BRPI0616645B1 - sistema para a introdução de vários componentes em um sistema de polimerização - Google Patents

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Clay K Thurman
Dale A Zellers
David A Lockman
David H Burns
Donald W Verser
Elizabeth A Benham
John D Hottovy
John O Lawmaster
Matthew T Haberly
Max P Mcdaniel
Thomas H Smith
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Abstract

sistemas e métodos de alimentaçao de varios componentes. vários componentes são selecionados, conduzidos, e medidos em um sistema de polimerização. um sistema de controle ajusta as variáveis do sistema para os valores desejados. porções dos componentes podem ser alimentadas a um pré-contactor antes da introdução no reator de polimerização. as concentrações do componente catalisador e tempos de residência são firmemente controlados no pré-contactor para afetar as propriedades do produto. o pré-contactor pode ser um único ou várias combinações de pré-contactores de fluxo em pistão ou cstr.

Description

SISTEMA. PARA A INTRODUÇÃO DE VÁRIOS COMPONENTES EM UM SISTEMA DE POLIMERIZAÇÃO
CAMPO TÉCNICO
Esse pedido se refere a métodos e sistemas para a introdução de vários componentes em um sistema de polimerização.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
Em processos típicos de reação de poliolefina, vários componentes são adicionados a um sistema de polimerização para iniciar o processo de reação da poliolefina. Esses vários componentes podem incluir componentes de alimentação de olefina, componentes diluentes, e componentes catalisadores.
Sob introdução dos componentes de alimentação de olefina, os componentes diluentes, e os componentes catalisadores em um reator de polimerização, o processo de reação de polimerização inicia. A reação de polimerização ocorre dentro do reator de polimerização sob um conjunto de condições de reação. As condições de reação podem incluir temperatura de reação, pressão de reação, tempo de residência no reator, e concentrações dos vários componentes dentro do reator, tais como sólidos no reator, etileno, hexeno, hidrogênio, co-catalisadores, agentes antistáticos, doadores de elétrons, e inertes, tais como etano e propano. É freqüentemente desejável produzir poliolefinas tendo certas propriedades físicas e mecânicas, dependendo da aplicação e mercado em que a poliolefina é para ser usada. Esses mercados podem incluir, por exemplo, moldagem por sopro, moldagem por injeção, moldagem rotacional, película, tambores, e tubulação. Algumas propriedades físicas que podem ser importantes, dependendo da aplicação e exigência do produto, são peso molecular, distribuição do peso molecular, densidade, cristalinidade, e reologia. Algumas propriedades mecânicas que podem ser importantes, dependendo da aplicação e exigência do produto são módulo, propriedades de tensão, propriedades de impacto, relaxamento sob estresse, tensofissuramento e alongamento. Entretanto, obter poliolefinas com propriedades desejadas consistentes é difícil de realizar. As propriedades da poliolefina produzida dentro do sistema de polimerização podem ser afetadas pelas condições de reação sob as quais a reação ocorre, incluindo concentrações no reator. Conseqüentemente, controle específico dos vários componentes introduzidos no reator, incluindo componentes catalisadores, devem freqüentemente ser precisamente medidos e monitorados. A taxa a qual componentes catalisadores são adicionados ao reator pode afetar as propriedades físicas e mecânicas da poliolefina que está sendo produzida dentro do reator, e, portanto, é um fator importante para controlar e monitorar. Métodos convencionais de adicionar componentes catalisadores aos sistemas do reator podem introduzir possíveis erros no processo de reação, resultando na saída de produtos fora da especificação. Por exemplo, em pelo menos um sistema de reação de poliolefina, componentes catalisadores são alimentados para o reator de polimerização usando alimentadores de retenção de bola. Alimentadores de retenção de bola tipicamente incluem um cilindro rotativo tendo uma cavidade em um lado do cilindro. A cavidade se enche com componentes catalisadores e esvazia os componentes catalisadores no reator após cada rotação de 180° do cilindro. Entretanto, a quantidade do componente catalisador que enche a cavidade durante cada rotação do cilindro pode ser inconsistente, resultando na alimentação inconsistente dos componentes catalisadores para o reator. Alimentação inconsistente de componentes catalisadores (assim como outros componentes) para o reator pode provocar operação e controle do processo de reação de polimerização inconsistentes, resultando em taxas de produção altamente variáveis e saida de produto fora dos limites desejados da especificação.
Apesar dos sistemas e métodos existentes para controlar a alimentação dos componentes poliméricos e catalisadores para sistemas de polimerização, uma necessidade existe de sistemas e métodos melhorados para controlar a introdução de vários componentes para um reator de polimerização. Ainda, uma necessidade também existe para sistemas e métodos melhorados para combinar vários componentes em um sistema de polimerização. Já outra necessidade existe para sistemas e métodos melhorados de controle da alimentação para um componente catalisador em um processo de polimerização. Outra necessidade existe para sistemas e métodos melhorados para produzir um polímero. SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Em virtude do antecedente, uma modalidade da presente invenção fornece um método para a introdução de vários componentes em um sistema de polimerização. O método de introduzir os vários componentes inclui adicionar pelo menos um componente catalisador de polimerização, pelo menos um componente composto ativador, e pelo menos um componente co-catalisador no sistema de polimerização em uma taxa controlada. Partes de alguns ou todos componentes são contatadas em pelo menos um pré-contactor e então direcionadas do pré-contactor a pelo menos um reator de polimerização. Partes remanescentes dos componentes que não foram enviadas ao pré-contactor são também direcionadas a pelo menos um reator de polimerização. As partes remanescentes dos componentes desviam do pré-contactor.
Em um aspecto, a etapa de adicionar os componentes no sistema de polimerização em uma taxa controlada ainda inclui selecionar uma vazão selecionada para cada componente e conduzir os componentes no sistema de polimerização em uma vazão efetiva. A vazão efetiva para cada componente é então medida e ajustada para substancialmente igual à vazão desejada.
Em outra modalidade da presente invenção, um método para a introdução de vários componentes em um sistema de polimerização é fornecido o qual inclui adicionar pelo menos um componente da solução de metaloceno de polimerização, pelo menos um componente composto de óxido sólido tratado, e pelo menos um componente de alquil-aluminio no sistema de polimerização em uma taxa controlada. Partes de alguns ou todos os componentes são contatadas em pelo menos um pré-contactor de fluxo em pistão e então direcionadas para pelo menos um reator de polimerização. Partes remanescentes dos componentes são também direcionadas a pelo menos um reator de polimerização. As partes remanescentes dos componentes passam pelo pré-contactor.
Em um aspecto, a etapa de adicionar os componentes no sistema de polimerização em uma taxa controlada ainda inclui selecionar uma vazão desejada para cada componente e conduzir os componentes no sistema de polimerização em uma vazão efetiva. A vazão efetiva para cada componente é então medida e ajustada para substancialmente igual à vazão desej ada.
Em outra modalidade da presente invenção, um sistema para introdução de vários componentes em um sistema de polimerização é fornecido que inclui meios para adicionar pelo menos um componente catalisador de polimerização, pelo menos um componente do componente ativador, e pelo menos um componente co-catalisador no sistema de polimerização em uma taxa controlada. O sistema também inclui um meio para contactar partes de alguns ou todos componentes em pelo menos um pré-contactor e um meio para direcionar a saida do pré-contactor para pelo menos um reator de polimerização. O sistema ainda inclui um meio para direcionar partes remanescentes dos componentes que não foram enviadas ao pré-contactar a pelo menos um reator de polimerização. O meio para adicionar os componente no sistema de polimerização em uma taxa controlada ainda inclui um meio para selecionar uma vazão desejada para cada componente; um meio para conduzir os componente no sistema de polimerização em uma vazão efetiva; um meio para medir a vazão efetiva para cada componente, e um meio para ajustar a vazão efetiva para cada componente para substancialmente igual à vazão desejada.
