BRPI0618339A2 - aparelho e processo para a produção de copolìmeros de polietileno e etileno - Google Patents

Abstract

<B>APARELHO E PROCESSO PARA A PRODUçãO DE COPOLìMEROS DE POLIETILENO E ETILENO.<D> A invenção refere-se a um aparelho para a polimerização de alta pressão de etileno, que compreende: um reator de alta pressão; um conduto (14) para o suprimento de etileno ao reator, o conduto sendo dotado com um preaquecedor (5) para aquecimento do etileno; uma caldeira de recuperação de calor para a produção de vapor de média pressão; uma fonte de vapor de alta pressão (22); e um sistema de distribuição de vapor compreendendo uma rede de vapor de média pressão, para a distribuição de vapor de média pressão da caldeira de recuperação de calor, em que o preaquecedor compreende primeira (5a), segunda (5b) e terceira seções (5c) e o sistema de distribuição de vapor é tal que a primeira seção (5a) pode ser suprida com vapor da rede de vapor de média pressão, a segunda seção (5b) pode ser suprida com vapor da rede de vapor de média pressão, ou com vapor de alta pressão, e a terceira seção (5c) pode ser suprida com vapor de alta pressão (22).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "APARELHOE PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE COPOLÍMEROS DE POLI ETILE-NO E ETILENO".

CAMPO DA INVENÇÃO

A invenção refere-se a um aparelho e a um processo para a po-limerização de etileno sob alta pressão, opcionalmente na presença de co-monômeros, e, especialmente, a um aparelho e a um processo para aque-cimento de etileno antes da polimerização.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Os reatores de alta pressão, tais como os reatores tubulares eautoclaves, são usados para a polimerização de etileno a alta pressão, porexemplo, a pressões acima de 1.000 bar e até 3.000 bar, ou mesmo maisaltas. Nesses processos, etileno fresco de uma fonte de etileno, juntamentecom etileno reciclado, opcionalmente em conjunto com comonômero, écomprimido em uma série de compressores, à pressão do reator e é depoisintroduzido no reator, no qual ocorre a polimerização, iniciada, tipicamente,por compostos, tais como peróxidos ou oxigênio. O etileno comprimido podeser dividido em várias correntes, a primeira das quais entra no reator emuma extremidade (a extremidade frontal) e as outras (conhecidas como "cor-rentes paralelas) entram em pontos ao longo do comprimento do reator, ou,alternativamente, todo o etileno pode entrar no reator pela extremidade fron-tal. Para iniciar a reação de polimerização, é necessário aquecer a primeiracorrente de etileno a uma temperatura igual ou acima da temperatura de "a-pagamento" do iniciador particular ou da mistura de iniciadores usado. Esseaquecimento é obtido por passagem da corrente de etileno por um aquece-dor, conhecido como um preaquecedor.

No reator, uma parte do etileno é polimerizado, e uma misturaquente, compreendendo polímero e monômero não reagido deixa o reatorpor uma saída e passa por uma válvula de abatimento de alta pressão, emum sistema de separação no qual o polímero é separado do etileno gasosonão reagido. O etileno gasoso não reagido é depois tratado em um sistemade reciclagem, para remover ceras de polietileno e resfriá-lo antes eu sejarecomprimido para retorno ao reator. Em muitas unidades industriais de po-limerização de etileno, o sistema de reciclagem de etileno inclui uma caldei-ra, conhecida como caldeira de recuperação de calor, no qual o calor do eti-leno reciclado é usado para ferver água para a produção de vapor, tipica-mente, vapor de média pressão, que é usado para aquecer pelo menos par-te do preaquecedor. Desse modo, parte do calor gerado pela reação de po-limerização exotérmica pode ser usado produtivamente, reduzindo, dessemodo, a energia global necessária para operar a unidade industrial, com be-nefícios econômicos e ambientais óbvios.

Tipicamente, as unidades industriais de polimerização em altapressão produzem uma faixa de graus de polímero, variando em caracterís-ticas tais como peso molecular, teor de comonômero, névoa e densidade.Um modo de influenciar as propriedades do polímero produto é por controledo perfil de temperatura no reator, incluindo a temperatura na qual o etilenoentra no reator. Conseqüentemente, a temperatura estabelecida a qual oetileno é aquecido pelo preaquecedor vai variar por uma ampla faixa, porexemplo, de 130 a 220SC, dependendo do grau particular a ser produzidonaquele momento.

