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COMBUSTÍVEISProfa. Alexsandra Valério

DefiniçãoCombustível é a substância susceptível de secombinar quimicamente com outra através de umareação exotérmica, isto é, uma reação que desprendecalor.

• É a substância que participa da combustão e que contémos elementos que sofrem oxidação.• Nesta reação é o agente redutor. Os elementos redutoresde um combustível são: o carbono (principal elementopresente nos combustíveis industriais); o hidrogênio e oenxofre (é uma impureza indesejável).

Obtenção de energia

Combustíveisfotossíntese

Tipos de Combustíveis• Sólidos: lenha, carvão mineral, carvão vegetal

• Líquidos: derivados de petróleo (gasolina, diesel, querosene, óleo combustível), etanol, biodiesel

• Gasosos: gás natural, GLP, biogás, hidrogênio

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Combustíveis IndustriaisSão aqueles que atendem as seguintes condições:

• Disponibilidade existência de grandes quantidades;

• Baixo custo preço acessível no local de consumo;

• Aplicabilidade a tecnologia associada ao seu uso deve estar disponível.

Combustíveis Industriais• Ex: carvão mineral, derivados de petróleo e gás natural

Carvão Mineral

• Originário da transformação da matéria vegetal de grandes florestas soterradas há milhões de anos, através da ação da pressão, temperatura e microorganismos.

• Diferentes classificações: turfa, lignito, hulha (sub-betuminoso, betuminoso) e antracito mistura dos materiais celulósicos com as substâncias minerais e contínua atividade subterrânea (tempo)

Carvão Mineral

Carvão Mineral• Maiores reservas nacionais Rio Grande do Sul e Santa

Catarina

• A Bacia Carbonífera de Candiota, no RS, é a maior de todas e conta com cerca de 12x109 ton de carvão, usado como carvão energético.

Carvão MineralUtilização do carvão para fins energéticos conhecimento prévio das propriedades do carvão por:

• análise elementar;• análise imediata;• poder calorífico superior e inferior;• reatividade.

• Determinação de álcalis, Na (sódio) e K (potássio) é importante porque estes causam sérios problemas de obstrução (fouling) em caldeiras, devido a fácil volatilização e condensação destes sobre as frias paredes da caldeira.

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Empregado especialmente nos processos de • Combustão• Gaseificação• Liquefação• Carbonização.

Carvão Mineral Combustão• Ignição, causando a degradação térmica (pirólise), que

produz duas frações: produtos voláteis e o coque.

• Podutos voláteis queimam em uma reação na fase gasosa

• Coque sofre uma reação superficial heterogênea com o oxigênio.

• Produtos finais calor e cinzas.

Reações termoquímicas de um combustível sólido (carvão,biomassa) na presença de O2 em quantidades inferiores àestequiométrica (mínimo teórico para a combustão) e vapord’águaFinalidade formar gases que podem ser usados comofonte de energia térmica e elétrica, para síntese de produtosquímicos e para a produção de combustíveis líquidos.Produtos monóxido de carbono (CO), hidrogênio (H2),dióxido de carbono (CO2), metano (CH4), traços de enxofre

(S), outros hidrocarbonetos leves, impurezas.

Gaseificação• Visa transformar o carvão em combustível líquido. • Nos EUA já existem usinas de liquefação de carvão, no

entanto o processo é bastante sofisticado e caro.

Liquefação

Carbonização• Obtenção de coque• Aquecimento às temperaturas de coqueificação e na

ausência de ar, produzindo um resíduo carbonáceo relativamente não volátil

• Utilizado na produção de ferro gusa (alto forno)

Biomassa• Matéria orgânica principalmente resíduos de plantas• Ex: madeira, resíduos urbanos e florestais, grãos, talos,

óleos vegetais e lodo de tratamento biológico de efluentes

• Queima direta para produzir energia térmica e elétrica• Processos químicos ou biotecnológicos para produção de

combustíveis (etanol, biodiesel)

• Menor poder calorífico que os combustíveis fósseis (menor teor de carbono e maior teor de oxigênio)

Lenha• Mais antigo (ainda bastante utilizado no Brasil)• Suas características mais importantes são:

-estrutura-teor de umidade-massa específica baixa-poder calorífico depende muito da umidade (PCI=4590

kcal/kg – 52% umidade)-baixo teor de cinzas e ausência de enxofre

Análise elementar: 47,5%C; 6,0%H; 44%O; 1,0%N e 1,5% cinzas.

