BR112018012879B1 - Processo para produzir uma composição polimérica - Google Patents

Abstract

PROCESSO PARA PRODUZIR UMA COMPOSIÇÃO POLIMÉRICA. A presente invenção refere-se a um processo para produzir uma composição polimérica compreendendo as etapas de: (A) polimerização, em um primeiro reator de polimerização em um primeiro solvente,- um primeiro monômero de olefina com dois ou mais átomos de carbono, - na presença de um primeiro catalisador de polimerização para produzir uma primeira solução que compreende um primeiro polímero do primeiro monômero de olefina e o primeiro solvente; (B) retirar uma primeira corrente da primeira solução do primeiro reator de polimerização; (C) passar a primeira corrente da primeira solução para um primeiro separador, em que uma primeira fase líquida que compreende o polímero e uma primeira fase de vapor coexistem; (D) retirar uma primeira corrente de vapor e uma primeira corrente de solução concentrada que compreende o polímero do primeiro separador; (E) passar pelo menos uma parte da primeira corrente de vapor para um primeiro fracionador; (F) retirar um primeiro fluxo superior e um primeiro fluxo inferior do primeiro fracionador; (G) recuperar pelo menos uma parte da primeira corrente superior como uma primeira corrente de reciclagem e passar a mesma para o primeiro reator de polimerização; (H) passar a primeira corrente de solução concentrada (...).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se a um processo de polimerização em solução. Mais especificamente, a presente invenção trata da separação e recuperação dos componentes voláteis da mistura de reação a jusante do processo de polimerização.

PROBLEMA A SER RESOLVIDO

[0002] É conhecida a produção de polímeros de olefina no processo de polimerização em solução, em que o monômero e o comonômero que não reagiram e o solvente são separados da solução e reciclados para o processo de polimerização.

[0003] O documento WO-A-2008109094 divulgou um processo para recuperar componentes voláteis da solução de polímero. O processo de separação líquido-líquido retorna os componentes voláteis aos reatores de polimerização, opcionalmente através de uma ou mais torres de separação.

[0004] O documento US-B-2691647 divulga um processo de polimerização em solução com recuperação em duas etapas de hidrocarbonetos voláteis da solução de polímero.

[0005] O documento WO-A-2014138854 divulga um processo de polimerização em solução no qual a solução de pelo menos um reator de polimerização é passada para um separador vapor- líquido e pelo menos 60% da corrente de vapor formada é reciclada de volta para reatores de polimerização. O resto da corrente de vapor é enviado para destilação. O consumo de energia é reduzido pelo reciclo de uma parte da corrente de vapor. Além disso, vapor de baixa pressão é gerado durante uma etapa de condensação da fase de vapor.

[0006] O documento WO-A-2015022079 divulga um processo de polimerização em solução, em que a solução do reator de polimerização é primeiramente passada por uma etapa de lavagem e depois por três estágios de concentração subsequentes. O processo não fornece nenhum meio para reciclar o monômero e o comonômero que não reagiram. Apenas o solvente é reciclado.

[0007] O documento WO-A-2015040522 divulga um processo de polimerização em solução, em que a solução do reator de polimerização é passada por três estágios de concentração subsequentes. Apenas solvente é reciclado do segunda e terceira estágios de concentração.

[0008] Apesar da técnica anterior, permanece ainda a necessidade de um processo eficiente para remover e recuperar hidrocarbonetos residuais da solução de polímero. A presente invenção fornece um processo melhorado para recuperar componentes da mistura de reação e, desse modo, reduz o consumo de energia da seção de recuperação.

RESUMO DA INVENÇÃO

[0009] A presente invenção fornece um processo para a produção de uma composição polimérica que compreende as etapas de:

[0010] (A) polimerização, em um primeiro reator de polimerização (2) em um primeiro solvente, - um primeiro monômero de olefina contendo dois ou mais átomos de carbono e - opcionalmente um primeiro comonômero, - 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 opcional e o primeiro solvente;

[0011] (B) retirar uma primeira corrente da primeira solução do primeiro reator de polimerização (2);

[0012] (C) passar a primeira corrente da primeira solução para um primeiro separador (4) em que uma primeira fase líquida que compreende o polímero e uma primeira fase de vapor coexistem;

[0013] (D) retirar uma primeira corrente de vapor e uma primeira corrente de solução concentrada que compreende o polímero do primeiro separador (4);

[0014] (E) passar pelo menos uma parte da primeira corrente de vapor para um primeiro fracionador (5);

[0015] (F) retirar uma primeira corrente de topo e uma primeira corrente de fundo a partir do primeiro fracionador (5);

[0016] (G) recuperar pelo menos uma parte da primeira corrente de topo como uma primeira corrente de reciclo e passar a mesma para o primeiro reator de polimerização (2);

[0017] (H) passar a primeira corrente de solução concentrada do primeiro separador (4) para um segundo separador (8), em que uma segunda fase líquida que compreende o polímero e uma segunda fase de vapor coexistem;

[0018] (I) retirar uma segunda corrente de vapor e uma segunda corrente de solução concentrada que compreende o polímero do segundo separador (8);

[0019] (J) passar pelo menos uma parte da segunda corrente de vapor para um segundo fracionador (12);

[0020] (K) retirar uma segunda corrente de topo e uma segunda corrente de fundo a partir do segundo fracionador (12);

[0021] (L) recuperar pelo menos uma parte da segunda corrente de topo como uma segunda corrente de reciclo e passar a mesma para o primeiro reator de polimerização (2);

[0022] (M) passar a segunda corrente de solução concentrada do segundo separador (8) para um terceiro separador (11), em que uma terceira fase líquida que compreende o polímero e uma terceira fase de vapor coexistem; caracterizado por ter a taxa de fluxo de massa da primeira corrente de reciclo de pelo menos 80% da taxa de fluxo de massa da primeira corrente de vapor, e a taxa de fluxo de massa da segunda corrente de reciclo pelo menos 70% da taxa de fluxo de massa da segunda corrente de vapor.

[0023] A polimerização do processo da presente invenção pode ser realizada em um ou mais reatores de polimerização conectados em configuração paralela. Num aspecto do processo da presente invenção, a etapa de polimerização (A) é a única etapa de polimerização de modo a que nenhum reator de polimerização esteja ligado em configuração paralela.

[0024] Alternativamente, o processo da presente invenção pode compreender uma configuração de reator de polimerização paralela com duas ou mais etapas de polimerização em dois ou mais reatores de polimerização em configuração paralela.

[0025] Assim, em um aspecto alternativo da presente invenção, o processo da presente invenção compreende ainda as etapas adicionais de:

[0026] (T) polimerização, em um segundo reator de polimerização (14) em um segundo solvente, - um segundo monômero de olefina com dois ou mais átomos de carbono e - opcionalmente um segundo comonômero, - 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 polímero de segundo monômero de olefina e o segundo comonômero opcional e o segundo solvente;

[0027] (U) retirar uma primeira corrente da segunda solução do segundo reator de polimerização (14);

[0028] (V) passar a primeira corrente da segunda solução para um quarto separador (16), em que uma fase líquida aquosa que compreende o polímero e uma quarta fase de vapor coexistem;

[0029] (W) retirar de uma quarta corrente de vapor e uma quarta corrente de solução concentrada que compreende o polímero do quarto separador (16);

[0030] (X) passar pelo menos uma parte da quarta corrente de vapor para um quarto fracionador (18);

[0031] (Y) retirar uma quarta corrente de topo e uma quarta corrente de fundo a partir do quarto fracionador (18);

[0032] (Z) recuperar pelo menos uma parte da quarta corrente de topo como uma quarta corrente de reciclo e passar a mesma para o segundo reator de polimerização (14);

[0033] (AA) passar a quarta corrente de solução concentrada do quarto separador (16) para o segundo separador (8), em que a segunda fase líquida que compreende o polímero e a segunda fase de vapor coexistem; caracterizado por ter a polimerização no primeiro reator de polimerização (2) na etapa (A) e a polimerização no segundo reator de polimerização (14) na etapa (T) conduzidas em configuração paralela; e a taxa de fluxo de massa da quarta corrente de reciclo ser de pelo menos 80% da taxa de fluxo de massa da quarta corrente de vapor.

[0034] Alternativamente, na configuração do reator paralelo, a primeira corrente da primeira solução e a primeira corrente da segunda solução podem ser combinadas antes de serem passadas para o primeiro separador.