Um tipo conhecido de preaquecedor compreende uma primeiraseção de camisa de aquecimento, que usa o vapor de média pressão dacaldeira de recuperação de calor, e uma segunda seção, que usa vapor dealta pressão gerado por uma caldeira convencional. A temperatura do vaporestá relacionada à sua pressão, e desse modo que a segunda seção está auma temperatura mais alta do que a primeira seção.

Para produzir determinados graus de polímero requerendo umatemperatura de entrada no reator muito alta, o vapor de média pressão naprimeira seção do preaquecedor pode ser suplementado pela adição de va-por de alta pressão. Essa adição é bem-sucedida em aumentar as pressão etemperatura do vapor de média pressão e, por conseguinte, a entrada decalor nessa primeira seção. No entanto, o aumento em pressão do vapor demédia pressão também aumenta o ponto de ebulição da água na caldeira derecuperação de calor e, portanto, reduz a diferença de temperatura entre aágua em ebulição e o etileno da reciclagem, com uma conseqüente quedana eficiência da caldeira de recuperação de calor. Essa queda na eficiênciatem duas conseqüências indesejáveis. Primeiramente, a proporção de vaporde média pressão gerada é reduzida e, assim, mais vapor de alta pressãodeve ser usado no preaquecedor, aumentando, desse modo, o custo decombustível. Em segundo lugar, há uma diminuição no resfriamento do etile-no de reciclagem na caldeira de recuperação de calor, e há, portanto, umamaior carga nos outros trocadores de calor no sistema de reciclagem, comum conseqüente aumento na carga da água de resfriamento da unidade in-dustrial.

Para graus nos quais são necessárias baixas temperaturas deentrada no reator, nenhuma pressão alta é usada e partes da primeira seçãodo preaquecedor são bloqueadas, reduzindo, de novo, a produção de vaporda caldeira de recuperação de calor, com as mesmas duas conseqüênciasindesejáveis mencionadas acima.

As unidades industriais de polimerização de etileno de alta pres-são têm, usualmente, um sistema para a geração e a distribuição de vaporde baixa pressão, tipicamente referido como uma rede de vapor de baixapressão. O vapor de baixa pressão tem muitos usos, por exemplo, aqueci-mento de vasos de eliminação de cera no sistema de reciclagem de etileno,para manter o conteúdo em fusão. Dependendo da localização da unidadeindustrial, no inverno, vapor de baixa pressão é freqüentemente usado paraimpedir congelamento dos tubos de água, e, portanto, a demanda para va-por de baixa pressão pode aumentar no inverno. O vapor de baixa pressãopode ser obtido por corte do condensado coletado na rede de vapor de altapressão. Embora esse método seja econômico, a geração de vapor de baixapressão é, desse modo, amarrada à geração de vapor de alta pressão, edurante as vezes nas quais a demanda para vapor de baixa pressão superao volume disponível dessa rota, é tipicamente necessário liberar algum vaporde alta pressão para a rede de vapor de baixa pressão, com um aumentoconseqüente no custo da geração de vapor de alta pressão.

RESUMO DA INVENÇÃOA presente invenção proporciona um aparelho que compreende:um reator de alta pressão;

um conduto para o suprimento de etileno ao reator, o condutosendo dotado com um preaquecedor para aquecimento do etileno;

uma caldeira de recuperação de calor para a produção de vaporde média pressão;

uma fonte de vapor de alta pressão; e

um sistema de distribuição de vapor compreendendo uma redede vapor de média pressão, para a distribuição de vapor de média pressãoda caldeira de recuperação de calor,

em que o preaquecedor compreende primeira, segunda e tercei-ra seções e o sistema de distribuição de vapor é tal que a primeira seçãopode ser suprida com vapor da rede de vapor de média pressão, a segundaseção pode ser suprida com vapor da rede de vapor de média pressão, ou com vapor de alta pressão, como desejado, e a terceira seção pode ser su-prida com vapor de alta pressão.

