02 - Combustveis Slidos de Alto Forno e Reduo Direta: Carvo e CoqueCombustveis slidos relevantes para aplicaes na indstria siderrgica: carvo mineral e vegetal. O carvo mineral encontrado na natureza, ao passo que o carvo vegetal produzido atravs da queima da madeira.Carves minerais:Origem dos depsitos de carvo: so encontrados nos locais onde no passado remoto havia antigas florestas, como resultado da decomposio da celulose, gerando detritos que foram depositados em bacias sedimentares, que assim foram submetidos aos efeitos da presso e da temperatura decorrentes do acmulo destes sedimentos, que levaram transformao da madeira em diferentes fases at gerar o carvo mineral. Estas etapas de transformao das antigas florestas em carvo mineral so:madeira turfa linhito carvo betuminoso carvo antracitoso. medida que a decomposio da celulose progride, aumenta o teor de carbono fixo e diminuem os teores de oxignio e hidrognio (gua) e de matrias volteis. As camadas de solo depositadas (argila, cinzas e outros materiais sedimentares) exercem presso sobre o material inicialmente celulsico e depois ficam disseminadas no carvo mineral formado. A cominuio gera finos, acarretando m utilizao e perdas. Quando a argila e o carvo encontram-se em camadas separadas, o teor de cinzas geralmente mais baixo.O coque geralmente fabricado a partir de misturas de carves, por motivos metalrgicos (propriedades deste material durante seu uso) e estratgicos (para garantir o abastecimento vindo de fornecedores de regies diferentes.Entre os carves oriundos do Brasil o do Paran apresenta alto teor de enxofre orgnico, que no facilmente liberado, como o caso do enxofre inorgnico (encontrado nos sulfetos de ferro: FeS e Fe2S), o qual decomposto na forma de gs: H2S e SO2, os quais so utilizados como combustveis nas reaes. O enxofre orgnico est presente na estrutura de hidrocarbonetos do carvo. Entretanto, o melhor tipo de carvo para fabricar coque deve necessariamente apresentar baixo teor de enxofre, sendo portanto mais adequados os carves de Santa Catarina e do Rio Grande do Sul.Os carves aquecidos ao ar apresentam comportamento diferente quanto sua utilizao. Na coqueificao a destilao realizada sem contato com ar. O carvo de Santa Catarina mais betuminoso, portanto com alto teor de matrias volteis, ao passo que o do Rio Grande do Sul considerado sub-betuminoso, contendo assim baixo teor de matrias volteis. Geralmente so realizadas anlises dos produtos que evoluem em ausncia de ar. Os carves betuminosos amolecem e solidificam novamente durante o aquecimento, ao passo que os carves sub-betuminosos no sofrem amolecimento (plastificao) e ressolidificao. Assim, a nica diferena entre o material que entra e o material que sai so as matrias volteis (gases e materiais no condensveis). A plastificao e a ressolidificao provocam expanso e contrao, acarretando porosidade e assim afetando a resistncia mecnica. Contudo, justamente os carves que sofrem estas transformaes so os que servem para fabricar coque.O carvo de Santa Catarina excessivamente plstico, originado um coque muito poroso, uma vez que a evoluo excessiva de materiais volteis reduz muito a resistncia mecnica. No deve ser misturado com o carvo betuminoso do Rio Grande do Sul, porque assim aumenta o teor de cinzas (os carves nacionais apresentam em mdia um teor de cinzas em torno de 40 %). Por outro lado, o teor de cinzas do carvo importado (que corresponde a cerca de 85 % da mistura menor. O carvo do Rio Grande do Sul queimado em usinas termoeltricas), sendo tambm utilizado no processo de reduo direta: neste caso o carvo slido misturado com o minrio no forno rotativo.O carvo vegetal possui teor de cinzas muito menor (4 a 5 %), porm sua resistncia mecnica baixa. Por este motivo, invivel sua utilizao em fornos com grande altura, como o caso dos altos fornos.. Sua elevada porosidade acarreta alta reatividade e permite uma gaseificao mais rpida e mais fcil. A turfa um carvo com alto teor de gua, acarretando alto consumo de energia, necessria para volatiliz-la. Existem dois tipos de anlises