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TREINAMENTOINTRODUTIVO À
ÁREA DECOQUERIA
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TREINAMENTO INTRODUTIVO À ÁREA DE COQUERIA
1 - INTRODUÇÃO
Este Manual tem como objetivo fornecer noções básicas sobre a área decoqueria.
Desta maneira, procurar-se-á dar uma idéia genérica da origem do carvãomineral, o histórico e a evolução e operação das coquerias.
1.1 - O CARVÃO MINERAL
1.1.1. - ORIGENS E GEOLOGIA
O carvão mineral é uma massa compacta, estratificada, oriunda dadecomposição de matérias vegetais, as quais passaram por vários estágios deconseqüentes ações geológicas, que provocaram modificações em suas propriedadesfísicas e químicas.
As modificações nas propriedades da matéria vegetal envolvem alteraçõescomplexas nos constituintes da sua estrutura, com evolução da umidade, gás carbônico emetano.
Desde a antigüidade, se reconhece a origem vegetal do carvão-de-pedra. Noslinhitos pode-se observar ainda restos da estrutura das plantas que o formaram.
Os depósitos carboníferos se localizam nos limites de regiões montanhosas,onde alterações geológicas, no período quaternário, causaram o soterramento de florestas.Para o desenvolvimento da luxuriante vegetação da época, era necessário clima ameno,com bastante umidade e solo fértil.
Estas duas condições são encontradas nas vizinhanças de cordilheiras, pois ascadeias de montanhas representam coletores de chuvas que, devido à diferença de alturaentre os montes e a planície, provocam uma erosão intensiva, resultando em fonte desuprimento de minerais pela conseqüente sedimentação nas baixadas. Para a formação decamadas carboníferas, outra condição essencial teria sido o abaixamento do subsolo lento,porém, interrompido. Como resultado de um movimento tectânico deste tipo, a regiãocoberta de florestas ficou submersa, transformando-se em lago. com o passar do tempo,argila e areia eram arrastadas pela erosão natural e o depósito de turfa, recoberto por umacamada de terra. A compactação progressiva da turfa se fazia pelo acúmulo cada vez maiorde matéria-depositado na superfície. No decorrer dos séculos, o abaixamento do subsolopode ter sido sustado e até anulado pela formação de montanhas. Durante estesmovimentos, grandes pressões eram exercidas nas diversas camadas do solo e,naturalmente, também, sobre os depósitos vegetais. A ação combinada da pressão edo calor aplicado durante longos períodos, causaram modificações profundas na estruturada turfa, com eliminação da água, do gás carbônico e do metano, aumentandoprogressivamente o teor de carbono no material residual.
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Tais modificações podem ter durado vários séculos e resultaram natransformação progressiva da turfa em linhito e depois, nos diversos tipos de carvãobetuminoso, até chegar a antracito.
Estimativas de geólogos indicam que as temperaturas às quais foi submetida amatéria vegetal fóssil variam entre 100°C a 600°C e as pressões nas camadas profundas,teriam sido da ordem de 1.500 atmosferas.
Desde as turfas e linhitos até o antracito, existe, como vimos gama variada decomposições e características, sendo aceito sem discussões que as turfas de hoje, por meiode uma série de transformações, gradualmente se transformariam em carvões no futuro.
A turfa é, portanto, considerada o estágio inicial da transformação da matériavegetal em carvões, resultante da decomposição de vegetais de pequeno desenvolvimento(musgos e arbustos) num ambiente de água doce.
1.1.2 - VARIEDADE DE CARVÃO - MADEIRA
A lenha é o combustível mais comum. Durante séculos, a lenha e o seuderivado o carvão vegetal - foram praticamente os únicos combustíveis conhecidos, tantopara o consumo doméstico, como para a reduzida indústria, inclusive na Metalurgia.
Nos meados do século XVIII (1735), foi descoberto o coque metalúrgico: - derivado das hulhas - que passou então a substituir o carvão vegetal nas
regiões de hulhas abundantes.
Com a introdução da máquina a vapor (1775), e principalmente, com aextraordinária expansão das aplicações da máquina a vapor, a partir da chamadaRevolução Industrial que se iniciou nos primórdios do século passado, e as suasconseqüências na ativação da metalurgia, dos transportes marinhos e ferroviários, ahulha suplantou a lenha como o grande combustível industrial.
A lenha só conservou sua importância nas regiões pobres de hulha, caso queinclui toda a América Latina, em particular o Brasil, onde seu consumo industrial chega acifras superiores a 100 milhões de m³ por ano. Um ESTERE de madeira pesa em média 500Kg. O seu poder calorífico médio é de 4.000 Kcal/Kg.
O poder calorífico das hulhas é em média de 6.500Kcal/Kg. Logo, o metrocúbico (estere) de lenha, pode pois liberar 4.000 x 500 = 2.000.000 Kcal, enquanto 1 ton.de hulha pode liberar 6.500.000 Kcal. Então, 1 m³ de lenha equivale a 0,3 ton. de hulhae os 100 milhões de m³ de lenha equivalem a 33 milhões de ton de hulha.
1.1.2.1 - TURFAS
As turfas resultam da decomposição dos vegetais nas lagoas, pântanos,encontrando-se tanto nas formações contemporâneas, como nas recentes da eraquaternária. As mais recentes apresentam-se como uma terra negra ou castanha, oucomo massa de estrutura fibrosa, emaranhada de raízes, hastes e detritos dos vegetais dondeprovieram.
