEMPO DE COQUEIFICAÇÃO: 16 horas COMBUSTÍVEL: gás de coqueria

CARVÃO COQUEIFICÁVEL:CARVÃO COQUEIFICÁVEL: Nem todos os carvões minerais transformam-se em coque. A designação de um carvão como coqueificável, depende de sua ação quando aquecido na

ausência de ar.

Se o carvão amolece e eventualmente se solidifica em massa mais ou menos sólida, ele é classificado como um carvão coqueificável, se ele desagrega com o aquecimento ou forma uma massa fracamente consistente, é classificado como não coqueificável.

No Brasil apenas o carvão metalúrgico de Santa Catarina é classificado como coqueificável mas, mesmo assim , possui elevado teor de cinzas (18,5%) e de enxofre (1,5%).

Condições do carvão para combustão em caldeira:Condições do carvão para combustão em caldeira: Carvão com pequenos teor de cinza e quantidades moderadas de matéria volátil, condições

que proporcionam bom rendimento térmico; Ter o mínimo de enxofre e poder calorífico elevado, já que o calor por ele gerado vai ser

utilizado diretamente ou transformado em outras formas de energia; Para a produção do coque metalúrgico com propriedades mecânicas para uso em altos

fornos, o carvão mineral precisa apresentar propriedades aglomerantes ainda maiores e teores mais baixos de enxofre e cinza;

Na destilação do carvão para produção de gás combustível ou coque metalúrgico, obtêm-se também águas amoniacais, das quais extraem-se a amônia e o alcatrão.

Tecnologias de Aproveitamento do carvão:Tecnologias de Aproveitamento do carvão:

OBJETIVO: remoção de impurezas (limpeza) e de combustão eficiente do carvão.

1. Remoção de impurezas antes da combustão; 2. Remoção de poluentes durante o processo de combustão; 3. Remoção de impurezas após a combustão; 4. Conversão em combustíveis líquidos (liquefação) ou gasosos (gaseificação).

REMOÇÃO DE IMPUREZAS ANTES DA COMBUSTÃO:REMOÇÃO DE IMPUREZAS ANTES DA COMBUSTÃO:Remoção de grandes proporções de enxofre e outras impurezas antes da combustão,

visando a reduzir a produção de cinzas durante o estágio de combustão. Após a remoção dessas impurezas, o carvão pode ser usado não somente para a geração de energia elétrica, mas também para processos industriais que requerem combustíveis sólidos de melhor qualidade. Atualmente, utilizam-se processos físicos e químicos de remoção de impurezas, mas uma nova tecnologia de remoção biológica, por meio de técnicas enzimáticas e microbiológicas, tem sido investigada.

Os processos físicos, comercialmente disponíveis, removem cerca de 30% a 50% do enxofre orgânico (10% a 30% do total) do carvão e cerca de 60% dos compostos minerais que formam as cinzas durante a combustão. Tais processos incluem a flutuação de espumas, a ciclonização de líquidos pesados, a aglomeração seletiva e a separação magnética ou eletrostática.

PROVENIENTES DA DESTILAÇÃO DESTRUTIVA DO CARVÃO MINERALAROMÁTICOS

CONVERSÕES QUÍMICAS DO CARVÃO MINERAL

CARVÃO:CARVÃO: Combustível fundamental dos EUA;

Matéria-prima para as indústrias: corantes, remédios, pesticidas, elastômeros, plásticos modernos;

Maior reserva mundial de matéria-prima orgânica; É um fornecedor de substâncias; Fonte barata de calor e energia.

DESTILAÇÃO DESTRUTIVA DO CARVÃO MINERAL:DESTILAÇÃO DESTRUTIVA DO CARVÃO MINERAL: É um tipo de CONVERSÃO QUÍMICA ou processo de PIRÓLISE; Natureza e quantidade dos produtos formados dependem da temperatura e da espécie do

carvão utilizado; Produto principal (maior quantidade): COQUE Os produtos do coque são subprodutos do carvão;