obtenção de eteno para produção de polietileno

1TRABALHO INTERDISCILINAR DIRIGIDO IINSTITUTO POLITCNICO Centro Universitrio UNA

OBTENO DE ETENO PARA PRODUO DE POLIETILENO

CURSO: Engenharia Qumica Professor TIDIR: Juliana CapanemaE. F. S. Pereira, G. R. Dias, L. L. Santos, L. G. Torres, T. D. Osarque, T. M. Pontes

RESUMOO plstico possui hoje um papel relevante na sociedade global. Estima-se que a produo atual determoplsticos no mundo seja da ordem de 180 milhes de toneladas ao ano. Deste total, opolietileno (PE), o polmero que ser avaliado nesse trabalho, representa a maioria, comaproximadamente 40% da produo (CMAI, 2010). O polietileno verde surgiu em 2010 como umaalternativa sustentvel ao plstico convencional fssil por prover de fonte renovvel (cana-de-acar).

PALAVRAS-CHAVE:etanol, eteno, polietileno verde, polietileno fossil.1 - INTRODUO:O plstico possui hoje um papel relevante na sociedade global. Sua presena percebida facilmente nomeio domstico e profissional atravs de diversos utenslios. Estima-se que a produo atual determoplsticos no mundo seja da ordem de 180 milhes de toneladas ao ano. Deste total, o polietileno (PE),o polmero que ser avaliado nesse trabalho, representa a maioria, com aproximadamente 40% da produo(CMAI, 2010).

Com o aumento da importncia e relevncia da sustentabilidade, a limitao cada vez maior dadisponibilidade de matria prima fssil e a alta dos preos do petrleo, houve uma motivao a busca dodesenvolvimento de polmeros provenientes de fontes renovveis.

A Braskem, empresa brasileira, desenvolveu em 2010 o primeiro polietileno derivado do etanol da cana-de-acar e certificado mundialmente.

Esse novo polietileno surgiu recentemente como uma alternativa sustentvel ao plstico convencional basefssil por prover de fonte renovvel (cana-de-acar), e tem mostrado grande potencial.

O objetivo comparar o polietileno comum e o polietileno verde, focando em sua principal diferena: aobteno de eteno. E com isso, avaliar como cada um se posiciona no cenrio ambiental, pois vivemos hojea Era do Plstico.

Essa comparao se efetuar avaliando como cada um se posiciona no mbito da sustentabilidade, atravsde grficos que mostraro os nveis de carbono sequestrado e emitido por cada um dos processos deproduo.

2 - REFERENCIAL TERICO:O eteno derivado do etanol obtido atravs da desidratao cataltica. J o derivado do petrleo, obtidoatravs do craqueamento trmico de seus derivados, ja processo de polimerizao igual para os dois tiposde polietileno.

2.1. Produo do Eteno VerdeA produo cataltica do etanol produz preferencialmente eteno e ter etlico.A reao global para a desidratao do etanol :

C2H5OH C2H4 + H2O

2 uma reao endotrmica e absorve 390 cal/g de eteno formado, tendo como principais parmetrosinfluenciadores do processo o catalisador, a presso, a temperatura, o tempo de residncia e a diluio deetanol no vapor (KOCHAR, MERIMS e PADIA, 1981).

O uso de catalisadores um fator importante para a viabilidade da produo do etileno. Os mais utilizadosso catalisadores de alumina.

O etanol misturado inicialmente com uma corrente pr-aquecida de vapor. Esta mistura passa atravs deuma fornalha, elevando sua temperatura a um nvel desejado. Aps, a corrente etanol + vapor dgua inserida no reator onde ocorrer a desidratao cataltica.

O processo endotrmico, por isso, a utilizao de vapor dgua como fluido inerte de aquecimento naproporo de 2:1 a 3:1 (vapor:etanol) para o transporte do etanol aumenta a massa de troca trmica dacorrente e faz com que a diminuio de temperatura do reator seja mais bem controlada. Este controle importante porque a formao do eteno altamente favorecida acima de 360oC enquanto, abaixo de 300oCobserva-se elevada produo de ter etlico e isso indesejado. Alm disso, o uso de vapor dguamisturado corrente de etanol faz com que haja reduo na formao de coque sobre o catalisador(BARROCAS e LACERDA, 2006).

