Baixe Processo Industrial de Obtenção de Dióxido de Carbono e outras Trabalhos em PDF para Química Inorgânica, somente na Docsity!
PROCESSO INDUSTRIAL DE OBTENÇÃO DE DIÓXIDO DE CARBONO
1. CARACTERÍSTICAS GERAIS E PROPRIEDADES DO COMPOSTO
- Fórmula: CO (^2)
- Estado físico: gasoso a temperatura ambiente
- (^) Cor: incolor
- Odor: inodoro
- Solubilidade em água: alta
- Densidade absoluta a pressão atmosférica e temperatura 0°C: 1,9770 kg/m 3
- Massa molecular: 44,0095 g/mol
- Ponto de sublimação: -78,4ºC à 1 atm.
- Pressão crítica: 72,85 atm
- (^) Temperatura crítica: 31,0ºC
- Volume crítico: 2,137 dm 3 / kg
- Viscosidade: 0,01501 CP à 1 atm. e 26,85ºC.
- Calor latente de fusão: 7,95 KJ/mol à -56,6ºC; 518 Kpa
- Calor latente de sublimação: 25,23 kJ/mol à -78,45ºC e 101,325 KPa
2. FLUXOGRAMA EM BLOCOS
3. FLUXOGRAMA DE PROCESSOS
4. REAÇÕES ENVOLVIDAS
Industrialmente, o CO 2 é produzido através de fontes ricas em CO 2 a partir de processos da indústria petroquímica ou via queima de gás natural em processos de cogeração. A produção de CO 2 e H2O é característica de combustíveis que apresentam, na sua composição, carbono e hidrogênio (C e H) ou carbono, hidrogênio e oxigênio (C, H e O).
Os derivados do petróleo produzem energia através de uma reação de combustão, que faz parte das reações de oxirredução, ou seja, o combustível que são os hidrocarbonetos sofre oxidação e o ar atmosférico que atua como comburente sofre redução, formando o produto. Com isso, obtemos a formação de dióxido de carbono, monóxido de carbono, fuligem e vapor de água.
A combustão completa é um tipo de reação representada por:
Hidrocarbonetos + O 2 CO 2 + H (^) 2O
Já a combustão incompleta forma dois produtos.
CO + H2O
Hidrocarbonetos + O 2
C + H2O
Na reação com metano, considerado o gás natural mais utilizado, em uma de suas reações também é produzido o gás carbono.
CH (^) 4(g) + 2 O 2 (g) →1 CO 2 (g) + H2O
Para os hidrocarbonetos, a combustão completa libera mais energia que as outras. Vale ressaltar que as reações de combustão não são exclusivamente de hidrocarbonetos, pode ocorrer com uma grande variedade de compostos.
Uma das maiores fontes de gás carbônico industrialmente são vindas das indústrias de produção de concreto, onde o gás carbônico é desprendido na fabricação.
torres lavadoras (depuradores). O primeiro depurador contém uma solução alcóolica que serve para remover grande parte do álcool presente na solução gasosa. Os demais depuradores contêm água aerada, removendo as demais substâncias que são solúveis neste meio, após isso a solução é encaminhada a um gasômetro (SHREVE, 1997).
Ao sair do gasômetro o CO 2 passa por um depurador contendo dicromato de potássio, que oxida grande parte dos aldeídos e álcoois presentes no gás. Após esse processo o dióxido de carbono passa por uma torre de lavagem de ácido sulfúrico completando as reações de oxidação, além de remover a umidade do gás. Por fim, a solução passa por uma torre de lavagem de carbonato de sódio para neutralizar o gás, e aumentar a produção de CO2, uma vez que há liberação de dióxido de carbono durante a neutralização do H2SO 4 com NO2CO 3 (SHREVE, 1997).
A solução gasosa é, então, lavada com glicerina para remover as impurezas e em seguida encaminhada para um compressor obtendo-se o produto final (SHREVE, 1997).
6. EXEMPLOS DE OTIMIZAÇÃO DO PROCESSO E
REAPROVEITAMENTO DE RESÍDUOS E EFLUENTES
O processo de obtenção do CO2 á partir da Queima do Óleo Combustível ou do Gás Natural gera dois tipos de resíduos, os resíduos Sólidos que consistem basicamente em componentes oleosos de alta densidade e viscosidade do petróleo, uma mistura de hidrocarbonetos de cadeia longa, geralmente sem grande aproveitamento em escala industrial.
Além dos resíduos sólidos, também existe a presença dos efluentes gasosos, provenientes do processo ou fumos gerados por aparelhos de combustão, tais como caldeiras, fornos, turbinas à gás ou diesel.
Uma possível solução para reaproveitar os efluentes do processo seria submeter os resíduos sólidos á um processo de craqueamento, fazendo com que as grandes cadeias carbônicas se fragmentassem em cadeias menores, aumentando a quantidade de combustível produzida.
