Ricardo Alexandre Batista Obtenção do polietileno a partir de fontes renováveis Lorena 2013 Ricardo Alexandre Batista Obtenção do polietileno a partir de fontes renováveis Monografia apresentada à Escola de Engenharia de Lorena da Universidade de São Paulo para obtenção da Graduação em Engenharia Industrial Química. Área de concentração: Engenharia Química Orientadora: Profa. Dra. Jayne Carlos de Souza Barboza Lorena 2013 AGRADECIMENTOS À minha família, por sempre me apoiar e estar sempre ao meu lado, tanto nos momentos tristes, como nos momentos felizes. À Profa. Dra. Jayne Barboza, pela atenção, paciência e apoio durante o processo de realização da monografia. À Patrícia Verzeloni, por sempre estar ao meu lado e me ajudando nos momentos difíceis. À Escola de Engenharia de Lorena – EEL/USP, pela oportunidade de realização do curso superior de Engenharia Industrial Química. Ao Prof. Dr. Marco Antônio Pereira, por estar ao meu lado durante a graduação tornando-se um grande amigo e conselheiro. Ao Prof. Gerônimo Tagliaferro por participar do meu desenvolvimento acadêmico durante os anos da faculdade. Ao Guilherme Barbosa, que me deu a primeira oportunidade no mercado de trabalho. A todos os professores da Escola de Engenharia de Lorena – EEL/USP, que participaram da minha caminhada ao longo dos anos na faculdade, me desenvolvendo academicamente e pessoalmente. “A vitória está reservada para aqueles que estão dispostos a pagar o preço.” Sun Tzu Resumo BATISTA, A. R. Obtenção do Polietileno a partir de Fontes Renováveis. 2013. 84p. Monografia – Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo, Lorena. Atualmente observa-se um crescimento da preocupação da população mundial com questões que envolvem o meio ambiente. Juntamente com esse crescimento ocorre também um aumento da necessidade das pessoas buscarem conforto gerando um aumento do consumo de bens fabricados. O problema deste aumento de consumo de bens fabricados é para onde eles vão após serem utilizados. Uns dos principais resíduos descartados são os plásticos. Quase todo produto adquirido possui embalagens plásticas, a sacola de mercado que é utilizada para carregar as compras até a casa do consumidor, a embalagem de refrigerante, etc. A preocupação ambiental faz com que as pessoas busquem mais informações sobre o tema aumentando assim o rigor em relação às empresas que produzem os bens fabricados. Inicia-se assim, a busca das empresas por esse mercado de pessoas preocupadas com questões ambientais, os consumidores “verdes” e para conquistar esses consumidores é necessário que as empresas se tornem “verdes” também. As indústrias produtoras de plásticos começaram a procurar tecnologias inovadoras para substituir a atual. A maneira convencional de produção do polietileno (PE) é feita através da obtenção do etileno vindo do nafta, um subproduto do petróleo. A Dow Química e a Braskem inovaram e estudaram uma nova tecnologia para substituir a matéria prima não renovável, o petróleo, e para isso criaram o polietileno “verde”. Esse novo tipo de polietileno continua sendo feito pelos mesmos métodos convencionais, mas com uma diferença, seu monômero, o etileno, vem do etanol uma fonte renovável de matéria prima. Este trabalho visa mostrar a diferença na obtenção do polietileno convencional vindo do nafta e o polietileno “verde” a partir do etanol. Serão apresentadas também técnicas de produção do polietileno (PE), técnicas de reciclagem, como funciona o marketing “verde” de uma empresa multinacional. Palavras chave: Polietileno verde. Etanol. Reciclagem. Sustentabilidade. Abstract BATISTA, A. R. Obtaining the polyethylene from renewable sources. 2013. 84p. Monograph – Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo, Lorena, 2013. Currently there is an increasing concern of the world population with issues involving the environment. Along with this growth, there is also an increasing need for people to seek comfort generating an increased consumption of manufactured goods. The problem of this increase in consumption of goods manufactured is where they go after they are used. A major waste plastic are discarded. Almost every product purchased has plastic packaging, the bag market that is used to charge purchases to the consumer's home, the packaging of soda, etc. Environmental concern causes people to seek more information about the topic, therefore increasing the criticality of people for enterprises that produce goods manufactured. As soon began the search for companies that market of people concerned about environmental issues, consumers 'green' and to win these consumers is necessary for companies to become "green" too. The industries producing plastic began to seek innovative technology to replace the current one. The conventional way of producing polyethylene (PE) is obtained by means of the ethylene coming from naphtha, an oil product. Dow Chemical and Braskem studied and innovated new technology to replace non-renewable raw materials, oil, and it created the "green" polyethylene. This new type of polyethylene is still done by the same conventional methods, but with a difference, its monomer, ethylene, ethanol is a renewable source of raw material. This work aims to show the difference in getting the conventional polyethylene coming from naphtha and "green" polyethylene from ethanol. It is also presented technical production of the polyethylene (PE), recycling techniques, how the "green" marketing for a multinational company. Keywords: Polyethylene green. Ethanol. Recycling. Sustainability. SUMÁRIO 1. Introdução ........................................................................................... 12 2. Revisão Bibliográfica ......................................................................... 13 2.1 Macromoléculas ................................................................................................................... 13 2.2 Polímeros .............................................................................................................................. 14 2.3 Classificação dos Polímeros por Método de Obtenção ................................................ 15 2.3.1 Polímeros Sintéticos ................................................................................................... 15 2.3.2 Polímeros Naturais ...................................................................................................... 16 2.4 Classificação dos Polímeros por Características Tecnológicas .................................. 16 2.4.1 Polímeros Termoplásticos .......................................................................................... 16 2.4.2 Polímeros Termofixos ................................................................................................. 18 2.5 Classificação de Polímeros por método de Preparação ............................................... 19 2.5.1 Poliadição ..................................................................................................................... 19 2.5.2 Policondensação ......................................................................................................... 21 2.6 Polietileno ............................................................................................................................. 23 2.7 Tipos de Polietileno ............................................................................................................. 25 2.7.1 Polietileno de baixa densidade (PEBD ou LDPE) .................................................. 25 2.7.2 Polietileno linear de baixa densidade (PELBD ou LLDPE) ................................... 27 2.7.3 Polietileno de alta densidade (PEAD ou HDPE) .................................................... 28 2.7.4 Polietileno de ultra-alto peso molecular (PEUAPM ou UHMWPE) ...................... 29 2.7.5 Polietileno de ultra baixa densidade (PEUBD ou ULDPE) ................................... 30 2.8 Sustentabilidade .................................................................................................................. 