Etilenglicol: propiedades, usos industriales, riesgos y manejo seguro

El etilenglicol, también conocido como monoetilenglicol (MEG), es un compuesto químico ampliamente utilizado en la industria por sus propiedades versátiles. Es un líquido incoloro, con sabor dulce, pero altamente tóxico. Su uso predominante se encuentra en la formulación de anticongelantes y refrigerantes, así como en la producción de fibras de poliéster.

No obstante, su manejo requiere precauciones rigurosas debido a los riesgos que representa para la salud humana y el medioambiente. En este artículo se abordan sus principales propiedades físico-químicas, aplicaciones industriales, peligros asociados, normativas relevantes y tecnologías de detección, junto con alternativas sostenibles emergentes.

El etilenglicol y sus propiedades físico-químicas

Este compuesto (C₂H₆O₂) posee una fórmula molecular sencilla compuesta por dos grupos hidroxilo, lo que le confiere una alta capacidad higroscópica y miscibilidad con el agua. Tiene una densidad de 1,11 g/cm³, un punto de ebullición de 197,3 °C y un punto de congelación de -12,9 °C. Su viscosidad y bajo punto de congelación lo convierten en un ingrediente ideal para fluidos refrigerantes. Además, es soluble en alcoholes y acetona, pero poco volátil, lo cual favorece su uso en sistemas cerrados. En la siguiente imagen se muestra la fórmula estructurar y molecular de este compuesto.

¿Cómo se produce el etilenglicol?

La producción de se realiza a partir del etileno mediante un proceso petroquímico, conocido como Proyecto OMEGA, desarrollado por Shell Global Solutions; el cual, ha revolucionado esta tecnología logrando una alta selectividad y eficiencia energética. A continuación, mediante el siguiente diagrama de flujo te explicamos cada etapa del proceso, alineado con las mejores prácticas químicas y de ingeniería.

¿Qué es el proceso OMEGA para producir etilenglicol?

Obtención del etilenglicol mediante carbonatación de óxido de etileno (EO):

El proceso OMEGA consta de dos etapas principales:

1. Oxidación controlada del etileno para formar óxido de etileno (EO).
2. Hidrólisis del óxido de etileno para obtener monoetilenglicol (MEG), con una eficiencia superior al 99,5 %.

Etapa 1: Síntesis de óxido de etileno

El etileno (C₂H₄) reacciona con oxígeno (O₂) en presencia de un catalizador de plata soportado en alúmina. Esta reacción exotérmica se realiza en un reactor multitubular en fase gaseosa (unidad 1 del diagrama). Parte del etileno puede sobreoxidarse a CO₂ y agua, pero en el proceso OMEGA se añade cloruro de etilo como moderador, reduciendo este efecto.

Etapa 2: Recuperación de óxido de etileno

Después de la reacción, la mezcla gaseosa pasa por un sistema de recuperación que incluye:

• Absorbedor (2): separa el EO del resto de gases.
• Strippers y columnas (3–4): eliminan compuestos ligeros.
• Eliminación de CO₂ (6–7): el dióxido de carbono capturado se reutiliza para sintetizar carbonato de etileno.

Etapa 3: Síntesis de etilenglicol

En esta etapa, el óxido de etileno reacciona con el CO₂ reciclado para formar carbonato de etileno (unidad 6), que luego es hidrolizado en reactores (7) para producir monoetilenglicol (MEG) y regenerar el CO₂. Estas reacciones se realizan en fase líquida con catalizadores homogéneos.

Reacciones:

• C₂H₄O + CO₂ → C₃H₄O₃ (carbonato de etileno)
• C₃H₄O₃ + H₂O → HOC₂H₄OH + CO₂ (MEG)

Etapa 4: Purificación del monoetilenglicol

El MEG producido pasa por una columna de remoción de agua (8) y luego por una columna de purificación (9). En estas unidades se separan los subproductos y se recupera el catalizador, que se recicla al sistema. Finalmente, el MEG purificado es enfriado (10) y puede utilizarse directamente o ser almacenado.

