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Trabalho sobre combustão e combustíveis Acadêmicos: Eloá Ronque Salla Fernando Endo Naralice Fuzinelli Paulo Eduardo de Morais Gonzáles 1 UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA MATERIAIS E UTILIDADES

Combustão e Combustíveis

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Livro sobre combustão e combustíveis

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Page 1: Combustão e Combustíveis

Trabalho sobre combustão e combustíveis

Acadêmicos: Eloá Ronque Salla

Fernando Endo

Naralice Fuzinelli

Paulo Eduardo de Morais Gonzáles

Professor Valter Roberto Gianotto

Maringá, 18 de Novembro de 2008

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁCENTRO DE TECNOLOGIADEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICAMATERIAIS E UTILIDADES

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Índice

1 – Combustão ...............................................................................................03

2 – Combustíveis ..........................................................................................03

2.1 – Introdução ..................................................................................03

2.2 – Combustíveis Industriais ..........................................................04

2.2.1 – Combustíveis Fósseis ...................................................04

2.2.2 – Óleos ..............................................................................11

2.3 – Combustíveis Gasosos ...............................................................22

2.3.1 – Gás Natural ..................................................................25

2.3.2 – GLP ..............................................................................30

2.4 – Biomassa ....................................................................................31

2.5 – Combustíveis Siderúrgicos Residuais ......................................33

3 – Bibliografia ............................................................................................. 34

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1 - COMBUSTÃO

1.1 - IntroduçãoReação química de oxidação entre 2 substâncias (combustível e comburente),

exotérmica, a alta temperatura e com ritmos intensos.

1.2 - Combustão IndustrialProcessos de combustão utilizados na industria (conversão de energia, aquecimento,

reatores de processos produtivos).Elementos químicos combustíveis: Carbono (C); Hidrogênio (H); Enxofre (S).Comburentes: Ar (nitrogênio + oxigênio); Oxigênio (“Oxi-combustão”)

Equação básica de combustão

Reagentes: cC + sS + hH + n(O2+ 3,76 N2)→Produtos: c CO2 +s SO2+ h/2H2O + 3,76 nN2

n = c + s + h/4

Reações de Combustão IndustrialC + H + S + elementos não combustíveis + (O2+ 3,76N2)→(CO2 + CO) + H2O + (SO3 + SO2)+ (N2 +NOx) + O2 + HC`s + Material particulado (cinzas + combustível não queimado)

2 – COMBUSTÍVEIS

2.1 - Introdução

O termo combustível está, hoje em dia, associado à idéia de fonte de energia calorífica. Desta forma, o termo dificilmente se dissocia de outras formas de energia que também podem fornecer calor. Por exemplo, emprega-se o termo combustível nuclear quando se faz referência a substâncias que por meio de fissão nuclear produzem calor. Entretanto, no sentido exato do termo, combustível é a substância susceptível de se combinar quimicamente com outra através de uma reação exotérmica, isto é, uma reação que desprende calor.

Praticamente inúmeros elementos e compostos químicos possuem esta propriedade, principalmente quando a reação é feita entre eles e o oxigênio. Assim, o benzeno, o tolueno e muitos outros compostos orgânicos são combustíveis. Os metais, como o ferro, o alumínio, o magnésio, em certas condições comportam-se como combustíveis. Muitos outros elementos também queimam, como o silício e o enxofre.

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2.2 Combustíveis Industriais

Apenas algumas substâncias são consideradas combustíveis industriais. Para tal consideração são necessárias as seguintes condições:

• Disponibilidade, o que está ligado à existência de grandes quantidades;

• baixo custo, ou seja, preço acessível no local de consumo;

• aplicabilidade, isto é, a tecnologia associada ao seu uso deve estar disponível.

Na Tabela 1 apresentam-se diversos combustíveis industriais, os quais estão separados pelos estados físicos da matéria. Entre os combustíveis apresentados nessa tabela, a maioria é usada em fornos e caldeiras. Uma parte é usada em motores de combustão interna ou turbinas a gás, como o álcool (etílico e metílico), os derivados de petróleo (óleo diesel, querosenes, gasolinas e gases), o gás natural, etc. O óleo combustível residual, o GLP e o gás natural também podem ser usados em motores de combustão interna.

2.2.1 Combustíveis Fósseis

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O termo “combustíveis fósseis” engloba um grande número de compostos orgânicos minerais, podendo ser sólidos, líquidos ou gasosos. Estes incluem carvão mineral, petróleo e gás natural. Através de processos físicos e/ou químicos apropriados, esses combustíveis fósseis podem ser separados ou transformados em produtos finais similares. Por exemplo, o petróleo é destilado para obtenção de diversos produtos, como a gasolina e o óleo diesel. Deve-se lembrar que as reservas destes combustíveis são limitadas e sua duração está relacionada com o consumo e à descoberta de novas jazidas e do estado da arte. Pode-se constatar que as reservas de petróleo e gás, mantido a relação entre a produçãoe o consumo existentes, se esgotariam em 39,0 e 63,7 anos, respectivamente (ANP, 1999). O carvão mineral será o combustível mais utilizado nos próximos séculos, pois com o ritmo de consumo atual, suas reservas devem durar 236 anos (OLADE, 1994). Porém, cabe ressaltar que o carvão mineral, entre os combustíveis fósseis, é o mais poluente, daí o esforço no desenvolvimento de tecnologias limpas.

a) Carvão Mineral

Como surge o carvão:

Acontece uma série de transformações sobre os restos vegetais acumulados em fundos pantanosos, lagunas ou deltas fluviais, e sua subsequente consolidação em areias e rochas. A ação de bactérias anaeróbicas, que produzem a decomposição dos hidratos de carbono e um comcomitante enriquecimento progressivo em carbono.

Classificação do carvão por grau de incarbonização (%):1. Antracite 92 - 952. Hulha 91 -933. Betuminoso 80 - 914. Sub-betuminoso 75 - 805. Linhite 60 - 756. Turfa < 60

O carvão mineral é originário da transformação da matéria vegetal de grandes florestas soterradas há milhões de anos, através da ação da pressão, temperatura e microorganismos. A pressão do solo, calor e movimento da crosta terrestre produziram a destilação dos produtos gasosos, ocorrendo a formação do lignito. A continua atividade subterrânea propiciou a redução progressiva do conteúdo gasoso dos carvões, resultando em carvões de diferentes classificações (ranking): turfa, lignito, sub-betuminoso, betuminoso e antracito.

O carvão encontra-se distribuído por toda a crosta terrestre, com incidências superficiais ou profundas e com vários graus de pureza. O maior ou menor grau de pureza decorre de como se processou a mistura dos materiais celulósicos com as substâncias minerais.

Substância mineral, rica em carbono, contém também pequenas quantidades de oxigênio, enxofre e nitrogênio. É a segunda fonte de energia primária mais utilizada no mundo, logo depois do petróleo. Na indústria pode ser usado como combustível nas centrais termelétricas ou como redutor (para a produção do ferro gusa) nas siderúrgicas.

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Neste último caso, a destilação do carvão (tratamento térmico em retortas especiais onde o carvão é colocado sob pressão), ocorre desprendimento de gases e o volume da substância sólida se contrai um pouco, facilitando a retirada do coque. Este processo de destilação fornece gases combustíveis, alcatrão e ácido pirolenhoso, substâncias com as quais pode-se obter naftalina, fertilizantes, tintas, perfumes, plásticos, etc.

A extração do carvão no Brasil vem sendo desenvolvida essencialmente nos estados do Rio Grande do Sul e Santa Catarina, os quais possuem as maiores reservas de carvão nacional. A Bacia Carbonífera de Candiota, no Rio Grande do Sul, é a maior de todas e conta com cerca de 12 x 109 ton de carvão essencialmente usado como carvão energético.

