BR112020012898A2 - Usina de fabricação para polimerização de etileno sob alta pressão e método para desligamento de emergência - Google Patents

Usina de fabricação para polimerização de etileno sob alta pressão e método para desligamento de emergência Download PDF

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Abstract

a presente revelação se refere a uma usina de fabricação para polimerização de alta pressão que tem um reator tubular estratificado e um método para um desligamento de emergência na dita usina de fabricação. a presente revelação também se refere a um processo para fabricar ldpe com o uso do dito reator tubular estratificado.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "USINA
DE FABRICAÇÃO PARA POLIMERIZAÇÃO DE ETILENO SOB ALTA PRESSÃO E MÉTODO PARA DESLIGAMENTO DE EMERGÊNCIA". Campo da invenção
[0001] A presente revelação se refere a uma usina de fabricação para polimerização de etileno sob alta pressão e a um método para um desligamento de emergência na dita usina de fabricação. A presente revelação também se refere a um processo para fabricar LDPE (polieti- leno de baixa densidade) em tal usina de fabricação. Antecedentes da invenção
[0002] Os polímeros de etileno podem ser formados em processos de polimerização de alta pressão. As etapas individuais em tais pro- cessos são a compressão da mistura de reação sob a pressão de rea- tor, introdução de um iniciador em pelo menos um estágio, polimeriza- ção durante a remoção de calor exotérmico de reação, separação de produto e processamento adicional. Para os ditos processos, diferen- tes tipos de modelo de reator podem ser usados. Uma classe de reato- res para formar polímeros à base de etileno de baixa densidade são reatores tubulares.
[0003] Uma preparação comum de uma usina para preparar polie- tileno de baixa densidade compreende, além do reator de polimeriza- ção, equipamento adicional. Os componentes de reação são normal- mente pressurizados por uma combinação de dois compressores, um compressor primário e um compressor secundário. No fim da sequên- cia de polimerização, uma unidade de polimerização de alta pressão inclui adicional e normalmente aparelhos, como extrusoras e granula- dores para peletizar o polímero obtido. Adicionalmente, tal unidade de polimerização também compreende geralmente meios para alimentar monômeros e comonômeros, iniciadores de radical livre, agentes de transferência de cadeia ou outras substâncias em uma ou mais posi-
ções para a reação de polimerização. Um processo e um aparelho pa- ra a fabricação de polímeros de etileno e copolímeros sob pressões altas são, por exemplo, reveladas no documento nº WO 2007/018871 AT.
[0004] Devido ao fato de que os reatores tubulares para fabricar LDPE são muito longos para serem construídos como um tubo longo reto, o reator tubular tem que ser disposto espacialmente de maneira adequada. Uma disposição comum é quando o reator tubular é cons- truído de maneira helicoidal; isto é, a mistura de reação comprimida avança em um tipo de movimento espiralado. Uma possibilidade de implantação de tal modelo é o reator tubular estar localizado dentro de uma câmara retangular e os tubos de reator dispostos de maneira he- licoidal estão fixados às paredes da câmara. Outra possibilidade é eri- gir um arcabouço e tem o reator tubular espiralado ao longo do arca- bouço.
[0005] O processo de polimerização em um reator de LDPE é rea- lizado comumente sob as temperaturas de 100ºC a 350ºC e sob altas pressões que podem atingir 350 MPa. Tais altas temperaturas e pres- sões exigem uma tecnologia especial para que o processo seja mani- pulado de maneira segura e confiável. Questões técnicas na manipu- lação de etileno em altas pressões são, por exemplo, descritas em Chem. Ing. Tech. 67 (1995), páginas 862 a 864. É estabelecido que o etileno decompõe rapidamente de uma maneira explosiva sob deter- minadas condições de temperatura e pressão para gerar fuligem, me- tano e hidrogênio. Essa reação indesejada ocorre repetidamente na polimerização de alta pressão de etileno. O aumento drástico em pres- são e temperatura associado à mesma representa um risco de poten- cial considerável para a segurança operacional das usinas de produ- ção.
[0006] Uma possível solução para impedir um aumento drástico na pressão e na temperatura desse tipo envolve instalar discos de ruptura ou válvulas emergenciais de liberação de pressão. O documento nº U.S.
4.255.387 revela um reator de pressão particular tubular que contém uma pluralidade de seções tubulares interconectadas em série por meio de dispositivos de conexão, sendo que o reator contém uma ou mais zonas de reação. Dentro de cada zona de reação, um único dis- positivo de disco de ruptura é posicionado a cerca de 7,32 m a cerca de 12,19 cm (24 a cerca de 40 pés) a jusante da entrada de zona de reação. O documento nº WO 02/01308 A2, por exemplo, revela uma válvula de alívio de pressão hidraulicamente controlada específica que permite uma abertura particularmente rápida da válvula de alívio de pressão em caso de alterações repentinas em pressão ou temperatu- ra. É tecnicamente possível manipular tais fugas térmicas ou decom- posições explosivas de etileno dentro do reator de polimerização, em- bora essas situações sejam altamente indesejáveis visto que as fugas térmicas ou decomposições explosivas de etileno dentro do reator de polimerização causam o desligamento da usina de polimerização com frequente emissão de etileno para o meio ambiente e perda de produ- ção.
[0007] No entanto, visto que nem sempre é possível impedir as fugas térmicas ou a decomposição explosiva, o equipamento da usina de fabricação tem de resistir às forças mecânicas que ocorrem quando um desligamento de emergência é realizado. Além disso, o equipa- mento precisa permitir compensar as forças que podem ser aplicadas quando a usina é colocada em operação ou é desligada; isto é, quan- do a pressão e temperatura são mudadas entre o estado operacional e condições ambiente.
[0008] Consequentemente há uma necessidade de fornecer um modelo aprimorado para dispor um reator tubular de uma usina de fa- bricação para polimerização de etileno sob alta pressão. O reator tubu-
lar deve permitir a preparação eficiente de polímeros de etileno, e os custos de construir, instalar e operar a usina de fabricação devem ser reduzidos. Por conseguinte, deve ser garantido que as partes da usina de fabricação podem resistir às forças que podem ser aplicadas com relação a quando a usina de fabricação entra em operação ou é desli- gada, até mesmo em situações emergenciais, e para compensar e re- sistir, por exemplo, a flutuações de pressão e vibrações que podem ocorrer durante a operação regular da usina de fabricação. Sumário da invenção
[0009] A presente revelação fornece uma usina de fabricação para polimerização de etileno sob alta pressão que compreende um reator tubular estratificado, sendo que o reator tubular estratificado compre- ende primeiras tubagens interconectadas para transportar a mistura de reação de alta pressão, sendo que as primeiras tubagens são primei- ros tubos retos ou primeiras flexões, em que as primeiras tubagens interconectadas formam pelo menos uma primeira tubulação serpen- teante e pelo menos uma primeira válvula de alívio de pressão está conectada à dita primeira tubulação, sendo que o reator tubular estrati- ficado compreende adicionalmente segundas tubagens interconecta- das para transportar uma mistura de reação de alta pressão, em que as segundas tubagens são segundos tubos retos ou segundas flexões, em que as segundas tubagens interconectadas formam pelo menos uma segunda tubulação serpenteante e pelo menos uma segunda vál- vula de alívio de pressão é conectada à dita segunda tubulação, em que a pelo menos uma primeira tubulação está disposta em uma pri- meira camada vertical e a pelo menos uma segunda tubulação está disposta em uma segunda camada vertical, e em que a primeira ca- mada está espacialmente separada da segunda camada.
[0010] Em algumas modalidades, a usina de fabricação tem um piso e a primeira válvula de alívio de pressão é fixada a uma primeira estrutura de suporte que é presa ao piso e/ou em que a segunda vál- vula de alívio de pressão é fixada a uma segunda estrutura de suporte que é presa ao piso.
[0011] Em algumas modalidades, a primeira e segunda estruturas de suporte compreendem ou são chapas de concreto e/ou placas de metal ancoradas ao dito piso.
[0012] Em algumas modalidades, pelo menos algumas das primei- ras flexões conectam os primeiros tubos retos dispostos em diferentes distâncias do piso e/ou em que pelo menos algumas das segundas flexões conectam tubos retos dispostos em diferentes distâncias do piso.
[0013] Em algumas modalidades, as primeiras tubagens têm um primeiro diâmetro interno médio de tubo e as primeiras flexões têm formato de semicírculo que tem um primeiro raio de linha central, em que o primeiro raio de linha central não é maior que dez vezes o pri- meiro diâmetro interno médio de tubo e/ou as segundas tubagens têm um segundo diâmetro interno médio de tubo e as segundas flexões têm formato de um semicírculo que tem um segundo raio de linha cen- tral, em que o segundo raio de linha central não é maior que dez vezes o segundo diâmetro interno médio de tubo.
[0014] Em algumas modalidades, um cano de transição para trans- portar uma mistura de reação de alta pressão conecta a primeira ca- mada à segunda camada e a primeira camada e a segunda camada estão dispostas lado a lado e/ou próximas entre si.
[0015] Em algumas modalidades, as primeiras tubagens cruzam um primeiro plano ao longo de suas cavidades para transportar uma mistura de reação e/ou as segundas tubagens cruzam um segundo plano ao longo de suas cavidades de tubo para transportar uma mistu- ra de reação.
[0016] Em algumas modalidades, a uma ou mais primeiras tubula-
ções são conectadas a um primeiro arcabouço ancorado ao piso e a uma ou mais segundas tubulações são conectadas o primeiro arca- bouço ou a um segundo arcabouço ancorado ao piso, em que a pri- meira válvula de alívio de pressão e a segunda válvula de alívio de pressão são separadas do dito primeiro arcabouço e/ou segundo ar- cabouço.
[0017] Em algumas modalidades, a primeira válvula de alívio de pressão e a segunda válvula de alívio de pressão estão conectadas a um compartimento de liberação de pressão que compreende um agen- te de resfriamento e um respiradouro.
[0018] Em algumas modalidades, a usina de fabricação compre- ende adicionalmente terceiras tubagens interconectadas para trans- portar uma mistura de reação de alta pressão e as terceiras tubagens interconectadas formam pelo menos uma terceira tubulação serpente- ante, e em que a usina de fabricação também compreende quatro tu- bagens interconectadas para transportar uma mistura de reação de alta pressão e as quatro tubagens interconectadas formam pelo menos uma quarta tubulação serpenteante, em que a pelo menos uma tercei- ra tubulação está disposta em uma terceira camada vertical e a pelo menos uma quarta tubulação está disposta em uma quarta camada vertical, em que a terceira camada é espaçada em uma distância da primeira, segunda e quarta camadas, e a quarta camada está espaça- da em uma distância da primeira, segunda e terceira camadas.
[0019] Em algumas modalidades, a primeira camada como uma extremidade superior que aponta para a direção contrária ao piso as- sim como uma extremidade inferior que aponta para o piso e uma pri- meira extremidade lateral estacionária e uma segunda extremidade lateral de adaptação, em que a primeira extremidade lateral estacioná- ria está mais próxima da primeira válvula de alívio de pressão que a segunda extremidade lateral de adaptação e/ou uma primeira tubagem
7I47 localizada na primeira extremidade lateral estacionária está conectada à primeira válvula de alívio de pressão, em que a segunda extremida- de lateral de adaptação é montada de modo que possa se expandir e/ou estender na direção contrária à primeira extremidade lateral esta- cionária quando a temperatura aumenta.