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As mais antigas são mais compactas, de estrutura aleitada, cor castanha.Recém-extraídas, são consideravelmente úmidas, com 80 a 90% de água; secadas ao ar,contém ainda de 15 a 30% de água de embebição. Nesta condição, têm peso variável de200 a 250 Kg por m³ e poder calorífico entre 3.300 a 5.000 Kcal/Kg.
É um combustível fraco, que só interessa às regiões onde se encontra, paraaplicações restritas (fornalhas, cerâmicas, estufas), embora possa ser prensada em blocos oubriquetes e gaseificada em gasogênios.
Algumas podem fornecer semi-coque, com aproveitamento das matérias voláteis,por processo de destilação a baixas temperaturas. No Brasil, se tem encontradoalgumas turfeiras, nas costas baixas dos Estados do Espírito Santo (Jacú) e Rio de Janeiro(Marambaia).
1.1.2.2 - LINHITOS
Os linhitos são carvões fósseis mais antigos que as turfas e mais recentes queas hulhas, encontrando-se especialmente nas formações geológicas de era terciária.
São constituídos pelos produtos de decomposição de vegetais de certo porte,acumulados e soterrados por fenômenos geológicos. Apresentam-se em camadasencaixadas em formações sedimentárias, com espessuras que variam de centímetros adezenas de metros (até 80 metros), podendo então constituirem reservas de considerávelimportância como acontece nos Estados Unidos e Alemanha.
Apresentam-se como material fribroso ou mais ou menos compacto de corvariável do negro ao castanho, distinguindo-se 2 tipos de estrutura de acordo com o seugrau de metaformismo:
-Linhito Xilóide:
Também chamado fibroso e, às vezes, terroso; de estrutura fibrosa, na qualse conhecem nitidamente as estruturas dos órgãos vegetais donde provieram, inclusiveimpressões de folhas, cápsulas, sementes etc. Contém de 50 a 60% de água de embebição,quando recém-extraídos, reduzindo-se esta umidade a 15 ~ 20%, quando secados ao ar.
Contém sempre impregnações minerais que podem elevar o teor de cinzaspesando de 600 ~ 700 Kg/m³ com um poder calorífico de 3.500 a 4.500 Kcal/Kg,podendo elevar-se até 5.000/6.000 Kcal/Kg, para os tipos mais dessecáveis e de fracosteores de cinzas.
-Linhito Conchoidal:
De estrutura mais compacta e alcitada, onde são fracos ou inexistentes os sinaisda estrutura vegetal, e de aspecto lustroso. São os tipos mais metamorficados. Contémmenos umidade, em torno de 20 a 45%, quando recém-extraídas, redutíveis a 15 ~ 20%por secagem ao ar.
Contém menos cinzas e são mais pesados, de 750 a 800 Kg/m³ e poder calorífico
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de 5.000 a 6.500 Kcal/Kg.
Os linhitos são combustíveis de importância industrial, aplicáveis em fornalhas,fornos de calcinação e cerâmica, e também em gasogênios.
Alguns podem produzir semi-coque, por destilação a baixas temperaturas, comaproveitamento dos gases. Podem ser briquetados, com ou sem aglomerantes.
Alguns contém "cera mentana" (extraída por solvente químicos), substânciade certo interesse industrial (fabricação de discos e isolantes elétricos).
No centro de Minas Gerais há uma importante jazida de linhito na Fazenda doGandarela, Município de Rio Acima, cuja reserva foi avaliada em cerca de 2.000.000 tonpor Pandiá Calógeras e Artur Guimarães.
No Amazonas, foram descobertas recentemente importantes reservas de linhito,em extensas áreas marginais do grande rio e seus afluentes e cujos dados estimativosindicam reservas prováveis da ordem de bilhões de toneladas.
1.1.2.3 - HULHAS (ou carvão de pedra):
As hulhas são o resultado da decomposição de verdadeiras florestas queexistiram em épocas em que as condições climáticas da terra foram extremamentefavoráveis ao explendor da vida vegetal e que foram posteriormente soterradas duranteos ciclos geológicos. Muitas delas seadmite resultarem de enormes turfeiras desta épocade intensa vida vegetal (períodos Carbonífero e Permiano).
Os processos de decomposição se admite como devidos à ação de micro-organismos e fungos, em fases de destruição acróbia e posteriormente em fase anacróbia(fermentação), seguidas ainda pela ação da pressão exercida pelos depósitos mineraisque sobre ele depositaram conjugadas ao calor quer do grau geotérmico, quer o geradonos diastrofismos da crosta terrestre.
Todas estas ações resultaram em transformações mais ou menos profundas daprimeira matéria vegetal: de um lado, estas transformações se traduziram pelaprogressiva diminuição da umidade (embebição) e dos teores de oxigênio e hidrogênio(evolução de compostos voláteis) e o decorrente aumento do teor de carbono, conformese verifica no quadro 1; de outro lado, por acentuadas transformações químicas dosconstituintes da matéria decomposta, com o aparecimento de substâncias não encontradasnormalmente nos tecidos vegetais vivos, tais como hidrocarbonetos das séries cíclicas,como o antraceno, o benzeno e outros que são importantes substâncias de utilizaçãoindustrial; por isto mesmo, além do carbono que é o principal constituinte das hulhas,como combustível, podem elas fornecer estas importantes substâncias, tornando-as assim,importantes fontes de matérias primas de natureza química, que são aproveitadas comosubprodutos na destilação das hulhas e empregadas para a fabricação de corantes, nilinas,medicamentos, explosivos, borracha sintética, solventes etc.
