Carvão mineral
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- Nota: Se procura uma cor, consulte Carvão (cor).
Carvão Mineral é um combustível fóssil natural extraído da terra por processos de mineração. É um mineral de cor preta ou marrom prontamente combustível. É composto primeiramente por átomos de carbono e hidrocarbonetos sob a forma de betumes. Dos diversos combustíveis produzidos e conservados pela natureza sob a forma fossilizada, acredita-se o carvão mineral, o mais abundante.
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[editar] Descoberta do carvão de pedra
A primeira descoberta do carvão mineral, provavelmente ocorreu na idade da pedra lascada. Alguém um “homo sappiens” tentou queimar arbustos, folhas secas, e para proteger o fogo, cercou de pedras pretas, que se achavam soltas no chão da caverna. Durante a queima dos arbustos, as pequenas pedras pretas mais próximas do fogo, começaram a derreter, soltando fumaça esbranquiçada e depois rolos de fumos marrons alaranjados. Em poucos minutos, começaram as longas labaredas, desprendendo muito calor, mais forte do que o dos arbustos e por período bastante prolongado. Para surpresa do “homem”, após tanta chama desprendida da pedra, ela própria começou a se tornar incandescente, sem pegar fogo, porém desprendida mais calor do que os arbustos, e por muito mais tempo. Pode ser uma fantasia, dedução ou ficção, porem bem que pode ter acontecido desse modo. 21
[editar] O que é carvão mineral?
Quase sempre em um pedaço de carvão achado ao acaso, podem descobrir-se vestígios de uma formação celulósica da madeira. É quando observamos esse fato, que comprovamos sua origem e podemos imaginar a incrível história da formação do carvão mineral. No Brasil, essa história se inicia há cerca de 230 milhões de anos, na época em que a crosta da terra ainda estava convulsionada por terremotos, vulcões, furacões, vendavais e maremotos, que provocaram lentos ou violentos cisalhamentos e que fizeram nossas montanhas e nossos limites costeiros, separados dos da África, pelo Oceano Atlântico. Naquelas épocas geológicas, arvores gigantes e toda sorte de vegetação, crescia, formando grandes e espessas florestas, favorecidas pela atmosfera muito rica em CO2, permitindo a intensificação da função clorofiliana e o crescimento dos vegetais de forma extraordinária em um clima particularmente quente e úmido. O carvão é então a parte celulósica da vegetação, transformada pelo tempo, pressão, bactérias e outros agentes anaeróbicos, em uma massa carbonosa. É fácil imaginar as centenas de carvões que foram assim formadas. Sucessivas formações de florestas e sucessivos afundamentos podem Ter ocorrido ao longo de milhares de anos em uma mesma região, e então, camadas e camadas de carvões diferentes serão encontradas. Embora essa seja uma hipótese ortodoxa e tradicionalmente aceita para a origem do carvão, muitos cientistas da atualidade apontam que tanto o petróleo como o carvão não são combustíveis fósseis. As emanações de metano provenientes de falhas geológicas de grande profundidade ou exsudações de resevervatórios de hidrocarbonetos alimentam essas regiões pantanosas, trazendo metais como níquel, vanádio, mercúrio, cádmio e outros como também o enxofre, todos eles assim como o metano oriundos do manto terrestre, fixando-os junto ao carvão. Bactérias retrabalham o metano e outros hidrocarbonetos juntamente com os restos vegetais. A matéria vegetal flutuante, pode ainda Ter sido transportada pelos rios e acumuladas no fundo dos lagos ou pântanos mais, ou menos isolados, e, assim, bactérias carboníferas limitadas serão encontradas separadas umas das outras, a profundidades diferentes. Em outra parte do mesmo território, a fermentação bacteriana encontrou as condições ideais de desenvolvimento em uma floresta soterrada a pouca profundidade, e então, serão encontrados carvões altamente carbonizados, aflorando a céu aberto. Em outras palavras: o processo químico de carbonização reduz-se a uma maceração dos vegetais sob a água das selvas pantanosas, seguida de uma fermentação anaeróbica em meio hídrico, dos hidratos de carbono, do qual são formados hidrogênio, metano e anidrido carbônico. Estas substâncias são gasosas e, com a compressão, escapam através dos estratos que soterram os vegetais, enriquecendo a massa carbonosa em carbono sólido, restando pouca matéria volátil. A pureza do carvão em relação a matérias estranhas, depende muito de como a massa original foi composta, misturada, transformada, transportada e depositada. O processo de fermentação anaeróbica chega a um ponto em que é detido pela formação de ácidos, que são dejetos das bactérias anaeróbicas e que criam um meio anti-séptico. O grau de carbonização portanto, não depende da idade de soterramento dos vegetais e sim do tempo de aparecimento dessa fase anti-séptica inibidora do processo de enriquecimento de carbono, da massa carbonosa.
