BR112018012874B1 - Processo para produzir uma composição polimérica - Google Patents

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Abstract

PROCESSO PARA PRODUZIR UMA COMPOSIÇÃO POLIMÉRICA. Trata-se de um processo para polimerizar olefinas em uma solução e retirar uma corrente da solução a partir do reator de polimerização e passar a mesma a uma sequência de etapas de aquecimento. A solução aquecida é passada a uma etapa de separação, que é conduzida em uma pressão de não maior doque1,5 MPa (15 bar), e em que uma fase líquidade etapa de separação que compreende o polímero e uma fase de vapor coexistem. Uma corrente de vapor e uma corrente de solução concentrada que compreende o polímero são retiradas a partir da etapa de separação. Pelo menos uma parte da corrente de vapor é passada ao primeiro reator de polimerização, ao segundo reator de polimerização ou a ambos.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
[0001] A presente invenção refere-se a um processo de blendagem em linha para dois ou mais reatores operados em configuração paralela para a produção de polímeros. Especialmente, a presente invenção lida com um processo para separar e recuperar os componentes da mistura de reação.
PROBLEMA A SER SOLUCIONADO
[0002] É conhecida a produção de polímeros de olefina em processo de polimerização de solução em que o monômero e comonômeros sem reação e o solvente são separados a partir da solução e reciclados ao processo de polimerização.
[0003] O documento de patente WO-A-2013137962 revela um processo para concentrar soluções de polímero. O separador opera como um separador líquido-líquido (separação de fase LCST) para separar polímeros de peso molecular alto a partir da solução. O documento também recomenda operação de vaporização para polímeros de peso molecular baixo que contêm quantidade substancial de polímeros que têm peso molecular menor que 10000 g/mol.
[0004] O documento de patente WO-A-2008109094 revela um processo recuperar componentes voláteis a partir da solução de polímero. O processo de separação líquido-líquido (separação de fase LCST) devolve os componentes voláteis aos reatores de polimerização opcionalmente por meio de um ou mais suportes de separação.
[0005] O documento de patente WO-A-2008082511 revela um processo em que dois ou mais reatores de polimerização alimentam um separador de alta pressão. A pressão no separador de alta pressão pode ser até 25 MPa.
[0006] Os documentos de patente WO 2009/035580 A1, US 2009/163643 A1, US 2009/163642 A1, o documento de patente WO 2006/083515 A1, o documento de patente WO 2009/126277 A2, os documentos de patente WO 2011/087728 A2 e US 8.916.659 B1 revelam processos de blendagem em que misturas de polímero líquido homogêneo polimerizado em polimerização de solução são separados em separadores de alta pressão de líquido-líquido únicos ou múltiplos. Contudo, esses processos têm a desvantagem de que a concentração de polímero nas correntes líquidas de polímero enriquecido é um tanto baixa de modo que os separadores a jusante adicionais sejam necessários para obter o polímero puro. Adicionalmente, devido às altas pressões no processo de separação de normalmente pelo menos 5 MPa, a polimerização indesejada a jusante dos reatores pode acontecer em que necessita eliminar os catalisadores de polimerização normalmente com substâncias polares. Ditas eliminações de catalisador complicam a recuperação de monômero a partir das correntes inclinadas ao polímero.
[0007] Apesar da técnica antecedente, ainda permanece uma necessidade por um processo que tenha baixo investimento e custos de operação e que permite reciclar o monômero e comonômeros sem reação junto com o solvente aos reatores de polimerização, e em que a transferência do polímero na corrente de reciclagem seja evitada.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[0008] Em um primeiro aspecto, a presente invenção fornece um processo para produzir uma composição polimérica que compreende as etapas de:
[0009] (A) polimerizar, em um primeiro reator de polimerização em um primeiro solvente, - primeiro monômero de olefina que tem dois ou mais átomos de carbono e - opcionalmente um primeiro comonômero de alfa olefina que contém a partir de 3 a 10 átomos de carbono, - na presença de um primeiro catalisador de polimerização e, opcionalmente, um agente de transferência de cadeia para produzir uma primeira solução que compreende um primeiro polímero de primeiro monômero de olefina e o primeiro comonômero de alfa olefina opcional e o primeiro solvente;
[0010] (B) polimerizar, em um segundo reator de polimerização em um segundo solvente, - segundo monômero de olefina que tem dois ou mais átomos de carbono e - opcionalmente um segundo comonômero de alfa olefina que contém a partir de 3 a 10 átomos de carbono - na presença de um segundo catalisador de polimerização e, opcionalmente, um agente de transferência de cadeia para produzir uma segunda solução que compreende um segundo copolímero de segundo monômero de olefina e o segundo comonômero de alfa olefina opcional e o segundo solvente;
[0011] (C) retirar uma primeira corrente da primeira solução a partir do primeiro reator de polimerização;
[0012] (D) retirar uma segunda corrente da segunda solução a partir do segundo reator de polimerização;
[0013] (E) combinar a segunda corrente da segunda solução com a primeira corrente da primeira solução para produzir uma corrente combinada da primeira e da segunda soluções;
[0014] (F) passar a corrente combinada da primeira e da segunda soluções a uma primeira etapa de aquecimento e uma segunda etapa de aquecimento;
[0015] (G) passar a corrente combinada da primeira e da segunda soluções em uma etapa de separação, em que a etapa de separação é conduzida em uma pressão de não mais que 1,5 MPa (15 bar), e em que uma fase líquida de etapa de separação que compreende o polímero e uma fase de vapor coexistem;
[0016] (H) retirar uma corrente de vapor e uma corrente de solução concentrada que compreende o polímero a partir da etapa de separação;
[0017] (I) passar pelo menos uma parte da corrente de vapor ao primeiro reator de polimerização, ao segundo reator de polimerização ou a ambos.
