BR112014007125B1 - método para remover resíduos sólidos de equipamentos usados para processar ácido ou ésteres (met) acrílico(s) - Google Patents

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Abstract

resumo “método para remover resíduos sólidos de equipamentos usados para processar ácido ou ésteres (met)acrílico(s)” é provido um método para remover resíduo sólido depositado de equipamentos usados no processamento de ácido e éteres (met)acrílicos, incluindo as etapas de dissolver o resíduo sólido em uma solução de limpeza compreendendo um ácido carboxílico orgânico de maneira a produzir uma pasta de resíduo sólido; e remover a pasta de resíduo sólido dos equipamentos. 1/1

Description

“MÉTODO PARA REMOVER RESÍDUOS SÓLIDOS DE EQUIPAMENTOS USADOS PARA PROCESSAR ÁCIDO OU ÉSTERES (MET)ACRÍLICO(S)
Campo técnico
[001] Esta invenção se refere a um método para limpar tanques de armazenamento na preparação de ácidos carboxílicos insaturados e seus ésteres.
Técnica anterior
[002] Ácidos carboxílicos e ésteres insaturados do tipo de ácido acrílico ou ácido metacrílico são correntemente preparados industrialmente por oxidação em fase gasosa dos correspondentes alquenos, alcanos ou aldeídos insaturados ou pela reação de ácidos sulfúricos e acetona cianohidrina. Tipicamente, para evitar a polimerização durante a geração do produto desejado, estabilizantes tais como fenotiazina (PTZ) , metil éter de hidroquinona (MeHQ), hidroquinona HQ) e derivados de fenileno-diaminas substituídas com alquila e arila são usados. No entanto, ocorrem a formação de polímeros indesejados e depósitos nos reatores, colunas de destilação e retificação, separadores e tanques de armazenamento de produto e produto intermediário.
[003] A presença de resíduos sólidos indesejáveis nos tanques de armazenamento poderá conduzir à contaminação nas linhas de alimentação ao equipamento a jusante ocasionando incrustações e a inoperabilidade que poderá afetar em muito as eficiências de trocadores de calor e refervedores e coluna de destilação. A remoção de serviço dos tanques de armazenamento para limpeza poderá ser especialmente cara e logisticamente difícil onde esses tanques forem tipicamente usados para armazenamento a granel durante uma interrupção prolongada quando a planta estiver sendo limpa. Em alguns
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2/14 casos, a limpeza e a paralisação dos tanques poderá requerer a completa paralisação da facilidade. No caso de ácidos e ésteres orgânicos os materiais não só são inflamáveis e perigosos, como também são difíceis de transferir devido à natureza do resíduo sólido polimérico que tipicamente inclui sólidos de alto peso molecular. Daí, torna-se especialmente importante que as limpezas dos tanques de armazenamento sejam feitas tão eficientemente e rapidamente quanto possível, enquanto que mantendo um método de limpeza simples e confiável.
[004] A patente U.S. no 7.331.354 é direcionada a um método pata limpar equipamentos usados na produção de ácido ou ésteres metacrílicos usando um líquido básico. O líquido usado para o processo de limpeza é um hidróxido de metal alcalino e/ou alcalino-terroso aquoso e/ou solução de óxido, particularmente uma solução aquosa de NaOH, KOH ou Ca(OH)2. A solução aquosa tem um teor de sal dissolvido de 0,01 a 30% em peso. Entretanto, o uso de cáusticos em um processo de limpeza não é ideal e poderá conduzir à contaminação do equipamento a jusante.
[005] Existe uma necessidade de um método eficiente, livre de cáusticos para remover resíduos sólidos depositados no equipamento usado na produção de metacrilato de metila (MMA) que leve em conta o custo de material, facilidade de manipulação descarte e praticidade.
Sumário
[006] Em uma concretização, a invenção é um método para remover resíduos sólidos de um equipamento usado no processamento de ácido ou éster (met)acrílico(s), compreendendo as etapas de dissolver o resíduo sólido em uma
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3/14 solução de limpeza compreendendo um ácido carboxílico orgânico tendo 2-10 átomos de carbono de maneira a produzir uma pasta de resíduo sólido e remover a pasta de resíduo sólido do equipamento.
