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Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
Etileno
Mestrado Integrado em Engenharia Química
Projeto FEUP - Equipa 8031
Estudantes & Autores:
Ana Rita Almeida [email protected]
Ana Sofia Alves [email protected]
Catarina Neves [email protected]
Cristina Caeiro [email protected]
Marcelo Parente [email protected]
Maria Helena Aguiar [email protected]
Mariana Romão [email protected]
1ºSemestre 2015/2016
Supervisor: João Bastos Monitor: Tiago Vilas Boas
Projeto FEUP Etileno 2
Resumo
O tema que nos foi entregue pela unidade curricular foi o Etileno. Para tal
começamos por fazer uma pesquisa o mais diversificada possível com o objetivo de
armazenar uma grande quantidade de informação fiável e relevante. Assim baseamos a
nossa recolha de informação tanto em livros técnicos como em páginas web.
Com este trabalho pretendemos dar a conhecer a importância do etileno tanto a
nível industrial como no nosso dia-a-dia.
Assim sendo, procuramos ser o mais claros e concisos para que a informação
seja compreendida por todo o tipo de intervenientes.
Ao longo do nosso relatório iremos sintetizar informações relevantes acerca do
tema: processos de fabrico do etileno, usos e aplicações, mercados de venda deste
composto, bem como frisar uma experiencia relacionada com este componente.
Projeto FEUP Etileno 3
Palavras-Chaves
Etileno;
Química;
Indústria;
Mercados;
PEBD;
PEAD;
Reações;
Infoliteracia;
Polímeros.
Agradecimentos
Ao longo deste trabalho recebemos o apoio incondicional do nosso monitor
Tiago Vilas Boas que sempre se mostrou prestável e disponível para nos tirar as dúvidas
que eventualmente surgissem.
Também gostaríamos de agradecer ao Sr. Professor João Bastos pelo auxílio
prestado durante as aulas de Projeto FEUP.
Bem como à Srª. Professora Margarida Bastos pelo esclarecimento de dúvidas
sobre a indústria do Etileno.
Projeto FEUP Etileno 4
Índice Introdução ..................................................................................................................................... 6
Teoria ............................................................................................................................................ 7
Processos químicos do etileno .................................................................................................. 7
Processos de fabrico do PEBD e do PEAD ................................................................................. 7
Usos e aplicações ...................................................................................................................... 9
Mercado Mundial .................................................................................................................... 10
Mercado Nacional ................................................................................................................... 11
Conclusões .................................................................................................................................. 12
Lista de Referências Bibliográficas .............................................................................................. 13
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Lista de figuras
Figura 1………………………………………………………………………………...8
Figura 2…………………………………………………………………………….…..8
Figura 3……………………………………………………………………….…......…9
Figura 4…………………………………………………………………………….....11
Glossário
Alifático: cadeia aberta
PEAD: polietilenos de alta densidade
PEBD: polietilenos de baixa densidade
Co-monomeros: junção de dois monómeros
Homopolímeros: “Termo da química que designa os polímeros que são
formados por quantidades iguais de polietileno (monómeros).”
Copolímero: “um plástico formado por diferentes monómeros.”
Alfa-olefinas: “família de compostos orgânicos os quais são olefinas ou
alquenos com fórmula química CxH2x”
Infoliteracia: conjunto de conhecimentos e competências no domínio da
informação, que permite recolher informação tendo a capacidade de avalia-la,
usa-la e comunica-la de forma ética e eficaz.
GPL: gás de petróleo liquefeito
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Introdução
O Etileno é um hidrocarboneto e, como tal, é constituído somente por átomos de
Carbono e Hidrogénio. No caso particular desta molécula temos presentes 2 átomos de
Carbono e 4 de Hidrogénio. Isto significa que estamos perante um alceno, cuja fórmula
é do tipo CnH2n, sendo o n maior ou igual a 2.