[0035] Assim, em outro aspecto alternativo da presente invenção, o processo da presente invenção compreende ainda as etapas adicionais de:

[0036] (T’) polimerizar, em um segundo reator de polimerização (14) em um segundo solvente, - um segundo monômero de olefina com dois ou mais átomos de carbono e - opcionalmente um segundo comonômero, - na presença de um segundo catalisador de polimerização e, opcionalmente, um agente de transferência de cadeia para produzir uma segunda solução compreendendo um segundo polímero de segundo monômero de olefina e o segundo comonômero opcional e o segundo solvente;

[0037] (U’) retirar uma primeira corrente da segunda solução do segundo reator de polimerização (14);

[0038] (V') combinar a primeira corrente da segunda solução do segundo reator de polimerização (14) com a primeira corrente da primeira solução do primeiro reator de polimerização (2) para produzir uma primeira corrente combinada da primeira solução e a segunda solução;

[0039] (W’) passar a primeira corrente combinada da primeira solução e a segunda solução para um primeiro separador (4) em que uma primeira fase líquida que compreende o polímero e uma primeira fase de vapor coexistem; caracterizado por ter a polimerização no primeiro reator de polimerização (2) na etapa (A) e a polimerização no segundo reator de polimerização (14) na etapa (T’) realizadas em configuração paralela.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0040] A Figura 1 mostra um diagrama de fluxo para recuperação do monômero e comonômero que não reagiram e o solvente em uma configuração de reator de polimerização única. A primeira e a segunda corrente de topo são recicladas para os reatores de polimerização.

[0041] A Figura 2 mostra um diagrama de fluxo para recuperação do monômero e comonômero que não reagiram e o solvente em uma configuração de reator de polimerização paralela que compreende dois reatores de polimerização conectados em configuração paralela. A primeira, segunda e quarta correntes de topo são recicladas para os reatores de polimerização.

DEFINIÇÃO

[0042] Uma única configuração do reator de polimerização significa que nenhum outro reator de polimerização é conectado em configuração paralela.

[0043] Uma configuração paralela do reator de polimerização significa que dois ou mais, preferivelmente dois reatores de polimerização, são conectados em configuração paralela.

[0044] Na configuração do reator de polimerização simples, assim como na configuração do reator de polimerização paralela, dois ou mais reatores de polimerização podem ser conectados em série, ou seja, o efluente de um reator de polimerização a montante é alimentado ao reator de polimerização seguinte à cascata do reator. No entanto, é preferível que, na configuração do reator de polimerização simples e na configuração do reator de polimerização em paralelo, nenhum reator de polimerização seja ligado em série.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0045] A presente invenção é dirigida a um processo para a polimerização de uma ou mais olefinas em um ou mais reatores de polimerização em solução. O processo de polimerização em solução é tipicamente conduzido num solvente em que o monômero, eventuais comonômeros, eventual agente de transferência de cadeia e o polímero formado no decurso do processo são dissolvidos. Tais processos são divulgados, entre outros, nos documentos WO-A- 1997/036942, WO-A-2006/083515, WO-A-2008/082511 e WO-A- 2009/080710.

POLIMERIZAÇÃO

[0046] A polimerização pode ser realizada em um ou mais reatores de polimerização. É óbvio que quando o texto se refere a um reator de polimerização, pode ser igualmente aplicado a mais de um reator, e em específico a qualquer um dos reatores. Além disso, quando foi feita referência a mais de um reator, pode ser igualmente aplicado a um reator de polimerização.

[0047] Nos reatores de polimerização, monômeros de olefina com dois ou mais átomos de carbono, um ou mais sistemas catalíticos, opcionalmente um ou mais comonômeros, opcionalmente um ou mais agentes de transferência de cadeias e opcionalmente um ou mais diluentes ou solventes são utilizados para a condução de uma polimerização. Assim, o sistema de polimerização para cada reator está em seu estado fluido denso e compreende os monômeros de olefina, qualquer comonômero presente, qualquer diluente ou solvente presente, qualquer agente de transferência de cadeia presente e o produto polimérico.

[0048] O monômero de olefina é uma olefina contendo dois ou mais átomos de carbono, preferencialmente uma alfa olefina com dois ou mais átomos de carbono, mais preferencialmente, de 2 a 10 átomos de carbono. Ainda mais preferencialmente, o monômero de olefina é selecionado do grupo constituído por etileno, propileno e 1-buteno. De modo especialmente preferido, o monômero de olefina é etileno ou propileno.

[0049] Um ou mais comonômeros estão opcionalmente e de preferência presentes em pelo menos um dos reatores de polimerização. O comonômero é preferencialmente selecionado a partir do grupo que consiste em alfa-olefinas diferentes do monômero de olefina contendo de 2 a 10 átomos de carbono; polienos, tais como alfa-omega-dienos não conjugados, contendo de 4 a 10 átomos de carbono, olefinas cíclicas contendo de 6 a 20 átomos de carbono e polienos cíclicos contendo de 6 a 20 átomos de carbono. Preferencialmente, o comonômero é selecionado do grupo de alfa-olefinas diferentes do monômero de olefinas contendo de 2 a 10 átomos de carbono, tais como 1-buteno, 1- hexeno e 1-octeno quando o monômero de olefina for etileno; e etileno, 1-buteno e 1-hexeno quando o monômero de olefina for propileno.

[0050] Adequadamente, o comonômero está presente em ambos os reatores de polimerização. O mesmo comonômero pode ser utilizado em ambos os reatores de polimerização, mas eles podem também ser diferentes se exigido, por exemplo, pelas propriedades do produto. Além disso, as concentrações do comonômero ou comonômeros nos dois reatores são adequadamente diferentes umas das outras. Isso permite a produção de misturas homogêneas de dois polímeros diferentes. No entanto, também é possível operar os reatores de modo que as concentrações do comonômero ou dos comonômeros nos dois reatores sejam as mesmas.

[0051] O catalisador de polimerização pode ser qualquer catalisador conhecido na técnica que seja capaz de polimerizar o monômero e o comonômero opcional. Assim, o catalisador de polimerização pode ser um catalisador de Ziegler-Natta como divulgado em EP-A-280352, EP-A-280353 e EP-A-286148, ou pode ser um catalisador de metaloceno como divulgado em WO-A-1993025590, EUA. -A-5001205, WO-A-1987003604 e US-A-5001244, ou pode ser uma combinação destes. Também podem ser utilizados outros catalisadores adequados, tais como catalisadores de metais de transição tardios.

[0052] Um agente de transferência de cadeia pode ser usado em um ou ambos os reatores de polimerização para controlar o peso molecular do polímero como é conhecido na técnica. Um agente de transferência de cadeias adequado é, por exemplo, o hidrogênio. Mantendo diferentes concentrações do agente de transferência de cadeia nos dois reatores, é possível produzir uma mistura de polímeros com uma distribuição de peso molecular ampliada.

[0053] É autoexplicativo que as condições de reação aplicadas dentro dos diferentes reatores não precisam ser as mesmas, mas podem ser diferentes quando comparadas umas às outras. Isso permite a produção de diferentes polímeros que finalmente são misturados. Como as condições da reação podem ser ajustadas completamente independentes para o(s) outro(s) reator(es), as opções para variar a microestrutura dos polímeros a serem misturados são muito amplas.

[0054] O solvente está adequadamente presente no processo de polimerização. O solvente pode ser qualquer alquilo adequado de cadeia linear ou ramificada contendo de 3 a 20 átomos de carbono, um alquilo cíclico, opcionalmente contendo substituintes alquilo, contendo de 5 a 20 átomos de carbono, ou um arilo, opcionalmente contendo substituintes alquilo, contendo de 6 a 20 átomos de carbono, ou uma mistura de dois ou mais dos compostos listados acima. O solvente deve ser inerte para o catalisador de polimerização e os monômeros. Além disso, deve ser estável nas condições de polimerização. Deve ainda ser capaz de dissolver o monômero, os eventuais comonômeros, o eventual agente de transferência de cadeia e o polímero nas condições de polimerização.

[0055] A temperatura no(s) reator(es) de polimerização é tal que o polímero formado na reação de polimerização é completamente dissolvido na mistura de reação compreendendo o solvente, o comonômero(s), 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. Assim, quando o polímero é um homo ou copolímero de etileno a temperatura é adequadamente de 120 °C a 240 °C, tal como de 140 °C a 220 °C, mais preferencialmente, de 150 °C a 200 °C, dependendo do teor de unidades de comonômero no polímero. Quando o polímero é um homo ou copolímero de propileno, a temperatura é adequadamente de 120 °C a 250 °C, tal como de 140 °C a 235°C, mais preferencialmente, de 150 °C a 225°C, dependendo do teor de unidades de comonômero no polímero.

[0056] A pressão no reator (ou nos reatores) de polimerização depende da temperatura, por um lado, e do tipo e da quantidade do comonômero, por outro lado. A pressão é adequadamente de 5 a 30 MPa (50 a 300 bar), preferivelmente, de 6 a 25 MPa (60 a 250 bar), e, mais preferivelmente, de 7 a 20 MPa (70 a 200 bar).

[0057] O tempo de permanência é curto, normalmente menor que 10 minutos.

[0058] O processo é adequadamente operado continuamente. Desse modo, correntes de monômero, catalisador e quando presentes correntes de comonômero, agente de transferência de cadeia e solvente são passadas para o reator 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 não reagido, o polímero dissolvido e o comonômero eventualmente não reagido e agente de transferência de cadeia, assim como o eventual solvente é retirado do reator.

[0059] Uma corrente de produto, tal como a primeira corrente da primeira solução ou a segunda solução, é retirada de cada reator de polimerização, tal como o primeiro reator de polimerização e o segundo reator de polimerização. As correntes podem ser passadas para as etapas subsequentes do processo, tais como as etapas de aquecimento ou para a etapa de separação, como correntes separadas ou podem ser combinadas numa localização adequada.