[editar] Idade Geológica do Carvão
A idade geológica do carvão brasileiro oscila entre 230 e 280 milhões de anos, que segundo estudiosos do assunto, vem da era paleozóica – período carbonífero, que ainda pode ser dividido em duas classes: Mississipiana e Pelsilvaniana. Como a diferença entre os períodos é irrelevante, considerando que a terra tem quatro e meio bilhões de anos, desde a sua origem, pouco importa. O quadro abaixo mostra como ocorre a evolução da composição elementar, desde vegetais até o termo mais evoluído do carvão mineral que é o antracito, quase carbono puro:
Tipo % O2 % H2 % C
Celulose 49.4 6.2 44.4
Turfa 40.0 6.0 54 a 60
Linhito 25.0 5.0 65 a 75
Hulha 15.0 4.5 75 a 85
Antracito 3.0 2.0 95.0
RESERVAS MUNDIAIS
Praticamente 90% das reservas de carvão mineral, assim como das reservas de petróleo, encontram-se localizadas no hemisfério norte, bem como desertos, indicando que havia oceanos, onde atualmente quatro países detêm as maiores reservas:
Rússia 56.5%
Estados Unidos 19.5%
Ásia China 9.5%
Canadá 7.8%
Europa 5.0%
África 1.3%
Outros 0.4%
Total 100.0%
Fonte : Resources and Man.
As reservas prováveis, estão calculadas em 10.750 bilhões de toneladas equivalente a carvão, sendo que uma tonelada equivalente a carvão, se refere de 7.000 kcal/kg de PCS. Muitos países em desenvolvimento, que tem reservas de carvão mineral, estão explorando para uso próprio ou para exportação, como a Colômbia, principalmente quando se trata de carvão siderúrgico.
[editar] Produção Mundial
A produção mundial de carvão, pouco mudou, ainda em torno de 5 bilhões de ton/ano, sendo que 16 % das reservas conhecidas e oficialmente calculadas, serão consumidas até o ano 2006. O carvão não compete com as demais fontes de energia, só para ganhar o título de solução para a crise energética, porem se de repente todas as fontes de energia faltassem, o carvão sozinho daria para assegurar 150 anos de consumo, isso pelos métodos até então conhecidos. Até o ano 2050, com modesto crescimento no consumo, ainda existirão reservas de petróleo, isso se não surgirem novas áreas, porém se não surgirem outras soluções será o carvão o combustível fóssil disponível, por isso engenheiros que só sabem lidar com o petróleo, estarão desempregados. Possivelmente, após o ano 2006, já terão sido adotados processos mais eficientes, de modo geral, as máquinas terão maior rendimento térmico, estarão em uso “células combustíveis”, queima para gases ionizados para MHD, gaseificação, liquefação do carvão, ( a África do Sul já faz ), etc, de modo a aproveitar melhor as reservas remanescentes do século XX. O carvão será, sem dúvida, a última esperança, porem os técnicos deverão tomar decisões importantes, de como utilizar racionalmente, em relação ao desenvolvimento de cada país, considerando meio ambiente e saúde do trabalhador na indústria carbonífera, onde o homem aos 50 anos, está com os pulmões forrados de carbono (carvão) pela Pneumoconiose, sem ânimo e sem força para trabalhar, o que significa, falta de equipamentos e métodos de proteção.