Tal como todos os alcenos, estes compostos possuem menos 2 átomo de
Hidrogénio relativamente aos alcanos a que correspondem. Quer isto dizer que muitas
vezes podemos obter os hidrocarbonetos insaturados partindo de hidrocarbonetos
saturados, através do processo de cracking. Sendo esta a razão pela qual os designamos
de insaturados. Este fator permite que as ligações agora vazias possam ser preenchida
por outros átomos, sendo estes átomos de hidrogénio ou de outro qualquer elemento.
Contudo, dependendo do elemento que estabelece a ligação, vão sendo atribuídas
propriedades químicas diferentes à molécula.
Também conhecido como eteno, é o hidrocarboneto alifático mais simples da
família dos alcenos. A sua fórmula molecular é CH2=CH2, estabelecendo uma ligação
covalente dupla Carbono-Carbono. Desta forma, a molécula torna-se estável, havendo
uma partilha de eletrões entre os átomos envolventes. [1]
Devido à sua estrutura, ou seja, à reorganização dos átomos de forma a
adquirirem uma dimensão o mais estável possível, vão formar-se entre os átomos de
Carbono e Hidrogénio ângulos de aproximadamente 120º. Esta reorganização dos
átomos vai então formar um arranjo Trigonal. Isto porque os átomos com um maior
volume tendem a afastar-se devido às repulsões eletrónicas existentes. [2]
Uma das suas características é o seu odor doce sendo também um gás bastante
inflamável. [3]
Para além disso, devido ao simples facto de ser tão fácil transformar o composto
insaturado no Etano, as suas estruturas apresentam grandes semelhanças.
Projeto FEUP Etileno 7
Teoria
Processos químicos do etileno
A principal forma de obtenção do etileno é recorrendo à indústria petroquímica.
Para tal, as refinarias de petróleo recorrem ao processo de craqueamento catalítico, onde
as moléculas de maior dimensão se vão dividindo dando lugar a moléculas de
dimensões menores. [4]
Contudo, esta não é a única maneira de obtenção deste composto. Podemos
encontrá-lo em determinadas plantas, onde desempenha uma função de hormona
vegetal, sendo o principal responsável pelo amadurecimento dos frutos.
Esta propriedade permite aos produtores minimizar as perdas neste sector
alimentar, pois podem forçar o amadurecimento dos frutos recorrendo a ambientes que
contenham este gás. [5]
Processos de fabrico do PEBD e do PEAD
Com base no seu processo de fabrico original, os polietilenos podem ser divididos
em dois grandes grupos de materiais: de alta pressão e de baixa pressão. Contudo, é
mais frequente a sua divisão em classes com base na densidade do polímero. [6]
Polietileno de baixa densidade
O polietileno de baixa densidade (PEBD) foi a primeira poliolefina termoplástica
utilizada comercialmente. O PEBD foi descoberto por acaso em 1933, sendo
rapidamente utilizado para revestimento de cabos elétricos para radares durante a
guerra. Este composto juntamente com o polietileno de alta densidade (PEAD) oferece
uma combinação de baixo custo, facilidade de fabrico e equilíbrio de propriedades
físicas, substituindo o papel, metal, madeira e outros materiais de construção. O PEBD
tem uma variedade de aplicações, tais como a película, revestimento, moldagem, e
isolamento de fios e cabos. Uma das razões para a sua vasta gama de utilidade é a sua
estabilidade térmica e baixa toxicidade. O processo de fabrico do PEBD é considerado
único havendo a polimerização por radicais livres, a pressões que atingem as 200 atm,
formando grandes quantidades de ramificação de cadeia longa. A ramificação de cadeia
longa leva um comportamento incomum tanto a nível de cisalhamento como de
extensão. [7]
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Polietileno de alta densidade
O polietileno (PE) é um dos plásticos mais utilizados no mundo sendo o polietileno
de alta densidade (PEAD) o tipo mais utilizado. O polietileno de alta densidade obtém-
se mediante a polimerização do etileno a baixa pressão. Este composto inclui
homopolímeros de etileno e também os co-polímeros de etileno e alfa-olefinas. O
processo de produção utilizado é constituído por dois reatores que possibilitam a
obtenção de produtos bimodais. Esta característica permite o desenho de produtos com
propriedades mecânicas e características de processamento variadas, especialmente
adequadas a cada aplicação a que se destina. O PEAD tem uma massa volúmica
superior a 0,94 g/dm3.