A temperatura de reao uma varivel crtica desta fase do processo, pois observa-se a converso deetanol acima de 99% e seletividade molar de eteno entre 97 e 99% para temperaturas de entrada do reatorentre 450 a 500oC. Nveis superiores a esses no oferecem melhorias de converso, porm temperaturasmais baixas (< 350oC) favorecem a formao de ter etlico, reduzindo significativamente o rendimento dareao desejada (KOCHAR, MERIMS e PADIA, 1981).

H a formao de alguns coprodutos, gerados por reaes paralelas durante o processo. Esses so tratadose/ou reciclados posteriormente. Esta pequena parcela formada em sua maioria por acetaldedo,hidrognio, cido actico, CO, CO2, etc. (MORSCHBACKER, 2008).

FIGURA 1 : Diagrama simplificado da produo de eteno verde.

2.2 PurificaoAps a reao de desidratao, ocorre a purificao do eteno bruto, pois para a produo de polietilenoverde a pureza do eteno deve ser superior a 99,9%.

O eteno bruto purificado em uma sequncia de operaes, comeando com um resfriamento rpido dacorrente de reao em uma torre de quench para remover a maior parte da gua formada e as substnciascondensveis polares, como o etanol no-reagido e pequenas quantidades de acetaldedo e cido actico. Acorrente de eteno que deixa o topo da torre de quench, contendo outros contaminantes menores, entotratada de acordo com a pureza desejada para o produto final.

Em um processo preferencial para obteno de eteno grau polmero, a corrente segue o processo depurificao entrando numa torre de lavagem com NaOH para retirada de CO2 e, aps, passa por um leitodessecante para obteno de eteno grau qumico, com pureza acima de 99%. A ltima etapa consiste emfracionar esta corrente atravs de destilao criognica, obtendo-se monmero grau polmero. Os efluentesgerados nesse processo contm principalmente acetaldedo, dietil ter e etanol no-reagido(MORSCHBACKER, 2008).

32.3 Produo do Eteno ComumO eteno (C2H4) um produto obtido a partir do craqueamento da nafta em fornos de pirlise - onde essamatria-prima, que lquida em condies normais, torna-se gs sob temperatura e presso elevadas.A produo comea com o craqueamento, no qual a nafta aquecida causando o rompimento dasmolculas de nafta de cadeias longas a se romperem em molculas de cadeias curtas ou seremtransformadas em outras molculas em forma gasosa. Os gases assim produzidos so resfriados e, ento,mediante um processo de destilao, os materiais mais pesados (resduo de pirlise, gasleo de pirlise, egasolina de pirlise) so separados dos gases mais leves. Os produtos resultantes so, ento, enviadospara a unidade de fracionamento criognico e purificao, onde so destilados para a recuperao de etenoe propeno de alta pureza.

2.4. PolimerizaoA polimerizao do eteno ocorre por adio. A ligao dupla original do monmero etileno quebrada paraformar ligaes simples e, portanto, ligar meros adjacentes.

FIGURA 2: Representao esquemtica da polimerizao por adio do polietileno

A molcula origina seus pontos de reao pela ruptura de duplas ligaes e formao de duas ligaessimples, portanto a polimerizao ocorre sem a formao de subprodutos.A reao de polimerizao deveser acelerada pela aplicao de calor, luz, presso ou um catalisador.A equao para a reao de polimerizao pode ser descrita como:

FIGURA 3: Equao da reao de polimerizao.

As pontas da cadeia so arrematadas por ligaes de carbono-hidrognio ou qualquer outra, de forma queos carbonos laterais tenham quatro ligaes.

3 - MATERIAIS E METODOS:A comparao entre os processos ser demonstrada atravs de uma maquete criada pelo grupo e umbanner.Estes sero construdos a partir da elaborao de um fluxograma (apresenta-se no APENDICE A) e osmateriais utilizados sero basicamente materiais reciclados.