de carvo, a progressiva e a elementar.A concentrao dos carves (lavagem e beneficiamento) geralmente efetuada em um ciclone de meio denso, que separa o carvo puro do intermedirio e este do impuro (o qual apresenta alto teor de cinzas). Num meio denso, contendo muito Fe3O4 (com densidade de cerca de 5g/cm3) o carvo flutua e as cinzas afundam. Este sistema acoplado com peneiras vibratrias que separam os carves com baixo teores de cinzas (13 a 20 %) dos carves com altos teores de cinzas (40 a 50 %). O carvo pr-lavado (30 %) e o rejeito vo para a primeira separao, na qual ocorre o peneiramento, indo depois para o hidrociclone, no qual o material beneficiado sai por cima e vai para a peneira; o pr-lavado. O material que desce constitudo basicamente por gua e Fe3O4. A magnetita cai no tanque de recirculao do meio denso e a mistura de gua e magnetita entra no separador de baixa intensidade. O pr-lavado ainda no o carvo metalrgico, antes disso tem que ser beneficiado. Outro tipo de planta de concentrao origina trs tipos de produto: carvo lavado (com teor de cinzas mais baixo do que o do pr-lavado), o carvo intermedirio (maior teor de cinzas do que o pr-lavado, sendo queimado em termoeltricas) e a ganga. Nesse caso so utilizados dois hidrociclones. O carvo fino no serve para a coqueificao.Os carves importados, devido s condies geolgicas em que foram gerados, apresentam melhor resistncia mecnica do que os carves nacionais.As propores das fases encontradas nos carves importados (basicamente: vitrinita, inertita e hexinita) permitem uma cominuio diferenciada, que proporciona segregaes das espcies mineralgicas presentes nos carves.Do ptio de carvo o material vai para o reclaimer, onde ps de caamba retiram o carvo da pilha de homogeneizao, a correia transportadora leva o material para os silos e ento aos dosadores, chegando ao rolo alimentador e ao britador. A mistura de carves, com baixo, mdio e alto teor de substncias volteis utilizada como matria-prima para a fabricao do coque, com determinadas caractersticas: resistncia abraso, ao choque e reatividade. A cominuio simultnea proporciona variao granulomtrica considervel, acarretando segregaes das espcies. A vitrinita amolece, liberando substncias volteis e depois ento contri. O coque se forma preferencialmente onde h maior proporo de vitrinita e menor quantidade de material pulverulento (em forma de ps). Essas segregaes resultam da britagem coletiva, que envolve as seguintes etapas: pilhas, silos, dosagem, mistura, britagem coletiva e homogeneizao. A britagem individual de carves mais custosa e envolve as seguintes etapas: britagem individual, silos, dosagem, mistura e homogeneizao, sem haver segregao.A terceira opo seria um meio termo: britagem coletiva por tipos de carvo: trs pilhas de carvo: alta, mdia e baixa classificao, por classe, e as etapas seriam: ensilagem, dosagem, britagem, mistura total e homogeneizao.Alm da britagem brutal (coletiva) h a britagem seletiva, que utiliza a peneira vibratria, que separa o material mais frgil, que no vai para o britador. A britagem coletiva considerada como tipo U0 e a britagem seletiva como tipo U1: o material britado retorna peneira, s sendo utilizado o material que sai da peneira, no qual ocorre segregao suave (segrega menos material).O carvo mineral pode ser utilizado na siderurgia e na fundio, para a fabricao do coque (coqueificao), mas tambm pode ser utilizado como combustvel nas termoeltricas e nas usinas de gerao de vapor em geral, assim como nos processos de reduo direta (alternativa ao alto forno para a fabricao de ao) e na gaseificao.CoqueificaoA coqueificao basicamente a transformao de uma matria-prima com baixa resistncia mecnica (o carvo, que no pode ser usado em fornos com grandes dimenses, como o caso do alto forno) em uma matria rica em carbono, porm com elevada resistncia mecnica, que o caso do coque. A destilao do carvo para transform-lo em coque realizada na ausncia de ar. O aquecimento promove a liberao de substncias volteis, parte das quais so condensveis, transformando-se em piche e