A Figura 2 mostra como a procura de PEAD nos Estados Unidos se desenvolveu
historicamente desde sua invenção em 1951. [5] [9]
Figura 2 Consumo de PEAD nos estados unidos por ano. (Data from © Nexant, Inc. 2015.) [10]
Figura 1 Tubos de revestimento feitos através de polietileno de baixa densidade. [8]
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Usos e aplicações
O uso do etileno tem variadas aplicações, desde a nossa casa até a nível
industrial.
Na indústria este é utlizado tanto para produção de plásticos como para ajudar no
amadurecimentos dos alimentos, processo que tem lugar na indústria alimentar.
Como este gás permite a produção de diversos derivados bastante utilizados no
ramo industrial, entre os quais o polietileno, este composto permite que se produzam os
plásticos mais utilizados no nosso dia-a-dia, como é o caso dos plásticos das nossas
garrafas de água e de sumo, embalagens de produtos farmacêuticos e de alimentos e
outros tipos de embalagens, sacos de plástico, toalhas de mesa, cortinas para as
banheiras, peliculas plásticas, revestimento de fios, cabos e tubos, brinquedos e
utensílios de uso doméstico.
Para além das aplicações acima referidas, o etileno também pode ter um uso
biológico, como comprovado na seguinte experiência: “Efeito da aplicação de etileno na
qualidade pós-colheita de frutos de pimentão vermelhos e amarelos”. A concentração do
gás utilizado foi de 120 uL/L e as espécies dos pimentões em experiência foram o
pimentão vermelho (Rubia R) e o pimentão amarelo (Prador R).
Os efeitos do etileno foram diferentes consoante as várias colheitas. No
pimentão “Rubia” o etileno acelerou o seu amadurecimento completo de 4,7 a 6,4 dias.
Já para as colheitas dos pimentões amarelos, a mesma dose deste gás não teve o mesmo
efeito, ou seja, não acelerou o amadurecimento dos frutos colhidos com 10% a 30% de
cor. É importante notar que a sua maturação só foi feita entre os 4,7 e os 5,2 dias após a
sua colheita.
Para além da sua colheita, o estado de amadurecimento é fundamental para que
etileno possa atuar no aparecimento da cor dos frutos. Durante o estudo observou-se que
a aplicação do etileno não tinha qualquer tipo de efeito em frutos que não tinham sinais
de clorofila. [11]
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Figura 3 – diferentes tipos de aplicações do etileno no nosso quotidiano e a nível
industrial [12]
Mercado Mundial
A nível mundial existem 10 empresas com uma elevada capacidade de produção
de etileno, entre as quais encontramos a SHELL, Sabic, ExxonMobil.
A nafta é o principal componente do etileno, ocupando 52% da sua composição.
Isto deve-se ao facto da nafta ser um componente de fácil transporte.
Contudo, ao longo do tempo, a indústria tem optado por utilizar o etano como
matéria-prima para a produção do etileno, uma vez que este é economicamente mais
rentável.
Através da análise de dados de estudos realizados conseguiu-se concluir que as
regiões que mais produzem, e mais consomem, este tipo de produto localizam-se na
América do Norte, Europa Ocidental e Nordeste Asiático.
Devido ao avanço da produção de etileno, inúmeras empresas mundiais
planeiam agora construir as suas bases em regiões tais como a Ásia e Medio Oriente, de
maneira a rentabilizar a sua atividade, aumentando significativamente a quantidade
deste composto. [13] [14]
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Mercado Nacional
O Complexo Industrial de Sines, que é o maior produtor a nível nacional, tem na
sua base diversas indústrias petroquímicas entre as quais SHELL, Artlant, Repsol YPF,
Galp entre outras.
Este complexo encontra-se em constante crescimento desde a sua aquisição.
Atualmente possui as seguintes infra-estruturas:
Steam-Cracker, que é o principal método de produção de eteno, com uma
capacidade anual de produção de 410.000 toneladas de etileno, sendo 30%
exportado.
