1,2-etandiolo (Glicole etilenico)

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)

Mondo	18 milioni di tonnellate
Europa	5 milioni di tonnellate
Nord America	3 milioni di tonnellate
U.S.A:	1,1 milioni di tonnellate1

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.

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.

Classificazione ed etichettatura

Classificazione armonizzata

Ultimo aggiornamento 8 novembre 2016

Edizione italiana Patrik Pedrotti e Valter Ballantini 21 ottobre 2020

Foto in alto di Bernard Hermant su Unsplash