[0018] Em um segundo aspecto, a presente invenção fornece um processo para produzir uma composição polimérica que compreende as etapas de:
[0019] (A’) polimerizar, em um primeiro reator de polimerização em um primeiro solvente, - primeiro monômero de olefina que tem dois ou mais átomos de carbono e - opcionalmente um primeiro comonômero de alfa olefina que contém a partir de 3 a 10 átomos de carbono, - na presença de um primeiro catalisador de polimerização e, opcionalmente, um agente de transferência de cadeia para produzir uma primeira solução que compreende um primeiro polímero de primeiro monômero de olefina e o primeiro comonômero de alfa olefina opcional e o primeiro solvente;
[0020] (B’) polimerizar, em um segundo reator de polimerização em um segundo solvente, - segundo monômero de olefina que tem dois ou mais átomos de carbono e - opcionalmente um segundo comonômero de alfa olefina que contém a partir de 3 a 10 átomos de carbono - na presença de um segundo catalisador de polimerização e, opcionalmente, um agente de transferência de cadeia para produzir uma segunda solução que compreende um segundo copolímero de segundo monômero de olefina e o segundo comonômero de alfa olefina opcional e o segundo solvente;
[0021] (C’) retirar uma primeira corrente da primeira solução a partir do primeiro reator de polimerização e passar a mesma a uma primeira etapa de aquecimento e uma segunda etapa de aquecimento;
[0022] (D’) retirar uma segunda corrente da segunda solução a partir do segundo reator de polimerização e passar a mesma para uma terceira etapa de aquecimento e uma quarta etapa de aquecimento;
[0023] (E’) combinar a segunda corrente aquecida da segunda solução com a primeira corrente aquecida da primeira solução para produzir uma corrente combinada da primeira e da segunda soluções;
[0024] (F’) passar a corrente combinada da primeira e da segunda soluções em uma etapa de separação, em que a etapa de separação é conduzida em uma pressão de não mais que 1,5 MPa (15 bar), e em que uma fase líquida de etapa de separação que compreende o polímero e uma fase de vapor coexistem;
[0025] (G’) retirar uma corrente de vapor e uma corrente de solução concentrada que compreende o polímero a partir da etapa de separação;
[0026] (H’) passar pelo menos uma parte da corrente de vapor ao primeiro reator de polimerização, ao segundo reator de polimerização ou a ambos.
DESCRIÇÃO DETALHADA DESCRIÇÃO DO PROCESSO
[0027] A descrição abaixo se refere aos dois reatores de polimerização conectados a uma etapa de separação de baixa pressão. É possível dentro do escopo da invenção ter também mais de dois reatores de polimerização em combinação com mais de uma etapa de separação contanto que pelo menos dois reatores de polimerização alimentem a uma etapa de separação.
POLIMERIZAÇÃO
[0028] Nos monômeros de olefina de reatores de polimerização que tem dois ou mais átomos de carbono, um ou mais sistemas de catalisador, opcionalmente um ou mais comonômeros, opcionalmente um ou mais agentes de transferência de cadeia, e, opcionalmente, um ou mais diluentes ou solventes são usados para conduzir uma polimerização. Portanto, o sistema de polimerização para cada reator está no seu estado fluido denso e compreende os monômeros de olefina, qualquer comonômeros presente, qualquer diluente ou solvente presente, qualquer agente de transferência de cadeia presente, e o produto de polímero.
[0029] O monômero de olefina é uma alfa olefina que tem dois ou mais átomos de carbono, preferencialmente, a partir de 2 a 10 átomos de carbono. Os monômeros de alfa olefina adequados são selecionados a partir do grupo que consiste em etileno, propileno, 1-buteno, 1-hexeno, 1-octeno, 1-deceno, e estireno. Mais preferencialmente, o monômero de olefina é selecionado a partir do grupo que consiste em etileno, propileno e 1-buteno. Especialmente e preferencialmente, o monômero de olefina é etileno ou propileno.
[0030] Um ou mais comonômeros estão opcionalmente e preferencialmente presentes em pelo menos um dos reatores de polimerização. O comonômeros é selecionado a partir do grupo que consiste em alfa olefinas diferentes do monômero de olefina que tem a partir de 2 a 10 átomos de carbono; polienos, tal como alfa-ômega-dienos não conjugados, que tem a partir de 4 a 10 átomos de carbono, olefinas cíclicas que tem a partir de 6 a 20 átomos de carbono e polienos cíclicos que tem a partir de 6 a 20 átomos de carbono. Preferencialmente, o comonômeros é selecionado a partir do grupo de alfa olefinas diferentes do monômero de olefina que tem a partir de 2 a 10 átomos de carbono, tal como 1-buteno, 1-hexeno e 1-octeno quando o monômero de olefina é etileno; e etileno, 1-buteno e 1-hexeno quando o monômero de olefina é propileno.
[0031] Adequadamente, o comonômeros está presente em ambos os reatores de polimerização. Os mesmos comonômeros podem ser usados em ambos os reatores de polimerização, mas os mesmos podem ser diferentes, se exigido, por exemplo, por propriedades de produto. Além disso, as concentrações do comonômeros ou comonômeros nos dois reatores são adequadamente diferentes umas das outras. Isso permite a produção de blendas homogêneas de dois polímeros diferentes. Contudo, também é possível operar os reatores de modo que as concentrações do comonômeros ou comonômeros nos dois reatores sejam as mesmas.
[0032] O catalisador de polimerização pode ser qualquer catalisador conhecido na técnica que tenha capacidade para polimerizar o monômero e o comonômeros opcional. Portanto, o catalisador de polimerização pode ser um catalisador Ziegler- Natta conforme revelado em EP-A-280352, EP-A-280353 e EP-A- 286148, ou pode ser um catalisador metaloceno conforme revelado em WO-A-1993025590, US-A-5001205, documento de patente WO-A- 1987003604 e US-A-5001244, ou pode ser uma combinação desses. Outros catalisadores adequados, tal como catalisadores de metal de transição final, podem ser usados.
[0033] Um agente de transferência de cadeia pode ser usado em um ou ambos os reatores de polimerização para controlar o peso molecular do polímero, conforme é conhecido na técnica. Um agente de transferência de cadeia adequado é, por exemplo, hidrogênio. Mantendo-se diferentes concentrações do agente de transferência de cadeia nos dois reatores, é possível produzir uma blenda polimérica que tem uma distribuição de peso molecular ampla.