Por isto mesmo, as hulhas assumem considerável importância industrial,justificando-se o notório fato de estarem justamente nas regi·es onde ocorrem emabundância os mais importantes centros industriais do mundo moderno (Pensylvânia,
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Ruhr, Inglaterra, Rússia, França). Assim, se justifica também porque as hulhas seclassificam em função do seu teor de carbono e destes componentes nobres que sedesprendem durante a destilação, como "matérias voláteis", visto que se desprendem comogases, as temperaturas da destilação (800 a 1.000°C) condensando-se depois algunscomo líquido permanecendo outros como gases.
As alterações traduzidas no quadro 1 indicam claramente que a composiçãodos combustíveis naturais sólidos e fósseis é uma função da sua "história geológica*, istoé, não propriamente do tempo, mas da série de fenômenos metamórficos porque tenhapassado o depósito geológico do combustível. Isto é o que se define na literatura eminglês, por "RANK",que significa ORDENAÇÃO HIERÁRQUICA.
Assim é que as hulhas perdem matérias voláteis e se enriquecem em carbono,tanto mais elevada seja a sua ordem.
1.1.2.4 - ANTRACITO
O último estágio destas transformações é representado pelo Antracito (do GregoANTRAX = CARVÃO), que contém o mínimo de umidade e matérias voláteis e omáximo de carbono. O Antracito tem aspecto cristalino, brilhante, é duro mas frágil,fragmentando-se sucessivamente em partículas aproximadamente cúbicas ou lamelares.
1.1.3 - O CARVÃO MINERAL NACIONAL
O carvão mineral do Brasil é encontrado nos Estados de Rio Grande do Sul,Santa Catarina, Paraná, São Paulo, Góias, Piaui, Maranhão, Pará e Amazonas, massomente as jazidas dos estados sulinos, principalmente as de Santa Catarina e as do RioGrando do Sul, podem ser lavradas economicamente. Em São Paulo e Paraná as jazidassão ínfimas, usadas somente em pequenas termoelétricas e em aplicações industriais deimportância reduzida.
1.2 - A COQUERIA
1.2.1 - HISTÓRICO E EVOLUÇÃO DOS FORNOS
A Inglaterra desde as últimas décadas do século XVI havia se tornado o maiorpaís siderúrgico do mundo, com algumas dezenas de pequenos Altos Fornos a carvãovegetal.
Estes fornos, localizados nas regiões de abundantes minérios, pobres masmuito facilmente redutíveis, cedo consumiram as matas naturais dessas regiõesacarretando falta de lenha para os fogões domésticos e ameaçando o abastecimento demadeira para a construção naval, muito ativa num país de marinheiro.Na verdade, astentativas para fabricar um combustível adequado com carvão mineral, evitando osincovenientes do uso direto deste, eram antigas, (mau cheiro dos gases sulfurados econtaminação dos produtos).
Mas, o sucesso veio com Abraham Darby, em 1700. Filho de fazendeiro, Darbytornara-se fabricante de malte (empregado na fabricação da cerveja), em Bristol, epreocupava-se em preparar o carvão para aquecimento em tachos de malte, de modo que
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este não ficasse afetado pelo mau cheiro dos gases do carvão. Darby aperfeiçoou oprocesso já utilizado pelos malteiros principalmente os da região de Derby e que nada maisera que o velho processo de fabricar o carvão vegetal em larga escala aplicado aocarvão mineral e assim se fabricou o primeiro coque.
Os fornos de fabricação de coque foram evoluindo nas suas concepções básicase na tecnologia atual se reduzem a duas classes:
a) Fornos de Colmeia, sem recuperação de subprodutos;b) Fornos de Retortas, com recuperação de subprodutos (as modernas coqueria).
1.2.1.1. - FORNOS DE COLMÉIA
O forno tipo "Colméia" é construído em tijolos sílico - aluminosos, com abóbadacircular, tendo a forma parecida com a de apiário. Suas dimensões médias são da ordem de3,5m de diâmetro, recebendo de 5 a 6 toneladas de carvão em camadas entre 500 a 700mm. O forno tem uma porta ao nível do chão para a retirada do coque e um orifício naparte mais elevada da abóbada, para carregamento do carvão e para saída dos gases. Asparedes do forno se esfriam durante o apagamento até cerca de 420 a 480°C. A temperaturado forno durante a coqueificação atinge a um máximo de 1.100 ~ 1.200°C. Avelocidade de coqueificação é da ordem de 12 mm por hora e o tempo total varia entre 48a 72 horas, dependendo da espessura da camada.
1.2.1.2 - FORNOS COM RECUPERAÇÃO DE SUBPRODUTOS
A consciência da importância dos produtos da destilação do carvão levouao desenvolvimento dos fornos de coque com aproveitamento de subprodutos, durante asegunda metade do século XIX. Estes fornos são constituídos de câmaras, alongadas,aquecidas pela queima de gáscombustível em canais ou dutos nas paredes de tijolos desílica, que separam uma da outra. São as baterias de fornos de coque (coquerias).