4 - RESULTADOS EXPERIMENTAIS:Podemos observar que os problemas ambientais enfrentados atualmente motivaram mais investimento edemanda por aes de cunho ambiental. Os biopolmeros se apresentam como uma inovao e alternativasustentvel no mundo dos plsticos.

3









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4Foi observado, que o polietileno verde, polmero de fonte renovvel, recentemente produzido pela Braskem,se enquadra perfeitamente nesse cenrio e por isso, apresenta significativo potencial de crescimento. Esteapresenta inmeras vantagens em relao ao comum, uma vez que alm de ser obtido atravs de fonterenovvel, seu processo produtivo captura cerca de 2,5 toneladas de CO2 enquanto o polietileno comumemite essa mesma quantidade para a atmosfera.

FIGURA 4: Grfico da quantidade de CO2 em toneladas emitidas/capturadas em relao a quantidade de PE em toneladas

A reta da funo sequestro representa o processo de sequestro carbono, que a cada 1ton. de PE. verdeproduzido, retirado 2,5ton. de CO2 da atmosfera.A reta da funo emisso representa a liberao de 2,5ton. de CO2 na atmosfera, a cada 1ton. de PE.comum produzido.

Outro fato que devemos ressaltar que, para produzir uma tonelada de polietileno necessria 30toneladas de petrleo ou 27,5 toneladas de cana-de-acar. Ou seja, em grandes propores ser mais

vantajoso financeiramente produzir polietileno atravs da cana, em relao ao valor do petrleo.Futuramente, visvel que a produo de eteno verde se tornar mais vivel, uma vez que o petrleoe uma fonte escassa e esgotvel.

0

1

2

3

4

5

6

0 0,5t

05

101520253035

Petrleo

X Quantidade de PE em toneladas

Quantida

dede

CO2em

toneladas

X Tipo de Polietileno

Quantida

dede

matria-

prima emtoneladas

paraproduode

1tonelada dePE

4

Foi observado, que o polietileno verde, polmero de fonte renovvel, recentemente produzido pela Braskem,se enquadra perfeitamente nesse cenrio e por isso, apresenta significativo potencial de crescimento. Esteapresenta inmeras vantagens em relao ao comum, uma vez que alm de ser obtido atravs de fonterenovvel, seu processo produtivo captura cerca de 2,5 toneladas de CO2 enquanto o polietileno comumemite essa mesma quantidade para a atmosfera.





0,5t 1t 1,5t 2t

Emissso

Sequestro

Petrleo Cana-de-Aucar


Quantida

dede

CO2em

toneladas


Quantida

dede

matria-

prima emtoneladas

paraproduode

1tonelada dePE

4

Foi observado, que o polietileno verde, polmero de fonte renovvel, recentemente produzido pela Braskem,se enquadra perfeitamente nesse cenrio e por isso, apresenta significativo potencial de crescimento. Esteapresenta inmeras vantagens em relao ao comum, uma vez que alm de ser obtido atravs de fonterenovvel, seu processo produtivo captura cerca de 2,5 toneladas de CO2 enquanto o polietileno comumemite essa mesma quantidade para a atmosfera.





FssilVerde

Emissso

Sequestro


Quantida

dede

CO2em

toneladas


Quantida

dede

matria-

prima emtoneladas

paraproduode

1tonelada dePE

5FIGURA 5: Grafico da quantidade de matria prima necessria em toneladas para produo de 1 tonelada de Polietileno.

O esquema a abaixo revela o processo da produo de polietileno, provido da matria prima fssil e verde,enfatizando onde h o encontro dos dois tipos.Em ambos os processos, desidratao e craqueamento o produto final comum aos dois, o eteno, pormverde ou fssil. A partir dessa etapa o processo o mesmo, tanto para a polimerizao do eteno verdequanto a do fssil, seguidos de extruso e a transformao em produto final.

