processos petroquímicos - produção de Óxido de etileno, Ácido acético e acetato de vinila

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Produção de Óxido de Etileno, Ácido Acético (Rota Alcoolquímica vs Petroquímica) e Acetato de Vinila e Tecnologias

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  • 1. P UNIVE Program A RSIDA ma de Bioco HOR AVAL P ADE FE ESCO Ps-G ombust RACIMA IA PETR RI EDERA LA DE Gradua tveis e AR PINH O DE OQU O DE JA 2011 L DO R QUMI ao em e Petro HEIRO C PRO MICO ANEIRO 1 RIO DE ICA m Eng oqum COTRIM CESS OS II E JANE genhar ica M SOS EIRO ia de
  • 2. HORACIMAR PINHEIRO COTRIM AVALIAO DE PROCESSOS PETROQUMICOS II Trabalho apresentado ao Programa de Ps-Graduao em Engenharia de Biocombustveis e Petroqumica, Escola de Qumica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, como requisito aprovao na disciplina de Processos Petroqumicos II. Prof. D. Sc. Maria Letcia Murta Valle RIO DE JANEIRO 2011
  • 3. i Sumrio Sumrio .....................................................................................................................................i Lista de figuras .........................................................................................................................ii PARTE I : Tecnologias de produo de xido de etileno ........................................................ 1 1. Introduo........................................................................................................................ 2 2. Produo de xido de etileno por oxidao direta........................................................... 4 1.1. Catalisador ................................................................................................................ 5 1.2. Matria-prima ............................................................................................................ 7 1.3. Condies de operao ............................................................................................ 7 1.4. Tecnologia de produo de xido de etileno............................................................. 8 1.4.1 Processo de oxidao por ar .................................................................................. 8 1.4.2 Processo de oxidao por oxignio...................................................................... 11 1.5. Perspectivas de mudana de tecnologia................................................................. 14 PARTE II : Produo de cido Actico: Rota Alcoolqumica vs Petroqumica...................... 19 1. Tendncias .................................................................................................................... 20 PARTE III : Produo de Acetato de vinila............................................................................ 22 1. Introduo...................................................................................................................... 23 2. Anlise de patentes ....................................................................................................... 26 Referncias............................................................................................................................ 31
  • 4. ii Lista de figuras Figura 1: Reao de produo de xido de etileno Rota da cloroidrina de etileno ............. 3 Figura 2: Reaes para produo EO Processo de oxidao direta................................... 4 Figura 3: Catalisadores usados na produo de xido de etileno (Espacenet) Elaborao prpria...................................................................................................................................... 6 Figura 4: Produo de xido de etileno pela oxidao por ar (EPA, 1986).......................... 10 Figura 5: Produo de xido de etileno pela oxidao por ar Processo Scientific Design (CHAUVEL, LEFEBVRE, 1989)............................................................................................. 11 Figura 6: Produo de xido de etileno pela oxidao por oxignio (EPA, 1986)................ 12 Figura 7: Produo de xido de etileno pela oxidao por oxignio Processo Shell (CHAUVEL, LEFEBVRE, 1989)............................................................................................. 13 Figura 8: Evoluo das patentes sobre produo de xido de etileno entre 1980-2011 elaborao prpria................................................................................................................. 14 Figura 9: Evoluo das patentes sobre produo de xido de etileno entre 1980-2011 elaborao prpria................................................................................................................. 15 Figura 10: Pases depositrios de patentes sobre produo de xido de etileno elaborao prpria................................................................................................................. 