RESERVAS DO BRASIL
No Brasil, as principais reservas de carvão mineral estão situadas nos Estados do Rio Grande do Sul, Santa Catarina, Paraná e São Paulo, em ordem decrescente, São Paulo é a menor. Em milhões de toneladas:
Rio Grande do Sul 20.859
Santa Catarina 1.941
Paraná 179
São Paulo 10
Total 22.888
Ultimamente, com a descoberta da jazida da Santa Teresinha – RS, o CRPM registra reservas da ordem de 23 bilhões de ton., porem o Brasil importa anualmente 12 milhões de toneladas de carvão siderúrgico, afora o carvão vegetal usado na redução de ferro gusa, nas siderurgias.
COMPOSIÇÃO DO CARVÃO DO BRASIL
Até a crise energética mundial de 1972, o país não ligava para o nosso carvão, alegando ser de baixa qualidade, pelo teor de cinzas. Com a crise, estudos foram realizados surgindo a CAEEB, Companhia Auxiliar de Estudos Elétricos Brasileiros, que ficou encarregada de desenvolver o consumo do nosso carvão, com verbas do CNP, traçando inicialmente um programa de suprir as fábricas de cimento, decidiram levar o carvão somente até o porto de Espírito Santo.
Composição:
Carbono 59.87%
Hidrogênio 3.78%
Oxigênio 7.01%
Enxofre 2.51%
Cinzas 26.83%
Total 100%
Comparação dos Carvões Latino-americanos:
1º Chileno
2º Colombiano
3º Peruano
4º Mexicano
5º Brasileiro
com base no PCI, função do teor de enxofre.
PRODUÇÃO E CONSUMO MUNDIAL
A produção nacional de carvão, conforme dados divulgados no Balanço Energético de 1983, se situava em 21.5 milhões de toneladas, de carvão bruto (ROM), para obter pouco mais de 7 milhões de toneladas depois de beneficiado, (33%) para 1996, está previsto 8 milhões de toneladas, quase não aumentou. No sul do país, o carvão energético é consumido pelas termelétricas e pelas fábricas de cimento, até o Estado do Espírito Santo, alcançando 8 milhões de toneladas, que representa 33.3% do volume movimentado do subsolo até a superfície, significando que quase 67% é de rejeitos. A previsão de consumo para 1996 é de 20 milhões de toneladas, sendo na siderurgia 12 milhões, praticamente todo importado, cimento 2 milhões, termelétricas 4 milhões, papel e celulose ½ milhão e outros 1.5 milhões. Convém ressaltar experiências que vem sendo feitas, na área de gaseificação e na área de mistura com óleo combustível BPF, para consumo nas refinarias de petróleo. Informações Mundiais sobre a expansão e uso do Carvão Mineralo mercado mundial de carvão para geração térmica indicam: ·O continente asiático encontra-se em período de franca expansão, com previsão de crescimento de 320.000.000 ton/ano para a China (75% da capacidade de geração) e 200.000.000 ton/ano para a Índia (65% da capacidade de geração). Como exemplo individual, podemos citar a Indonésia, que estuda o aumento da sua capacidade produtiva de 1.600 MW para 23.800 MW até o ano 2010. A participação do carvão mineral deverá subir de 23% para 72% na matriz energética; · O mercado europeu de carvão mineral prevê um aumento de 16% na capacidade de geração do seu parque térmico. Grande parte do fornecimento de carvão mineral deverá ser suprido por produtos importados de outros países, destacando-se a África do Sul e a Colômbia. O que se observa nos países europeus, é a existência de uma grande preocupação com a implantação e utilização das mais modernas técnicas, e formas eficientes para viabilização da geração térmica a carvão mineral;
- As perspectivas para novos projetos nos Estados Unidos podem fazer com que exista uma expansão de 38% na capacidade atual de geração. Aproximadamente 62% da energia americana é gerada em unidades térmicas abastecidas por carvão mineral;
- A Austrália continuará sendo um dos maiores exportadores mundiais de carvão mineral, e continuará investindo na geração própria através de unidades térmicas. Atualmente 40% de sua energia é obtida a partir de parque térmico a carvão mineral; e
- Na América Latina está prevista a instalação de uma capacidade total de geração da ordem de 123.000 MW até o ano 2010. O carvão mineral deverá ser responsável pela implantação de uma capacidade de até 15.000 MW, ou seja, 12% da matriz energética futura. Atualmente, existe um movimento nesta região buscando o suprimento das ineficiências do sistema de geração através da desregulamentação e/ou privatizações de empresas estatais através da atração de investimentos privados nacionais e/ou internacionais.
