4 ESTUDO DE UMA USINA SIDERÚRGICA INTEGRADA
4.3 Produtos e efluentes industriais
4.3.3 Produtos e efluentes gasosos
Na coqueria, é gerado um gás combustível, conhecido por gás de coqueria – GCO. No alto forno e na aciaria, são igualmente gerados gases combustíveis, respectivamente, o gás de alto forno – GAF e o gás de aciaria – GAC.
Esses gases, apesar de consumidos nos diversos setores da usina, foram tratados em separado como um sistema de gases. Assim, são considerados como produtos da usina, ou saídas do VC1 e como insumos do sistema de gases combustíveis, ou VC2. As saídas deste último são os produtos das queimas dos gases mistos, lançados na atmosfera. Dos 0,067 kg de GCO / kg de gusa, 0,003 são enviados para a carboquímica e não são incluídos neste estudo como parte do VC2.
Quanto ao nitrogênio e argônio, não participam de reações químicas e, portanto, tem vazões de saída iguais às de entrada no sistema. Já fora dos limites da usina, parte do nitrogênio é enviada à carboquímica, que também recebe gás de coqueria para aquecimento. As quantidades de argônio e nitrogênio que deixam a usina são as mesmas apresentadas no sub-item 4.3.1.
Finalmente, outro subproduto da usina, é o gás carbônico liberado na calcinação do calcário. Esse gás corresponde a aproximadamente 40% em peso do material calcinado e é liberado para a atmosfera juntamente com os produtos da queima do combustível do forno. Neste caso, o CO2 foi apresentado no balanço separadamente, pois não participa do sistema de gases combustíveis.
Segundo dados da empresa, foram lançados na atmosfera 0,138 kg de CO2 por tonelada de gusa produzido em 2007. Esse gás é liberado à temperatura média de 493 K.
Aos gases combustíveis efluentes do volume de controle 1, VC1, e que constituem entradas do volume do controle 2, VC2, são adicionados, ainda como entradas no VC2, o gás natural e o ar de combustão usado nos processos de queima.
Em cada setor industrial foram levantadas as quantidades de gás queimado, a demanda de ar de combustão e os efluentes gerados. Estes últimos foram determinados a partir da suposição de que ocorre combustão completa, com os valores de excesso de ar de cada ponto de queima informados pela empresa. Os sistemas de balanços de massa das equações de queima foram resolvidos com o emprego do programa EES (BECKMAN e KLEIN, 2008).
Os gases foram tratados como gases ideais, incluindo o ar, para o qual foi adotada a composição de 21% de O2 e 79% de N2.
As densidades do gás natural e do ar foram obtidas por meio da média ponderada das densidades de seus componentes em relação aos respectivos teores, calculadas também pelo programa EES (BECKMAN e KLEIN, 2008).
As composições dos gases combustíveis gerados na indústria, os quais são completamente utilizados no processo, bem como a composição do gás natural, segundo dados da empresa, são apresentadas na TAB.4.14.
TABELA 4.14
Composição dos Gases Combustíveis Componente
Participação volumétrica (%)
GAF GAC GCO GN
Acetileno - C2H2 0,00 0,00 0,11 0,00 Dióxido de carbono - CO2 24,50 18,69 1,90 0,47
Etano - C2H6 0,00 0,00 0,69 5,64 Etileno - C2H4 0,00 0,00 2,08 0,00 Hidrogênio - H2 3,83 0,85 60,20 0,00 Metano - CH4 0,00 0,00 26,02 92,10 Monóxido de carbono - CO 24,10 56,63 6,13 0,00 Nitrogênio - N2 46,70 23,37 2,00 0,78 Oxigênio - O2 0,87 0,46 0,87 0,01 Propano - C3H8 0,00 0,00 0,00 1,00 TOTAL 100,00 100,00 100,00 100,00
Fonte: comunicação pessoal, 2008
Os poderes caloríficos inferiores desses gases, também fornecidos pela empresa, constam da TAB.4.15.
TABELA 4.15
Poderes Caloríficos dos Gases Combustíveis
Unidade GAF GAC GCO GN
kcal/Nm3 825,98 1.730,76 4.376,23 8.956,07 kJ/Nm3 3.452,60 7.234,59 18.292,6235 37.436,37
Fonte: comunicação pessoal, 2008
A TABELA 4.16 contém as temperaturas e pressões dos gases na saída do VC1.
Em cada um dos nove setores da unidade industrial é usada uma determinada mistura dos gases combustíveis. As participações de cada gás nas diversas misturas são mostradas na TAB.4.17.
TABELA 4.16
Condições de Saída dos Gases Combustíveis Gás Pressão
manométrica (kPa)
Temperatura (K) GAF (antes da TRT) 196,134 - GAF (após a TRT) 166,714 393
GAC 0,005 1773
GCO 0,190 1273
GN 2.451,675 298
Fonte: comunicação pessoal, 2008
TABELA 4.17
Mistura de Gases Combustíveis Queimada nos Setores da Usina
Setor GAF GAC GCO GN
(% em volume)
Laminação PBT 69,00 0,00 31,00 0,00 Laminação perfis 61,08 0,00 32,29 6,63 Laminação fio máquina 68,00 0,00 32,00 0,00
Coqueria 93,00 0,00 7,00 0,00
Alto Forno 93,60 0,00 6,40 0,00 Sinterização 0,00 0,00 100,00 0,00
Caldeiras 85,42 11,46 3,12 0,00
Aciaria 0,00 0,00 100,00 0,00 Calcinação 0,00 0,00 100,00 0,00
Fonte: comunicação pessoal, 2008
As vazões, fornecidas pela empresa e os poderes caloríficos inferiores – PCI das misturas gasosas usadas em cada setor, o excesso de ar de combustão, bem como as respectivas densidades à CNTP, calculadas pelo EES (BECKMAN e KLEIN, 2008) a partir das composições acima, constam da TABELA 4.18.