1.2.2 - A BATERIA DE FORNOS
1.2.2.1 - DESCRIÇÃO
Uma bateria de fornos de coque com recuperação de subprodutos é constituidade fornos verticais geralmente de 11 a 15 metros de comprimento, 3 a 7 metros de altura e300 a 550 mm de largura.
Suas paredes são construídas de tijolo refratário de sílica, de projeto especial paraevitar a passagem de gases.
Estes fornos são aquecidos por um gás, o qual é injetado em uma rede dedutos e estes por sua vez, são conectados aos regeneradores, que alimentam dois fornos decoqueificação adjacentes. Estes regeneradores são construídos de tijolos refratários desílica-aluminoso. Sua função é absorver calor dos gases queimados e, posteriormente,ao inverter o fluxo dos gases, eles servem para aquecer o ar que irá ser usado para
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combustão.
Cada forno tem portas removíveis para possibilitar a retirada do coqueincandescente com o uso da máquina desenfornadora.
O número de fornos numa bateria é bastante variado e pode chegar a ter 200fornos.
Um fator importante na operação de uma bateria é o tempo de coqueificação,que, geralmente, varia entre 16 a 18 horas.
1.2.2.2 - COQUEIFICAÇÃO
Fundamentalmente, a coqueificação consiste em submeter uma mistura decarvões de características adequadas a uma destilação (aquecimento em ausência de ar).
A coqueificação pode-se realizar em fornos de colméia ou em fornos comrecuperação de subprodutos.
Esta destilação provoca a liberação de gases e o aparecimento de um resíduosólido, poroso, infusível, basicamente constituído de carbono, que é o coque.
Quando o carvão carregado dentro da câmara (forno) entra em contato com asduas paredes aquecidas e o calor é transmitido, por condução, para o centro da carga, decada parede surgem duas superfícies planas isotérmicas, que caminham para o centro dacarga.
O material situado entre as isotermas forma uma camada "envelope plástico",ocorrendo aí o primeiro estágio da coqueificação.
A seguir, o processamento das reações finais de condensação edesidrogenação, características do segundo estágio da coqueificação, transformam o semi-coque em coque.
A velocidade de a avanço das isotermas no seu caminho desde a parede dosfornos até o centro da carga constitui o "coking-rate" e a coqueificação está terminadacom o encontro das duas frentes plásticas.
2 - PROCESSO C.D.Q. (APAGAMENTO A SECO DO COQUE)
2.1 - INTRODUÇÃO
A técnica de extinção a seco do coque (COKE DRY QUENCHING - CDQ),teve seu desenvolvimento inicial na década de 1920 pelos irmãos Sulzer na Suíça. Desde
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então, algumas unidades foram implantadas em países europeus.
O processo concebido pelos irmãos Sulzer não permitia a geração uniforme devapor devido as variações no carregamento do coque. Este motivo aliado a aspectoseconômicos e de segurança operacional fez com que a aceitação desta tecnologia fossebastante limitada.
Uma nova concepção de CDQ, de operação continua, foi desenvolvida peloInstituto Giprokoks, na Rússia. As duas primeiras unidades deste tipo foram instaladas em1965, na Usina de Cherepovets. A partir desta época a utilização do CDQ na Rússia foiintensamente disseminada e, por lei, todas as novas coquerias devem adotar este sistema,havendo também um programa de substituição de todas as instalações de extinção a úmidopor CDQ.
Em 1973/1975 tendo adquirido a tecnologia da Rússia, o Japão implantou oCDQ em suas usinas de: Ogishima, Chiba, Yawata.
Este processo por reunir uma série de vantagens, tais como: economia deenergia, menos poluição ambiental, e melhor qualidade do coque, foi também adotado em1983 na Cia. Siderúrgica de Tubarão, que ostenta o pioneirismo em Apagamento a Secono mundo Ocidental.
2.2 - DESCRIÇÃO DO PROCESSO
O processo CDQ se inicia com o desenfornamento do coque incandescentedentro de uma caçamba especial, revestida com placas de ferro fundido e com fundofalso, disposta sobre uma plataforma tracionada por uma locomotiva elétrica.
Após o carregamento, a caçamba é conduzida pela locomotiva elétrica até oponto de desvio situado em frente à ponte de içamento e, por meio de um dispositivo detransferência (cremalheira), é posicionada sob a ponte, na parte inferior da torre deiçamento.
Através da ponte de carregamento a caçamba é içada até o topo da torre; nestemomento o Sistema Lógico em sincronismo, com o controle de nível das câmaras, dápermissão a um conjunto mecânico para abrir a boca da câmara e posicionar na mesmauma tremonha que serve para guiar o coque para o interior da câmara. A seguir a pontefaz a translação com a caçamba ainda cheia parando sobre a tremonha. Ao se abaixar acaçamba sobre a tremonha seu fundo falso se abre dando passagem do coque para ointerior da câmara. A mesma operação se efetua inversamente para fechar a câmara.
O coque incandescente carregado na pré-câmara a uma temperatura em tornode 1050°C, desce para a câmara de resfriamento onde entra em contato com a correntegasosa ascendente, sendo resfriado.
