OBTENÇÃO DO OXIGÊNIO ATRAVÉS DO PROCESSO CRIOGÊNICO

O oxigênio é empregado largamente na medicina. Além das aplicações nesse âmbito, muitas outras podem ser citadas, como por exemplo:

  • no setor automobilístico e de transporte, como um gás de corte de plasma e gás auxiliar para corte a laser;

  • no setor siderúrgico/metalúrgico, aumentando a eficiência de combustão na produção de metais ferrosos e não ferrosos;
  • na indústria química, como na produção do óxido de etileno e dióxido de titânio, e em processos de oxidação;
  • no setor energético, quando empregado no lugar do ar atmosférico, aumentando a eficiência energética e melhorando a performance operacional;
  • na indústria farmacêutica e biotecnológica, sendo utilizado em fermentadores e biorreatores;

  • no setor de papel e celulose, no processo de deslignificação, extração oxidativa e tratamento de águas residuais; entre outras.

A seguir, é apresentado o método de separação criogênica do ar, sendo possível obter o oxigênio com elevado teor de pureza, além do nitrogênio e do argônio.

Processo de Separação Criogênica

O ar atmosférico, composto basicamente por nitrogênio e oxigênio, é a matéria-prima da destilação criogênica. O processo criogênico baseia-se na compressão do ar e em seu sucessivo resfriamento a temperaturas baixíssimas, ocorrendo a liquefação parcial dos componentes. Tais componentes se liquefazem a temperaturas distintas, podendo serem separados numa coluna de múltiplos estágios.

Na Figura 1 é apresentado um esquema simplificado do processo de separação criogênico.

Figura 1- Esquema ilustrativo da produção de gases por processo criogênico.
Fonte: Os Líquidos Criogênicos

Na Tabela 1 é apresentado os pontos de ebulição dos gases que compõem o ar na pressão atmosférica.

Tabela 1 – Pontos de ebulição dos principais componentes do ar.
Fonte: Análise do Fornecimento dos produtos da destilação criogênica do ar

Por possuir o menor ponto de ebulição, o nitrogênio é obtido somente nas partes superiores das colunas de destilação criogênica do ar. Na Figura 2 é apresentado um esquema de prato da coluna de destilação criogênica, onde pode-se observar que o gás vai se tornando mais rico em nitrogênio à medida em que este sobe na coluna. Em contrapartida, o líquido que desce a coluna vai se tornando mais rico em oxigênio.

Figura 2 – Esquema de prato em coluna de destilação criogênica do ar.
Fonte: Análise do Fornecimento dos produtos da destilação criogênica do ar

Na Figura 3 é apresentado um diagrama simplificado de uma típica planta de destilação criogênica de ar. A planta é composta por três colunas de destilação, a LPC (baixa pressão), a HPC (alta pressão) e a CAC (argônio cru). Estas colunas encontram-se dentro de uma caixa denominada Cold Box.

Figura 3 – Diagrama do processo de separação criogênica do ar.
Fonte: Simulação e análise econômica de unidade de separação criogênica do ar em seus componentes principais: estudo de caso

Devido às temperaturas muito baixas, além da Cold Box, as colunas de destilação apresentam paredes duplas e entre elas há um material isolante sob vácuo, chamado perlita.

Planta de destilação criogênica de ar

O processo de destilação criogênica se inicia com a filtração do fluxo de alimentação do ar para a retirada de poeira e outros possíveis materiais suspensos. Além disso, são removidos a água e o dióxido de carbono.

Após a limpeza e secagem, o ar segue para a Cold Box. Depois de passar por um resfriamento, a corrente de ar U2 é expandida e introduzida na coluna LPC, e a corrente remanescente de ar, U1, entra no fundo da coluna HPC.

A corrente de vapor U5, que deixa a lateral da coluna LPC, alimenta a coluna CAC para ser destilada.

No fundo da coluna HPC obtém-se um líquido com alto teor de oxigênio. Este líquido passa por um trocador de calor, e as duas correntes resultantes seguem dois destinos distintos: uma parte é encaminhada para a coluna LPC para ser destilada novamente, outra parte é empregada como fonte fria na condensação do argônio no topo da coluna CAC, para em seguida ser alimentada na coluna LPC.

O condensador-refervedor, situado entre as colunas LPC e HPC, vaporiza o oxigênio da coluna LPC e condensa o nitrogênio vindo da coluna HPC. Tal nitrogênio é empregado como refluxo na coluna LPC, sendo este refluxo necessário para que ocorra a destilação.

O oxigênio é obtido no condensador-refervedor em sua forma gasosa e no fundo do LPC, na forma líquido.

Por meio do processo de separação criogênico do ar é possível obter oxigênio com alto grau de pureza, sendo este comercializado na versão líquido refrigerado ou na versão gás comprimido.

REFERÊNCIAS

Simulação e análise econômica de unidade de separação criogênica do ar em seus componentes principais: estudo de caso

Análise do Fornecimento dos produtos da destilação criogênica do ar

Os Líquidos Criogênicos