30 2.8.1 Desenvolvimento Sustentável ................................................................................... 31 2.8.2 Marketing Verde .......................................................................................................... 33 2.9 Petróleo ................................................................................................................................. 34 2.9.1 Exploração e Perfuração ............................................................................................ 37 2.9.2 Produção ....................................................................................................................... 39 2.9.3 Principais processos na Refinaria ............................................................................ 40 2.10 Processo de refino do petróleo ......................................................................................... 45 2.11 Impactos Ambientais de uma Refinaria ........................................................................... 54 2.11.1 Emissões Atmosféricas .............................................................................................. 54 2.11.2 Descargas líquidas ...................................................................................................... 54 2.12 Obtenção do Eteno a partir de derivados do petróleo ................................................... 55 2.13 Indústria Alcooleira .............................................................................................................. 58 2.14 Produção do Etanol ............................................................................................................. 59 2.14.1 Colheita da cana-de-açúcar ....................................................................................... 61 2.14.2 Lavagem da cana-de-açúcar ..................................................................................... 61 2.14.3 Moagem e preparação do mosto fermentativo ....................................................... 62 2.14.4 Processo de fermentação .......................................................................................... 63 2.14.5 Processo de destilação fracionada ........................................................................... 64 2.14.6 Aspectos ambientais na obtenção do Etanol .......................................................... 65 2.15 Obtenção do Etileno a partir do Etanol ............................................................................ 66 2.15.1 Aspectos Ambientais .................................................................................................. 68 2.16 Produção do Polietileno Verde .......................................................................................... 69 3. Objetivo ............................................................................................... 70 4.1 Método .................................................................................................................................. 71 5 Resultados e Discussões .................................................................. 72 6 Conclusão ........................................................................................... 78 REFERÊNCIAS .............................................................................................. 80 SITES VISITADOS ......................................................................................... 82 LISTA DE FIGURAS Figura 1(a) - Polímero de Kevlar....................................................................................................... 14 Figura 1(b) - Hormônio Oxitocina. .................................................................................................... 14 Figura 2 - Representação da molécula de polímero em forma de anel. .................................... 15 Figura 3(a) - Nylon 6 e Nylon 6.6. ..................................................................................................... 16 Figura 3(b) - Poliestireno. ................................................................................................................... 16 Figura 4 - Fios de polímeros lineares que se mantêm isolados uns dos outros. ...................... 17 Figura 5(a) - Polietileno (PE). ............................................................................................................ 18 Figura 5(b) - Polipropileno (PP). ....................................................................................................... 18 Figura 5(c) - Poli (cloreto de vinila) (PVC) ....................................................................................... 18 Figura 5(d) - Policarbonato (PC) ....................................................................................................... 18 Figura 6 - Fios de polímeros que formam ligações cruzadas, retículos. .................................... 19 Figura 7(a) - Fenol-formaldeído (baquelite). ................................................................................... 19 Figura 7(b) - Epóxi (araldite). ............................................................................................................. 19 Figura 8 - Exemplo de reação em cadeia (poliadição). ................................................................. 21 Figura 9(a) - Etileno glicol .................................................................................................................. 22 Figura 9(b) - Representação de Hidroxiácido. ................................................................................ 22 Figura 10 - Reação de Policondensação. ....................................................................................... 23 Figura 11 - Reação de obtenção do polietileno (PE). .................................................................... 23 Figura 12 - Cadeia ramificada do PEBD. ........................................................................................ 26 Figura 13 - Cadeia ramificada do PELBD. ...................................................................................... 27 Figura 14 - Cadeia não ramificada do PEAD . ................................................................................ 28 Figura 15 - Intersecção de formação do desenvolvimento sustentável...................................... 33 Figura 16 - Acumulo de petróleo cru em bacias sedimentares .................................................... 35 Figura 17 - Sistema de perfuração de poços de petróleo. ............................................................ 39 Figura 18 - Torre de destilação atmosférica . ................................................................................. 48 Figura 19 - Torre de destilação a vácuo .......................................................................................... 49 Figura 20 - Coqueamento Retardado .............................................................................................. 51 Figura 21 - Processo de hidrocraqueamento catalítico (HCC) .................................................... 52 Figura 22 - Fluxograma de produção do etanol a partir da cana-de-açúcar.............................. 60 Figura 23 - Sistema de Moagem ....................................................................................................... 62 Figura 24(a) - Formação de Piruvato ............................................................................................... 64 Figura 24(b) - Formação de Etanol .................................................................................................. 64 Figura 25 - Obtenção do Etileno ....................................................................................................... 67 Figura 26 - Obtenção do Polietileno Verde ..................................................................................... 69 Figura 27 - Consumo Verde .............................................................................................................. 73 Figura 28 - Principais emissões atmosféricas liberadas no plantio de cana-de-açúcar .......... 77