[0020] Em algumas modalidades, a usina de fabricação compre- ende adicionalmente um pré-aquecedor que tem tubagens de pré- aquecimento interconectadas para transportar uma composição de gás de reação de alta pressão, em que as tubagens de pré-aquecimento são tubos retos de pré-aquecimento ou flexões de pré-aquecimento, em que as tubagens de pré-aquecimento interconectadas formam uma tubulação de pré-aquecimento e pelo menos uma válvula de alívio de pressão de pré-aquecimento é conectada à dita tubulação de pré- aquecimento, em que a tubulação de pré-aquecimento está disposta em uma camada vertical de pré-aquecimento que compreende uma zona de pré-aquecimento, em que a válvula de alívio de pressão de pré-aquecimento é fixada a uma estrutura de suporte de pré-aqueci- mento que é preso ao piso.
[0021] Em algumas modalidades, a primeira camada compreende tubulações de pelo menos uma primeira zona de reação e a segunda camada compreende tubulações em pelo menos uma segunda zona de reação.
[0022] A presente revelação fornece adicionalmente um método para realizar um desligamento de emergência em uma usina de fabri- cação, conforme descrito acima, que compreende as etapas de |) polimerizar etileno ou copolimerizar etileno e um ou mais comonômeros a uma temperatura de 100ºC a 350ºC e uma pres- são de 110 MPa a 500 MPa, 11) interromper a alimentação da composição de gás de reação na primeira tubulação, e
III) reduzir a pressão dentro da uma ou mais primeiras tubulações e da uma ou mais segundas tubulações com o uso da pri- meira válvula de alívio de pressão e da segunda válvula de alívio de pressão, em que a primeira válvula de alívio de pressão e a segunda válvula de alívio de pressão liberam uma mistura de reação que com- preende etileno em um compartimento de liberação de pressão que tem um agente de resfriamento.
[0023] A presente revelação fornece um processo para preparar um polímero de etileno em uma usina de fabricação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que compreende polimerizar etileno ou copolimerizar etileno e um ou mais comonômeros a uma temperatura de 100ºC a 350ºC e a uma pressão de 110 MPa a 500 MPa. Breve descrição das figuras
[0024] A Figura 1 mostra esquematicamente uma preparação para realizar uma polimerização de alta pressão de acordo com a presente revelação.
[0025] A Figura 2 mostra esquematicamente um corte transversal vertical de uma usina de fabricação de acordo com a presente revela- ção.
[0026] A Figura 3 mostra esquematicamente uma parte ampliada do corte transversal mostrada na Figura 2.
[0027] A Figura 4 mostra um plano de piso esquemático de uma usina de fabricação de acordo com a presente revelação.
[0028] A Figura 5 mostra esquematicamente um diagrama das co- nexões em um reator tubular estratificado de acordo com a presente revelação. Descrição detalhada da invenção
[0029] A presente revelação se refere a uma usina de fabricação para polimerização de etileno sob alta pressão que compreende um reator tubular e a um processo para prepara um polímero de etileno em tal usina de fabricação. A polimerização de alta pressão pode ser realizada sob pressões de 110 MPa a 500 MPa, em que as pressões de 160 MPa a 350 MPa são preferenciais e as pressões de 200 MPa a 330 MPa são particularmente preferenciais. As temperaturas de poli- merização estão na faixa de 100ºC a 350ºC e, de preferência, na faixa de 180ºC a 340ºC e, com mais preferência, de 200ºC a 330ºC para polimerização.
[0030] Em uma modalidade preferencial da usina de fabricação, os monômeros são submetidos à pressão de polimerização por um ou mais compressores em uma sequência de estágios de compressão, os monômeros comprimidos passam opcionalmente através de um pré- aquecedor ou um pré-resfriador e são transferidos para o reator de po- limerização que é resfriado opcionalmente por camisas de resfriamen- to. Além disso, uma mistura de reação obtida pela polimerização sai do reator através de uma válvula de controle de pressão e é opcional- mente resfriada por um resfriador após o reator, a mistura de reação é separada em componentes poliméricos e gasosos em dois ou mais estágios, em que os componentes gasosos separados em um primeiro estágio em uma pressão absoluta de 15 MPa a 50 MPa são reciclados para o um ou mais compressores por meio de uma linha de reciclagem de gás de alta pressão e os componentes gasosos separados em um segundo estágio a uma pressão absoluta na faixa de 0,1 MPa a 0,5 MPa são reciclados par ao primeiro estágio da sequência de estágios de compressão por meio de uma linha de reciclagem de gás de baixa pressão e os componentes poliméricos pela polimerização são trans- formados em péletes.
[0031] A polimerização de alta pressão é preferencialmente uma homopolimerização de etileno ou uma copolimerização de etileno com um ou mais outros monômeros, visto que esses monômeros são copo-
limerizáveis de modo radicalmente livre com etileno sob alta pressão. Os exemplos de monômeros copolimerizáveis para uso na presente tecnologia são ácidos C3-Cg-carboxílicos a,B-insaturados, derivados de ácidos C3-Csg-carboxílicos a,B-insaturados, por exemplo, ésteres C3- C15-carboxílicos insaturados ou anidridos e 1-olefinas. Além disso, carboxilatos de vinila, tais como acetato de vinila, podem ser usados como comonômeros. Propeno, 1-buteno, 1-hexeno, ácido acrílico, acri- lato de n-butila, acrilato de terc-butila, acrilato de 2-etil-hexila, acetato de vinila ou propionato de vinila são particularmente adequados como comonômero.
[0032] No caso de copolimerização, a proporção do comonômero ou comonômeros na mistura de reação é de 1 a 50% em peso, de pre- ferência, de 3 a 40% em peso, com base nas quantidades de monô- meros, isto é, a soma de etileno e outros monômeros. Dependendo do tipo de comonômero, pode ser preferencial alimentar a configuração do reator com comonômeros em mais de um ponto. Preferencialmente, os comonômeros são alimentados ao lado de sucção do compressor secundário.
[0033] Para efeito da presente revelação, os polímeros ou materi- ais poliméricos são substâncias que são produzidas a partir de pelo menos duas unidades de monômero. Os polímeros ou materiais poli- méricos são, de preferência, polietilenos de baixa densidade que têm um peso molecular médio Mn superior a 20.000 g/mol. O termo "polieti- leno de baixa densidade" (LDPE) inclui homopolímeros de etileno e copolímeros de etileno. O processo também pode ser a preparação de oligômeros, ceras e polímeros que têm um peso molecular M, inferior a 20.000 g/mol.
[0034] A polimerização é, de preferência, uma polimerização de radical realizada na presença de iniciadores de polimerização de radi- cal livre. Os possíveis iniciadores para iniciar a polimerização nas zo-
nas de reação respectiva são, de modo geral, quaisquer substâncias que possam produzir espécies de radical sob as condições no reator de polimerização, por exemplo, oxigênio, ar, compostos azo ou inicia- dores de polimerização peroxídica. Em uma modalidade preferencial da revelação, a polimerização é executada com o uso de oxigênio, alimentado na forma de O> puro ou como ar. No caso de iniciar a poli- merização com oxigênio, normalmente o iniciador é misturado primei- ramente com a alimentação de etileno e, em seguida, o reator é ali- mentado com a mesma. Em tal caso, não é possível alimentar apenas com um fluxo que compreende monômero e oxigênio o início do reator de polimerização, mas também um ou mais pontos ao longo do reator, criando duas ou mais zonas de reação. A iniciação com o uso de pe- róxidos orgânicos ou compostos azo também representa uma modali- dade preferencial da presente revelação. É possível usar iniciadores individuais ou, de preferência, misturas de vários. Uma faixa grande de iniciadores, em particular, peróxidos, está comercialmente disponível, por exemplo, os produtos de Akzo Nobel oferecidos sob as marcas registradas Trigonoxº ou Perkadoxº.
[0035] Na polimerização de alta pressão, o peso molecular dos polímeros a serem preparados pode, como de costume, ser alterado através da adição de modificadores que atuam como agentes de trans- ferência de cadeia. Exemplos de modificadores para uso na presente tecnologia adequados são hidrogênio, hidrocarbonetos alifáticos e ole- fínicos, por exemplo, propano, butano, pentano, hexano, ciclo-hexano, propeno, 1-buteno, 1-penteno ou 1-hexeno, cetonas, tais como acetona, metiletilcetona (2-butanona), metilisobutilcetona, metilisoamilcetona, die- tilcetona ou diamilcetona, aldeídos, tais como formaldeído, acetaldeído ou propionaldeído, e álcoois alifáticos saturados, tais como metanol, etanol, propanol, isopropanol ou butanol. É dada preferência em parti- cular à utilização de aldeídos alifáticos saturados, em particular propi-
onaldeído ou 1-olefinas, tais como propeno, 1-buteno ou 1-hexeno, ou hidrocarbonetos alifáticos, tais como propano.
[0036] Os reatores tubulares apropriados são basicamente canos de parede espessa longos, que têm normalmente de cerca de 0,5 km a 4 km, de preferência, de 1 km a 3 km e, especialmente, de 1,5km a 2,5 km de comprimento. O diâmetro interno dos canos está normal- mente na faixa de cerca de 30 mm a 120 mm e, de preferência, de 60 mm a 100 mm. Tais reatores tubulares têm, de preferência, uma razão entre comprimento e diâmetro de mais que 1.000, de preferência, de
10.000 a 40.000 e, especialmente, de 25.000 a 35.000.
[0037] De preferência, o reator tubular é composto de segmentos individuais. Esses segmentos ou tubagens são, de preferência, flange- adas juntos. As tubagens podem ser tubos retos ou as tubagens po- dem ser flexões. De preferência, os tubos retos têm um comprimento de 15 m a 20 m. Os tubos podem ser flangeados a outros tubos ou os tubos podem ser flangeados a uma flexão. As flexões preferenciais são flexões com ângulo de 180”, isto é, flexões que têm formato de um semicírculo. É possível, também, que as flexões sejam formadas de modo que mais de uma flexão flangeadas juntas, por exemplo, duas flexões flangeadas juntas, formem um semicírculo. As flexões têm, de preferência, um raio pequeno; isto é, de preferência, o raio de linha central das flexões não é maior que dez vezes o diâmetro interno mé- dio das flexões, com mais preferência, o raio de linha central das fle- xões não é maior que oito vezes o diâmetro interno médio das flexões e, em particular, o raio de linha central das flexões não é maior que cinco vezes o diâmetro interno médio das flexões.
[0038] Em uma modalidade preferencial da presente revelação, os flanges são dispostos de modo que os grupos de flanges sejam ali- nhados um em cima do outro. De preferência, tal grupo de flanges está disposto um em cima do outro e tem pelo menos dois flanges, com mais preferência, de 3 a 100 flanges e, com máxima preferência, de 5 a 60 flanges.
[0039] Os reatores tubulares preferenciais têm pelo menos duas zonas de reação, de preferência, de 2 a 6 zonas de reação e, com mais preferência, de 2 a 5 zonas de reação. O número de zonas de reação é determinado pelo número de pontos de alimentação para o iniciador. Tal ponto de alimentação pode, por exemplo, ser um ponto de alimentação para uma solução de compostos azo ou peróxidos or- gânicos. O iniciador fresco é adicionado ao reator, quando o iniciador se decompõe em radicais livres e inicia a polimerização adicional. O calor gerado da reação eleva a temperatura da mistura de reação, vis- to que mais calor é gerado do que pode ser removido através das pa- redes do reator tubular. A temperatura crescente aumenta a taxa de decomposição dos iniciadores de radical livre e acelera a polimeriza- ção até essencialmente todo o iniciador de radical livre ser consumido. Após isso, nenhum calor adicional é gerado e a temperatura diminui novamente, visto que a temperatura das paredes de reator é mais bai- xa do que aquela da mistura de reação. Consequentemente, a parte do reator tubular a jusante de um ponto de alimentação de iniciador no qual a temperatura eleva é a zona de reação, enquanto a parte após isso, na qual a temperatura diminui novamente, é predominantemente uma zona de resfriamento. A quantidade e a natureza de iniciadores de radical livre adicionados determinam o quanto a temperatura eleva e permite consequentemente para ajudar esse valor. Normalmente, a elevação de temperatura é ajustada para estar na faixa de 70ºC a 170ºC na primeira zona de reação e de 50ºC a 130ºC para as zonas de reação subsequentes dependendo das especificações de produto e da configuração de reator. De preferência, o reator tubular é equipado com camisas de resfriamento para remover o calor da reação. Com mais preferência, todas as zonas de reação do reator tubular são res-
friadas por camisas de resfriamento.