[0060] A primeira corrente da primeira solução ou da segunda solução contém preferencialmente de 10 a 35% em peso de polímero, mais preferencialmente, de 12 a 30% em peso de polímero, mais preferencialmente, de 15 a 25% em peso de polímero, com base no teor em peso total da primeira corrente da primeira solução ou da primeira corrente da segunda solução.

PRIMEIRO RECICLO

[0061] O primeiro reciclo recupera os compostos mais voláteis da solução de polímero. Isso inclui o monômero, hidrogênio e uma parte do solvente e comonômero.

[0062] A primeira corrente da primeira solução é contínua ou intermitente, de preferência contínua, retirada do primeiro reator de polimerização. A primeira corrente da primeira solução é então passada para uma primeira etapa de separação na qual uma primeira fase líquida que compreende o polímero e uma primeira fase de vapor coexistem.

[0063] A solução pode ser separada em qualquer etapa do processo em que os compostos voláteis possam ser retirados da solução. Tipicamente, uma tal etapa do processo envolve a redução da pressão e de preferência também o aquecimento da solução. Um exemplo típico de tal etapa do processo é a intermitência. Por exemplo, a primeira corrente da primeira solução é aquecida e depois passada ao longo de um tubo para um vaso receptor que é operado a uma pressão que é substancialmente inferior à pressão no reator de polimerização. Assim, uma parte do fluido contido na solução evapora e é retirada como a primeira corrente de vapor. A parte restante na solução com o polímero forma a primeira corrente de solução concentrada.

[0064] Preferencialmente, a primeira corrente da primeira solução é aquecida de modo a que seja produzida uma corrente aquecida. Tipicamente, a temperatura da corrente aquecida é de 200 °C a 300 °C, preferencialmente de 200 °C a 260 °C e, mais preferencialmente, de 210 °C a 230 °C, quando o polímero é um homo ou copolímero de etileno. A temperatura da corrente aquecida é tipicamente de 200 °C a 300 °C, preferencialmente, de 210 °C a 270 °C, e, mais preferencialmente, de 220 °C a 250 °C, quando o polímero é um homo ou copolímero de propileno. Preferencialmente, a temperatura da corrente aquecida é de 10 °C a 120 °C, mais preferencialmente, de 20 °C a 100 °C, superior à temperatura da solução no reator de polimerização.

[0065] Em uma realização preferida, a primeira corrente da primeira solução é aquecida em duas etapas de aquecimento.

[0066] O propósito da primeira etapa de aquecimento é pré- aquecer a primeira corrente da primeira solução antes que ela entre na primeira etapa de separação.

[0067] A primeira etapa de aquecimento é adequadamente conduzido num permutador de calor. Por exemplo, a primeira corrente da primeira solução é distribuída em vários tubos e um fluido de aquecimento é passado para contatar os tubos, aquecendo assim a solução que flui para o interior.

[0068] O propósito da primeira etapa de aquecimento é recuperar o calor das correntes do processo, melhorando assim a economia do processo.

[0069] O fluido de aquecimento pode ser qualquer fluido de processo que contenha calor recuperável. Preferencialmente, a corrente de vapor recuperada da etapa de separação é utilizada como fluido de aquecimento. Durante o processo, o fluido de aquecimento, isto é, a corrente de vapor, é resfriada. É preferível retirar tanto calor da corrente de vapor que pelo menos uma parte da corrente de vapor condense na primeira etapa de aquecimento.

[0070] Tipicamente a temperatura da primeira corrente da primeira solução antes de entrar na primeira etapa de aquecimento é de 120 °C a 240 °C, preferencialmente de 140 °C a 220 °C, mais preferencialmente, de 150 °C a 200 °C, quando o polímero é um homo ou copolímero de etileno. Tipicamente a temperatura da primeira corrente da primeira solução antes de entrar na primeira etapa de aquecimento é de 120 °C a 250 °C, preferencialmente de 140 °C a 235°C, mais preferencialmente, de 150 °C a 225°C, quando o polímero é um homo ou copolímero de propileno.

[0071] A temperatura da primeira corrente da primeira solução imediatamente a jusante da primeira etapa de aquecimento é de 160 °C a 240 °C, preferencialmente de 170 °C a 220 °C, mais preferencialmente, de 180 °C a 200 °C, quando o polímero é um homo ou copolímero de etileno. A temperatura da primeira corrente da primeira solução imediatamente a jusante da primeira etapa de aquecimento é de 200 °C a 250 °C, preferencialmente, de 210 °C a 250 °C, mais preferencialmente, de 220 °C a 250 °C, quando o polímero é um homo ou copolímero de propileno.

[0072] A temperatura do meio de aquecimento, como a corrente de vapor, antes de entrar na primeira etapa de aquecimento é preferencialmente de 120 °C a 240 °C.

[0073] A finalidade da segunda etapa de aquecimento é aquecer a primeira corrente da primeira solução até a temperatura necessária para a etapa de separação. A segunda etapa de aquecimento é necessária porque o calor recuperável no meio de aquecimento na primeira etapa de aquecimento pode ser insuficiente para atingir a temperatura desejada da primeira corrente da primeira solução.

[0074] A segunda etapa de aquecimento pode ser conduzida usando princípios semelhantes aos da primeira etapa de aquecimento. No entanto, a temperatura do fluido de aquecimento utilizado na segunda etapa de aquecimento é adequadamente controlada a uma temperatura que permite o aquecimento da primeira corrente da primeira solução até à temperatura desejada. Desse modo, é preferível que a corrente do fluido de aquecimento utilizado na segunda etapa de aquecimento seja aquecida a uma temperatura desejada, antes de introduzir o mesmo na segunda etapa de aquecimento.

[0075] De acordo com uma realização da invenção, a temperatura da primeira corrente da primeira solução é medida a jusante da primeira etapa de aquecimento e a taxa de fluxo do fluido de aquecimento utilizado na segunda etapa de aquecimento é ajustada com base na diferença entre a temperatura medida e a temperatura desejada da primeira corrente da primeira solução.

[0076] A temperatura da primeira corrente da primeira solução a jusante da segunda etapa de aquecimento é tipicamente de 200 °C a 300 °C, preferencialmente de 200 °C a 260 °C e, mais preferencialmente, de 210 °C a 230 °C, quando o polímero é um homo ou copolímero de etileno. A temperatura da primeira corrente da primeira solução a jusante da segunda etapa de aquecimento é tipicamente de 200 °C a 300 °C, preferencialmente de 210 °C a 270 °C e, mais preferencialmente, de 220 °C a 250 °C, quando a polímero é um homo ou copolímero de propileno.

[0077] É preferível que a pressão da primeira corrente da primeira solução não seja substancialmente afetada por qualquer uma das etapas de aquecimento, seja a única etapa de aquecimento ou a primeira e segunda etapas de aquecimento. A pressão é adequadamente de 5 a 30 MPa (50 a 300 bar), preferencialmente, de 6 a 25 MPa (60 a 250 bar) e, mais preferencialmente, de 7 a 20 MPa (70 a 200 bar).

[0078] A primeira corrente aquecida da primeira solução é passada para a etapa de separação, na qual a temperatura e a pressão são ajustadas de tal forma que uma fase líquida e uma fase de vapor são obtidas. O polímero é dissolvido na fase líquida que compreende uma parte do solvente eventual e uma parte do comonômero que não reagiu, enquanto a maior parte do monômero que não reagiu, o eventual agente de transferência de cadeia que não reagiu, eventualmente uma parte do comonômero que não reagiu e eventualmente parte do solvente formam a fase de vapor.

[0079] A temperatura na etapa de separação está adequadamente dentro da faixa de 120 °C a 240 °C, preferencialmente de 140 °C a 220 °C e, mais preferencialmente, de 150 °C a 200 °C, quando o polímero é um homo ou copolímero de etileno. A temperatura na etapa de separação está adequadamente na gama de 120 °C a 240 °C, preferencialmente de 140 °C a 220 °C e, mais preferencialmente, de 150 °C a 200 °C, quando o polímero é homo ou copolímero de propileno.

[0080] A pressão da primeira corrente da primeira solução é reduzida para 0,1 a 1,5 MPa (1 a 15 bar), preferencialmente de 0,2 a 1,2 (2 a 12 bar), e, mais preferencialmente, de 0,5 a 1 (5 a 10 bar). A pressão é preferencialmente reduzida de modo que seja pelo menos de cerca de 4 MPa a cerca de 29,5 MPa (40 bar a cerca de 295 bar) inferior à pressão no reator de polimerização.

[0081] Num aspecto preferido, a primeira etapa de separação é uma etapa intermitente. Assim, uma fase líquida e uma fase de vapor estão presentes na primeira etapa de separação. A etapa intermitente é adequadamente conduzida num vaso de intermitência que é um vaso vertical, preferencialmente com uma forma geralmente cilíndrica. Assim, o vaso de intermitência tem uma seção que tem aproximadamente uma seção transversal circular. Preferencialmente, o vaso de intermitência tem uma seção cilíndrica que tem a forma de um cilindro circular. Além da seção cilíndrica, o vaso de intermitência pode ter seções adicionais, tais como uma seção inferior, que pode ser cónica, e uma seção superior que pode ser hemisférica. Alternativamente, o vaso de intermitência também pode ter uma forma geralmente cônica.