[0034] É autoexplicativo que as condições de reação aplicadas dentro dos reatores diferentes podem não ser as mesmas, e sim diferentes quando comparadas umas às outras. Isso permite a produção de diferentes polímeros que, finalmente, são blendados entre si. Conforme as condições de reação podem ser ajustadas de modo completamente independente para o reator (reatores) adicional, as opções para variar a microestrutura dos polímeros a serem blendados são muito amplas.
[0035] O solvente está presente adequadamente no processo de polimerização. O solvente pode ser qualquer alquila de cadeira ramificada ou linear adequada que tem a partir de 3 a 20 átomos de carbono, uma alquila cíclica, que tem opcionalmente substitutos de alquila, que tem a partir de 5 a 20 átomos de carbono, ou uma arila, que tem opcionalmente substitutos de alquila, que tem a partir de 6 a 20 átomos de carbono, ou uma mistura de dois ou mais dos compostos listados acima. O solvente precisa estar inerte em relação ao catalisador de polimerização e os monômeros. Adicionalmente, precisa ser estável nas condições de polimerização. O mesmo também precisa ter capacidade para dissolver o monômero, os comonômeros eventuais, o agente de transferência de cadeia eventual e o polímero nas condições de polimerização.
[0036] A temperatura nos reatores de polimerização é de modo que o polímero formado na reação de polimerização seja completamente dissolvido na mistura de reação que compreende o solvente, o comonômero (ou comonômeros), o agente de transferência de cadeia e o polímero. Então, por exemplo, a primeira solução é formada no primeiro reator de polimerização. A temperatura é adequadamente maior que a temperatura de fusão do polímero. Portanto, quando o polímero é um homo ou copolímero de etileno, a temperatura está adequadamente a partir de 120°C a 240 °C, tal como a partir de 140 °C a 220 °C, mais preferencialmente, a partir de 150 °C a 200 °C, que depende do teor de unidades de comonômeros no polímero. Quando um polímero é um homo ou copolímero de propileno, a temperatura está adequadamente a partir de 120°C a 250 °C, tal como a partir de 140 °C a 235 °C, mais preferencialmente, a partir de 150 °C a 225 °C, que depende do teor de unidades de comonômeros no polímero.
[0037] A pressão no reator de polimerização depende da temperatura, por um lado, e do tipo e quantidade do comonômeros, por outro lado. A pressão está adequadamente a partir de 5 a 30 MPa (50 a 300 bar), preferencialmente, a partir de 6 a 25 MPa (60 a 250 bar) e, mais preferencialmente, a partir de 7 a 20 MPa (70 a 200 bar).
[0038] As condições de processo preferenciais nos reatores estão em uma temperatura de preferencialmente pelo menos 120 °C, mais preferencialmente pelo menos 140 °C e, mais preferencialmente pelo menos 150°C e uma pressão de preferencialmente pelo menos 5,0 MPa, mais preferencialmente pelo menos 6,0 MPa e, mais preferencialmente pelo menos 7,0 MPa.
[0039] O processo é adequadamente operado continuamente. Desse modo, correntes de monômero, catalisador, e quando apresenta correntes de comonômeros, agente de transferência de cadeia e solvente são passados aos reatores de polimerização. Uma corrente de produto, tal como a primeira corrente da primeira solução ou a segunda corrente da segunda solução, que compreende o monômero sem reação, polímero dissolvido e comonômeros sem reação eventual e agente de transferência de cadeia assim como o solvente eventual é retirado a partir de cada reator.
[0040] Uma corrente de produto, tal como a primeira corrente da primeira solução ou a segunda corrente da segunda solução, é retirada a partir de cada reator de polimerização, tal como o primeiro reator de polimerização e o segundo reator de polimerização. As correntes podem ser passadas nos estágios de processo subsequente, tal como às etapas de aquecimento ou à etapa de separação, como correntes separadas ou as mesmas podem ser combinadas em uma localização adequada. Portanto, se as correntes são combinadas a montante da etapa de separação, elas podem ser combinadas a montante da primeira etapa de aquecimento; ou a montante da segunda etapa de aquecimento, mas a jusante da primeira etapa de aquecimento; ou a jusante da segunda etapa de aquecimento, mas a montante da etapa de separação; ou elas podem ser passadas à etapa de separação como correntes separadas. Além disso, se existir mais de dois reatores, as correntes podem ser passadas ao separador, de acordo com qualquer um dos procedimentos discutidos acima.
[0041] A primeira corrente da primeira solução ou a segunda corrente da segunda solução, cada uma, contém preferencialmente, a partir de 10 a 35 % por peso de polímero, mais preferencialmente, a partir de 12 a 30 % por peso de polímero, mais preferencialmente, a partir de 15 a 25 % por peso de polímero, com base no peso total de teor da primeira corrente da primeira solução ou a segunda corrente da segunda solução.
PRIMEIRA ETAPA DE AQUECIMENTO
[0042] A primeira corrente da primeira solução é passada a partir do primeiro reator de polimerização à primeira etapa de aquecimento. O propósito da primeira etapa de aquecimento é pré- aquecer a primeira corrente antes de entrar na primeira etapa de separação.
[0043] A primeira etapa de aquecimento é conduzida adequadamente em um trocador de calor. Por exemplo, a primeira corrente da primeira solução é distribuída em diversos tubos e um fluido de aquecimento é passado para entrar em contato com os tubos, desse modo, aquece a solução que flui nos mesmos.
[0044] O propósito da primeira etapa de aquecimento é recuperar o calor a partir das correntes de processo desse modo, melhora a economia do processo.
[0045] O fluido de aquecimento pode ser qualquer fluido de processo que contenha calor recuperável. Preferencialmente, a corrente de vapor recuperada a partir da etapa de separação é usada como o fluido de aquecimento. Durante o processo, o fluido de aquecimento, por exemplo, a corrente de vapor, é resfriada. É preferencial retirar tanto calor a partir da corrente de vapor que pelo menos uma parte da corrente de vapor condense na primeira etapa de aquecimento.