Para os graus de polímeros não requerendo temperaturas deentrada do meio reacional especialmente altas ou baixas, o preaquecedorpode tipicamente operar com vapor de média pressão nas primeira e segun- da seções, com proporções controladas de vapor de alta pressão sendo u-sadas na terceira seção, quando necessário, para atingir a temperatura deentrada no reator desejada. Quando se deseja produzir um grau requerendouma alta temperatura de entrada no reator, a segunda seção pode ser desa-bilitada, independentemente da primeira seção, para vapor de alta pressão,reforçando, desse modo, a entrada de calor no preaquecedor, sem adiçãode vapor de alta pressão ao vapor de média pressão. Enquanto desabilitan-do a segunda seção, o vapor de média pressão vai reduzir um pouco o con-sumo de vapor de média pressão, a redução vai ser usualmente menor doque aquela provocada por adição de vapor de alta pressão ao massa semi- fluida de polpa mista, e, desse modo, a produção do vapor de média pressãona caldeira de recuperação de calor é geralmente aperfeiçoada, durante aprodução de graus de polímeros requerendo altas temperaturas de entrada,se comparada com aquela do sistema conhecido. Em muitos casos, a efici-ência aperfeiçoada da geração e do uso de vapor de média pressão vai pro-porcionar uma redução no custo de geração de vapor de alta pressão e vaitambém reduzir a carga na água de resfriamento da unidade industrial, o quevai, por sua vez, possibilitar o resfriamento aperfeiçoado de etileno, antes daentrada no compressor secundário, com aumentos conseqüentes no rendi-mento de etileno e produtividade da unidade industrial.

De preferência, o sistema de suprimento de vapor compreendeuma rede de vapor de baixa pressão e um meio para liberar vapor de médiapressão para essa rede de vapor de baixa pressão. Desse modo, quandoum grau de polímero requerendo uma baixa temperatura de entrada no rea-tor vai ser produzido, por exemplo, o vapor de média pressão pode ser libe-rado para a rede de vapor de baixa pressão. Durante os momentos de altademanda para vapor de baixa pressão, isso pode reduzir ou eliminar a ne-cessidade para a liberação de vapor de alta pressão para a rede de vapor debaixa pressão. Além do mais, a liberação de vapor de média pressão para arede de vapor de baixa pressão reduz a pressão do vapor de média pressão,aumentando, desse modo, a eficiência da caldeira de recuperação de calor,com os benefícios mencionados acima. O meio para liberar o vapor de mé-dia pressão para a rede de vapor de baixa pressão vai compreender, tipica-mente, uma válvula de controle.

De preferência, o sistema de suprimento de vapor também com-preende um meio para adicionar vapor de alta pressão à rede de vapor demédia pressão. A adição de vapor de alta pressão à rede de vapor de médiapressão e, por conseguinte, à primeira e opcionalmente à segunda seçõesdo preaquecedor é desejável, por exemplo, durante a partida do aparelho depolimerização, ou durante os desarranjos do reator, quando a corrente deetileno de reciclagem não vai ser tipicamente suficiente quente, para gerarvapor de média pressão na caldeira de recuperação de calor. A adição devapor de alta pressão à rede de vapor de média pressão também pode seradequada, durante a produção de graus de polímeros requerendo uma tem-peratura de entrada no reator muito alta. Nessa concretização, portanto, aprimeira seção do preaquecedor pode ser aquecida com vapor de médiapressão (quando disponível), opcionalmente suplementada por vapor de altapressão, ou, na ausência de vapor de média pressão, apenas por vapor dealta pressão. A segunda seção do preaquecedor pode ser suprida com vaporda rede de vapor de média pressão ou com vapor de alta pressão da redealta pressão, como desejado no momento.

O sistema de distribuição de vapor é disposto para suprir vaporde alta pressão à terceira seção do preaquecedor. De preferência, o sistemade distribuição de vapor inclui um meio, tal como uma válvula de controle,para controlar o fluxo de vapor de alta pressão para a terceira seção do pre-aquecedor. Desse modo, a entrada de calor no preaquecedor pode ser fa-cilmente modificada, para propiciar controle fino da temperatura na qual oetileno é aquecido e permitir a compensação da variação na entrada de calornas primeira e segunda seções do preaquecedor e da variação na vazão deetileno. A terceira seção do preaquecedor pode ser também permutável en-tre vapor de alta pressão e vapor de média pressão, como a segunda seção.De preferência, no entanto, a terceira seção do preaquecedor se comunicaapenas com a rede de vapor de alta pressão.

O aparelho pode incluir mais de uma fonte de vapor de altapressão. Por exemplo, pode haver uma fonte de vapor de alta pressão, quesupre vapor de alta pressão à segunda seção do preaquecedor, e uma fonteseparada de vapor de alta pressão, que o supre à terceira seção do prea-quecedor. Os termos "fonte de vapor de alta pressão" e "rede de vapor dealta pressão" devem ser entendidos como incluindo concretizações tendomúltiplas fontes de vapor de alta pressão. De preferência, no entanto, háuma única fonte de vapor de alta pressão, por exemplo, uma caldeira de va-por de alta pressão ou uma disposição dessas caldeiras. De preferência, osistema de distribuição de vapor inclui uma rede de vapor de alta pressão,para distribuição de vapor de alta pressão da fonte de vapor de alta pressão.