alcatro, e parte de no condensveis, permanecendo como gases, de tal modo que modifica-se a estrutura e as propriedades da matria rica em carbono.Ao ser aquecido, o material atinge primeiro a temperatura Ta e depois a temperatura Ti, e, sucessivamente, as temperaturas Tm, Tb e Tr, sendo ento transformado em coque. Esta faixa de temperaturas, de Ta a Tr, corresponde ao intervalo no qual ocorrem as reaes de transformao do carvo em coque.Definies:Ta a temperatura de amolecimento, Ti a temperatura de incio de inchamento, Tm a temperatura de mxima fluidez e Tr a temperatura de ressolidificao.O primeiro estgio da coqueificao ocorre entre 350 e 550 C: nesta faixa de temperaturas a umidade j foi completamente eliminada, acontecendo a liberao de matrias volteis, principalmente os hidrocarbonetos mais pesados (alcatro), na faixa de Ta a Tr. Esta etapa confere resistncia mecnica ao material. O amolecimento, a inchao e a fluidez esto associados ao primeiro estgio (liberao de alcatro) e a presena de espcies mineralgicas (vitrinita e hexinita), que so etapas obrigatrias para que ocorra a transformao microestrutural do carvo, permitindo considervel ganho de resistncia mecnica. Entretanto, inicialmente o material conhecido como semicoque, s se transformando em coque propriamente dito quando a temperatura atinge cerca de 900 C. Durante o amolecimento e o inchamento ocorre a quebra das ligaes de grandes cadeias polimricas, denominada craqueamento, que confere plasticidade ao material. Assim, no h poros para liberar matrias volteis at Tm, temperatura que corresponde ao pico da liberao de matrias volteis. Acima dessa temperatura no ocorre mais a liberao de matrias volteis: a massa plstica se condensa, contraindo-se e transformando o produto em semicoque, com resistncia mecnica superior do carvo inicial, porm ainda inferior do coque final.Durante a coqueificao formam-se duas frentes de aquecimento que se encontram numa faixa, denominada frente de coqueificao, na qual o material inicialmente ainda carvo: o chamado envelope plstico que apresenta espessura da ordem de 10 a 15 mm. Nesta regio ocorre a destilao do carvo que assim se transforma em coque. Forma-se um gradiente de temperaturas entre a parede e o centro da cmara de combusto, variando entre 500 e 550C. O tempo de coqueificao varia de 15 a 20 horas, pois a frente de coqueificao se desloca lentamente. No centro da cmara existe o chamado semicoque. As frentes de aquecimento se encontram no centro a 550 ou 600C. embora na parede a temperatura chegue a 1000C, terminando a coqueificao. Cada camada est em um determinado estgio de coqueificao.O envelope plstico equivale frente de coqueificao: uma faixa estreita no centro, de 15 a 20 mm de espessura, onde se forma o semicoque, que depois descarregado e homogeneizado, com volume muito pequenos.No segundo estgio, de 550 a 900C o semicoque transforma-se em coque, deixando de conter alcatro, o qual evolui totalmente, sendo que o gs gerado contm alto teor de hidrognio (H2), o qual liberado. O segundo estgio somente comea aps a finalizao do primeiro estgio, quando ento comea um intenso aquecimento.O aquecimento para a coqueificao realizado a partir do gs liberado durante a prpria coqueificao. Este gs rico em metano (CH4) e H2, apresentando assim elevado poder calorfico, portanto devem ser utilizados racionalmente no prprio processo de coqueificao. Para aumentar a velocidade da frente de coqueificao necessrio um aumento do gradiente de temperatura (aumento da temperatura na parede do forno retorta). Entretanto, se esta temperatura for alta demais, ocorrer amolecimento das cinzas contidas no carvo (silicatos e fundentes), que assim reagem com a parede do forno (materiais refratrios) causando problemas na operao do mesmo. Sendo assim, a temperatura de coqueificao limitada pela temperatura de amolecimento das cinzas. A espessura da parede do forno deve ser pequena em relao altura e largura, de modo a proporcionar as melhores condies de transferncia de calor, proporcionando menor tempo de utilizao do forno e assim menor gradiente