[0040] Em uma modalidade preferencial da presente revelação, as camisas de resfriamento estão dispostas em tubos retos. De preferên- cia, cada um dos tubos retos é equipado com uma camisa de resfria- mento. De preferência, a água é usada como um meio de resfriamen- to. Em uma modalidade preferencial, nem um dos tubos retos é ali- mentado individualmente com o meio de resfriamento, porém alguns tubos retos adjacentes formam um grupo, por exemplo, um grupo de dois, três, quatro, cinco ou seis tubos retos, e esse grupo de tubos re- tos é alimentado com o meio de resfriamento. Em seguida, o meio de resfriamento é transportado para a camisa de resfriamento de um den- tre os tubos retos do grupo e, após isso, passa através das camisas de resfriamento dos outros membros do grupo de tubos retos antes de ser retirado do reator tubular.
[0041] A compressão da composição de gás de reação sob a pressão de polimerização pode ser realizada por um ou mais com- pressores em uma sequência de estágios de compressão, em que, de preferência, um compressor primário comprime primeiramente a com- posição de gás de reação a uma pressão de 10 MPa a 50 MPa e um compressor secundário, que é, algumas vezes, designado como um hipercompressor, comprime adicionalmente a composição de gás de reação sob a pressão de polimerização de 110 MPa a 500 MPa. De preferência, o compressor primário e o compressor secundário são compressores de múltiplos estágios. É adicionalmente possível sepa- rar um ou mais estágios de um ou ambos esses compressores e dividir os estágios em compressores separados. Entretanto, normalmente uma série de um compressor primário e um compressor secundário é usada para comprimir a composição de gás de reação à pressão de polimerização. Em tais casos, algumas vezes o compressor primário inteiro é designado como o compressor primário. No entanto, também é comum designar o um ou mais primeiros estágios do compressor primário, que comprime o gás de reciclagem do separador de produto de baixa pressão sob a pressão da alimentação de etileno novo, uma vez que que o compressor de reforço e, em seguida, apenas o um ou mais estágios subsequentes como o compressor primário, embora o estágio de compressor de reforço e os estágios subsequentes sejam todos parte de um aparelho.
[0042] Em uma modalidade preferencial da presente revelação, a linha de produção compreende um pré-aquecedor a montante do rea- tor tubular para aquecer a composição de gás de reação a uma tempe- ratura com capacidade para iniciar a polimerização. O pré-aquecedor é composto, de preferência, de segmentos individuais. Esses segmentos ou tubagens são, de preferência, flangeadas juntos. As tubagens de pré-aquecimento são tubos retos ou as tubagens são flexões. De pre- ferência, os tubos retos têm um comprimento de 15 m a 20 m. Os tu- bos podem ser flangeados para outros tubos ou os tubos podem ser flangeados até flexionar. As flexões preferenciais são flexões com ân- gulo de 180º, isto é, flexões que têm formato de um semicírculo. É possível, também, que as flexões sejam formadas de maneira que mais de uma flexão sejam flangeadas juntas, por exemplo, duas fle- xões flangeadas juntas, para formar um semicírculo. As flexões têm, de preferência, um raio pequeno; isto é, de preferência, o raio de linha central das flexões não é maior que dez vezes o diâmetro interno mé- dio das flexões, com mais preferência, o raio de linha central das fle- xões não é maior que oito vezes o diâmetro interno médio das flexões e, em particular, o raio de linha central das flexões não é maior que cinco vezes o diâmetro interno médio das flexões. Na modalidade pre- ferencial da presente revelação, os flanges são dispostos de modo que os grupos de flanges sejam alinhados um em cima do outro. De prefe- rência, tal grupo de flanges está disposto um em cima do outro e tem pelo menos dois flanges, com mais preferência, de 3 a 50 flanges e, com máxima preferência, de 5 a 30 flanges.
[0043] Em uma modalidade preferencial da presente revelação a entrada do reator tubular é alimentada com toda a composição de gás de reação fornecida pelo compressor secundário por meio de um pré- aquecedor. Em outra modalidade preferencial da presente revelação a entrada do reator tubular é alimentada com apenas uma parte da composição de gás de reação comprimida pelo compressor secundá- rio por meio do pré-aquecedor, e o restante da composição de gás de reação comprimido pelo compressor secundário é fornecido como um ou mais fluxos laterais para o reator tubular a jusante da entrada do reator tubular. Em tal preparação, de preferência, de 30 a 90% em pe- so, com mais preferência, de 40 a 70% em peso da composição de gás de reação fornecida pelo compressor secundário são fornecidos à entrada do reator tubular e de 10 a 70% em peso, com mais preferên- cia, de 30 a 60% em peso da composição de gás de reação fornecida pelo compressor secundário são fornecidos como um ou mais fluxos laterais ao reator tubular a jusante da entrada do reator tubular.
[0044] A linha de produção para realizar a polimerização da pre- sente revelação compreende, além do reator de polimerização, duas ou mais linhas de reciclagem de gás para reciclar monômeros não re- agidos no processo de polimerização. A mistura de reação obtida no reator de polimerização é transferida a um primeiro vaso de separa- ção, frequentemente chamado de separador de produto de alta pres- são, e separado em uma fração gasosa e uma fração líquida em uma pressão absoluta de 15 MPa a 50 MPa. O lado de sucção do com- pressor secundário é alimentado com a fração gasosa retirada do pri- meiro vaso de separação por meio de uma linha de reciclagem de gás de alta pressão. Na linha de reciclagem de gás de alta pressão, o gás é normalmente purificado por diversas etapas de purificação para re-
mover componentes indesejados, tais como polímeros ou oligômeros arrastados. A fração líquida retirada do primeiro vaso de separação, que normalmente ainda compreende monômeros dissolvidos, tais co- mo etileno, e comonômeros em uma quantidade de 20 a 40% em pe- so, é transferida para um segundo vaso de separação, frequentemente chamado de separador de produto de baixa pressão, e adicionalmente separada, em pressão reduzida, normalmente em uma pressão abso- luta na faixa de 0,1 MPa a 0,5 MPa, em componentes poliméricos e gasosos. A fração gasosa retirada do segundo vaso de separação é alimentada por meio de uma então chamada linha de reciclagem de gás de baixa pressão ao compressor primário, de preferência, para os primeiros dos estágios. Além disso, a linha de reciclagem de gás de baixa pressão compreende normalmente diversas etapas de purifica- ções para purificar o gás de componentes indesejáveis. A linha de produção pode compreender adicional etapas de separação adicionais para separar frações gasosas adicionais das misturas de reação e |li- nhas de reciclagem de gás adicional para alimentar um dentre os compressores com tais frações gasosas adicionais que compreendem monômeros não reagidos, por exemplo, a primeira etapa de separação e a segunda etapa de separação que operam sob uma pressão inter- mediária.
[0045] De preferência, o gás reciclado proveniente da linha de re- ciclagem de gás de baixa pressão é comprimido pelos primeiros está- gios do compressor primário para a pressão da alimentação fresca de monômeros etilenicamente insaturados, de preferência, etileno e, de- pois disso, combinado com a alimentação de gás fresco e os gases combinados são adicionalmente comprimidos no compressor primário para a pressão de 10 MPa a 50 MPa. De preferência, o compressor primário compreende cinco ou seis estágios de compressão, dois ou três antes de adicionar o gás fresco e dois ou três após adicionar o gás fresco. O compressor secundário tem preferencialmente dois es- tágios; um primeiro estágio, que comprime o gás de cerca de 30 MPa a cerca de 120 MPa, e um segundo estágio, que comprime adicional- mente o gás de cerca de 120 MPa até a pressão de polimerização fi- nal.
[0046] A pressão dentro do reator de polimerização é controlada, de preferência, por uma válvula de controle de pressão, que está dis- posta na saída do reator de polimerização e através da qual a mistura de reação sai do reator. A válvula de controle de pressão pode ser qualquer disposição de válvula que seja adequada para reduzir a pressão da mistura de reação que sai do reator para a pressão dentro do primeiro vaso de separação.
[0047] Em uma modalidade preferencial da presente revelação, a linha de produção compreende um resfriador após o reator a jusante do reator de polimerização para resfriar a mistura de reação. O resfria- dor após o reator pode ser disposto a montante da válvula de controle de pressão ou o resfriador após o reator podem ser dispostos a jusan- te da válvula de controle de pressão. De preferência, o resfriador após o reator está disposto a jusante da válvula de controle de pressão. O resfriador após o reator é composto, de preferência, de segmentos in- dividuais. Esses segmentos ou tubagens de resfriamento são, de pre- ferência, flangeados juntos. As tubagens de resfriamento são tubos retos ou as tubagens são flexões. De preferência, os tubos retos têm um comprimento de 15 m a 20 m. Os tubos podem ser flangeados pa- ra outros tubos ou os tubos podem ser flangeados até flexionar. As flexões preferenciais são flexões de 180”, isto é, flexões que têm for- mato de um semicírculo. É possível, também, que as flexões sejam formadas de modo que mais de uma flexão flangeadas juntas, por exemplo, duas flexões flangeadas juntas, formem um semicírculo. As flexões têm, de preferência, um raio pequeno; isto é, de preferência, o raio de linha central das flexões não é maior que dez vezes o diâmetro interno médio das flexões, com mais preferência, o raio de linha cen- tral das flexões não é maior que oito vezes o diâmetro interno médio das flexões e, em particular, o raio de linha central das flexões não é maior que cinco vezes o diâmetro interno médio das flexões. Na moda- lidade preferencial da presente revelação, os flanges são dispostos de modo que os grupos de flanges sejam alinhados um em cima do outro. De preferência, tal grupo de flanges está disposto um em cima do ou- tro e tem pelo menos dois flanges, com mais preferência, de 3 a 80 flanges e, com máxima preferência, de 5 a 60 flanges.
[0048] Os reatores tubulares preferenciais estão localizados em uma câmara que tem uma parede protetora circundante.
[0049] Os componentes poliméricos obtidos pela polimerização são, por fim, transformados em péletes, normalmente por aparelhos como extrusoras ou granuladores.
[0050] A Figura 1 mostra esquematicamente uma configuração de uma usina de fabricação para polimerização de etileno sob alta pres- são que compreende um reator tubular que é operado continuamente.
[0051] O etileno fresco, que está normalmente sob uma pressão de 1,7 MPa, é primeiramente comprimido a uma pressão de cerca de MPa por meio de um compressor primário (1a*) e, então, comprimi- do à pressão de reação de cerca de 300 MPa com o uso de um com- pressor secundário (1b*). Agentes de transferência em cadeia (CTA) podem ser adicionados ao compressor primário (1a*) junto do etileno novo. O comonômero pode ser adicionado a montante do compressor secundário (1b*). A mistura de reação que sai do segundo compressor (1b*) é alimentada a um pré-aquecedor (2*), em que a mistura de rea- ção é pré-aquecida à temperatura inicial de reação de cerca de 120ºC a 220ºC e, então, transportada para a entrada (3*) do reator tubular (4).
[0052] O reator tubular (4*) é basicamente um cano longo de pa- rede espessa com camisas de resfriamento para remover o calor libe- rado de reação da mistura de reação por meio de um circuito refrige- rante (não mostrado).
