Óxido de Etileno

TECNOLOGIA DE PROCESSOS QUÍMICOS – ENG 1821

Alunos:

Diego Pampolha da Silva

Hikaru Tsukamoto Abrão

Jessica Ourique

Tayssa Pimentel

Professora: Ana Rosa

PRODUÇÃO DE ÓXIDO DE ETILENO

Setembro-2015

ÍNDICE

1. O PRODUTO...............................................................................................................3

2. PROCESSOS DE OBTENÇÃO.................................................................................4

3. FLUXOGRAMA - OXIDAÇÃO................................................................................7

4. ETAPAS DO PROCESSO - OXIDAÇÃO................................................................8

5. AVALIAÇÃO AMBIENTAL...................................................................................11

6. FÁBRICAS E UNIDADES.......................................................................................12

TECNOLOGIA DE PROCESSOS QUÍMICOS - 2015.2Pág 2 / 13

1. O PRODUTO

Nome IUPAC: epóxi-etano

Outros nomes: óxido de etileno, óxido de dimetileno, oxirano, oxaciclopropano.

Compostos relacionados: eteno, etileno glicol, óxido de propileno, oxetano.

Aparência: gás incolor/inflamável ou liquido refrigerado com um fraco odor doce.

Característica: volátil, mais pesado que o ar, extremamente tóxico, grande poder de

penetração, solúvel em água, pH ácido, alta inflamabilidade, larga faixa de concentração

explosiva no ar.

O óxido de etileno (OE) é um intermediário químico utilizado na fabricação de

uma grande variedade de produtos como: etileno glicóis, éteres etílicos e surfactantes

não iônicos.

O mais utilizado é o etileno glicol (inodoro, incolor, xaroposo, líquido com sabor

doce, tóxico) e seu uso primário final é a produção de poliéster. É mais comumente

conhecido por seu uso como um refrigerante automotivo e anticongelante.

Óxido de etileno produzido pela oxidação catalítica do etileno com catalisador

de prata. Essa reação é acompanhada por várias reações paralelas, sendo que as mais

significativas são as de queima total do etileno e a queima direto do próprio oxido de

etileno, formando CO2 e H2O.

É uma importante substancia química também usada como intermediários na

produção de esterilizantes para alimentos e matérias de uso médico. E também para a

preservação de especiarias.


É um gás que mata bactérias, mofo e fungos, e pode consequentemente ser usado

para esterilizar substâncias que sofreriam danos por técnicas de esterilização tais como a

pasteurização (processo utilizado em alimentos para destruir microrganismos

patogênicos ali existentes) que se baseiam em calor. Como citado anteriormente, esse

óxido é largamente utilizado para esterilizar suprimentos médicos, tais como ataduras,

suturas e instrumentos cirúrgicos.

Um epóxi é um éter cíclico com três átomos que formam um anel. Este anel

define aproximadamente um triangulo equilátero que o torna altamente tenso. Esse anel

sob tensão torna o epóxi mais reativo que os outros éteres.

O método preferido tem sido a tradicional câmara de esterilização, onde uma

câmara é preenchida com um misto de óxido de etileno e outros gases os quais são

removidos depois por exaustão, e também o mais recente método da difusão gasosa, o

qual se coloca em bolsas que adicionam os materiais a serem esterilizados e atua como

uma mini câmara de maneira a consumir menos gás e fazer o processo economicamente

mais atraente para pequenas demandas.

2. PROCESSOS DE OBTENÇÃO

O processo produtivo de óxido de etileno foi inicialmente preparado em 1859,

utilizando-se uma reação entre o hidróxido de potássio e a etilenocloridrina. Em 1914,

ele passou a ser produzido em escala comercial, sendo inicialmente desenvolvido em

duas rotas de produção: etilenocloridrina e oxidação direta (que foi descoberta em

1931).


Reações (Elilenocloridrina + Hidróxido de Potássio):

Cl2+H 2O⇒ HOCl+HCl

CH 2CH 2+HOCl⇒ClCH 2CH 2OH

A oxidação direta foi gradualmente substituindo o processo via etilenocloridrina.