de temperatura. Cada cmara de combusto aquece duas cmaras de coqueificao. Inicialmente o coque se forma prximo s paredes, onde a temperatura mais alta. Consequentemente nesta regio ser menor o teor de matrias volteis e o teor de coque aumenta do exterior para o interior. No encontro das frentes forma-se uma fenda na qual se forma o semicoque.As etapas importantes do processo so: cominuio, homogeneizao e coqueificao.No processo antigo de coqueificao (forno meda) no era possvel aproveitar as matrias volteis liberadas. Atualmente possvel queimar o combustvel da cmara e as matrias volteis (parte do carvo ou madeira), sendo possvel utilizar esta energia para a coqueificao. O alcatro liberado na carbonizao da madeira usado nas ventaneiras do alto forno.Existem diferentes projetos de cmara de combusto, proporcionado diferentes condies de transferncia de calor. As melhores condies correspondem ao maior tempo de residncia em combusto.Os materiais refratrios apresentam boa condutividade trmica e elevada resistncia ao choque trmico, com pouca variao dimensional para determinadas temperaturas: caso contrrio, surgiriam trincas que eliminariam a estanqueidade do sistema, o que permitiria a entrada de gases, que inviabilizariam a destilao. Outra propriedade importante dos refratrios sua baixa reatividade com as cinzas cidas do carvo, pelo fato de serem cidos. Materiais alcalinos (bsicos), como o refratrio de magnesita, reagiriam com as cinzas, alm de apresentarem baixa resistncia ao choque trmico, apesar de demonstrarem boa condutividade trmica. O comportamento do refratrio em relao ao choque trmico determina a sua utilizao no forno de coqueificao (baterias de coqueificao e de combusto). Os refratrios slico-aluminosos no apresentam alta resistncia ao choque trmico, apesar de no reagirem com as cinzas, ento o material refratrio ideal para o revestimento do forno de coqueificao deve ser do tipo silicoso.O gs existente no alto forno apresenta baixo poder calorfico, pois contm alto teor de N2, proveniente do ar soprado. Ento adiciona-se o gs de coqueria, que melhora o poder calorfico da mistura gasosa, alm de promover o consumo racional do gs de coqueria, utilizando o gs do alto forno para aquecer as cmaras de combusto: se fosse utilizado somente o gs de coqueria, seriam atingidas temperaturas excessivamente altas para a coqueificao. Embaixo das cmaras de coqueificao ficam os regeneradores de calor, nos quais existe um empilhamento de refratrios que capta calor sensvel dos gases de combusto e cedem esse calor para o ar, que assim aquecido, ao passar para o regenerador. Esses refratrios so produzidos com material silicoso, para resistir ao choque trmico.Por cima da cmara existem furos por onde se alimenta o carvo. Uma vez concludo o carregamento, desenvolve-se a operao de coqueificao: a cmara aquecida: carregamento, coqueificao e descarregamento. Enquanto uma cmara de coqueificao descarregada, a outra ainda est no estgio de coqueificao. Um mbolo empurra o coque, que entra em uma guia que o leva ao carrinho de descarregamento. A contrao que ocorre na coqueificao separa o material da parede, diminuindo o atrito. O material tem que ser resistente abraso e ao choque durante o descarregamento e carregamento.A transferncia de calor ocorre basicamente por conduo, porm a contrao diminui o contato, prejudicando a transferncia de calor, acarretando aumento do tempo do ciclo trmico, ou seja, o aumento do tempo de coqueificao. A conveco (associada aos gases presentes) e a radiao (sem luminosidade) so desprezveis em relao conduo.Os dutos de sada dos gases esto colocados na parte de cima e separados dos dutos de alimentao.O aproveitamento do material na coqueificao ocorre segundo o seguinte balano de massa: para cada 3012 toneladas de carvo, com 168 ton de gua, na entrada, obtm-se 2230 ton de coque na sada, considerando-se subprodutos da destilao como gases e condensados. Como subprodutos recuperam-se 762 ton de gases, porm 20 ton de gases so perdidos. Os subprodutos recuperados so aproveitados no prprio processo de