O termo "preaquecedor", como aqui usado, refere-se a qualquerconstrução, que permite que o etileno de alta pressão, passando pelo condu-to do compressor para o reator, seja aquecido pelo vapor, e que tem trêsseções como descrito acima. O preaquecedor também pode incluir seçõesadicionais, que podem ser também aquecidas por vapor ou podem ser a-quecidas por outros meios, por exemplo, por um aquecedor elétrico,ou porum trocador de calor com um líquido quente. De preferência, no entanto, opreaquecedor compreende as primeira, segunda e terceira seções, comodescrito acima, apenas. As primeira, segunda e terceira seções do preaque-cedor vão compreender individualmente um meio para trocar calor do vaporpara o etileno. Qualquer meio de troca térmica pode ser usado. De preferên-cia, as primeira, segunda e terceira seções do preaquecedor vão compreen-der individualmente uma camisa de vapor em torno do conduto. Cada seçãopode incluir uma ou mais partes, por exemplo, uma ou mais camisas de va-por, tendo as mesmas disposições de suprimento de vapor. Por exemplo, aprimeira seção pode incluir duas ou mais camisas de vapor, cada uma delassendo conectada de uma maneira similar à rede de vapor de média pressão.Cada camisa de vapor vai compreender, tipicamente, uma ou mais seçõesde tubos. De preferência, cada seção de tubo tem uma conexão a uma redede condensado, para remoção eficiente do condensado.

A temperatura do etileno vai aumentar na medida em que elepassa pelo preaquecedor. As primeira, segunda e terceira seções do prea-quecedor podem ser dispostas em qualquer ordem ao longo do comprimentodo conduto. Por razões de eficiência de transferência de calor, prefere-seque a terceira seção do preaquecedor, que vai estar, em geral, a uma maiortemperatura de vapor do que a primeira seção e a segunda seção (deixandoà parte as vezes nas quais a segunda seção é também suprida com vaporde alta pressão), fica a jusante das primeira e segunda seções. De preferên-cia, a segunda seção fica a jusante da primeira seção, e a terceira seção ficaa jusante da segunda seção.

O termo "vapor de média pressão", como aqui usado, refere-seao vapor produzido pela caldeira de recuperação de calor. A pressão efetivado vapor de média pressão vai variar por uma ampla faixa pelas razões des-critas acima, mas é, de preferência, na faixa de 4 a 30 bar, particularmente,na faixa de 7 a 15 bar.O termo "vapor de alta pressão" refere-se ao vapor que não éproduzido na caldeira de recuperação de calor e é, tipicamente, de maiorpressão do que o vapor de média pressão. A pressão do vapor de alta pres-são pode também variar por uma ampla faixa, mas é, de preferência, na fai-xa de 15 a 70 bar, particularmente, na faixa de 25 a 40 bar.

O termo "vapor de baixa pressão" refere-se ao vapor que tem,tipicamente, uma pressão mais baixa do que o vapor de média pressão. Apressão do vapor de baixa pressão pode também variar, em uso, por umaampla faixa, mas é, de preferência, na faixa de 1,5 a 6 bar, particularmente,na faixa de 2 a 4 bar.

O termo "rede", como usado em relação à distribuição de vapor,refere-se a uma disposição de condutos, incluindo também, tipicamente, dis-positivos associados, tais como válvulas, dispositivos de liberação de pres-são de emergência, etc., para a distribuição de vapor do seu ou dos seuspontos de geração para o seu ou os seus pontos de uso. A rede de vapor demédia pressão vai incluir condutos para o transporte de vapor da caldeira derecuperação de calor para as primeira e segunda seções do preaquecedor e,opcionalmente, a uma válvula para a liberação de vapor de média pressãopara a rede de vapor de baixa pressão. A rede de vapor de média pressãopode também incluir condutos para a distribuição do vapor de média pressãopara quaisquer locais nos quais o vapor de média pressão é usado. A redede vapor de média pressão pode também comunicar-se com uma válvula,pela qual vapor de alta pressão pode ser adicionado, quando desejado, aovapor de média pressão, como mencionado acima, e a determinados mo-mentos, quando a caldeira de recuperação de calor não está produzindo va-por, por exemplo, durante partida do reator, a rede de vapor de média pres-são pode ser enchida com vapor de alta pressão.

O termo "etileno" deve ser considerado como incluindo misturasde etileno com outros componentes tipicamente usados na polimerização de alta pressão de etileno, tais como comonômeros, modificadores e iniciado-res, a menos que o contrário seja óbvio do contexto.