Em outra modalidade da presente invenção, um sistema para introdução de vários componentes em um sistema de polimerização é fornecido. O sistema para introduzir vários componentes inclui um meio para adicionar pelo menos um componente da solução de metaloceno de polimerização, pelo menos um componente composto de óxido sólido tratado, e pelo menos um componente de alquil-aluminio no sistema de polimerização em uma taxa controlada. O meio para adicionar os componentes pode ser usado para individualmente adicionar cada componente ou pode ser usado para adicionar mais que um componente em um tempo para o sistema de polimerização. O sistema também inclui um meio para contactar partes de alguns ou todos componentes em pelo menos um pré-contactor de fluxo em pistão e meio para direcionar a saida do pré-contatar para pelo menos um reator de polimerização que passa pelo pré-contactor. O sistema inclui um meio para direcionar partes remanescentes dos componentes que não foram enviados ao pré-contatar para o pelo menos um reator de polimerização.
Em um aspecto, o meio para adicionar os componentes no sistema de polimerização em uma taxa controlada ainda inclui um meio para selecionar uma vazão desejada para cada componente e um meio para conduzir os componentes no sistema de polimerização em uma vazão efetiva. O sistema ainda inclui um meio para medir e ajustar a vazão efetiva para componente para substancialmente igual à vazão desej ada.
Em outra modalidade da presente invenção, um meio legivel pela máquina, tangivel é fornecido o que inclui código adaptado para controlar a concentração de pelo menos um componente catalisador em uma mistura em um vaso do pré-contactor para formar uma poliolefina em um reator de polimerização e código adaptado para ler valores medidos de concentrações e tempos de residência no vaso do pré-contactor. O meio legivel pela máquina também inclui código adaptado para determinar a quantidade de pelo menos um componente catalisador para adicionar ao vaso baseado nos valores medidos e código adaptado para determinar a quantidade de qualquer componente catalisador para passar pelo vaso do pré-contactor.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS FIGURA 1 ilustra um sistema exemplar do sistema de polimerização para introduzir vários componentes em um sistema do reator de acordo com vários aspectos da invenção; FIGURA 2 ilustra uma modalidade exemplar do sistema do reator da FIGURA 1; FIGURA 3 ilustra um método exemplar para introduzir vários componentes no sistema da polimerização da FIGURA 1; e FIGURA 4 ilustra um método exemplar para adicionar vários componentes ao sistema de polimerização em uma taxa controlada dentro do método de FIGURA 3.
DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES
Durante a produção de poliolefinas, vários componentes são tipicamente misturados juntos ou reagidos um com outro dentro de um vaso do reator. Os vários componentes podem ser separadamente adicionados diretamente ao reator, ou alguns ou todos os vários componentes podem ser misturados por um outro dispositivo ou processo antes de ser adicionados ao reator. Em general, a invenção fornece sistemas e métodos para controlar a introdução de vários componentes em um reator de polimerização. Em um aspecto da invenção, um método facilita o controle da introdução de vários componentes ao reator de polimerização. Em um outro aspecto da invenção, um método facilita a combinação de vários componentes para o reator de polimerização. Um outro aspecto da invenção facilita um método de controle da alimentação para um componente catalisador no processo de polimerização. Já em outro aspecto da invenção facilita um sistema para produzir um poliolefina.
Referindo-se agora para figuras 1 e 2, uma modalidade exemplar de um sistema de polimerização 100 inclui um sistema do reator 101, um componente catalisador de polimerização 102, um componente composto ativador 104, um componente co-catalisador 106, e um componente diluente 108. O sistema de polimerização 100 dessa invenção também inclui meios para alimentar e medir 110 para o componente catalisador de polimerização 102; um meio para alimentar e medir 112 para o componente composto ativador 104; um meio para alimentar e medir 114 para o componente co-catalisador 106; e um meio para alimentar e medir 116 para o componente diluente 108. A operabilidade do processo de polimerização é melhorada medindo alguns ou todos os componentes catalisadores que são alimentados ao reator de polimerização 118. A medição precisa dos componentes catalisadores também minimiza o potencial para o escoamento do catalisador ou fluxo do catalisador mal direcionado.
Em um aspecto, o meio para alimentar e medir 110 para o componente catalisador de polimerização 102 incluem um meio para adicionar o componente catalisador de polimerização 102 ao sistema de polimerização 100 em uma taxa controlada. Em um outro aspecto, o meio para alimentar e medir 110 para o componente catalisador de polimerização 102 pode incluir um sistema de adição de catalisador de polimerização configurado para adicionar o componente catalisador de polimerização 102 ao sistema de polimerização 100 em uma taxa controlada.
Em um aspecto, o meio para alimentar e medir 112 para o componente composto ativador 104 incluem um meio para adicionar o componente composto ativador 104 ao sistema de polimerização 100 em uma taxa controlada. Em um outro aspecto, um meio para alimentar e medir 112 para o componente composto ativador 104 pode incluir um sistema de adição do composto ativador configurado para adicionar o componente composto ativador 104 ao sistema de polimerização 100 em uma taxa controlada.
Em um aspecto, o meio para alimentar e medir 114 para o componente co-catalisador 106 inclui um meio para adicionar o componente co-catalisador 106 ao sistema de polimerização 100 em uma taxa controlada. Em um outro aspecto, o meio para alimentar e medir 114 para o componente co-catalisador 106 pode incluir um sistema de adição do componente co-catalisador configurado para adicionar o componente co-catalisador 106 ao sistema de polimerização 100 em uma taxa controlada.
Em um aspecto, o meio para alimentar e medir 116 para o componente diluente 108 inclui um meio para adicionar o componente diluente 108 ao sistema de polimerização 100 em uma taxa controlada. Em um outro aspecto, o meio para alimentar e medir 116 para o componente diluente 108 pode incluir um sistema de adição do componente diluente configurado para adicionar o componente diluente 108 ao sistema de polimerização 100 em uma taxa controlada. O sistema do reator 101 pode ser qualquer sistema do reator apropriado para realizar um processo de polimerização para produzir um produto de poliolefina desejado. Como mostrado na figura 2, o sistema do reator 101 dessa invenção inclui um reator de polimerização 118, um pré-contactor 120, e um desvio 122. O reator de polimerização 118 pode ser qualquer unidade do reator em que uma reação de polimerização pode ocorrer tal como, por exemplo, um reator de tanque agitado continuo (CSTR), um reator de circulação em suspensão, um reator em batelada, um reator de fase gasosa, um reator com autoclave, um reator tubular, um reator de multizonas, um reator de leito fluidizado, um reator de leito fixo, um reator de leito agitado, ou um reator de leito fluidizado agitado. Em uma modalidade, o reator de polimerização 118 é um reator de circulação em suspensão. Outros tipos apropriados de reatores serão aparentes para aqueles versados na técnica e devem ser considerados dentro do escopo da presente invenção.