TABELA 4.18
Vazão dos Gases Combustíveis por Setor da Usina Setor Vazão volumétrica
(Nm3/t de gusa) PCI (kJ/Nm3)
Excesso de ar
(%)
Densidade da mistura (kg/Nm3)
Vazão de massa (t/t de gusa) Laminação PBT 0,123 8.053,00 3,0 1,087 0,133 Laminação perfis 0,028 10.497,56 2,5 1,034 0,029 Laminação fio máquina 0,023 8.201,40 3,0 1,077 0,043
Coqueria 0,310 4.491,40 1,5 1,316 0,408
Alto Forno 0,353 4.402,36 2,5 1,321 0,467 Sinterização 0,004 18.292,62 5,0 0,428 0,002
Caldeiras 0,743 4.349,02 5,0 1,352 1,004
Aciaria 0,011 18.292,62 6,0 0,428 0,005
Calcinação 0,013 18.292,62 5,0 0,428 0,006
totais 1,608 2,097
Fonte: comunicação pessoal, 2008
Os efluentes do volume de controle 2 são constituídos, unicamente, pelos produtos de combustão. A partir dos resultados dos cálculos de balanço de massa das reações de combustão realizados com o EES (BECKMAN e KLEIN, 2008) e dos quantitativos dos produtos de combustão, foram encontradas também as relações entre as massas de ar de combustão e de gás misto em cada setor, conforme TAB. 4.19, e, conseqüentemente, as vazões de massa de ar utilizadas.
TABELA 4.19
Vazão dos Gases de Combustão Efluentes do Volume de Controle 2 Setor Razão massa de
ar/massa de gás Massa de ar (t/t de gusa)
Massa de gases efluentes (t/t de gusa)
Laminação PBT 2,205 0,294 0,427
Laminação perfis 3,167 0,091 0,121
Laminação fio máquina 2,206 0,054 0,079
Coqueria 0,885 0,361 0,770
Alto Forno 0,867 0,405 0,872
Sinterização 14,127 0,026 0,028
Caldeiras 0,840 0,843 1,833
Aciaria 14,176 0,070 0,074
Calcinação 14,127 0,080 0,085
Totais 2,224 4,289
FONTE: elaboração própria, 2008
Os gases efluentes, produtos de combustão, são constituídos por oxigênio, gás carbônico, vapor de água e nitrogênio. Os constituintes dos efluentes em cada setor da usina são detalhados na TAB.4.20.
TABELA 4.20
Composição dos Gases de Combustão por Setor da Usina
Setor massa de combustível
(t/t de gusa) gás
massa de efluente / massa de combustível
massa de efluente (t/t de gusa)
P (kPa)
Temperatura média
(K)
Laminação de placas, blocos e
tarugos 0,13328
H20 0,2915 0,03885 101,33 773 CO2 0,8296 0,11057 101,33 773 N2 2,0692 0,27578 101,33 773 O2 0,015 0,00200 101,33 773 sub-total 0,4272
Laminação de perfis 0,02861
H20 0,4217 0,01206 101,33 523 CO2 0,9431 0,02698 101,33 523 N2 2,7758 0,07941 101,33 523 O2 0,0180 0,00051 101,33 523 sub-total 0,11896
FONTE: elaboração própria, 2008
TABELA 4.20(continuação)
Composição dos Gases de Combustão por Setor da Usina
Setor
massa de combustível
(t/t de gusa) gás
massa de efluente / massa de combustível
massa de efluente (t/t de gusa)
P (kPa)
Temperatura média
(K)
Laminação de Fio
Máquina 0,02429
H20 0,3027 0,00735 101,33 653 CO2 0,8354 0,02029 101,33 653 N2 2,1189 0,05147 101,33 653 O2 0,0154 0,00037 101,33 653 sub-total 0,07948
Coqueria 0,40843
H20 0,0725 0,02959 101,33 1073 CO2 0,7166 0,29266 101,33 1073 N2 1,0929 0,44638 101,33 1073 O2 0,0030 0,00124 101,33 1073 sub-total 0,76987
Alto forno 0,46699
H20 0,0679 0,03173 101,33 376 CO2 0,7143 0,33359 101,33 376 N2 1,0797 0,50419 101,33 376 O2 0,0049 0,00230 101,33 376 sub-total 0,87181
Sinterização 0,00187
H20 2,2293 0,00418 101,33 399 CO2 1,8292 0,00343 101,33 399 N2 10,8246 0,02028 101,33 399 O2 0,1558 0,00029 101,33 399 sub-total 0,02818
Caldeiras 1,00421
H20 0,0421 0,04224 101,33 573 CO2 0,7469 0,75009 101,33 573 N2 1,0276 1,03194 101,33 573 O2 0,0092 0,00920 101,33 573 sub-total 1,83347
Aciaria LD 0,00491
H20 2,2293 0,01095 101,33 1373 CO2 1,8292 0,00899 101,33 1373 N2 10,8246 0,05319 101,33 1373 O2 0,1558 0,00077 101,33 1373 sub-total 0,0739
Calcinação 0,00566
H20 2,2293 0,01261 101,33 493 CO2 1,8292 0,01035 101,33 493 N2 10,8246 0,06125 101,33 493 O2 0,1558 0,00088 101,33 493 sub-total 0,08509
FONTE: elaboração própria, 2008