O reator de alta pressão pode ser qualquer reator adequadopara a polimerização de alta pressão de etileno, opcionalmente conjunta-mente com um ou mais comonômeros. Esses reatores são bem conhecidosdaqueles versados na técnica. Em uma concretização, o reator de alta pres-são é um reator tubular. O reator vai incluir uma entrada para uma correntede etileno e, usualmente, outras entradas para a adição de correntes parale-las de etileno, comonômero, iniciador e agentes de transferência de cadeia.O reator vai também incluir uma saída para a mistura de produto, que vaicompreender, tipicamente, principalmente, etileno não reagido e polímero,mas pode também compreender outros componentes, tais como iniciador,comonômero, agente de transferência de cadeia, impurezas da fonte de eti-leno e produtos de degradação, tal como dióxido de carbono.

Da saída do reator, a mistura produto vai passar, tipicamente,por uma válvula de abatimento de alta pressão e, eventualmente, para umsistema de separação no qual etileno não reagido é separado do polímero.O etileno não reagido passa, via o sistema de reciclagem, de volta para oscompressores. O sistema de reciclagem inclui, tipicamente, um ou mais va-sos de eliminação de cera e trocadores de calor, para resfriamento do etile-no. Em uma concretização preferida, a caldeira de recuperação de calor élocalizada na reciclagem de etileno. Outras possíveis localizações para acaldeira de recuperação de calor incluem um resfriador de produto, entre aválvula de abatimento de alta pressão e o sistema de separação, ou mesmono próprio reator. O termo "caldeira de recuperação de calor" inclui qualquerdispositivo ou dispositivos que usam calor produzido pela polimerização paraproduzir vapor.

De preferência, o sistema de distribuição de vapor compreendeuma válvula para o suprimento de vapor de média pressão para a segundaseção do preaquecedor e uma válvula para o suprimento de vapor de altapressão para essa segunda seção. De preferência, ambas as válvulas sãoválvulas de bloco. De preferência, o sistema de distribuição de vapor é dis-posto de modo que apenas uma dessas válvulas fique aberta durante uso doaparelho.

Em uma concretização preferida, o aparelho inclui um meio decontrole para o controle do suprimento de vapor para as primeira, segunda eterceira seções do preaquecedor. Particularmente, o aparelho inclui um sen-sor de etileno, a jusante da saída do preaquecedor e a montante da entradapara o reator, para monitorar a temperatura do etileno na região da entradado reator. De preferência, o meio de controle é disposto para operar em res-posta a um sinal de saída desse sensor de temperatura. O meio de controlevai também incluir tipicamente um meio para introduzir um valor desejadopara a temperatura do etileno de entrada no reator, com o meio de controlesendo disposto para controlar o suprimento de vapor às primeira, segunda eterceira seções do preaquecedor, em resposta àquele valor desejado e émresposta ao sinal de saída do sensor de temperatura. Em geral, o meio decontrole vai ser disposto principalmente para colocar a temperatura efetivado etileno entrando no reator pelo conduto dentro dos limites predetermina-dos da temperatura desejada e manter a temperatura do etileno dentro des-ses limites. Essa vai ser tipicamente a função básica do meio de controle,para evitar que a temperatura de entrada saia dos limites predeterminados eperturbe o reator, provocando uma variação indesejável na qualidade do po-límero ou perda de produção. De preferência, o meio de controle vai sertambém disposto para maximizar a produção de vapor de média pressão e,desse modo, otimizar a eficiência da caldeira de recuperação de calor.

Como mencionado acima, a demanda para vapor de baixa pres-são pode variar de tempos em tempos, por exemplo, devido a variações notempo. O meio de controle inclui, de preferência, meios pelos quais a pro-porção de vapor de média pressão, liberada para a rede de vapor de baixapressão, pode ser alterada em resposta a variações na demanda para vaporde baixa pressão. Por exemplo, o meio de controle pode ser disposto demodo que um valor alvo possa ser ajustado para o grau no qual a válvula,pela qual vapor de média pressão é liberado para a rede de vapor de baixapressão, seja aberta, e o meio de controle ajusta o fluxo de vapor de altapressão para a terceira seção do preaquecedor, para atingir aquele valoralvo, enquanto mantendo a temperatura de entrada no reator no valor dese-jado.Alternativamente, o meio de controle pode incluir um meio, pormeio do qual o fluxo de vapor de alta pressão para a terceira seção do prea-quecedor pode ser aumentado ou diminuído, com um aumento nesse fluxoprovocando uma redução no uso de vapor de média pressão na primeira (ena segunda) seções, favorecendo, desse modo, a liberação de vapor demédia pressão para a rede de vapor de baixa pressão.