Quando um reator de circulação em suspensão é usado, o reator de polimerização 118 dessa invenção pode ser um circuito de tubulação que tem um diâmetro externo nominal entre de 30,48 a 91,44 cm (12 a 36 polegadas) . O reator de polimerização 118 pode ser orientado horizontalmente ou verticalmente. O reator de polimerização 118 pode ter qualquer número de pernas do reator, tais como entre 2 e 16 pernas; alternativamente, entre 2 e 12 pernas; alternativamente, entre 2 e 8 pernas; ou alternativamente, entre 2 e 6 pernas. Os volumes do reator de polimerização 118 não são limitados por essa invenção. Os volumes do reator de polimerização 118 podem variar de cerca de 3785 1 a cerca de 302832 1 (1000 a 80000 galões). Os conteúdos dentro do reator de polimerização 118 são circulados por todo o reator de polimerização 118 na forma de uma suspensão. A suspensão inclui um ou mais dos seguintes: um hidrocarboneto, um diluente, um catalisador, e um polímero. A suspensão pode ser circulada por um meio acelerado (não mostrado). O meio acelerado podem ser qualquer meio apropriado para circular a suspensão por todo o reator 118 tais como, por exemplo, uma bomba de fluxo axial, uma bomba de fluxo misturado, uma bomba centrífuga, uma bomba de deslocamento positivo, ou qualquer combinação dos mesmos. Em uma modalidade, o meio acelerado é uma ou mais bombas de fluxo axial. Os homopolímeros e os co-polímeros de poliolefinas, tais como polietileno e polipropileno, podem ser produzidos no reator de polimerização 118. Variáveis importantes para a operação do reator de polimerização 118 podem ser monitoradas e controladas por uma relação. Interfaces comuns incluem DCS (sistema de controle distribuído), PLC (controlador de lógica programável), e uma rede neural. Variáveis importantes para a operação do reator incluem taxas de produção, taxas de alimentação do catalisador, temperaturas, pressões, vazões, concentrações, e o semelhante. Por exemplo, o tempo de residência no reator de polimerização 118 pode ser limitado a um tempo pré-definido, e a concentração de sólidos para cada componente pode ser mantida. As condições operacionais podem incluir, mas não são limitadas a, tempo de residência, temperatura, pressão, concentração de produtos químicos, concentração de sólidos, e combinações dos mesmos. Mantendo a concentração relativamente alta de sólidos no reator e aumentando a produção de polietileno por causa da alimentação consistente do catalisador podem melhorar a operação do reator de polimerização 118. Por exemplo, o tempo de residência pode ser controlado dentro a uma faixa de cerca de 20 minutos a 3 horas, temperatura pode ser controlada dentro a uma faixa de cerca de 66 a 110°C, pressão pode ser controlada dentro uma faixa de cerca 34 a 55 bar, e a concentração de sólidos pode ser controlada dentro de uma faixa de cerca de 30 a 75% em peso. O reator de polimerização 118, o qual pode ser um reator de circulação em suspensão, é descrito em maior detalhe nos números de patente U.S 6.420.497; 6.239.235; 5.565.175; 5.565.174; 5.455.314; e 4.613.484, as revelações as quais são incorporadas aqui em sua totalidade por referência.
Como descrito na figura 2, o sistema do reator 101 ainda inclui o pré-contactor 120. O pré-contactor 120 é projetado para contatar um ou mais componentes selecionados antes de introduzir os componentes selecionados no reator de polimerização 118. Os componentes selecionados que são introduzidos no pré-contactor 120 são escolhidos do componente catalisador de polimerização 102, do componente composto ativador 104, do componente co-catalisador 106, do componente diluente 108, e das combinações dos mesmos e podem incluir qualquer quantidade de qualquer desses componentes 102, 104, 106, e 108. O pré-contactor 120 pode ser qualquer tipo de vaso apropriado para contatar um ou mais componentes selecionados 102, 104, 106, e 108 antes de introduzir os componentes selecionados 102, 104, 106, e 108 no reator de polimerização 118, tais como, por exemplo, um reator de tanque agitado continuo (CSTR) ou um reator de fluxo em pistão. O pré-contactor 120 pode conter o meio de agitação (não mostrado) para misturar um ou mais componentes selecionados 102, 104, 106, e 108 juntos ou de outra maneira agitar um ou mais componentes selecionados 102, 104, 106, e 108. O meio de agitação pode incluir, mas não é limitado a, um ou mais propulsores, um elemento rotativo, um misturador, um dispositivo vibratório, ou qualquer combinação dos mesmos.
Em uma modalidade da presente invenção, o pré-contactor 120 é um reator de tanque agitado continuo (CSTR) . Quando o pré-contactor 120 é um CSTR, os componentes são misturados com o auxilio do meio de agitação. Os conteúdos têm uma distribuição do tempo de residência (rtd) dentro do pré-contactor 120. Por exemplo, em um CSTR único tipico, a taxa de deterioração é cerca de 60 a cerca de 7 0% completa em um tempo de residência, a cerca de 80 a cerca de 90% completa em dois tempos de residência, e a cerca de 92 a cerca de 98% completa em três tempos de residência. Em outras palavras cerca de 60 a cerca de 70% dos conteúdos no pré-contactor 120 permanecem por +/- um tempo de residência; cerca de 80 a cerca de 90% permanecem por +/- dois tempos de residência; e cerca de 92 a cerca de 98% por +/- três tempos de residência.
Alternativamente, a taxa de deterioração pode ser cerca de 62 a cerca de 65% em um tempo de residência, cerca de 85 a cerca de 87% por dois tempos de residência, e cerca de 94 a cerca de 96% em três tempos de residência. Vários CSTRs podem fornecer um rtd mais estreito. Por exemplo, CSTRs infinitos em série simulam o rtd como em um reator em batelada. Em uma modalidade alternativa, o pré-contactor 120 é um vaso do tipo fluxo em pistão. As partículas dentro do reator tipo fluxo em pistão 120 têm aproximadamente o mesmo tempo de residência com quase ou nenhuma mistura lateral. Já em uma outra modalidade, o pré-contactor 120 inclui pelo menos um vaso do tipo fluxo em pistão e pelo menos um CSTR arranjados em série. Uma pessoa versada na técnica reconhecerá outros arranjos são possíveis com um único ou vários CSTRs e reatores de fluxo em pistão, e são incluídos no escopo da presente invenção.
Em algumas modalidades, o sistema de polimerização 100 inclui pelo menos dois reatores de polimerização 118. Em um aspecto, os reatores de polimerização 118 são arranjados em uma configuração em série. Em um outro aspecto, os reatores de polimerização 118 são arranjados em uma configuração paralela.
As condições operacionais para o pré-contactor 120 podem ser monitoradas e controladas. Quantidades pré-definidas dos componentes 102, 104, 106, e 108 introduzidos no pré-contactor 120 podem ser monitoradas e controladas antes da introdução no pré-contactor 120, e qualquer mistura ou agitação dos componentes 102, 104, 106, e 108 podem ser controladas dentro de uma faixa de condições selecionadas. Fatores que podem ser controlados no pré-contactor 120 incluem o tempo de residência, temperatura, pressão, concentração, e as combinações dos mesmos de um ou mais dos componentes selecionados 102, 104, 106, e 108. O controle destes fatores pode afetar as propriedades da poliolefina posteriormente produzida dentro do reator de polimerização 118.
Tempo de residência, o qual pode também ser referido como tempo de contato, dentro do pré-contactor 120 pode ser controlado, por exemplo, controlando a vazão do componente diluente 108 no pré-contactor 120. O tempo de residência dentro do pré-contactor 120 pode ser qualquer quantidade de tempo apropriada para completamente contatar um ou mais componentes selecionados, tais como, por exemplo, de cerca de 1 segundo a cerca de várias horas. Em algumas modalidades, o tempo de residência varia de cerca de 1 segundo a cerca de 300 minutos; alternativamente, de cerca de 1 segundo a 200 minutos; alternativamente, de cerca de 1 segundo a cerca de 100 minutos; alternativamente, de cerca de 1 segundo a cerca de 60 minutos; ou alternativamente, de cerca de 1 segundo a cerca de 30 minutos. O tempo de residência pode ser ajustado antes da introdução dos componentes 102, 104, 106, e 108 no reator de polimerização 118 em resposta ao desempenho do produto e operabilidade do reator. Controle do reator de polimerização 118 e a qualidade do produto de poliolefina podem ser melhorados em conseqüência da precisão aumentada na medição e no controle da alimentação do catalisador para o reator de polimerização 118. Os componentes 102, 104, 106, e 108 podem completamente ou parcialmente passar através do pré-contactor 120 para aumentar a precisão e o controle da alimentação do catalisador. Em outros casos desempenho do produto e do catalisador superior podem ser obtidos contatando alguns ou todos os componentes 102, 104, 106, e 108 antes da introdução no reator de polimerização 118 como descritos previamente.