Para além do steam-cracker o etileno pode também ser produzido pelo cracking
onde a nafta, obtida da refinação do petróleo e frações de GPL como o propano e
o butano constituem a principal matéria-prima do cracker. Aqui, mediante
processos térmicos, obtêm-se diferentes componentes, predominantemente,
etileno e propileno. Estes produtos são utilizados como matérias-primas para a
produção de polímeros nas fábricas de poliolefinas, sendo o restante exportado.
Possui também uma fábrica de Polietileno de Baixa Densidade (PEBD), com
uma capacidade de 145.00 toneladas, assim como uma de Polietileno de Alta
Densidade (PEAD), com capacidade de 150.000 toneladas. [15]
Figura 4 Refinaria de Sines [16]
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Conclusões
O etileno ao longo do tempo foi ganhando mais importância tanto na indústria
como nas funções mais básicas do nosso quotidiano, sem que nos apercebamos disso.
Isto porque faz parte da composição de diversos produtos de que necessitamos
diariamente.
Hoje em dia, o etileno tem uma grande importância a nível do mercado, tanto
mundial como nacional, pois é um fator bastante importante no desenvolvimento
económico, tecnológico e científico.
Por isso mesmo, existem diversas regiões destinadas à sua síntese. Contudo
estão continuamente a ser elaborados diversos projetos que permitirão aumentar a
produção deste gás, através da construção de novas bases petroquímicas por todo a
globo.
Só assim será possível fazer frente à sua taxa de utilização pelos consumidores
mundiais que diariamente recorrem a este composto para a produção de diversos
objetos, bem como para a realização de algumas funções na indústria.
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Lista de Referências Bibliográficas
[1] "Grande Enciclopédia Do Conhecimento." edited by Círculo de Leitores,
989.
[2] R. Morrison, R.Boyd Química Orgânica. 13º ed. Novembro 1996.
[3] Nova Enciclopédia Larouse. [in Português]. 3894 ed. 22 vols. Vol. 9.
[4] "Grande Enciclopédia Das Ciências - Química."
[5] Fogaça, Jennifer Rocha Vargas.
http://www.alunosonline.com.br/quimica/etileno-ou-eteno.html.
[6] Jeremic, D. " Polyethylene." In Ullmann’s Encyclopedia of Industrial
Chemistry, edited by Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA., 2000.
[7] Maraschin, N. "Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology." John
Wiley & Sons, Inc., http://www.repsol.com/pt_pt/corporacion/conocer-
repsol/nuestra-actividad/downstream/Co.
[8] FreelinWade.
[9 ] DesLauriers, M.P. and P.J. "Hdpe. Kirk Encyclopedia of Chemical
Techonoly." John Wiley & Sons, Inc.
http://www.repsol.com/…/corp…/conoceractividad/downstream/Co,McDaniel.
[10] © Nexant, Inc. 2015
[11] CERQUEIRA-PEREIRA EC; PEREIRA MA; MELLO SC; JACOMINO
AP; TREVISAN MJ; DIAS CTS. 2007. Efeito da aplicação de etileno na
qualidade pós-colheita de frutos de pimentão vermelhos e amarelos.
http://www.scielo.br/pdf/hb/v25n4/a19v25n4.pdf
[12] Bastos, Sebenta Química Orgânica Prof. Margarida
[13] Díaz, Julián. "Análisis De La Industria De Etileno "
(http://pt.scribd.com/doc/142721962/An-ilisis-de-la-Industria-de-Etileno-
FF#scribd )
[14] Braskem. http://www.braskem-ri.com.br/o-setor-petroquimico#mercpetro.
[15] REPSOL. http://www.repsol.com/pt_pt/corporacion/conocer-
repsol/nuestra-
actividad/downstream/ComplexoSines/Repsol_Polimeros/DescricaoGeral/Descr
icaoGeralComplexo.aspx
[16] revistame.wordpress.com
Curiosidade: No passado acendiam-se fogueiras perto das plantações para estas
amadurecerem mais rápido. Em 1934, descobriu-se, na Inglaterra, que as fogueiras
também libertam etileno sob forma de gás.