coqueificao: gs de coqueria e matrias condensveis. Das 742 ton/dia de matrias volteis (762-20) 446 ton seguem para a separao de leos, resultando em 26 ton/dia de leos leves e 420 ton/dia de gases, ou seja, gera-se aproximadamente 55 % de gs. A quantidade de alcatro produzido chega a 130 ton/dia (17 %).As matrias condensveis importantes so: alcatro, piche (hidrocarbonetos com cadeias maiores, mais pesados) e leos leves. Podem ser comercializados pela usina, e colunas de craqueamento separam as fraes da destilao. O alcatro um combustvel importante dentro da usina, alm de ser um subproduto tambm da destilao da madeira. No estado lquido injetado nas ventaneiras para diminuir o consumo de combustvel (coque). Entretanto, o alcatro viscoso: aquece-se a tubulao e atomizado (torna-se fluido, apto a escoar) com o uso de vapor dgua.Fornos de tratamentos trmicos, caldeiras (para a produo de vapor) e outros equipamentos que envolvem trocas de calor, utilizam o gs proveniente do alto forno e o gs de coqueria. O gs de alto forno rico em N2, uma vez que injeta-se ar nas ventanas, contendo um pequeno teor de CO. Como consequncia, apresenta baixo poder calorfico, j que o N2 inerte. A mistura de gs de coqueria com gs de alto forno apresenta poder calorfico adequado. O gs de coqueria um insumo importante na usina, mas o gs de alto forno no pode ser descartado, uma vez que produzido em grandes volumes. O gs de alto forno contm cerca de 15 % de CO, que um gs inodoro e venenoso. J o gs de aciaria apresenta alto teor de CO, com bom poder calorfico. A proporo de poder calorfico de cada gs seria: gs de alto forno: 800 kcal/m3 e gs de coqueria: 4500 kcal/m3. O gs de coqueria constitudo por H2 e CH4 (este mais importante), possuindo alto teor calorfico, principalmente devido ao metano, havendo esta reao:CH4 + H2O = CO + 3H2Assim, o craqueamento de uma molcula de metano (CH4) origina trs molculas de H2.Cerca de 35 % da energia necessria para coqueificao vem do gs de coqueria (aquecimento das cmaras de combusto: transferncia de calor), sendo que 55 % vem do alto forno (a unidade que mais consome gs do alto forno a unidade de coqueificao), enquanto 10 % vem do vapor, energia eltrica e outras fontes. Na parte debaixo das cmaras de coqueificao ficam os regeneradores, que recuperam o calor sensvel dos gases, que saem da cmara de combusto.O calor que entra no sistema composto pelo calor de combusto e pelo calor sensvel do ar. Do calor fornecido (100 %) 19 % so perdidos na chamin por radiao, 29 % correspondem ao calor sensvel do gs de coqueria, que so recuperados como subproduto, o qual impuro e assim no vai para o regenerador, que extrairia os subprodutos. Do calor total que entra no sistema outros 52 % so utilizados no resfriamento do coque a mido, dos quais 42 % so recuperados (regenerados) a seco e 10 % so perdidos.No resfriamento a seco injeta-se combustvel gasoso, que no queima o carvo: trata-se do gs inerte N2, que submetido operao em circuito fechado: o N2, aquecido pelo coque, transfere calor para o empilhamento, sendo resfriado e assim reaproveitado. Nas usinas grandes uma grande quantidade de calor fornecida, resfriando-se a gua, aproveitando-se o calor, dependendo das condies locais.A gaseificao uma reao gs-slido, ou seja, um processo no qual a utilizao de agente gaseificante transforma a matria carbonosa do combustvel slido em fase gasosa, utilizada de forma mais nobre: quando o carvo de baixa qualidade (com alto teor de cinzas) ou quando a matria-prima no se aproveita na forma slida, pois no se gaseifica carvo com baixo teor de cinzas.O processo de gasificao compreende as seguintes etapas: 1- Carvo (slido); 2 Preparao da mistura; 3 Gaseificao propriamente dita; 4 Purificao; 5 Gs final. importante observar que deve ser realizada anlise para verificar as condies adequadas para a gaseificao, no somente as condies termodinmicas de equilbrio, mas tambm as da cintica das reaes envolvidas no processo.As reaes gs-slido que ocorrem durante a gaseificao apresentam interface heterognea: o transporte ocorre por difuso, havendo