Cálculos de carvão

As equipes globais de químicos e especialistas da SGS usam uma variedade de cálculos e índices analíticos de carvão para chegar aos valores caloríficos, hidrogênio total, Índice de reatividade do coque (CRI) e Resistência do coque depois da reação (CSR) de sua amostra de carvão. Os resultados e cálculos dos nossos testes de terceiros oferecem, a você, dados confiáveis que cumprem com padrões internacionais.

Os seguintes são alguns cálculos e protocolos interessantes usados regularmente pelos especialistas em carvão e coque da SGS. Esses cálculos são fornecidos para fins meramente informativos, e a SGS não pode garantir que todos os dados e fórmulas correspondam aos padrões mais atualizados. Clientes que atuam no negócio de carvão devem se familiarizar com os padrões atuais usados nos contratos.

*** Cálculo de CV líquido - consulte ASTM D5865-12 / ISO 1928-2009
*** Conversão de umidade para diferentes bases – consulte ASTM D1380/ISO 1170

1. Fatores de conversão de bases:
   Ref: ASTM D3180 / ISO 1170 - conversão de diferentes bases de umidade
   
   
   1. Fator AD (converte AD em umidade nominal (NM)): (100-NM)/(100-ADM)
      NM = AD / ((100-NM)/(100-ADM))
      
      
   2. Fator seco (converte AD em Seco) (100-ADM)/100
      Seco = AD / ((100-ADM)/100)
      
      
   3. Fator AR(converte Seco em AR): (100-TM)/100
      AR = Seco x ((100-TM))/100)
      
      
   4. Fator DAF(converte Seco em DAF): (100-Cinza Seca)/100
      DAF = Seco / ((100-Cinza seca)/100)
      
      
Onde:
TM é a umidade total
ADM é umidade seca no ar (umidade na amostra de análise)
NM é a umidade nominal
AR é na base recebida
AD é na base como determinado (seco no ar)
DAF é na baseseca
DAF é na base livre de cinza seca


2. Fórmula de umidade total em duas etapas (consulte ASTM D3302 seção 10)
   A determinação da umidade total em duas etapas é usada quando a amostra de carvão tem massa muito pequena ou está demasiado molhada para ser dividida ou esmagada sem a possibilidade de perder quantidades significativas de umidade.
   TMar, % = [Rm,ad, % x (100 – Fm,ad, %) / 100] + Fm,ad %
   TM = umidade total; Fm = mistura livre; Rm = mistura residual
   
   
3. Fatores de conversão de valor calorífico Ref: ASTM 5865-12 X1.4. & ISO 1928-9 10.5
   J/g = kcals/kg dividido por 0,238846 OU multiplicado por 4,1868
   J/g = Btu/lb multiplicado por 2,326 OU dividido por 0,429923
   kcal/kg = J/g multiplicado por 0,238846 OU dividido por 4,1868
   kcal/kg = Btu/lb dividido por 1,8 ou multiplicado por 0,555556
   Btu/lb = J/g dividido por 2,326 OU multiplicado por 0,429923
   Btu/lb = kcals/kg multiplicado por 1,8 ou dividido por 0,555556
   
   
4. CO₂Fator de emissão (Diretiva 2003/87/EC) Diretiva 2007/589/EC
   CO₂Fator de emissão tCO₂/TJ =
   = Carbono na condição recebida x 3,667 x [10.000/NCV(p)] em kJ/kg
   = Carbono na condição recebida x 3,667 x [2388,46/NCV(p)] em kcal/kg
   
   Padrão de incerteza de CO₂Fator de emissão (tCO2/TJ)
   Os novos requisitos de comunicação de emissões de CO da Comissão Europeia (EC)₂exigem que o laboratório de análise comunique o "Padrão de incerteza do₂fator de emissão de CO" atribuído à análise laboratorial, expresso na forma de desvio padrão.
   
   São usados no cálculo da Incerteza os valores de reprodutibilidade ISO para C(db) 1,00% e GCV(db) 300J/g, convertidos para a base da condição de recebimento.
   
   
5. Proporção de combustível
   = Carbono fixo/matéria volátil
   
   Lastro
   = Cinza(ar) + Umidade Total
   
   
6. Hidrogênio no carvão: Consulte ASTM 3180 / ISO 1170
   Como os valores de hidrogênio podem ser comunicados com base na contenção ou não contenção de hidrogênio na água (umidade) associada à amostra, os procedimentos de conversão alternativos são definidos abaixo. 
   