Via etanol: A principal rota para produção de olefinas leves, especialmente

etileno, é o craqueamento a vapor de hidrocarbonetos. As cargas de alimentação para as

unidades de craqueamento a vapor são principalmente a nafta petroquímica e gasóleos.

As reações de craqueamento envolvem a quebra de ligação, e uma grande quantidade de

energia é necessária para conduzir a reação para produção de olefinas.

O fornecimento de etileno constitui um obstáculo para a implementação de

novas plantas de óxido de etileno no Brasil, na medida em que a atual capacidade de

produção de etileno via craqueamento, está comprometida com as empresas de segunda

geração existentes, e a instalação de uma nova empresa craqueadora no Brasil requer

investimentos significativos. Adicionalmente, em virtude do etileno ser um produto

difícil e caro de ser transportado e armazenado, sua importação e exportação é

dificultada. Logo, há espaço para pesquisas que encontrem formas sustentáveis de

obtenção do óxido de etileno, sem a dependência de matérias-primas petroquímicas,

como o etileno. Existem trabalhos que indicam a conversão direta de etanol em óxido de

etileno, com o uso de alumina impregnada com metais como catalisadores.

A utilização de zeólitas como suportes ácidos, ao invés de alumina, pode

possibilitar a conversão direta de etanol em óxido de etileno, visto que zeólitas possuem

diversas características que propiciariam essa catálise, como: grande área superficial,

capacidade de absorção num amplo espectro que vai desde altamente hidrofóbicas a


altamente hidrofílicas, estrutura que permite a criação de sítios ativos, tais como sítios

ácidos, entre outras.

As zeólitas são aluminossilicatos microporosos e cristalinos com estrutura

baseada numa extensa rede tridimensional de tetraedros SiO4 e AlO4. A composição

química das zeólitas pode ser representada de acordo com a seguinte fórmula geral:

Mx/n [(AlO2)x (SiO2)y] . wH2O

Onde: M = cátion de compensação, geralmente íons do grupo IA ou IIA, embora

outros cátions orgânicos possam ser usados;

n = valência do cátion;

x e y = número de átomos de Al e Si por cela unitária, respectivamente;

w = número de moléculas

Dessa forma, a presença de átomos de alumínio na estrutura da zeólita gera

cargas negativas que precisam ser compensadas por cátions. Quando essa carga negativa

é compensada com átomos de hidrogênio a zeólita passa a apresentar acidez de

Brønsted que é muito importante para a reação de interesse.

Mediante isso, foram realizados estudos para a produção de catalisadores

bifuncionais para a conversão direta de etanol a óxido de etileno. Esses catalisadores

podem possuir um ou mais metais de transição como prata e cobre que foram

impregnados na zeólita Beta, como também metais alcalinos que funcionem como

promotores da reação.


Reação

3. FLUXOGRAMA – OXIDAÇÃO


4. ETAPAS DO PROCESSO - OXIDAÇÃO

O Óxido de Etileno é obtido pela oxidação catalítica do etileno com catalisador

de prata. Essa reação de oxidação é acompanhada por reações paralelas, destacando-se a

de queima total do etileno e a queima direta do próprio óxido de etileno, formando CO2

e H2O. A seletividade e conversão do reator dependem fortemente das condições de

processo e a baixa conversão por passe, associada ao aumento da seletividade, impõe a

necessidade de reciclo, com integração energética para minimização dos custos de

produção. A predição do comportamento dinâmico é dificultada pela alta sensibilidade

paramétrica do processo, tornando necessárias ferramentas de simulação para análise e

otimização da produção. O processo de produção do Óxido de Etileno é constituído por

3 etapas: a Etapa de Reação, a Etapa de Absorção e a Etapa de Purificação de óxido de

etileno.

