Thread Content
I. Gás de alto-forno: O ar é bombeado por bombas de alta pressão e, após ser aquecido em fornos de ar quente, entra no alto-forno. Esse ar quente, juntamente com o carvão, ajuda na combustão, produzindo dióxido de carbono e monóxido de carbono. O dióxido de carbono, por sua vez, reage com o carvão quente para gerar mais monóxido de carbono. Durante esse processo, o monóxido de carbono reduz o ferro presente nos minérios de ferro, transformando-o em ferro-gusa. Este é o processo químico utilizado na produção de ferro. O ferro fundido permanece temporariamente no fundo do forno, sendo liberado periodicamente para ser utilizado diretamente na produção de aço ou em processos de fundição. Nesse momento, no gás produzido pelo alto-forno, ainda existe uma grande quantidade de monóxido de carbono em excesso. Esse gás misturado é o chamado gás de alto-forno. A cada tonelada de ferro produzida, são gerados de 2100 a 2200 metros cúbicos de gás de alto forno. Esse gás, que contém monóxido de carbono inflamável, é um combustível de baixo valor calórico. Pode ser utilizado pelas indústrias metalúrgicas como gás para uso próprio, por exemplo, para aquecer lingotes de aço em processo de laminação ou para pré-aquecer tanques de aço derretido. Também pode ser fornecido para uso civil; se for possível adicionar gás de coque, passa a ser chamado de “gás misto”, o que aumenta seu valor calórico. O gás de alto forno é um subproduto gerado no processo de produção de ferro. Seus principais componentes são CO, CO2, N2, H2 e CH4. O componente combustível, o CO, representa cerca de 25% do total. As quantidades de H2 e CH4 são muito pequenas. Já os teores de CO2 e N2 são de 15% e 55%, respectivamente. O valor calorífico desse gás é de aproximadamente 3500 KJ/m3. A composição e o valor calórico do gás produzido nos altos-fornos estão relacionados ao combustível utilizado nos altos-fornos, ao tipo de ferro fundido produzido e aos processos de fundição. Na produção moderna de ferro, são utilizados processos que envolvem grandes volumes de ar, temperaturas elevadas, alta intensidade de processamento e grande quantidade de pó de carvão injetado. Esses processos avançados aumentam a produtividade e reduzem o consumo de energia. No entanto, o valor calórico do gás produzido fica menor, o que dificulta seu uso. O CO2 e o N2 presentes no gás de alto forno não participam da combustão para gerar calor, nem ajudam nesse processo. Pelo contrário, eles absorvem uma grande quantidade do calor produzido durante a combustão, fazendo com que a temperatura teórica de combustão do gás de alto forno seja mais baixa. O ponto de ignição do gás produzido nos altos-fornos não é muito alto; parece não haver obstáculos para a ignição. No entanto, durante o processo real de combustão, devido a vários fatores, a temperatura do gás misturado precisa ser muito maior que o ponto de ignição, para que a combustão seja estável. A temperatura teórica de combustão do gás de alto-forno é baixa, e a grande quantidade de gás de alto-forno envolvida no processo de combustão faz com que a velocidade de aumento da temperatura do gás misto seja lenta. Por isso, a temperatura não fica alta, e a estabilidade da combustão é precária. Outra condição necessária para que a reação de combustão ocorra é que haja colisões efetivas entre as moléculas gasosas, ou seja, colisões entre moléculas que possuem energia suficiente para que ocorra a reação de oxidação. A presença em grande quantidade de CO2 e N2 reduz a probabilidade de ocorrência de colisões efetivas entre as moléculas. Isso faz com que a velocidade de combustão seja lenta e a combustão seja instável. O gás produzido nos altos-fornos contém grandes quantidades de CO2 e N2. Durante o processo de combustão, esses gases praticamente não participam de reações químicas; eles são transferidos, em quantidades quase iguais, para os gases gerados pela combustão. A quantidade de gases produzidos pela combustão do gás dos altos-fornos é muito maior do que a produzida pela combustão do carvão. ----------------------------------------------------- II. Gás de convertidor: Durante o processo de produção de aço em convertidores, o carbono presente no ferro, sob alta temperatura, reage com o oxigênio introduzido, formando um gás misto de monóxido de carbono e uma pequena quantidade de dióxido de carbono. O gás produzido pelos convertidores de oxigênio de topo, após ser reciclado, contém