O carvão nacional caracteriza-se por um baixo poder calorífico e elevado teor de cinzas e enxofre, variando de acordo com a mina onde é explorado. A presença destes componentes não é desejada por implicarem numa série de inconvenientes de ordem ecológica ou material. O enxofre, se combinado com o vapor de água, forma ácido sulfúrico, atacando as partes mais frias da unidade geradora de vapor, e sendo emitido à atmosfera em forma de óxidos de enxofre, que é um poluente nocivo à saúde humana e dos vegetais e precursor da chuva ácida. A cinza, dependendo da temperatura na câmara de combustão, pode fundir e se aglomerar junto às superfícies de aquecimento da caldeira o que prejudica a transferência de calor (fusibilidade das cinzas).

A caracterização das propriedades físicas, químicas e petrográficas do carvão pode determinar seu valor econômico, desde a mineração até sua utilização industrial. É importante o conhecimento das propriedades do carvão, pois se pode ter um melhor controle do processo industrial que utiliza esse material, incluindo o controle das emissões atmosféricas e efluentes líquidos, assim, como uma disposição adequada dos rejeitos sólidos, minimizando os efeitos indesejáveis ao meio ambiente.

Em termos gerais, a combustão do carvão implica na emissão de fuligem, óxidos sulfurosos, metais tóxicos e compostos orgânicos carcinogênicos, necessitando-se, portanto, de métodos de controle ambiental para a sua utilização.

O principal uso do carvão mineral nacional é a geração de energia elétrica. Outros usos menos significativos ocorrem nas indústrias de siderurgia, cimento, petroquímica, celulose, cerâmica e de alimentos.

Na utilização do carvão para fins energéticos, é essencial o conhecimento prévio das propriedades do carvão por análise elementar, análise imediata, poder calorífico superior e inferior, reatividade. Além disso, a determinação de álcalis, Na (sódio) e K (potássio) nos carvões é importante, por que estes causam sérios problemas de obstrução (fouling) em caldeiras, devido à fácil volatilização e condensação destes sobre as frias paredes da caldeira.

A análise imediata consiste na determinação da umidade, cinza, matéria volátil e carbono fixo (por diferença) por métodos normalizados:

• A umidade total, segundo a norma técnica NBR 8293/83, é determinada pela diferença do material seco em estufa a 105oC, durante uma hora.

• A cinza, que é o resíduo inorgânico remanescente, pode ser determinada pela norma ABNT NBR 8289/1983, que recomenda a combustão da amostra em forno mufla, em atmosfera oxidante, com ou sem adição de oxigênio. O resíduo remanescente após a queima é pesado e registrado como teor de cinza.

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• Matéria volátil é todo o produto, excetuando a umidade, desprendido por um material, como gás ou vapor, incluindo hidrogênio, hidrocarbonetos, produtos fenólicos, água, óxidos ou carbono em proporções variadas. Nos processos de combustão, o teor de matérias voláteis, junto com parâmetros como cinza, poder calorífico etc., prediz a eficiência da combustão, pois carvões com alto teor de voláteis tendem a queimar mais rapidamente que os de baixo teor de voláteis. A metodologia descrita na ABNT NBR 8290/1983 baseia-se na determinação dos destilados voláteis do carvão, desprendidos durante o aquecimento em forno elétrico (vertical ou horizontal), na ausência de oxigênio, sob rígido controle de massa, temperatura e tempo.

• Carbono fixo representa, basicamente, a concentração de carbono, apesar de conter também outros elementos como enxofre, hidrogênio, nitrogênio e oxigênio. É um importante parâmetro utilizado para todos os cálculos de balanço energético e na caracterização de carvões. Os teores de carbono fixo, expressos em percentuais, são sempre valores calculados. A norma ABNT NBR 8299/1983 recomenda o cálculo do teor de carbono fixo a partir de teores de cinza, matéria volátil e umidade, conforme a equação:

A análise elementar é a determinação de carbono, hidrogênio, enxofre, nitrogênio e cinza no material, e o cálculo do oxigênio por diferença. Para a realização dessa análise podem ser utilizados os equipamentos CHN (determinação de carbono, hidrogênio e nitrogênio) e LECO (determinação de enxofre). Os resultados analíticos são utilizados para orientar tecnicamente os contratos comerciais do carvão. Para interpretação dos resultados é necessário considerar a base na qual os resultados estão expressos. As bases mais usadas são:

• Base como recebida: são os dados analíticos obtidos nas condições de umidade em que a amostra for recebida no laboratório, antes de ser submetida a qualquer processo ou condicionamento. A amostra não deve sofrer nenhuma modificação no teor de umidade, seja ganho ou perda.

• Base seca (dry basis – db): são os dados analíticos calculados a uma base teórica considerando que a amostra está isenta de umidade.

• Base seca livre de cinzas (dry ash-free basis – daf): dados analíticos calculados a uma base teórica considerando a amostra isenta de umidade e cinza.

O carvão é empregado, principalmente, nos processos de combustão, gaseificação, liquefação e carbonização. A Tabela 4 apresenta um resumo desses processos. A combustão do carvão inicia pela ignição, causando a degradação térmica (pirólise), que produz duas frações: produtos voláteis e o coque. Os voláteis queimam em uma reação na fase gasosa, enquanto o coque sofre uma reação superficial heterogênea com o oxigênio. Os produtos da combustão são calor e produtos finais de baixo valor, como as cinzas.

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As principais técnicas usadas na combustão do carvão são:

• Leito fluidizado;

• Leito fixo ou em grelhas;

• Pulverizado.

O último método é o mais usado em grandes plantas industriais para geração de energia elétrica, embora a combustão em leito fluidizado está sendo cada vez mais empregada.

Quanto a classificação do carvão mineral, o Ministério de Minas e Energia, através da Portaria CNPDIPLAN no 100, de 01/04/1987,que orienta a comercialização do carvão nacional. De acordo com a portaria, define-se:

• Carvão pré-lavado (CPL): é um carvão obtido pela lavagem do carvão mineral bruto e que a atende uma série de especificações;

• Carvão metalúrgico: é um carvão coqueificável resultante da lavagem do carvão mineral bruto ou pré-lavado e que também atende a uma série de especificações;

• Carvão energético: é o carvão não coqueificável que também deve atender a uma série de especificações, conforme mostra a Tabela 2.31.

As Tabelas 2.32 e 2.33 apresentam valores da composição química de alguns carvões minerais nacionais.

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Segundo relatório do Ministério da Ciência e Tecnologia - Caracterização Tecnológica de Carvões Minerais (1995), a metodologia NBR 8293 da ABNT é utilizada para a determinação do teor de umidade de um carvão mineral, enquanto que a NBR 8289 descreve a metodologia para a determinação do teor de cinzas e a NBR 8290 determina a matéria volátil. O teor de carbono fixo é a fração residual do carvão mineral descontados os teores de cinzas, umidade e matéria orgânica e determinado através da NBR 8299. A determinação do teor de enxofre pode ser realizada através das normas NBR 8294, NBR 8295, NBR 8296 e NBR 8297.

Uma análise qualitativa bastante interessante entre a utilização do gás natural, do óleo combustível e do carvão mineral é apresentada na Tabela 2.40, baseada em Abreu e Martinez, 1999.

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b) Petróleo

O petróleo, sobre cuja origem há várias teorias, é extraído de poços mais ou menos profundos e constitui a base do progresso e soberania de uma nação.

As reservas mundiais de petróleo no ano de 2001 mantiveram a marca de aproximadamente 1 trilhão de barris, registrando um crescimento de 0,3% em relação ao ano anterior. Esse pequeno crescimento deveu-se ao reduzido aumento de 0,5% por parte dos países que constituem a OPEP (Organização dos Países Exportadores de Petróleo) e, ainda, a uma redução de 0,6% nas reservas dos países não pertencentes à organização.