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LenhaDesvantagens:

• Apresenta outras aplicações interessantes, como: produção de celulose, móveis, construção civil, indústria química, etc;

• Dificulades de transporte, manuseio e estocagem;• Liberação de voláteis poluentes• Poder calorífico relativamente baixo e dependente da umidade;• Irregularidade no fornecimento, devido à sazonalidade de sua

colheita.

Serragem e Cavacos Resíduos da indústria de beneficiamento da madeira (moveleira, papel e celulose)

Carvão Vegetal• O carvão vegetal ou de madeira é uma substância

combustível, sólida, negra e quebradiça, resultante da combustão incompleta da madeira (pirólise), cuja análise elementar é:-acima de 83%C; 2 a 3%H; 3 a 4%O; máx. 7% de cinzas

e máx. de 7% de umidade.

Carvão Vegetal• Em relação ao coque de carvão mineral, apresenta teores de enxofre e cinzas mais baixos• No caso brasileiro, permite a economia de divisas, pois o carvão mineral para coque é importado.• As desvantagens são: fragilidade, o que resulta em formação de finos em excesso; altamente higroscópico e heterogeneidade.• Seus principais usos são:• -combustível doméstico;• -redutor siderúrgico;• -enriquecimento do solo na agricultura.

Derivados de petróleo• Combustível fóssil de maior uso na atualidade • Facilidade de transporte e estocagem• Indústria de transformação bem distribuída e com custos

baixos, o que torna seus derivados competitivos e de difícil substituição.

• Presença de impurezas: enxofre, cinzas, água.• Gasolina• Querosene• Óleo diesel• Óleo combustível

Destilaçãodo Petróleo

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• Mais consumido entre os combustíveis usados notransporte rodoviário• Alta densidade energética• Número de octanagem menor que os demaiscombustíveis limita as razões de compressão eeficiência energética

Gasolina Número de octanagem ou Índice de Octanagem (IO)

• Parâmetro que mede a qualidade da gasolina•É a capacidade que o combustível tem, em mistura com o ar, de resistir a altas temperaturas na câmara de combustão, sem sofrer detonação. A detonação, também é conhecida como batida de pino, e pode destruir o motor. •Quanto maior a octanagem (maior IO), maior será a resistência à detonação.•isoctano (2,2,4-trimetil pentano): IO 100 (detona pouco)• n-heptano: IO 0 (detona muito)•No Brasil, a octanagem é expressa em IAD = Índice Antidetonante .

Tipos de gasolina comercializadas no Brasil• Comum ou regular: IO 80 (cor original sem adição de corantes)• Aditivada : presença de aditivos, dispersantes/ detergentes que impedem a formação de depósitos. É permitida a adição de corantes.• Premiun: IO mínimo 91, medida pelo índice antidetonante.

Óleo diesel• Segundo combustível mais usado no transporte rodoviário• Processo de combustão nos motores ocorre por

processos:• físicos transporte do combustível e ar para a câmara

de combustão; mistura ar / combustível; propiciam condições de temperatura e pressão.

• químicos auto-ignição do combustível

Relativamente baixas emissões de CO e hidrocarbonetos,mas altas emissões de NOx e materiais particulados

Óleo Combustível• São frações pesadas residuais do petróleo, obtidas em

vários processos de refinação• Composição: HC de elevado peso molecular: parafinas,

naftalenos, olefinas; com derivados de enxofre, nitrogênio, oxigênio, vanádio, niquel, sódio e ferro.

