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ENERGIA NA REDUÇÃO: ANÁLISE E PERSPECTIVAS

ENERGIA NA REDUÇÃO: ANÁLISE E PERSPECTIVAS. ABM SEMINARIO REDUÇÃO SALVADOR 18/09/2007 CYRO TAKANO (USP) e COLABORADORES. INTRODUÇÃO. Objetivo: Incentivar discussões SUMARIO Energia na Metalurgia, siderurgia e redução dentro do contexto da matriz energética brasileira

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ENERGIA NA REDUÇÃO: ANÁLISE E PERSPECTIVAS

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  1. ENERGIA NA REDUÇÃO: ANÁLISE E PERSPECTIVAS ABM SEMINARIO REDUÇÃO SALVADOR 18/09/2007 CYRO TAKANO (USP) e COLABORADORES ABM Sem Redução2007-Salvador

  2. INTRODUÇÃO Objetivo: Incentivar discussões • SUMARIO • Energia na Metalurgia, siderurgia e redução dentro do contexto da matriz energética brasileira • Evolução do consumo das fontes energéticas na siderurgia brasileira • Energia na redução e o efeito estufa • O programa japonês de melhoria de eficiência energética em AF • O programa europeu de melhoria ambiental de produção de aço • Discussão das alternativas para melhor eficiência energética na redução • Fontes alternativas de energia e perspectivas de processos de produção de aços • Considerações finais ABM Sem Redução2007-Salvador

  3. ENERGIA NA REDUÇÃO Redução: A.F+R.D.+Coqueria + Sinteriz ~7,7% toda energia brasileira Energia baseada em C, predominantemente fóssil, resulta em grande geração de CO2 ABM Sem Redução2007-Salvador ABM Sem Redução2007-Salvador 18/09/2007

  4. Matriz energetica brasileira e a siderurgia ABM Sem Redução2007-Salvador

  5. Consumo Energético Brasileiro 2005: 182 687.000 tep/ano Industrial 40% Outros 19% Residencial 12% Transporte 29% ABM Sem Redução2007-Salvador

  6. Energia na indústria, 2005, Brasil73.496.000 tep/ano (40% do total) Cimento 3,8% Outros 9,9% Metalurgia 37,3%(15%) metalurgia Cerâmica 4,6% Química 9,8% Papel e celulose 10,5% Alimentos 24,4% ABM Sem Redução2007-Salvador

  7. Consumo na Metalurgia, 200527.407.000 tep/ano (15% do total) Não ferrosos 20% (3%) Mineração e pelotiz 11% (1,6%) Ferro-ligas 6%(0,9%) Siderurgia 64%(9,6%) ABM Sem Redução2007-Salvador Simbologia: % na metalurgia (% do total nacional)

  8. Estrutura Consumo Energia em Siderurgia REDUÇÃO : ~60% + (%?)COQUERIA (total ~80% ^7,7%) ABM Sem Redução2007-Salvador

  9. Fontes Energéticas na SiderurgiaBr, 2005, 17.458.000tep (9,6%) gn Alc, dies, oleo G coqueria eletrica Coque e carvão mineral C vegetal Carvão vegetal C .mineral ABM Sem Redução2007-Salvador

  10. Evolução das Fontes Energéticas na Siderurgia Brasileira (%) ABM Sem Redução2007-Salvador

  11. Evolução das Fontes Energéticas na Mineração/Pelotização Brasileira (%) ABM Sem Redução2007-Salvador

  12. Evolução das Fontes Energéticas na Siderurgia Brasileira (tep) ABM Sem Redução2007-Salvador

  13. Mineração e pelotização ABM Sem Redução2007-Salvador

  14. INSUMOS ENERGÉTICOS EM ALTO FORNOCoque, pci 0,5t/tgusaE. elétrica 110 (kWh/tgusa)Gás de topo (pré-aquecimento de ar) INSUMOS ENERGÉTICOS EM ACIARIA E LAMINAÇÃO Oxigênio 20 a 60 m3/tproduto E. Elétrica 400 (aciaria)+200 (laminação) kWh/t Combustível p/ 2 re-aquecimentos (média)1000000kcal/t ~100m3 GN ABM Sem Redução2007-Salvador ABM Sem Redução2007-Salvador 18/09/2007