[0046] Normalmente, a temperatura da corrente de solução, assim como a primeira corrente da primeira solução, a segunda corrente da segunda solução ou da corrente de solução combinada, antes de entrar a primeira etapa de aquecimento, está a partir de 120 °C a 240 °C, preferencialmente, a partir de 140 °C a 220 °C, mais preferencialmente, a partir de 150 °C a 200 °C, quando o polímero é um homo ou copolímero de etileno. Normalmente, a temperatura da corrente de solução, assim como a primeira corrente da primeira solução, a segunda corrente da segunda solução ou a corrente de solução combinada, antes de entrar a primeira etapa de aquecimento, está a partir de 120 °C a 250 °C, preferencialmente, a partir de 140 °C a 235 °C, mais preferencialmente, a partir de 150 °C a 225 °C, quando o polímero é um homo ou copolímero de propileno.
[0047] A temperatura da corrente de solução imediatamente a jusante da primeira etapa de aquecimento está a partir de 160 °C a 240 °C, preferencialmente, a partir de 170 °C a 220 °C, mais preferencialmente, a partir de 180 °C a 200 °C, quando o polímero é um homo ou copolímero de etileno. A temperatura da corrente de solução imediatamente a jusante da primeira etapa de aquecimento está a partir de 200 °C a 250 °C, preferencialmente, a partir de 210 °C a 250 °C, mais preferencialmente, a partir de 220 °C a 250 °C, quando o polímero é um homo ou copolímero de propileno.
[0048] A temperatura do meio de aquecimento, assim como a corrente de vapor, antes de entrar na primeira etapa de aquecimento, está preferencialmente, a partir de 120 °C a 240 °C.
[0049] É preferencial que a pressão da corrente de solução, assim como a primeira corrente da primeira solução, a segunda corrente da segunda solução, ou a corrente de solução combinada, não seja substancialmente afetada pela primeira etapa de aquecimento. A pressão está adequadamente a partir de 5 a 30 MPa (50 a 300 bar), preferencialmente, a partir de 6 a 25 MPa (60 a 250 bar) e, mais preferencialmente, a partir de 7 a 20 MPa (70 a 200 bar).
SEGUNDA ETAPA DE AQUECIMENTO
[0050] O propósito da segunda etapa de aquecimento é aquecer a corrente de solução a uma temperatura exigida para a etapa de separação. A segunda etapa de aquecimento é exigida visto que o calor recuperável no meio de aquecimento na primeira etapa de aquecimento pode ser insuficiente para alcançar a temperatura desejada da corrente de solução.
[0051] A segunda etapa de aquecimento pode ser conduzida usando-se princípios semelhantes à primeira etapa de aquecimento. Contudo, a temperatura do fluido de aquecimento usado na segunda etapa de aquecimento é controlada adequadamente a uma temperatura que permite o aquecimento da corrente de solução, tal como a primeira corrente da primeira solução, à temperatura desejada. Desse modo, é preferencial que a corrente do fluido de aquecimento usado na segunda etapa de aquecimento seja aquecida a uma temperatura desejada antes de introduzir o mesmo na segunda etapa de aquecimento.
[0052] De acordo com uma modalidade da invenção, a temperatura da corrente de solução, ou seja, a primeira corrente da primeira solução, a segunda corrente da segunda solução, ou a corrente combinada que compreende a primeira corrente da primeira solução e a segunda corrente da segunda solução, é medida a jusante da primeira etapa de aquecimento e a taxa de fluxo do fluido de aquecimento usada na segunda etapa de aquecimento é ajustada com base na diferença entre a temperatura medida e a temperatura desejada da corrente de solução.
[0053] A temperatura da corrente de solução a jusante da segunda etapa de aquecimento está normalmente a partir de 200 °C a 300 °C, preferencialmente, a partir de 200 °C a 260 °C e, mais preferencialmente, a partir de 210 °C a 230 °C, quando o polímero é um homo ou copolímero de etileno. A temperatura da corrente de solução a jusante da segunda etapa de aquecimento está normalmente a partir de 200 °C a 300 °C, preferencialmente, a partir de 210 °C a 270 °C e, mais preferencialmente, a partir de 220 °C a 250 °C, quando o polímero é um homo ou copolímero de propileno.
[0054] É preferencial que a pressão da corrente de solução, assim como a primeira corrente da primeira solução, a segunda corrente da segunda solução, ou a corrente de solução combinada, não seja afetada substancialmente pela segunda etapa de aquecimento. A pressão está adequadamente a partir de 5 a 30 MPa (50 a 300 bar), preferencialmente, a partir de 6 a 25 MPa (60 a 250 bar) e, mais preferencialmente, a partir de 7 a 20 MPa (70 a 200 bar).
ETAPA DE SEPARAÇÃO
[0055] A corrente de solução é passada à etapa de separação em que a temperatura e pressão são ajustadas de modo que uma fase líquida e uma fase de vapor sejam obtidas. O polímero é dissolvido na fase líquida que compreende uma parte do solvente eventual e uma parte do comonômeros sem reação eventual, enquanto a maior parte do monômero sem reação, agente de transferência de cadeia sem reação eventual, eventualmente uma parte do comonômeros sem reação e, eventualmente, uma parte do solvente formam a fase de vapor.
[0056] A temperatura na etapa de separação está adequadamente dentro da faixa a partir de 120 °C a 240 °C, preferencialmente, a partir de 140 °C a 220 °C e, mais preferencialmente, a partir de 150 °C a 200 °C, quando o polímero é um homo ou copolímero de etileno. A temperatura na etapa de separação está adequadamente dentro da faixa a partir de 120 °C a 240 °C, preferencialmente, a partir de 140 °C a 220 °C e, mais preferencialmente, a partir de 150 °C a 200 °C, quando o polímero é um homo ou copolímero de propileno.
[0057] A pressão na etapa de separação está a partir de 0,1 a 1,5 MPa (1 a 15 bar), preferencialmente, a partir de 0,2 a 1,2 MPa (2 a 12 bar) e, mais preferencialmente, a partir de 0,5 a 1 MPa (5 a 10 bar).
[0058] As condições na etapa de separação precisam ser de modo que nenhuma polimerização indesejada a jusante dos reatores ocorra, o que necessitaria eliminar os catalisadores de polimerização com substâncias polares normalmente. Portanto, em um aspecto preferencial da presente invenção nenhuma eliminação de catalisador é adicionada à corrente de efluentes de reator não reduzido antes ou durante a etapa de separação.