Descrição dos desenhos
[007] A figura 1 é um espectro de NMR de H1 de resíduo sólido coletado de uma planta de MMA;
[008] A figura 2 é uma expansão do espectro de NMR de H1 do exemplo 1;
[009] A figura 3 é uma foto do exemplo 1;
[0010] A figura 4 é uma foto dos exemplos 1-3;
[0011] A figura 5 é uma foto dos exemplos 5 e 6;
[0012] A figura 6 é uma foto dos exemplos 5 e 6 após 4 horas da adição da solução de limpeza;
[0013] A figura 7 é uma foto do exemplo 5; e
[0014] A figura 8 é uma foto dos exemplo 5 após 24-48 horas da adição da solução de limpeza.
Descrição detalhada
[0015] A presente divulgação provê um método para limpar o resíduo sólido do equipamento usado na produção de ácido ou ésteres de ácido metacrílico removendo o resíduo sólido de uma maneira simples e barata e sem requer materiais ou mão de obra extensivos, altas pressões ou temperaturas, ou materiais cáusticos.
[0016] Em uma concretização, a invenção se refere a um método para limpar o resíduo sólido de equipamentos usados no processamento de metacrilato de metila (MMA), incluindo as etapas de dissolver o resíduo sólido em uma solução de limpeza compreendendo um ácido orgânico C2-C10 de maneira a produzir uma pasta de resíduos sólidos, e removendo a pasta
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4/14 de resíduos sólidos do equipamento.
[0017] A solução de limpeza compreende um ácido carboxílico orgânico (ácido orgânico) tendo um a dez átomos de carbono (C1-C10) , preferivelmente dois a três átomos de carbono (C2C3) , e o mais preferivelmente dois átomos de carbono (C2) . No caso onde água residual possa estar presente nas partes da facilidade, p.ex., tanque de armazenagem, a solução de limpeza poderá compreender o correspondente anidrido de ácido orgânico com o ácido carboxílico orgânico pelo que o anidrido possa ser convertido no ácido orgânico durante a dissolução. Particularmente adequadas são soluções de limpeza compreendendo ácido acético, ácido propiônico e seus correspondentes anidridos. Em uma concretização, a solução de
limpeza tem um pKa de 3 a 7.
[0018] Em uma concretização, a solução de limpeza é ácido
acético ou ácido propiônico, que poderá ser usada como uma
solução pura. Tipicamente, a solução de limpeza tem uma
concentração de 90 a 95% em peso de ácido acético ou propiônico em água.
[0019] O ácido acético ou ácido propiônico usado poderá ser obtido de um processo de ácido acético ou como um subproduto de um processo de ácido acrílico ou ácido metacrílico integrado, onde o ácido orgânico C2 ou C3 seja tipicamente obtido como um material indesejado. A solução de subproduto de ácido acético poderá bem conter outros materiais de um processo de acrílico integrado, tal como ácido acrílico, e outros subprodutos tais como metiletilcetona. Tipicamente, a solução de subproduto de ácido acético compreende 3-5% em peso de ácido acrílico e 1-2% em peso de água.
[0020] As temperaturas nas quais são realizadas a
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5/14 dissolução e remoção de resíduo sólido da solução de limpeza são determinadas pelos pontos de ebulição dos solventes ácidos orgânicos. Por exemplo, para ácido acético, são usadas temperaturas abaixo de 118oC e para o ácido propiônico a temperatura é abaixo de 141oC. No caso de equipamentos de retificação, reatores e separadores que possam ser isolados e fechados, temperaturas e pressões aumentadas poderão ser usadas. No caso de outros equipamentos da facilidade, incluindo tanques de armazenamento de produto intermediário com tetos removíveis e metalurgias que sejam incompatíveis com ácidos orgânicos e altas temperaturas, temperaturas relativamente amenas são usadas, preferivelmente menos que 50oC, mais preferivelmente condições ambiente (i.é, temperatura ambiente e pressão atmosférica). No caso dos equipamentos de facilidade feitos de aço inoxidável e aços carbono, descobriu-se que ácidos C2 e C3 poderão ser usados como a solução de limpeza escolhida contanto que o tempo de residência seja mantido em taxas tais que a reduzir a possibilidade de corrosão deletéria.
