Petróleo & Energia

13 de abril de 2017

Artigo Técnico: Processo assistido por micro-ondas para desidratação de etanol a etileno

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Publicado por: Quimica e Derivados
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    Texto:
    L. A. Jermolovicius, B. B. Mente, M. C. Martins, S. M. Yamaguchi,
    V. C. Sanchez, R. B. do Nascimento, E. R. de Castro, E. V. S. Pouzada,
    J. T. Senise,
    do Instituto Mauá de Tecnologia

    A produção de etileno tem como matéria-prima tradicional a nafta petroquímica e gases de refinaria ricos em etano. Durante os períodos em que o preço do petróleo alcançou valores muito elevados, buscou-se outra matéria-prima para essa produção, o etanol.

    As primeiras patentes em desidratação de etanol a etileno datam da década de 1980, mas, apenas a partir de 2006, o interesse industrial por essa via de obtenção se tornou expressivo. Hoje, há 247 patentes sobre o tema.[1] A evolução do número dessas patentes pode ser visualizada na Figura 1, que apresenta a evolução do número de patentes para etileno alcoolquímico. Note-se que essas patentes começaram a ser publicadas entre 1978 e 1990, com uma estagnação até 2006 e um grande volume de publicações até 2014, decaindo em seguida.

    Figura 1   Evolução do número de patentes publicadas sobre etileno alcoolquímico.[1]

    Química e Derivados, Artigo Técnico: Processo assistido por micro-ondas para desidratação de etanol a etilenoDentre essas patentes, destacam-se duas brasileiras, uma da Petrobrás[2] , de 1983, e outra da Braskem[3] , de 2011. Também merece destaque o Instituto Francês de Petróleo, com cinco patentes publicadas. As grandes vantagens auferidas pelo processo alcoolquímico foram a utilização de uma matéria-prima, na época, bem mais barata que o petróleo e a utilização de uma matéria-prima renovável.

    Hoje, com a queda do preço do petróleo e a entrada do gás de xisto como alternativa petroquímica, o processo alcoolquímico enfrenta o desafio de reduzir o custo operacional e elevar a produtividade. Dentro desse cenário, com foco em colaborar para melhorar a competitividade da produção alcoolquímica de etileno, desenvolveram-se estudos em escala de laboratório para viabilizar uma alternativa de processo incentivado por micro-ondas para a desidratação de etanol. Esse conceito, além de racionalizar o consumo de energia permitindo sua redução, elimina a geração de gases geradores de efeito estufa.

    Processo alcoolquímico tradicional para a produção de etileno

    O processo consiste em aquecer etanol absoluto sob temperatura da ordem de 200 a 500oC na presença de catalisador, tradicionalmente o ácido sulfúrico, para desidratação em fase líquida, e alumina para fase vapor.[4] Atualmente, várias opções de substâncias foram estudadas com essa finalidade.[5] A equação de desidratação de etanol a etileno é a apresentada a seguir.

    CH3-CH2-OH → CH2=CH2 + H2O

    Entretanto, a realidade desse processo é mais complexa, pois ocorrem trinta e seis reações secundárias, tanto em série quanto em paralelo.[6]

    Apesar da considerável formação de subprodutos, a natureza deles é bem mais amigável para a purificação do eteno formado, em comparação aos processos petroquímicos, como se pode observar no fluxograma da Figura 2 em que o efluente do reator, após ser resfriado, é alimentado por uma torre de absorção com água, eliminando compostos solúveis em água. Em seguida, o etileno passa por uma torre de absorção com solução de hidróxido de sódio para a remoção de gás carbônico e produtos ácidos e por uma coluna de secagem. O etileno assim preparado é purificado numa coluna de destilação obtendo-se o etileno grau polimerização como corrente intermediária da coluna. No topo, separam-se os subprodutos leves e, no fundo, os pesados.[7]

    Figura 2   Representação de um processo genérico de uma planta de produção de eteno.[7]

    Química e Derivados, Artigo Técnico: Processo assistido por micro-ondas para desidratação de etanol a etilenoNa literatura, os rendimentos em etileno publicados apresentam grandes variações;  por exemplo,  40% com catalisador de alumina, 50% com catalisador de óxido de cério [8], 41 % com zeólita HZSM5-25 e 99,8 % com zeólita HM20. [9]

    Por mais inovadora que seja a rota alcoolquímica, ela ainda se baseia nos conceitos tradicionais de processamentos químicos com aquecimento em fornos semelhantes aos petroquímicos, cujo ponto crítico é o alto consumo de combustíveis fósseis para manter a temperatura de reação. Consequentemente, a rota alcoolquímica em termos de geração de gases-estufa e de consumo de energia é análoga ao processo petroquímico de produção de eteno.

    Processos químicos assistidos por micro-ondas

    Na década de 1980, Gedye [10] e Guiguerre [11] publicaram, pela primeira vez, que reações orgânicas eram drasticamente aceleradas quando irradiadas por micro-ondas. Desde então, 9.562 artigos e 692 patentes foram publicados sobre o tema.[1, 12] A notável evolução das publicações ilustradas na Figura 3 confirma o expressivo interesse pela aplicação de micro-ondas a processos químicos.


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