Na Etapa de Reação, o Óxido de Etileno é produzido pela oxidação catalítica do

etileno com catalisador de prata suportada em alumina (figura 1). É utilizado um reator

multitubular de leito fixo, refrigerado externamente por um fluido térmico que circula

em contracorrente ao fluido de processo, como em um trocador de calor casco e tubo. A

alimentação do reator é composta por etileno e oxigênio com alto grau de pureza. Além

do reator, o sistema de reação é composto por trocadores de calor de integração

energética, que são responsáveis por aquecer a corrente de alimentação do reator.


Reação: H2C=C H 2 + 12 O2⇒C H4O

Figura 1 - Catalisador de prata suportada em alumina

A Etapa de Absorção é composta por uma torre de absorção, alimentada pela

corrente efluente do reator, que foi utilizada no primeiro trocador de integração

energética para aquecer a corrente de alimentação. Essa corrente é formada pelo produto

(óxido de etileno), subprodutos (CO2 e H2O) e reagentes (etileno e O2) que não

reagiram. Na torre de absorção, água é utilizada para absorver o óxido de etileno

formado, que segue para o sistema de purificação. Os demais compostos que não são

absorvidos são reciclados para o processo (H 2C=C H2 + O2 ⇒ Início de processo), após

purga para controle da concentração de CO2.


Reações:

C H 4O + H 2O ⇒ Sistema de purificação

H 2C=C H2 + O2 ⇒ Início de processo

CO2⇒ Purga

Figura 2 - Torre de absorção

Por fim, a Etapa de Purificação é composta por duas colunas de destilação. A primeira é

utilizada para separar a água do óxido do etileno mais os traços dos demais gases

presentes no processo. Esses gases que são separados da água seguem para a segunda


coluna, a partir da qual é obtido o produto, óxido de etileno, com 99,5% (em massa) de

pureza.

Reações:

C H 4O + H 2O+¿ impurezas ⇒ C H 4O + impurezas (elimina a água)

C H 4O + impurezas ⇒ C H 4O (99,50% de pureza)

5. AVALIAÇÃO AMBIENTAL

O óxido de etileno se degrada rapidamente quando libertados no ambiente.

Porque o óxido de etileno é um gás, acredita-se que em sua maior quantidade,

será liberada para a atmosfera, onde ele reage com o vapor de água e à luz solar e se

degrada dentro de poucos dias.

Quando em meio aquoso se dissolve, mas a maior parte evapora. A parcela que

permanece na água é repartida por bactérias, ou por reação com água e outros produtos

químicos.

Quando libertado para o solo, a maior parte vai evaporar-se para o ar e alguma

quantidade pode ser degradada por bactérias ou por reação com água no solo.

O óxido de etileno não persiste muito tempo no ambiente e não é de esperar a

acumulação na cadeia alimentar.


Toxicidade

O óxido de etileno é irritante da pele e mucosas, provoca distúrbios genéticos e

neurológicos. É um método, portanto, que apresenta riscos ocupacionais.

Existem alguns relatos de exposições agudas de humanos a altas concentrações de óxido

de etileno, onde foram observadas reações como náusea, vômitos e diarréia (CAWSE et

al, 1980 apud APECIH).

Os limites estabelecidos de tolerância ao óxido de etileno são:

no ar, a concentração máxima para a qual pode-se ficar exposto é de 1 ppm ou

1,8 mg/m3 para um dia de 8 horas de trabalho;

a exposição ao gás a uma concentração de 10 ppm é por, no máximo, 15

minutos.

6. FÁBRICAS E UNIDADES

OXITENO é a única indústria produtora de oxido de etileno no Brasil segundo a

ABIQUIM (Associação Brasileira de Industria Quimica)

A Oxiteno, criada no início da década de 70, é uma empresa do Grupo ULTRA

de origem brasileira com atuação global, líder na produção de tensoativos e produtos

químicos especializados.

Presente em nove países, nas Américas, Europa e Ásia, sua estrutura conta com 12

unidades industriais localizadas no Brasil, Estados Unidos, México, Uruguai e


Venezuela e escritórios comerciais na Argentina, Bélgica, Brasil, China, Colômbia,

Estados Unidos, México, Uruguai e Venezuela.


Óxido de Etileno

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