[0082] A temperatura no vaso de intermitência é tipicamente de 120 °C a 240 °C. A temperatura deve ser suficientemente alta para manter a viscosidade da solução a um nível adequado, mas menor que a temperatura em que o polímero é degradado. A pressão no vaso de intermitência é tipicamente de 1,5 MPa (15 bar) a atmosférica, ou até menos que a atmosférica.

[0083] A corrente da solução entra no vaso de intermitência no topo. A solução viaja para baixo no vaso de intermitência enquanto os gases que evaporam da solução se deslocam para cima. De acordo com esse aspecto preferível, a solução de polímero forma uma película fina que cai para baixo no vaso de intermitência. Isso facilita a remoção de hidrocarbonetos da solução de polímero. Os gases são tipicamente retirados do topo do vaso de intermitência enquanto a solução é retirada do fundo.

[0084] De acordo com um aspecto especialmente preferível, a primeira corrente da primeira solução é pulverizada no vaso de intermitência. A pulverização pode ser feita usando um ou mais bicos adequados que dispersam a corrente de solução em gotículas. Tais bocais são bem conhecidos na indústria e incluem bocais de atomização de ar, bocais de ventilador plano, bocais de cone oco e bocais de cone cheio. Preferencialmente, os bocais quebram a corrente em gotas tendo o tamanho de não mais do que cerca de 1 milímetro.

[0085] O bico forma uma corrente de gotículas no vaso de intermitência. A corrente de gotículas coagula então dentro do vaso de intermitência e forma uma película descendente tendo uma área superficial relativamente alta. Isso aumenta a transferência de massa dos componentes voláteis da solução.

[0086] Como descrito acima, o vaso de intermitência pode ter uma forma vertical geralmente cilíndrica. Em seguida, a corrente de gotículas é direcionado tangencialmente a parede do vaso de intermitência por uma posição adequada do bocal. Assim, o bico está apropriadamente localizado relativamente perto da parede, de modo que sua saída é dirigida tangencialmente à parede. Quando a corrente das gotículas sai do bocal, ele se move na direção da parede, formando um filme descendente. É possível também que o vaso de intermitência tenha uma forma vertical geralmente cónica. Em tal aspecto, é possível dirigir a corrente das gotículas tangencialmente à parede do vaso de intermitência, como descrito acima. No entanto, também é possível direcionar as gotículas axialmente em direção à parede do vaso de intermitência. O bocal ou os bicos são então dispostos excentricamente dentro do vaso de intermitência. Em ambos os arranjos, a solução de polímero forma uma película descendente dentro do vaso de intermitência.

[0087] O teor de polímero na corrente da solução retirado do primeiro estágio de intermitência é tipicamente de 40 a 90% em peso, preferencialmente de 50 a 80% em peso, mais preferencialmente, de 60 a 75% em peso, com base no teor total de peso da corrente de solução. Em outras palavras, a corrente de produto retirado do primeiro estágio de intermitência contém de 10 a 60% em peso, preferencialmente de 20 a 50% em peso, mais preferencialmente, de 25 a 40% em peso de hidrocarbonetos residuais, com base no teor de peso total da corrente de solução.

[0088] Quando vista de um ângulo diferente, a corrente de hidrocarbonetos retirada do vaso de intermitência é de 35 a 80% em peso do total de correntes de material retirados do vaso de intermitência. A corrente de hidrocarbonetos tipicamente compreende o monômero que não reagiu e também o comonômero solvente e que não reagiu.

[0089] Usando a intermitência, conforme descrito acima, é possível obter alta eficiência de separação. Por exemplo, a eficiência de separação para hidrocarbonetos contendo 6 átomos de carbono é de pelo menos 75% e preferencialmente pelo menos 80%. Adicionalmente ainda, a eficiência de separação para hidrocarbonetos contendo 8 átomos de carbono é de pelo menos 60% e preferencialmente pelo menos 65%. A eficiência de separação é definida como o fluxo de massa do componente retirado na corrente de vapor dividido pela a taxa do fluxo de massa (teórica) do componente na corrente de vapor em condições de equilíbrio.

[0090] A primeira corrente de solução concentrada contém o polímero, dissolvido em solvente e o comonômero que não reagiu. Pode também conter monômero residual que ainda permanece na solução. Tipicamente, a concentração de polímero na primeira corrente concentrada é de 30% em peso a 70% em peso, preferencialmente de 38% em peso a 60% em peso, mais preferencialmente, de 45% em peso a 55% em peso, maior que a concentração do polímero na primeira corrente da primeira solução. A primeira corrente de solução concentrada é então tipicamente na fase líquida. A primeira corrente de solução concentrada pode, no entanto, conter uma pequena quantidade de vapor, tal como bolhas de vapor. A quantidade de vapor na primeira corrente concentrada não é tipicamente superior a 40% em peso, preferencialmente não superior a 30% em peso e especialmente de preferência não superior a 20% em peso, tal como não mais de 10% em peso ou não mais de 5% em peso.

[0091] A primeira corrente de vapor contém monômero que não reagiu e outros compostos voláteis, como o hidrogênio. A primeira corrente de vapor também contém parte do solvente e comonômero. A primeira corrente de vapor pode opcionalmente compreender uma pequena quantidade de gotículas líquidas e partículas de polímero. A quantidade de tais gotículas/partículas de polímero tipicamente não superior a 40% em peso, preferencialmente não superior a 30% em peso e especialmente de preferência não superior a 20% em peso.

[0092] A primeira corrente de vapor é passada para um primeiro fracionador para separar as gotículas de líquido e as partículas de polímero da primeira corrente de vapor. Os componentes leves, como o etileno e o hidrogênio, são retirados como a primeira corrente suspensa do primeiro fracionador. Pelo menos uma parte da primeira corrente de topo é recuperada como uma primeira corrente de reciclo e é devolvida ao primeiro reator de polimerização. Adequadamente, a primeira corrente de reciclo passa por etapas de purificação para remover a eventual humidade e oxigénio antes de ser devolvida ao reator de polimerização.

[0093] Pelo menos uma parte da primeira corrente de fundo do primeiro fracionador é retornada para a primeira etapa de separação. Ao retornar uma parte ou todo a primeira corrente de fundo para a primeira etapa de separação (e, portanto, para a primeira corrente de solução concentrada) é assegurado que a viscosidade da primeira corrente de fundo não é muito alta, causando problemas com bombeamento. Mais importante, o polímero que é eventualmente arrastado na primeira corrente de vapor é convenientemente devolvido aa primeira corrente de solução concentrada. Assim, o entupimento da tubulação e do equipamento de processo no monômero a montante e no sistema de reciclo de solvente é reduzido.

[0094] O primeiro fracionador pode ser qualquer dispositivo em que os componentes de luz possam ser separados das gotículas de líquido e partículas de polímero. É adequadamente uma coluna de destilação ou uma coluna de decapagem. O vapor é recuperado no topo da coluna e, preferencialmente, passado para um condensador. Uma parte da corrente de vapor é então condensada no condensador enquanto uma parte permanece na fase de vapor. Uma parte da corrente condensada é adequadamente devolvida ao primeiro fracionador e a parte restante é devolvida ao reator de polimerização. O vapor não condensado, contendo principalmente hidrogénio e outro gás leve, pode ser eliminado ou pode ser devolvido ao reator de polimerização. Quando há mais de um reator de polimerização, o vapor não condensado pode retornar a esse reator de polimerização, o que permite o mais alto teor de componentes leves.

[0095] No primeiro reciclo, preferencialmente, a taxa do fluxo de massa da primeira corrente reciclada é de, no mínimo, 80% da taxa do fluxo de massa da primeira corrente de vapor e, mais preferencialmente, a taxa do fluxo de massa da primeira corrente reciclada é de pelo menos 90% da taxa do fluxo de massa da primeira corrente de vapor.

CONFIGURAÇÃO DO REATOR DE POLIMERAÇÃO PARALELA:

[0096] Na configuração paralela do reator de polimerização, da mesma maneira que a primeira corrente da primeira solução, também a primeira corrente da segunda solução é contínua ou intermitente, preferencialmente contínua, retirada do segundo reator de polimerização. A primeira corrente da segunda solução é então passada para uma etapa de separação em que uma parte do fluido contido na solução é retirada da primeira corrente da segunda solução. Assim, a corrente de solução concentrada e a corrente de vapor são produzidos.

[0097] No caso de dois ou mais reatores em configuração de reator de polimerização paralela, é possível combinar a primeira corrente da primeira solução e a primeira corrente da segunda solução antes de serem passadas para a primeira etapa de separação. Em tal caso, eles são adequadamente misturados a montante da(s) etapas(s) de aquecimento. Contudo, é também possível passar cada uma das primeiras correntes da primeira solução e a primeira corrente da segunda solução para uma etapa de separação dedicada, produzindo assim duas ou mais correntes de solução concentradas. Se isso for feito, então é preferível combinar as correntes de solução concentrada antes que elas sejam passadas para uma etapa de separação subsequente.

