Gases Industriais: Tipos, Produção e Aplicações

PROCESSOS INDUSTRIAIS INORGÂNICOS ENG 23220 MÁRCIA DÓREA GASES INDUSTRIAIS Gases Industriais Os gases industriais desempenham funções essenciais em diversos tipos de indústrias Eles podem ser orgânicos e inorgânicos são produzidos através de processos de separação do ar ou sintetizados quimicamente e se apresentam na forma líquida criogênica muitas vezes comprimida ou sólida Os gases industriais são fabricados para uso em diversos segmentos da indústria incluindo petróleo e gás petroquímica química energia mineração siderurgia metais proteção ambiental farmacêutica biotecnologia alimentos água fertilizantes energia nuclear eletrônica e aeroespacial Os principais gases fornecidos pelas companhias de gases são oxigênio dióxido de carbono argônio hidrogênio nitrogênio hélio e acetileno além de outros gases e misturas Estes podem ser oferecidos em cilindros para projetos ou serviços de rápida execução que exigem equipamentos mais leves e de fácil manuseio até cilindros com maior capacidade que por serem fabricados com tecnologia e matériaprima de primeira linha oferecem a melhor relação custo x benefício do mercado 3 Dióxido de carbono O dióxido de carbono CO2 é um gás liquefeito incolor inodoro não inflamável e levemente ácido O CO2 é mais pesado que o ar e é solúvel em água O CO2 é produzido industrialmente usando fontes ricas em CO2 a partir de processos da indústria petroquímica ou via queima de gás natural em processos de cogeração 4 Utilidades de CO2 O dióxido de carbono também é amplamente utilizado em uma grande variedade de indústrias tais como Alimentos bebidas carbonatadas Gaseificação de bebidas Embalagens congelamento e resfriamento Rebarbação e moagem Neutralização Fabricação de metais soldagem Medicinal misturas metabólicas Plástico expandido extração supercrítica 5 Fabricação do CO2 1 Gases de combustão de materiais carbonáceos óleo combustível gás combustível coque 10 a 18 de CO2 2 Coproduto das indústrias de fermentação Degradação da dextrose em álcool e dióxido de carbono 99 de CO2 3 Coproduto das operações dos fornos de cal Calcinação do carbonato de cálcio 10 a 40 de CO2 Absorção e concentração de CO2 etapas 1 e 3 99 de CO2 6 Fluxograma de obtenção de CO2 a partir de óleo combustível ou gás natural 7 Etapas da Obtenção de CO2 líquido 1 Queima do óleo combustível ou do gás natural ou coque para gerar vapor a 200psig 14 atm obtendo gás de 10 a 15 de CO2 a 650F 343C 2 O gás é resfriado purificado e lavado depois de dois lavadores de água 3 CO2 removido pela absorção seletiva em contracorrente em solução de etanolamina 4 CO2 e vapor saem pelo topo do reativador passam por um refrigerador de CO2 para condensar o vapor que retorna à torre como refluxo 5 CO2 é purificado 30psig 2 atm num lavador a permanganato de potássio ficando isento de H2S e de amina 6 CO2 é comprimido resfriado e liquefeito 8 Etapas da Obtenção de CO2 sólido CO2 líquido é sujeito a descompressão até a pressão atmosférica com solidificação parcial da massa O gás evaporado retorna para préarrefecedor CO2 recirculado recomprimido e rearrefecido A neve de CO2 é comprimida numa torta 9 Recuperação de CO2 de fermentação 10 Etapas de CO2 da fermentação Purificação consiste na oxidação de impurezas orgânicas e na desidratação mediante reagentes na forma líquida Gás dos fermentadores passa por três torres lavadoras recheadas com espirais de cerâmica e chega ao gasômetro Primeiro depurador solução alcoólica diluída purificador preliminar e remove a maior parte do álcool carreado pelo gás Dois depuradores líquido é a água desaerada remove quase todas a impurezas solúveis em água O líquido de lavagem bombeado ou para destiladores ou para fermentadores para recuperação de álcool O gasômetro gás é conduzido para depurador contendo K2Cr2O7 em solução oxidação dos aldeídos e álcoois no gás resfriado 11 Etapas de CO2 da fermentação cont 2º depurador com ácido sulfúrico oxidação completa e gás desidratado CO2 sai do depurador com ácido arrastado eliminado na torre recheada com coque com solução de Na2CO3 Quando ácido neutralizado liberação de CO2 Antes de chegar ao compressor gás passa por lavador com glicerina absorver os produtos oxidados e fornecer um gás inodoro ao compressor Ácido sulfúrico depois de usado para desodorização e a secagem bombeado para destilaria controle de pH 12 Hidrogênio O hidrogênio é um gás valorizado