[0053] O reator tubular (4*) mostrado na Figura 1 tem quatro pon- tos alimentação de iniciador espacialmente separados (5a*), (5b*), (5c*) e (5d*) para alimentar os iniciadores ou misturas de iniciador PX1, PX2, PX3 e PX4 ao reator e também consequentemente quatro zonas de reação. Alimentando-se iniciadores de radical livre adequa- dos, os quais se decompõem à temperatura da mistura de reação, ao reator tubular, a reação de polimerização é iniciada.
[0054] A mistura de reação sai do reator tubular (4*) através de uma válvula de controle de pressão (6*) e passa por um resfriador após reator (7*). Após isso, o polímero resultante é separado do etile- no não reagido e de outros compostos de baixo peso molecular (mo- nômeros, oligômeros, polímeros, aditivos, solvente etc.) por meio de um primeiro vaso de separação (8*) e um segundo vaso de separação (9*), descarregados e peletizados por meio de uma extrusora e um granulador (10*).
[0055] A extremidade de entrada do reator tubular (4*) no circuito de alta pressão (11*) a 30 MPa é alimentada de volta com o etileno e os comonômeros que foram separados no primeiro vaso de separação (8*). No circuito de alta pressão (11*), o material gasoso separado da mistura de reação é primeiramente liberado de outros constituintes em pelo menos um estágio de purificação e, em seguida, adicionado à corrente de monômero entre o compressor primário (1a*) e o compres- sor secundário (1b*). A Figura 1 mostra um estágio de purificação que consiste em um trocador de calor (12*) e um separador (13*). Entretan- to, é possível usar uma pluralidade de estágios de purificação. O cir- cuito de alta pressão (11*) normalmente separa as ceras.
[0056] O etileno que foi separado no segundo vaso de separação (9*), que compreende adicionalmente, inter alia, a maior parte dos produtos de baixo peso molecular da polimerização (oligômeros) e do solvente, é trabalhado o circuito de baixa pressão (14*) a uma pressão absoluta de cerca de 0,1 MPa a 0,5 MPa em uma pluralidade de sepa- radores com um trocador de calor instalado entre cada um dos sepa- radores. A Figura 1 mostra dois estágios de purificação que consiste em trocadores de calor (15*) e (17*) e separadores (16*) e (18*). No entanto, também é possível usar apenas um estágio de purificação ou preferencialmente mais de dois estágios de purificação. O circuito de baixa pressão (14*) separa normalmente o óleo e as ceras.
[0057] A fim de garantir uma preparação eficiente de polímeros de etileno, o reator tubular tem que resistir às externas tensões internas quando as condições de reação dentro do sistema mudam. Quando a usina de fabricação é iniciada ou desligada, as condições de reação mudam drasticamente dentro de um período curto. Isso pode ser devi- do ao fato de que o gás de reação é inserido ou devido ao fato de que O gás de reação não é mais alimentado. Além disso, quando é neces- sário abrir as válvulas de alívio de pressão, essas válvulas também têm se resistir a condições extremas. Com a presente revelação, cons- tatou-se que um modelo de reator usa camadas verticais espacialmen- te separadas de tubulações serpenteantes, em que pelo menos duas das camadas têm pelo menos uma válvula de alívio de pressão conec- tada a uma tubulação. Constatou-se que esse modelo é bem adequa- do para resistir às condições, conforme discutido acima.
[0058] A presente revelação se refere a uma usina de fabricação para etileno de alta pressão que compreende um reator tubular estrati- ficado, sendo que o dito reator tubular estratificado compreende pri- meiras tubagens interconectadas para transportar uma mistura de rea- ção de alta pressão que forma pelo menos uma primeira tubulação serpenteante e que tem pelo menos uma primeira válvula de alívio de pressão conectada à dita primeira tubulação, e o reator tubular estrati- ficado compreende adicionalmente segundas tubagens interconecta- das para transportar uma mistura de reação de alta pressão, que for- ma pelo menos uma segunda tubulação serpenteante e tem pelo me- nos uma segunda válvula de alívio de pressão conectada à dita se- gunda tubulação. As primeiras tubagens são primeiros tubos retos ou primeiras flexões e as segundas tubagens são segundos tubos retos ou segundas flexões. A pelo menos uma primeira tubulação está dis- posta em uma primeira camada vertical, e a pelo menos uma segunda tubulação está disposta em uma segunda camada, em que a primeira camada é separada espacialmente da segunda camada.
[0059] De preferência, a primeira camada é separada da segunda camada de modo que a distância entre os centros dos primeiros tubos retos e os centros dos segundos tubos retos seja pelo menos 1,5 ve- zes, em particular, de 3 vezes a 20 vezes maior, maior que o diâmetro externo médio do primeiro e/ou segundo tubos retos incluindo as ca- misas de resfriamento.
[0060] Em algumas modalidades, a usina de fabricação compre- ende adicionalmente terceiras tubagens interconectadas para trans- portar uma mistura de reação de alta pressão que formam pelo menos uma terceira tubulação serpenteante e a pelo menos uma terceira tu- bulação está disposta em uma terceira camada. De preferência, pelo menos uma terceira válvula de alívio de pressão é conectada à dita terceira tubulação. Em algumas modalidades, a usina de fabricação compreende adicionalmente quatro tubagens interconectadas para transportar uma mistura de reação de alta pressão, que forma pelo menos uma quarta tubulação serpenteante e a pelo menos uma quarta tubulação está disposta em uma quarta camada. De preferência, pelo menos uma quarta válvula de alívio de pressão é conectada à dita quarta tubulação. Em algumas modalidades, a usina de fabricação compreende adicionalmente quintas tubagens interconectadas para transportar uma mistura de reação de alta pressão, que formam pelo menos uma quinta tubulação serpenteantes e a pelo menos uma quin- ta tubulação está disposta em uma quinta camada. De preferência, pelo menos uma quinta válvula de alívio de pressão é conectada à dita quinta tubulação. De preferência, todas as camadas são espaçadas em uma distância da outra camada. Em uma modalidade preferencial, a terceira camada é espaçada em uma distância da primeira, segunda e opcionais terceira, quarta e quinta camadas, e/ou a quarta camada é espaçada a uma distância da primeira, segunda, terceira e opcionais quarta e quinta camadas.
[0061] Constatou-se que com a disposição do reator tubular em múltiplas camadas verticais, não apenas é possível uma produção confiável de polímero de etileno como também o comprimento do rea- tor pode ser estendido de maneira relativamente fácil, caso necessá- rio, resultando em zonas de reação prolongadas ou adicionais. Com reatores tubulares de um modelo comum, isso exige uma mudança muito complexo de todo o modelo
[0062] Em uma modalidade, a primeira camada e a segunda ca- mada estão dispostas uma próxima da outra e/ou lado a lado. No en- tanto, é possível, também, em conformidade com a presente revela- ção, agregar uma terceira e/ou quarta camadas e/ou quaisquer cama- das adicionais entre a primeira e segunda camadas. Em uma modali- dade preferencial, a primeira e a segunda camada são as únicas ca- madas com válvulas de alívio de pressão e quaisquer camadas entre as mesmas, por exemplo, a terceira, quarta e/ou quinta camada, não têm tais válvulas de alívio de pressão. Tal sistema é econômico e sufi- cientemente confiável. No entanto, constatou-se que um sistema no qual em cada camada pelo menos uma válvula de alívio de pressão é conectada a uma tubulação é particularmente seguro.
[0063] Em uma modalidade, a primeira camada é uma camada disposta no início das zonas de reação e a segunda camada é uma última camada. A terceira, quarta e/ou quintas camadas adicionais po- de ser disposta entre a dita primeira e segunda camadas.
[0064] De preferência, todas as camadas da usina de fabricação são separadas espacialmente uma da outra. Em uma modalidade pre- ferencial, todas as camadas estão dispostas em paralelo.
[0065] Em modalidades preferenciais, pelo menos algumas das primeiras flexões, de preferência, todas primeiras flexões, conectam os primeiros tubos retos dispostos em diferentes distâncias do piso e/ou pelo menos algumas das segundas flexões, de preferência, todas as segundas flexões, conectam segundos tubos retos dispostos em dife- rentes distâncias do piso. Isso permite uma disposição eficiente dentro da camada vertical.
[0066] De preferência, as primeiras tubagens têm uma primeiro diâmetro interno médio de tubagem e um primeiro diâmetro externo médio de tubagem e as primeiras flexões têm formato de um semicír- culo que têm um primeiro raio de linha central, em que o primeiro raio de linha central não é maior que dez vezes o primeiro diâmetro interno médio de tubagem, de preferência, não é maior que oito vezes o pri- meiro diâmetro interno médio de tubagem e, em particular, não é maior que cinco vezes o primeiro diâmetro interno médio de tubagem. De preferência, as segundas tubagens têm um segundo diâmetro interno médio de tubagem e um segundo diâmetro externo médio de tubagem e as segundas flexões têm formato de um semicírculo que tem um se- gundo raio de linha central, em que o segundo raio de linha central não é maior que dez vezes o segundo diâmetro interno médio de tubagem, em particular, não é maior que oito vezes o segundo diâmetro interno médio de tubagem e, em particular, não é maior que cinco vezes o se-
gundo diâmetro interno médio de tubagem.
[0067] De preferência, as primeiras tubagens cruzam um primeiro plano ao longo de suas cavidades de tubo para transportar uma mistu- ra de reação e/ou os segundos tubos cruzam um segundo plano ao longo de suas cavidades de tubo para transportar uma mistura de rea- ção. De preferência, quaisquer outras camadas, conforme descrito acima, por exemplo, a terceira, quarta e quinta camadas, cruzam um plano ao longo de suas cavidades de tubo para transportar uma mistu- ra de reação também. A princípio, é possível introduzir curvaturas le- ves em camadas. No entanto, constatou-se que um modelo plano é melhor em termos de estabilidade, custo e exigências de espaço quando um modelo estratificado, conforme discutido acima, é usado.
[0068] O número de flexões em cada tubulação pode variar. Em algumas modalidades, as tubulações têm pelo menos três flexões, de preferência, pelo menos quatro flexões e, com mais preferência, de três a quatro flexões de 25º. Em uma modalidade preferencial, as tu- bulações têm tubos dispostos em pelo menos quatro distâncias dife- rentes do piso, de preferência, em pelo menos cinco distâncias dife- rentes do piso e, com mais preferência, de quatro a 26 distâncias dife- rentes do piso.
[0069] Em modalidades preferenciais, cada camada tem 5 a 50 flexões, de preferência, 10 a 25 flexões e, de preferência, cada cama- da tem tubos dispostos em 6 a 51, de preferência, em 11 a 26 distân- cia diferentes do piso.
[0070] De preferência, o piso é essencialmente horizontal. A pri- meira e segunda camadas são orientadas verticalmente, isto é, parale- las à força de gravitação no local da usina de fabricação. Uma orienta- ção, conforme descrito acima, deve ser assumida quando a divergên- cia de uma orientação vertical exata não é maior que 10º, em particu- lar, não maior 5º, de preferência, não maior que 1º. De preferência, a primeira e/ou segunda camadas são orientadas de maneira ortogonal em relação ao piso, isto é, não há divergência intencional da orienta- ção ortogonal.
[0071] De preferência, todas as camadas, isto é, a primeira, a se- gunda, a terceira, a quarta e a quinta camadas são conectadas entre si por canos de transição, de preferência, a primeira à segunda camada por um primeiro cano de transição, a segunda à terceira camada por um segundo cano de transição, a terceira à quarta camadas por um terceiro cano de transição e a quarta à quinta camada por um quarto cano de transição. Evidentemente, menos e mais que cinco camadas são possíveis. De preferência, as camadas que estão dispostas próxi- mas entre si e/ou lado a lado estão conectadas entre si por canos de transição respectivos, em particular, de modo que a mistura de reação possa ser transportada de uma camada para a próxima camada.