16 Figura 11: Principais empresas depositrias de patentes sobre produo de xido de etileno elaborao prpria.............................................................................................................. 17 Figura 12: rea de concentrao de aplicao das patentes em processo elaborao prpria.................................................................................................................................... 17 Figura 13: rea de concentrao de aplicao das patentes em catalisadores elaborao prpria.................................................................................................................................... 18 Figura 14: Evoluo de patentes e artigos publicados no perdo de 1980-2011 elaborao prpria.................................................................................................................................... 21 Figura 15: Distribuio das patentes depositadas por pas sobre produo de acetato de vinila entre 1980-2011 elaborao prpria ......................................................................... 24 Figura 16: Empresas depositrias de patentes sobre produo de acetato de vinila entre 1980-2011 elaborao prpria............................................................................................ 24 Figura 17: Evoluo de patentes sobre produo de acetato de vinila entre 1980-2011 elaborao prpria................................................................................................................. 26 Figura 18: Evoluo da rea de aplicao das patentes sobre produo de acetato de vinila entre 1980-2011 elaborao prpria .................................................................................. 27 Figura 19: rea de concentrao das patentes sobre catalisadores elaborao prpria.. 28 Figura 20: rea de concentrao das patentes sobre processo elaborao prpria ........ 28 Figura 21: Matria-primas utilizadas na produo de acetato de vinila elaborao prpria ............................................................................................................................................... 29 Figura 22: Catalisadores utilizados na produo de acetato de vinila elaborao prpria 30
  • 5. 1 PARTE I : Tecnologias de produo de xido de etileno
  • 6. 2 1. Introduo O xido de etileno (EO, de Ethylene Oxide), tambm conhecido como xido de eteno, 1,2-epoxietano, oxirano, um gs incolor e lquido inflamvel (KIRK e OTHMER, 1950). Mais de 99% de todo o xido de etileno produzido subsequentemente usado com um intermedirio qumico na produo de mono-, di-, e trietileno glicis, mono-, di-, e trietileno glicol ters, etanolaminas, agentes surfactantes ativos, e outros qumicos. Uma grande poro (aproximadamente 80% a 90%) usada cativamente pelos seus produtores para produzir estes derivados. Um razo para o uso cativo imediato porque o xido de etileno tem limitaes definitivas como uma mercadoria transportvel devido a consideraes de segurana (EPA, 1986). O etileno glicol (EG) o derivado principal do EO. O consumo de EO foi, no passado, largamente dependente do mercado do etileno glicol. O maior uso de etileno glicol como um anti-congelante automotivo. Ele tambm usado na produo de poli(tereftalato de etileno) (PET, de Polyethylene Terephthalate) na forma de filme de resina plstica e garrafas, e na produo de fibras de polister. As garrafas PET so usadas na indstria alimentcia de refrigerantes e foi aprovada para o uso na indstria de garrafas para licores (EPA, 1986). O xido de etileno tambm usado como um fumegante, esterilizante e inseticida. Ele particularmente til para a esterilizao de itens que poderiam ser danificados pela esterilizao trmica. Por exemplo, EO usado como um esterilizante nos campos de produtos de sade e mdicos; em bibliotecas, museus, laboratrios de pesquisa, produo de cosmticos, etc. (EPA, 1986). O xido de etileno foi descoberto por Wurtz em 1859 atravs da ao de lcalis sobre cloroidrinas de etileno, e recebeu este nome devido a certas analogias supostas entre suas propriedades e a de vrios xidos inorgnicos (KIRK e OTHMER, 1950). Ele foi produzido industrialmente em 1925 pela Union Carbide (atual Dow Chemical), e serviu como evidncia do desenvolvimento e produo dos Estados Unidos, que era de 7000 t/ano em 1930, e excedeu 2.500.000 t/ano em 1984 (CHAUVEL, LEFEBVRE, 1989).
  • 7. 3 Dois processos foram empregados para a produo do xido de etileno na dcada de 1970: Processo de oxidao indireta do etileno (com cloroidrina de etileno como um intermedirio) e o Processo de oxidao direta por ar ou oxignio (CHAUVEL, LEFEBVRE, 1989). Figura 1: Reao de produo de xido de etileno Rota da cloroidrina de etileno O processo da cloroidrina de etileno atualmente raramente utilizado para sintetizar o xido de etileno. Apesar do processo apresentar alto rendimento molar em relao ao etileno (80%), e relativamente baixos investimentos se comparado ao processo de oxidao direta, este processo so