por suas propriedades reativas e protetoras Muitas indústrias tais como a de eletrônicos alimentos vidro produtos químicos refino de petróleo e outras podem se beneficiar com suas propriedades únicas com o propósito de melhorar a qualidade de seus produtos otimizar o desempenho e reduzir custos em seus processos O hidrogênio muito puro é o hidrogênio comercial bombonas ou tanques Fabricação de hidrogênio Eletrólise de água alcalinizada Reforma de hidrocarbonetos a vapor Oxidação parcial de HC 13 Utilidades de H2 Refinaria Embora o hidrogênio seja usado na produção de diversos produtos industriais e de consumo a aplicação de maior volume é a de hidrogênio para refinaria Refinarias de petróleo utilizam hidrogênio para fazer combustíveis com menos teor de enxofre e de queima mais limpa e menos poluentes Em geral o barril de petróleo bruto processado tem se tornado mais pesado maior proporção de carbonoparahidrogênio e mais ácido mais enxofre Por meio de reação química o hidrogênio torna mais leve o petróleo bruto pesado e permite a remoção do enxofre Isso permite que as refinarias de petróleo produzam misturas de produtos de maior valor como a gasolina e atendam as especificações cada vez mais rigorosas sobre combustíveis com baixo teor de enxofre 14 Utilidades de H2 Energia a partir do hidrogênio O uso do hidrogênio como fonte comercial de energia pode estar em seus primeiros passos no entanto grandes avanços estão sendo feitos todos os dias Desafios para a economia do hidrogênio incluem a integração de sistemas a criação de uma infraestrutura de abastecimento e o ganho da aceitação do consumidor Aplicações de combustão interna e de células de combustível e em projetos de demonstração em parceria com a indústria e o governo Iniciativas para tornar o hidrogênio direto economicamente viável pex a reforma e geração tecnologias de armazenamento componentes de abastecimento e infraestrutura de hidrogênio Membro ativo e conhecedor de comitês de desenvolvimento de códigos e normas que são fundamentais para o avanço da economia do hidrogênio 15 Benefícios do hidrogênio hoje Reduz o enxofre em combustíveis e o dióxido de enxofre correspondente que causa a chuva ácida Permite que os catalisadores removam outros poluentes dos combustíveis de transporte como o óxido nitroso NOx partículas e compostos orgânicos voláteis COV que causam problemas respiratórios Ajuda a conservar recursos naturais preciosos permitindo que os refinadores aumentem a quantidade de combustível que pode ser produzida a partir de cada barril de petróleo bruto Permite que as refinarias usem todas as qualidades do petróleo bruto independentemente de quão pesado ou ácido ele seja 16 Benefícios do hidrogênio amanhã O combustível com a queima mais limpa e mais eficiente Pode ser usado para produzir eletricidade em uma célula de combustível para a opção mais limpa ou em um motor de combustão interna onde as emissões ainda são significativamente menores em relação aos demais combustíveis Pode produzir eletricidade e a eletricidade pode produzir hidrogênio criando um ciclo de energia que é renovável e inofensiva para o meio ambiente 17 Oxigênio O oxigênio é essencial para as atividades de inúmeras indústrias siderúrgica química petroquímica entre outras O oxigênio industrial pode ser feito através de um processo chamado de destilação que consiste em retirar do ar da atmosfera e submeter esta massa a uma filtração compressão e também o resfriamento Na metalurgia o oxigênio é amplamente utilizado em processos de fundição corte e solda O oxigênio aumenta a eficiência de diferentes processos porque reduz a quantidade de combustível necessária além de reduzir as emissões de dióxido de carbono Na medicina o oxigênio é utilizado no tratamento de insuficiência respiratória na intoxicação por monóxido de carbono e em procedimentos de receptação 18 Nos laboratórios o oxigênio 9999 e é empregado como agente de branqueamento como combustível para detecção de chama como agente combustível para análise elementar como agente oxidante e para oxidação de silício na fabricação de semicondutores Quando as atividades analíticas e de laboratório forem complexas e exigirem oxigênio de alta pureza com 999999 de pureza é a solução ideal Ambos os graus de oxigênio são fornecidos em cilindros de gás comprimido equipados com válvulas industriais 19 Oxigênio Este é fornecido oxigênio como componente de diferentes