No Oriente Médio, as reservas provadas se elevaram 0,3%, atingindo 685,6 bilhões de barris, enquanto as reservas européias, que somaram 18,6 bilhões de barris, diminuíram 2,6%. No continente americano, as reservas dos países norte-americanos reduziram 1,4% em relação ao ano de 2000, e as das Américas Central e do Sul exibiram um crescimento de 1,1%, alcançando 96,0 bilhões de barris. O Brasil permaneceu com o mesmo volume de reservas registrado no ano 2000, e a Colômbia apresentou uma queda de 10,0% em relação ao ano anterior. Neste cenário, as reservas provadas brasileiras, de 8,5 bilhões de barris, mantiveram-se novamente na 16ª posição mundial.

Das reservas provadas nacionais, 89,3% localizavam-se no mar, com destaque para o Rio de Janeiro (detendo 97,4% das reservas provadas localizadas no mar), e 10,7% estavam em jazidas terrestres. Vale ressaltar o crescimento das reservas provadas localizadas em terra: 6,4% entre 2000 e 2001.

O petróleo é uma mistura de hidrocarbonetos que apresenta composição variável e dependente de fatores geológicos tais como a localização da jazida, a idade, a profundidade, etc. É uma substância líquida fóssil natural, de origem orgânica mista vegetal/mineral, formada no subsolo ao longo de milhares de anos pela ação da temperatura e pressão. Os principais constituintes orgânicos do petróleo são os alcanos (ou parafinas - CnH2n+2),

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ciclanos (ou naftênicos - CnH2n), aromáticos (anel benzênico), compostos sulfurados, nitrogenados, oxigenados e metálicos e impurezas inorgânicas.

Até que o petróleo alcance os consumidores finais ele deve passar por, pelo menos, 5 atividades:

• Transporte: o transporte na indústria petrolífera se realiza por oleodutos, gasodutos, navios petroleiros e terminais marítimos. Oleodutos e gasodutos são sistemas que transportam, respectivamente, o óleo e o gás, por meio de dutos (tubos) subterrâneos. Navios petroleiros transportam gases, petróleo e seus derivados e produtos químicos. Terminais marítimos são instalações portuárias para a transferência da carga dos navios para a terra e vice-versa.

Segundo Regulamento Técnico N° 001/2000 da Portaria da ANP nº 009 de 21 de janeiro de 2000 (PANP 009/2000), o Petróleo é definido como todo e qualquer hidrocarboneto líquido em seu estado natural, a exemplo do óleo cru e condensado. Quanto às características físico-químicas, o Petróleo pode ser considerado como toda mistura de hidrocarbonetos existentes na fase líquida nas condições originais de reservatório e que permanece líquido nas condições normais de pressão e temperatura na superfície, possuindo viscosidade absoluta menor ou igual a 10 [kg/ms] (10.000centipoises), medida nas condições de temperatura original do reservatório e pressão de superfície.

Quanto à densidade, referida a 20°C/20°C (temperatura petróleo/água), pode ser classificado em (PANP 009/2000):

• Petróleo Leve - todo petróleo com densidade igual ou inferior a 0,87 (ou grau API igual ou superior a 31°);

• Petróleo Mediano - todo petróleo com densidade superior a 0,87 e igual ou inferior a 0,92 (ou grau API igual ou superior a 22° e inferior a 31°);

• Petróleo Pesado - todo petróleo com densidade superior a 0,92 e igual ou inferior a 1,00 (ou grau API igual ou superior a 10° e inferior a 22°);

• Petróleo Extrapesado - todo petróleo com densidade superior a 1,00 (ou grau API inferior a 10°).

2.2.2 – Óleos

a) Gasolina

A gasolina é o combustível mais consumido entre os que são utilizados em transporte rodoviário. Em uso por mais de um século, a gasolina possui infraestrutura mundial de produção e distribuição; seu uso em grande escala permite preços baixos e o desenvolvimento de equipamentos específicos, como refinarias, motores, catalisadores de exaustão e uma infraestrutura de serviços.

A gasolina é um combustível de, relativamente, alta densidade energética, sendo muito adequado para motores de ciclo Otto; mas possui um número de octanagem menor do que outros combustíveis usados nesses motores, o que limita as razões de compressão e a eficiência energética dos motores a gasolina.

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O índice de octanagem é um importante parâmetro da qualidade da gasolina. Esse índice mede a tendência de um combustível detonar quando queimado no cilindro de um motor. Quanto maior o índice de octanagem, menor a tendência à detonação. De acordo com a definição do índice de octanagem, isoctano (2,2,4 trimetil pentano) tem o valor de 100 para esse índice, enquanto o n-heptano (C7H16) possui o valor de zero.

No Brasil, encontram-se disponíveis três tipos de gasolina:

• Gasolina Comum ou Regular - com octanagem mínima de 80, medida pelo método Motor (MON), comercializada com sua cor original de produção (amarelada), sem adição de corantes. • Gasolina Regular Aditivada - difere da gasolina regular apenas pela presença de aditivos detergentes/dispersantes, adicionados pelas distribuidoras. Nessa gasolina é permitida a adição de corantes, tendo cores diferenciadas por distribuidora. Os aditivos têm a função de impedir a formação de depósitos, mantendo limpos os bicos injetores e as válvulas de admissão. • Gasolina Premium - gasolina com octagem mínima de 91, medida pelo Índice Antidetonante (MON + RON)/2, que, a exemplo da gasolina regular aditivada, pode ser comercializada com cores diferenciadas, de acordo com cada companhia distribuidora. MON - Motor Octane Number RON - Reserch Octane Number

O que diferencia a Premium das gasolinas tradicionalmente comercializadas no Brasil é a sua maior octanagem e o seu menor teor de enxofre.

Redução nas emissões de exaustão e evaporativas fornece um estímulo importante para reformulação da gasolina, que varia simultaneamente vários parâmetros da gasolina convencional para obter melhores características. Reformulação geralmente inclui: a adição de oxigenado como MTBE (éter metil-terc-butílico), ETBE (éter etil-terc-butílico), e o álcool etílico; redução do conteúdo de aromáticos e olefinas, e redução da temperatura de evaporação.

b) Óleo Diesel

O óleo diesel é mais uma das frações da destilação do petróleo. É o segundo combustível mais utilizado no transporte rodoviário, principalmente em veículos pesados por que o peso extra dos motores diesel comparados aos motores Otto, para uma dada potência de saída, tem desvantagem relativa menor em veículos mais pesados.

O processo de combustão em um motor diesel envolve tanto processos físicos como químicos. Os processos físicos incluem o transporte do combustível e do ar para a câmara de combustão, a mistura do combustível com o ar, e o proporcionamento de condições favoráveis para a reação química. O processo químico envolve, primeiro, a auto-ignição do combustível e, finalmente, extensa reação química que libera a energia potencial do mesmo. Em aplicações automotivas, o óleo diesel tem relativamente baixas emissões de CO e hidrocarbonetos, mas altas emissões de NOx e material particulado. As desvantagens nas emissões têm potencial para melhoramentos. Uma redução no conteúdo de enxofre, por exemplo, reduz não somente as emissões de SO2, mas também as emissões de material

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particulado. Como a gasolina, o controle nas emissões fornece um incentivo para a reformulação do óleo diesel.

