Análise de sólidos FGD de calcário úmido por termogravimetria

Mar 18, 2023

A termogravimetria (TGA) é um método analítico que pode melhorar o desempenho do depurador e eliminar métodos de teste de química úmida demorados e muitas vezes imprecisos.

Por Brad Buecker, Buecker & Associates, LLC

Em um artigo recente para a Power Engineering [1], escrevi sobre as propriedades especiais do calcário, e especialmente da pedra de alta pureza, que o tornaram um reagente de dessulfurização de gases de combustão comum para várias usinas de energia movidas a carvão nas últimas cinco décadas. É claro que em muitas áreas do mundo a energia movida a carvão está sendo eliminada, o que torna a química da dessulfuração de gás de combustão (FGD) discutível para alguns leitores. No entanto, usinas a carvão ainda são comuns em alguns países. E, como fui lembrado pelo feedback do artigo anterior, existem muitas instalações de fundição de minério de metal em todo o mundo, onde a principal emissão é o dióxido de enxofre gasoso. A depuração de calcário úmido FGD (WFGD) está se tornando um processo comprovado para essas aplicações. [2]

A análise precisa dos sólidos do depurador é crítica para determinar a eficiência da reação e a utilização do calcário. Este artigo descreve uma tecnologia que um colega e eu ajudamos a criar no setor de energia no final da década de 1980 [3], mas que pode ser desconhecida para muitos funcionários da fábrica hoje. A técnica é a termogravimetria (TGA). O método analítico nos permitiu eliminar métodos de teste de química úmida demorados e muitas vezes imprecisos e melhorar o desempenho do depurador. Levei o conceito comigo para uma segunda usina de energia movida a carvão, onde a TGA provou novamente seu valor. [4]

A análise por termogravimetria tem um conceito simples. Um TGA funciona pesando amostras em uma balança analítica precisa à medida que são aquecidas. As principais características de alguns projetos são uma balança montada na parte superior, prato de amostra suportado verticalmente, um forno operado automaticamente que sobe para análise de amostra e abaixa quando a análise é concluída, um carregador automático de amostra e um computador pessoal para operação do instrumento e análise de dados. O compartimento do forno normalmente tem uma porta que permite que as amostras sejam analisadas em várias atmosferas por meio de gases engarrafados conectados ao compartimento por um coletor, sistema de tubulação e dispositivo automatizado de troca de amostra. O nitrogênio é comum para fornecer uma atmosfera inerte que elimina as reações de oxidação que podem ocorrer com o ar. Discussões adicionais sobre este tópico aparecem posteriormente neste documento.

Um TGA é um instrumento quantitativo e não qualitativo, portanto, o operador precisa ter uma boa ideia dos constituintes primários da amostra antes da análise. Se os compostos se decompõem em temperaturas distintas e separadas, torna-se fácil calcular a concentração dos materiais originais. Os subprodutos do lavador de calcário úmido se prestam bem a essa técnica. (O leitor pode consultar a Referência 1 para obter uma descrição mais detalhada da química do processo de depuração.) As equações a seguir ilustram as temperaturas de decomposição e a química dos sólidos FGD de calcário úmido.

CaSO4·2H2O–>CaSO4 + 2H2O↑ (160oC a 200oC) Eq. 1

(CaSO3·CaSO4) ·½H2O–>CaSO3·CaSO4 + ½H2O↑ (400oC a 430oC) Eq. 2

CaCO3–>CaO + CO2↑ (650oC a 800oC) Eq. 3

A Figura 2 ilustra uma análise TGA de uma amostra de sólidos de depuração pré-seca da Referência 4 contendo todos os três constituintes principais listados acima. Por enquanto, vamos ignorar a decomposição mostrada a 600oC. Isso será abordado em breve.

Os cálculos para determinar as concentrações constituintes são diretos. O peso molecular do gesso é 172 e o da água expelida é 36, então o teor inicial de gesso é determinado multiplicando a perda de peso (5,772 por cento) por um fator de 172 ÷ 36 (4,78). Para sulfito de cálcio-sulfato hemi-hidratado, o fator é 131,9 ÷ 9 (14,6), onde a proporção molar de sulfito de cálcio para sulfato de cálcio é assumida como 85:15. Para a decomposição do carbonato de cálcio, o fator é 100,1 ÷ 44 (2,27). Assim, para a análise mostrada na Figura 2, o teor de gesso é de 27,6 por cento, o teor de hemihidrato de sulfito-sulfato de cálcio é de 12,0 por cento e o teor de carbonato de cálcio é de 22,3 por cento.