Quando um pré-contactor de fluxo em pistão é usado, as correntes que entram no pré-contactor 120 podem entrar em diferentes locais no pré-contactor 120. Alguns componentes 102, 104, 106, e 108 podem entrar na parte dianteira ou no inicio e outros podem ser espaçados por todo o comprimento do pré-contactor 120. Arranjando os componentes 102, 104, 106, e 108 por todo o pré-contactor 120 de fluxo em pistão, o tempo de residência de cada componente 102, 104, 106, e 108 pode ser ajustado para desempenho de produto. Como um exemplo, um método pode ser adicionar um ou vários componentes catalisadores de polimerização 102 na entrada do pré-contactor 120 de fluxo em pistão, adicionar o componente composto ativador 104, o componente co-catalisador 106, e combinações dos mesmos a jusante da entrada. Os componentes catalisadores de polimerização 102, os componentes compostos ativador 104, e os componentes co-catalisadores 106 podem permanecer no pré-contactor 120 em etapa 310 de menos de um segundo a várias horas antes de contatar os outros componentes 102, 104, 106, e 108. Como um outro exemplo, os componentes catalisadores de polimerização 102 podem também ser arranjados com o componente composto ativador 104 seguido pelo componente catalisador de polimerização 102, seguido pelo componente co-catalisador 106, seguido pelo componente catalisador de polimerização 102, e seguido então pelo mesmos ou diferente componente co-catalisador 106.
Em algumas modalidades, o sistema 100 pode ter até 6 componentes catalisadores de polimerização diferentes arranjados com os compostos co-catalisadores diferentes a jusantes de cada um dos componentes catalisadores de polimerização 102. Alternativamente,, o sistema 100 pode ter até quatro componentes catalisadores de polimerização 102. Alternativamente, o sistema pode ter até três componentes catalisador de polimerização 102. Aqueles versados na técnica reconhecerão outras aplicações da invenção de acordo com várias modalidades da invenção. Por exemplo, o pré-contactor 120 pode ser um CSTR, um fluxo em pistão, dois ou mais CSTRs em série, CSTR seguido por um fluxo em pistão, ou qualquer outra combinação.
Muitos métodos para controlar a temperatura no pré-contactor 120 são possiveis, incluindo pelo aquecimento direto e indireto. O controle de temperatura pode ser um fator importante em reações químicas. Por causa das taxas, caminhos, e difusividades da reação diferentes que variam com temperatura da reação, a temperatura da reação necessita ser mantida relativamente constante para produzir consistentemente os produtos de reação tendo propriedades similares. Meios apropriados de controlar a temperatura do pré-contactor 120 serão aparentes àqueles não versados na técnica e devem ser considerados dentro do escopo da presente invenção. A concentração dos componentes 102, 104, 106, e 108 no pré-contactor 120 pode ser variada e ajustada para afetar a reação, a qualidade de produto, ou a operação do reator. A taxa de reação pode ser afetada tendo uma concentração maior ou menor de um ou mais dos componentes 102, 104, 106, e 108 no pré-contactor 120. Uma certa relação dos componentes 102, 104, 106, e 108 no pré-contactor 120 fornece o ótimo desempenho do catalisador, da qualidade de produto, e da operabilidade do reator. Além disso, uma relação de um ou mais dos componentes 102, 104, 106, e 108 no pré-contactor 120 em relação à alimentação diretamente ao reator 118 pode afetar a operabilidade do reator. A extensão de reação pode ser afetada tendo uma concentração maior ou menor de um ou mais dos componentes 102, 104, 106, e 108 no pré-contactor 120. As eficiências dos componentes podem ser afetadas tendo uma concentração maior ou menor de alguns ou todos os componentes 102, 104, 106, e 108 no pré-contactor 120.
Como mostrado também na figura 2, o sistema do reator 101 ainda inclui um desvio 122 do pré-contactor. O desvio 122 do pré-contactor é projetado para direcionar alguns ou todos os componentes 102, 104, e 106 diretamente para o reator de polimerização 118, sem primeiro ser enviando ao pré-contactor 120. O desvio 122 do pré-contactor permite o contato de alguns ou todos componentes 102, 104, e 106 ocorrer no reator de polimerização 118 em vez de no pré-contactor 120. Em um aspecto, os componentes 102, 104, e 106 podem ser adicionados individualmente ao reator de polimerização 118; ou alternativamente, um de mais dos componentes 102, 104, e 106 pode ser combinado antes de adicionar os componentes 102, 104, e 106 ao reator de polimerização 118. As propriedades de desempenho do produto e catalisador de poliolefina podem ser controladas ajustando as quantidades dos componentes 102, 104, e 106 dirigidos ao pré-contactor 120 versus as quantidades dos componentes 102, 104, e 106 enviados diretamente ao reator de polimerização 118 através do desvio 122 do pré-contactor. A saida do pré-contactor 120 pode ter propriedades diferentes, tais como uma relação particular dos componentes, do que os componentes 102, 104, e 106 que são enviados diretamente ao reator de polimerização 118. As propriedades que podem ser afetadas enviando os componentes 102, 104, e 106 ao pré-contactor 120 são descritas aqui. O desvio 122 do pré-contactor pode ser qualquer vaso ou dispositivo apropriado para direcionar o fluxo de alguns ou todos os componentes 102, 104, e 106 diretamente ao reator de polimerização 118. Em uma modalidade, o desvio 122 do pré-contactor é tubulação ou tubo. O meio para alimentar e controlar 110, 112, 114, e 116 mede e controla as taxas em que os componentes 102, 104, 106, e 108 são introduzidos no sistema de polimerização 100. O meio para alimentar e controlar 110, 112, 114, e 116 pode ser qualquer dispositivo apropriado para precisamente medir e controlar as taxas em que os componentes 102, 104, 106, e 108 são introduzidos no sistema de polimerização 100, tais como, por exemplo, um medidor de fluxo, uma bomba, ou uma combinação dos mesmos. Em uma modalidade, o meio para alimentar e controlar 102, 104, 106, e 108 são uma combinação de medidor de fluxo e bomba. A bomba pode ser qualquer bomba apropriada para precisamente medir e controlar as taxas em que os componentes 102, 104, 106, e 108 são introduzidos no sistema de polimerização 100. Em algumas modalidades, a bomba é uma bomba do tipo deslocamento positivo. Em algumas modalidades, a bomba pode ser uma bomba de seringa. O medidor de fluxo pode ser qualquer medidor de fluxo apropriado para precisamente medir e controlar as taxas em que os componentes 102, 104, 106, e 108 são introduzidos no sistema de polimerização 100, tais como, por exemplo, um medidor de fluxo de massa térmico ou um medidor de fluxo volumétrico tal como um medidor tipo orifício, tipo diafragma, ou tipo nível. Em algumas modalidades, o medidor de fluxo é um medidor de fluxo de massa. Mais especificamente, em algumas modalidades, o medidor de fluxo é um medidor adaptado para medir uma variedade de tipos do fluxo de uma bomba tipo deslocamento positivo. Qualquer combinação de meios para a alimentar e controlar 110, 112, 114, e 116 pode ser usada para cada componente 102, 104, 106, e 108, e não é necessário que o mesmo tipo de meio para alimentar e controlar seja usado para cada componente 102, 104, 106, e 108. Por exemplo, o meio para alimentar e controlar 110 para o componente catalisador 102 pode ser um medidor de fluxo de massa, enquanto o meio para alimentar e controlar 112 para o componente composto ativador 104 pode ser uma bomba. O componente catalisador de polimerização 102 é fornecido ao sistema de polimerização 100 como o composto ativo para um catalisador de polimerização. O componente catalisador de polimerização 102 pode ser qualquer componente catalisador apropriado para a polimerização da olefina, tais como, por exemplo, um catalisador de óxido de cromo, um catalisador de silil-cromo, um catalisador de Ziegler-Natta, um catalisador de metaloceno, um catalisador de fenoxiimina, e um catalisador de fosfato-alumínio. Adicionalmente, a composição do componente catalisador 102 pode incluir um composto adicional tal como titânio. Em uma modalidade exemplar, o componente catalisador de polimerização 102 é uma solução de metaloceno. Em alguns aspectos, o componente catalisador de polimerização 102 é uma solução do metaloceno que tem a seguinte equação geral: (X (1) ) (X (2 ) ) (X (3) ) (X (4 ) ) Μ (1) ;