[0098] Em qualquer uma dessas realizações, as condições da(s) etapa(s) de aquecimento e a etapa de separação são, preferencialmente, os mesmos descritos acima.

SEGUNDO RECICLO

[0099] O segundo reciclo recupera outros compostos voláteis da solução de polímero. Isso inclui uma parte importante do solvente e comonômero.

[0100] A primeira corrente de solução concentrada é passada para a segunda etapa de separação, em que uma parte do fluido contido na solução evapora e é retirada como a segunda corrente de vapor. A parte restante na solução com o polímero forma a segunda corrente de solução concentrada.

[0101] A segunda etapa de separação pode ser realizada em qualquer etapa do processo em que os compostos voláteis remanescentes possam ser retirados da solução. Tipicamente, tal etapa do processo envolve redução de pressão e aquecimento da solução. A segunda etapa de separação pode ser realizada de um modo semelhante à primeira etapa de separação, tal como por intermitência.

[0102] Opcionalmente, a primeira corrente de solução concentrada é aquecida. Tipicamente, a temperatura da primeira corrente concentrada opcionalmente aquecida é de 200 °C a 300 °C, preferencialmente de 220 °C a 280 °C e, mais preferencialmente, de 240 °C a 260 °C, quando o polímero é homo ou copolímero de etileno. Tipicamente, a temperatura da primeira corrente concentrada opcionalmente aquecida é de 200 °C a 300 °C, preferencialmente de 220 °C a 280 °C e, mais preferencialmente, de 240 °C a 260 °C, quando o polímero é homo ou copolímero de propileno.

[0103] A pressão da primeira corrente concentrada antes de entrar na segunda etapa de separação é tipicamente superior a 2 MPa (20 bar), preferencialmente, superior a 2,5 MPa (25 bar), e, mais preferencialmente, superior a 3 MPa (30 bar).

[0104] A primeira corrente de solução concentrada aquecida é passada para a segunda etapa de separação, onde a temperatura e a pressão são ajustadas de tal forma que uma fase líquida e uma fase de vapor são obtidas. O polímero é dissolvido na fase líquida que compreende uma parte do solvente eventual e uma parte do comonômero que não reagiu, enquanto a maior parte do monômero que não reagiu, o eventual agente de transferência de cadeia que não reagiu, eventualmente uma parte do comonômero que não reagiu e eventualmente parte do solvente formam a fase de vapor.

[0105] A temperatura na segunda etapa de separação está adequadamente dentro da faixa de 190 °C a 260 °C, preferencialmente de 200 °C a 250 °C e, mais preferencialmente, de 210 °C a 230 °C, quando o polímero é um homo ou copolímero de etileno. A temperatura na etapa de separação está adequadamente dentro da gama de 190 °C a 260 °C, preferencialmente de 200 °C a 250 °C e, mais preferencialmente, de 210 °C a 230 °C, quando o polímero é homo ou copolímero de propileno.

[0106] A pressão absoluta da primeira corrente de solução concentrada é reduzida a uma pressão dentro da faixa de 0,05 MPa a 1 MPa (0,5 bar a 10 bar), preferencialmente, de 0,08 MPa a 0,5 MPa (0,8 bar a 5 bar), mais preferencialmente, de 0,09 a 0,2 MPa (0,9 a 2 bar) na segunda etapa de separação. A pressão é preferencialmente reduzida de modo a que a pressão na segunda etapa de separação seja pelo menos de cerca de 1 MPa a cerca de 2,4 MPa (10 bar a cerca de 24 bar) inferior à pressão da primeira corrente de solução concentrada aquecida.

[0107] A segunda etapa de separação é preferencialmente conduzido como uma etapa intermitente. É também preferível que a entrada da segunda etapa de separação compreenda pelo menos uma etapa de mistura. A etapa de mistura é adequadamente conduzida num misturador estático. Assim, num aspecto preferido, a primeira corrente concentrada é aquecida após o qual é passada através de um misturador estático para um vaso de intermitência.

[0108] A etapa de mistura melhora a eficiência da separação. Além disso, é simples e econômico instalar e operar.

[0109] É possível introduzir uma corrente de um agente extrator na primeira corrente de solução concentrada. A corrente do agente de separação é então adequadamente introduzida na primeira corrente de solução concentrada a montante da etapa de mistura eventual. O agente extrator pode ser qualquer composto que ajude a remover hidrocarbonetos do polímero e que não reaja com o polímero, tal como água, azoto ou dióxido de carbono. Preferencialmente, utiliza-se água, criando vapor, como agente extrator.

[0110] A segunda corrente de solução concentrada contém o polímero, dissolvido em comonômero que não reagiu e algum solvente residual. Adequadamente, a concentração de polímero na segunda corrente de solução concentrada é de 80 a 100% em peso, preferencialmente de 95 a 99,5% em peso, mais preferencialmente, de 98 a 99% em peso. Tipicamente, a diferença entre a concentração de polímero na segunda corrente de solução concentrada e a concentração de polímero na primeira corrente de solução concentrada é de cerca de 20% em peso a cerca de 30% em peso.

[0111] A segunda corrente de vapor contém solvente e algum comonômero que não reagiu. Pode também conter uma pequena quantidade de monômero residual e hidrogênio, que pode ter permanecido na solução após a primeira etapa de separação. Essa corrente de vapor também pode conter gotículas de líquido e partículas de polímero.

[0112] A segunda corrente de vapor é passada para um segundo fracionador para separar gotículas de líquido e partículas de polímero da segunda corrente de vapor. Os componentes leves, tais como o solvente, possivelmente contendo etileno residual e hidrogénio, são retirados como a corrente de topo do segundo fracionador. Pelo menos uma parte da segunda corrente de topo é recuperada como uma segunda corrente de reciclo e é devolvida a pelo menos um dos primeiros reatores de polimerização e ao segundo reator de polimerização.

[0113] A corrente de fundo do segundo fracionador é retornado para a primeira etapa de separação. Ao devolver a corrente de fundo à etapa de separação a montante (e desse modo a primeira corrente de solução concentrada) é assegurado que a viscosidade da corrente de fundo circulante do fracionador permanece num nível suficientemente baixo. Assim, bombear e transferir a corrente de fundo circulante do fracionador pode ser feito sem dificuldade. Mais importante, o arrastamento de polímero para as correntes que são reciclados para o reator de polimerização é efetivamente evitado. Assim, as incrustações das linhas de recuperação e equipamentos são reduzidas.

[0114] O segundo fracionador pode ser qualquer dispositivo adequado para separar os componentes de luz das gotículas de líquido e partículas de polímero. Como discutido acima para o primeiro fracionador, este é adequadamente uma coluna de destilação ou uma coluna de extração. A corrente de topo é recuperada no topo da coluna e, preferencialmente, passada para um condensador. Uma parte da corrente de topo é então condensada no condensador enquanto uma parte permanece na fase de vapor. A fração não condensada da corrente de topo pode ser eliminada ou, alternativamente, pode ser devolvida ao reator de polimerização. Uma parte da corrente condensada é adequadamente devolvida ao segundo fracionador e a parte restante é devolvida ao reator de polimerização.

[0115] No segundo reciclo, preferencialmente, a taxa de fluxo de massa da segunda corrente de reciclo é de pelo menos 65% da taxa de fluxo de massa da segunda corrente de vapor e mais preferencialmente a taxa de fluxo de massa da segunda corrente de reciclo é de pelo menos 70% da taxa do fluxo de massa da segunda corrente de vapor.

[0116] No caso de dois ou mais reatores de polimerização, é possível que uma parte ou a totalidade da segunda corrente de reciclo seja reciclada para qualquer um dos reatores de polimerização. De acordo com um aspecto preferido, uma parte da segunda corrente de reciclo é reciclada para o primeiro reator de polimerização e o resto da segunda corrente de reciclo é reciclado para o segundo reator de polimerização.

CONFIGURAÇÃO DO REATOR DE POLIMERAÇÃO PARALELA:

[0117] Na configuração paralela do reator de polimerização, as correntes de solução dos reatores são combinadas antes do primeiro ou segundo reciclo, como explicado anteriormente.

[0118] Em um aspecto, a primeira corrente da primeira solução do primeiro reator de polimerização e a primeira corrente da segunda solução do segundo reator de polimerização são combinadas antes da segunda etapa de separação. A primeira corrente da segunda solução é retirada do segundo reator e passada para o quarto separador. A quarta corrente de solução concentrada e a quarta corrente de vapor são formadas. A quarta corrente de solução concentrada é passada para o segundo separador e, assim, combinada com a primeira corrente de solução concentrada. A quarta corrente de vapor é passada para o quarto fracionador. A quarta corrente de topo e a quarta corrente de fundo são formados. Pelo menos uma parte da quarta corrente de topo é recuperada como a quarta corrente de reciclo e é devolvida ao segundo reator de polimerização. Pelo menos parte da quarta corrente de fundo do quarto fracionador é retornado ao quarto separador. Caso contrário, o reciclo do quarto separador é semelhante ao primeiro reciclo do primeiro separador.