[0021] Em uma concretização, relativamente à limpeza do tanque de armazenamento, o método para remover o resíduo sólido inclui bombear suficiente da solução de limpeza ao tanque de maneira a cobrir o resíduo sólido acumulado no fundo do tanque. A solução de limpeza é adicionada ao resíduo sólido remanescente no tanque de armazenamento a uma proporção maior que zero a 1 até uma proporção de 10:1 (proporção em peso de solução de limpeza para resíduo sólido estimado), preferivelmente 1:1, e o mais preferivelmente 2:1. A solução de limpeza poderá ser aplicada ao resíduo sólido simplesmente bombeando a solução de limpeza para dentro do
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6/14 tanque, aspergindo a solução de limpeza ao longo das paredes do tanque, ou por outros métodos conhecidos na técnica.
[0022] Após 24-48 horas, a pasta de resíduo sólido resultante é bombeada para fora do tanque e tipicamente descartada. O processo poderá ser repetido até que o resíduo sólido seja removido do tanque. A remoção completa do resíduo sólido é determinada examinando a solução efluente saindo límpida ou quase límpida, por inspeção visual ou por medição quantitativa, tal como pela escala de cor de verniz (VCS) ou ASTM D2109. Existem diversos métodos alternativos para determinar se o tanque está suficientemente limpo e não mais necessita de solução adicionada ou circulada. Em uma concretização, a viscosidade da solução de saída é monitorada para determinar quando o tanque está suficientemente limpo do resíduo sólido. Em uma concretização, um raio-X é tomado do tanque para determinar a espessura do resíduo sólido ainda permanecendo no fundo do tanque. O raio-X também pode ser comparado com o raio-X original do tanque tomado antes do tanque ser usado para comparação. Para equipamentos mais portáteis, o peso do equipamento poderá ser usado para determinar quando o resíduo sólido tiver sido plenamente removido, i.é, quando o equipamento tiver retornado ao seu peso original de quando o equipamento está livre de resíduo sólido.
[0023] Em uma concretização da invenção, dissolver o resíduo sólido poderá ser realizado com agitação ou por contato simples. O método para remover o resíduo sólido poderá envolver o uso de linhas de alimentação e de saída de tanque de processo para induzir a circulação nos tanques de armazenamento de produto e de produto intermediário de
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7/14 maneira a aumentar o tempo de solubilização global.
[0024] Em uma concretização, o resíduo sólido dissolvido na solução de limpeza poderá ser usado como combustível, i.é, uma fonte de carbono, para queimar em uma fornalha. Definições
[0025] Salvo observação em contrário, implícito do contexto, ou costumeiro na técnica, todas as partes e percentagens são baseadas em peso, e todos os métodos de ensaio são atuais com relação à data do depósito desta divulgação. Para os propósitos da pratica patentária dos Estados Unidos, o conteúdo de qualquer patente, pedido ou publicação de patente referenciado é aqui integralmente incorporado por referência (ou seu equivalente US é assim incorporado por referência) especialmente com relação à divulgação de definições (até onde não sejam inconsistentes com quaisquer definições especificamente providas nesta divulgação) e conhecimento geral na técnica.
[0026] As faixas numéricas nesta divulgação são aproximadas, e assim poderão incluir valores fora da faixa salvo indicação em contrário. Faixas numéricas incluem todos os valores desde e incluindo os valores inferior e superior, em incrementos de uma unidade, contanto que haja uma separação de pelo menos duas unidades entre qualquer valor inferior e qualquer valor superior. Como exemplo, caso uma propriedade composicional, física, ou outra, tal como, por exemplo, pesos moleculares, etc., seja de 100 a 1.000, então se pretende que todos os valores individuais, tais como 100, 101, 102, etc., e sub-faixas, tais como 100 a 144, 155 a 170, 197 a 200, etc., estejam expressamente enumerados. Para faixas contendo valores que sejam menores que um ou contendo
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8/14 números fracionários maiores que um (p.ex., 1,1, 1,5, etc.), uma unidade é considerada como sendo 0,0001, 0,001, 0,01 ou 0,1, como apropriada. Para faixas contendo números de dígitos simples menores que dez (p.ex., 1 a 5), uma unidade é tipicamente considerada como sendo 0,1. Estes são apenas exemplos do que é pretendido, e todas as possíveis combinações de valores numéricos entre o valor mais baixo e o valor mais alto enumerados, devem ser consideradas como tendo sido expressamente declaradas nesta divulgação. Faixas numéricas são providas nesta divulgação para, dentre outras coisas, as proporções de solvente para material.