   Use as seguintes conversões para reportar H, incluindo ou excluindo o H na umidade:
   
   Hidrogênio total como determinado (ad): inclui o H na umidade de análise
   
   
   1. Hidrogênio ( exclui o H na umidade)
      H(base seca) = [Hidrogênio total (ad)-(AMx0,1119)] x (100/(100-AM))
      
      
   2. Hidrogênio (incluindo o H na umidade)
      H(ar) = [Hidrogênio total(db) x ((100-TM)/100)]+(0,1119*TM)
      
      
   3. A ISO 1170 reporta H em base de seco no ar excluindo o H na umidade analisada.
      H(seco no ar) = Hidrogênio total(como determinado) - (Umidade de análise x 0,1119)
      
      Os fatores de Hidrogênio e Oxigênio baseados no peso atômico de H₂0
      Hidrogênio = umidade X 1119
      Oxigênio = Umidade X 0,8881
      
      
7. Cálculos de DMMF
   Cálculos de matéria mineral seca livre (referência ASTM D388)
   
   
8. Fórmula empírica para estimativa de Valor Calorífico Bruto usando Análise Extrema
   Ref. COAL: Typology, Physics, Chemistry, Constitution. D.W Krevelen. 3a. ed., 1993, página 528). Todos os resultados em Base Seca (DB) expressados como peso %.

   DULONG (1820) = (80,8 x C) + (344,6 x H) – (43,1 x O) + (25 x S)	BOIE (1953) = (84 x C) + (277,7 x H) – (26,5 x O) + (15,0 x N) + (25 x S)
   SEYLER (1938) = (123,9 x C) + (388,1 x H) + (25 x O2) - 4269	NEAVEL (1986) = (81,05 x C) + (316,4 x H) – (29,9 x O) + (23,9 x S) - (3,5x Cinza)
   MOTT & SPOONER (1940) OXIGÊNIO < 15% = (80,3 x C) + (339 x H) - (34,7 x O) + (22,5 x S)	GIVEN (1986) = (78,3 x C) + (339,1 x H) – (33,0 x O) + (22,1 x S) + 152
   MOTT & SPOONER (1940) OXIGÊNIO > 15% = (80,3 x C) + (339 x H) - (36,6 x O) + (0,17 x O2) + 22,5 x S OBSERVAÇÃO: essas fórmulas não são válidas para misturas de carvão. Consulte a observação acima para Fórmula Seylers.

   Extract from COAL - D.W. Krevelen. (página 529) "Todas as equações empíricas são modificações da equação Dulong original com 'algum fundamento teórico' e são, por adaptação aos dados CV empíricos do carvão, relações empíricas de fato. As correlações fornecidas por GIVEN (1986) e NEAVEL (1986) são as mais confiáveis."

9. Cálculos de valor calorífico líquido (NCV) e fatores de conversão
   Ref: Valor calorífico líquido (ASTM D5865-12)
   O calor produzido pela combustão de uma substância a uma pressão constante de 0,1 Mpa (1 Atm), com qualquer água formada permanecendo como vapor.
   
   ASTM D5865-12/D3180 a uma pressão constante
   Qv-p= 0,01 * RT * (Had / (2*2,016)) - Oad / 31,9988 - Nad / 28,0134)
   Qh = 0,01 * Hvap * (Had / 2,016)
   Qmad = 0,01 * Hvap * (Mad / 18,0154)
   Qmar = 0,01 *Hvap * (Mar / 18,0154)
   Qvar = Qvad *((100-Mar) / (100-Mad))
   Qpad(líquido) = Qvad(bruto) + Qv-p - Qh – Qmad
   Qpd(líquido) = (Qvad(bruto) + Qv-p - Qh) * (100/(100-Mad)
   Qpar(líquido) = ( Qvad(bruto) + Qv-p - Qh) * (100 - Mar) / (100 - Mad) – Qmar
   
   Onde:
   Qv-p = energia associada a esta mudança no volume da fase gasosa para a reação de combustão
   R = constante universal dos gases [8,3143 J/(mol *K)]
   T = temperatura de referência termoquímica padrão (298,15 K)
   Had = Had,m – 0,1119 * Mad (hidrogênio total – H na umidade)
   Oad = Oad,m – 0.8881 * Mad (Oxigênio total – O na umidade)
   Hvap = calor da vaporização da água a pressão constante (43985 J/mol)
   Qh = calor da vaporização do conteúdo de hidrogênio da amostra
   Qmad = calor da vaporização do conteúdo de água na amostra da análise
   Qmar = calor da vaporização do conteúdo total de umidade da amostra
   Pesos atômicos:  O₂= 31,998 / N₂= 28,0134 / H₂2,016 / H₂O = 18,0154
   
   ISO 1928-2009 a um volume constante
   Qv, net,m,J/g =( Q gr,v,d - 206,0 [ wHd ] ) x (1-0,01xM_T) - (23,05x M_T)
   Qv, net,m,kcal/kg = ( Q gr,v,d - 49,20 [ wHd ] ) x (1-0,01xM_T) - (5,51x M_T)