[0072] Em uma modalidade preferencial da presente revelação, algumas ou todas as camadas compreendem mais que uma tubula- ção. Uma tubulação é um segmento consecutivo do reator tubular que está disposta em uma camada e que não é interrompida por uma co- nexão a uma válvula de alívio de pressão ou um ponto de alimentação do iniciador. Desse modo, uma tubulação dentro da presente revela- ção é parte do tubo do reator tubular, desse modo, sendo projetado e configurado para transmitir a mistura de reação ao passo que a mistu- ra de etileno-comonômero reage a um polímero de etileno. Em algu- mas modalidades, a primeira camada tem duas ou três primeiras tubu- lações que estão dispostas uma acima da outra dentro da primeira camada. Em algumas modalidades, a segunda camada tem duas ou três segundas tubulações que estão dispostas uma acima da outra dentro da segunda camada. Em algumas modalidades, a terceira ca- mada tem duas ou três terceiras tubulações que estão dispostas uma acima da outra dentro da terceira camada. Em algumas modalidades,
a quarta camada tem duas ou três quartas tubulações que estão dis- postas uma acima da outra dentro da quarta camada. É possível ter diferentes zonas de reação dentro de uma única camada. No entanto, diferentes tubulações também podem conter a mesma zona de rea- ção.
[0073] As tubulações dentro de uma camada podem ser conecta- das com outras tubulações dentro da mesma camada, porém uma co- nexão do lado de fora da camada também pode se conectar às ditas tubulações. Isso pode ser uma conexão que passa por um dispositivo externo de liberação pressão ou uma conexão que parte de uma ca- mada diferente. Além disso, as camadas que estão dispostas próximas entre si e/ou lado a lado podem estar conectadas não apenas entre si por um cano de transição, como também pode haver mais de um cano de transição que conecta mais de uma tubulação nas camadas.
[0074] Em uma modalidade preferencial da presente revelação, a usina de fabricação compreende adicionalmente tubagens de pré- aquecimento interconectadas para transportar uma composição de gás de reação de alta pressão que formam pelo menos uma tubulação de pré-aquecimento serpenteante e a tubulação de pré-aquecimento está disposta em uma camada que compreende uma zona de pré- aquecimento. De preferência, pelo menos uma válvula de alívio de pressão de pré-aquecimento e conectada à dita tubulação de pré- aquecimento. Em uma modalidade preferencial, a pelo menos uma tubulação de pré-aquecimento serpenteante forma uma camada de pré-aquecimento separada.
[0075] Em uma modalidade preferencial da presente revelação, a usina de fabricação inclui um resfriador após o reator e compreende adicionalmente tubagens de resfriamento interconectadas para trans- portar uma mistura de reação de alta pressão que forma pelo menos uma tubulação de resfriamento serpenteante e a tubulação de resfria-
mento está disposta em uma camada que compreende uma zona de resfriamento.
De preferência, pelo menos uma válvula de alívio de pressão resfriamento é conectada à dita tubulação de resfriamento.
Em uma modalidade preferencial, a pelo menos uma tubulação de res- friamento serpenteante forma uma camada de resfriamento separada.
Em outra modalidade preferencial da presente revelação, a usina de fabricação não compreende uma camada de resfriamento separada e a pelo menos uma tubulação de resfriamento serpeante é uma parte (ou partes) de outra camada.
Em uma modalidade, a primeira camada inclui primeira linha de resfriamento para resfriar a mistura de reação após a mistura de reação sai da última das zonas de reação.
De prefe- rência, a primeira linha de resfriamento está disposta mais distante do piso do que a pelo menos uma primeira tubulação, em particular, todas as primeiras tubulações, caso mais de uma esteja presente.
Em outra modalidade, a segunda camada também tem uma segunda linha de resfriamento para resfriar a mistura de reação após a mistura de rea- ção sai da última das zonas de reação.
De preferência, a segunda |li- nha de resfriamento está disposta na mais distante do piso do que a pelo menos uma segunda tubulação, em particular, todas as segundas tubulações, caso mais de uma esteja presente.
Em outra modalidade, a terceira camada também tem uma terceira linha de resfriamento para resfriar a mistura de reação após a mistura de reação sai da última das zonas de reação.
De preferência, a terceira linha de resfriamento está disposta na mais distante do piso do que a pelo menos uma terceira tubulação, em particular, todas as terceiras tubulações, caso mais de uma esteja presente.
Em outra modalidade, a quarta camada também tem uma quarta linha de resfriamento para resfriar a mistura de reação após a mistura de reação sai da última das zonas de reação.
De prefe- rência, a quarta linha de resfriamento está disposta na mais distante do piso do que a pelo menos uma quarta tubulação, em particular, to-
das as quartas tubulações, caso mais de uma esteja presente. De pre- ferência, a primeira, segunda, terceira e/ou quartas linhas de resfria- mento são conectadas entre si por canos de resfriamento de transição, em particular, todas as linhas de resfriamento presentes na modalida- de. De preferência, as linhas de resfriamento mencionadas acima são linhas de resfriamento serpenteantes dispostas dentro das respectivas camadas. Constatou-se que a montagem das linhas de resfriamento acima das tubulações que compreende as zonas de reação permite uma disposição muito eficiente das tubagens da usina de fabricação.
[0076] As válvulas de alívio de pressão podem ser conectadas às tubulações de maneira adequada. As válvulas de alívio de pressão podem ser instaladas nas tubagens que se ramiíficam a partir das tubu- lações. De preferência, as válvulas de alívio de pressão são instaladas de maneira que a mistura de reação passe da válvula de alívio de pressão; isso significa, a mistura de reação parte de uma tubulação de uma camada do reator tubular estratificado, passa da válvula de alívio de pressão e é transportada para outra tubulação, que está ou locali- zada dentro da mesma camada que a tubulação que antecede a válvu- la de alívio de pressão ou que está localizada dentro de outra camada diferente da tubulação que antecede a válvula de alívio de pressão. De preferência, as válvulas de alívio de pressão são precedidas e antece- didas pelas tubulações que estão localizadas dentro de uma camada do reator tubular de camada. De preferência, o reator tubular está dis- posto espacialmente de maneira que a válvulas de alívio de pressão estejam conectadas às tubulações que estão localizadas em partes inferiores das camadas respectivas. É, também, possível que duas ou mais válvulas de alívio de pressão sejam conectadas às tubulações localizadas dentro de uma camada. Por exemplo, duas ou mais primei- ras tubulações que podem ser conectadas a duas primeiras válvulas de alívio de pressão diferentes ou duas ou mais segundas tubulações estão conectadas a duas segundas válvulas de alívio de pressão dife- rentes ou duas ou mais terceiras tubulações estão conectadas a duas terceiras válvulas de alívio de pressão diferentes ou duas ou mais quartas tubulações estão conectadas a duas quartas válvulas de alívio de pressão diferentes ou duas ou mais quintas tubulações estão co- nectadas a duas quintas válvulas de alívio de pressão diferentes. Por- tanto, cada camada que é construída dessa maneira tem um alívio de pressão particularmente eficiente, em que todas as ditas válvulas de alívio de pressão podem ser presas ao piso. A mistura de reação que parte de uma primeira tubulação pode ser conduzida através de uma primeira válvula de alívio de pressão para outra primeira tubulação dentro da mesma camada.
[0077] Em algumas modalidades, a primeira válvula de alívio de pressão compreende uma primeira estrutura de suporte, em particular, um primeiro pedestal, que é preso ao piso e/ou a segunda válvula de alívio de pressão compreende uma segunda estrutura de suporte, em particular, um segundo pedestal, que é preso ao piso. De preferência, a terceira e quarta válvulas de alívio de pressão, em particular, todas válvulas de alívio de pressão dentro do reator tubular estratificado, também estão presas ao piso por tais estruturas de suporte, em parti- cular, por terceiras, quartas e/ou quintas estruturas de suporte, de pre- ferência, pedestais, para terceiras, quartas e/ou quintas válvulas de alívio de pressão. Constatou-se que com o presente modelo de reator, é possível e suficiente fornecer apenas válvulas de alívio de pressão no fundo, isto é, válvulas de alívio de pressão presas ao piso. Os mo- delos comuns de reatores tubulares de alta pressão exigem que as válvulas de alívio acima do piso que estejam presas ou parte das tubu- lações, visto que o sistema de tubagem é longo e a liberação de pres- são no fundo não é suficiente. O uso apenas das válvulas de alívio de pressão que estruturas de suporte que compreende, em particular, pe-
destais que estão presos diretamente ao piso, permite que as vibra- ções sejam mais bem absorvidas e as válvulas de alívio de pressão podem melhor prolongar as forças de um desligamento de emergên- cia. O piso normalmente está propenso vibrações significativas. Muitas vezes, é um piso concreto. Desse modo, caso as válvulas de alívio de pressão estejam presas diretamente ao dito piso, as válvulas de alívio são mais bem presas contra vibrações ou choque. Com a estrutura estratificada da presente revelação, o modelo de reator no qual a pri- meira e segunda válvula de alívio de pressão, em particular, todas as válvulas de alívio de pressão, são colocadas no fundo pode ser facil- mente obtido.
[0078] Em algumas modalidades, a primeira e segunda estruturas de suporte compreendem ou são chapas de concreto e/ou placas de metal ancoradas ao piso da câmara, em particular, uma estrutura de suporte que é um pedestal que compreende pelo menos uma chapa de concreto e/ou pelo menos uma placa de metal, de preferência, tan- to uma chapa de concreto quanto pelo menos uma placa de metal. À terceira, quarta e quinta estruturas de suporte também pode compre- ender ou ser chapas de concreto e/ou placas de metal ancoradas ao piso da câmara, em particular, as estruturas de suporte que são pe- destais compreendem, cada um, pelo menos uma chapa de concreto e/ou pelo menos uma placa de metal, de preferência, tanto uma chapa de concreto quanto pelo menos uma placa de metal. Constatou-se que tais estruturas estão menos propensas a vibrações e prendem firme- mente as válvulas de alívio de pressão. As ditas estruturas de suporte também são particularmente adequadas para formar válvulas de alívio de pressão de ponto fixo, conforme discutido doravante.
[0079] De preferência, pelo menos uma dentre as válvulas de alí- vio de pressão é presa ao piso de modo que qualquer movimento seja impedido. Tal válvula de alívio de pressão imóvel conectada de manei-
ra firme ao piso também pode ser denominada de válvula de alívio de pressão de ponto fixo. Em uma modalidade preferencial, cada cama- da, em particular, a primeira e a segunda camada, está conectada a pelo menos uma válvula de alívio de pressão de ponto fixo ou pelo menos uma válvula de controle de pressão fixo. De preferência, em uma modalidade, a primeira e/ou a segunda válvulas de alívio de pres- são são de modo que uma válvula de alívio de pressão de ponto fixo, isto é, uma primeira válvula de alívio de pressão de ponto fixo e/ou uma segunda válvula de alívio de pressão de ponto fixo. Além disso, a terceira, quarta e quinta válvulas de alívio de pressão podem ser tal válvula de alívio de pressão de ponto fixo.
[0080] De preferência, a uma ou mais primeiras tubulações são conectadas a um primeiro arcabouço ancorado ao piso e a uma ou mais segundas tubulações são conectadas ao primeiro ou a um se- gundo arcabouço ancorado ao piso, em que a primeira e a segunda válvulas de alívio de pressão são espaçadas do dito primeiro arcabou- ço e/ou segundo arcabouço.