de 60 a 80% de monóxido de carbono, de 15 a 20% de dióxido de carbono, além de nitrogênio, hidrogênio e pequenas quantidades de oxigênio. A quantidade de gás de coque produzido durante um processo de fundição não é constante, e sua composição também varia (ver figura). Geralmente, o gás recuperado durante os vários processos de fundição no convertidor é armazenado em um tanque de armazenamento. Depois, ele é misturado e enviado aos usuários. Quando o gás do convertidor é ejetado pela boca do forno, sua temperatura chega a 1450–1500°C, e ele contém grande quantidade de poeira de óxido de ferro. Por isso, é necessário resfriá-lo e remover a poeira antes que possa ser utilizado. A purificação existe em dois tipos: úmido e seco. ①O processo típico de um sistema de purificação por método úmido é o seguinte: após sair do convertidor, o gás natural é resfriado em um resfriador a vapor, até atingir uma temperatura entre 800 e 1000°C. Em seguida, ele passa sequencialmente por um primeiro coletor Venturi, um primeiro desidratador com curva, um segundo coletor Venturi e um segundo desidratador com curva. Na entrada do coletor Venturi, é injetada água para lavar o gás, fazendo com que sua temperatura caia para cerca de 35°C. Além disso, a quantidade de poeira presente no gás é reduzida para aproximadamente 100 miligramas por metro cúbico. Em seguida, um ventilador é usado para enviar o gás purificado para o tanque de armazenamento de gás. O processo húmido é bastante comum em todo o mundo. Por cada tonelada de aço, é possível recuperar de 60 a 80 metros cúbicos de gás. O valor calórico médio desse gás fica entre 2000 e 2200 quilocalorias por metro cúbico. ②Algumas fábricas nos Estados Unidos e na Alemanha Federal utilizam sistemas de purificação por eliminação elétrica a seco. O gás é resfriado através de canais de resfriamento, até que sua temperatura chegue a 1000°C. Em seguida, é utilizado uma torre de resfriamento por evaporação para reduzir ainda mais a temperatura, até 200°C. Depois disso, o gás passa por um coletor de poeira elétrico a seco, fazendo com que a quantidade de poeira presente seja inferior a 50 miligramas por metro cúbico. O gás limpo é então enviado para os tanques de armazenamento por meio de bombas de sucção. O sistema seco tem um investimento aproximadamente 12 a 15% maior do que o sistema úmido ； Mas não é necessário construir instalações de tratamento de esgoto. O consumo de energia é baixo, mas é preciso tomar medidas adequadas para evitar que o gás e o ar se misturem, formando gases explosivos. O gás de convertidor é um combustível gasoso de valor calorífico médio, utilizado nas indústrias siderúrgicas. Pode ser utilizado isoladamente como combustível para fornos industriais, ou pode ser combinado com gás de coque, gás de alto-forno e gás de gerador para formar misturas de gás com diferentes valores caloríficos. O gás de convertidor contém grandes quantidades de monóxido de carbono, que é altamente tóxico. Portanto, é necessário tomar cuidados extremos para evitar vazamentos durante seu armazenamento, transporte e uso. --------------------------------------------------- III. Gás de coque: O gás de coque é um gás combustível que se obtém como subproduto da produção de coque e alcatrão, através do processo de carbonização a alta temperatura em fornos de coque. Ele é produzido a partir da mistura de vários tipos de carvão vegetal utilizado na produção de coque. Usado principalmente como combustível e matéria-prima para a indústria química. A cada tonelada de coque produzida, são gerados de 300 a 320 metros cúbicos de gás de coque. O gás de coque é composto principalmente por hidrogênio e metano, que representam 56% e 27%, respectivamente. Há também pequenas quantidades de monóxido de carbono, dióxido de carbono, nitrogênio, oxigênio e outros hidrocarbonetos ； Seu valor de calor específico é de 18250 kJ/Nm3, a densidade é de 0,4 a 0,5 kg/Nm3, e seu valor de movimento anual é de 25×10^(-6) m2/s. De acordo com os diagramas de fluxo do corpo do forno de coque e do sistema de resfriamento por tambor, o gás bruto que sai do forno já está parcialmente condensado em estado líquido antes mesmo de entrar no sistema. Além disso, a poeira de carvão e os resíduos de coque presentes no gás também são capturados. Os componentes solúveis em água presentes no gás se dissolvem na amônia. Alcatrão, amônia, além de poeira e resíduos de alcatrão, são levados para o