depois a adsoro, as reaes qumicas a dessoro e a difuso.Fatores importantes no controle do processo so a velocidade da reao e da difuso atravs da camada limite. O parmetro cintico mais importante a rea superficial/granulometria: esse parmetro separa os processos de gaseificao, que so classificados segundo a granulometria da matria-prima. Exemplo: leito fixo, o qual deve apresentar boa permeabilidade, que comprometida por uma granulometria muito fina. No dos processos cineticamente mais favorveis, pois apresenta superfcie especfica muito alta, como outros processos, tais como o leito fluidizado e o leito arrastado. Estes ltimos exigem carvo bem mais fino.Reao de gaseificao pelo vapor dgua: C + H2O = CO + H2. uma reao fortemente endotrmica, ou seja, o processo no autossustentvel.Por outro lado, a reao C + O2 = CO2 fortemente exotrmica.O agente gaseificante uma mistura de O2 e H2O (ar + vapor).A gaseificao compreende uma srie de reaes importantes:1) C + O2 = CO2: a reao responsvel pelas temperaturas atingidas. Na energia necessria para a gaseificao deve-se computar a energia consumida na gaseificao, que fortemente endotrmica.2) H2 + O2 = H2O: a reao de combusto do hidrognio presente na cadeia de hidrocarbonetos: as matrias volteis so queimadas, suprindo calor adicional gaseificao. Qualquer hidrocarboneto em alta temperatura se decompes em carbono e hidrognio simultaneamente.3) C + H2O = CO + H2: nesta reao o agente gaseificante H2O, sendo o O2 utilizado para compensar o consumo de calor na gaseificao.4) C + O2 = 2CO: cineticamente esta uma reao mais lenta do que a de gaseificao (3): obtm-se gs com o mais alto teor possvel de H2 em realo ao CO, tenta-se obter alta razo H2/CO porque o H2 mais reativo: H2/CO deve ser superior a 1.5) C + 2H2 = CH4: esta reao ocorre em altas presses e baixas temperaturas. uma reao parte: pouco importante. a chamada reao de metanao: transformao de gs em metano, gerando gs com alto poder calorfico.6) CO + H2O = CO2 + H2: a chamada reao de deslocamento: uma reao muito importante no processo de gaseificao pois determina a relao entre H2 e CO na composio do gs obtido na gaseificao. Quanto mais houver condies de deslocamento no reator para o gs CO transformar-se em H2, maior ser a relaoH2/CO, e consequentemente maior ser a reatividade. A unidade de purificao absorve CO2 produzido na reao de deslocamento, que indesejvel, por ser oxidante.7) CO + 3H2 = CH4 + H2O: reao cataltica de formao do metano (a partir do CO e do H2): a reao entre os dois gases homognea, mas a cintica muito lenta: aumenta-se a velocidade de reao com o uso de um catalisador: nquel ou liga nquel-ferro, que introduzido na interface heterognea para que nesta superfcie a reao corra com maior velocidade. uma reao bastante exotrmica, ao contrrio da reao CH4 + H2O = CO + 3H2, que endotrmica. A reao exotrmica usada para obter metano: necessrio que a reao de deslocamento tenha sido realizada com bastante eficincia para obter H2/CO = 3.A cintica (produtividade) da reduo para H2 mais favorvel (maior) do que para CO. Os parmetros que afetam a reao gs-slido so: temperatura, presso, operao em contracorrente, percentual de cinzas do carvo, caractersticas de coqueificao do carvo e a quantidade de O2 no agente redutor.A operao em contracorrente me geral mais eficiente do que em co-corrente. Essas condies de gaseificao (contracorrente) so melhores quando a matria carbonosa (carvo: mistura de hidrocarbonetos com cinzas, que so argilas) atinge a parte de baixo do reator. Quando a matria carbonosa proporcionalmente pouca, ou seja, quanto o carvo apresenta elevado teor de cinzas, dificulta a permeao dos gases para dentro do carvo. Entretanto, o agente gaseificante tem poder mximo (O2 + H2O) de reao em contato com o slido empobrecido, pois nestas condies pode se gaseificar todo o material.Em co-corrente, medida que o material slido perde teor de carbono, o agente gaseificante perde poder: no final, os gases, junto com slido empobrecido, reduzem a eficincia do processo.A temperatura e a presso (menor) so variveis diretamente ligadas