Nessa equação, M(l) é selecionado do grupo que consiste de titânio, zircônio, e háfnio. (X(l)) é selecionado independentemente do grupo que consiste de ciclopentadienila, indenilas, fluorenilas, ciclopentadienilas substituídas, indenilas substituídas, e fluorenilas substituídas. Os substituintes nas ciclopentadienilas substituídas, indenilas substituídas, e fluorenilas substituídas de <X(1)) são selecionados do grupo que consiste de grupos alifáticos, grupos cíclicos, combinações de grupos alifáticos e cíclicos, grupos silila, grupos haleto de alquila, haletos, grupos organometálicos, grupos fosfato, grupos nitrogênio, silício, fósforo, bóro, germânio, hidrogênio, e combinações dos mesmos. Pelo menos um substituinte em (X(l)) pode ser um grupo de ligação que conecta (X<1)) e (X(2)). (X<3)) e (X(4)) são selecionados independentemente do grupo que consiste de haletos, grupos alifáticos, grupos alifáticos substituídos, grupos cíclicos, grupos cíclicos substituídos, combinações dos grupos alifáticos e grupos cíclicos, combinações dos grupos alifáticos substituídos e grupos cíclicos, combinações dos grupos alifáticos e grupos cíclicos substituídos, combinações de grupos alifáticos substituídos e grupos cíclicos substituídos, grupos amido, grupos amido substituído, grupos fosfito substituídos, grupos aquilóxido, grupos alquilóxido substituído, grupos arilóxido, grupos arilóxido substituído, grupos organometálicos, grupos organometálicos substituídos, e combinações dos mesmos. (X(2)) é selecionado do grupo que consiste de ciclopentadienilas, indenilas, fluorenilas, ciclopentadienilas substituídas, indenilas substituídas, fluorenilas substituídas, haletos, grupos alifáticos, grupos alifáticos substituídos, grupos cíclicos, grupos cíclicos substituídos, combinações dos grupos alifáticos e grupos cíclicos, combinações dos grupos alifáticos substituídos e grupos cíclicos, combinações dos grupos alifáticos e grupos cíclicos substituídos, combinações de grupos alifáticos substituídos e grupos cíclicos substituídos, grupos amido, grupos amido substituído, grupos fosfito, grupos fosfito substituído, grupos alquilóxido, grupos alquilóxido substituído, grupos arilóxido, grupos arilóxido substituído, grupos organometálicos, grupos organometálicos substituídos, e combinações dos mesmos. Os substituintes (X (2)) são selecionados do grupo que consiste de grupos alifáticos, grupos cíclicos, combinações de grupos alifáticos e grupos cíclicos, grupos silila, grupos haleto de alquila, haletos, grupos organometálicos, grupos fosfato, grupos nitrogênio, silício, fósforo, boro, germânio, hidrogênio, e combinações dos mesmos. Pelo menos um substituinte de (X(2)) pode ser um grupo de ligação que conecta (X(l)) e (X(2)).
Dependendo das propriedades desejadas da poliolefina (por exemplo, polietileno) a ser produzida dentro do reator de polimerização 118, qualquer número de componentes catalisadores 102 pode ser usado dentro do sistema 100. Em algumas modalidades, entre um e seis componentes catalisadores 102 são utilizados; alternativamente, entre um e quatro componentes catalisadores 102 são utilizados; e alternativamente, entre um e três componentes catalisadores 102 são utilizados. O componente composto ativador 104 é fornecido ao sistema de polimerização 100 para a ativação, conversão, ou redução do componente catalisador 102 para o estado ativo para polimerização. O componente composto ativador 104 pode ser qualquer componente composto ativador apropriado para ativação, conversão, ou redução do componente catalisador 102 para o estado ativo para polimerização, tais como, por exemplo, um óxido sólido tratado, boratos e metil alumina oxano. Em uma modalidade exemplar, o componente composto ativador 104 é um óxido sólido tratado. Mais particularmente, em algumas modalidades, o componente composto ativador 104 é um iniciador de ácido super sólido (SSA) . Outros componentes compostos ativador 104 apropriados serão aparentes àqueles versados na técnica e devem ser considerados dentro do escopo da presente invenção.
Em um outro exemplo, um componente 102 ou 104 pode ser impregnado com um outro componente 102 ou 104, ou de outra maneira ser combinado com um outro componente 102 ou 104, tal como impregnando um componente catalisador de polimerização 102 com um componente composto ativador 104. Em uma modalidade exemplar, o componente de metaloceno 102 pode ser impregnado com um componente composto ativador 104. Para tais casos, os componentes combinados 102 e 104 podem ser referidos como um único componente, e um ou mais dos componentes impregnados podem ser omitidos dessa descrição . O componente co-catalisador 106 é fornecido ao sistema de polimerização 100 como um agente alquilante, doador de elétron, ou para redução do componente catalisador 102 ou especificamente como a espécie de metal ativo do componente catalisador 102. O componente co-catalisador 106 pode ser qualquer componente co-catalisador apropriado, como um agente alquilante, doador de elétron, ou para redução, tais como, por exemplo, trimetilaluminio, trietilaluminio (tEAl), tripropilaluminio, etóxido de dietilaluminio, tributilaluminio, hidreto de diisobutilaluminio, hidreto de triisobutilaluminio, triisobutilaluminio (TiBAl), trihexilaluminio, e cloreto de dietilaluminio. Em uma modalidade exemplar, o componente co-catalisador 106 é tEAl ou TiBAl. Em um aspecto, o componente co-catalisador 106 pode incluir pelo menos um componente alquil-aluminio. O sistema de polimerização 100 pode incluir qualquer número de componentes co-catalisadores 106. Em algumas modalidades, o sistema de polimerização 100 inclui um ou dois componentes co-catalisadores 106. O componente co-catalisador 106 pode também ser uma mistura de alguns dos tipos diferentes de componentes co-catalisador apresentados aqui. Por exemplo, o tEAl e TiBAl podem ambos ser adicionados ao sistema de polimerização 100 para agir conjuntamente como o componente co-catalisador 106. O tEAl e o TiBAl podem ser pré-misturados, tal como no pré-contactor 120, e adicionados ao reator de polimerização 118 juntos, ou podem ser alimentados diretamente ao reator de polimerização 118 individualmente como correntes de alimentação separadas, ou uma combinação dos mesmos. O componente diluente 108 é fornecido ao sistema 100 para controlar a concentração de vários componentes 102, 104, e 106 dentro do sistema 100. Por exemplo, as concentrações de vários componentes 102, 104, 106 podem ser aumentadas diminuindo o volume do componente diluente 108 adicionado ao sistema 100. Semelhantemente, as concentrações de vários componentes 102, 104, 106 podem ser diminuídas aumentando o volume do componente diluente 108 adicionado ao sistema 100. O componente diluente 108 pode ser qualquer componente diluente apropriado para o uso no sistema do reator 100, tais como, por exemplo, propano, isobutano, pentano, hexano, heptano, ou octano. Quando o processo de polimerização é usado para produzir polipropileno, o propileno não reagido pode também ser usado como o componente diluente 108. Em uma modalidade exemplar, o componente diluente 108 é isobutano. Outros componentes diluentes apropriados serão aparentes àqueles versados na técnica e devem ser considerados dentro do escopo da presente invenção. O componente diluente 108 e cada dos componentes 102, 104, 106 são liberados ao sistema 100 de uma fonte. A fonte pode ser um tanque em operação, tanque de armazenamento, tanque de mistura, tubos de fluxo, piscinas de lama, ou um outro dispositivo, sistema ou processo que possa liberar uma quantidade apropriada do respectivo componente diluente 108, componente catalisador de polimerização 102, ou outro catalisador 104, 106 para produzir uma propriedade desejável no poliolefina a ser produzida pelo sistema 100. Por exemplo, o componente diluente 108 pode ser liberado e armazenado em um tanque em operação até ser requisitado pelo sistema 100. Quando o sistema 100 requisita uma quantidade do componente diluente 108, uma bomba de alimentação associada (não mostrada) pode ser ativada para liberar a quantidade do componente diluente 108 do tanque em operação para uma outra parte do sistema 100. Aqueles versados na técnica reconhecerão que uma combinação convencional do tanque em operação e bomba de alimentação pode ser usada de acordo com vários aspectos da invenção para armazenar e liberar quantidades suficientes do componente 108 e cada dos componentes 102, 104, 106, quando requisitado pelo sistema 100.