tanque de separação mecânica de alcatrão e amônia. Após a separação, a água amoniacal é reutilizada. O alcatrão é enviado para processamento centralizado, enquanto os resíduos de alcatrão podem ser reintegrados ao carvão utilizado na produção de gás de coque. O gás de coque passa por um resfriador inicial, onde é resfriado diretamente ou indiretamente até atingir a temperatura ambiente. Nesse momento, a umidade e o alcatrão remanescentes no gás são removidos ainda mais. O gás que sai do resfriador inicial passa por um sistema mecânico de remoção de alcatrão, que elimina a névoa de alcatrão suspensa no gás por meios mecânicos. Em seguida, o gás é levado a um ventilador, onde sua pressão é elevada para aproximadamente 19.600 pascals (2.000 milímetros de coluna d’água). Para não afetar as operações futuras de refino do gás, como a coloração causada pelo amônio sulfato e o envelhecimento do líquido desulfurizante, o gás é passado por um coletor elétrico de alcatrão para remover as névoas de alcatrão remanescentes. Para evitar que o naftaleno se cristalize e se separe do gás a baixas temperaturas, é instalada uma torre de lavagem antes da torre de desulfuração, com o objetivo de absorver o naftaleno através do óleo utilizado na lavagem. Dentro da torre de desulfuração, um agente desulfurizante é utilizado para absorver o hidrogênio sulfídrico presente no gás. Ao mesmo tempo, o cianeto presente no gás também é absorvido. O amônio presente no gás é absorvido por água ou soluções aquosas dentro da torre de absorção, gerando amônia líquida ou amônio sulfato. Quando o gás natural passa pela torre de absorção de amônia, como a reação de absorção do amônia pelo ácido sulfúrico é exotérmica, a temperatura do gás aumenta. Para não afetar o processo de recuperação do benzeno bruto, o gás é resfriado em uma torre de resfriamento antes de entrar na torre de lavagem. Lá, óleo de lavagem é utilizado para absorver os hidrocarbonetos de baixo ponto de ebulição presentes no gás, como benzeno, tolueno, xilenos e ciclopentadieno, bem como substâncias de alto ponto de ebulição como estireno e naftaleno. Ao mesmo tempo, os sulfetos orgânicos também são removidos. 1 Noções básicas de segurança com gás 1.1 Propriedades do gás 1.1.1 Composição do gás O que geralmente chamamos de gás refere-se ao gás artificial, que contém vários componentes gasosos e é um gás combustível. Devido às diferentes matérias-primas utilizadas na produção de gás, bem como aos métodos de produção e recuperação do gás, as composições dos vários tipos de gás e suas porcentagens variam. Os tipos mais comuns são o gás produzido em altos-fornos, o gás produzido em fornos de conversão, o gás produzido em fornos de carbonização contínua, o gás produzido em altos-fornos de ferro e o gás produzido em convertidores. Os componentes comuns do gás natural estão listados na Tabela 1-1. 1.1.2 Propriedades físico-químicas do gás de carvão (1) Gás de coque: O gás de coque, após ser purificado, é um gás incolor, com odor forte, tóxico, inflamável e explosivo. Sua densidade é de 0,3623; seu valor calórico é de 16.800–18.900 kJ/m³. A temperatura de ignição é de 550–650°C, enquanto o limite de explosividade fica entre 4,5% e 35,8%. A temperatura teórica de combustão é de aproximadamente 2150°C. O teor de CO no gás de coque é maior do que no gás de forno, mas isso também pode causar acidentes de envenenamento. (2) Gás de alto-forno: O gás de alto-forno é um gás incolor, inodoro e tóxico, que é fácil de inflamar e explodir. Sua densidade varia entre 0,9 e 1,1, enquanto seu valor calorífico fica entre 3349 e 4187 kJ/m³. A temperatura teórica de combustão é de aproximadamente 1500°C, e a temperatura de ignição é de cerca de 730°C. O limite de explosividade fica entre 30,8% e 89,5%. Ele contém cerca de 70% de N2 e CO2. Esse gás pode causar dificuldades respiratórias (devido ao baixo teor de oxigênio) e sufocamento. (3) Gás de convertidor – A composição do gás de convertidor varia ao longo do ciclo de fundição, em diferentes momentos, e está relacionada aos equipamentos de recuperação e às condições operacionais durante essa recuperação. O gás de conversor é um gás incolor, inodoro e tóxico, que é inflamável e explosivo. Seu valor calórico é de 6800–10000 kJ/m³. A temperatura de ignição é de 530°C, enquanto o limite de explosão fica entre 18,2% e 83,2%. A temperatura teórica de combustão do gás de coqueador é maior do que a do gás de alto-forno.