O óleo diesel e a gasolina embora sejam combustíveis com certos riscos, podem ser considerados combustíveis seguros, pois durante os anos as pessoas aprenderam a manuseá-los de modo seguro. Ambos possuem desvantagem considerável: quando derramados penetram no solo, poluindo não apenas o solo, mas também a água.

c) Óleos Combustíveis

Entende-se por óleo combustível as frações residuais da destilação do petróleo. Quimicamente, os óleos combustíveis são constituídos de hidrocarbonetos de peso molecular elevado, apresentando constituintes parafínicos, naftênicos, aromáticos e oleofínicos, cujas proporções dependem do petróleo e dos processos utilizados.

Os óleos combustíveis industriais no Brasil são produzidos basicamente a partir do resíduo de destilação a vácuo.

O óleo combustível é um dos principais derivados do petróleo, sendo muito utilizado na indústria, na geração de energia elétrica e em sistemas de aquecimento, devido principalmente ao seu baixo preço. A Portaria da ANP nº 80, de 30 de abril de 1999 (PANP 080/99) especifica os óleos combustíveis de origem nacional ou importada a serem comercializados em todo o território nacional, e cujas especificações de que trata a portaria aplicam-se tanto aos óleos combustíveis de origem nacional como aos importados. Ou seja, os óleos combustíveis comercializados em todo o território nacional deverão estar de acordo com as especificações estabelecidas pelo regulamento técnico mencionado.

Os óleos combustíveis, especificados no presente Regulamento, são óleos residuais de alta viscosidade, obtidos do refino do petróleo ou através da mistura de destilados pesados com óleos residuais de refinaria. São utilizados como combustível pela indústria de modo geral, em equipamentos destinados a geração de calor tais como fornos, caldeiras e secadores, ou indiretamente em equipamentos destinados a produzir trabalho a partir de uma fonte térmica (turbinas ou geradores).

A utilização do óleo combustível para a geração de calor em fornos e caldeiras exige,inicialmente, o seu aquecimento para reduzir a viscosidade, favorecendo o seu escoamento e a sua nebulização. A atomização, ou seja, a redução do óleo a pequenas gotículas para propiciar o máximo de mistura com o ar e sua vaporização, é feita através de sistemas auxiliares, utilizando-se queimadores ou maçaricos. Para se obter uma boa combustão do óleo nos queimadores, é necessário que haja uma atomização adequada do mesmo. Esta atomização pode ser feita mecanicamente ou através do uso de um fluido dispersor como vapor ou ar comprimido. O parâmetro fundamental para uma maior ou menor dificuldade de atomização do óleo é a sua viscosidade. A faixa usual de viscosidade que permite obter uma queima eficiente é de 32 a 45 cSt (centistokes) no bico queimador (ANP, 2000). Assim, para qualquer óleo, inclusive os ultraviscosos, basta aquecê-lo até uma temperatura específica para que a sua viscosidade caia nesta faixa onde se terá uma boa queima. Além de serem manuseados aquecidos, devem ser homogêneos, livres de ácidos inorgânicos e isentos, tanto quanto possível, de partículas sólidas ou fibrosas, partículas estas que determinam a freqüência necessária da limpeza ou troca dos filtros de combustíveis.

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As características contempladas pela portaria PANP 080/99 são aquelas de maior importância para a determinação do melhor desempenho deste produto e seu menor impacto ambiental, para as finalidades em que sã mais comumente utilizados. Na seqüência é feita uma breve descrição das mesmas:

•Viscosidade - a viscosidade de um fluido é a medida da sua resistência ao escoamento a uma determinada temperatura. É uma das características de maior importância do óleo combustível, que determinará as condições de manuseio e transporte (alimentação). Também é um parâmetro importante no estudo da intercambiabilidade de combustíveis líquidos, permitindo definir o diâmetro da gota quando necessário substituir por outro combustível. A viscosidade de um líquido pode mudar apreciavelmente com uma mudança na temperatura do líquido, porém varia pouco com a pressão.Pode ser medida diretamente por alguns aparelhos como o viscosímetro de Ostwald deCovette. Na prática, geralmente mede-se a viscosidade relativa, referida a um fluido padrão, visto obter resultados menos sensíveis a erros. O valor da viscosidade, neste caso, é expressa em unidades arbitrárias, como é o caso da viscosidade em graus Engler, viscosidade Saybolt e graus Redwood (Pera, 1990).•Enxofre - o teor de enxofre de um óleo combustível depende da origem do petróleo e do processo através do qual foi produzido. Deve ser limitado por atuar nos processos de corrosão na fornalha (ou câmara de combustão) e causar emissões poluentes (SOX);•Água e Sedimentos - o excesso desses contaminantes poderá causar problemas nos filtros e queimadores bem como formar emulsões de difícil remoção. A presença de água é também uma das responsáveis pela corrosão nos tanques de estocagem. Na presente especificação (PANP 080/99) elaé determinada somando-se os resultados obtidos nos ensaios de Água por Destilação e Sedimentos por Extração;•Ponto de Fulgor - é definido como a menor temperatura na qual o produto se vaporiza em quantidades suficientes para formar com o ar uma mistura capaz de inflamar-se momentaneamente quando se aplica uma centelha sobre a mesma. É um dado de segurança para o manuseio do produto e uma ferramenta utilizada para detectar a contaminação do óleo combustível por produtos mais leves;•Densidade Relativa a 20/4ºC - é a relação entre a massa específica do produto a 20°C e a massa específica da água a 4°C. Como dado isolado tem pouco significado no que diz respeito ao desempenho de queima do óleo combustível. No entanto, associado a outras propriedades pode-se determinar o poder calorífico superior e desta maneira permitir a determinação da eficiência dos equipamentos onde esta sendo consumido;•Ponto de Fluidez - é a menor temperatura na qual o óleo combustível flui quando sujeito a resfriamento sob condições determinadas de teste. Ele estabelece as condições de manuseio e estocagem do produto. Especificam-se limites variados para esta característica, dependendo das condições climáticas das regiões, de modo a facilitarem as condições de uso do produto;•Teor de Vanádio - metal encontrado com freqüência no petróleo, sendo o seu limite máximo especificado para o óleo combustível, a fim de se prevenir a formação de depósitos por incrustação nas superfícies externas de tubos aquecidos. Estes depósitos causam a corrosão e a perda da eficiência térmica dos equipamentos.A verificação das características do óleo combustível far-se-á mediante o emprego de Normas Brasileiras Registradas - NBR e Métodos Brasileiros - MB da Associação

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Brasileira de Normas Técnicas - ABNT e dos métodos da American Society for Testing and Materials - ASTM, observando-se sempre os de publicação mais recente. A análise do produto deverá ser realizada em amostra representativa do produto segundo método ASTM D 4057 - Practice for Manual Sampling of Petroleum and Petroleum Products.

A partir de 1986 os óleos combustíveis no Brasil passaram a ser classificados em dois grandes grupos: o grupo “A” e o grupo “B”. No grupo “A” concentravam-se aqueles com alto teor de enxofre (maiores do que 1 % e menores do que 5,5 %), e no grupo “B” concentravam-se aqueles de baixos teores de enxofre (menores ou iguais a 1 %). Cada um destes grupos dividia-se em nove tipos de óleos, de acordo com suas viscosidades. Existia ainda o óleo tipo “C”, de viscosidade muito baixa e sem especificação do teor de enxofre. Portanto, eram especificados dezenove tipos de óleo. A Tabela 2.18 apresenta alguns deles (os mais utilizados para a geração de calor e energia elétrica) bem como as suas principais características.