cintica do processo de gasificao. A temperatura tem que ser rigorosamente controlada, pois no pode subir muito: se a temperatura de amolecimento das cinzas for excessiva, acarreta problema na descarga do reator.Existem quatro processos comerciais de gaseificao, descritos a seguir:1) Processo Gasognio (Antigo): o processo mais tradicional de gaseificao, ocorrendo em leito fixo e havendo movimento em contracorrente dos slidos com o agente gaseificante.A gaseificao em leito fixo admite vrias possibilidades diferentes no uso do agente gaseificante: ar misturado com vapor dgua ou mistura O2 e vapor: maior ou menor poder calorfico.O processo gasognio de gaseificao subdividi-se em trs zonas, no que se refere posio da carga slida no interior do reator. Na parte superior ocorre a secagem do carvo, descendo, atinge-se temperaturas mais elevadas, ocorrendo a transferncia de calor dos gases da regio de combusto para a carga slida, que se aproxima da parte inferior do reator.As trs principais etapas do processo so a secagem, a gaseificao e a combusto.A reao mais favorvel, do ponto de vista cintico, a de combusto, pois gera calor para as reaes de gaseificao, na parte inferior do reator, cedendo calor para a carga, de modo a converter o combustvel slido em gasoso. A corrente de gs aps a gaseificao (Co e H2 ou CO, H2 e N2) cede calor para a carga slida fria na regio de secagem (e pr-aquecimento), havendo maior ou menor arraste de partculas slidas, o que torna obrigatrio passar ao gs pelo lavador de partculas. Uma baixa velocidade de reao, ou seja, longo tempo de residncia dos gases em meio carga slida, proporciona boas condies de transferncia de calor. Nesse caso no aproveita o calor sensvel dos gases, realizada a lavagem do gs, ou seja, o abaixamento da temperatura dos gases: jatos de gua so usados para eliminar impurezas slidas no gs.Constituintes do carvo: carbono fixo e matrias volteis. Alm de CO e H2, h certa proporo de matrias volteis no gs produzido: CH4 que no se decompe no aquecimento, liberando matrias volteis sem ocorrer craqueamento dos hidrocarbonetos, pois a temperatura relativamente baixa. Tambm necessria uma unidade de recuperao do alcatro, pois esta substncia produzida em quantidades/parcelas significativas.A gaseificao boa para carves com altos percentuais de cinzas: necessria uma unidade para remoo de cinzas, que so removidas no estado slido, ou seja, em baixas temperaturas de gaseificao. A granulometria grosseira em leito fixo garante boa permeabilidade, porm baixa velocidade de liberao de energia associada ao poder calorfico, acarretando baixa temperatura de combusto. A permeabilidade deve ser razovel, com pouca gerao de finos, desde que a temperatura mxima de gaseificao no ultrapasse a temperatura de amolecimento das cinzas, pois nesse caso todo o material permanece slido. S devem ser utilizados na gaseificao em leito fixo carves no coqueificveis, pois o amolecimento e a plastificao eliminam, ou reduzem muito, a permeabilidade do leito, constituindo assim uma barreira passagem dos gases.2) Processo LungiNeste processo utiliza-se carvo com granulometria mais fina do que o carvo usado no processo gasognio. Tambm utiliza leito fixo, contracorrente e descarrega a carga slida, porm, por outro lado, apresenta outras diferenas importantes, como um reator pressurizado, com sistema de vlvulas. O aumento da presso e a diminuio da granulometria o tornam cineticamente mais favorvel, pois o tempo de residncia mais prolongado e as melhores condies de transferncia de calor aumentam o consumo de O2 e agente gaseificante nas reaes, proporcionando maior eficincia e favorecendo a formao de metano.Matrias volteis acompanham os gases de gaseificao, e so arrastadas para fora do forno, pois a temperatura atingida no decompe as matrias volteis, que so recuperadas numa unidade de recuperao de matrias volteis. A diminuio do volume de gases que sai do reator (devido ao maior tempo de residncia) implica em menor necessidade de regeneradores para recuperar o calor sensvel dos gases. Este processo apresenta como