[0027] “Ácido ou ésteres (met)acrílicos refere-se a ácido acrílico, ésteres de ácido acrílico, ácido metacrílico e ésteres de ácido metacrílico.
[0028] “Resíduo sólido e termos afins referem-se aos produtos ou subprodutos de processos para a manufatura de ácido ou éster (met)acrílico que permanecem em ou sobre o equipamento usado na manufatura de ácido ou éster (met)acrílico incluindo materiais poliméricos e oligoméricos na forma de sólidos sob condições ambiente (25oC e pressão atmosférica), lodos, e materiais amorfos.
[0029] “Pasta de resíduo sólido refere-se a uma solução produzida a partir da combinação da solução de limpeza e o resíduo sólido no qual a maioria do resíduo sólido é dissolvida na solução de limpeza e cria uma solução que possa ser removida simplesmente bombeando a solução para fora do tanque de armazenamento.
[0030] “Equipamento refere-se a qualquer objeto usado durante a manufatura do ácido ou éster (met)acrílico que inclui, mas não está limitado a, tanques de armazenamento,
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9/14 colunas de destilação, extratores, misturadores, trocadores de calor, condensadores, tanques de condensado, linhas de alimentação e transferência, separadores, e assemelhados. EXEMPLOS
Experimentos com Solventes
Materiais
[0031] Um resíduo sólido representativo de éster de ácido insaturado conforme exemplificado em um tanque de armazenamento de produto MMA bruto é obtido do filtro coletor da descarga de uma bomba. O resíduo sólido é filtrado a vácuo usando um aspirador. O sólido borrachoso marrom escuro é coletado do filtro e secado ao ar de 6-8 horas no qual tempo o resíduo sólido muda de um material borrachoso para um material durante, esmagável. O sólido resultante é usado nos exemplos de solubilidade. Todos os solventes usados abaixo estão comercialmente disponíveis da Aldrich Chemical Company, exceto pelo NaOH a 10% que é obtido da Fischer Chemical Company.
Exemplos de Solubilidade
[0032] Solventes de ácido acético, acetona, sulfóxido de metila (DMSO), álcool etílico, álcool metílico, acetonitrila, etileno glicol, 2-propanol (isopropanol), hidróxido de sódio aquoso e N-metilpirrolidona (NMP) e misturas destes são examinados como soluções de limpeza usadas para remover resíduo sólido do equipamento usado para preparar o MMA. Um grama de resíduo sólido e três gramas do solvente particular são combinados em tubos de ensaio e deixados em repouso da noite papa o dia. Nos experimentos de solvente, a agitação é propositalmente excluída uma vez que ela poderá não estar disponível para uso em um grande tanque de armazenamento.
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10/14
[0033] Soluções de limpeza que incluam ácido orgânico resultam na melhor solubilização do resíduo sólido indesejado. Após 24 hortas, constatou-se que todo o resíduo sólido ou intumesceu ou permaneceu insolúvel exceto pela amostra que usou o ácido acético, que surpreendentemente aparece como uma pasta que é fluível quando o tubo de ensaio é emborcado.
[0034] Interessantemente, constatou-se que soluções aquosas de hidróxido de sódio não são eficazes em dissolver lodo/sólidos poliméricos obtidos de um processo de MMA integrado. A hidrólise de metil ésteres aos correspondentes e provavelmente solúveis sais de carboxilato é suficientemente lenta para que após mais que 2 meses à temperatura ambiente, uma solução cáustica a 25% e o resíduo sólido polimérico permaneçam não dissolvidos.