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Dos dezenove tipos de óleo especificados, apenas quatro (1 A, 1 B, 2 A e 2 B) respondem por cerca de 65 % do mercado. Os demais óleos são de distribuição regional, restritos às áreas de influência das refinarias. Este fato, aliado à necessidade de adequação da especificação do óleo combustível aos padrões internacionais e à nova política de preços, fez com que fosse realizada uma nova especificação para este produto, publicada na Portaria da ANP nº 80, de 30 de abril de 1999 (PANP 080/99). De acordo com esta portaria, apenas quatro tipos de óleo foram especificados, conforme Tabela 2.19. As siglas OCB1 e OCA1 significam, respectivamente, óleo combustível com baixo teor de enxofre e baixa viscosidade e óleo combustível com alto teor de enxofre e baixa viscosidade. As siglas OCB2 e OCA2 significam, respectivamente, óleo combustível com baixo teor de enxofre e alta viscosidade e óleo combustível com alto teor de enxofre e alta viscosidade.

Com relação ao teor de enxofre, ficaram vedadas a comercialização e a utilização, em todo o território nacional, de óleos combustíveis com teores superiores aos estabelecidos abaixo, observando as datas limites:

•1,0% em massa: nas regiões metropolitanas de São Paulo, Baixada Santista, Rio de Janeiro, Belo Horizonte, Curitiba e Porto Alegre, conforme o seguinte cronograma:

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a partir de 01/05/1999 - São Paulo e Baixada Santista; a partir de 01/07/1999 - Belo Horizonte; a partir de 01/11/1999 - Rio de Janeiro; a partir de 01/01/2000 - Porto Alegre e Curitiba•2,5% em massa: nas demais regiões do País;

Esta nova especificação para o óleo combustível, cujas características e limites demonstram um avanço na qualidade em relação aos limites anteriormente especificados, foi o início de um processo de qualificação do óleo combustível, a fim de atender aos padrões internacionais. Segundo dados da Petrobrás, o valor da qualidade média dos atuais óleos produzidos por ela, baseados na média de todas as refinarias, pode ser observado na Tabela 2.20.

Comparando-se a especificação antiga com a atual pode-se notar algumas diferenças:com relação ao teor de enxofre foram especificados dois tipos de óleo: 1,0 % e 2,5 %, equivalentes aos anteriores “B” (até 1,0 % S) e “A” (até 5,0 % S), respectivamente. Além disso, a comercialização de óleos com teores de enxofre acima de 2,5 % até o limite de 4,0 % só serão permitidos mediante ao atendimento da legislação ambiental vigente;

•quanto a viscosidade, foram especificados dois tipos: 620 e 960 centistokes, equivalentes aos antigos óleos 1 e 2;•o vanádio, um dos metais de maior influência na corrosão nos equipamentos durante o processo de combustão do óleo, foi finalmente contemplado na especificação brasileira, tal e como é feito em vários países;•o limite mínimo especificado para o controle do ponto de fulgor, característica fundamental de segurança para o manuseio do produto, está compatível com os níveis médios internacionais.

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- Em relação a segurança.

Riscos à saúde, associados ao uso de óleos combustíveis, são improváveis de surgir desde que eles sejam armazenados e manuseados em sistemas fechados apropriados. No entanto, cuidados devem ser tomados durante a manutenção e outras operações onde o combustível possa entrar em contato com a pele. Tal contato deve ser evitado, sempre que possível, não devendo-se utilizar querosene ou óleo disel para limpeza de pele.

As precauções simples que podem ser tomadas para minimizar riscos à saúde são as seguintes:

• Utilização do combustível somente para sua finalidade específica;• Armazenamento em tanques apropriados e em níveis térmicos adequados, conforme o tópico específico sobre armazenagem;• Evitar exposição, junto aos vapores do combustível;• Utilizar roupas e luvas protetoras;• Qualquer roupa impregnada com óleo dever ser removida imediatamente. A pele que estiver em contato com óleo deve ser limpa, inicialmente com um agente de limpeza de pele, do tipo normalmente encontrado em indústrias e, depois, lavada com água e sabão. Panos sujos com óleo nunca devem ser colocados no bolso;• Se o contato com as mãos não puder ser evitado, utilizar pastas adequadas para facilitar a sua limpeza;• Prestar atenção especial para higiene pessoal, lavando-se as mãos antes das refeições, do uso do toalete, etc;

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• Caso ocorra queimadura de pele, no manuseio do produto, após a limpeza da pele deverá ser aplicada vaselina líquida sobre a superfície atingida. Em seguida, procure orientação médica;• Obter tratamento imediato de primeiros socorros para qualquer ferida, procurando rapidamente conselhos médicos para qualquer exantema de pele ou outras anormalidades.

- Em relação ao transporte

Os óleos combustíveis, no Brasil, são recebidos nas bases de distribuição direto dos tanques de armazenagem das refinarias, através de oleodutos, trens, cabotagem e caminhões-tanque, sendo posteriormente distribuídos aos consumidores. Estas bases constituem um sistema logisticamente posicionado e amplo para a distribuição regional dos óleos combustíveis.

O modo de fornecimento de óleo combustível aos consumidores depende da localização da instalação de armazenagem do consumidor. Transporte por Caminhão-Tanque Rodoviário

O transporte de óleos combustíveis são feitos por veículos, com capacidade que normalmente variam de 12.000 a 28.000 litros (Figuras 3 e 4).

Tais veículos podem descarregar o combustível em reservatórios até 10 metros acima do caminhão tanque em vazões próximas a 2.000 l/h desde que a tubulação de recepção seja bem dimensionada, para minimização das perdas de carga.

Caminhão-tanque pequeno de óleo combustível

Caminhão-tanque grande de óleo combustível

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- Em relação a armazenagem.

Todos os sistemas de armazenamento de óleo combustível devem seguir o prescrito pela Resolução CNP N° 08/71, de Instruções Gerais para Armazenamento de Petróleo e seus Derivados Líquidos e a Norma Brasileira NB-216 da ABNT, referente ao mesmo assunto.

Os seguintes materiais não devem ser utilizados em contato com óleos combustíveis:

• Metais amarelos, incluindo ligas de baixa qualidade de cobre e zinco• Chumbo e zinco• Cádmio• Metais galvanizados• Borracha natural

Em geral, materiais termoplásticos não são apropriados à utilização com óleos combustíveis, embora náilon e outros sejam satisfatórios para válvulas, selos e propósitos similares. Algumas borrachas sintéticas, resistentes aos óleos combustíveis, são disponíveis e adequadas para selos e junções. Se for considerado o uso de componentes plásticos, os fabricantes destes produtos deverão ser consultados, considerando-os apropriados ou não à utilização com o óleo combustível em análise, em suas condições operacionais.

Tipos de Tanques de Armazenagem 

Existem dois tipos básicos de tanques de armazenagem aéreos:

a) tanques cilíndricos horizontais;b) tanques cilíndricos verticais.

Os tanques horizontais são utilizados na maioria das aplicações onde o consumo é pequeno (como apresentado nas Figuras 5 e 6). Já os tanques verticais são utilizados para consumos mais elevados e onde são desejados estoques operacionais maiores

Tanque horizontal: elevação, incluindo berço e bacia de contenção

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Tanque horizontal: detalhe de aquecimento-serpentinas)

A capacidade dos tanques de armazenagem das instalações industriais é muito importante. Normalmente a capacidade de armazenamento é calculada através de um volume que possibilite um estoque operacional desde quatro dias (quando a unidade consumidora está próxima de uma base de distribuição) até quinze dias (quando existem muitas dificuldades de acesso, logística etc., à unidade consumidora).

Quando tipos diferentes de produto são armazenados separadamente num mesmo parque de tanques, devem ser previstas linhas de enchimento individuais para cada tipo. Cada linha de enchimento deverá conter uma marcação no bocal de enchimento, destacando o tipo correto de combustível.

Tanques de serviço

Estes são os tanques auxiliares de pequena capacidade, localizados entre o tanque de armazenagem e o equipamento de queima do combustível. A principal razão de se instalar um tanque de serviço é a de proporcionar uma reserva limitada de combustível próxima ao ponto de consumo, quando o tanque de armazenagem estiver muito distante.

