1,2-Etandiolo (glicole etilenico, glicole monoetilenico, MEG), è prodotto dall’etene. Attraverso l’epossietano è usato per realizzare fibre in poliestere, resine e pellicole. Tuttavia è probabilmente meglio conosciuto per il suo utilizzo come refrigerante nelle macchine. L’1,2-Etandiolo è miscibile in acqua e ne abbassa il suo punto di congelamento, quindi per questo motivo è utilizzato come antigelo.

Impieghi del 1,2-etandiolo (glicol etilenico)

Il più importante utilizzo del diolo è comunque nella produzione dei poliesteri, in particolare il PET (polietilene tereftalato), utilizzato largamente per vestiti o per il confezionamento. Infatti, il 45 % del poliestere è utilizzato per le bottiglie (Global processing, 2016).

Un ulteriore importante utilizzo è come refrigerante nei motori. Nei motori moderni, il funzionamento ad alte temperature porta ad una migliore efficienza del carburante e ad una riduzione delle emissioni. L’acqua è di gran lunga il migliore refrigerante, avendo una bassa viscosità, un’alta capacità termica specifica e un’elevata conduttività termica. Il suo impiego è limitato a causa del suo punto di congelamento relativamente alto, basso punto di ebollizione e per la sua capacità di corrodere i metalli. L’1,2-Etandiolo mischiato con acqua fino al 60% in volume, forma una soluzione il cui  punto di congelamento scende fino a 223 K mentre il suo punto di ebollizione cresce. Questo comportamento è quello che lo rende utile come antigelo.

Il problema della corrosione è affrontato mediante degli inibitori della corrosione. Se si deve proteggere la ghisa, un semplice un aggiustamento del pH con idrossido di sodio e borato di sodio come tampone potrebbe essere sufficiente. Tuttavia i motori sono sistemi complessi costituiti da diversi metalli e leghe.  Gli inibitori sono costituiti da un certo numero di composti, ciascuno dei quali ha una particolare funzione. Un pacchetto tradizionale disponibile nel mercato europeo potrebbe contenere idrossido di sodio e borato di sodio per il controllo di pH da 7 a 9 (la corrosione è molto più lenta sotto condizioni alcaline), nitrato di sodio, silicato di sodio, toliltriazolo, un acido organico (come per esempio benzoico, sebacico o citrico), e qualche volta un composto che previene la formazione di schiuma.

La globalizzazione dell’industria automobilistica sta portando i produttori alla ricerca di una “refrigerante mondiale”, accettabile ovunque.

Produzione annuale del 1,2-etandiolo (glicol etilenico)

Mondo18 milioni di tonnellate
Europa5 milioni di tonnellate
Nord America3 milioni di tonnellate
U.S.A:1,1 milioni di tonnellate1
1. 2015, Business of Chemistry, American Chemistry Council, 2016

Produzione del 1,2-etandiolo (glicol etilenico)

L’epossietano, prodotto dall’etene, reagisce con l’acqua a formare l’1,2-etandiolo.

L’idratazione avviene in una varietà di condizioni, neutre, acido-catalizzate e base-catalizzate. Generalmente la reazione industriale viene effettuata in condizioni neutre oppure è catalizzata da un acido (0.5 % acido solforico), a 320-340 K, sotto pressione.

La formazione di omologhi superiori è inevitabile perché l’epossietano reagisce più velocemente con il diolo piuttosto che con l’acqua. Questo può essere minimizzato mediante l’utilizzo di un largo eccesso di acqua. Un eccesso molare pari a 20 volte non è insolito. In pratica fino al 90% dell’epossietano può essere convertito in 1,2-etandiolo. Recentemente sono state ottenute rese superiori al 93%.

Dopo aver lasciato il reattore, il prodotto è distillato a basse pressioni per rimuovere l’acqua che ritorna al reattore. 1,2-Etandiolo è poi purificato con una distillazione sottovuoto. Il calore proveniente dal reattore è utilizzato per riscaldare la colonna di distillazione.