[0119] No reciclo do quarto separador, preferencialmente, a taxa de fluxo de massa da quarta corrente de reciclo é de pelo menos 80% da taxa de fluxo de massa da quarta corrente de vapor e mais preferencialmente a taxa de fluxo de massa da quarta corrente de reciclo é de pelo menos 90% da taxa de fluxo de massa da quarta corrente de vapor.

[0120] Em qualquer uma dessas realizações, as condições da(s) etapa(s) de aquecimento e a etapa de separação são, preferencialmente, os mesmos descritos acima.

TERCEIRA ETAPA DE SEPARAÇÃO

[0121] Com a terceira separação, um terceiro reciclo pode ser realizada. O terceiro reciclo recupera os compostos voláteis remanescentes da solução de polímero. Isso inclui uma parte importante do comonômero. Esses componentes normalmente formam a terceira corrente de vapor.

[0122] A segunda corrente concentrada é passada para a terceira etapa de separação, na qual a terceira corrente de vapor é retirada da segunda corrente concentrada. Assim, a terceira corrente concentrada e a terceira corrente de vapor são produzidas.

[0123] A terceira etapa de separação pode ser conduzida de um modo semelhante à segunda etapa de separação, tal como por intermitência.

[0124] Opcionalmente, a segunda corrente concentrada é aquecida. Tipicamente, a temperatura da segunda corrente concentrada aquecida é de 210 °C a 300 °C, preferencialmente de 230 °C a 280 °C e, mais preferencialmente, de 240 °C a 270 °C, quando o polímero é um homopolímero ou copolímero de etileno. Tipicamente, a temperatura da segunda corrente concentrada opcionalmente aquecida é de 210 °C a 300 °C, preferencialmente de 230 °C a 280 °C e, mais preferencialmente, de 240 °C a 260 °C, quando o polímero é homo ou copolímero de propileno.

[0125] A pressão da segunda corrente concentrada antes de entrar na terceira etapa de separação é tipicamente superior a 2 MPa (20 bar), preferencialmente, superior a 2,5 MPa (25 bar), e, mais preferencialmente, superior a 3,0 MPa (30 bar).

[0126] A temperatura na terceira etapa de separação está adequadamente dentro da gama de 190 °C a 260 °C, preferencialmente de 200 °C a 250 °C e, de um modo mais preferido, de 210 °C a 230 °C, quando o polímero é um homo ou copolímero de etileno. A temperatura na etapa de separação está adequadamente dentro da gama de 190 °C a 260 °C, preferencialmente de 200 °C a 250 °C e, mais preferencialmente, de 210 °C a 230 °C, quando o polímero é homo ou copolímero de propileno.

[0127] Se a terceira etapa de separação for conduzido como uma etapa intermitente, então a pressão da segunda corrente concentrada é reduzida a uma faixa de 0 a 0,1 MPa (0 a 1 bar) (pressão manométrica), preferencialmente, de 0 a 0,02 MPa (0 a 0,2 bar) (pressão manométrica), mais preferencialmente, de 0 a 0,01 MPa (0 a 0,1 bar) (pressão manométrica) na terceira etapa de separação. A pressão é preferencialmente reduzida de modo a que a pressão na terceira etapa de separação seja pelo menos de 0,08 a 0,4 MPa (0,8 a 4 bar) inferior à pressão da segunda corrente concentrada aquecida.

[0128] Se a terceira etapa de separação for conduzida como uma etapa intermitente, então também é preferível que a entrada da terceira etapa de separação compreenda pelo menos uma etapa de mistura. A etapa de mistura é adequadamente conduzida num misturador estático. Assim, num aspecto preferido, a primeira corrente concentrada é aquecida após ser passada através de um misturador estático para um vaso de intermitência ou um tubo de intermitência.

[0129] É preferível introduzir uma corrente de um agente extrator na segunda corrente concentrada. A corrente do agente de separação é então adequadamente introduzida na segunda corrente concentrada a montante da etapa de mistura. O agente extrator pode ser qualquer composto que ajude a remover hidrocarbonetos do polímero e que não reaja com o polímero, tal como água, azoto ou dióxido de carbono. Preferencialmente, utiliza-se água, criando vapor, como agente extrator.

[0130] A terceira corrente concentrada contém o polímero fundido e alguns compostos voláteis residuais. Tipicamente, o teor de compostos voláteis na terceira corrente concentrada é de até 1% em peso, preferencialmente até 0,5% em peso, mais preferencialmente até 500 partes por milhão em peso. De um modo especialmente preferido, o teor de compostos voláteis na terceira corrente concentrada é de até 250 partes por milhão em peso, tal como dentro da gama de 10 partes por milhão por peso a 150 partes por milhão por peso.

[0131] A terceira corrente de vapor normalmente contém comonômero que não reagiu e solvente residual. Pode também conter vestígios de monômero que possam ter permanecido na solução após as etapas de separação a montante.

[0132] A terceira corrente de vapor é passada para um terceiro fracionador para fracionar a terceira corrente de vapor. Os componentes leves, tais como o solvente, são recuperados como a corrente de topo do terceiro fracionador e são passados, por exemplo, para recuperação de gás e purificação de solvente. A corrente de fundo é então adequadamente passada para um outro fracionador. A corrente de sobrecarga do fracionador adicional é passada para o armazenamento do comonômero. A corrente de fundo do outro fracionador pode ser descartada.

[0133] Similarmente ao segundo fracionador, também o terceiro e os outros fracionadores podem ser quaisquer dispositivos adequados para separar os componentes de luz das gotículas de líquido e partículas de polímero, tais como colunas de destilação ou colunas de lavagem.

[0134] Também é possível realizar a terceira etapa de separação em uma extrusora. Desse modo, a corrente do polímero de olefina contendo os hidrocarbonetos voláteis é passada para a extrusora. A extrusora pode ser qualquer extrusora conhecida na técnica, tal como uma extrusora de parafuso único; uma extrusora de parafuso duplo, tal como uma extrusora de parafuso geminado co-rotativa ou uma extrusora de parafuso giro contra- rotativa; ou uma extrusora multi-rosca, tal como uma extrusora de anel. Preferencialmente, a extrusora é uma extrusora de parafuso duplo. Tais extrusoras são bem conhecidas na técnica e são fornecidas, por exemplo, pela Coperion, Kobe Steel, Japan Steel Works, Krauss Maffei Berstorff e Leisteritz.

[0135] A extrusora compreende tipicamente uma zona de alimentação, uma zona de mistura, uma zona de pressão, uma zona de desgaseificação e uma zona de matriz. Além disso, a massa fundida comprimida através da matriz é tipicamente solidificada e cortada em péletes num peletizador.

[0136] A extrusora possui uma ou mais portas de evacuação ou respiro para a remoção de componentes gasosos da extrusora. Tais componentes gasosos incluem solvente residual ou monômero ou comonômero que não reagiram ou seus produtos de decomposição. Adequadamente, a porta de evacuação está localizada dentro da extremidade a jusante da zona de fusão ou dentro da zona de mistura.

[0137] Um agente extrator, tal como água, dióxido de carbono ou nitrogênio, é adequadamente adicionado à extrusora para auxiliar na remoção dos componentes voláteis, tais como o comonômero que não reagiu, do polímero fundido. Esse agente extrator, quando usado, é adicionado a montante da porta de evacuação ou a montante da porta de evacuação mais a jusante, se houver várias portas de evacuação.

[0138] A extrusora também pode ter uma ou mais portas de alimentação para alimentar outros componentes, como polímeros, aditivos e similares, na extrusora. A localização dessas portas de alimentação adicionais depende do tipo de material adicionado através da porta.

[0139] A temperatura na zona de mistura pode ser bastante baixa. Adequadamente, a temperatura é inferior a 280 °C.

[0140] Como foi discutido acima, é preferível remover o material gasoso da extrusora através de uma ou mais portas de evacuação ou, como às vezes são chamadas, portas de ventilação. O material gasoso é tipicamente solvente residual ou comonômero. A ventilação de material gasoso da extrusora é bem conhecida na indústria e é discutida, por exemplo, no livro acima mencionado de Chris Rauwendaal, nos parágrafos 8.5.2 e 8.5.3.

[0141] Também é possível adicionar um agente extrator, como água, CO2 ou N2, na extrusora. Esse agente extrator, quando utilizado, é introduzido a montante da porta de ventilação ou, quando existem múltiplas portas de ventilação, a montante da porta de ventilação mais a jusante e a jusante da porta de ventilação a montante. Extração é discutida, entre outros, no parágrafo 8.5.2.4 do livro de Chris Rauwendaal.

[0142] Normalmente, quando se utiliza uma extrusora, a terceira corrente de vapor não é passada para um terceiro fracionador, mas passada para a destilação a gás.

[0143] A zona da matriz tipicamente compreende uma placa de matriz, que às vezes também é chamada de placa de disjuntor e que é um disco de metal espesso com vários furos. Os furos são paralelos ao eixo do parafuso. O polímero de olefina fundido é pressionado através da placa da matriz. O polímero fundido forma assim uma multiplicidade de fios. Os fios são então passados para o peletizador.