 

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 Pintura

Os tanques de armazenagem de óleos combustíveis normalmente são fornecidos com suas superfícies externas pintadas com um primes inibidor de corrosão e com tinta de acabamento de esmalte alquídico na cor preta fosca.

No caso de tanques verticais, por segurança, seus corrimãos, guarda corpo e face visíveis dos degraus da escada são acabados com tinta de esmalte elquídico na cor amarela e as superfícies internas não precisam de proteção, exceto as estruturas e chapas do teto, que são pintadas com um primer inibidor de corrosão e com tinta de acabamento de esmalte alquídico na cor branca.

- Quanto ao manuseio.

O sistema de manuseio transfere o combustível do tanque de armazenagem ao queimador, nas condições especificadas de pressão, viscosidade/temperatura e vazão. Pode haver uma variedade considerável de tipos de sistemas de manuseio a escolher, mas o seu projeto (particularmente a dimensão da tubulação e o controle de viscosidade/temperatura) é o mais importante para que a instalação funcione satisfatoriamente.

- Destino dos resíduos para proteção ambiental.

Os resíduos de óleo, incluindo lubrificantes, solventes e outros líquidos orgânicos, devem ser armazenados separadamente e coletados por uma organização competente especializada no manuseio e destinação de tais materiais, possuidora de autorização específica do órgão de meio ambiente local para seu transporte e destino.

Os resíduos de óleo não devem ser colocados dentro do tanque de óleo combustível, já que provavelmente eles serão incompatíveis com o óleo combustível, formando barras que podem contaminar o tanque, bloquear os filtros e afetar adversamente a combustão. Adicionalmente, os resíduos de produtos podem conter contaminantes indesejáveis tais como metais pesados que, se queimados em instalações típicas, podem aumentar, entre outros problemas, os de saúde e os ambientais. Outro ponto de extrema importância é que geralmente solventes e outros produtos leves possuem baixos pontos de fulgor, causando sérios perigos de explosão, quando armazenados com óleo combustível na temperatura operacional deste último.

2.3 – Combustíveis Gasosos

Combustíveis gasosos• Derivados dos processos químicos– gás de refinaria (H2S)– gás de alto forno (da volatiliz. de comb. sólidos)• Derivados do petróleo– propano, propeno

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– butano• Gás natural– metano, etano

Principais propriedadesdos combustíveis gasosos• Densidade (d)• Densidade em relação ao ar seco• Temperatura de ebulição à pressão atmosférica• Temperatura de inflamação no ar• Limite de inflamabilidade• Massa molecular• Índice de Wobbe: Wo=Ho/(d)0,5• Odor (artificial, para efeito de detecção)• Poder calorífico (Ho)

Principais combustíveis gasosos usados em caldeiras• Gás natural (inst. de média e grande dimensão)• Propano/butano (instalações pequena dimensão)• Biogás (ETAR´s)• Gás de cidade (Lisboa)

Armazenagem dos combustíveis gasosos• Reservatórios sob pressão: gás no estado líquido• Reservatórios (normalmente subterrâneos) nos pontos terminais das condutas ou próximo dos consumidores: gás natural• Espaços porosos ou com fendas: campos de exploração de gás abandonados e minas dehidrocarbonetos• Cavernas artificiais

Tanque de armazenagem

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Transporte dos combustíveis gasosos• Do posto até ao consumidor– via marítima ou terrestre (camiões cisternas), para pequenas quantidades e locais em que não há rede de distribuição– pipelines, a uma pressão de 80 bar, podendo subir até 180 bar, quando estes estão submersos• Do ramal (válvula de seccionamento da concessionária) até à caldeira: Existem 3 categorias em função da pressão de serviço (>20 bar, entre 4 e 20 bar, e < 4 bar)– tubagem, válvulas de seccionamento, unidades de contagem e instrumentação de registo, uniões, purgadores de ar

Rede de gás

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2.3.1 – Gás Natural

Gás natural é todo hidrocarboneto ou mistura de hidrocarbonetos que permaneça em estado gasoso nas condições atmosféricas normais (PANP 009/2000), resultantes da decomposição da matéria orgânica fóssil no interior da Terra. No seu estado bruto, como encontrado na natureza, o gás natural é composto principalmente por metano, além de apresentar proporções de etano, propano, butano, hidrocarbonetos mais pesados e também, porém em menores proporções, CO2, N2, H2S,água, ácido clorídrico e outras impurezas. É extraído diretamente a partir de reservatórios petrolíferos ou gasíferos, incluindo gases úmidos, secos, residuais e gases raros. A proporção em que o petróleo e o gás natural se encontram misturados na natureza varia muito. Pode ocorrer petróleo com muito pouco gás associado, bem como jazidas em que há quase exclusivamente a presença do gás natural. As maiores ocorrências de gás no mundo são de gás não associado ao petróleo.

O gás natural é uma fonte energética não renovável, por isso tende ao esgotamento. Mesmo assim, o gás natural deve ser o principal combustível a substituir o petróleo, com predominância por toda a primeira metade do século 21.

Em 2001, as reservas provadas mundiais de gás natural somaram 155,1 trilhões m³, registrando um crescimento de 3,3% em relação ao ano de 2000. As reservas localizadas nos países da OPEP apresentaram uma elevação de cerca de 6,0% e atingiram 70,4 trilhões m³. O bloco de países não pertencentes à OPEP deteve a maior parte das reservas, com um volume de 84,7 trilhões m³ e um crescimento de 1,1% em relação ao ano anterior. O volume de reservas brasileiras manteve-se inalterado em relação ao ano 2000, 220 bilhões m³, preservando a 41ª posição mundial.

Muitas vezes o gás natural encontra-se associado ao petróleo, sendo que a proporção em que o petróleo e o gás natural se encontram misturados na natureza varia muito. Pode

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ocorrer petróleo com muito gás associado, bem como jazidas em que há quase exclusivamente a presença do gás natural.

Quando há predominância do petróleo, quem define as condições de exploração da jazida é a produção do petróleo e, então, o gás natural associado é um subproduto da produção do primeiro. Se não houver condições econômicas para aproveitamento do gás natural, ele é reinjetado na jazida ou, então, queimado, em queimadores de segurança (flare), para se evitar a criação de uma atmosfera rica em gases combustíveis no entorno das instalações de produção de petróleo.

Quando o gás é dominante, ou seja, gás natural não-associado, o seu aproveitamento econômico é condição essencial ao desenvolvimento da produção. As maiores ocorrências de gás no mundo são de gás não-associado ao petróleo.

Tanto o gás não-associado, quanto a corrente gasosa recuperada do petróleo constituem-se no que se costuma denominar de gás natural úmido, o qual contêm em suspensão pequenas quantidades de hidrocarbonetos que são líquidos, nas condições atmosféricas de pressão e temperatura, dispersas na massa gasosa. Desse modo, o gás natural úmido é composto predominantemente de metano, etano e, em menores proporções, de propano e outros hidrocarbonetos de maior peso molecular, apresentando contaminantes, como nitrogênio, dióxido de carbono, água e compostos de enxofre.

Assim, o gás natural precisa passar por um tratamento inicial, também denominado secagem do gás natural. Esse tratamento, normalmente realizado junto à jazida, é feito em Unidades de Processamento de Gás Natural (UPGN), resultando de um lado gás natural seco e de outro líquido de gás natural (LGN).