Em uma concretização, o sistema de suprimento de vapor com-preende um sensor de pressão, para monitorar a pressão do vapor na redede vapor de média pressão, e o meio de controle opera em resposta à saídado sensor de pressão. O meio de controle pode incluir um controlador depressão, que recebe a saída do sensor de pressão e que controla o meiopara liberar vapor de média pressão para a rede de vapor de baixa pressãoe o meio para liberar vapor de alta pressão para a rede de vapor de médiapressão, em resposta a essa saída e em resposta a um ponto predetermina-do. Vantajosamente, o controlador de pressão é disposto de modo que umapressão alvo possa ser ajustada por um operador ou por outra parte do sis-tema de controle. Especialmente de forma vantajosa, o aparelho inclui umcontrolador de temperatura, que ajusta o ponto predeterminado do controla-dor de pressão, em resposta à saída de um sensor de temperatura, paramonitorar a temperatura do etileno na região da entrada do reator.

Em uma concretização alternativa, o meio de controle inclui umcomputador programado para controlar o suprimento de vapor para as pri-meira, segunda e terceira seções do preaquecedor, em resposta ao sinal desaída de um sensor de temperatura, para monitorar a temperatura do etilenona região da entrada do reator. De preferência, o computador é tambémprogramado para liberar vapor da rede de vapor de média pressão para arede de vapor de baixa pressão, para otimizar o consumo de energia total.

A invenção também proporciona um método de aquecer etilenoem um preaquecedor, em um aparelho de polimerização de etileno a altapressão, em que o preaquecedor compreende primeira, segunda e terceiraseções e o método envolve:

gerar vapor de média pressão usando calor recuperado;proporcionar vapor de alta pressão de uma fonte de vapor dealta pressão;

suprir vapor de média pressão, opcionalmente suplementadocom vapor de alta pressão, à primeira seção do preaquecedor;

suprir à segunda seção o mesmo vapor que o suprido à primeiraseção ou vapor de alta pressão;

suprir vapor de alta pressão à terceira seção; evariar a entrada de calor no preaquecedor por variação do vaporsuprido à segunda seção do mesmo vapor, como o suprido à primeira seção,para vapor de alta pressão, ou vice-versa.

O vapor de média pressão vai ser tipicamente gerado usandouma caldeira de recuperação de calor. O vapor de alta pressão vai ser usu-almente proporcionado por uma caldeira de vapor de alta pressão.

Como explicado acima, durante partida do aparelho de polimeri-zação, calor recuperado não vai estar disponível e, portanto, o vapor supridoao preaquecedor vai ser vapor de alta pressão. No entanto, uma vez que apolimerização tenha começado, o calor recuperado vai estar disponível paragerar o vapor de média pressão.

O preaquecedor é disposto a montante do reator de alta pres-são, isto é, o etileno é aquecido pelo preaquecedor antes de entrar em umaentrada para o reator. De preferência, o método envolve selecionar umatemperatura de entrada no reator desejada. De preferência, o método envol-ve monitorar a temperatura efetiva do etileno na região da entrada do reator.Particularmente, o método envolve controlar o suprimento de vapor às se-ções do preaquecedor, de acordo com a temperatura de entrada no reatordesejada e na temperatura de entrada no reator efetiva medida. Em particu-lar, o método envolve vantajosamente o controle da pressão do vapor demédia pressão, de acordo com a temperatura de entrada no reator desejadae na reivindicação de entrada no reator efetiva medida. De preferência, vari-ações no vapor suprido à segunda seção são feitas de acordo com a tempe-ratura de entrada no reator desejada. Vantajosamente, o fluxo de vapor dealta pressão para a terceira seção é controlado de acordo com a temperatu-ra de entrada no reator desejada e na temperatura de entrada no reator efe-tiva medida.

Vantajosamente, o método envolve a liberação de vapor de mé-dia pressão para uma rede de vapor de baixa pressão. Essa liberação podeser controlada, em resposta à demanda na rede de vapor de baixa pressão,bem como em resposta à temperatura de entrada no reator desejada e àtemperatura de entrada no reator efetiva medida.