Referindo-se agora às figuras 3 e 4, um método 300 de introduzir vários componentes no sistema de polimerização 100 é fornecido. O método 300 inclui a adição dos componentes 102, 104, 106, e 108 ao sistema de polimerização 100 em uma taxa controlada (etapa 305) e contatar partes de alguns ou todos componentes 102, 104, 106, e 108 no pré-contactor 120 (etapa 310) . As partes de alguns ou todos componentes 102, 104, 106, e 108 do pré-contactor 120 são direcionadas então ao reator de polimerização 118 (etapa 315), assim como direcionando quaisquer partes remanescentes dos componentes 102, 104, 106, e 108 que não foram direcionados ao pré-contactor 120 na etapa 310.
Na etapa 305 do método 300, os componentes 102, 104, 106, e 108 são adicionados ao sistema de polimerização 100 em uma taxa controlada. Em uma modalidade exemplar, etapa 305 de adicionar os componentes 102, 104, 106, e 108 ao sistema de polimerização 100 em uma taxa controlada inclui a adição do componente catalisador de polimerização 102, componente composto ativador 104, componente co-catalisador 106, e componente diluente 108 em uma taxa controlada pelos meios respectivos para alimentar e controlar 110, 112, 114, e 116.
Referindo-se agora a figura 4, etapa 305 de adicionar os componentes 102, 104, 106, e 108 ao sistema de polimerização 100 em uma taxa controlada inclui selecionar uma vazão desejada para cada componente 102, 104, 106, e 108 (etapa 405) e conduzir os componentes 102, 104, 106, e 108 em uma vazão efetiva no sistema de polimerização 100 (etapa 410) . Uma vazão efetiva para cada componente 102, 104, 106, e 108 é medida (etapa 415) e ajustada para cada componente 102, 104, 106, e 108 para satisfazer a vazão desejada (etapa 420).
Na etapa 405, as vazões desejadas dos componentes 102, 104, 106, e 108 podem afetar o desempenho do componente catalisador 102, operabilidade do reator 118, e as propriedades fisicas e mecânicas do produto de poliolefina. Os critérios de desempenho do catalisador que podem ser afetados pelas vazões desejadas dos componentes 102, 104, 106, e 108 incluem, por exemplo, a atividade, a produtividade, o potencial do indice de fusão, a incorporação do co-monômero, e as combinações dos mesmos. Os critérios de operabilidade do reator que podem ser afetados pelas vazões desejadas dos componentes 102, 104, 106, e 108 incluem, por exemplo, a resistência à perda na transferência de calor no reator, densidade em massa da poliolefina no reator, formação de sólidos, taxa de produção, e combinações dos mesmos. As propriedades fisicas do produto de poliolefina que podem ser afetadas pelas vazões desejadas dos componentes 102, 104, 106, e 108 incluem, por exemplo, as respostas e relações de cisalhamento em diferentes relações de cisalhamento nas que podem incluir 0, 0,1, e as 100/segundos; peso molecular; distribuição do peso molecular; densidade; cristalinidade; e combinações dos mesmos. As propriedades mecânicas do produto de poliolefina que podem ser afetadas pelas vazões desejadas dos componentes 102, 104, 106, e 108 incluem, por exemplo, respostas aos testes de fissuramento, relaxamento sob stress, tau eta, tensão sob tração e ruptura, alongamento sob tensão e ruptura, secant moduli que podem incluir módulo de 0,1 e 2%, (Youngs, alongamento), armazenamento e perda de módulo, crescimento de tensofissuramento ambiental, PENT, e combinações dos mesmos.
As vazões desejadas dos componentes 102, 104, 106, e 108 podem ser selecionadas e ajustadas usando qualquer técnica apropriada para medir vazões. Por exemplo, as vazões desejadas dos componentes 102, 104, 106, e 108 podem ser selecionadas baseadas em relações dos componentes 102, 104, 106, e 108; quantidades da composição; vazões de massa; ou vazões volumétricas. As vazões desejadas podem ser incorporadas em um sistema de controle do processo, tais como, por exemplo, um sistema de controle distribuído (DCS), um controlador de lógica programável (PLC), ou uma rede neural. Estes sistemas de controle do processo trabalham para manter a vazão desejada em uma faixa aceitável.
Na etapa 410, os componentes 102, 104, 106, e 108 são conduzidos no sistema de polimerização 100 em uma vazão efetiva pelos meios respectivos para alimentar e controlar 110, 112, 114, e 116 em uma vazão efetiva para cada componente 102, 104, 106, e 108. Como descrito previamente, o meio para alimentar e controlar 110, 112, 114, e 116 pode incluir, por exemplo, um medidor de fluxo, uma bomba, ou uma combinação dos mesmos.
Na etapa 415, a vazão efetiva de cada componente 102, 104, 106, e 108 no sistema de polimerização 100 pode ser medida pelos meios respectivos para alimentar e controlar 110, 112, 114, e 116 usando algumas das técnicas descritas previamente. Em uma modalidade, as vazões dos componentes 102, 104, 106, e 108 são medidas como vazões em massa. As várias combinações de medição são possíveis para os vários componentes 102, 104, 106, e 108 dependendo do tipo do componente, compatibilidade química do componente, e taxa desejada da quantidade e de fluxo do componente.
Finalmente, na etapa 420, a vazão efetiva de cada componente 102, 104, 106, e 108 no sistema de polimerização 100 é ajustada conforme necessário para combinar a vazão desejada. A vazão efetiva de cada componente 102, 104, 106, e 108 é comparada à vazão desejada como selecionada na etapa 405, e os ajustes são feitos à vazão efetiva de cada componente 102, 104, 106, e 108 de modo que as vazões efetivas e as vazões desejadas sejam substancialmente iguais. Em uma modalidade, um operador seleciona pontos ajustados para as vazões desejadas de etapa 305, e um sistema de controle mantém as vazões efetivas nas taxas que são substancialmente iguais às vazões desejadas. Os meios para alimentar e controlar 110, 112, 114, e 116 fornecem a medida de controle e controle de fluxo do fluido precisos para o componente respectivo 102, 104, 106, e 108 a ser fornecido e introduzido no método 300.