FIGURA 3: Fluxograma de produo do Polietileno Fossil/Verde.

5 - CONCLUSO:Os problemas ambientais enfrentados atualmente motivam a busca por aes e investimentos de cunhoambiental. Com isso, o polietileno verde se apresenta como uma alternativa sustentvel no mundo dosplsticos, uma vez que provm de fonte renovvel e apresenta as mesmas caractersticas do polietilenobase fssil.

Esse biopolmero, produzido a partir do etanol da cana-de-acar, vem se destacando por apresentarcompetitividade de custos e por ser reconhecido internacionalmente pelos seus benefcios ambientais, umavez que sua produo contribui para a reduo de gases do efeito estufa. Alm disso, o PE Verde, porapresentar as mesmas caractersticas do polietileno convencional, torna-se um grande facilitador dasempresas no acesso a esse mercado.

O polietileno verde se mostra bastante vivel em relao a sua produo principalmente aqui no Brasil, umavez que o pas apresenta-se como um dos maiores produtores de cana-de-acar e possumos bastantesreas agricultveis.

Ainda h muitos desafios para que os biopolmeros no geral se tornem um mercado de escala global econsequentemente tenham seus efeitos ambientais potencializados. Fatores envolvendo a evoluotecnolgica dos processos e produtos sero chaves no desenvolvimento desse mercado. Outro fator avalorao correta deste novo produto dever gerar atratividade a todos os elos da cadeia e ser fundamentalpara viabilizar novos investimentos e alavancar a demanda.

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FIGURA 5: Grafico da quantidade de matria prima necessria em toneladas para produo de 1 tonelada de Polietileno.







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FIGURA 5: Grafico da quantidade de matria prima necessria em toneladas para produo de 1 tonelada de Polietileno.







66 - REFERNCIA BIBLIOGRFICA:BARROCAS, Hlio Valladares; LACERDA, Antonio Igncio. Processo para produo de eteno a partir dolcool etlico. Instituto Nacional da Propriedade Industrial. Patente PI 0601803-3 A. Maio, 2006.

KOCHAR, N. K.; MERIMS, R.; PADIA, A. S. Ethylene from Ethanol. Chemical Engineering Progress,AIChE, 1981, 6, 66-70, 77.

MORSCHBACKER, Antonio. Bio-Ethanol Based Ethylene. Centro de Tecnologia e Inovao. Braskem S.A.Porto Alegre, 2008.

LEONARDI, Paulyne Leifeld. Introduo de Matrias-Primas Renovveis na Matriz Petroqumica doCOMPERJ. Programa EQ-ANP. Fevereiro, 2009.

CARMO, Roberto Werneck; BELLOLI, Rodrigo; MORSCHBACKER, Antonio. Polietileno Verde. Instituto deTecnologia de Alimentos. ISSN2175-5000. Janeiro/ Fevereiro/Maro, 2012.

MONTENEGRO, Ricardo S Peixoto; PAN, Simon Shi Koo. Gs Natural como Matria-Prima para aProduo de Eteno no estado do Rio de Janeiro. BNDES. Setembro, 2000.

BASTOS, Valria Delgado. Desafios da Petroqumica Brasileira no Cenrio Global. BNDES. Maro,2009.

BELLOLI, Rodrigo. Polietileno Verde do Etanol da Cana-de-acar Brasileira: Biopolmero de classemundial. Universidade Federal do Rio Grande do Sul. 2010.

7APENDICE A:

7

APENDICE A:

7

APENDICE A:

8APENDICE B:

#include using namespace std;int main (){

/* Declarando as Variaveis */int menu1 = 0, menu2, hectares, i , x;float cana_de_acucar, etanol, eteno_verde, pe_verde, sequestro_co2 = 0, pe_verde_produzido, dia[7],

media = 0, soma = 0;

/* Utilizacao do while para retornar ao menu inicial */while(menu1 == 0){do /* Utilizacao do Do-While para informar da opcao no menu. */{cout

11

hectares;cout

12

if (menu1 == 8) /*Amostra das moleculas*/{

cout

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