   ISO 1928-2009 a uma pressão constante
   Qp, net,m,J/g =
   { Q gr,v,d - 212,2 [ wHd ] - 0,8 x [wOd + wNd] } x (1- 0,01M_T) - 24,43 x M_T
   Qp, net,m,kcal/kg =
   { Q gr,v,d - 50,68 [ wHd ] - 0,191 x [wOd + wNd] } x (1- 0,01M_T) - 5,84 x M_T

   [ wHd ] = conteúdo de H da amostra menos Hidrogênio presente na umidade
   w(H)d = w(H) x 100/100-M_T
   M_T= umidade total

10. Fórmula de Seyler
    Vários parâmetros de carvão podem ser estimados a partir das determinações da Análise Final e Valor calorífico, usando a fórmula de Seyler e outros cálculos similares (por exemplo, fórmula de Dulong)
    
    ISO 1928 2009 Determinação do valor calorífico bruto
    A norma ISO é a única norma internacional que permite o cálculo da estimativa do conteúdo de hidrogênio com a fórmula de Seyler.
    
    O cálculo de Seyler só é válido para a maioria dos carvões betuminosos.
    Observação 1. NÃO é válido quando o Hdb estimado for menor que 3%
    Observação 2. NÃO é válido quando o conteúdo de Odaf for maior que 15%
    Observação 3. NÃO é válido para estimativa de H se as remessas de carvão são misturas de carvão de baixa classificação ou antracitos, ou coque de petróleo e carvões betuminosos
    Observação 4. NÃO é válido para carvão de baixa classificação, antracito, coque de petróleo ou coque
    
    ISO 1928 2009 Parte E.3.3
    wH = 0,07 x w(V) + 0,000165 x qv,gr,m - 0,0285 x [ 100 - M_T- w(A) ]
    w(H) - é o conteúdo de H da amostra menos o H contido na umidade, com massa %
    w(V) - é o conteúdo de VM da amostra com o M_Tde conteúdo da umidade, como massa %
    w(A) - é o conteúdo de cinzas da amostra com o M _Tde conteúdo da umidade, como massa %
    qv,gr,m - é o CV bruto da amostra com o M_Tde conteúdo da umidade, em joules/g

11. TAMANHO MÉDIO DO COQUE (referência ISO 728 Anexo A)
    = (B(a-c)+C(b-d)+…+J(h-k) +100j)/200

    Onde: a,b,c,d…h,j,k são os tamanhos integrais, em mm., de peneiras sucessivas; 'A,B,C,D…H,J,K são os tamanhos excessivos percentuais cumulativos de cada uma das peneiras.
    
    Nota: A peneira com o tamanho integral "a" é a menor peneira pela qual todo o coque passa (i.e. A = 0%). A peneira com tamanho integral "k" é a peneira hipotética pela qual nenhum coque passa (k=0mm, K=100%).

Índice de reatividade do coque (CRI) e Resistência do coque depois da reação (CSR)

Quando o coque descende em um alto-forno, é sujeito a uma reação com o CO contraconcorrente₂e abrasão. Esses processos simultâneos enfraquecem o coque e reagem quimicamente com ele para produzir uma suavidade excessiva que pode reduzir a permeabilidade da carga do alto-forno. A SGS conduz testes de CRI e CSR para oferecer resultados de alta precisão com um bom tempo de resposta. Os testes de CRI e CSR determinam quanta energia o seu carvão produzirá ao ser queimado na fornalha.

O teste de CRI/CSR mede o coque reativamente em dióxido de carbono a temperaturas elevadas e sua resistência depois da reação por tombo. No teste, 200g de coque no tamanho ⅞” x ¾” (19 x 22 mm) é colocado para reagir com gás CO₂ em um recipiente por 2 horas, a 1100°C. A perda de peso depois da reação é igual a CRI. O coque reagido é depois é colocado em um eixo de tombo em forma de I por 600 revoluções a 20 rpm, depois pesado. O percentual de peso do coque + ⅜” é igual ao CSR. A maioria dos alto-fornos exigirá um coque om CSR maior do que 60 e CRI menor do que 25. A SGS está comprometida com o fornecimento de análises de coque de alto-forno econômicas para a sua operação.

A SGS é líder mundial em análise e testes de carvão e coque. Os dados resultantes dos nossos processos analíticos asseguram ótimas taxas de recuperação e desempenho para seu carvão ou coque.

Links Relacionados

• Análises de carvão
• Queda-quebra
• Índice de Moabilidade Hardgrove (HGI)