[0059] Em outro aspecto da presente invenção, que, contudo, não é preferencial, o agente eliminador de catalisador é adicionado à corrente de efluentes de reator não reduzido antes ou durante a etapa de separação. O agente eliminador de catalisador é normalmente um componente polar tal como água, álcoois (tal como metanol e etanol), estearato de sódio/cálcio, CO, e combinações dos mesmos.
[0060] Conforme discutido acima, as condições na etapa de separação precisam ser de modo que a fase de vapor e a fase líquida sejam formadas. Desse modo, a reciclagem dos reagentes aos reatores pode ser mantida o mais simples possível.
[0061] A etapa de separação pode ser conduzida de acordo com qualquer método de separação conhecido na técnica, em que uma fase líquida e uma fase de vapor coexistem. É preferencial conduzir a etapa de separação como uma etapa de vaporização, devido à facilidade de operação. Conforme é conhecido na técnica, o líquido alimentado é passado a um recipiente operado a uma pressão reduzida. Desse modo, uma parte da fase líquida evapora e pode ser retirada como uma corrente suspensa (ou uma corrente de vapor) a partir da vaporização. A parte que resta na fase líquida é então retirada como uma corrente inferior (ou uma corrente líquida).
[0062] A vantagem de ter uma fase de vapor e uma fase líquida presentes na etapa de separação é para, primeiramente, um aparelho simples e, portanto, custo de investimento baixo. Ademais, a transferência de polímero com a corrente de vapor é mínima.
[0063] Adequadamente, a corrente de solução combinada é passada à etapa de separação por meio de um misturador. Alternativamente, cada uma dentre a primeira corrente da primeira solução e a segunda corrente da segunda solução é passada à etapa de separação por meio de misturadores separados se as correntes forem passadas à etapa de separação separadamente. O misturador é adequadamente um misturador estático. Os misturadores estáticos são bem conhecidos na técnica e a pessoa versada na técnica tem capacidade para selecionar um misturador adequado para o processo. O uso do misturador melhora a mistura da primeira e da segunda soluções, por um lado, e a transferência de massa aos componentes voláteis a partir da fase líquida à fase de vapor, por outro lado, aumentando-se substancialmente a área de transferência de massa.
[0064] É preferencial que a primeira corrente da primeira solução e a segunda corrente da segunda solução sejam combinadas a uma corrente de solução combinada antes de passar as mesmas à etapa de separação. Tal combinação é feita adequadamente a montante do misturador e com o uso de qualquer uma das diferentes opções para combinar correntes discutidas acima.
[0065] Em uma modalidade preferencial, a etapa de separação é uma etapa de vaporização conforme discutido abaixo. A etapa de vaporização é conduzida adequadamente em um recipiente de vaporização, que é um recipiente vertical que tem preferencialmente um formato cilíndrico geralmente. Desse modo, o recipiente de vaporização tem uma seção que tem aproximadamente um corte transversal circular. Preferencialmente, o recipiente de vaporização tem uma seção cilíndrica que tem um formato de um cilindro circular. Ademais à seção cilíndrica, o recipiente de vaporização pode ter seções adicionais, tal como uma seção inferior, que pode ser cônica, e uma seção superior que pode ser hemisférica. Alternativamente, o recipiente de vaporização também pode ter um formato cônico geralmente.
[0066] A temperatura no recipiente de vaporização está normalmente a partir de 120 a 240 °C. A temperatura precisa ser suficientemente alta para manter a viscosidade da solução em um nível adequado, mas menor que a temperatura em que o polímero é degradado. A pressão no recipiente de vaporização está normalmente a partir de 1,5 MPa (15 bar) à atmosférica, ou até mesmo menor que atmosférica.
[0067] A corrente de solução entra no recipiente de vaporização no topo. A solução percorre para baixo no recipiente de vaporização enquanto os gases que evaporam a partir da solução percorrem para cima. De acordo com essa modalidade preferencial, o polímero forma um filme fino que cai para baixo no recipiente de vaporização. Isso facilita a remoção de hidrocarboneto a partir da solução de polímero. Os gases são normalmente retirados a partir do topo do recipiente de vaporização enquanto a solução é retirada a partir do fundo.
[0068] De acordo com uma modalidade especialmente preferencial, a primeira corrente da primeira solução é pulverizada no recipiente de vaporização. A pulverização pode ser feita usando-se um ou mais bocais adequados que dispersam a corrente de solução em gotículas. Tais bocais são conhecidos na indústria e incluem bocais pulverizadores de ar, bocais de jato achatado, bocais em cone vazado e bocais em cone completo. Preferencialmente, os bocais partem a corrente em gotículas que têm o tamanho de não mais que cerca de 1 mm.
[0069] O bocal forma uma corrente de gotículas no recipiente de vaporização. A corrente de gotículas então coagula dentro do recipiente de vaporização e forma um filme que cai que tem uma área de superfície relativamente alta. Isso aprimora a transferência de massa dos componentes voláteis a partir da solução.
[0070] Conforme descrito acima, o recipiente de vaporização pode ter um formato cilíndrico geralmente vertical. Então a corrente de gotículas é direcionada tangencialmente com a parede do recipiente de vaporização por uma posição adequada do bocal. Portanto, o bocal está adequadamente localizado relativamente próximo à parede de modo que sua saída esteja voltada tangencialmente com a parede. Quando a corrente das gotículas sai do bocal, a mesma se move na direção da parede que forma um filme que cai. Também é possível que o recipiente de vaporização tenha um formato cônico geralmente vertical. Em tal modalidade, é possível direcionar a corrente das gotículas tangencialmente com a parede do recipiente de vaporização, conforme descrito acima. Contudo, também é possível direcionar as gotículas axialmente voltadas à parede do recipiente de vaporização. O bocal ou os bocais são então montados excentricamente dentro do recipiente de vaporização. Em ambas as montagens, a solução de polímero forma um filme que cai dentro do recipiente de vaporização.