[0081] De preferência, a primeira e a segundas válvulas de alívio de pressão são conectadas a um compartimento de liberação de pres- são que compreende uma agente de resfriamento, de preferência, água. No caso de um desligamento de emergência, a mistura de rea- ção liberada através das válvulas de alívio de pressão pode ser arrefe- cida bruscamente por água para resfriamento antes de um gás resul- tante ser liberado. Além disso, os polímeros podem ser retirados dessa maneira. O compartimento de liberação de pressão de preferência, tem um respiradouro que pode ser uma chaminé.
[0082] De preferência, pelo menos uma camada é conectada a uma válvula de controle de pressão. Em uma modalidade, a válvula de controle de pressão é fixa ao piso, de preferência, de modo que qual- quer força causada pelas tubulações, por exemplo, devido à expansão térmica ou contração ou devido a uma explosão ou combustão, seja absorvida.
[0083] De preferência, a primeira camada tem uma extremidade superior que aponta na direção contrária ao piso assim como uma ex- tremidade inferior que aponta para o piso, e uma primeira extremidade lateral, que está mais próxima da primeira válvula de alívio de pressão e/ou conectada à primeira válvula de alívio de pressão, em particular, à primeira válvula de alívio de pressão de ponto fixo mencionada aci- ma, e uma segunda extremidade lateral, que está mais distante da primeira válvula de alívio de pressão estacionária. De preferência, a primeira extremidade lateral é construída como uma extremidade late- ral estacionária, isso significa que as primeiras tubagens na primeira extremidade lateral são montadas firmemente e permanecem essenci- almente no lugar, até mesmo quando a temperatura aumenta e/ou a pressão é aplicada; e a segunda extremidade lateral é construída co- mo uma extremidade lateral adaptativa, o que significa que as primei- ras tubagens na segunda extremidade lateral são montadas de manei- ra deslizante e as primeiras tubagens na segunda extremidade lateral podem se expandir e/ou estender mais, em particular, na direção con- trária à primeira extremidade lateral, quando as condições mudam, em particular, quando a temperatura aumenta e/ou pressão é aplicada. De preferência, além disso, a segunda camada tem uma extremidade su- perior que aponta na direção contrária ao piso assim como uma ex- tremidade inferior que aponta para o piso, e uma segunda extremidade lateral, que está mais próxima da segunda válvula de alívio de pressão e/ou conectada à segunda válvula de alívio de pressão, em particular, à segunda válvula de alívio de pressão de ponto fixo mencionada aci- ma, e uma segunda extremidade lateral, que está mais distante da se- gunda válvula de alívio de pressão estacionária. De preferência, a pri- meira extremidade lateral da segunda camada é construída como uma extremidade lateral estacionária, isso significa que as segundas tuba- gens na primeira extremidade lateral são montadas firmemente e per- manecem essencialmente no lugar; e segunda extremidade lateral é construída como uma extremidade lateral adaptativa, isso significa que as segundas tubagens na segunda extremidade lateral estão monta- das de maneira deslizante e as segundas tubagens na segunda ex- tremidade lateral pode expandir e/ou estender mais, em particular, na direção contrária à primeira extremidade lateral, quando as condições mudam.
[0084] Em uma modalidade, a terceira, quarta e/ou quinta cama- das, em particular, todas as camadas, têm, cada uma, uma primeira extremidade lateral estacionária e uma segunda extremidade lateral de adaptação, conforme discutido acima. Em algumas modalidades, a extremidade superior da primeira camada pode ter a mesma distância do piso que a extremidade superior da segunda, terceira, quarta e/ou quinta camadas. Constatou-se que as válvulas de liberação de pres- são que estão presas ao piso podem ser melhor combinadas com o modelo estratificado descrito, caso a outra extremidade oposta, isto é, a segunda extremidade lateral, não esteja presa da mesma maneira ao piso. Desse modo, a segunda extremidade lateral é móvel ou pelo menos mais flexível que a primeira extremidade lateral, o que garante que, quando a temperatura muda e o reator tubular estratificado tam- bém mude consequentemente de tamanho, as ditas mudanças pos- sam ser compensadas no lado da segunda extremidade lateral. De preferência, a segunda extremidade lateral é móvel ao passo que a primeira extremidade lateral é imóvel na reação a uma mudança de temperatura. De preferência, as válvulas de alívio de pressão de ponto fixo são usadas para mantar as extremidades estacionárias imóveis.
[0085] Os reatores tubulares preferenciais têm pelo menos duas zonas de reação, de preferência, de 2 a 6 zonas de reação e, com mais preferência, de 2 a 5 zonas de reação, ao passo que o número de zonas de reação é fornecido pelo número de pontos de alimentação para o iniciador. No contexto da presente revelação, uma zona de rea- ção começa na posição em que o reator tubular é alimentado com ini- ciadores de radicais livres, tais como oxigênio e/ou peróxidos.
[0086] Em algumas modalidades, a primeira camada compreende algumas ou todas as tubulações de uma primeira zona de reação e a segunda camada compreende algumas ou todas as tubulações de uma segunda zona de reação. Pode ser previsto também que a se- gunda camada não compreende uma segunda zona de reação, pois apenas continua a primeira zona de reação.
[0087] Em algumas modalidades, a primeira e/ou a segunda ca- madas compreendem tubulações de pelo menos duas zonas de rea- ção dentro da dita camada. Em uma modalidade particularmente pre- ferencial, a primeira camada tem apenas tubulações de uma zona de reação, isto é, a primeira zona de reação, e a segunda camada conti- nua com tubulações da primeira zona de reação e também tem tubula- ções de uma segunda zona de reação.
[0088] A presente revelação também se refere a um método para realizar um desligamento de emergência em uma usina de fabricação, conforme descrito acima, que compreende as etapas de: |) polimerizar etileno ou copolimerizar etileno e um ou mais comonômeros a uma temperatura de 100ºC a 350ºC e uma pres- são de 110 MPa a 500 MPa, 11) interromper a alimentação da composição de gás de reação na primeira tubulação, e III) reduzir a pressão dentro da uma ou mais primeiras tubulações e da uma ou mais segundas tubulações com o uso da pri- meira válvula de alívio de pressão e da segunda válvula de alívio de pressão, em que a primeira válvula de alívio de pressão e a segunda válvula de alívio de pressão liberam uma mistura de reação que com- preende etileno em um compartimento de liberação de pressão que tem um agente de resfriamento.
[0089] As ditas válvulas de alívio de pressão presas ao piso au- mentam significativamente a segurança durante o desligamento da usina de fabricação.
[0090] A invenção se refere adicionalmente a um processo para preparar um polímero de etileno em uma usina de fabricação, confor- me descrito acima, que compreende polimerizar o etileno ou copolime- rizar o etileno e um ou mais comonômeros a uma temperatura de 100ºC a 350ºC e uma pressão de 110 MPa a 500 MPa. De preferên- cia, a usina de fabricação compreende um reator tubular estratificado, que compreende primeiras tubagens interconectadas para transportar a uma mistura de reação de alta pressão, em que as primeiras tuba- gens são primeiros tubos retos ou primeiras flexões, em que as primei- ras tubagens interconectadas formam pelo menos uma primeira tubu- lação serpenteante, e pelo menos uma primeira válvula de alívio de pressão está conectada à dita primeira tubulação, e o reator tubular estratificado compreende adicionalmente segundas tubagens interco- nectadas para transportar uma mistura de reação de alta pressão, e em que as segundas tubagens são segundos tubos retos ou segundas flexões, em que as segundas tubagens interconectadas formam pelo menos uma segunda tubulação serpenteante e pelo menos uma se- gunda válvula de alívio de pressão está conectada à dita segunda tu- bulação, em que a pelo menos uma primeira tubulação está disposta em uma primeira camada vertical e a pelo menos uma segunda tubu- lação está disposta em uma segunda camada vertical, e em que a primeira camada é separada espacialmente da segunda camada.
[0091] De preferência, o processo acima compreende as etapas de:
a) comprimir uma composição de gás de reação,
b) de preferência, pré-aquecer a dita composição de gás de reação, em particular, com o uso da tubulação de pré-aquecimento descrita acima,
c) inserir a composição de gás de reação na primeira ca- mada, em que o primeiro iniciador é adicionado a uma primeira tubula- ção, desse modo, iniciando uma primeira zona de reação e resultando em uma primeira mistura de reação de gás e polímero,
d) transferir a primeira mistura de reação para a segunda camada, em que o segundo iniciador é adicionado a uma segunda tu- bulação, desse modo, iniciando uma segunda zona de reação e resul- tando em uma segunda mistura de reação de gás e polímero, em que, de preferência, a primeira mistura de reação de gás e polímero passa através de uma segunda tubulação, que é parte da primeira zona de reação, antes de o segundo iniciador ser adicionado,
e) de preferência, transferir a segunda mistura de reação de gás e polímero para uma terceira camada, em que um terceiro inicia- dor é adicionado a uma terceira tubulação, desse modo, iniciando uma terceira zona de reação e resultando em uma terceira mistura de rea- ção de gás e polímero, em que, de preferência, a segunda mistura de reação de gás e polímero passa através de uma terceira tubulação, que é parte da segunda zona de reação, antes de o terceiro iniciador ser adicionado,
f) de preferência, transferir a terceira mistura de reação de gás e polímero para uma quarta camada, em que um quarto iniciador é adicionado a uma quarta tubulação, desse modo, iniciando uma quarta zona de reação e resultando em uma quarta mistura de reação de gás e polímero, em que de preferência, a terceira mistura de reação de gás e polímero passa através de uma quarta tubulação, que é parte da ter- ceira zona de reação, antes de o terceiro iniciador ser adicionado,
g) de preferência, transferir a quarta mistura de reação de gás e polímero para uma quinta camada, em que o quinto iniciador é adicionado a uma quinta tubulação, desse modo, iniciando uma quinta zona de reação e resultando em uma quinta mistura de reação de gás e polímero, em que, de preferência, a quarta mistura de reação de gás e polímero passa através de uma quinta tubulação, que é parte da quarta zona de reação, antes de o quinto iniciador ser adicionado, h) transferir a segunda, terceira, quarta ou quinta mistura de reação de gás e polímero a pelo menos uma linha de resfriamento, em particular, a quarta, terceira, segunda e/ou primeira linhas de resfria- mento que são parte da quarta camada, da terceira camada, da se- gunda camada e/ou da primeira camada respectivamente, e i) transferir a dita segunda, terceira, quarta ou quinta mistu- ra resfriada de reação do gás e polímero a um separador de alta pres- são e separar gás residual do polímero.
[0092] Outra modalidade preferencial do processo compreende as etapas de: a') comprimir uma composição de gás de reação, b) de preferência, pré-aquecer a dita composição de gás de reação, em particular, com o uso da tubulação de pré-aquecimento descrita acima, c) inserir a composição de gás de reação na primeira ca- mada, em que o primeiro iniciador é adicionado a uma primeira tubula- ção, desse modo, iniciando uma primeira zona de reação e resultando em uma primeira mistura de reação de gás e polímero, d') de preferência, transferir a primeira mistura de reação de gás e polímero para uma terceira camada, em que um terceiro inicia- dor é adicionado a uma terceira tubulação, desse modo, iniciando uma terceira zona de reação e resultando em uma terceira mistura de rea- ção de gás e polímero, em que, de preferência, a segunda mistura de reação de gás e polímero passa através de uma terceira tubulação, que é parte da segunda zona de reação, antes de o terceiro iniciador ser adicionado,
e') de preferência, transferir a terceira mistura de reação de gás e polímero para uma quarta camada, em que um quarto iniciador é adicionado a uma quarta tubulação, desse modo, iniciando uma quarta zona de reação e resultando em uma quarta mistura de reação de gás e polímero, em que de preferência, a terceira mistura de reação de gás e polímero passa através de uma quarta tubulação, que é parte da ter- ceira zona de reação, antes de o terceiro iniciador ser adicionado,
f) de preferência, transferir a quarta mistura de reação de gás e polímero para uma quinta camada, em que o quinto iniciador é adicionado a uma quinta tubulação, desse modo, iniciando uma quinta zona de reação e resultando em uma quinta mistura de reação de gás e polímero, em que, de preferência, a quarta mistura de reação de gás e polímero passa através de uma quinta tubulação, que é parte da quarta zona de reação, antes de o quinto iniciador ser adicionado,
9') transferir a terceira, quarta ou quinta misturas de reação para uma segunda camada, em que o segundo iniciador é adicionado a uma segunda tubulação, desse modo, iniciando uma segunda zona de reação e resultando em uma segunda mistura de reação de gás e polímero, em que, de preferência, a primeira mistura de reação de gás e polímero passa através de uma segunda tubulação, que é parte da primeira zona de reação, antes de o segundo iniciador ser adicionado,
h) transferir a segunda mistura de reação de gás e polímero a pelo menos uma linha de resfriamento, em particular, a quarta, ter- ceira, segunda e/ou primeira linhas de resfriamento que são parte da quarta camada, da terceira camada, da segunda camada e/ou da pri- meira camada respectivamente, e i) transferir a dita segunda mistura resfriada de reação do gás e polímero a um separador de alta pressão e separar gás residual do polímero.