Durante o processo de secagem do gás natural nas UPGN, são também removidos contaminantes ou reduzidos os seus teores, para atender às especificações demandadas pelo mercado. Esses tratamentos são muito eficazes, razão pela qual o gás natural seco (forma sob a qual é, normalmente, comercializado e, simplificadamente, chamado de gás natural) é composto de uma mistura de metano e etano, com reduzidíssimas proporções de outros hidrocarbonetos e de contaminantes. A proporção de metano nesta mistura normalmente é de 80 a 95%.

•Transporte: no estado gasoso, o transporte do gás natural é feito por meio de dutos ou, em casos muito específicos, em cilindros de alta pressão (como GNC - gás natural comprimido). No estado líquido (como GNL - gás natural liquefeito), pode ser transportado por meio de navios, barcaças e caminhões criogênicos, a -160 °C, e seu volume é reduzido em cerca de 600 vezes, facilitando o armazenamento. Nesse caso, para ser utilizado, o gás deve ser revaporizado em equipamentos apropriados.•Distribuição: Nesta fase, o gás já deve estar atendendo a padrões rígidos de especificação e praticamente isento de contaminantes, para não causar problemas aos equipamentos onde será utilizado como combustível. O manuseio do gás natural requer alguns cuidados, pois ele é inodoro, incolor, inflamável e asfixiante quando aspirado em altas concentrações. Geralmente, para facilitar a identificação de vazamentos, compostos à base de enxofre são adicionados ao gás em concentrações suficientes para lhe dar um cheiro marcante, mas sem lhe atribuir características corrosivas, num processo conhecido como odorização. Por já estar no estado gasoso, o gás natural não precisa ser atomizado para queimar.

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Isso resulta numa combustão limpa, com reduzida emissão de poluentes e melhor rendimento térmico, o que possibilita redução de despesas com a manutenção e melhor qualidade de vida para a população.

O gás natural é o insumo básico da indústria da Gasoquímica, similar à Petroquímica, que produz uma série de produtos químicos utilizados na indústria, porém com um espectro de produtos ainda maior. Para a Gasoquímica, os componentes do gás natural podem ser agrupados em material não hidrocarbonado (inertes), gás seco (metano, etano, propano), gases liquefeitos de petróleo (propano, iso-butano e n-butano) e gasolina natural (iso-butano e n-heptano). Esta separação é feita de acordocom a demanda de mercado.

O uso do gás natural como combustível em substituição a praticamente todos os demais combustíveis, especialmente pela facilidade de seu manuseio e pelo efeito ambiental limitado de sua queima, é dominante. Enumerar as vantagens desta utilização pode ser um exercício bastante complexo, mas fundamental para a escolha dos diversos tipos de combustíveis disponíveis no mercado. Uma listagem das vantagens do uso do gás natural, aplicada às condições brasileiras, é apresentada a seguir: (adaptado de Abreu e Martinez, 1999)

O gás natural tem sido usado como combustível em motores de combustão interna em alguns países, tanto em veículos leves (táxis e veículos particulares) quanto pesados (ônibus e caminhões). No Brasil, em algumas regiões, principalmente nas cidades de São Paulo e Rio de Janeiro, já existem muitos veículos, principalmente ônibus e táxis, operando com gás natural.

Nas áreas urbanas, o gás natural é distribuído por rede de tubulações subterrâneas, e pode atender:

• uso residencial – para cocção (nas cozinhas), para aquecimento de água e para calefação (nas regiões frias);

• uso comercial – similar ao uso residencial, mas especialmente em todas as necessidades de calor. Já é corrente a sua aplicação em centrais de ar-condicionado, em especial em unidades de maior porte, como centros comerciais.

1) - Vantagens macroeconômicas:

•diversificação da matriz energética;•disponibilidade ampla, crescente e dispersa;•redução do uso do transporte rodo-ferro-hidroviário;•atração de capitais de riscos externos;•melhoria do rendimento energético;•maior competitividade das indústrias;•geração de energia elétrica junto aos centros consumidores.

2) - Vantagens ambientais e de segurança:

•baixíssima presença de contaminantes;•combustão mais limpa;•não emissão de particulados (cinzas);

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•não exige tratamento dos gases de combustão;•rápida dispersão de vazamentos;•emprego em veículos automotivos diminuindo a poluição urbana.

3) - Vantagens diretas para o usuário:

•fácil adaptação das instalações existentes;•menor investimento em armazenamento/uso de espaço;•menor corrosão dos equipamentos e menor custo de manutenção;•menor custo de manuseio do combustível;•combustão facilmente regulável;•elevado rendimento energético;•pagamento após o consumo;•custo competitivo com outras alternativas.

Porém, para poder usufruir destas, algumas características próprias devem ser avaliadas as quais constam na Portaria No 41 de 15/03/1998, (PANP 041/98). Na seqüência detalham-se, de forma sucinta, estas propriedades:

•Densidade Relativa: é a densidade do gás relativa ao ar nas mesmas condições de temperatura e pressão. O gás natural, em comparação com o óleo combustível, requer operação cuidadosa, sob o ponto de vista de combustão espontânea. Porém, quando comparado ao GLP (DR > 1,0) é mais seguro, pois tem densidade relativa em torno de 0,6 e, enquanto o GLP tende a se acumular no piso, o gás natural, sendo mais leve que o ar, tende a se dispersar com maior facilidade;•Massa Molecular Aparente: massa de 1 mol da mistura gasosa, levando-se em consideração a contribuição de seus componentes individuais. Geralmente expressa em g/mol;• Relação Gás/Ar: é a relação volumétrica entre a quantidade de gás e a quantidade de ar utilizada na combustão, nas mesmas condições de pressão e temperatura. É um parâmetro importante para determinar se a mistura se apresenta com falta de ar, excesso de ar ou na relação estequiométrica teórica comumente apresentada nas unidades de m3 de gás/m3 de ar;•Velocidade da Chama: é a velocidade que a chama se propaga na mistura comburente/combustível. É um parâmetro que varia de acordo com o tipo de combustível e que se apresenta desde um máximo, quando a mistura estiver com sua relação próxima da estequiométrica, com leve excesso de comburente; até um mínimo, quando a chama desaparece por falta ou excesso de combustível ou comburente. Geralmente se apresenta nas unidades de m/s ou cm/s;•Limites de Inflamabilidade: o limite máximo (superior) de inflamabilidade do gás natural é de 15%, em volume de gás no ar atmosférico e o limite mínimo (inferior) é de 5%, sendo sua temperatura de ignição da ordem de 750°C. Desse modo, os estreitos limites de inflamabilidade associados a sua alta temperatura de ignição, fazem com que os riscos de explosões, nos casos de vazamento de gás natural, sejam bastante limitados;•Índice de Wobbe: é o parâmetro mais importante para os combustíveis gasosos seremintercambiáveis, relacionando o poder calorífico e a raiz quadrada da densidade relativa. Ou seja, se o índice de Wobbe de um combustível substituto é significantemente diferente do combustível de projeto, o queimador deve ser modificado. Observe que o número de

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Wobbe tem a ver com a quantidade de energia por volume que é possível passar por determinado orifício para uma queda de pressão correspondente. Assim, se dois combustíveis gasosos forem fornecidos com a mesma pressão e tiverem o mesmo índice de Wobbe, a potência fornecida será a mesma para os dois combustíveis. A grande maioria dos sistemas de combustão de gases de aplicação industrial requer que os gases tenham o mesmo índice de Wobbe e a relação PCI / VolTot iguais para que possam ser intercambiáveis. A relação PCI / VolTot representa a razão entre o poder calorífico de um gás e o volume de gases de combustão gerados (N2, CO2 e H2O) pela queima estequiométrica. Na Figura 2.14 apresenta-se esta relação para alguns gases de aplicação industrial, adaptado de IPT (1995). Nesta, CO significa monóxido de carbono, CH4 metano, C2H6 etano, C3H8 propano, C4H10 butano, GN gás natural, COG gás de coqueria, GAF gás de alto-forno e GLP gás liquefeito de petróleo.