[0035] Experimentos de classificação de dissolução usam desde um excesso de 3 vezes até menos que uma proporção de 1:1 (solução de limpeza:resíduo sólido). O excesso de 3 vezes representa um limite prático dado o tamanho e a quantidade de resíduo sólido que poderia estar presente. Por exemplo, em um tanque de armazenamento típico de dimensão na faixa de 18 metros (m) de diâmetro e 12 m de altura e após diversos anos de operação o nível de resíduo sólido e lodo no fundo do tanque poderão ter até 1 m de altura. Daí, existe um grande
volume potencial de solução de limpeza necessário para a
dissolução.
Experimentos com Solução de Subproduto de Ácido Acético
Materiais
[0036] O ácido acético como um produto bruto obtido de uma
unidade de purificação de ácido acrílico integrada é usado
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11/14 conforme obtido. O resíduo sólido é obtido de uma peneira de uma descarga de uma bomba de tanque de armazenamento de produto MMA bruto.
[0037] A figura 1 é um espectro de Ressonância Nuclear Magnética (NMR) de H1 do resíduo sólido obtido da peneira. O sólido é secado e a amostra de NMR é preparada em ácido acético deuterado. O espectro mostra sinais típicos de uma cadeia principal de polímero de metacrilato com fortes ressonâncias em 1,2-2,3 partes por milhão (ppm). As fortes ressonâncias de metóxi dos ésteres de metila são picos em 4,15 ppm. De interesse são os picos na região aromática de 5,9 a 6,8 ppm, provavelmente atribuíveis a prótons aromáticos dos inibidores baseados em difenildiamina usados no processo.
[0038] A figura 2 é uma expansão da NMR de H1 da figura 1
ilustrando a cadeia principal de metileno (52 ppm) do
polímero e alquil metilas (17 e 19 ppm).
Procedimento
[0039] Um jarro de 32 onças é carregado com 175 g de
resíduo sólido obtido das peneiras sem secar, seguido de 350
g de ácido acético. A mistura combinada é deixada repousar sem aplicação de agitação mecânica da noite para o dia onde após exame adicional constatou-se que quantidades significativas de sólidos tinham se dissolvido. A mistura é deixada em repouso durante e após 24 horas, a agitação e inversão do recipiente mostrando que os sólidos tinham se solubilizado em ácido acético.
Exemplos 1-4 e Exemplo Comparativo 1
[0040] Exemplo 1: Um jarro de 32 onças é carregado com 1
equivalente em peso do resíduo sólido (28,1 g) seguido de 1
equivalente em peso de ácido acético (28,2 g). O conteúdo é
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12/14 armazenado à temperatura ambiente. Após 24 horas, a pasta resultante mostra que grande parte do resíduo sólido está solubilizado, porém uma porção significativa permanece. A figura 3 também é uma foto do exemplo 1 após a adição da solução de limpeza.
[0041] Exemplo 2: Um jarro de 32 onças é carregado com 1 equivalente em peso do resíduo sólido (21,5 g) seguido de 2 equivalentes em peso de ácido acético (44,3 g). O conteúdo é armazenado à temperatura ambiente. Após 4-6 horas, a mistura era um lodo efetivo que aparentava ser bombeável com base no movimento das misturas quando o recipiente era inclinado. Após 24 horas, nenhum resíduo sólido era visto na mistura.
[0042] Exemplo 3: Um jarro de 16 onças é carregado com 1 equivalente em peso do resíduo sólido (28,3 g) seguido de 3 equivalentes em peso de ácido acético (83,4 g). O conteúdo é armazenado à temperatura ambiente. A mistura era uma pasta fluente após menos que 4 horas. Após 24 horas, nenhum resíduo sólido era visto na mistura.
[0043] Exemplo 4: Um jarro de 16 onças contendo uma mistura empastada de 1 equivalente em peso do resíduo sólido e 1 equivalente em peso de solução de ácido acético é colocado em um banho de água a 59oC + 1oC. A mistura é inicialmente não muito fluível e mantinha uma consistência espessa, semelhante ao exemplo mostrado acima. O frasco é mantido em repouso sem nenhuma agitação. Após 30 min, o recipiente é levantado do banho e constata-se que a mistura movimenta-se livremente no jarro como uma mistura homogênea. O jarro é emborcado e girado sem sinais de material insolúvel.
