Nitrogênio: Processo, Matérias Primas e Aplicações

Descrição do Processo e Matérias Primas

• O nitrogênio é um gás não inflamável, não tóxico, incolor, inodoro e insípido.
• Cerca de 78% da atmosfera terrestre é composta por ele.
• É distribuído em cilindros de aço a 150-200 bar ou em tanques criogênicos a -196°C.
• Em condições normais, o nitrogênio apresenta-se como um gás de molécula diatômica (N2).
• O nitrogênio é um dos processos mais importantes para os seres vivos.
• Bactérias fixam o nitrogênio no solo na forma de nitratos (Ex: NaNO3), nitritos e compostos de amônio (Ex: KNO3).
• O nitrogênio é amplamente usado como atmosfera protetora em diversas indústrias.
• Na indústria alimentícia, inertiza tanques de óleos vegetais e animais.
• Já na indústria eletroeletrônica, é usado em misturas para lâmpadas e ressonadores, e na petroquímica.
• É utilizado na manutenção industrial para purgar tubulações.
• Também é um gás complementar em misturas gasosas para calibragem de instrumentos.

Hidrogênio

• O hidrogênio é o elemento químico mais abundante, cerca de 75% da massa elementar do Universo.
• Estrelas são compostas de hidrogênio em estado de plasma.
• Industrialmente, é produzido a partir de hidrocarbonetos como o metano.
• O hidrogênio elementar é usado "em cativeiro" localmente.
• Os maiores mercados usam hidrogênio para aprimorar combustíveis fósseis (hidrocraqueamento) e produção de amoníaco (fertilizantes).
• Pode ser obtido pela eletrólise da água, mas é atualmente dispendioso.
• O isótopo mais comum é o prótio, formado por um próton, sem neutrões.
• Em compostos iônicos pode apresentar carga positiva (cátion) ou negativa (ânion, hidreto).
• O hidrogênio faz compostos com a maioria dos elementos, está presente na água e em compostos orgânicos.
• Possui papel importante nas reações ácido-base e seu estudo energético e de ligações é relevante.

Descrição Geral dos Equipamentos

• Agitadores ou Misturadores são usados para misturar, dissolver, agitar ou homogeneizar soluções líquidas, com ou sem sólidos. Equipamentos são dimensionados conforme a necessidade, variando em potência, rotação, haste, tipos e diâmetro de hélices.
• A densidade e viscosidade do produto, além do tipo de agitação (homogeneização, dissolução, suspensão de sólidos), afetam o dimensionamento do equipamento.
• A agitação pode ser suave, média ou violenta, sem que um nível violento seja sempre o melhor.
• O compressor aumenta a pressão de um fluido gasoso (ar, vapor de água, hidrogênio), o que geralmente eleva a sua temperatura.
• Reatores químicos realizam reações em escala industrial para transformar matérias-primas em produtos. Vidrarias de laboratórios ficam de fora da definição.
• Catalisadores são substâncias que aceleram a reação sem participar dela, diminuindo a energia de ativação e aumentando a velocidade. Não alteram a composição dos participantes.
• Se a reação for reversível, também aceleram a reação inversa, diminuindo sua energia de ativação.
• Trocadores de calor são usados para troca térmica entre dois fluidos a diferentes temperaturas, comum em diversas aplicações de engenharia.
• São utilizados no aquecimento, resfriamento, condicionamento de ar, produção de energia, recuperação de calor e processos químicos.
• A pesquisa busca aperfeiçoar seu projeto e desempenho, focando na conservação de energia.
• O vaso desgaseificador remove traços gasosos de líquidos.
• Geralmente é um separador trifásico de alta e baixa pressão, com os gases direcionados para dispositivo de queima.
• Um compressor de circulação comprime o gás succionado em baixa pressão, liberando-o em alta pressão no sistema, sendo considerado o "coração" do sistema.

Descrição Detalhada do Processo

• A mistura de nitrogênio e hidrogênio é enviada continuamente como carga ao processo.
• A carga contém impurezas gasosas (argônio, por exemplo), que não reagem.
• Esta carga é fornecida com vazão constante e misturada com correntes de reciclo de baixa e alta pressão, contendo componentes da carga que não reagiram.
• O reator realiza a reação N2 + 3H2 2NH3, com catalisador de Urânio e ósmio.
• A reação libera energia (exotérmica), e os gases efluentes contendo amônia, gases não reagidos e inertes saem aquecidos.
• Estes gases passam por um trocador de calor para esfriar e liquefazer a amônia.
• Baixas temperaturas favorecem a produção de amoníaco (NH3).
• O aumento da temperatura desloca o equilíbrio no sentido inverso (Princípio de Le Chatelier).
• Uma temperatura intermediária ideal, como 450°C, é adequada.
• A elevação da pressão, economicamente viável a 200 atmosferas, também favorece, pois diminui o volume.
• A amônia líquida é separada por diferença de densidades em um vaso de alta pressão.
• A amônia é retirada e encaminhada a um vaso que opera em baixa pressão.
• As correntes gasosas obtidas em alta e baixa pressão são recicladas para o início do processo.
• Gases inertes são removidos por uma corrente de purga para evitar que sua concentração no reator não ultrapasse um valor.