  15. Energia na Metalurgia, siderurgia e redução dentro do contexto da matriz energética brasileira • Evolução do consumo das fontes energéticas na siderurgia brasileira • Energia na redução e o efeito estufa • O programa japonês de melhoria de eficiência energética em AF • O programa europeu de melhoria ambiental de produção de aço • Discussão das alternativas para melhor eficiência energética na redução • Fontes alternativas de energia e perspectivas de processos de produção de aços • Considerações finais ABM Sem Redução2007-Salvador

  16. Na redução:~80% da siderurgia (9,6%)~7,7% do consumo nacional(isto p/ apenas 30Mt aço e~9Mt gusa (independ) + Ferro EsponjaAF (coqueria e sinteriz)redução diretaredução-fusão ABM Sem Redução2007-Salvador

  17. Heat Income in BF ABM Sem Redução2007-Salvador Science and Technology of Innovative Ironmaking for aiming at Energy Half Consumption. Proc. ISIJ. Japan. Nov 2003.

  18. Energy consumption BF ABM Sem Redução2007-Salvador Science and Technology of Innovative Ironmaking for aiming at Energy Half Consumption. Proc. ISIJ. Japan. Nov 2003.1

  19. GRANDE CONSUMO!!! ABM Sem Redução2007-Salvador

  20. Redução e o efeito estufa Como a fonte é predominantemente C : Melhorar a eficência energética na redução Buscar alternativas, incluindo eliminação de etapas. ABM Sem Redução2007-Salvador ABM Sem Redução2007-Salvador 18/09/2007

  21. Energia na redução aspectos importantes 1) melhorar as eficiências energéticas dos processos atuais; 2) aproveitar melhor os calores sensível e de reação dos produtos, dos sub-produtos e dos gases; 3) adaptar e desenvolver processos mais eficientes energeticamente; 4) utilizar fontes energeticamente mais sustentáveis ambientalmente; e 5) desenvolver e adaptar processos que sejam mais condizentes com fontes energéticas de menor impacto ambiental. ABM Sem Redução2007-Salvador ABM Sem Redução2007-Salvador 18/09/2007

  22. Energia na Metalurgia, siderurgia e redução dentro do contexto da matriz energética brasileira • Evolução do consumo das fontes energéticas na siderurgia brasileira • Energia na redução e o efeito estufa • O programa japonês de melhoria de eficiência energética em AF • O programa europeu de melhoria ambiental de produção de aço • Discussão das alternativas para melhor eficiência energética na redução • Fontes alternativas de energia e perspectivas de processos de produção de aços • Considerações finais ABM Sem Redução2007-Salvador

  23. Melhorar a eficiência no AF (PROGRAMA Japonês) Science and Technology of Innovative Ironmaking for aiming at Energy Half Consumption. Proc. ISIJ. Japan. Nov 2003.pp 251) Diminuição de temperatura e da altura da zona de reserva Diminuição das temperaturas de fusão Diminuição da espessura da zona coesiva Aumento da velocidade de redução Aumento de hidrogênio como redutor Melhoria da permeabilidade Diminuição das perdas térmicas Aumento da utilização de gás (CO2/(CO+CO2) Diminuição “slag-rate” • alternativas ABM Sem Redução2007-Salvador 18/09/2007 ABM Sem Redução2007-Salvador

  24. Tendências: AF super-eficiente ABM Sem Redução2007-Salvador

  25. CCB: carbon composite briquette; CCP: carbon composite pelletResultados em simulador de AF, com Sínter, CCB e CCP ABM Sem Redução2007-Salvador