misturas gasosas Misturas de oxigênio em nitrogênio por exemplo são utilizadas para calibração na indústria automobilística nos testes de emissões em motores As misturas gasosas contendo oxigênio também são utilizadas em aplicações relacionadas ao meio ambiente à higiene industrial e segurança como também em laboratórios 20 Oxigênio Indústrias APLICAÇÕES DO OXIGÊNIO LÍQUIDO E GASOSO POR INDÚSTRIA Indústria Automotiva e de Transporte O oxigênio é usado como um gás de corte de plasma como um gás auxiliar para corte a laser e às vezes é adicionado em pequenas quantidades a gases de proteção Químicos Na sua forma mais pura o oxigênio é usado em muitos químicos importantes como óxido de etileno e dióxido de titânio Também é usado para aumentar a capacidade de produção de processos de oxidação Energia O uso do oxigênio no lugar do ar atmosférico potencializa a chama de diversos processos industriais o que aumenta a eficiência energética e melhora a performance operacional além de reduzir a emissão de gases causadores do efeito estufa 21 Indústrias Saúde A White Martins é há muito tempo referência no fornecimento de oxigênio medicinal e de equipamentos para armazenagem de oxigênio frequentemente usados no tratamento e na prevenção da hipoxemia e da hipoxia em clínicas e hospitais Siderurgia Metalurgia O oxigênio é usado para substituir o ar enriquecido com o objetivo de aumentar a eficiência de combustão na produção de metais ferrosos e não ferrosos Farmacêutica e Biotecnologia Crítico para aplicações de crescimento celular o oxigênio é usado em fermentadores e biorreatores 22 Indústrias Papel e Celulose Como um gás industrial o oxigênio ajuda a atender às normas ambientais rigorosas por meio do uso em deslignificação extração oxidativa e tratamento de águas residuais Refino O oxigênio é amplamente usado em refinarias para aumentar a capacidade de plantas de Craqueamento Catalítico de Fluidos FCC e Unidades de Recuperação de Enxofre SRU além de melhorar as operações de tratamento de efluentes 23 Indústrias Tratamento de Água e Efluentes O oxigênio pode complementar ou mesmo substituir o ar na base de aeração para maximizar a capacidade de tratamento minimizar as emissões de VOCs reduzir o odor e a espuma e aumentar a flexibilidade Também é usado como um gás de alimentação para gerar ozônio para desinfecção da água Metal Mecânica O oxigênio é usado como um gás para corte de plasma e como um gás auxiliar para corte a laser e em alguns casos é adicionado em pequenas quantidades a gases de proteção 24 Ofertas de Oxigênio Packaged Gases envasados em cilindros Atendem os clientes de menor porte de diversos segmentos como pequenas oficinas mecânicas e laboratórios de análises clínicas Uma empresa possui 650 mil cilindros e realiza cerca de 8 milhões de enchimentos por ano Líquidos Gases que passaram pelo processo de liquefação e entraram em estado líquido São destinados aos clientes de médio porte O atendimento a esse público demanda uma estrutura de logística multimodal já que o fornecimento é feito por meio de reservatórios criogênicos móveis até os tanques dos clientes A média de entregas mensais desta modalidade é da ordem de 20 mil 25 Ofertas de Oxigênio Gasodutos Os sistemas de abastecimento por meio de gasodutos oferecem flexibilidade e economia para clientes que consomem diariamente volumes muito grandes de gás Os dutos são projetados para levar o produto até as instalações do cliente Produção On Site Para os clientes de consumo contínuo são montadas plantas de separação de ar criogênicas dentro das instalações do próprio cliente Este modelo de abastecimento permite o fornecimento ininterrupto de gás com segurança e comodidade 26 Nitrogênio Pode ser fornecido nitrogênio em estados líquido e gasoso para inúmeros processos industriais Por exemplo refinarias e usinas petroquímicas necessitam de grandes volumes de nitrogênio gasoso nos seus processos de blanketing para purga de oxigênio e umidade Por sua vez as indústrias de alimentos e bebidas necessitam de nitrogênio líquido e gasoso para processamento e acondicionamento de alimentos como também para manter a temperatura adequada durante o período de armazenamento e transporte 27 A empresa Air Liquide é líder mundial no fornecimento de gás nitrogênio nas formas líquida e comprimida e de nitrogênio líquido em diferentes graus de pureza e concentrações Em muitas indústrias o nitrogênio é utilizado