• A composição final depende das características (viscosidade, teor de enxofre e vanádio, umidade, ponto de fulgor...) e do tipo de processamento do petróleo

Óleo Combustível• Utilizado em uma grande variedade de equipamentos para

geração de energia ou calor• Indústria caldeiras, aquecedores, fornos, secadores, etc• Sistema de aquecimento doméstico (países frios)

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Etanol (álcool etílico)• Obtido de biomassa, de plantas ricas em açúcar, amido e

material celulósico, através da fermentação da glicose. • É um combustível ecologicamente correto, pois é obtido

de fontes renováveis de energia.• No Brasil cana-de-açúcar. O processo de fermentação

deixa dois resíduos principais: bagaço, que é usado como combustível na própria destilaria e o vinhoto usado como fertilizante na plantação de cana.Combustível etanol hidratado

(mínimo 92,6ºINP) Gasolina no Brasil 25% de etanol anidro (mínimo 99,3ºINP)

Etanol (álcool etílico)• O álcool etílico pode ser usado como combustível puro ou

em misturas com gasolina tanto como combustível como, após a sua conversão em ETBE (éter etil-terc-butílico), aditivo antidetonante.

Biodiesel• Composto de alquilésteres de ácidos graxos de cadeia

longa, derivados de óleos vegetais ou de gorduras animais: Óleo vegetal virgem: soja, palma, linho, girassol, colza...Óleo vegetal residualGorduras animais: sebo, banha de porco, gordura de franco,

óleo de peixe (subprodutos da indústria de carnes)Materiais gordurosos de estações de tratamento de esgotoAlgas

• Geralmente misturado ao diesel convencional.

Biodiesel• Etanol ou

metanol

subprodutobiodiesel

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Apresentam as melhores características para utilização na indústriaSão queimados com rendimento térmico elevado e com pequeno excesso de arNão apresentam emissões sulfurosas nem cinzasMaior facilidade de regular entrada de arMaior facilidade de transporteMaior facilidade de pré-aquecimentos

Combustíveis gasosos Gás Natural• Fonte não renovável, resultado de longa decomposição dematerial vegetal e animal em meio ausente de O2.• Ocorrência: Associado ao petróleo ou não associado• Reserva brasileira: 588.617,49 milhões de m3

• Entre os combustíveis fósseis, é o menos poluente.• Mistura de hidrocarbonetos principalmente metano• Composição:• Olefina Proporção PE (ºC)• Metano 80-90% -160ºC• Etano 5-10% -90ºC• Propano, butano, pentano, CO2 e água

• Gás natural úmido 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 secagem gás natural seco e líquido de gás natural

• Líquidos de gás natural GLP, gasolina

Gás Natural Gás NaturalUtilização• Geração de energia elétrica• Combustível em motores de combustão interna• Uso residencial e comercial: aquecimento de água e

calefação• Usado no próprio campo de extração: reinjetado para

manter a pressão dos reservatórios

• Hidrocarbonetos que são produzidos no início da destilação do petróleo ou do gás natural

• Composição: propano e butanoUtilização:• Aquecimento doméstico e industrial• Motores de combustão Interna (pouco usado)• Combustível industrial

Características: altamente concentrado Propicia queima limpa Composição uniforme Baixo teor de enxofre Alto PC Facilidade de transporte

Gás liquefeito de petróleo (GLP) Biogás• É um produto estéril, inócuo, inodoro quando purificado

(em estado natural tem leve odor de gás sulfídrico) e de fácil manuseio.

• O biogás é obtido a partir da digestão anaeróbica de resíduos vegetais ou animais, principalmente esterco bovino ou suíno. Pode ser obtido a partir de esgoto urbano e de aterros sanitários de lixo urbano.

• O resíduo da produção do biogás pode ser usado como fertilizante orgânico na lavoura.

Composição: 65-80% CH4

H2, CO2, CO, O2, N2, HC superiores

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• Atualmente o hidrogênio é produzido através da reforma com vapor do gás natural, segundo a reação:

CH4 + H2O → CO + 3H2• O processo de eletrólise da água é muito caro e só é

usado quando se necessita de pequenas quantidades de hidrogênio puro.

• Os usos mais importantes do hidrogênio são:• -hidrogenação catalítica de derivados de petróleo;• -síntese da amônia e metanol;• -hidrogenação de óleos vegetais (margarinas) • -células de combustível.

Hidrogênio