E Alguma Coisa

1. Introdução

A cadeia produtiva de fertilizantes é composta pelo segmento extrativo mineral, que fornece a rocha fosfática, o enxofre e as rochas potássicas, pelo segmento que produz as matérias-primas intermediárias como o ácido sulfúrico, o ácido fosfórico e a amônia anidra, pelo segmento produtor de fertilizantes simples e pelo segmento produtor de fertilizantes mistos e granulados complexos.

A formulação básica dos fertilizantes nitrogenados é um balanceamento de compostos de nitrogênio, fósforo e potássio (NPK). A proporção de cada elemento nessa combinação depende do fim a que se destina e das características físicoco-químicas do solo a ser adubado. A proporção NPK é utilizada para indicar o teor percentual de nitrogênio em sua forma elementar (N), o conteúdo percentual de fósforo na forma de pentóxido de fósforo (P2O5) e o conteúdo percentual de potássio na forma de óxido de potássio (K2O).

Quanto ao formato físico do produto final, os fertilizantes podem ser sólidos ou fluidos. Os primeiros são os mais comuns e são comercializados na forma granulada ou em pó. Quanto ao ponto de vista químico, os fertilizantes podem ser orgânicos, organo-minerais ou minerais, sendo estes últimos subdivididos em e mistos.

As matérias-primas podem ser obtidas por meio da indústria petrolífera (nitrogenados) ou de atividades de extração mineral (fosfatados e potássicos). As fontes destes elementos químicos são obtidas na natureza, para a posterior extração dos ácidos, com os quais pode-se gerar uma ampla variedade de produtos, dentre eles, produtos que contenham nitrogênio, fósforo e potássio, que fornecem as quantidades necessárias de cada elemento para compor diferentes formulações de fertilizantes.

A produção de fertilizantes nitrogenados está inserida na cadeia de valor do gás natural, e se apresenta como uma rota de síntese economicamente viável e atrativa. Os fertilizantes nitrogenados derivam da amônia (NH3) – que é obtida a partir da transformação química do gás natural. A aplicação dos fertilizantes nitrogenados abrange amplamente a produção agropecuária e industrial.

Como exemplos de utilização da amônia temos a indústria alimentícia e a produção de desinfetantes, tinturas para cabelo, materiais plásticos, couro e explosivos, entre muitos outros produtos, mas sua principal utilização é como matéria-prima para a produção de fertilizantes nitrogenados (ureia, sulfato de amônio e nitrato de amônio).

A demanda do nacional de fertilizantes é maior que a produção em terras brasileiras. Além disso, o segmento tem registrado expansão tanto no Brasil quanto no mundo. Contando com o crescimento populacional e o aumento de renda, é fato que haja um aumento no consumo de alimentos, principalmente de proteína de origem animal, que requer um investimento maior em grãos para sua produção e, por consequência, um maior uso de fertilizantes.

Na figura 1 podemos observar a participação de cada um dos grandes produtores mundiais de amônia, e a projeção que foi estimada para o ano de 2020.

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Figura 1 - Projeção da produção mundial de amônia (%) Horizonte 2020

Na figura 2 observamos a distribuição percentual da exportação de amônia por região. É importante salientar que o Brasil não aparece como um exportador de amônia.

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Figura 2 - Exportação de amônia por região

Na figura 3 observamos o perfil de consumo de amônia no Brasil até o ano de 2007. É importante notar que o gráfico aponta para um déficit na disponibilidade de amônia no mercado nacional, que é suprido por importação desta matéria-prima.

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Figura 3 - Consumo nacional de amônia

Dado o grande consumo de fertilizantes pela indústria do agronegócio na matriz brasileira, a instalação de uma fábrica para produção de amônia para suprir um produtor de ureia se torna bastante atrativa, contando ainda com o grande valor agregado deste insumo que tem seu preço regulado também pelo dólar.

1. Objetivos

A instalação de uma unidade de produção de amônia, com capacidade de produção de 1.000 toneladas por dia deste produto, para suprir uma fábrica de ureia é instalada na região de Cuiabá, no estado do Mato Grosso. O grande entrave deste processo é a produção residual de SO2, que aparece após a queima do monóxido de carbono provindo da hidrólise do metano, todos presentes no gás natural. A liberação de SO2 para atmosfera é um entrave na instalação da fábrica, visto que as emissões desse gás deve ser minimizada.

Para resolver este problema, deve ser instalada uma torre de absorção do SO2, transformando-o em ácido sulfuroso. O projeto deve prever a absorção de 90% do SO2 presente no efluente gasoso do processo.

A figura 4 abaixo fluxograma mostra o processo de fabricação da amônia e evidencia as principais operações unitárias utilizadas neste processo.

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Figura 4 - Fluxograma do processo de produção de amônia

1. Metodologia

Sabendo da necessidade da minimização da emissão de gases poluentes, a fábrica deverá instalar equipamentos que tratem os efluentes do processo. Um dos grandes poluentes a que está submetida a produção de amônia é o anidrido sulfuroso (SO2), um dos principais componentes das chamadas chuvas ácidas, que prejudicam plantações, pessoas, construções e o meio ambiente em geral.

Uma torre de absorção química de gases deve ser dimensionada para recuperação de 98% do CO2 residual da planta de produção de amônia. A torre necessita ser otimizada para mínima liberação de SO2 e utilização de água como solvente. Considerar que a solubilização do CO2 é desprezível na água, e este se comporta como um gás inerte nas condições de operação.

Deve-se dimensionar a torre calculando o número de estágios teóricos, bem como realizar o balanço de massa da torre, indicando as vazões e a composição das correntes. A torre tem sua operação realizada à pressão atmosférica, e não há pressurização ou vácuo em qualquer ponto da mesma.