O vapor de média pressão é opcionalmente suplementado comvapor de alta pressão, por exemplo, quando uma temperatura de entrada no reator especialmente alta é desejada ou durante os problemas com o reator.No entanto, de preferência, durante operação normal (isto é, excluindo parti-da do reator e problemas com o reator), o vapor de média pressão não ésuplementado com vapor de alta pressão.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Uma concretização de acordo com a invenção vai ser descrita aseguir em mais detalhes, com a finalidade de ilustrar apenas com relação àsfiguras, nas quais:

a Figura 1 mostra uma unidade industrial de polimerização emforma esquemática; e

a Figura 2 mostra, em forma esquemática, o preaquecedor e osistema de distribuição de vapor associado da unidade industrial mostradana Figura 1.

A Figura 1 mostra uma unidade industrial de polimerização 1,incluindo uma linha de alimentação de etileno 2, que fornece etileno a umapressão de 70 bar a um compressor primário 3, que comprime o etileno auma pressão de aproximadamente 300 bar. A saída do compressor primário3 se comunica por um tubo, tendo uma válvula, com a entrada de um com-pressor secundário alternativo de dois estágios 4, que comprime o etileno eoutros componentes da mistura reacional a uma pressão de 3.000 bar. Oetileno comprimido deixando o compressor secundário 4 é dividido em duascorrentes, uma das quais passa pelo preaquecedor 5 e depois entra na ex-tremidade frontal do reator tubular 6. A outra corrente é dividida em duascorrentes laterais, que entram no reator tubular 6 em pontos ao longo do seucomprimento. O reator tubular é também dotado ao longo do seu compri-mento com vários pontos de injeção de iniciador, que são alimentados dosistema de injeção de iniciador 7.

Do reator tubular 6, a mistura de polímero e monômero não rea-gido passa pela válvula de abatimento de alta pressão 8 para o separador dealta pressão 9, no qual é separada em polímero produto e etileno não reagi-do. O polímero então passa para o separador de baixa pressão 10, no qualmais etileno residual é separado, e finalmente pelo tubo 11 para uma extru-sora (não mostrada). O etileno não reagido do separador de alta pressãopassa de volta pelo sistema de gás de reciclagem 12, que inclui uma caldei-ra de recuperação de calor 13, para a entrada do compressor secundário 4.O gás de monômero não reagido de baixa pressão passa do separador debaixa pressão 10 de volta para o compressor primário 3.

O preaquecedor 5 aquece a corrente de etileno entrando na ex-tremidade frontal do reator tubular 6 até uma temperatura na qual o iniciadorvai começar a decompor-se, iniciando, desse modo, a polimerização. A tem-peratura do etileno deixando o preaquecedor 5 e entrando na entrada doreator 6 é monitorada por um sensor de temperatura (não mostrado na Figura 1).

A reação de polimerização é altamente exotérmica, e o reatortubular 6 inclui várias camisas de resfriamento para resfriar a mistura reacio-nal. A mistura produto deixando o reator tubular 6 e passando pela válvulade abatimento de alta pressão 8 fica ainda quente, embora, quando entra norecipiente de separação de alta pressão 9, parte desse calor fica retido peloetileno gasoso passando pelo sistema de reciclagem 12. A caldeira de recu-peração de calor 13 resfria a corrente de etileno quente e usa esse calor pa-ra gerar vapor de média pressão. O sistema de reciclagem 12 também incluitrocadores de calor para resfriar ainda mais o etileno, bem como vasos deeliminação de cera para a coleta de ceras. O vapor de média pressão gera-do na caldeira de recuperação de calor 13 escoa para o preaquecedor 5,pelos condutos (não mostrados na Figura 1), no qual é usado para aquecero etileno indo para a extremidade frontal do reator 6.

A Figura 2 ilustra a disposição do preaquecedor 6 e do sistemade suprimento de vapor associado. A linha 14 representa o conduto de etile-no, que se estende do compressor secundário 4 para a extremidade frontaldo reator tubular 6, com as setas mostrando a direção do fluxo de etileno. Opreaquecedor 5 inclui quatro camisas de vapor 5a, 5b, 5c e 5d, que são dis-postas nessa ordem ao longo do comprimento do conduto 14, na direção dofluxo de etileno. Essas camisas de vapor 5a, 5b, 5c e 5d têm todas uma en-trada para vapor e uma série de saídas pelas quais o condensado é drena-do. O condensado escoa por uma série de condutos (não mostrados na Fi-gura 2) a uma instalação de tratamento de condensado (não mostrada naFigura 2). As camisas de vapor 5a, 5b, 5c e 5d são bastante similares emconstrução, diferindo basicamente apenas em comprimento.