A pré-câmara desempenha duas importantes funções:
- Absorve as variações na alimentação do coque, proporcionando uma geraçãoestável de vapor.
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- Homogeiniza as características do coque, retirando o restante de matéria volátil,passando assim por um processo de super coqueificação com permanência de ± 1 hora.
A descarga do coque, com a temperatura de ± 180°C faz-se na parte inferiorda câmara, através do sistema de descarga alternado, e com o compartimento pressurizadocom N2, que permite descarregar o coque sem deixar escapar o gás circulante ou gás deresfriamento.
O apagamento do coque propriamente dito se processa, soprando o gás deresfriamento na parte inferior da câmara, passa por um sistema de distribuição e sobe emdireção a parte superior, absorvendo o calor do coque e atingindo a temperatura de ±800°C. É recolhido por 32 canais dispostos em torno da parte superior da câmara,passando por um coletor primário onde as partículas maiores são retidas. A seguir éconduzido para a caldeira onde cede seu calor à mesma, produzindo vapor de 23 Kg/Cm² e350°C.
O gás sai da caldeira já com sua temperatura reduzida a ± 180°C, passa por umconjunto de ciclones onde são retidas as partículas finas de pó e através do soprador éreconduzido à câmara de resfriamento. O pó retido no coletor e no ciclone étransportado pneumaticamente para um silo. Além do sistema de despoeiramento do gáscirculantes descrito acima, existem dois outros que coletam as poeiras geradas nocarregamento e na descarga do coque.
2.3 - PRINCIPAIS BENEFÍCIOS
2.3.1 - RECUPERAÇÃO DE ENERGIA
. Gerando por cada ton. de coque apagado 585 Kg de vapor a 350°C e pressãode 23 Kg/cm².
(1.670.000 t/ano de coque apag. x 585 Kg/vapor) =976.950 t/ano de vapor.
2.3.2 - QUALIDADE DO COQUE
. Aumento do DI 150 de ± 2,0% 15
. Umidade 0,2%
. Ausência de finos de aderência quando carregado no Alto Forno.
. Características físicas/químicas extremamente estáveis.
2.3.3 - REDUÇÃO DE POLUIÇÃO AMBIENTAL, QUANDO ADOTADO SISTEMADE DESPOEIRAMENTO CONVENIENTE.
3 - CARBOQUÍMICOS:
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O Tratamento do Gás de Coqueria está dividida nas seguintes UnidadesOperacionais:
Área 01 - Decantação de Alcatrão
Área 05 - Resfriadores Primários de Gás
Área 09 - Precipitadores Eletrostáticos de Alcatrão
Área 12 - Exaustores de Gás
Área 15 - Lavador de Amônia
Área 17 - Destilação de Amônia e Concentração de águaAmoniacal
Área 21 - Combustão de Amônia
Área 32 - Lavador de Naftaleno
Área 80 - Grupo Frigorífico
Cada unidade operacional tem sua função específica dentro do processo e oconjunto das unidades tem por função a limpeza do gás de coqueria e a destruição dosagentes poluentes.
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PROCESSO DE TRATAMENTO DE GÁS ( COG) - ORC-Q
BATERIA 3 BATERIA 2 BATERIA 1
DECANTAÇÃO ALCATRÃO (01)
HE0501
HE0502
HE0503
HE0504
EF0901
EF0902
EF0903
GÁS
RESFRIADORES (05)PRECIPITADORES ELETROSTÁTICOS (09)
K1501
K1502
K3201
LAVADORES AMÔNIA (15) LAVADOR NAFTALENO (32)
EXAUSTORES (12)
EX1201C
EX1201B
EX1201A
COGGASÔMETRO
3.1 - DESCRIÇÃO DO PROCESSO DE SEPARAÇÃO E DECANTAÇÃO
Durante a carbonização da mistura dos carvões nos fornos das baterias, alémdo coque produzido, há formação de uma mistura gasosa identificada com o "gás decoqueria" ou simplesmente pela sigla "COG" (COKE OVEN GAS) e outra misturalíquida conhecida por "CONDENSADOS MISTOS", sendo composto, principalmente deágua amoniacal (98,7%), alcatrão (1%) e borra (0,3%). Essa massa (líquida e gasosa) éconduzida por tubulações até o separador primário (DC 0101), onde ocorre a separaçãodo COG, sendo este enviado aos Resfriadores de Gás (HE 0501-0504). Os mistos sãoconduzidos primeiramente aos pré-decantadores (TB 0101 E TB 0102) que tem a funçãode retirar as partículas sólidas (borra) dos "mistos". A mistura (água, Alcatrão) éconduzida aos decantadores (D0101 e D 0102), havendo a separação do alcatrão.
A água amoniacal é bombeada do tanque intermediário (TK0101) para otanque de estocagem TK 0105, por intermédio das bombas PC 0103 A/B e deste tanque(TK 0105) para os filtros de cascalho (GF 1501 A/B) por intermédio das bombasPC0108A/B.
O alcatrão do tanque intermediário (TK 0102) é transferido para os tanquesde estocagem TK 0104 A/B por intermédio das bombas PC 0102 A/B e destes tanques
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aos tanques da OEU-D, através das bombas PC 0107 A/B. O tanque TK 0103 tem porfunção receber uma mistura de alcatrão (± 80%) e água amoniacal (± 20%) provenientedos Decantadores (TB 0101 E TB 0102) e enviar continuamente aos Resfriadores Primários(HE 0501 a 0504) através da bomba PC 0105.