[0144] A função da placa de matriz é deter o movimento em espiral do polímero fundido e forçar o mesmo a fluir em uma direção.

[0145] A zona da matriz pode também compreender uma ou mais telas que são tipicamente suportadas pela placa da matriz. As telas são usadas para remover material estranho do polímero fundido e também para remover géis do polímero. Os géis são tipicamente polímeros de alto peso molecular não dispersos, por exemplo, polímero reticulado.

[0146] Os filamentos de polímero fundido são passados através da placa de matriz para o peletizador. Normalmente, o peletizador compreende um banho de água e um conjunto de facas rotativas adjacentes à placa da matriz. Os fios são resfriados e solidificados na água e as facas rotativas cortam os fios em péletes. O tamanho dos péletes pode ser ajustado selecionando um número adequado de facas e selecionando uma velocidade de rotação adequada.

[0147] A temperatura da água no peletizador é tipicamente de 0 a 90 °C, e preferencialmente de 10 a 70 °C. Uma corrente de água, na qual os péletes são suspensos, é retirada do peletizador. Os péletes são separados da corrente de água após serem secos e recuperados. A corrente de água é passada para uma etapa de resfriamento e retornado ao peletizador. Opcionalmente, a água doce é adicionada à corrente de água para compensar as perdas.

DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0148] A Figura 1 é uma representação exemplar de um processo em que a polimerização é conduzida em uma configuração de reator de polimerização única e mostra duas reciclagens subsequentes. A terceira etapa de separação é conduzida em uma extrusora.

[0149] A Figura 2 é uma representação exemplar de um processo em que a polimerização é conduzida em dois reatores de polimerização paralelos e a recuperação de matérias primas é feita em duas reciclagens subsequentes. A terceira etapa de separação é conduzida em uma extrusora.

[0150] Na Figura 1, o monômero, o comonômero e o solvente são introduzidos no primeiro vaso de alimentação (1) e passam através da linha (20) para o primeiro reator de polimerização (2). A primeira corrente da primeira solução é retirada do primeiro reator de polimerização (2) e passada através da linha (21), do permutador de calor (3) e da linha (22) para o primeiro separador (4). A primeira corrente de vapor e a primeira corrente de solução concentrada são retiradas do primeiro separador. A primeira corrente de vapor é passada para o primeiro fracionador (5) através da linha (23). A primeira corrente de sobrecarga e a primeira corrente de fundo são retiradas do primeiro fracionador (5). A primeira corrente suspensa é recuperada como a primeira corrente de reciclo e é reciclado através da linha (39) para o primeiro vaso de alimentação (1). A primeira corrente de fundo do primeiro fracionador (5) é enviado de volta ao primeiro separador (4) através das linhas (24) e (25). A primeira corrente de solução concentrada do primeiro separador (4) é passada através da linha (26), a bomba (6), as linhas (27) e (28), o permutador de calor (7) e a linha (29) para o segundo separador (8). A segunda corrente de vapor e a segunda corrente de solução concentrada são retiradas do segundo separador (8). A segunda corrente de vapor é passada para o segundo fracionador (12) através das linhas (35) e (36). A segunda corrente de topo e a segunda corrente de fundo são retiradas do segundo fracionador (12) através das linhas 38 e 36, respectivamente. A segunda corrente suspensa é recuperada como a segunda corrente de reciclo e é reciclado através da linha (38) para o primeiro vaso de alimentação (1) ou o segundo vaso de alimentação (13) ou ambos. Uma parte da segunda corrente de vapor do segundo separador (8) pode ser direcionada para a destilação de gás através da linha (37). Preferencialmente, menos de 35% da segunda corrente de vapor direcionada para a destilação de gás e, de um modo mais preferido, menos de 30% da segunda corrente de vapor direcionada para a destilação de gás. A segunda corrente de fundo é adequadamente passada ao longo da linha (36) e adequadamente pelo menos uma parte dela é combinada com a primeira corrente de fundo. A segunda corrente de solução concentrada é passada através da linha (30), bomba (9), linha (31), permutador de calor (10) e linha (32) para a extrusora (11) onde a maioria dos hidrocarbonetos restantes são separados do polímero. A corrente de vapor da extrusora (11) é direcionada para a destilação de gás e o polímero é extrudado. Opcionalmente (11) também pode ser um separador adicional.

[0151] Na Figura 2, um segundo reator de polimerização (14) é operado paralelamente ao primeiro reator de polimerização (2). O monômero, o comonômero e o solvente são introduzidos no segundo vaso de alimentação (13) e passam através da linha (41) para o segundo reator de polimerização (14). A primeira corrente da segunda solução é retirada do segundo reator de polimerização (14) e passada através da linha (42), do permutador de calor (15) e da linha (43) para o quarto separador (16). A quarta corrente de vapor e a quarta corrente de solução concentrada são retiradas do quarto separador. A quarta corrente de vapor é passada para o quarto fracionador (18) através da linha (46). A quarta corrente de topo e a quarta corrente de fundo são retiradas do quarto fracionador (18). A quarta corrente de topo é recuperada como a quarta corrente de reciclo, e é reciclada através da linha (48) para o segundo vaso de alimentação (13). A quarta corrente de fundo do quarto fracionador (18) é enviada de volta para o quarto separador (16) através das linhas (47) e (48). Adequadamente, pelo menos uma parte da segunda corrente de fundo é combinada com a quarta corrente de fundo. A quarta corrente de solução concentrada do quarto separador (16) é passada através da linha (44), da bomba (17), das linhas (45) e (28), do permutador de calor (7) e da linha (29) para o segundo separador (8).

VANTAGENS DA INVENÇÃO

[0152] A presente invenção reduz o consumo de energia necessário para a recuperação de hidrocarbonetos em um processo de polimerização em solução. No processo, a maior parte do monômero e comonômero não consumidos e o solvente são reciclados diretamente de volta para os reatores de polimerização. Desse modo, apenas uma porção menor dos hidrocarbonetos é direcionada para a destilação de gás. Como a destilação requer muita energia, a redução nas quantidades de destilação significa que o consumo de energia é substancialmente reduzido.

EXEMPLOS

[0153] As simulações de computador foram realizadas usando o software Aspen 8.8. Na simulação, o etileno e o 1-buteno foram polimerizados em n-hexano em um reator de polimerização. No Exemplo 1 hidrocarbonetos foram reciclados via primeiro e segundo reciclo e no Exemplo Comparativo 1 os hidrocarbonetos foram reciclados apenas através do primeiro reciclo. A comparação das correntes de processo e consumo de energia é mostrada na Tabela 1.

* 100% da primeira corrente de reciclo foi enviada para o primeiro reator de polimerização + 60% da segunda corrente de reciclo foi enviada para o primeiro reator de polimerização. ** 100% da primeira corrente de reciclo foi enviada para o primeiro reator de polimerização.

[0154] A partir da comparação, pode-se ver que o fluxo total de gás para destilação (kg/h) é reduzido para aproximadamente a metade com o Exemplo 1. É óbvio que quando o fluxo de gás é reduzido, o consumo de energia da seção de destilação é reduzido. Isso pode ser visto, por exemplo, a partir do requisito de energia para a coluna de destilação de solvente/buteno-1; requerimento de energia para CE1 é mais do que o dobro em relação a E1.

[0155] Em uma simulação adicional, realizada usando o software de computador Aspen 8.8, o processo de acordo com a invenção é comparado ao processo descrito no documento WO 2015/040522 A1. Na simulação, o etileno e o 1-buteno foram polimerizados em n-hexano em um reator de polimerização.

[0156] Desse modo, para os exemplos comparativos CE2 e CE3, seguiu-se o processo descrito no documento WO 2015/040522 A1, Figura 1. A corrente de fundo rica em polímero foi concentrada em três etapas de separação (20, 26, 28). As correntes de topo gasosas (21, 29, 31), retiradas de cada uma das ditas etapas de separação, foram sujeitas a destilação. Vários pressupostos tiveram que ser feitos: A concentração de polímero após a primeira etapa de separação (20) está entre 40-60% em peso (40% em peso para CE2 e 60% em peso para CE3). Isso pode ser concluído a partir da pressão mínima no vaso que é revelada como sendo 1 MPa (10 barg). O exemplo E2 segue o processo mostrado na Figura 1 do presente pedido. Desse modo, os hidrocarbonetos foram reciclados via primeiro e segundo reciclo. A comparação dos fluxos de processo nas diferentes etapas é mostrada na Tabela 2.

[0157] Para todos os exemplos CE2, CE3 e E2, a composição da solução retirada do reator foi a mesma:

[0158] 21,2% em peso de copolímero de etileno/1-buteno

[0159] 0,9% em peso de etileno que não reagiu

[0160] 77,9% em peso de solvente n-hexano e comonômero de 1- buteno que não reagiram

[0161] As seguintes condições foram assumidas para os exemplos: CE2 E CE3:

[0162] Na primeira etapa de separação, a pressão no separador foi assumida como 1 MPa (10 barg), o que resulta em uma concentração de polímero de 40 a 60% em peso, como discutido acima. Para a segunda e terceira etapas de separação, assumiu- se que o segundo e o terceiro separadores combinados são 100% eficientes independentemente da temperatura e pressão. E2:

[0163] Para a primeira etapa de separação, assumiu-se que a temperatura na entrada do separador era de 230 °C e a pressão no primeiro separador era de 0,8 MPa (8 barg).