Os efluentes gasosos podem ter presença de gases ácidos em sua composição, dependendo da origem do petróleo utilizado como matéria prima. Uma possível melhoria para o processo seria utilizar o processo Klaus antes de iniciar o processo para remover possíveis gases com enxofre, evitando gases ou efluentes ácidos no processo.
7. APLICAÇÕES
O dióxido de carbono possui diversas aplicações industriais possíveis, este se apresenta no estado sólido a -78ºC, também conhecido como gelo seco. Uma fonte fria que pode ser utilizada como conservação de tecidos e também para combate a incêndio, por não ser comburente.
O dióxido de carbono lançado na atmosfera durante processos industriais químicos e de petróleo pode ser captado e purificado para uso em diferentes aplicações e indústrias. Temos no setor automotivo a aplicação com misturas de dióxido de carbono em nitrogênio utilizadas para calibração em testes de emissões de motores. Em
alimentos e bebidas há aplicação em diversos processos como a carbonatação, tratamento de água trabalhando na melhoria da mesma, com o controle do seu pH, reduzindo os custos de tratamento também sendo mais sustentável, resfriamento e congelamento, embalagens de atmosfera modificada e controle de temperatura de produtos durante o armazenamento e transporte.
Na indústria metalúrgica, é amplamente utilizado como gás de proteção nos processos de soldagem MAG criando uma atmosfera protetora que permite realizar o controle da proliferação de microrganismos presentes nos alimentos, como cereais ou pão de forma, privando-os do oxigênio e, na siderurgia, é aplicado para supressão de fumos. Na indústria de petróleo e gás, é utilizado em poços de petróleo, no fraturamento hidráulico em aplicações no processo Enhanced Oil Recovery (EOR), tal como deslocamento de óleo miscível como um método terciário de recuperação de óleo. No tratamento de efluentes é aplicado em inúmeros processos, como neutralização de pH de resíduos alcalinos oriundos de limpeza CIP (Clean-in-place), precipitação de metais pesados em combinação com cálcio e redução de pH em correntes de rejeito de mineração de ferro e alumínio. O dióxido de carbono também é comercializado em alta pureza para pesquisas e indústrias, em empresas como a Air liquide, ele é oferecido em dois graus 5.5 com pureza 99,9995% objetiva reduzir ao máximo as impurezas que influenciam o desempenho como fluido supercrítico e com grau 4,8 com pureza 99,998% para aplicações laboratoriais.
Sua utilização também é feita em extintores durante os incêndios com o objetivo de isolar o oxigénio do combustível. Além desse uso, também é utilizado em cilindros para a prática de Paintball e em aquariofilia na regulação do pH da água. O dióxido de carbono ser utilizado numa concentração de 30 a 40% com gás oxigênio com o objetivo de produzir efeito anestésico em pequenos animais e na saúde, combinado com oxigênio ou ar para insuflação, sendo um estimulante para promover uma respiração profunda.
8. PRINCIPAIS FABRICANTES
Dentre os maiores fornecedores de CO2 líquido encontram-se, por exemplo, a Praxair e Linde, fundidas no ano de 2019, tornando-se a maior empresa global de gases industriais e engenharia, sendo representada pela White Martins na América do Sul.
Outras companhias que podemos também encontrar no mercado fornecendo esse produto são a Messer, Air Liquide e ACP, recentemente adquirida pela Air Products.
9. CURIOSIDADES
1. Obtenção de CO 2 de usinas de energia:
Os gases de combustão provenientes de usinas de energia não são uma boa fonte de CO (^) 2, pois este está concentrado em baixo volume e apresentam muitas impurezas. Gases de combustão de plantas de gás natural e de plantas a carvão contêm apenas cerca de 36% e 12% de CO2, em volume, respectivamente.
2. Obtenção de CO 2 de usinas sucroalcooleiras:
As usinas sucroalcooleiras produzem etanol, porém têm um importante subproduto que é o gás carbônico. O gás carbônico de alta pureza (99%) emitido pelas
gás carbônico da atmosfera e o transformar em um gás com valor econômico utilizando uma máquina inovadora. No teto da Climeworks, 18 ventiladores do tamanho de uma máquina de lavar estão empilhados um sobre o outro, eles sugam o ar que está a sua volta, e no interior dos dispositivos, os filtros cobertos com produtos químicos, não citados, absorvem o CO2. Quando esses filtros ficam saturados, são extraídos e aquecidos a 100º C, com o calor gerado pela usina de reciclagem.
Figura 2: Máquina para absorver CO 2 da atmosférica.