3.2 - DESCRIÇÃO DO PROCESSO DE RESFRIADORES DO GÁS
O gás de coqueria (COG) ao sair do separador primário é conduzido aosresfriadores de Gás por intermédio de tubulação que interliga os dois equipamentos. Osquatros resfriadores de gás operam em paralelo, não havendo assim, um resfriadorconsiderado reserva; porém, em caso de real necessidade poderá ser retirado um resfriador,sem causar problema operacional. O gás de coqueria (COG) entra pela parte superior decada resfriador e sai pela inferior direcionado aos precipitadores eletrostáticos. Osistemade resfriamento é composto de dois circuitos independentes.
O maior em volume e superfície de troca térmica é o circuito de águadesmineralizada, em circuito fechado, que funciona do seguinte modo: a águadesmineralizada é impulsionada de baixo para cima através do feixe tubular, até sair notopo do equipamento quando alimentará a sucção da bomba e por intermédio desta, aágua passará pelo trocador até a entrada do resfriador fechado assim, o circuito. Oesfriador utiliza água do mar para resfriamento da água desmineralizada. Se houveralguma perda de água desmineralizada, haverá automaticamente uma reposição através deum sistema (caixa) instalado na saída de água do resfriador. O segundo circuito é o daágua desmineralizada gelada que será enviado da Unidade 80 (grupo frigorífico). Estaágua entra na base do equipamento e sai na seção imediatamente inferior à entrada docircuito de água desmineralizada. Os potes de selo instalados em cada resfriador, devemreceber continuamente, além dos condensados provenientes da redução de temperatura,a mistura de Alcatrão + água amoniacal injetada para a remoção de naftaleno. Essevolume de líquido escoa até os tanques TK 0501 A/B, onde por intermédio de bombas PC0602 A/B será descarregado no tubo coletor de gás das Baterias de fornos. A reposiçãoautomática de água do circuito de resfriamento de gás, é realizada pela bomba PC 0503,que por sua vez é alimentada pelo tanque TK 0502.
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FLUXOGRAMA DA UNIDADE DE RESFRIAMENTO
TANQUECOG
ALCATRÃO + ÁGUA AMONIACAL ÁGUA
DESMINERALIZADA
ÁGUA DESMINERALIZADA
COG
EXCESSO
SP0501
ÁGUA DESMINERALIZADA
ÁGUA MAR HE 0505
PC 0501
TK 0502
ÁGUADESMINERALIZADATK 0501
PC 1201 A/B
ÁGUA DESMINERALIZADA GELADA
ÁGUA DESMINERALIZADA
PC 0502
MISTOS COLETORDE GÁSDAS BATERIAS
3.3 - DESCRIÇÃO DO PROCESSO DE PRECIPITAÇÃO ELETROSTÁTICA
O COG após ter sido resfriado nos resfriadores de gás é encaminhado aosprecipitadores eletrostáticos, onde por ação da corrente elétrica, são retidas as partículasde alcatrão em suspensão no gás de coqueria. A corrente elétrica cria um campoionizante, onde as partículas de alcatrão adquirem carga positiva, que por sua vez serãoatraídas pelas placas do recheio, pois estas possuem cargas negativas. O alcatrãoescorrendo pelas placas até o fundo dos equipamentos é drenado continuamente através dospotes de selo para os tanques TK 0501 A/B. O gás tem fluxo ascendente pelo interiordos mesmos que operam em paralelo.
Em condições normais operam os três Precipitadores porém, em caso denecessidade (rotina de limpeza) é possível operar o sistema com dois Precipitadores,sem ocasionar problema operacional.
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FLUXOGRAMA DA PRECIPITAÇÃO ELETROSTÁTICA
EF 0901 EF 0902 EF 0903
SP 0901 SP 0902 SP 0903
ALCATRÃO
TK 0501COG
COG
3.4 - DESCRIÇÃO DO PROCESSO DE EXAUSTÃO DE GÁS
O gás de coqueria (COG) gerado durante a coqueificação do carvão ésuccionado pelos exaustores através dos resfriadores primários; dos precipitadoreseletrostáticos; dos Lavadores de Amônia e finalmente pelo Lavador de Naftaleno eenviado aos consumidores e Gasômetro.
Os exaustores possuem dois sistemas de acionamento, motor elétrico e turbinaà vapor. Cada grupo possue um sistema de lubrificação e comando hidráulico paraacionamento do controle.
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FLUXOGRAMA EXAUSTOR
CONSUMO - 2Kg / cm²(TANQUE)TK 1201
COGDISTRIBUIÇÃO
MOTORMARCHA-LENTA
MULTIPLICADORDE VELOCIDADE
EXAUSTORESEX 1201
TURBINASST 1201
SEPARADORESDE PARTÍCULASWS 1201
TANQUE PARACONDENSADOSCS 1201 VAPOR
M PRESSÃO
COG(VINDO LAVADOR NAFTALENO)
PC 1201 A/B
MOTORACIONAMENTO
3.5 - DESCRIÇÃO DO PROCESSO DE RETIRADA DE AMÔNIA
O gás de coqueria, após sua passagem pelos precipitadores eletrostáticos(EF 0901-0902-0903) para retirada de alcatrão é encaminhado aos lavadores de gás (K1501-1502) para ser retirada a amônia. O gás em fluxo ascendente pelo lavador K 1501,recebe em contra fluxo um banho de água amoniacal proveniente da base do lavadorK1502. O gás semi-lavado, em seu curso normal entrará pela base do lavador K 1502 eem fluxo ascendente recebe em contra-fluxo um banho de água amoniacal provenientedas colunas de destilação de amônia e água desmineralizada proveniente do tanque TK1504.