Os Fatores determinantes para utilização do carvão mineral como energético continuarão sendo a busca pelo desenvolvimento e uso de tecnologias com alta eficiência térmica associadas a baixos níveis de emissão dos poluentes. Isto pode ser verificado, notadamente, pela implantação de políticas e compromissos assumidos por diversos países pela utilização de sistemas similares ao Clean Air Act dos Estados Unidos. Examinando o crescimento da demanda de energia, podemos observar que a sua geração e o correto modelo de gerenciamento das unidades térmicas deverá ser realizado com a implantação de rígidas políticas de controle ambiental, tanto em unidades antigas, como nos projetos em implantação e em viabilização. Na Europa e Estados Unidos, houve uma mudança no enfoque da pesquisa tecnológica voltada ao meio ambiente. O controle ambiental sobre a produção de gases do tipo SOx e NOx possuem 95% de suas emissões resolvidas com a instalação de equipamentos e/ou processos já definidos e consagrados. O novo foco recai agora sobre o controle das emissões dos gases que possuem influência sobre as mudanças do clima da Terra (gases de efeito estufa). No caso da indústria extrativa de carvão mineral, os gases responsáveis pelo maior impacto são o dióxido de carbono (CO2) e o metano (CH4). A continuidade da utilização de combustíveis fósseis na geração de energia, acarreta a concentração cumulativa dos gases emitidos por estas fontes na atmosfera. O quadro de não reversão dos processos regenerativos da atmosfera e a saturação pela concentração destes gases, aumentam as conseqüências do efeito estufa sobre o planeta. A tabela 04 apresenta a situação do cenário internacional de geração de energia para diversos países e o Brasil.
Tabela - Cenário Internacional das Fontes de Energia.
País Energia/PIB Petróleo Gás Carvão Elétrica Outras Estados Unidos 18 50 25 4 16 5 Canadá 22 44 25 3 22 5 Austrália 19 49 18 7 19 7 França 15 55 17 7 18 3 Alemanha 19 45 17 19 16 3 Itália 13 52 28 4 15 1 Inglaterra 17 45 28 12 15 - Japão 11 60 5 13 22 - Espanha 18 67 7 7 18 1 Formosa 14 57 4 18 21 - Coréia do Sul 26 60 1 26 11 1 México 37 63 16 2 9 11 Chile 22 56 2 6 12 24 Brasil 23 47 2 5 16 30 Fonte: World Energy Council - Report 1992 - International Energy Data.
Observações:
a) Unidade de referência: Energia/PIB (MJ/US$) e participação percentual por fonte (%);
b) Energia elétrica envolve as formas de geração com hidroeletricidade, termoeletricidade e nuclear; e
c) Outras fontes envolve formas de geração alternativas, no caso, biomassa, lixívias, etc.
[editar] Gaseificação de carvão mineral
O futuro do carvão nacional, vai depender da gaseificação, considerando o teor de cinzas (26%) e o de rejeito (67%) do carvão retirado da mina, que alem de não ser aproveitado, é poluente. A gaseificação baseia-se em princípios bem conhecidos, consistindo numa seqüência de transformação termo-químicas de qualquer matéria prima combustível, que tenha características adequadas. Os gaseificadores podem ser enquadrados em quatro tipos:
1 – Leito Fixo
2 – Leito Fluidizado
3 – Leito Arrastado
4 – Sais Fundido
1 – Leito Fixo – É o leito de carvão suportado por grelha fixa, onde o carvão é alimentado por meios manuais e o ar entra por baixo da grelha.