A instalação pode capturar até 900 toneladas de CO 2 puro por ano, e
atualmente, o CO 2 absorvido pelo dispositivo é vendido por, aproximadamente, US$ 600 a tonelada para produtores de verduras e legumes da região e usado para estimular o crescimento das plantas, porém a meta é US$ 100 por tonelada. Reduzir o custo de extração de CO 2 é fundamental, isso porque empresários
tentam usar o CO 2 como matéria-prima para diversos produtos, e um dos planos é absorvê-lo e transformá-lo em combustível, como foi anunciado pela montadora Audi, há alguns anos, esta havia desenvolvido um combustível a base de CO 2 e água, o “e- diesel”, e parte do dióxido de carbono usado nos testes foi fornecido pela Climeworks. 3.2) Carbon Engineering absorve CO 2 atmosférico e o transforma em combustível. Outra empresa que também propõe a remoção do dióxido de carbono do ar atmosférico de maneira eficiente e econômica para a sua utilização como combustível é a Carbon Engineering, da cidade de British Columbia, no Canadá, a empresa recebeu US$ 68 milhões em investimentos da Chevron, da Occidental e da BHP, algumas das maiores empresas de combustível fóssil do mundo, e diz que é capaz de capturar gás carbônico do ar por menos de US$ 100 a tonelada. Com o investimento, a Carbon Engineering promete construir uma estrutura para abrigar os equipamentos com o intuito de promover a limpeza de CO 2 do ar em
escala industrial, sendo capaz de retirar até um milhão de toneladas do gás carbônico da atmosfera a cada ano. O processo desenvolvido pela empresa consiste em capturar o ar com o auxílio de uma turbina posicionada no meio do teto, o ar entra em contato com uma solução química de hidróxido, este reage com o dióxido de carbono formando uma solução de carbonato que é tratada com hidróxido de cálcio para assumir uma forma sólida.
Figura 3: Carbonato de Cálcio.
As partículas de carbonato de cálcio são, então, submetidas a temperaturas de até 900° C e se decompõem formando uma corrente de CO 2 e óxido de cálcio que passa,
em seguida, por uma limpeza para remover impurezas. O CO 2 é misturado com hidrogênio e passa por um catalisador a 900° C para formar monóxido de carbono. Quando é acrescentado mais hidrogênio, o CO se torna um gás sintético, este é transformado em combustível sintético bruto.
Figura 4: Ciclo proposto pela Carbon Engineering.
ABCM – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DO CARVÃO MINEIRAL. [s.a.]. Siderurgia.
Criciúma, SC. Disponível em: <http://www.carvaomineral.com.br/interna_conteudo.php?
i_subarea=15&i_area=2> Acesso em: ago. 2019
Livro Industria de Processos Químicos - SHREVE, 1997
https://www.gasworld.com/co2-supply-crisis-hits-europe/2014944.article
Air liquide brasil. Dióxido de Carbono - Gases Industriais 2019. <https:// industrial.airliquide.com.br/dioxido-carbono>; Acesso em: 09 ago. 2019
Air Products and Chemicals, Inc. Dióxido de carbono. 2019. <http://www.airproducts.com.br/ Products/Gases/Carbon-Dioxide.aspx>. Acesso em: 09 ago. 2019
Gifel Engenharia de Incêndio. Aplicações do Gás Carbônico no cotidiano. 18 set < https:// www.gifel.com.br/aplicacoes-gas-carbonico-cotidiano/>. Acesso em: 09 ago. 2019.
Gomez Rezende equipamento de solda ltda. CO 2 Industrial. 05 maio 2016 <http:// gomesrezende.com.br/index.php/produtos/2016-05-05-13-47-01/dioxido-de-carbono-industrial- co2>. Acesso 09 ago. 2019
WAGNER, F.; DIÓXIDO DE CARBONO: APLICAÇÕES E SUAS CARACTERÍSTICAS. 11 dez. 2015 < http://www.rwengenharia.eng.br/aplicacoes-do-dioxido-de-carbono/>. Acesso em 09 ago. 2019
BBC. A tecnologia que promete remover CO 2 do ar e transformar em pó. 2019. Disponível em: <https://g1.globo.com/ciencia-e-saude/noticia/2019/04/09/a-tecnologia- que-promete-remover-co2-do-ar-e-transformar-em-po.ghtml> Acesso em: jul. de 2019.
FURTADO, Marcelo. Tecnologia ambiental: Usinas recuperam CO (^) 2. 2014. Disponível em: https://www.quimica.com.br/tecnologia-ambiental-usinas-recuperam-co2/ Acesso em: jul. de 2019.
MCGRATH, Matt. A inovadora máquina que absorve CO 2 da atmosfera e o transforma em um gás com valor econômico. 2017. Disponível em: <https://www.bbc.com/ portuguese/geral-42024360> Acesso em: jul. de 2019.
UC. Produção de CO 2 a partir da fermentação é solução para usinas. 2019. Disponível em: <http://www.universidadecanavieira.com.br/informativos/producao-de-co2-a-partir- da-fermentacao-e-solucao-para-usinas> Acesso em: jul. de 2019.