Após esta última lavagem, o gás está dentro das especificações com relaçãoao teor de amônia total (NH3 total). Os trocadores de calor operam com águadesmineralizada gelada em circuito fechado.A água amoniacal produzida é identificadacomo água amoniacal enriquecida.
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FLUXOGRAMA DOS LAVADORES DE AMÔNIA
D
B
AC
A
E
F
ÁGUA AMONIACAL COM AMÔNIA LIVRE
K - 1501 K - 1502
ÁGU
A D
ESM
INER
ALIZ
ADA
PC1502
TK1501
TK1504
PC - 1505
HE - 1502 HE - 1501 HE - 1504 HE - 1503
ÁGUA DESMINERALIZADA GELADA
PC - 1501
LEGENDA:
A - Gás de Coqueria - COG;B - Água Amoniacal Enriquecida;C - Água Amoniacal Concentrada;D - Água Desmineralizada;E - Água Desmineralizada Gelada;F - Água Amoniacal sem Amônia Livre;
3.6 - DESCRIÇÃO DO PROCESSO DE DESTILAÇÃO DE AMÔNIA
As colunas de destilação de amônia K-1701 A/B devem operar em paralelo eserão alimentadas com água amoniacal proveniente de duas fontes 1º água amoniacalproveniente do tanque TK-1501 2º água amoniacal de produção, proveniente dos filtros decascalho GF 1501 A/B via tanque 1501.
A água amoniacal enriquecida entra na parte superior das colunas (15ºprateleira). A água amoniacal enriquecida, possui dois fluxos de alimentação, o primeiroenvia a água diretamente às colunas e o outros, e que é o principal, passa pelostrocadores de placa HE 1702 A/B para ser pré-aquecido pela água proveniente das basesdas colunas.
As colunas são divididas em duas seções isoladas internamente e interligadasexternamente.
A base da coluna é mantida sob baixa pressão através dos injetores E-1701 A/B,
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sendo a descarga do vapor injetado nas próprias colunas. Este vapor em fluxoascendente, recebendo em contra fluxo a água amoniacal, arrastará toda a amônia livrepara o topo das colunas, donde será resfriada pelos trocadores de calor HE-1703 A/B,instalados após as colunas. As partículas condensadas durante o resfriamento serãoretidas nos separadores BS-1701 A/B e drenadas continuamente de retorno às colunas.
O vapor de amônia com uma temperatura aproximada de 85°C é conduzida paracombustão de amônia ou à concentração se a combustão não estiver operando. A água ricaem amônia fixa, após haver trocado calor com a água amoniacal de alimentação, éresfriada nos trocadores de placa HE-1701 A/B/C. A produção desta água é dividida emdois fluxos; um com destino ao tratamento Biológico e outro aos lavadores de amônia. Sehouver necessidade de se colocar em operação a coluna de concentração K-1702 bloquear ofluxo da amônia para a combustão, liberar para a coluna, alimentar com água amoniacal,rica em amônia fixa, originária da base das colunas de destilação. As bombas PC-1703A/B devem ser colocadas em operação com o objetivo de circular água amoniacal entrea base da coluna e seus três chuveiros internos, sendo que necessariamente deverá serresfriada nos trocadores de calor HE-1704 A/B que deverão operar em série. O excessode água amoniacal, já concentrada é desviada automaticamente para o tanque TK-1701. Abomba PC 1704. A será acionada para transferir a água amoniacal do tanque TK 1701para o tanque TK 1501 e/ou recircular a água amoniacal no próprio tanque parahomogenizar a massa líquida. O tanque TK 1702 coletará toda a drenagem de líquidocom resíduo de alcatrão e pela bomba PC 1702 será transferido para os pré-decantadores.
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FLUXOGRAMA DA UNIDADE DE DESTILAÇÃO DE AMÔNIA
HE 1703 A
K 1701 A
BS 1701 BBS 1701 A
K 1701 B
A
B
C
PC 1701 A / B HE 1702 A PC 1701 CHE 1702 B
HE 1702 B
E FG
D
A
B
LEGENDA:
A - Água do Mar;B - Água do Mar para Esgoto;C - Vapores de Amônia;D - Água Amoniacal para a Coluna de Concentração;E - Água Amoniacal Enriquecida do Tanque TK 1501F - Água Amoniacal para os Lavadores de Amônia e Lavador de Gás K 1502G - Água Amoniacal para o Tratamento Biológico
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FLUXOGRAMA DA UNIDADE DE CONCENTRAÇÃO AMONIACAL
VAPORES DE AMÔNIA
K - 1702 TK - 1701
A
B
C
A
ÁGUA AMONIACALCONCENTRADA PC - 1704 A
F
PC - 1703 BPC - 1703 A
HE - 1704 A
HE - 1704 B
D
E
ÁGUA AMONIACAL CONCENTRADALEGENDA:
A - vapores de AmôniaB - Vapores de Amôniapara Lavador de AmôniaC - Água amoniacal sem Amônia Livre ( da Destilação )D - Água do MarE - Água do Mar para EsgotoF - Água Amoniacal Concentradapara o Tanque TK - 1501
3.7 - DESCRIÇÃO DO PROCESSO DE COMBUSTÃO DE AMÔNIA
Os vapores de amônia produzido pelas colunas de destilação, são conduzidosaté o BR-2101, onde também entrará o COG e o ar para combustão.
