GASES INDUSTRIAIS. Universidade do Estado de Santa Catarina Acadêmica: Mayara Boettcher Prof : Sivaldo Leite Correia Disciplina: Química Aplicada

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1 GASES INDUSTRIAIS Universidade do Estado de Santa Catarina Acadêmica: Mayara Boettcher Prof : Sivaldo Leite Correia Disciplina: Química Aplicada Joinville, Abril 2014.

2 2 INTRODUÇÃO Grupo de gases comercialmente fabricados e vendidos. Contribuição dos gases nas industrias e economia brasileira. Alguns gases são matérias-primas intermediárias para a fabricação de outros compostos. Propriedades químicas e físicas dos gases: N 2, O 2, H 2 e CO 2.

3 3 ECONOMIA Fonte: CANGEMI, Com faturamento de R$ 94 milhões em 2010, a IBG detém escassos 1,7% das vendas do setor, que inclui oxigênio, nitrogênio, acetileno e outros gases, um mercado estimado em US$ 3,3 bilhões, segundo a Associação Brasileira da Indústria Química (Abiquim).

4 4 Aplicações: Refrigeração de sorvetes, carnes e outros alimentos. Industria de bebidas. Resfriamento de rebites de alumínio e de partes de máquinas encaixadas a frio. Material de excitação de incêndios. Fabricação do ácido salicílico e como matéria prima da barrilha. DIOXIDO DE CARBONO Propriedade CO 2 sólido Gelo Densidade relativa 1,56 0,90 Ponto de sublimação ou de fusão -78,5 C 0 C Temperatura crítica 31,0 C 365 C Pressão crítica 72,8 atm 194,6 atm a 0 C Calor latente de fusão 48,6kcal/kg 85,3 kcal/kg Calor latente de vaporização 94,0kcal/kg 636,5 kcal/kg a - 16,7 C Peso do gás 1,87kg/m 3 0,00487 kg/m 3 Peso do sólido 1.442kg/m kg/m 3 Calor latente de sublimação 138kcal/kg... Rebites de alumínio. Efeito refrigerante 153 kcal/kg 80 kcal/kg

5 5 DIOXIDO DE CARBONO Obtenção: Gases de combustão de materiais carbonáceos (oléo combustível, gás combustível, coque), contendo de 10 a 18% de CO 2 ; Co-produto das indústrias de fermentação, resultante da degradação da dextrose em álcool e dióxido de carbono; O gás contém cerca de 99% de CO 2. Co-produto das operações do fornos de cal, onde se calcinam os carbonatos a óxido; as análises do gás dão de 10 a 40% de CO 2. Reação reversível usada para aumentar a concentração obtida de CO 2 Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O 2NaHCO 3 A Reação é deslocada para a direita pelo aumento da pressão parcial do CO 2 e pela redução da temperatura.

6 DIOXIDO DE CARBONO 6

7 7 DIOXIDO DE CARBONO Fonte: CANGEMI, 2012.

8 8 DIOXIDO DE CARBONO Fonte: CANGEMI, 2012.

9 9 HIDROGÊNIO Aplicações: Matéria-prima gasosa importante nas indústrias químicas e de petróleo. Usado para fabricar amoníaco. Hidrogenação de óleos comestíveis Tratamento de metais e na partida de operação de craqueadores catalíticos.

10 10 HIDROGÊNIO Dados de 2007 do Ministério de Minas e Energia, apontam que a quantidade de hidrogênio de uso industrial petróleo, alimentícia, de fertilizantes e de aço. Em 2002, foram produzidas 425mil toneladas de hidrogênio no Brasil. Em 2004, apenas a Petrobrás ultrapassou 180 mil toneladas/ano de hidrogênio produzido nas refinarias de petróleo. Essa quantidade, se convertida integralmente em eletricidade por meio de células a combustível de 40% de eficiência, geraria mais de 2,4 TWh.

11 11 HIDROGÊNIO FABRICAÇÃO MATERIAIS CARBONÁCEOS- HIDROCARBON ETOS E/ OU ÁGUA. APLICAÇÃO DE ENERGIA H 2 Exemplos: eletrólise da água, reforma de hidrocarbonetos pelo vapor Dissociação térmica do gás natural. OXIDAÇÃO parcial dos hidrocarbonetos e por métodos como: processo do vapor sobre ferro, processos do gás de água ou gás de gerador, ou a separação a partir do gás de refinaria.

12 HIDROGÊNIO MÉTODO ELETROLÍTICO Consiste na passagem de corrente elétrica continua através de uma solução aquosa alcalina. 2H 2 O (l) 2H 2(g) + O 2(g) ΔH = +136 kcal. 12

13 13 HIDROGÊNIO PROCESSO DE REFORMA DE HIDROCARBONETOS A VAPOR Consiste na reação catalítica provocada numa mistura reacional de vapor de água e hidrocarbonetos. Reação de reforma Deslocamento do gás de água. Na prática utiliza-se hidrocarbonetos leves. Como o propano e butano provenientes do gás natural. Condições da temperatura: de 760 a 982 C. Produto: 75% de H 2, 8% de CO e 15% de CO 2.

14 14 HIDROGÊNIO PROCESSOS DE OXIDAÇÃO PARCIAL Processos que vêm logo depois dos processos a vapor e hidrocarbonetos. Matérias-primas: gás natural, gás de refinaria. Processo desenvolvido pela Texaco com variações da Shell e pela Montecatini. Combustão parcial não catalisada do hidrogênio, admitido junto com o oxigênio, e em presença de vapor de água, numa câmara de combustão com temperaturas de chama entre 1300 a 1500 C.