  26. Diagrama de equilíbrio de redução por CO e H2 ABM Sem Redução2007-Salvador

  27. Redução: Sínter, CCB e Pelota ABM Sem Redução2007-Salvador

  28. RAR: reducing agent ratio • sb=ccb 20sb-100:20%ccb with lowered melting temper;(-100oC) -HM50: hot metal with -50oC temp ABM Sem Redução2007-Salvador

  29. Tendências Os resultados obtidos estão centrados nos seguintes: Utilização de aglomerados auto-redutores: aumento da produtividade, aumento da velocidade de reação; diminuição da temperatura da zona de reserva térmica; diminuição da temperatura de fusão do produto reduzido pela carburação; diminuição do “coke rate”; diminuição da temperatura dos gases de saída. Adequação da composição da escória com teor mais elevado de “FeO” e diminuindo a temperatura de fusão da escória e aumento de fluidez. Injeção de hidrocarbonetos (plásticos) Recirculação de CO do gás de alto-forno Diminuição drástica de N2 c/ aumento de enriquecimento e de CO +H2 Diminuição de coque < 250 kg/t Diminuição de escoria < 200kg/t ABM Sem Redução2007-Salvador

  30. AF eficiente ABM Sem Redução2007-Salvador

  31. Energia na Metalurgia, siderurgia e redução dentro do contexto da matriz energética brasileira • Evolução do consumo das fontes energéticas na siderurgia brasileira • Energia na redução e o efeito estufa • O programa japonês de melhoria de eficiência energética em AF • O programa europeu de melhoria ambiental de produção de aço • Discussão das alternativas para melhor eficiência energética na redução • Fontes alternativas de energia e perspectivas de processos de produção de aços • Considerações finais ABM Sem Redução2007-Salvador

  32. Programa Europeu (Arcelor) ABM Sem Redução2007-Salvador

  33. ABM Sem Redução2007-Salvador

  34. ABM Sem Redução2007-Salvador

  35. Energia na Metalurgia, siderurgia e redução dentro do contexto da matriz energética brasileira • Evolução do consumo das fontes energéticas na siderurgia brasileira • Energia na redução e o efeito estufa • O programa japonês de melhoria de eficiência energética em AF • O programa europeu de melhoria ambiental de produção de aço • Discussão das alternativas para melhor eficiência energética na redução • Fontes alternativas de energia e perspectivas de processos de produção de aços • Considerações finais ABM Sem Redução2007-Salvador

  36. ANALISE DAS ALTERNATIVAS ENERGÉTICAS NA REDUÇÃO • (tentativa) ABM Sem Redução2007-Salvador

  37. AF eficiente e alternativasenergéticas na redução • Injeção de carvão (PCI) • Enriquecimento do ar c/ O2 • Injeção de plástico • Recicrulação de GAF • Carvão vegetal • Carvão mineral na redução direta • Gaseificação de carvão • Gás natural ABM Sem Redução2007-Salvador

  38. PCI – carvão mineral nacionalviabilidade?Atrelado ao c.vaporqualidade: S? cinza?Custo x disponibilidade CIF? ABM Sem Redução2007-Salvador

  39. Enriquecimento de O2 no sopro • Fatores a considerar: • Custo • Menor temperat de pré-aquecimento do ar • Menor N2 portanto melhor permeabilidade (K) • Maior injeção de hidrocarbonetos (plásticos) • GAF com maior poder calorífico • ....... ABM Sem Redução2007-Salvador

  40. Gás Natural e Plásticos • Fatores a considerar: • Maior redutibilidade • Menor geração de CO2 • Reações endotérmicas de gás dágua • GAF passível de conc por condensação de H2O • GAF de maior poder calorífico • ........ • ........... ABM Sem Redução2007-Salvador