[0164] Para a segunda e terceira etapas de separação, assumiu- se que o segundo separador era 95% eficiente, de modo que a corrente líquida de fundo continha 5% em peso de solvente.

[0165] Na Tabela 3, são mostradas as vazões totais da quantidade total de líquidos a serem reciclados de volta ao reator e à destilação/recuperação.

[0166] O processo de acordo com a invenção tem uma maior eficiência energética devido a uma menor quantidade de líquido que é passado para destilação/recuperação.

Claims (18)

1. Processo para produzir uma composição polimérica compreendendo as etapas de: (A) polimerizar, em um primeiro reator de polimerização (2) em um primeiro solvente, - um primeiro monômero de olefina com dois ou mais átomos de carbono, e - opcionalmente um primeiro comonômero, - 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 opcional e o primeiro solvente; (B) retirar uma primeira corrente da primeira solução do primeiro reator de polimerização (2); (C) passar a primeira corrente da primeira solução para um primeiro separador (4), em que uma primeira fase líquida que compreende o polímero e uma primeira fase de vapor coexistem; (D) retirar uma primeira corrente de vapor e uma primeira corrente de solução concentrada que compreende o polímero do primeiro separador (4); (E) passar pelo menos uma parte da primeira corrente de vapor para um primeiro fracionador (5); (F) retirar uma primeira corrente de topo e uma primeira corrente de fundo do primeiro fracionador (5); (G) recuperar pelo menos uma parte da primeira corrente de topo como uma primeira corrente de reciclo e passar a mesma para o primeiro reator de polimerização (2); (H) passar a primeira corrente de solução concentrada do primeiro separador (4) para um segundo separador (8), em que uma segunda fase líquida que compreende o polímero e uma segunda fase de vapor coexistem; (I) retirar uma segunda corrente de vapor e uma segunda corrente de solução concentrada que compreende o polímero do segundo separador (8); (J) passar pelo menos uma parte da segunda corrente de vapor para um segundo fracionador (12); (K) retirar uma segunda corrente de topo e uma segunda corrente de fundo a partir do segundo fracionador (12); (L) recuperar pelo menos uma parte da segunda corrente de topo como uma segunda corrente de reciclo e passar a mesma para o primeiro reator de polimerização (2); (M) passar a segunda corrente de solução concentrada do segundo separador (8) para um terceiro separador (11), em que uma terceira fase líquida que compreende o polímero e uma terceira fase de vapor coexistem; CARACTERIZADO por ter a taxa do fluxo de massa da primeira corrente de reciclo pelo menos de 80% da taxa de fluxo de massa da primeira corrente de vapor e a taxa de fluxo de massa da segunda corrente de reciclo de pelo menos 70% da taxa de fluxo de massa da segunda corrente de vapor.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por ter a primeira corrente de fundo passada do primeiro fracionador (5) de volta para o primeiro separador (4).

3. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, CARACTERIZADO por pelo menos uma parte da segunda corrente de fundo ser passada do segundo fracionador (12) de volta para o primeiro separador (4).

4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO por compreender as etapas adicionais de: (N) passar pelo menos uma parte da terceira corrente de vapor para um terceiro fracionador; (O) retirar uma terceira corrente de topo e uma terceira corrente de fundo a partir do terceiro fracionador; (P) passar pelo menos uma parte da terceira corrente de topo para a recuperação de solvente.

5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO por compreender as etapas adicionais de: (Q) passar a primeira corrente de reciclo e opcionalmente pelo menos uma parte da segunda corrente de reciclo para um primeiro vaso de alimentação (1); (R) retirar uma primeira corrente de alimentação do primeiro vaso de alimentação (1); (S) passar a primeira corrente de alimentação através de uma primeira etapa de resfriamento para o primeiro reator de polimerização (2).

6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, compreendeendo as etapas adicionais de: (T) polimerizar, em um segundo reator de polimerização (14) em um segundo solvente, - um segundo monômero de olefina com dois ou mais átomos de carbono e - opcionalmente um segundo comonômero, - 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 polímero de segundo monômero de olefina e o segundo comonômero opcional e o segundo solvente; (U) retirar uma primeira corrente da segunda solução do segundo reator de polimerização (14); (V) passar a primeira corrente da segunda solução para um quarto separador (16), em que uma fase líquida aquosa compreendendo o polímero e uma quarta fase de vapor coexistem; (W) retirar uma quarta corrente de vapor e uma quarta corrente de solução concentrada que compreende o polímero do quarto separador (16); (X) passar pelo menos uma parte da quarta corrente de vapor para um quarto fracionador (18); (Y) retirar uma quarta corrente de topo e uma quarta corrente de fundo do quarto fracionador (18); (Z) recuperar pelo menos uma parte da quarta corrente de topo como uma quarta corrente de reciclo e passar para o segundo reator de polimerização (14); (AA) passar a quarta corrente de solução concentrada do quarto separador (16) para o segundo separador (8), em que a segunda fase líquida que compreende o polímero e a segunda fase de vapor coexistem; CARACTERIZADO por ter a polimerização no primeiro reator de polimerização (2) na etapa (A) e a polimerização no segundo reator de polimerização (14) na etapa (T) realizadas em configuração paralela; e a taxa de fluxo de massa da quarta corrente de reciclo é de pelo menos 80% da taxa de fluxo de massa da quarta corrente de vapor.

7. Processo, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO por a quarta corrente de fundo ser passada do quarto fracionador (18) de volta para o quarto separador (16).

8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 ou 7, CARACTERIZADO por ter pelo menos uma parte da segunda corrente de fundo passada do segundo fracionador (12) para o quarto separador (16).

9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 8, CARACTERIZADO por compreender as etapas adicionais de: (AB) passar a quarta corrente de reciclo e opcionalmente pelo menos uma parte da segunda corrente de reciclo para um segundo vaso de alimentação (13); (AC) retirar uma segunda corrente de alimentação do segundo vaso de alimentação (13); (AD) passar a segunda corrente de alimentação através de uma segunda etapa de resfriamento para o segundo reator de polimerização (14).

10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, compreendendo as etapas adicionais de: (T’) polimerização, num segundo reator de polimerização (14) num segundo solvente, - um segundo monômero de olefina com dois ou mais átomos de carbono e - opcionalmente um segundo comonômero, - 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 polímero de segundo monômero de olefina e o segundo comonômero opcional e o segundo solvente; (U') retirar uma primeira corrente da segunda solução do segundo reator de polimerização (14); (V') combinar a primeira corrente da segunda solução do segundo reator de polimerização (14) com a primeira corrente da primeira solução do primeiro reator de polimerização (2) para produzir uma primeira corrente combinada da primeira solução e a segunda solução; (W’) passar a primeira corrente combinada da primeira solução e a segunda solução para um primeiro separador (4) em que uma primeira fase líquida que compreende o polímero e uma primeira fase de vapor coexistem; CARACTERIZADO por ter a polimerização no primeiro reator de polimerização (2) na etapa (A) e a polimerização no segundo reator de polimerização (14) na etapa (T’) realizadas em configuração paralela.

11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 10, CARACTERIZADO por o primeiro solvente e o segundo solvente serem o mesmo.

12. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 11, CARACTERIZADO por o primeiro comonômero e o segundo comonômero serem o mesmo.

13. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 12, CARACTERIZADO por o primeiro catalisador de polimerização e o segundo catalisador de polimerização serem o mesmo.

14. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, CARACTERIZADO por o primeiro monômero de olefina e, opcionalmente, o segundo monômero de olefina serem o mesmo e serem etileno ou propileno.

15. Processo, de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 14, CARACTERIZADO por o primeiro comonômero ou, opcionalmente, o segundo comonômero ou, opcionalmente, o primeiro comonômero e o segundo comonômero serem selecionados do grupo que consiste em alfa-olefinas diferentes do monômero de olefina contendo de 2 a 10 átomos de carbono; polienos, tais como alfa-omega-dienos não conjugados, contendo de 4 a 10 átomos de carbono, olefinas cíclicas contendo de 6 a 20 átomos de carbono e polienos cíclicos contendo de 6 a 20 átomos de carbono.

16. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, CARACTERIZADO por o primeiro e segundo separadores (4), (8) e o quarto separador opcional (16) serem unidades de intermitência.

17. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, CARACTERIZADO por o primeiro separador (4) e o quarto separador opcional (16) serem operados a uma pressão de 0,5 a 1,5 MPa (5 a 15 bar) e o segundo separador (8) ser operado a uma pressão de 0,1 a 0,5 MPa (1 a 5 bar).

18. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 17, CARACTERIZADO por o primeiro e segundo fracionadores (5), (12) e o quarto fracionador opcional (18) serem colunas de destilação ou colunas extratoras.

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