desvantagens: gs contaminado (com alcatro e leo) devido liberao das matrias volteis. Porm, necessrio recuperar estas substncias volteis, no apenas pelo aspecto financeiro, mas tambm para no entupir o sistema de recuperao de gases.3) Processo KoppersEste processo realizado com leito arrastado e permite mximo aproveitamento do carbono fixo no combustvel. No leito fixo trata-se carvo com alto teor de cinzas, gaseificando de fora para dentro: atinge-se maiores temperaturas, de tal modo que o amolecimento da cinza dificulta a gaseificao, constituindo uma barreira difuso do agente de gaseificao para o interior da partcula: a cinza descarregada contm certo percentual de carvo, e assim a pressurizao melhora a recuperao. No leito arrastado um jato contendo carvo, O2 e vapor dgua apresenta partculas slidas com granulometria muito fina (150 a 200 malhas) em suspenso numa corrente gasosa. um processo que favorece cineticamente a gaseificao devido menor granulometria, havendo gaseificao e combusto simultneas: liberao violenta de calor, de modo que as cinzas so liquefeitas pela alta temperatura, ou seja, a destilao tambm simultnea. O material gasoso resultante da gaseificao recolhido por cima, enquanto as cinzas so recolhidas no estado lquido ou solidificadas, nesse caso por um sistema de resfriamento. No gera matrias volteis, pois as altas temperaturas atingidas promovem o craqueamento dos hidrocarbonetos, no sendo necessrio tratar os gases para recuperar alcatro. H arraste de slidos e necessidade de aproveitar o calor sensvel, devido s altas temperaturas. Em co-corrente (jato de carvo com O2 e H2O) necessrio provocar turbulncia para misturar melhor: reao slido-gs, que se no tem velocidade relativa suficiente, acarreta o encontro de dois jatos. O uso de maaricos provoca maior turbulncia. Neste processo no h limitao do teor de cinzas, as quais se fundem, nem de tipo de carvo. Este processo tem um custo maio do que os demais e no permite o aproveitamento das matrias volteis resultantes da destilao do carvo: estas so transformadas em gases e carbono, que devem ser retirados. A razo H2/CO favorvel e as cinzas no cidas, ou seja, exceto SiO2 e Al2O3, recebem a adio de fundentes para diminuir a viscosidade, de modo a poder escoar as cinzas. Tambm necessria grande quantidade de O2 para manter o calor necessrio ao processo, devido necessidade de atingir altas temperaturas.Como a granulometria mais fina, um processo cineticamente mais favorvel, porm a percolao desfavorvel, sendo a velocidade relativa praticamente nula, devido s ms condies de fluxo do gs sobre a carga. As perdas de carbono so menores do que no caso de outros processos, porm h perda de calor devido o amolecimento e fuso das cinzas. Em altas temperaturas as cinzas envolvem carbono no gaseificado, o qual perdido, assim no deixam canais, ou seja, poros, devido sada do carbono combinado como CO.4) Processo WinklerEste processo utiliza leito fluidizado, no qual as partculas esto em suspenso no agente gaseificante (O2 e vapor) em ntima mistura com muita agitao, sendo assim cineticamente mais favorvel e com melhor homogeneidade de temperaturas no interior do forno, devido a esta agitao intensa. A velocidade relativa no nula e a agitao promove melhores condies para a difuso do reagente pela camada limite, favorecendo sua chegada interface da reao. O gs sai por cima e submetido a um tratamento que separa as partculas slidas. A agitao forma finos, que so arrastados pela corrente gasosa, e que retornam assim ao processo de gaseificao. Se a velocidade de arraste for maior do que a velocidade de sedimentao, ocorre arraste das partculas menores.A granulometria deve ser controlada dentro de limites estreitos, para evitar o arraste, pois o menor tempo de residncia acarreta perda de carbono fixo. A temperatura de 700 a 900 C no amolece as cinzas, porm no devem ser utilizados carves coqueificveis: neste caso, o contato entre partculas agitadas forma partculas maiores, ou seja, ocorre aglomerao, transformando o leito fluidizado em leito no fluidizado, por sedimentao.