[0071] O teor de polímero em corrente de solução retirada a partir do primeiro estágio de vaporização está normalmente a partir de 40 a 90 % por peso, preferencialmente, a partir de 50 a 80 % por peso, e, mais preferencialmente, a partir de 60 a 75 % por peso, com base no peso total de teor da corrente de solução. Em outras palavras, a corrente de produto retirada a partir do primeiro estágio de vaporização contém a partir de 10 a 60 % por peso, preferencialmente, a partir de 20 a 50 % por peso e, mais preferencialmente, a partir de 25 a 40 % por peso de hidrocarbonetos residuais, com base no peso total de teor da corrente de solução.
[0072] Quando visto a partir de um ângulo diferente, a corrente de hidrocarboneto retirada a partir do recipiente de vaporização está a partir de 35 a 80 % por peso a partir das correntes de material total retiradas a partir do recipiente de vaporização. A corrente de hidrocarboneto normalmente compreende monômero sem reação e também solvente e comonômeros sem reação.
[0073] Usando-se a vaporização conforme descrito acima, é possível alcançar alta eficiência de separação. Por exemplo, a eficiência de separação para hidrocarbonetos que contêm 6 átomos de carbono é de pelo menos 70 % e preferencialmente pelo menos 75 %. Adicionalmente, a eficiência de separação para hidrocarbonetos que contêm 8 átomos de carbono é de pelo menos 55 % e preferencialmente pelo menos 60 %. A eficiência de separação é definida conforme o fluxo de massa do componente retirado na corrente de vapor dividida pela (teórica) taxa de fluxo de massa do componente na corrente de vapor em condições de equilíbrio.
[0074] As condições de processo preferencial nos separadores de baixa pressão estão em uma pressão preferencialmente menor que 1,5 MPa, mais preferencialmente menor que 1,2 MPa e, mais preferencialmente menor que 1,0 MPa e em uma temperatura preferencialmente menor que 240 °C, mais preferencialmente menor que 220 °C e, mais preferencialmente menor que 200 °C.
[0075] É possível adicionar aditivos, tal como antioxidantes, estabilizadores de processo, estabilizadores UV, agentes antiblocagem e removedores de ácido à solução de polímero a montante do misturador. Tal uma montagem permite dispersar os aditivos homogeneamente dentro do polímero.
[0076] Uma corrente de solução concentrada é retirada a partir da fase líquida da etapa de separação. A corrente de solução concentrada é passada adequadamente às etapas de processo subsequente, tal como separação adicional, etapas de peletização e extrusão. Conforme entendido por uma pessoa versada na técnica, a corrente de solução está principalmente na fase líquida, mas pode conter uma quantidade pequena de vapor, por exemplo, na forma de bolhas. A quantidade de vapor na corrente de solução concentrada é no máximo 40 % por peso, preferencialmente no máximo 30 % por peso, ainda mais preferencialmente no máximo 20 % por peso, tal como no máximo 10 % por peso ou no máximo 5 % por peso.
[0077] Normalmente, o teor de polímero na corrente de solução que entra na etapa de separação está a partir de 10 a 35 % por peso, preferencialmente, a partir de 12 a 30 % por peso e, mais preferencialmente, a partir de 15 a 25 % por peso. The teor de polímero na corrente de solução concentrada está normalmente a partir de 40 a 90 % por peso, preferencialmente, a partir de 50 a 80 % por peso, preferencialmente, a partir de 60 a 75 % por peso.
[0078] A corrente de fase de vapor é devolvida aos reatores de polimerização. Uma corrente de vapor é retirada a partir da fase de vapor na etapa de separação. Preferencialmente, o calor na corrente de vapor é recuperado antes de passar o mesmo aos reatores de polimerização. Preferencialmente, pelo menos uma parte da corrente de vapor é passada à primeira etapa de aquecimento para aquecer a corrente de solução. A corrente de vapor pode conter uma pequena quantidade de líquido, por exemplo, na forma de gotículas. A quantidade de líquido na corrente de vapor retirada a partir da etapa de separação é no máximo 40 % por peso, preferencialmente no máximo 30 % por peso, ainda mais preferencialmente no máximo 20 % por peso, tal como no máximo 10 % por volume ou no máximo 5 % por peso.
RECICLAGEM DE CORRENTE DE VAPOR
[0079] Se a primeira corrente da primeira solução e a segunda corrente da segunda solução forem combinadas a montante da primeira etapa de aquecimento, então é preferencial que a corrente de vapor inteira seja passada à primeira etapa de aquecimento para aquecer a corrente de solução combinada que compreende a primeira corrente da primeira solução e a segunda corrente da segunda solução. Por outro lado, se a primeira corrente da primeira solução for passada à primeira etapa de aquecimento e a segunda corrente da segunda solução for passada separadamente à terceira etapa de aquecimento, então é preferencial que a corrente de vapor seja dividida em uma primeira corrente de vapor e uma segunda corrente de vapor. A primeira corrente de vapor é então passada à primeira etapa de aquecimento para aquecer a primeira corrente da primeira solução e a segunda corrente de vapor é passada à terceira etapa de aquecimento para aquecer a segunda corrente da segunda solução.
[0080] Na primeira etapa de aquecimento, o calor carregado pela corrente de vapor ou pela primeira corrente de vapor e a segunda corrente de vapor é transferida à corrente de solução na primeira etapa de aquecimento ou na primeira e terceira etapas de aquecimento. A primeira etapa de aquecimento é preferencialmente conduzida em um trocador de calor, em que o calor é transferido à corrente de solução e consequentemente a corrente de vapor é resfriada na primeira etapa de aquecimento. A corrente de vapor pode resfriar a um ponto em que uma parte da mesma condensa. A discussão acima se aplica também à primeira e segunda correntes de vapor e a terceira etapa de aquecimento, se a terceira etapa de aquecimento estiver presente.
[0081] A corrente de vapor é recuperada a partir da primeira etapa de aquecimento. Alternativamente, a primeira corrente de vapor é recuperada a partir da primeira etapa de aquecimento e a segunda corrente de vapor é recuperada a partir da terceira etapa de aquecimento após a primeira corrente de vapor e a segunda corrente de vapor serem recombinadas para formar a corrente de vapor.