[0093] De preferência, o processo para fabricar LDPE e/ou o mé- todo para desligamento de emergência é realizado em uma usina de fabricação, conforme descrito na presente revelação. De preferência, a usina de fabricação é uma usina de fabricação, conforme descrito de- talhadamente acima. Constatou-se que os benefícios descritos acima da usina de fabricação usina de fabricação se aplicam, em particular, a esse processo para fabricar LDPE e/ou o método para desligamento de emergência.
[0094] A Figura 2 mostra um corte transversal vertical de uma usi- na de fabricação (1) para polimerização de etileno sob alta pressão que compreende um reator tubular estratificado, que está situado den- tro de uma câmara que compreende um piso (35), uma primeira pare- de (29) e uma segunda parede oposta (31). O reator tubular estratifi- cado compreende primeiras tubagens interconectadas (7, 7', 9, 9', 11, 11) para transportar uma mistura de reação de alta pressão. As pri- meiras tubagens (7, 7, 9, 9º, 11, 11º) formam duas primeiras tubula- ções serpenteantes (5, 5º), em que uma primeira tubulação (5) está mais próxima do piso do que a outra primeira tubulação (5') e têm uma primeira válvula de alívio de pressão (13) conectada às ditas primeiras tubulações (5, 5'). O reator tubular estratificado também compreende segundas tubagens interconectadas para transportar uma mistura de reação de alta pressão que forma pelo menos uma segunda tubulação serpenteante que não é mostrada na Figura 1. As duas tubulações (5, 5') estão dispostas uma acima da outra em uma primeira camada ver- tical (3). As primeiras tubagens compreendem primeiros tubos retos (7, 7') e primeiras flexões (9, 9', 11, 11º), em que as primeiras flexões (9, 9', 11, 11) conectam os primeiros tubos (7, 7') que estão dispostos em diferentes distâncias do piso (35).
[0095] Uma primeira válvula de alívio de pressão (13) está conec- tada por canos (15, 15º) às primeiras tubulações superior e inferior (5, 5') e por outro cano (21) a um compartimento de liberação de pressão (23) que compreende água como agente de resfriamento e um respi- radouro (25).
[0096] A primeira válvula de alívio de pressão (13) compreende uma primeira estrutura de suporte (19) que é presa ao piso (35), em que as ditas primeiras estruturas de suporte compreendem uma chapa de concreto e uma placa de metal ancorada ao dito piso (35).
[0097] Uma composição de gás de reação comprimida e pré-aque- cida entram na tubulação (5) na posição 61), onde o iniciador também é alimentado com a composição de gás de reação (não mostrada). À mistura de reação resultante sair da tubulação (5) através do cano (15), passa da primeira válvula de alívio de pressão (13) e entra na tubulação (5') através do cano (15'). Caso a primeira válvula de alívio de pressão (13) abra, a mistura de reação contida nas primeiras tubu- lações (5, 5º) pode ser expandida no compartimento de liberação de pressão (23) por meio do cano (21).
[0098] A primeira camada tem uma extremidade superior (41) que aponta na direção contrária ao piso (35) assim como uma extremidade inferior (43) que aponta na direção contrária ao piso e uma primeira extremidade lateral estacionária (45) e uma segunda extremidade late- ral de adaptação (47), em que a primeira extremidade lateral estacio- nária (45) está mais próxima da primeira válvula de alívio de pressão (13), em que a segunda extremidade lateral de adaptação (47) é mon- tada de modo que possa se expandir e/ou estender mais distante que a primeira extremidade lateral estacionária (45) quando a temperatura aumenta. As primeiras tubulações (5, 5') estão montadas em uma ar- mação de metal (17).
[0099] A Figura 3 mostra uma seção das primeiras tubulações (5,
5') da primeira camada (3) retratada na Figura 2, a saber, a seção da primeira extremidade lateral (45). As flexões (11, 11º) e primeiros tubos retos (7, 7) e diferentes primeiros tubos retos (7, 7) são interconecta- dos nos terminais pelas primeiras juntas de flange de pressão (33).
[00100] Embora as Figuras 2 e 3 descrevam a primeira camada, deve-se entender que outras camadas, em particular, a camada de pré-aquecimento, a segunda camada, a terceira camada, a quarta ca- mada e/ou a quinta camada, podem ser construídas de maneira idênti- ca ou semelhante, isto é, com tubulações serpenteantes em uma ca- mada plana. É possível adicionar tubulações adicionais — dispostas no topo de uma tubulação existente, por exemplo, para resfriar ou para zonas de reação adicionais. Uma possível preparação de uma combi- nação de camadas pode ser derivada das Figuras 4 e 5.
[00101] A Figura 4 mostra um plano de piso esquemático de uma usina de fabricação (101) para polimerização de etileno sob alta pres- são que tem uma câmara que compreende um piso (135), cercando as paredes (129, 131, 153, 155) e um reator tubular verticalmente estrati- ficado (100). O reator tubular estratificado (100) compreende primeiras tubagens interconectadas (107) para transportar uma mistura de rea- ção de alta pressão que forma pelo menos uma primeira tubulação serpenteante (105) e que tem uma primeira válvula de alívio de pres- são (113) conectada à dita primeira tubulação (105). O reator tubular estratificado (100) compreende adicionalmente segundas tubagens interconectadas (207) para transportar uma mistura de reação de alta pressão que forma pelo menos uma segunda tubulação serpenteante (205) e que tem uma segunda válvula de alívio de pressão (213) co- nectada à segunda tubulação (205), em que a pelo menos uma primei- ra tubulação (105) está disposta em uma primeira camada vertical (103) e a pelo menos uma segunda tubulação (205) está disposta em uma segunda camada (203), em que a primeira camada (103) é espa-
çada em uma distância da segunda camada (203) e um cano de tran- sição (133) conecta a dita primeira camada (103) à dita segunda ca- mada (203).
[00102] A dita usina de fabricação (101) também compreende ter- ceiros tubos interconectados (307) para transportar uma mistura de reação de alta pressão que forma pelo menos uma terceira tubulação serpenteante (305) e que tem uma terceira válvula de alívio de pres- são (313) conectada à dita terceira tubulação (305) e em que a usina de fabricação compreende quartos tubos interconectados (407) para transportar a mistura de reação de alta pressão que forma pelo menos uma quarta tubulação serpenteante (405) e que tem uma quarta válvu- la de alívio de pressão (413) conectada à dita quarta tubulação (405) em que a pelo menos uma terceira tubulação (305) está disposta em uma terceira camada (303) e a quarta tubulação (405) está disposta em uma quarta camada (403), em que a terceira camada (303) é es- paçada em uma distância da primeira, segunda e quarta camadas (103, 203, 403), e a quarta camada (403) é espaçada em uma distân- cia da primeira, segunda e terceira camadas (103, 203, 303) e em que um segundo cano de transição (233) para transportar uma mistura de reação de alta pressão se conecta a uma segunda tubulação (205) com uma terceira tubulação (305) e um terceiro cano de transição (333) para transportar uma mistura de reação de alta pressão conecta uma terceira tubulação (305) a uma quarta tubulação (405). De prefe- rência, as válvulas de alívio de pressão (113, 213, 313, 413) são válvu- las de alívio de pressão de ponto fixo.
[00103] A dita usina de fabricação (101) também compreende quin- tos tubos interconectados (507) para transportar uma mistura de rea- ção de alta pressão que forma pelo menos uma quinta tubulação ser- penteante (505) e que tem uma quinta válvula de alívio de pressão (513, 513') conectada à dita quinta tubulação (505) disposta em uma quinta camada (503), em que a dita quinta camada (503) está espaça- da em uma distância da primeira, segunda, terceira e quarta camadas (103, 203, 303, 403) e um quarto cano de transição (433) para trans- portar uma mistura de reação de alta pressão conecta a quarta tubula- ção (205) com a quinta tubulação (405). A quinta tubulação (505) tem duas quintas válvulas de alívio de pressão (513, 513') e entre as válvu- las de alívio de pressão (513, 513') há uma válvula de controle de pressão (514) para manter a pressão dentro das tubulações mencio- nadas acima. De preferência, a válvula de controle de pressão (514) é uma válvula de ponto fixo, isto é, uma válvula fixa ao piso em uma po- sição imóvel, e as válvulas de alívio de pressão (513, 513') são móveis em pelo menos uma direção, em particular uma direção paralela às camadas.
[00104] A composição de gás de reação entra no reator e na câma- ra por um cano (152). O compressor para comprimir a composição de gás de reação pode estar disposto no interior ou no exterior da câmara. A composição de gás de reação comprimida passa através de uma válvula de alívio de pressão (613) antes de entrar em um pré-aquecedor que tem tubos de pré-aquecimento interconectados (607) para trans- portar uma mistura de reação de alta pressão que forma pelo menos uma tubulação de pré-aquecimento serpenteante (605) e que tem a válvula de alívio de pressão de pré-aquecimento (613) conectada à dita tubulação de pré-aquecimento (605), em que a pelo menos uma tubulação de pré-aquecimento (605) está disposta em uma camada de pré-aquecimento (603) que compreende uma zona de pré-aquecimento. Um cano de transição (633) para transportar uma mistura de reação de alta pressão conecta uma tubulação de pré-aquecimento (605) com uma primeira tubulação (105).
[00105] Todas as tubulações são montadas em armações de metal (117, 317, 517, 617), em que a primeira e segundas tubulações (105,
205) compartilham a mesma armação de metal (117) e a terceira e quarta tubulação (105, 205) compartilham a mesma armação de metal (317). A primeira camada (103) está disposta próxima e lado a lado com a segunda camada (203), a segunda camada (203) está disposta próxima e lado a lado com a terceira camada (303), a terceira camada (303) está disposta próxima e lado a lado com a quarta camada (403) e a quarta camada (403) está disposta próxima e lado a lado com a quinta camada (503).
[00106] Todas as válvulas de alívio de pressão (113, 213, 313, 413, 513, 613) estão conectadas (conexões não mostradas) a um compar- timento de liberação de pressão (123) que compreende um agente de resfriamento e um respiradouro (125). É mostrado, também, um sepa- rador de alta pressão (127) na qual a mistura de reação é transportada por meio de um cano (149) após ter passado do reator tubular estratifi- cado (100). Após isso, o polímero é transmitido por um cano (151) pa- ra processamento adicional para a próxima estação, por exemplo, uma extrusora (não mostrada).