Cada um dos meios para alimentar e controlar 110, 112, 114, e 116 na etapa 305 é adaptado para receber um comando, tal como uma entrada ou sinal do usuário. O comando inclui instruções para operar ou ajustar de outra maneira a vazão dos componentes 102, 104, 106, e 108 com os meios para alimentar e controlar 110, 112, 114, e 116 na etapa 305. Em algumas modalidades, um dispositivo baseado no processador (não mostrado) pode ser associado com meios para alimentar e controlar 110, 112, 114, e 116 para medir, selecionar, determinar ou de outra maneira ajustar quantidades pré-definidas, taxas de alimentação, e outras propriedades operacionais de um componente 102, 104, 106, e 108 que estão sendo introduzidos, transmitidos, ou liberados por um meio para alimentar e controlar 110, 112, 114, e 116 na etapa 305. Por exemplo, um dispositivo do controle de retroalimentação (não mostrado) pode ser instalado a jusante de um meio para alimentar e controlar 110, 112, 114, e 116 na etapa 305 para monitorar uma taxa de alimentação do componente 102, 104, 106, e 108, e para transmitir um sinal do comando ao meio para alimentar e controlar 110, 112, 114, e 116 na etapa 305 dependendo da taxa de alimentação do componente particular 102, 104, 106, e 108 ao reator 118, o pré-contactor 120, ou outra parte do método 300. Um sinal de comando pode ser enviado ao meio para alimentar e controlar 110, 112, 114, e 116 na etapa 305 para o primeiro componente 102, 104, 106, e 108 em resposta à taxa de alimentação do segundo componente 102, 104, 106, e 108. Alternativamente, o sinal de comando pode ser enviado ao meio para alimentar e controlar 110, 112, 114, e 116 na etapa 305 para o primeiro componente 102, 104, 106, e 108 em resposta à taxa de alimentação do primeiro componente 102, 104, 106, e 108. Cada meio para alimentar e controlar 110, 112, 114, e 116 na etapa 305 pode implementar o sinal de comando para ajustar a taxa de alimentação do componente respectivo 102, 104, 106, e 108.
Etapa 310 do método 300 inclui opcionalmente contatar alguns ou todos os componentes 102, 104, 106, e 108 em um pré-contactor 120. As condições operacionais para o pré-contactor 120 para etapa 310 podem ser monitoradas e controladas. As quantidades pré-definidas dos componentes 102, 104, 106, e 108 introduzidos no pré-contactor 120 na etapa 310 podem ser monitoradas e qualquer mistura ou agitação dos componentes 102, 104, 106, e 108 podem ser controladas dentro de uma faixa de condições selecionadas. A decisão da quantidade de cada componente 102, 104, 106, e 108 para enviar ao pré-contactor 120 pode ser decidida por um programa PLC, DCS, ou de rede neural. Um controlador trabalhará para manter o fluxo desejado em uma faixa aceitável. Em um outro aspecto, uma fração ajustada ou uma quantidade de cada componente 102, 104, 106, e 108 enviada ao pré-contactor 120 pode ser mantida. A quantidade desviada que não é enviada ao pré-contactor 120, se alguma, será mantida dentro de uma faixa ajustada pelo método, técnica, ou sistema de controle, como descrito aqui. As condições operacionais dentro do pré-contactor 120 incluem, mas não são limitadas a, tempo de residência, temperatura, pressão, concentração do componente, e combinações dos mesmos. Por exemplo, o tempo de residência no pré-contactor 120 na etapa 310 para um componente diluente 108 tal como isobutano pode ser limitado a cerca de 2 6 minutos, e a temperatura dentro do pré-contactor 120 pode ser mantida em cerca de 38° C. Outras condições operacionais e combinações apropriadas das condições podem ser monitoradas e controladas, como será aparente àqueles versados na técnica e são para ser consideradas dentro do escopo da presente invenção.
Os métodos e os dispositivos convencionais podem ser usados para controlar a faixa de condições selecionadas. No exemplo acima, o tempo de residência no pré-contactor 120 na etapa 310 pode ser controlado ajustando o fluxo do diluente 108 no pré-contactor 120 na etapa 310. Além disso, a temperatura do pré-contactor 120 na etapa 310 pode ser ajustada controlando a quantidade de vapor que interage com o pré-contactor 120 na etapa 310 utilizando uma jaqueta ou outros meios.
Etapa 315 do método 300 inclui a direcionar os componentes 102, 104, 106, e 108 que foram enviados ao pré-contactor 120 na etapa 310 do pré-contactor 120 ao reator de polimerização 118. Tubulação, encanamento, ou qualquer outro mecanismo apropriado de transferência podem ser usados para transferir os componentes 102, 104, 106, e 108 do pré-contactor 120 ao reator de polimerização 118 na etapa 315. A tubulação, encanamento, ou outro mecanismo apropriado de transferência podem ser direcionados a uma ou várias localizações no reator de polimerização 118.
Etapa 320 no método 300 inclui direcionar partes remanescentes dos componentes 102, 104, 106, e 108 ao reator de polimerização 118. As partes remanescentes dos componentes 102, 104, 106, e 108 que são enviadas diretamente ao reator de polimerização 118 são aquelas não selecionadas para a introdução no pré-contactor 120 na etapa 310. Assim, estes componentes são transferidos diretamente ao reator de polimerização 118 e ultrapassam as etapas 310 e 315 que envolvem o pré-contactor 120. A decisão da quantidade de cada componente 102, 104, 106, e 108 a ser desviada pode ser decidida por um programa PLC, DCS, ou de rede neural. Como descrito previamente, o controlador trabalhará para manter o fluxo desejado em uma faixa aceitável. Em um outro aspecto, uma fração ajustada ou uma quantidade de cada componente 102, 104, 106, e 108 desviados podem ser mantidas. A quantidade desviada será mantida dentro de uma faixa ajustada pelo método, técnica, ou sistema de controle.
Quando os componentes 102, 104, 106, e 108 foram transmitidos ao reator de polimerização 118, pela etapa 315 ou 320, os componentes 102, 104, 106, e 108 interagem para iniciar o processo de polimerização para produzir o produto desejado de poliolefina. O produto de poliolefina pode ser, mas não é limitado a, homopolimeros e copolimeros de polietileno e polipropileno. Os sistemas e processos descritos aqui podem ser usados com outras poliolefinas, como será aparente àqueles versados na técnica.
Um controlador de retroalimentação pode ser usado para medir propriedades desejadas do polímero e então ajusta automaticamente a quantidade ou relação dos componentes 102, 104, 106, e 108 que vão ou para pré-contactor 120 ou para o reator 118, como descrito aqui. As propriedades desejadas incluem, por exemplo, o peso molecular, distribuição peso molecular, relação ou resposta de cisalhamento, densidade, atividade do catalisador, reologia, índice de fusão, ou qualquer propriedade física ou mecânica julgada importante para o processo. Outras propriedades dos polímeros podem ser medidas e usadas para controlar os aspectos relacionados aos componentes 102, 104, 106, e 108, como será aparente àqueles versados na técnica e são para ser consideradas dentro do escopo da presente invenção.
Os métodos e dispositivos convencionais podem ser usados para controlar a faixa de condições selecionadas no reator de polimerização 118, como descrito previamente. No exemplo acima, o tempo de residência pode ser controlado ajustando as vazões dos componentes 102, 104, 106, e 108 no reator de polimerização 118. Além disso, as concentrações dos sólidos do reator de polimerização 118 podem ser ajustadas controlando as quantidades dos componentes 102, 104, 106, e 108 que reagem dentro do reator de polimerização 118.
Em uma outra modalidade da presente invenção, um meio legível pela máquina, tangível é fornecido que inclui o código adaptado para controlar a concentração pelo menos de um componente catalisador 102, 104, 106, 108 em uma mistura no pré-contactor 120 para formar a poliolefina no reator de polimerização 118 e código adaptado para ler valores medidos das concentrações e tempos de residência no pré-contactor 120. O meio legível pela máquina inclui também o código adaptado para determinar a quantidade pelo menos de um componente 102, 104, 106, 108 para adicionar ao pré-contactor 120 baseado nos valores medidos e código adaptado para determinar a quantidade de qualquer componente catalisador 102, 104, 106, 108 para desviar o pré-contactor 120. Os códigos usados nas modalidades da presente invenção podem incluir códigos separados para cada tarefa, como para controlar uma concentração de um componente catalisador em uma mistura em um pré-contactor para formar uma poliolefina em um reator da polimerização. Alternativamente, os códigos podem ser combinados em um único código que contenha todas as tarefas; ou alternativamente, subconjuntos de códigos que contêm um ou mais dos códigos descritos aqui. Os exemplos do código que podem ser usados para executar as tarefas descritas aqui podem incluir programas de computador, instruções legíveis pela máquina, e o semelhante. Os tipos apropriados de códigos serão aparentes àqueles versados na técnica e devem ser considerados dentro do escopo da presente invenção.