Na câmara R-2101 haverá a combustão completa da mistura gasosa (NH3 +COG + AR) gerando um alto despreendimento de calor (± 1100°C) que é aproveitadopara a produção de vapor saturado. A caldeira para produzir vapor receberá umaalimentação contínua de água, previamente tratada pela unidade de água desmineralizadae enviada ao CDQ. O CDQ consumirá uma maior quantidade, e uma pequena quantidade(±8 t/h) é enviada à caldeira HE 2101.
Os gases gerados durante a combustão serão conduzidos por tubulação até achaminé das baterias. A amostra da água da caldeira é resfriada no trocador HE 2102, paraposteriormente ser enviada ao laboratório.
A drenagem de resíduos será feita para o tanque RC 2101 onde haverá
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resfriamento e diluição com água do mar.
FLUXOGRAMA DA UNIDADE DE COMBUSTÃO DE AMÔNIA
BR 2101
CC - 2102 B
CC - 2112 A
R 2101
A
C
FUMOS
HE 2101
VAPOR DE AMÔNIA
AR
AR
AR
F
D E
A
A
B
B
CC 2101 CC 2101
FTL - 2101FTL - 2101
G
RC - 2101 HE - 2102
LEGENDA:
A - Gás de CoqueriaB - Ar AtmosféricoC - Vapor de AmôniaD - Água DesmineralizadaE - Vapor D'água ( Rede Geral )F - Água do MarG - Água do Mar para Esgoto
3.8 - DESCRIÇÃO DO PROCESSO DE ABSORÇÃO DE NAFTALENO
O gás de coqueria, após haver sido resfriado, e livre de alcatrão e amônia, éconduzido ao lavador de naftaleno (K-3201). A função deste equipamento é retirar do gásmaior quantidade possível de naftaleno. O gás em fluxo ascendente pelo lavador,entrará em contato com o óleo de lavagem em curso descendente pelo lavador. O óleode lavagem é recirculado, para melhor aproveitamento de sua capacidade de absorção,através das bombas. PC 3203 A/B/C.
Da base do lavador será drenado 1215 Kg/h de óleo para o tanque TK-3202.Do tanque TK-3201, e através da bomba PC 3201 A a mesma quantidade será resposta aosistema, além da perda de óleo que será arrastado pelo gás.
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FLUXOGRAMA DA UNIDADE DE ABSORSÃO DE NAFTALENO
ÓLEO DE LAVAGEM NOVO
CIRCULAÇÃO DE ÓLEO DE LAVAGEM
CIRCULAÇÃODE ÓLEO DE LAVAGEM
TK 3202TK 3201
B
CCOG COG COG
SP 3201
D
SP 3202
COG
PC 3201 A / B PC 3202
PC3203 A
PC3203 B
PC3203 C
K 3201
PC 3204 A
TK 3203
ÁGUA SERVIDA
PC 3205
A
LEGENDA:
A - Óleo de Lavagem;B - Águas Servidas para o Tanque TK 1503;C - Gás de Coqueria;D - Óleo de Naftaleno para o Alto Forno;OBS: Bomba PC - 3201 B fica de reserva.
3.9 - DESCRIÇÃO DO PROCESSO DA UNIDADE FRIGORÍFICA
O processo do circuito do refrigerante (freon R 11E), dá-se do seguinte modo:Através do compressor (CC-8002) o refrigerante sofre um aumento de pressão e
aquecimento. No evaporador, (HE-8001) ao refrigerar por contato indireto com a águadesmineralizada o refrigerante se gaseifica e é conduzido ao condensador (HE-8002),onde será resfriado, voltando do estado líquido.
No condensador será usado água do mar. O circuito de água desmineralizada seprocesso do seguinte modo:
O tanque TK 8001 recebe de retorno toda a água já utilizada para resfriamentodos diversos processos. A bomba PC-8001 succiona a água do tanque TK-8001 e envia
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aos evaporadores HE 8001 para posterior distribuição às unidades consumidoras.
FLUXOGRAMA DA UNIDADE FRIGORÍFICA
HE 8002(CONDENSADOR)
ÁGUA DO MAR
ÁGUA DO MAR
ESGOTO
HE 8001(ELEVADOR)
REFRIGERANTE
REFRIGERANTE
ÁGUA DESMINERALIZADA
ALIMENTAÇÃO DAS UNIDADES
CC 8002COMPRESSOR
DT 8002TURBINA
PC 8001TK 8001
ÁGUA DESMINERALIZADA
RETORNO DAS UNIDADESCONSUMIDORAS
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A B C
A - CARVÃO LOGO APÓS ENFORNAMENTOB - DURANTE A COQUEIFICAÇÃOC - TÉRMINO DA COQUEIFICAÇÃO
FASES DE COQUEIFICAÇÃO
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