  41. Comparação entre C e CH4: • Logo após a combustão nas ventaneiras tem-se: • C +O2 = CO2 CO2+C =2CO ou • Geral: 2C + O2 = 2CO Exot = -52 kcal/mol O2 • CH4 +2O2= CO2 + 2H2O CO2 + C = 2CO • 2H2O + 2C = 2CO + 2H2 ou • Geral 0,5CH4 + O2 +1,5 C = 2CO + H2 Exot = -17,4kcal/molO2 • GN: 67% MENOS EXOTÉRMICO que o C (compensar com enriq AR) • Gera 50% + de gás redutor, de H2 (cineticam/ + eficiente p/ redução • termodinamica/ - eficiente) • Ambiente : ~30% menor de CO2 ABM Sem Redução2007-Salvador

  42. A F a Carvão vegetal • Sequestro e fixação de CO2 (única alternativa ambientalmente sustentável) • Menor produtividade e menor tamanho • GAF mais rico • Menor temperatura de operação • Menor volume de escória • Manejo de floresta(energético, carvão, madeira) • Necessid.: ~0,11 ha/tgusa ou ~11Mha/100Mt gusa • Know-how tecnológico avançado no plantio e utilização no alto-forno, mas processos de carvoejamento precisam de significativa pesquisa e desenvolvimento ABM Sem Redução2007-Salvador

  43. Siderurgia a CV –Sem red ABM 2006Contribuição da V MForno a Carvão Vegetal em Relação ao Alto Forno a Coque Permite a operação com níveis térmicos 100 a 150 graus inferiores à operação com coque(escória ácida), resultando : Menor perda térmica por tonelada de gusa produzido no Alto Forno ; Menor desgaste do revestimento refratário (podendo-se usar um revestimento de menor custo). ABM Sem Redução2007-Salvador ABM Sem Redução2007-Salvador 18/09/2007

  44. 2. Permite operação com baixo volume de escória por tonelada de gusa (até 50% menor), resultando : Menor consumo de energia para fusão da escória ; Menor impacto ambiental com o resíduo escória ; Elimina a necessidade de dessulfuração do gusa, devidoausência de S no carvão vegetal, resultando em baixo nível de enxofre no gusa (menor que 0,012%); Geração de gás com maior poder calorífico (até 30% maior), com baixíssima contaminação de SO2. Siderurgia a CV –Sem red ABM 2006 Contribuição da V M ABM Sem Redução2007-Salvador ABM Sem Redução2007-Salvador 18/09/2007

  45. Area de plantio/t gusa Scherer tem esse números!! Cyro: hoje já é 40!! Pesquisas indicam que o máximo teórico é 10 t ABM Sem Redução2007-Salvador ABM Sem Redução2007-Salvador 18/09/2007

  46. CV: área e manejo Necessid.: ~0,11 ha/tgusa ou ~11Mha/100Mt gusa Manejo de floresta(energético, carvão, madeira) ABM Sem Redução2007-Salvador

  47. GN e Redução Direta Menor CO2 (muito mais favorável do que carvão mineral) Disponibilidade e custo Produto sólido com alto teor de ganga (menor valor-em-uso) ......... ........ ABM Sem Redução2007-Salvador ABM Sem Redução2007-Salvador 18/09/2007

  48. Redução Direta G N CH4 = consumo (GN novo) ~13kmol/tFe esp. ~13kmolC/t Fe esponja ^156 kgC/tFe portanto bem menor que os ~350kg C p/Redução no AF kg (considerando que ~150kg C/fusão Fe+escoria) = 283,371 Nm3 CH4/t Fe esp. ~11 milhões de BTU/t Fe esp DISPONIBILIDADE E PREÇO ABM Sem Redução2007-Salvador

  49. Redução Direta c/ carvão 33% da produção mundial de DRI Experiência da Piratini: ..... ..... Índia = maior produtor mundial de DRI (15 Mt), com várias usinas baseadas em fornos tipo SL/RN Gaseificação de carvão para geração de gás redutor ABM Sem Redução2007-Salvador ABM Sem Redução2007-Salvador 18/09/2007

  50. Gaseificação de carvão • Unidade da Saldanha Bay (Africa do Sul) • Permite utilizar carvão mais pobre • Carvão mais rico, ou injeção de O2, pode gerar parte como H2 a partir da reação de gás dágua ABM Sem Redução2007-Salvador

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