[0082] A corrente de vapor é então opcionalmente passada a uma etapa de condensação. Na etapa de condensação, a fase de vapor é parcialmente condensada para formar uma corrente de vapor condensado e uma corrente de vapor não condensada. A etapa de condensação é útil quando o primeiro reator de polimerização e o segundo reator de polimerização são operados em condições diferentes, tal como em diferentes concentrações do agente de transferência de cadeia, tal como hidrogênio. Então, o hidrogênio pode ser separado na etapa de condensação a partir da corrente de vapor condensado. Também é possível, e preferencial, que a corrente de vapor já tenha sido condensada na primeira etapa de aquecimento ou na primeira e terceira etapas de aquecimento. Desse modo, nenhuma etapa de condensação separada é necessária, mas a primeira etapa de aquecimento ou a primeira e terceira etapas de aquecimento servem como etapas de condensação.
[0083] A corrente de vapor parcialmente condensada pode então ser dividida em uma corrente de vapor condensado e uma corrente de vapor não condensada. Isso pode ser feito, por exemplo, em um recipiente. A corrente de vapor parcialmente condensada é passada ao recipiente em que a fração condensada permanece como um líquido e a fração não condensada permanece como um vapor. A corrente de vapor condensado é então retirada a partir da fase líquida e a corrente de vapor não condensada é retirada a partir da fase de vapor.
[0084] A corrente de vapor condensado é devolvida a um ou ambos dentre o primeiro e segundo reatores de polimerização. Preferencialmente, a corrente de vapor condensado é devolvida em ambos o primeiro e segundo reatores de polimerização.
[0085] A corrente de vapor não condensada é devolvida adequadamente em um dentre o primeiro e segundo reatores de polimerização. Adequadamente, a corrente de vapor não condensada é devolvida ao reator de polimerização que opera em uma concentração maior de componentes leves, tal como hidrogênio. Alternativamente, a corrente de vapor não condensada pode ser enviada para processamento adicional, tal como recuperação ou eliminação de resíduos.
[0086] Se não houver nenhuma etapa de condensação, então a corrente de vapor pode ser passada diretamente em um dentre o primeiro e segundo reatores de polimerização ou em ambos o primeiro e segundo reatores de polimerização. Contudo, como a corrente de vapor pode conter componentes cuja presença pode ser prejudicial para operar um dos reatores de polimerização, é preferencial que a corrente de vapor seja passada em um dentre o primeiro e segundo reatores de polimerização. A corrente de vapor é então passada ao reator de polimerização cuja operação permite a presença de componentes leves em uma concentração maior.
[0087] Na modalidade não preferencial em que a polimerização indesejada a jusante dos reatores foi evitada pela adição de agentes eliminadores de catalisador conforme descrito acima, os ditos agentes eliminadores de catalisador precisam ser removidos a partir da corrente de vapor inclinada ao polímero, por exemplo, pelo uso de absorventes de leito fixo ou removendo-se com uma alquila de alumínio.
PROCESSO A JUSANTE
[0088] A corrente de solução concentrada é então passada às etapas de processo subsequente. Preferencialmente, as etapas de processo subsequente incluem pelo menos uma etapa de concentração adicional. Tal pelo menos uma etapa de concentração adicional pode ser realizada, por exemplo, em uma maneira semelhante à etapa de separação da presente invenção.
[0089] Além disso, o polímero em que os hidrocarbonetos residuais foram removidos ao ponto desejado é extrudado e peletizado. Antes ou durante a etapa de extrusão, os aditivos são adicionados ao polímero. As pelotas resultantes são então secas, armazenadas e despachada ao uso desejado.
BENEFÍCIOS DA INVENÇÃO
[0090] A presente invenção fornece uma reciclagem simples e econômica de monômeros e solvente nos reatores de polimerização. Especialmente, a corrente de vapor pode ser devolvida aos reatores de polimerização sem as etapas de destilação. Isso fornece redução substancial nos custos de operação e investimento.
EXEMPLOS
[0091] Simulações de computador foram realizadas com o uso do software de computador Aspen 8.8. Na simulação, uma solução retirada a partir do estágio de reação que contém 21,2 % em peso de um copolímero de etileno e 1-octeno, 0,9 % em peso de monômero de etileno sem reação, e 77,9 % em peso de solvente de n-hexano junto com comonômeros de 1-octeno sem reação no exemplo E1 foi separado em um separador de vaporização (separador vapor- líquido). Desse modo, a temperatura da corrente de solução foi presumida 220°C antes de entrar no separador de vaporização e a pressão foi presumida 9 MPa (90 barg) antes de entrar no separador de vaporização e 0,9 MPa (9 barg) no separador de vaporização. Em comparação, o exemplo CE2 foi separado em um separador líquido-líquido. Desse modo, a temperatura da corrente de solução foi presumida 220°C antes de entrar no separador líquido-líquido e a pressão foi presumida 3 a 4,5 MPa (30 a 45 barg) no separador líquido-líquido. As comparações dos fluxos de processo são mostradas na Tabela 1.
Figure img0001
[0092] A partir da comparação, pode ser visto que a separação de vaporização é mais eficaz que a separação líquido-líquido que pode ser vista na concentração de polímero mais alta na corrente inferior. A quantidade mais baixa de corrente inferior de líquido de 32,5 % em peso a partir da quantidade total de corrente de solução em E1 comparado a 54 % em peso permite o uso de separadores a jusante menores para a concentração adicional e separação do polímero.