Exemplo:
Gaseificador WELMAN que pode ser simples ou de duplo estágios (IGI) com duas saídas de gás, uma ao nível da zona de destilação e outra bem próxima ao topo na zona de secagem do vaso de pirólise. Gaseificador LURGI, onde cada etapa do reator tem dispositivos de vedação separando hermeticamente as seções, (alimentação, secagem, pirólise, lavagem, resíduos, cinzas, etc). 2 – Leito Fluidizado – A gaseificação em leito fluidizado requer uma alimentação de ar pressurizado por baixo da tela, da câmara de combustão vertical, que suporta o leito de areia, outros tipos de leito, sendo que o carvão micro-pulverizado é alimentado por cima. Exemplo:
Gaseificador WINKLER, que também tem o cabeçote de alimentação na horizontal, porem é o oxigênio e o vapor que mantém o carvão moído em suspensão (fluidizado) em constante ebulição para controle da combustão.
3 – Leito Arrastado – É o leito de carvão pulverizado, com oxigênio e vapor, introduzido nos cabeçotes, queimando no gaseificador a 2000 ºC, que funde carvão e cinzas, sendo que parte escorre do gaseificador para o tanque d’água. A cinza restante sai pela chaminé.
Exemplo:
Gaseificador KOPPERS, cuja principal diferença está na alimentação do carvão, que está na horizontal e tem um recuperador de calor na saída do gás.
4 – Sais Fundido – É num leito de Carbonato de Sódio a 1000 ºC ou Óxido de ferro a 1500 ºC , atuando como meio de fusão do catalizador das reações de gaseificação, para gás de baixo poder calorífico (1500 Kcal/Nm³) e de médio poder calorífico ( 3000 Kcal/Nm³). O gás de baixo poder calorífico é mais usado para fins industriais, canalizado até 10 km, cujo gaseificante é ar e vapor d’água, fabricado pela Cia. Riograndense de Nitrogenados. O gás de médio poder calorífico, tem aplicação mais ampla ( síntese de amônia, síntese de metanol) usa como gaseificante oxigênio e vapor d’água.
Afora a gaseificação, também se faz liquefação, partindo da gaseificação que alem do arranjo molecular em presença de um catalizador metálico, tem a liquefação por síntese, usada na África do Sul (processo alemão Fischer-Tropsch) e a liquefação por hifdrogenação usada na Inglaterra. Na UNICAMP, especialistas estão desenvolvendo um projeto de liquefação por hidrólise, que consiste na hidrogenação do carvão pela injeção de hidrogênio a 800 ºC, para produzir Benzeno, Tolueno e Xileno, até agora extraídos do petróleo. Na França, na localidade de Artois, tivemos conhecimento de que estava sendo desenvolvido um gaseificador bastante curioso ( gaseificação “in sito”) que consiste de dois poços de grande profundidade verticais, revestidos de tubos de aço, separador de uma distância de 500 metros, porem ligador por um túnel, atravessando a jazida de carvão, que serve de fornalha, onde uma vez começada a combustão controlada a jazida de carvão, produzem-se CO, CO2 e CH, ajudados por injetores de vapor d’água, exaustores e compressores de gases, sendo a primeira coluna para alimentaçao e a segunda funcionando como chaminé. Diante do avanço nessa área, acreditamos que o futuro do carvão mineral, está na gaseificação, por que pode ser realizada nas proximidades das jazidas e o gás passa a ser um combustível nobre, transportado por gasodutos, onde já esteja circulando outros gases combustíveis.
ENTREPOSTOS DE CARVAO DO BRASIL
Temos instalados 12 entrepostos com capacidade de armazenar 8 milhões de toneladas de carvão mineral, sendo que o de Tubarão – SC, é para 6 milhões de toneladas e ocupa uma área de 120 hectares, o que nos dá uma idéia das dificuldades para armazenamento e manuseio do carvão.