Além de sua composição e pureza, são características técnicas fundamentais: a densidade relativa ao ar, o poder calorífico, o índice de Wobbe, o ponto de orvalho de água, o ponto de orvalho dos hidrocarbonetos, o teor de compostos sulfurosos, o teor de CO2, o teor de CO, o teor de hidrogênio e o teor de oxigênio. A Tabela 2.25 apresenta algumas destas características do gás natural fornecido pela Comgás proveniente da Bolívia (www.comgas.com.br).

Considerando a necessidade de assegurar a qualidade do gás natural a ser utilizado no País e, também, de viabilizar o uso de combustíveis alternativos menos poluentes nos grandes centros urbanos, a Agência Nacional do Petróleo (ANP) elaborou a Portaria N° 41 de 15/03/1998, (PANP 041/98).

Esta trata da necessidade de estabelecer normas técnicas para a especificação do gás natural a ser comercializado no País, tanto de origem interna como também externa. A Tabela 2.27 apresenta as especificações que o gás natural deve atender.

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2.3.2 – GLP (Gás Liquefeito de Petróleo)

O GLP, gás liquefeito de petróleo, é constituído por hidrocarbonetos que são produzidos no início da destilação do petróleo, e também durante o processamento do gás natural. Dependendo da origem e dos processos de tratamento a que foram submetidos, podem apresentar variações na composição. Desse modo, o GLP obtido do gás natural não contém hidrocarbonetos insaturados, ao passo que quando são obtidos a partir de gases de refinarias (petróleo) esses hidrocarbonetos podem aparecer em quantidades variáveis. Para o GLP proveniente do petróleo, os hidrocarbonetos que aparecem em maiores proporções são os compostos de três átomos de carbono (propano e propeno) e de quatro carbonos (butano e buteno). Pequenas quantidades de etano e pentano também podem ocorrer. Entre as principais impurezas encontradas no GLP, os compostos sulforosos são dos mais indesejáveis, pois estes incorporam corrosividade ao produto, sendo o gás sulfídrico o mais agressivo. Por essa razão, quando necessário, submete-se o produto a tratamentos em unidades especiais.

Os hidrocarbonetos predominantes no GLP são gasosos a pressão e temperatura ambiente, mas liquefazem-se quando pressões relativamente baixas são aplicadas, proporciando a redução a pequenos volumes, facilitando os trabalhos de manuseio e transporte.

O GLP tem amplo emprego tanto em aquecimento doméstico como industrial. Apresenta grandes vantagens sobre os combustíveis sólidos ou líquidos, devido ao seu alto poder calorífico, que é da ordem de 11.000 kcal/kg. Apresenta, também, várias vantagens sobre o gás de carvão (produto de gaseificação) e entre eles se destacam: o maior poder calorífico, menor toxidez e risco de explosão.

O GLP é um combustível alternativo para motores do ciclo Otto, mas é pouco consumido no transporte rodoviário. Entretanto, em alguns países, como a Holanda, é responsável por 12% da energia usada em veículos de passeio. Tem alto índice de octanagem, o que permite que motores a GLP tenham maiores razões de compressão do que os motores a gasolina e, assim, maiores eficiências energéticas. Mas veículos leves a GLP não exploram essa vantagem e os motores não tem a eficiência otimizada. O consumo

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de GLP é menor que o da gasolina, mas acima do diesel. Em veículos leves, as emissões de NOx são próximas das obtidas com a gasolina, mas as outras emissões são menores.

2.4 - Biomassa

O termo biomassa engloba a matéria vegetal gerada através da fotossíntese e os seus derivados, tais como: resíduos florestais e agrícolas, resíduos animais e a matéria orgânica contida nos resíduos industriais, domésticos, municipais, etc. Estes materiais contêm energia química provinda da transformação energética da radiação solar. Essa energia química pode ser liberada diretamente por combustão, ou convertida através de algum processo em outras fontes energéticas mais adequadas, para um fim qualquer desejado, tal como o álcool e o carvão vegetal.

Os recursos energéticos da biomassa podem ser classificados de diversas maneiras, entretanto deve-se reconhecer que aos fluxos de energia de biomassa são associados os biocombustíveis que, por sua vez, podem ser apresentados em três grupos principais, de acordo com a origem da matéria que os constitui. Dessa forma, existem os biocombustíveis da madeira (dendrocombustíveis), os combustíveis de plantação não florestal (agrocombustíveis) e os resíduos urbanos. A Tabela 2.44 mostra esta classificação dos biocombustíveis. Trata-se de uma descrição simples, apresentando os recursos de maneira a comparar os tratamentos típicos utilizados nos estudos energéticos e florestais, e também comparando dados de distintas fontes (Nogueira et al., 1998). Vale observar que, de maneira geral, os energéticos podem ser considerados como primários, quando correspondem a materiais ou produtos obtidos diretamente da natureza, por exemplo, a lenha e a cana-de-açúcar, ou secundários, como são os combustíveis resultantes de processos de conversão dos combustíveis energéticos primários. Nesta classe estão o carvão vegetal produzido a partir da madeira e o álcool produzido a partir de substâncias fermentáveis.

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2.5 –Combustíveis Siderúrgicos Residuais

Durante o processo de obtenção do aço em uma siderurgia, algumas etapas geram gasesresiduais que podem ser aproveitados como combustíveis para a geração de energia na própria plantae, cujas características principais são apresentadas na Tabela 2.47. Estes gases são provenientes dasseguintes cadeias de produção do aço:Gás de alto forno (GAF): gases formados durante a preparação do ferro gusa;Gás de aciaria (GLD): gases formados durante a transformação do ferro gusa em aço;Gás de coqueria (GCO): gases formados durante a preparação do carvão mineral a serintroduzido no alto forno.

Além destes gases, há também a formação de alcatrão, um combustível residual líquido gerado na conversão do ferro gusa em aço na aciaria. As características principais deste combustível estão na Tabela 2.48.

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3- Bibliografia

ABREU, Percy Louzada, MARTINEZ, José Antônio. Gás natural: o combustível do novo milênio. Porto Alegre: Plural Comunicação, 1999. Agência Nacional do Petróleo – ANP, Portaria no 80, de 30/04/1999. Agência Nacional do Petróleo – ANP, Portaria no 309, de 27/12/2001. Agência Nacional do Petróleo – ANP, Portaria no 126, de 08/08/2002. Análise da Gasolina. http://www.quimica.matrix.com.br/artigos/ gasolina.html. Acesso em 21/10/02. Anuário Estatístico Brasileiro do Petróleo e do Gás Natural 2002. http://www.anp.gov.br/anuario2002/secao/Panorama_Internacional/Petroleo/11_Reservas.html. Acesso em 15/10/2002. Automotive Fuels for the Future: the Search for Alternatives. International Energy Agency, 1999. Brigada de Incêndio. http://www.geocities.com/bombeiro cardoso/definicoes.htm. Acesso em 07/11/02. CAMPOS, A. C. Gás Liquefeito do Petróleo. In: CAMPOS, A. C., LEONTSINIS, E. Petróleo & Derivados. Rio de Janeiro: JR Ed. Técnica Ltda., 1989. Carbon Monoxide Poisoning. http://www.carbonmonoxidekills.com/ coinformation.htm. Acesso em 09/10/02. Conselho Nacional do Meio Ambiente – CONAMA, Resolução no 003 de 28/06/1990. DAYTON, D. C., BELLE-OUDRY, D. Effect of Coal Minerals on Chlorine and Alkali Metals Released during Biomass/Coal Cofiring. Energy&Fuels, vol. 13, p. 1203-1211, 1999.

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