Claims (15)

1. Processo para produzir uma composição polimérica, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende as etapas de: (A) polimerizar, em um primeiro reator de polimerização em um primeiro solvente, - um primeiro monômero de olefina que tem dois ou mais átomos de carbono e - opcionalmente um primeiro comonômero de alfa olefina que contém a partir de 3 a 10 átomos de carbono, - na presença de um primeiro catalisador de polimerização e, opcionalmente, um agente de transferência de cadeia para produzir uma primeira solução que compreende um primeiro polímero do primeiro monômero de olefina e o primeiro comonômero de alfa olefina opcional e o primeiro solvente; (B) polimerizar, em um segundo reator de polimerização em um segundo solvente, - um segundo monômero de olefina que tem dois ou mais átomos de carbono e - opcionalmente um segundo comonômero de alfa olefina que contém a partir de 3 a 10 átomos de carbono, - na presença de um segundo catalisador de polimerização e, opcionalmente, um agente de transferência de cadeia para produzir uma segunda solução que compreende um segundo copolímero do segundo monômero de olefina e o segundo comonômero de alfa olefina opcional e o segundo solvente; (C) retirar uma primeira corrente da primeira solução a partir do primeiro reator de polimerização; (D) retirar uma segunda corrente da segunda solução a partir do segundo reator de polimerização; (E) combinar a segunda corrente da segunda solução com a primeira corrente da primeira solução para produzir uma corrente combinada da primeira e da segunda soluções; (F) passar a corrente combinada da primeira e da segunda soluções a uma primeira etapa de aquecimento e uma segunda etapa de aquecimento; (G) passar a corrente combinada da primeira e da segunda soluções em uma etapa de separação, em que a etapa de separação é conduzida em uma pressão de não mais que 1,5 MPa (15 bar), e em que uma fase líquida de etapa de separação que compreende o polímero e uma fase de vapor coexistem; (H) retirar uma corrente de vapor e uma corrente de solução concentrada que compreende o polímero a partir da etapa de separação; (I) passar pelo menos uma parte da corrente de vapor ao primeiro reator de polimerização, ao segundo reator de polimerização ou a ambos.
2. Processo para produzir uma composição polimérica, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende as etapas de: (A’) polimerizar, em um primeiro reator de polimerização em um primeiro solvente, - um primeiro monômero de olefina que tem dois ou mais átomos de carbono e - opcionalmente um primeiro comonômero de alfa olefina que contém a partir de 3 a 10 átomos de carbono, - na presença de um primeiro catalisador de polimerização e, opcionalmente, um agente de transferência de cadeia para produzir uma primeira solução que compreende um primeiro polímero de primeiro monômero de olefina e o primeiro comonômero de alfa olefina opcional e o primeiro solvente; (B’) polimerizar, em um segundo reator de polimerização em um segundo solvente, - um segundo monômero de olefina que tem dois ou mais átomos de carbono, e - opcionalmente um segundo comonômero de alfa olefina que contém a partir de 3 a 10 átomos de carbono - na presença de um segundo catalisador de polimerização e, opcionalmente, um agente de transferência de cadeia para produzir uma segunda solução que compreende um segundo copolímero de segundo monômero de olefina e o segundo comonômero de alfa olefina opcional e o segundo solvente; (C’) retirar uma primeira corrente da primeira solução a partir do primeiro reator de polimerização e passar a mesma a uma primeira etapa de aquecimento e uma segunda etapa de aquecimento; (D’) retirar uma segunda corrente da segunda solução a partir do segundo reator de polimerização e passar a mesma para uma terceira etapa de aquecimento e uma quarta etapa de aquecimento; (E’) combinar a segunda corrente aquecida da segunda solução com a primeira corrente aquecida da primeira solução para produzir uma corrente combinada da primeira e da segunda soluções; (F’) passar a corrente combinada da primeira e da segunda soluções em uma etapa de separação, em que a etapa de separação é conduzida em uma pressão de não mais que 1,5 MPa (15 bar), e em que uma fase líquida de etapa de separação que compreende o polímero e uma fase de vapor coexistem; (G’) retirar uma corrente de vapor e uma corrente de solução concentrada que compreende o polímero a partir da etapa de separação; (H’) passar pelo menos uma parte da corrente de vapor ao primeiro reator de polimerização, ao segundo reator de polimerização ou a ambos.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende a etapa adicional de passar a primeira corrente da primeira solução através de um misturador estático a jusante da segunda etapa de aquecimento.
4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende as etapas de passar a corrente de vapor à etapa de condensação; retirar uma corrente de vapor parcialmente condensada a partir da etapa de condensação.
5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 ou 3, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende as etapas de passar a corrente de vapor à etapa de condensação; retirar uma corrente de vapor parcialmente condensada a partir da etapa de condensação.
6. Processo, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende as etapas de: passar pelo menos uma parte da corrente de vapor à primeira etapa de aquecimento para aquecer a primeira corrente da primeira solução; e recuperar a pelo menos parte da corrente de vapor a partir da primeira etapa de aquecimento como a corrente de vapor parcialmente condensada.
7. Processo, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende as etapas de: dividir a corrente de vapor em uma primeira corrente de vapor e uma segunda corrente de vapor; passar a primeira corrente de vapor à primeira etapa de aquecimento para aquecer a primeira corrente da primeira solução e recuperar a primeira corrente de vapor a partir da primeira etapa de aquecimento; passar a segunda corrente de vapor à terceira etapa de aquecimento para aquecer a segunda corrente da segunda solução e recuperar a segunda corrente de vapor a partir da terceira etapa de aquecimento; e combinar a primeira e segunda correntes de vapor a jusante da primeira e da terceira etapas de aquecimento.
8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 7, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende a etapa de dividir a corrente de vapor parcialmente condensada em uma corrente de vapor condensado e uma corrente de vapor não condensada.
9. Processo, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende a etapa de passar a corrente de vapor condensado ao primeiro reator de polimerização, ao segundo reator de polimerização ou tanto ao primeiro reator de polimerização quanto ao segundo reator de polimerização.
10. Processo, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende a etapa de passar pelo menos uma parte da corrente de vapor não condensada ao primeiro reator de polimerização ou ao segundo reator de polimerização.
11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro solvente e o segundo solvente são o mesmo.
12. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro monômero de olefina e o segundo monômero de olefina são etileno ou propileno.
13. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, CARACTERIZADO pelo fato de que o segundo comonômero de alfa olefina é o mesmo que o primeiro comonômero de alfa olefina.
14. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro comonômero tem um ponto de ebulição que é menor que o ponto de ebulição do primeiro solvente, e o segundo comonômero tem um ponto de ebulição que é maior que o ponto de ebulição do segundo solvente.
15. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, CARACTERIZADO pelo fato de que o teor de polímero em corrente de solução retirada a partir do primeiro estágio de vaporização é a partir de 40 a 90% por peso, preferencialmente, a partir de 50 a 80% por peso, e, mais preferencialmente, a partir de 60 a 75% por peso, com base no peso total de teor da corrente de solução.
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