Questo metodo di produzione è semplice ma possiede qualche svantaggio, come la necessità di materiali resistenti alla corrosione per l’impianto, la rimozione dell’acido dal prodotto e la distillazione di grandi volumi di acqua.

Recentemente è stato sviluppato un processo per convertire l’epossietano in 1,2-etandiolo con una resa di ben oltre il 99%. E’ basato sulla tecnologia di Mitsubishi Chemicals e ulteriormente sviluppato da Shell Chemicals.

La conversione dall’epossietano al diolo avviene di due passaggi. Prima l’epossido reagisce con l’anidride carbonica a formare 1,3-diossolan-2-one (carbonato di etilene):

Un composto organofosforico è utilizzato come catalizzatore.

Il carbonato di etilene viene quindi fatto reagire con l’acqua per formare 1,2-etandiolo e rigenerare l’anidride carbonica.

A prima vista, ci si potrebbe aspettare che il processo che si realizza in un unico passaggio dall’epossietano al diolo e possa essere più conveniente del processo a due passaggi che coinvolge l’anidride carbonica. Tuttavia, la selettività del processo di idratazione in un passaggio, in termini di produzione di 1,2-etandiolo piuttosto che altri sottoprodotti (dioli superiori), è al massimo il 93%. Con il processo a due passaggi, la selettività aumenta a oltre il 99.5%, la quale è sufficientemente elevata da non richiedere un ulteriore fase di purificazione del diolo dai sottoprodotti. Inoltre, una volta avviato il processo a due passaggi, l’anidride carbonica viene riciclata in modo molto efficiente.

Figura 2 Come per tutti i processi chimici utilizzati nell’industria, il passaggio dalle condizioni di laboratorio sulla scala dei grammi a un impianto industriale su vasta scala (scale up), in cui migliaia di tonnellate sono prodotte annualmente, è un lavoro molto accurato che impegna chimici e ingegneri chimici. Questa fotografia mostra un passaggio intermedio in cui un piccolo impianto, l’impianto pilota, è stato realizzato per imitare le condizioni su larga scala per il processo OMEGA per la produzione di 1,2-etandiolo.
Con la gentile concessione di Shell International Ltd.

Al momento Shell vende una tecnologia combinata EO/MEG come pacchetto di processo OMEGA (solo glicole monoetilenico avanzato) integrato che prende l’etano e lo converte in 1,2-etandiolo.

Il processo OMEGA non solo ha costi di capitale inferiori perché non è necessario che l’apparecchiatura di purificazione rimuova i sottoprodotti. Si rimuovono anche i costi di operazioni in quanto si utilizza molta meno acqua, abbassando di conseguenza i costi di alimentazione e trattamento dell’acqua.

Il primo impianto che utilizza il processo OMEGA è stato commissionato in Corea del Sud nel 2008.

Figura 3 Una nuova raffineria integrata e impianto petrolchimico è in costruzione a Singapore, noto come Shell Eastern Petrochemicals Complex. Includerà uno steam cracker molto grande per produrre etene in aggiunta alla raffineria esistente sull’isola di Bukom. Un nuovo impianto per la produzione di 1,2-etandiolo che utilizza il processo Shell OMEGA è in costruzione nella vicina isola di Jurong. Le isole di Burom e Jurong sono vicine, a circa 5 chilometri a sud della punta di Singapore.
Con la gentile concessione di Shell International Ltd.

Classificazione ed etichettatura

Classificazione armonizzata

Classificazione/Etichettaura

Codice / i di classe e categoria di pericolo

Codici delle indicazioni di pericolo

Pittogrammi, codici di avvertenza

Acute Tox. 4

H302
Nocivo per ingestione.

GHS07
Wng

Limiti di concentrazione specifici, fattori M,
stime di tossicità acuta (ATE)

Note

-

-

Avvertenze

Pittogrammi

Pericolo

Punto esclamativo

Ultimo aggiornamento 8 novembre 2016

Edizione italiana Patrik Pedrotti e Valter Ballantini 21 ottobre 2020

Foto in alto di Bernard Hermant su Unsplash