[0044] A figura 4 é uma foto dos exemplos 1-3 (o exemplo 1 está na esquerda, o exemplo 2 está no meio, e o exemplo 3
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13/14 está à direita do ponto de vista do observador) tomada dentro de 15 minutos após a adição da solução de limpeza.
[0045] No exemplo comparativo 1, 5,0 g de resíduo sólido são adicionados a um jarro de 8 onças. Então, 25 g de uma solução cáustica a 15% feita de 15 g de hidróxido de sódio dissolvidos em 100 g de água são adicionados ao resíduo sólido, seguido de agitação e então deixado repousar sem agitação. Após 24 horas, o resíduo sólido não estava dissolvido. Após uma semana com agitação periódica, grandes grumos de sólido permaneciam no frasco.
Estratificação da Solução de Limpeza no Resíduo Sólido Materiais
[0046] Ácido acético como produto bruto obtido de uma unidade de purificação foi usado conforme obtido. O resíduo sólido é obtido de uma peneira de uma bomba de descarga de um tanque de armazenamento de produto MMA bruto.
Procedimento
[0047] A formação da pasta do exemplo 5 é formada suavemente adicionando 15,27 g de solução de limpeza para baixo do lado de um recipiente de 16 onças mantendo uma quantidade de 20,90 g de resíduo sólido. O exemplo 6 é formado adicionando 12,0 g de resíduo sólido a um frasco de 16 onças e lentamente escorrendo para baixo do lado do frasco 51,6 g de solução de limpeza. A adição lenta da solução de limpeza é para simular a lenta adição de solução de limpeza a um tanque.
Exemplos 5 e 6
[0048] O exemplo 5 usa uma proporção de 0,73:1 (solução de limpeza:resíduo sólido). A figura 5 é uma foto dos exemplos 5 e 6 (da esquerda para a direita, i.é, exemplo 5 na esquerda e
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14/14 exemplo 6 na direita) após a solução de limpeza ter sido adicionada ao resíduo sólido. A figura 6 é uma foto dos exemplos 5 e 6 (da esquerda para a direita) após 48 horas do tempo da adição da solução de limpeza e o resíduo sólido aparenta estar visivelmente solubilizado. A figura 7 é uma foto tomada do exemplo 5 imediatamente após a adição da solução de lavagem inclinando e girando. A figura 8 é uma foto do exemplo 5 tomado após 24-48 horas e mostra que o resíduo sólido está efetivamente dissolvido na solução de limpeza e o fundo do jarro está essencialmente livre de resíduo sólido.

Claims (5)

1. Método para remover resíduos sólidos de equipamentos usados para processar ácido ou ésteres (met)acrílico(s), caracterizado pelo fato de compreender as etapas de:
- dissolver o resíduo sólido em uma solução de limpeza compreendendo um ácido carboxílico orgânico tendo 2-10 átomos de carbono para produzir uma pasta de resíduo sólido; e
- remover a pasta de resíduo sólido do equipamento.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o ácido carboxílico orgânico ser ácido acético, ácido propiônico, anidrido acético, anidrido propiônico ou combinações destes.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a solução de limpeza ter um pKa de 3 a 7. 4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a solução de limpeza para resíduo sólido estar em uma proporção de 2 a . 1. 5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado
pelo fato de adicionalmente compreender encharcar o resíduo sólido na solução de limpeza durante 24 horas antes de remover a pasta de resíduo sólido.
6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a solução de limpeza adicionalmente compreender 3-5% em peso de ácido acrílico e 1-2% em peso de água.
7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a solução de limpeza ser uma solução de subproduto de ácido acético obtida de um processo de ácido acrílico. 8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado
pelo fato de o dissolver resíduo sólido na solução de limpeza
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2/2 compreender agitar o resíduo sólido.
9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de as etapas de dissolver e remover serem repetidas após 24 horas.
10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a etapa de dissolver ser realizada a temperaturas de menos que 100oC e à pressão atmosférica.
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