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Gases Industriais
Mateus Lima Cajado – Processos Químicos Industriais
Sumário
Qual a importância desse setor da indústria?
Quais as propriedades desses produtos?
Como são classificados?
Quais seus usos? Em que setores?
Desde quando são estudados ou utilizados?
Como são obtidos ou produzidos?
Como está o mercado? Existem Fatores Limitantes?
Quais as tendências futuras?
Mercado
Introdução
Propriedades Gerais
Estado altamente energético e entrópico
Difícil armazenamento e transporte
Alta dependência da pressão
(Custo Brasil)
Introdução
Classificações
Quanto ao segmento:
Quanto ao processo de fabricação:
Derivados do fracionamentodo ar (físico)
Derivados de processos químicos
N2, O2, Ar
CO2, Acetileno,H2, derivados de N e S
Introdução
Introdução
Usos Específicos
Indústrias de alimentos e bebidas
Refinamento de petróleo
Indústrias de papel e celulose
Extintores de incêndio
Indústrias metalúrgicas
Fontes: White Martins
Introdução
Usos Específicos
Indústrias de alimentos - IQF
Gás pressurizante
Produção de compostos nitrogenados
Uso como gás inerte
Fontes: White Martins
Introdução
Usos Específicos
Indústrias metalomecânicas
Indústria química
Piscicultura e saneamento
Fontes: White Martins
Indústria farmacêutica e saúde
Introdução
Usos Específicos
99%
Fonte: Referência 1
Histórico
Jacque Charles e Gay-Lussac, 1802
Amadeo Avogrado, 1811
Emil Clapeyron, 1834
Van der Waals, 1873
Haber-Bosch, 1913
Processos de Produção – O2, N2 e Ar
Gás
Capacidade (m3/h)
Pureza
Método de Separação
N2
1 a 1K
5 a 5K
200K a 400K
<99,5%
<99,99%
Impurezas <ppb
SeparaçãopoMembrana
PSA (PressureSwingAdsorption)
Retificação criogênica
O2
100 a5K
1K a 150K
<95%
Impurezas <ppb
(O2geralmente > 95%)
PSAavácuo
Retificação criogênica
Ar
Retificaçãocriogênica
Fonte: Processos Inorgânicos - Mariana de Mattos, pg. 207
Processos de Produção – O2 e N2
Separação por Membranas
Fonte: Processos Inorgânicos - Mariana de Mattos, pgs. 208 e 209
Oxigênio
Nitrogênio
Temperatura crítica (ºC)
-118,7
-146,0
Diâmetro molecular (Å)
3,46
3,64
Processos de Produção – O2 e N2
Separação por Membranas
Fonte: Processos Inorgânicos - Mariana de Mattos, pg. 207
Vantagens
Poucoespaço
Fáceis de operar
Baixo custo
Desvantagens
Baixa pureza
Rendimento relativamente baixo
Processos de Produção – O2 e N2
Pressure Swing Adsorption (PSA)
Fonte: Processos Inorgânicos - Mariana de Mattos, pg. 212 e 213
Oxigênio
Nitrogênio
Adsorvente
Peneira molecularzeolítica
Peneira molecular de carbono
Purezaobtida
90 a 95% (Ar como impureza)
98 a 99,99%
Vantagens
Custos totais 40 a 50% inferioresàR.C.
Graude pureza satisfatório para a maioria dos setores
Desvantagens
Grau de pureza do O2insatisfatório para certos setores
Rendimento relativamente baixo
Processos de Produção – O2 e N2
Pressure Swing Adsorption (PSA)
Fonte: Processos Inorgânicos - Mariana de Mattos, pg. 212
(a) Válvula de entrada, (b) válvula de descarte e (c) válvula de saída
Processos de Produção – O2 e N2
Retificação criogênica
Fonte: YouTube
Processos de Produção – O2 e N2
Retificação Criogênica
Vantagens
Graude pureza elevadíssimo
Obtenção também de argônio
Obtenção de líquidos criogênicos
Bons rendimentos (90 a 100% para O2, 60% para N2e 60 a 95% para Ar
Desvantagens
Investimento muito elevado
Alto gasto de energia
Processos de Produção – CO2
Recuperação de Fermentação
Fonte: Referência 3
Possíveis contaminantes: Álcool, água, diacetil ar atmosférico
Processos de Produção – CO2
Recuperação de Fermentação
Fonte: Referência 3
Remoção de álcool
Impurezas solúveis em água
Oxidação de alcoóis e aldeídos e desidratação
Neutralização
Remoção de odores
Processos de Produção – CO2
Recuperação de Combustão de Carbonáceos
Possíveis contaminantes: Fuligem, compostos sulfurosos, compostos nitrogenados, CO, 
Processos de Produção – CO2
Recuperação de Combustão de Carbonáceos
Fonte: Referência 3
Absorção seletiva
Liberação do CO2 do etanolamina
Remoção de matéria orgânica, H2S e aminas
Secagem
Transformações físicas
Processos de Produção – H2
Processos de Produção – H2
Reforma de Hidrocarbonetos Leves
Níquel (cat.)
2) FeO (cat.)
Lavagem, purificação
H2 purificado
CO2
Resfriamento e Compressão
Curiosidade - CFC
Curiosidade – He e O3
Fonte: semab.com.br/gerador-ozonio
He
O3
Economia
As vendas no Brasil são da ordem de U$ 2bi (Revista Exame, 2005)
Mercado
Fonte: Revista Exame, 2005
Mercado
Mercado
Custos: Estratégias de Fornecimento de Grandes Quantidades
Gasoduto: Distâncias curtas e médias
Site On-Demand:
Grandes Distâncias
Mercado
Custos: Estratégias de Fornecimento de Baixas Quantidades
Cilindros
Tanques Estacinários
Fontes: Referência 6
Economia
Estudo de Caso – ADSW
Fonte: Referência 4
Estudo de Caso – ADSW
Fonte: Referência 4
Tendências
Desaparecimento do gás Hélio
Produção de O2 por Fotossíntese Artificial
Crescimento de demanda¹ até 2025 para: Petróleo, Naval e Químico
1: Pesquisa de Mercado pela FIRJAN
Demanda crescente pelo H2
Referências
Produção de hidrogênio em refinarias de petróleo: avaliação energética e custos de produção / F. E. da Cruz. –ed. Ver. – São Paulo, 2010
Gestão de Manutenção do Equipamento / Mário José Marques Ferreira dos Santos - Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
Quimica Inorganica Industrial 1 – Prof. Macelo Cangemi https://pt.slideshare.net/JosMarceloCangemi/aula-2-gases-industriais-2012-unifeb?next_slideshow=1
Projeto Conclusão Curso - Produção de Nitrogênio, Oxigênio, Argônio - https://pt.slideshare.net/WellingtonSantos46/adsw
A evolução histórica para a interpretação do comportamento dos gases e as biografias dos seus intervenientes - http://nautilus.fis.uc.pt/molecularium/pt/pressao/n/dados/anexo7/index.html
Estudo de Caso / Autor Desconhecido – PUC-Rio. - https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/9505/9505_4.PDF
Dúvidas?
Muito Obrigado!