Aqueles versados na técnica apreciarão que determinadas modificações podem ser feitas à invenção revelada aqui com respeito aos aspectos ilustrados da invenção, sem se afastar do escopo da invenção. E enquanto a invenção tem sido descrita acima com respeito aos aspectos da invenção, será entendido que a invenção é adaptada a vários rearranjos, modificações, e alterações, todos tais arranjos, modificações, e alterações são intencionados para estar dentro do escopo das reivindicações anexas.
REIVINDICAÇÕES

Claims (23)

1. Sistema para a introdução de vários componentes em um sistema de polimerização, caracterizado pelo fato de que compreende: um componente catalisador de polimerização (102); um componente composto ativador (104); um componente co-catalisador (106); um diluente (108); meios para adicionar o componente catalisador de polimerização no sistema de polimerização em uma taxa controlada (110); meios para adicionar o componente composto ativador no sistema de polimerização em uma taxa controlada (112); meios para adicionar o componente co-catalisador no sistema de polimerização em uma taxa controlada (114); meios para adicionar o diluente no sistema de polimerização em uma taxa controlada (108); meios para introduzir o componente catalisador de polimerização, o componente composto ativador, o componente co-catalisador e o diluente em um pré-contactor (120); meios para agitar o componente catalisador de polimerização, o componente composto ativador, o componente co-catalisador e o diluente no pré-contactor; meios para direcionar a saida do pré-contactor para um reator de polimerização (118); e em que o pré-contactor é configurado para receber uma primeira porção do componente composto ativador e o reator de polimerização é configurado para receber uma segunda porção do componente composto ativador, em que a segunda porção não foi enviada ao pré-contactor.
2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os meios para adicionar o componente catalisador de polimerização no sistema de polimerização em uma taxa controlada compreende ainda: meios para selecionar uma vazão desejada para o componente catalisador de polimerização; meios para conduzir o componente catalisador de polimerização no sistema de polimerização em uma vazão efetiva; meios para medir a vazão efetiva para o componente catalisador de polimerização; e meios para ajustar a vazão efetiva para o componente catalisador de polimerização para igualar substancialmente a vazão desejada para o componente catalisador de polimerização; em que os meios para adicionar o componente composto ativador no sistema de polimerização em uma taxa controlada compreende ainda: meios para selecionar uma vazão desejada para o componente composto ativador; meios para conduzir o componente composto ativador no sistema de polimerização em uma vazão efetiva; meios para medir a vazão efetiva para o componente composto ativador; e meios para ajustar a vazão efetiva para o componente composto ativador para igualar substancialmente a vazão desejada para o componente composto ativador; e em que os meios para adicionar o componente co-catalisador no sistema de polimerização em uma taxa controlada compreende ainda: meios para selecionar uma vazão desejada para o componente co-catalisador; meios para conduzir o componente co-catalisador no sistema de polimerização em uma vazão efetiva; meios para medir a vazão efetiva para o componente co-catalisador; e meios para ajustar a vazão efetiva para o componente co-catalisador para igualar substancialmente a vazão desejada para o componente co-catalisador.
3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende um meio para introduzir uma porção de um ou mais do componente catalisador de polimerização, o componente composto ativador, o componente co-catalisador no pré-contactor; e um meio para direcionar uma porção remanescente de um ou mais do componente catalisador de polimerização, o componente composto ativador, ou o componente co-catalisador no reator de polimerização.
4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pré-contactor está configurado para receber uma porção do componente catalisador de polimerização, o componente co-catalisador, e o diluente, e em que o reator de polimerização está configurado para receber uma porção remanescente de um ou mais do componente catalisador de polimerização ou o componente co-catalisador que não foram enviados para o pré-contactor.
5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: um pré-contactor configurado para receber uma primeira porção do componente composto ativador e uma porção de um ou mais do componente catalisador de polimerização ou do componente co-catalisador; e um primeiro reator de polimerização configurado para receber a saida do pré-contactor, em que o primeiro reator de polimerização é ainda configurado para receber uma porção remanescente de um ou mais do componente catalisador de polimerização ou o componente co-catalisador que não foram enviados para o pré-contactor, e em que o primeiro reator de polimerização está configurado para receber uma segunda porção do componente composto ativador, em que a segunda porção não foi enviada para o pré-contactor.
6. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que cada um do sistema de adição de catalisador de polimerização, o sistema de adição de composto ativador e o sistema de adição de co-catalisador compreende equipamento que é selecionado a partir do grupo que consiste de um medidor de fluxo de massa, uma bomba, uma válvula, e suas combinações.
7. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o primeiro reator de polimerização é um CSTR, um reator de circulação em suspensão, um reator em batelada, um reator de fase gasosa, um reator com autoclave, um reator tubular, um reator de multizonas, um reator de leito fluidizado, um reator de leito fixo, um reator de leito agitado, ou um reator de leito fluidizado agitado, ou suas combinações.
8. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o sistema de polimerização compreende um segundo reator de polimerização e em que o primeiro e o segundo reatores de polimerização são arranjados em uma configuração em série ou em paralelo.
9. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o componente catalisador de polimerização compreende um componente de solução de metaloceno de polimerização.
10. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o componente composto ativador compreende um componente composto de óxido sólido tratado.
11. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o componente co-catalisador compreende um componente alquil-aluminio.
12. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o pré-contactor está configurado para fluxo em pistão e em que a primeira porção e a porção de uma ou mais do componente catalisador de polimerização ou do componente co-catalisador são adicionadas a uma entrada do pré-contactor e a primeira porção e a porção de um ou mais do componente catalisador de polimerização ou do componente co-catalisador são adicionados à jusante da entrada do pré-contactor.
13. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o componente catalisador de polimerização compreende entre um e seis componentes catalisadores.
14. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende dois componentes catalisadores de polimerização incluindo uma solução de metaloceno.
15. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o pré-contactor compreende um vaso.
16. Sistema, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o vaso compreende um CSTR, que inclui um agitador.
17. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o pré-contactor compreende uma jaqueta de aquecimento configurada para aquecer a primeira porção e a porção de uma ou mais do componente catalisador de polimerização ou do componente co-catalisador.
18. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende um sistema de adição de diluente armazenando um diluente e configurado para adicionar o diluente no sistema de polimerização em uma taxa controlada, em que o pré-contactor é configurado para receber a primeira porção, a porção de um ou mais do componente catalisador de polimerização ou do componente co-catalisador e o diluente.
19. Sistema, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o diluente compreende propano, isobutano, pentano, hexano, heptano, octano, ou uma combinação dos mesmos.
20. Sistema, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o sistema de adição de diluente compreende equipamento que é selecionado a partir do grupo que consiste de um medidor de fluxo de massa, uma bomba, uma válvula, e suas combinações para controlar um tempo de residência do pré-contactor.
21. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende um controlador de retroalimentação configurado para medir as propriedades de um polimero produzido no primeiro reator de polimerização e ajustar a taxa controlada do componente catalisador de polimerização, a taxa controlada do componente composto ativador, ou a taxa controlada do componente co- catalisador.
22. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: um pré-contactor configurado para receber o componente do catalisador de polimerização, uma primeira porção do componente composto ativador, o componente co-catalisador, e o diluente, em que o pré-contactor compreende um CSTR, que inclui um agitador; e um primeiro reator de polimerização configurado para receber a saida do pré-contactor, em que o primeiro reator de polimerização está configurado para receber uma segunda porção do componente composto ativador, em que a segunda porção não foi enviada para o pré-contactor.
23. Sistema, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que o pré-contactor está configurado para receber uma porção do componente catalisador de polimerização, o componente co-catalisador, e o diluente, em que o primeiro reator de polimerização está configurado para receber uma porção remanescente de um ou mais do componente catalisador de polimerização ou do componente co-catalisador que não foram enviados para o pré-contactor.
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