15 15 HIDROGÊNIO Gaseificação: O processo térmico utilizado para converter o carvão em uma mistura gasosa de hidrogênio, monóxido de carbono, dióxido de carbono e outros componentes, pela aplicação de calor sob pressão e na presença de vapor. Literatura referente 2003 apontam que 77% da produção mundial de hidrogênio origina-se a partir de petroquímicos, 18% do carvão, 4% da eletrólise da água e 1% de outras fontes.

16 HIDROGÊNIO 16

17 17 OXIGÊNIO E NITROGÊNIO Fonte: White Martins, 1996 apud CANGEMI, 2012.

18 18 OXIGÊNIO Símbolo Químico O 2 Massa Molar Ponto de Ebulição (a 1 atm) Ponto de Fusão (a 1 atm) Temperatura Crítica Pressão Crítica DENSIDADE DO LÍQUIDO (a P.E. e 1 atm): 32g/mol -183 C -218,8 C -118,4 C 50,1 atm 1141 kg/m3 DENSIDADE DO GÁS (a 20ºC e 1 atm): 1,33 kg/m3 SOLUBILIDADE EM ÁGUA (a 25ºC e 1 atm) 3,16% em volume COEFICIENTE DE EXPANSÃO (Líquido para gás a P.E. e 20ºC): 1 para 857 VOLUME ESPECÍFICO (a 20ºC e 1 atm): 0,75 m3/kg FONTE: OXIGÊNIO BRASIL, 2014.

19 19 OXIGÊNIO Aplicações do Oxigênio: Industria de aço, para a produção em fornos Siemens-Martin ou básicos. Remoção de incrustações em lingotes mediante chama de oxi-acetileno. Produção de óxido de acetileno e de etileno, na produção de amônia e de metanol. Ativação de processos de combustão em processos metalúrgicos de não-ferrosos Fluido respiratório em aviadores. Colocação e conversão de rejeitos.

20 20 OXIGÊNIO PRODUÇÃO Principal: liquefação e retificação do ar. Dissociação eletrolítica da água.

21 21 NITROGÊNIO SÍMBOLO QUÍMICO: N2 Nº ATÔMICO: 7 PESO MOLECULAR: 28 g/mol PONTO DE EBULIÇÃO (a 1 atm): PONTO DE FUSÃO (a 1 atm): TEMPERATURA CRÍTICA: PRESSÃO CRÍTICA: -195,8ºC -210,0ºC -146,9ºC 33,0 atm FONTE: OXIGÊNIO BRASIL, Características físicas: Características químicas: Incolor, inodoro, extremamente frio em fase líquida, nas Condições Normais de Temperatura e Pressão (CNTP) apresenta-se na fase gasosa. Inerte, não inflamável, não tóxico, não corrosivo. FONTE: OXIGÊNIO BRASIL, 2014.

22 22 Nitrogênio Aplicações Principais: Como colchão gasoso protetor. Obtenção de temperaturas muito baixas de até -174 C. Indústria química: na exclusão de oxigênio ou de umidade, como proteção de processos de polimerização, ou em aplicações como diluente. Industria de aço: proteção e no recozimento branco. Agente refrigerante. Alguns compostos são utilizados na fabricação de fertilizantes e explosivos.

23 23 Destilação Fracionada do Ar: Produção de O 2 e N 2 Converte-se o ar seco em ar líquido pelo resfriamento a -200 C; O ar liquefeito é então transferido para a coluna de fracionamento; Na coluna existem compartimentos com diferentes temperaturas onde cada componente é fracionado de acordo com seu P. E (ponto de ebulição). Os produtos resultantes do processo são: Oxigênio líquido (O 2 ) P.E. = -183 C Gás Argônio (Ar) P.E. = -186 C Gás nitrogênio (N 2 ) P.E. = -196 C

24 Produção de N 2 24

25 25 CRIOGENIA Aplicações: na propulsão de foguetes, no processamento eletrônico de dados na fotóptica a infra-vermelho; no campo dos materiais magnéticos e no bombardeamento a alto-vácuo; obtenção de nitrogênio;

26 26 CRIOGENIA Fundamentos 1. Compressão do vapor, com a liquefação do líquido, em temperatura inferior à temperatura crítica do gás em questão. 2.Troca de calor em permutadores de calor-refrigeração. 3.Expansão adiabática do ar comprimido para conseguir o resfriamento pelo efeito Joule-Thomson. 4. Resfriamento dos gases comprimidos graças ao trabalho efetuado em condições adiabáticas (processo Claude). 5. Resfriamento de líquidos por evaporação. 6. Separação entre o oxigênio líquido e o nitrogênio líquido, mais volátil, numa coluna retificadora. Diferença de 12,8 C no ponto de ebulição.

27 27 CONCLUSÃO Importância dos gases industrias. Ampla aplicações. Ramo de novas pesquisas.

28 28 Referências Bibliográficas CAMGEMI, J. M. Química Inorgânica Industrial Disponível: < unifeb> FUKUROZAKI, S. H. Avaliação do ciclo de vida de potenciais rotas de produção de hidrogênio. Disponível em: <file:///c:/users/pc%20casa/downloads/2011fukurozakiavaliacao.pdf> MUNDO DA EDUCAÇÃO.Destilação fracionada do ar. Disponível em:< OXIGÊNIO BRASIL: Propriedades dos gases industriais. Disponível em: < SHERVE, R. N. Indústrias de Processos Químicos. 4 ed. Rio de Janeiro: Guanabara, 1997.