Título

Avaliação Numérica da Injeção de Biogás enriquecido com hidrogênio E oxigênio como Estratégia Parcial de Descarbonização para a Produção de ferro-gusa em altos-fornos de Grande Porte

Numerical Evaluation of Biogas Injection enriched by hydrogen and oxygen as a Partial Decarbonization Strategy for large-scale Blast Furnace Ironmaking

Autoria

MEDEIROS, GIULIO ANTUNES DE; CASTRO, JOSÉ ADILSON DE

MEDEIROS, GIULIO ANTUNES DE

Eu sou esse autor

CASTRO, JOSÉ ADILSON DE

Eu sou esse autor

DOI

10.5151/2594-357X-44229

Downloads

Resumo

O presente trabalho avaliou numericamente os efeitos da injeção de biogás enriquecido com hidrogênio e associado ao suprimento adicional de oxigênio na operação de um alto-forno de grande porte operando com elevadas taxas de injeção de carvão pulverizado. Foi empregado um modelo matemático tridimensional multifásico e multicomponente capaz de representar simultaneamente os fenômenos de transporte, interações entre fases e reações termoquímicas no interior do reator. Foram analisados dois cenários operacionais com diferentes taxas de injeção de biogás e hidrogênio, associados à redução gradual do coque rate. Os resultados indicaram aumento da participação das rotas de redução indireta por hidrogênio, redução progressiva do consumo de coque e diminuição das emissões fósseis equivalentes de CO₂. As análises fluidodinâmicas e térmicas demonstraram manutenção da estabilidade operacional do alto-forno, preservando a distribuição térmica interna, a estabilidade da zona coesiva e o escoamento das fases líquidas mesmo sob maiores taxas de injeção auxiliar. Dessa forma, a prática proposta mostrou potencial para aumentar a eficiência global de utilização do carbono e reduzir parcialmente a intensidade de emissões na rota convencional de produção de gusa.

This work numerically evaluated the effects of biogas injection enriched with hydrogen and associated with additional oxygen supply on the operation of a large-scale blast furnace operating with high pulverized coal injection rates. A three-dimensional multiphase and multicomponent mathematical model was employed to simultaneously represent transport phenomena, phase interactions, and thermochemical reactions inside the reactor. Two operational scenarios with different biogas and hydrogen injection rates associated with gradual coke rate reduction were analyzed. The results indicated an increased participation of hydrogen-based indirect reduction routes, progressive reduction in coke consumption, and lower equivalent fossil CO₂ emissions. The fluidodynamic and thermal analyses demonstrated preservation of blast furnace operational stability, maintaining internal thermal distribution, cohesive zone stability, and liquid phase flow even under higher auxiliary injection rates. Therefore, the proposed practice showed potential to improve the overall carbon utilization efficiency and partially reduce emission intensity in the conventional hot metal production route.

Palavras-chave

Alto-forno, Biogás, Hidrogênio, Descarbonização

Blast furnace, Biogas, Hydrogen, Decarbonization