Ventajas del proceso OMEGA

El proceso OMEGA ofrece un gran numero de ventajas en la producción de monoetilenglicol (MEG): Alta eficiencia, alcanzando una selectividad del 99,5 % hacia el MEG, lo que minimiza la formación de subproductos no deseados como el dietilenglicol. Además, reduce significativamente el consumo energético gracias a la menor necesidad de destilación. Otro aspecto considerable es el reciclaje efectivo tanto del dióxido de carbono como de los catalizadores, lo que mejora la sostenibilidad y rentabilidad del proceso.

Aplicaciones industriales del etilenglicol

Refrigerantes y anticongelantes

Una de las aplicaciones más extendidas del etilenglicol es su uso en sistemas de enfriamiento de motores, donde actúa como fluido anticongelante. Gracias a su capacidad para reducir el punto de congelación del agua, protege los motores en climas fríos y mejora la transferencia térmica en los sistemas de refrigeración.

Producción de poliésteres

Representa una materia prima esencial en la producción de tereftalato de polietileno (PET), utilizado en la fabricación de botellas, envases, fibras textiles y películas plásticas. En este proceso, reacciona con ácido tereftálico para formar un polímero de alto rendimiento, ampliamente demandado por las industrias alimentaria y textil.

Otras aplicaciones

También se emplea como disolvente en la formulación de tintas, pinturas, líquidos de frenos y agentes humectantes. En la industria electrónica, se utiliza como medio para el control térmico de componentes sensibles al calor.

Peligros para la salud y el medioambiente

El etilenglicol representa serios riesgos para la salud. Su ingestión, incluso en pequeñas cantidades, puede causar daños renales, neurológicos e incluso la muerte. Los efectos tóxicos se deben a sus metabolitos, como el ácido oxálico, que cristaliza en los riñones. La exposición crónica por inhalación o contacto dérmico también puede provocar irritaciones y problemas respiratorios.

Desde el punto de vista ambiental, es una sustancia contaminante si se libera sin control, ya que puede afectar cuerpos de agua y suelos, alterando los ecosistemas acuáticos por su biodegradación lenta en condiciones anaerobias.

Normativas de transporte y almacenamiento

El manejo del etilenglicol está regulado por diversas normativas internacionales. Según la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA), debe manejarse con protección respiratoria y ocular, evitando el contacto prolongado con la piel. La Asociación Nacional de Protección contra el Fuego (NFPA) clasifica al etilenglicol con un nivel 1 de inflamabilidad, 2 de riesgo para la salud y 0 de reactividad. Bajo el Sistema Globalmente Armonizado (GHS), se le asigna la categoría de tóxico agudo (oral, categoría 4) y con advertencia de peligro.

La EPA, regula su manejo ambiental para prevenir la contaminación. A nivel internacional, las normativas varían, pero coinciden en priorizar la seguridad y la protección ambiental, haciendo indispensable que las empresas cumplan con estas directrices para operar de forma segura y legal. El almacenamiento debe realizarse en contenedores cerrados herméticamente, en lugares ventilados, lejos de fuentes de ignición y sustancias incompatibles, como agentes oxidantes fuertes.

Sistemas de detección de fugas en plantas químicas

En instalaciones industriales, la detección temprana de fugas de etilenglicol es esencial para prevenir accidentes y minimizar impactos ambientales. Los sistemas de monitoreo continuo incluyen sensores infrarrojos y detectores electroquímicos que pueden alertar de la presencia de vapores en el ambiente. Además, tecnologías más avanzadas como cámaras de imagen térmica o espectrometría de masas portátil permiten una evaluación rápida en zonas de difícil acceso.

Un mantenimiento adecuado de válvulas, tuberías y bombas, junto con inspecciones regulares, son prácticas clave para asegurar la integridad de los activos y evitar liberaciones accidentales.