[00107] A Figura 5 se refere a um diagrama de conexão de uma modalidade exemplificativa que fornece uma seção transversal através da fileira de canos, em que a seção superior da Figura 5 se refere a uma distância superior do piso (não mostrado) do que a seção inferior. Deve-se entender que muitas outras disposições são possíveis em conformidade com a presente revelação.
[00108] A Figura5 mostra uma camada de pré-aquecimento (603), uma primeira camada (103), uma segunda camada (203), uma terceira camada (303), uma quarta camada (403) e uma quinta camada (503). Uma composição de gás de reação comprimida entra no reator e na câmara por um cano (152) e passa através de uma válvula de alívio de pressão (613) antes de entrar na camada de pré-aquecimento (603). À composição de gás de reação é dividida em uma junção (671) e passa através de duas tubulações de pré-aquecimento (607, 607') instaladas em paralelo.
Após isso, os fluxos de gás são recombinados em uma junção (673) e inserido na primeira camada (103). A composição de gás de reação é expelida da primeira camada através de uma primeira válvula de alívio de pressão (113) e reinserida na primeira camada (103). As primeiras tubulações adjacentes, em que as duas são parte de uma primeira zona de reação, (701a, 701b) são separadas pela primeira válvula de alívio de pressão (113). Após isso, a mistura de reação resultante é transferida na segunda camada (203) passando através de uma segunda válvula de alívio de pressão (213) e entrando em uma segunda tubulação (701c), que ainda é parte de uma primeira zona de reação.
Uma segunda zona de reação começa em uma seção superior da segunda camada (203) em uma segunda tubulação adja- cente (703a). Em seguida, a mistura de reação é transferida na tercei- ra camada (303) em uma terceira tubulação (703b), que ainda é parte de uma segunda zona de reação.
A mistura de reação é expelida da terceira camada (303) através de uma terceira válvula de alívio de pressão (313) e reinserida na terceira camada (303) em outra terceira tubulação (703c) que é parte de uma segunda zona de reação.
Além disso, a quarta tubulação (703d) dentro da quarta camada (403), na qual a mistura de reação é transferida subsequentemente, é parte de uma segunda zona de reação.
A quarta tubulação a seguir (705a) é parte de uma terceira zona de reação.
Subsequentemente, a mistura de reação e expelida da quarta camada (403), passa através de uma quarta válvula de alívio de pressão (413) e é reinserida em uma quarta camada (403) em uma quarta tubulação (705b), que é parte de uma terceira zona de reação.
Além disso, a terceira tubulação (705c) dentro da terceira camada (503), na qual a mistura de reação é transferida subsequentemente, é parte de uma terceira zona de reação.
Uma quinta tubulação adjacente (707) forma uma quarta zona de reação
(707). O iniciador é sempre alimentado no início das zonas de reação respectiva.
[00109] Tendo passado de todas as zonas de reação, a mistura de reação é conduzida através de duas quintas válvulas de alívio de pressão (513, 513') em um pós-resfriador. Entre as ditas válvulas de alívio de pressão (513, 513'), a válvula de controle de pressão (514) é instalada. O pós-resfriador tem uma primeira linha de resfriamento (804), uma segunda linha de resfriamento (803), uma terceira linha de resfriamento (802) e uma quarta linha de resfriamento (801), em que a mistura de reação entra primeiramente na quarta linha de resfriamento (801), em seguida, a terceira linha de resfriamento (802), em seguida, a segunda linha de resfriamento (803) e, por último, a primeira linha de resfriamento (804) antes de ser transmitida através de um cano (149) em um separador de alta pressão (127).

Claims (15)

REIVINDICAÇÕES
1. Usina de fabricação (1) para polimerização de etileno sob alta pressão caracterizada pelo fato de que compreende um reator tu- bular estratificado (100), o reator tubular estratificado (100) compreende primeiras tubagens interconectadas (7, 7', 9, 9º, 11, 11', 107) para transportar uma mistura de reação de alta pressão, em que as primeiras tubagens são primeiros tubos retos (7, 7') ou primeiras flexões (9, 9º, 11, 11), em que as primeiras tubagens interconectadas formam pelo menos uma primeira tubulação serpenteante (5, 5º, 105) e pelo menos uma primei- ra válvula de alívio de pressão (13, 113) é conectada à dita primeira tubulação (5, 5º, 105), o reator tubular estratificado (100) que compreende adicio- nalmente segundas tubagens interconectadas (207) para transportar uma mistura de reação de alta pressão, em que as segundas tubagens são segundos tubos retos ou segundas flexões, em que as segundas tubagens interconectadas formam pelo menos uma segunda tubulação serpenteante (205) e pelo menos uma segunda válvula de alívio de pressão (213) é conectada à dita segunda tubulação (205), em que a pelo menos uma primeira tubulação (5, 5', 105) está disposta em uma primeira camada vertical (3, 103) e a pelo me- nos uma segunda tubulação (205) está disposta em uma segunda ca- mada vertical (203), e em que a primeira camada (3, 103) é separada espacial- mente da segunda camada (203).
2. Usina de fabricação (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a usina de fabricação (1) tem um piso (35, 135) e a primeira válvula de alívio de pressão (13, 113) está anco- rada a uma primeira estrutura de suporte (19) que é presa ao piso (35, 135) e/ou em que a segunda válvula de alívio de pressão é ancorada a uma segunda estrutura de suporte que é presa ao piso (35, 135).
3. Usina de fabricação (1), de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a primeira e segunda estruturas de su- porte compreendem ou são chapas de concreto e/ou placas de metal ancoradas ao dito piso.
4. Usina de fabricação (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que pelo me- nos algumas das primeiras flexões conectam os primeiros tubos retos dispostos em distâncias diferentes do piso (35, 135) e/ou em que pelo menos algumas das segundas flexões conectam os segundos tubos retos dispostos em diferentes distâncias do piso (35, 135).
5. Usina de fabricação (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que as pri- meiras tubagens (7, 7', 9, 9º, 11, 11, 107) têm um primeiro diâmetro interno médio de tubo e as primeiras flexões (9, 9º, 11, 11) têm forma- to de um semicírculo que tem um primeiro raio de linha central, em que o primeiro raio de linha central não é maior que dez vezes o primeiro diâmetro interno médio de tubo e/ou as segundas tubagens (207) têm um segundo diâmetro in- terno médio de tubo e as segundas flexões têm formato de um semi- círculo que tem um segundo raio de linha central, em que o segundo raio de linha central não é maior que dez vezes o segundo diâmetro interno médio de tubo.
6. Usina de fabricação (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que um cano de transição para transportar uma mistura de reação de alta pressão conecta a primeira camada à segunda camada e a primeira camada e a segunda camada estão dispostas lado a lado e/ou próximas uma da outra.
7. Usina de fabricação (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que as primeiras tubagens (7, 7, 9, 9', 11, 11, 107) cruzam um primeiro plano ao longo de suas cavidades para transportar uma mistura de reação e/ou as segundas tubagens cruzam um segundo plano ao longo de suas cavi- dades de tubo para transportar uma mistura de reação.
8. Usina de fabricação (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a uma ou mais primeiras tubulações (5, 5º, 105) estão conectadas a um primeiro arcabouço (117) ancorado ao piso (35, 135) e a uma ou mais segun- das tubulações estão conectadas ao primeiro arcabouço (117) ou a um segundo arcabouço ancorado ao piso (35, 135), em que a primeira válvula de alívio de pressão (13, 113) e a segunda válvula de alívio de pressão (213) são separadas do dito pri- meiro arcabouço (117) e/ou do segundo arcabouço.
9. Usina de fabricação (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a primei- ra válvula de alívio de pressão (13, 113) e a segunda válvula de alívio de pressão (213) são conectadas a um compartimento de liberação de pressão (23, 123) que compreende um agente de resfriamento e um respiradouro (25, 125).
10. Usina de fabricação (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a usina de fabricação compreende adicionalmente terceiras tubagens interco- nectadas para transportar uma mistura de reação de alta pressão, e as terceiras tubagens interconectadas formam pelo menos uma terceira tubulação serpenteante (305), e em que a usina de fabricação também compreende quatro tubagens interconectadas para transportar uma mistura de reação de alta pressão e as quatro tubagens interconecta- das formam pelo menos uma quarta tubulação serpenteante (405), em que a pelo menos uma terceira tubulação (305) está disposta em uma terceira camada vertical (303), e a pelo menos uma quarta tubulação (405) está disposta em uma quarta camada vertical (403), em que a terceira camada (303) é separada em uma dis- tância da primeira, segunda e quarta camada (103, 203, 403) ea quarta camada (403) é separada em uma distância da primeira, se- gunda e terceira camada (103, 203, 303).
11. Usina de fabricação (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a primei- ra camada (3,103) tem uma extremidade superior (41) que aponta pa- ra a direção contrária ao piso (35, 135) assim como uma extremidade inferior (43) que aponta para o piso (35, 135) e uma primeira extremi- dade lateral estacionária (45) e uma segunda extremidade lateral de adaptação (47), em que a primeira extremidade lateral estacionária (45) está mais próxima da primeira válvula de alívio de pressão (13, 113) do que a segunda extremidade lateral de adaptação (47) e/ou uma primeira tubagem localizada na primeira extremidade lateral esta- cionária (45) está conectada à primeira válvula de alívio de pressão (13, 113), em que a segunda extremidade lateral de adaptação (47) está montada de modo que possa se expandir e/ou se estender na di- reção contrária à primeira extremidade lateral estacionária (45) quando a temperatura aumenta.
12. Usina de fabricação (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que compre- ende um pré-aquecedor que tem tubagens de pré-aquecimento inter- conectadas para transportar uma composição de gás de reação de alta pressão, em que as tubagens de pré-aquecimento são tubos retos de pré-aquecimento ou flexões de pré-aquecimento, em que as tuba- gens de pré-aquecimento interconectadas formam uma tubulação de pré-aquecimento (605) e pelo menos uma válvula de alívio de pressão de pré-aquecimento (613) está conectada à dita tubulação de pré- aquecimento (603), em que a tubulação de pré-aquecimento (605) está dispos- ta em uma camada vertical de pré-aquecimento (603) que compreende uma zona de pré-aquecimento, em que a válvula de alívio de pressão de pré-aquecimento (613) está fixada a uma estrutura de suporte de pré-aquecimento que está presa ao piso (35, 135).
13. Usina de fabricação (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a primei- ra camada (103) compreende tubulações de pelo menos uma primeira zona de reação e a segunda camada (203) compreende tubulações de pelo menos uma segunda zona de reação.
14. Método para realizar um desligamento de emergência em uma usina de fabricação (1), de acordo com qualquer uma das rei- vindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de |) polimerizar etileno ou copolimerizar etileno e um ou mais comonômeros a uma temperatura de 100ºC a 350ºC e uma pres- são de 110 MPa a 500 MPa, 11) interromper a alimentação da composição de gás de reação na primeira tubulação, III) reduzir a pressão dentro da uma ou mais primeiras tubulações e da uma ou mais segundas tubulações com o uso da pri- meira válvula de alívio de pressão (13, 113) e da segunda válvula de alívio de pressão (213), em que a primeira válvula de alívio de pressão (13, 113) e a segunda válvula de alívio de pressão (213) liberam uma mistura de reação que compreende etileno em um compartimento de liberação de pressão (123) que tem um agente de resfriamento.
15. Processo para preparar um polímero de etileno em uma usina de fabricação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que compreende polimerizar etileno ou copolimerizar etileno e um ou mais comonômeros a uma temperatura de 100ºC a 350ºC e a uma pressão de 110 MPa a 500 MPa.
BR112020012898-8A 2018-01-02 2018-12-27 Usina de fabricação para polimerização de etileno sob altapressão, método para realizar um desligamento de emergência em tal usina e processo para preparar um polímero de etileno BR112020012898B1 (pt)

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