em menores quantidades para limpeza de instrumentos analíticos Gases especiais de alta pureza são fornecidos a pronta entrega os quais atendem diversas exigências regulatórias 28 Nitrogênio Indústrias APLICAÇÕES DO GÁS NITROGÊNIO E DO NITROGÊNIO LÍQUIDO POR INDÚSTRIA Indústria Automotiva e de Transporte Linhas de montagem nível 1s e nível 2s usam nitrogênio em combinação com outros gases de soldagem para soldar autopeças chassis silenciadores e outros componentes devido à sua capacidade de oferecer a atmosfera necessária para produzir soldas adequadas com qualquer material É também um importante componente de segurança em airbags Químicos Usado como um gás de pressurização o nitrogênio pode ajudar a impulsionar líquidos através de gasodutos Também é usado para abrigar materiais sensíveis a hidrogênio do ar e para remover químicos orgânicos voláteis de correntes de processo 29 Energia Por ser inerte o nitrogênio é usado como um agente de cobertura para separar produtos sensíveis e processos do ar Também é usado como um agente de purga em tubos e equipamentos para evitar a contaminação Alimentos e Bebidas O nitrogênio é um agente criogênico essencial em resfriamento refrigeração e congelamento de alimentos Devido às suas temperaturas extremamente baixas o congelamento por imersão em nitrogênio líquido é o método de congelamento mais eficaz para produzir alimentos de Congelamento Individual Rápido IQF O nitrogênio também desempenha um papel fundamental na redução da deterioração descoloração e perda de sabor garantindo resistência à embalagem de varejo 30 Indústrias Saúde O nitrogênio NF é usado como um criógeno para congelar e preservar sangue tecidos e outros materiais biológicos e para congelar e destruir tecidos doentes por meio de criocirurgia É usado ainda para impulsionar equipamentos médicos Siderurgia Metalurgia Gás de transporte e purga na produção de aço o nitrogênio é usado para evitar a oxidação e é um componente essencial no processo de tratamento térmico Petróleo e Gás A indústria de petróleo e gás natural utiliza nitrogênio para aumentar significativamente a produção de petróleo e gás e melhorar a eficiência operacional 31 Indústrias Farmacêutica e Biotecnologia O nitrogênio é frequentemente usado para purga transferência de pressão mistura e cobertura protegendo um processo da intrusão contra a penetração de umidade oxidação degradação e contaminação O nitrogênio líquido é usado para controlar a temperatura em aplicações de resfriamento de reatores e para preservar amostras biológicas Refino Gás usado para revestir tanques de armazenamento e tubos de purga o nitrogênio também pode remover Componentes Orgânicos Voláteis VOCs de correntes de processos químicos e efluentes além de reduzir as emissões de VOCs Metal Mecânica Na soldagem de tubos de aço inoxidável o nitrogênio é usado como um gás de purga É também usado como um gás auxiliar para corte a laser e potencializa o corte de plasma 32 Indústrias Ofertas de Nitrogênio Packaged Gases envasados em cilindros Atendem os clientes de menor porte de diversos segmentos como pequenas oficinas mecânicas e laboratórios de análises clínicas Uma empresa possui 650 mil cilindros e realiza cerca de 8 milhões de enchimentos por ano Líquidos Gases que passaram pelo processo de liquefação e entraram em estado líquido São destinados aos clientes de médio porte O atendimento a esse público demanda uma estrutura de logística multimodal já que o fornecimento é feito por meio de reservatórios criogênicos móveis até os tanques dos clientes A média de entregas mensais desta modalidade é da ordem de 20 mil 33 Produção On Site Para os clientes de consumo contínuo são montadas plantas de separação de ar criogênicas dentro das instalações do próprio cliente Este modelo de abastecimento permite o fornecimento ininterrupto de gás com segurança e comodidade Serviço de Bombeamento de Nitrogênio Móvel A frota de caminhões de bombeamento de nitrogênio móvel que oferece um suprimento contínuo e dedicado de nitrogênio 999 puro ou mais em uma ampla gama de temperaturas pressões e taxas de fluxo Gasodutos Os sistemas de abastecimento por meio de gasodutos oferecem flexibilidade e economia para clientes que consomem diariamente volumes muito grandes de gás Os dutos são projetados para levar o produto até as instalações do cliente 34 Ofertas de Nitrogênio UNIVERSIDADE UNIGRANRIO Afya EDUCAÇÃO TECNOLOGIA SAÚDE