Alternativas más seguras y sostenibles

Con el avance hacia una industria química más ecológica, se han desarrollado alternativas al etilenglicol derivadas de fuentes renovables. Los bio-glicoles, como el propilenglicol de origen vegetal, ofrecen una toxicidad significativamente menor y un perfil ambiental más benigno. Estos compuestos son compatibles con muchas aplicaciones industriales, incluyendo refrigerantes, cosméticos y alimentos, lo que los convierte en opciones viables para reemplazar al etilenglicol en determinados contextos.

Caso de estudio: fuga de etilenglicol en planta térmica

En 2023, una planta de generación térmica en Sudamérica experimentó una fuga significativa de etilenglicol desde un intercambiador de calor. La causa fue la corrosión interna de una tubería de acero al carbono que no había sido inspeccionada en los últimos tres años. El fluido se derramó en una zanja de contención, pero una parte alcanzó el sistema de drenaje pluvial.

La consecuencia inmediata fue la suspensión de operaciones y la activación de un protocolo ambiental de emergencia. Se identificaron niveles elevados de contaminantes en un arroyo cercano, lo que llevó a la imposición de sanciones regulatorias.

El plan de acción posterior incluyó la sustitución de materiales por acero inoxidable, la implementación de sensores de detección infrarroja, y la actualización del programa de mantenimiento predictivo con monitoreo de corrosión en línea. Este incidente subraya la importancia de la confiabilidad, el mantenimiento y la integridad de activos, pilares fundamentales en la prevención de fallas industriales.

Participación del etilenglicol en la industria química

Aunque a veces se confunde con procesos del cloruro de vinilo, el etilenglicol no participa directamente en la producción de PVC. El PVC se fabrica mediante una cadena que inicia con la reacción del etileno con cloro para formar dicloruro de etileno (EDC), el cual se somete a pirólisis para obtener cloruro de vinilo monómero (VCM), y finalmente se polimeriza para obtener el PVC.

Donde sí interviene el etilenglicol de forma crítica es en la producción de PET, como se explicó anteriormente. Esta diferenciación es considerable para entender la estructura de las cadenas de valor petroquímicas.

Conclusión

El etilenglicol es una sustancia clave en múltiples industrias por sus propiedades físico-químicas, especialmente como anticongelante y materia prima en la producción de poliésteres. Sin embargo, su toxicidad y potencial de contaminación exigen un manejo cuidadoso y regulado. La incorporación de tecnologías de monitoreo, el cumplimiento normativo y la transición hacia alternativas más seguras constituyen los pilares de una gestión responsable y sostenible del etilenglicol.

Preguntas frecuentes sobre etilenglicol (FAQ)

1. ¿Qué es el etilenglicol y cuál es su uso principal?
El etilenglicol (MEG) es un compuesto químico ampliamente utilizado como anticongelante, refrigerante y materia prima en la fabricación de poliésteres y resinas PET.

2. ¿Cómo se produce el etilenglicol a partir del etileno?
Se obtiene mediante un proceso de dos etapas: la oxidación del etileno para formar óxido de etileno, seguido de la hidrólisis del óxido de etileno o, en el proceso OMEGA, mediante la formación intermedia de carbonato de etileno.

3. ¿Qué beneficios ofrece el proceso OMEGA en la producción de etilenglicol?
El proceso OMEGA alcanza una alta selectividad (99,5 % hacia MEG), reduce el consumo energético y minimiza la formación de subproductos como dietilenglicol, lo que mejora la eficiencia y sostenibilidad del proceso.

4. ¿Qué riesgos implica el manejo del etilenglicol?
El etilenglicol es tóxico si se inhala o se ingiere. Requiere manipulación segura, equipos de protección personal y cumplimiento de normativas ambientales e industriales.

Referencias

1. American Chemistry Council. (2021). Ethylene Glycol Product Stewardship Summary. Retrieved from https://www.americanchemistry.com/industry-groups/ethylene-glycols
2. Wikipedia, OMEGA process, (accessed 29^th Apr 2024).
3. Shell, OMEGA process (accessed 29^th Apr 2024).
4. Intratec Solutions, 14^th Sep 2023, Ethylene Glycol from Ethylene (Carbonation without EO By-Product) | Economic Analysis, Medium.