As entradas de vapor das camisas 5a, 5b e 5c se comunicamtodas por um conduto 15a, 15b e 15c, respectivamente, com o conduto dovapor de média pressão 16, que conduz vapor de média pressão da caldeirade recuperação de calor 13. O conduto 16 se comunica, pelo conduto 17 e aválvula de controle 18, com uma rede de vapor de baixa pressão 19. O con-duto 16 também se comunica, pelo conduto 20 e a válvula de controle 21,com a rede de vapor de alta pressão 22. As válvulas de controle 18 e 21 sãopara fins de manutenção, cada uma delas dotada com um circuito de deriva-ção, incluindo uma válvula operada manualmente, que, em operação normal,fica fechada.

Localizada no conduto de vapor de média pressão 16, entre asjunções com os condutos 15b e 15c para as camisas 5b e 5c, respectiva-mente, fica uma válvula de bloco 23á. O conduto 15c também se comunicapelo conduto 24, tendo uma válvula de bloco 23b, com a rede de vapor dealta pressão 22.

A entrada de vapor da camisa de vapor mais a jusante 5d secomunica, pelo conduto 25 e válvula de controle 26, com a rede de vapor dealta pressão 22. A válvula de controle 26 é dotada com uma derivação, queé similar àquelas nas válvulas 18 e 21.O conduto de etileno 14 é dotado com um sensor de temperatu-ra 27, localizado entre a extremidade a jusante da camisa de vapor 5d e aentrada do reator 6, para medir a temperatura do etileno, na medida em queele escoa para a extremidade frontal do reator 6. O conduto de vapor demédia pressão 16 é dotado com um sensor de pressão 28, para medir apressão do vapor nesse conduto. Ambos o sensor de temperatura 27 e osensor de pressão 28 são conectados a um sistema de controle (não mos-trado na Figura 2), que monitora as suas saídas e controla a válvula de con-trole de vapor de média a baixa pressão 18, a válvula de controle de vaporde alta a média pressão 21, as válvulas de bloco 23a e 23b, e a válvula decontrole de vapor de alta pressão 26, em resposta a essas saídas e em res-posta a um valor predeterminado da entrada de temperatura inicial no siste-ma de controle.

As camisas de vapor 5a e 5b são, portanto, dispostas para se-rem supridas, pelos condutos 15a e 15b e conduto de vapor de média pres-são 16, com vapor de média pressão da caldeira de recuperação de calor13. Essas duas camisas de vapor 5a e 5b constituem conjuntamente a pri-meira seção do preaquecedor 5.

Quando desejado, o vapor de média pressão pode ser suple-mentado com vapor de alta pressão por abertura da válvula de controle 21,propiciando, desse modo, que vapor de alta pressão da rede de vapor dealta pressão 21 escoe pelo conduto 20 para o conduto de vapor de médiapressão 16.

Quando for desejado reduzir a pressão do vapor de média pres-são, a abertura da válvula de controle 18 propicia que o vapor de médiapressão escoe do conduto de vapor de média pressão 16, pelo conduto 17,para a rede de vapor de baixa pressão 19.

Quando a válvula de bloco 23a é aberta e a válvula de bloco23b é fechada, a camisa de vapor 5c, que constitui a segunda seção do pre-aquecedor 5 da invenção, é suprida com vapor de média pressão do condu-to de média pressão 16 (que, quando a válvula de controle 21 está aberta,vai ser suplementado com vapor de alta pressão da rede de vapor de altapressão 22). Fechando-se a válvula de bloco 23a e abrindo-se a válvula debloco 23b, comuta-se o suprimento de vapor para a camisa de vapor 5c paravapor de alta pressão, e fechando-se a válvula de bloco 23b e abrindo-se aválvula de bloco 23a, comuta-se mais uma vez para antes. Em circunstân-cias normais, apenas uma das válvulas de bloco 23a e 23b deve ser abertapor vez.

A camisa de vapor 5d constitui á terceira seção do preaquece-dor 5 da invenção. É suprida com vapor de alta pressão, pelo conduto 25,com o fluxo de vapor de alta pressão sendo controlado pela válvula de con-trole 26.

Durante partida e certos problemas com o reator, a temperaturade entrada no reator desejada é introduzida no meio de controle. A válvulade controle 18 para a rede de vapor de baixa pressão é fechada, a válvulade controle 21 é aberta para permitir que vapor de alta pressão passe para alinha de vapor de média pressão 16, e daí para as camisas de vapor 5a, 5be 5c (válvula de bloco 23a sendo aberta e a válvula de bloco 23b sendo fe-chada). Vapor de alta pressão é também fornecido à camisa de vapor 5d.Uma vez que a polimerização tenha começado e a caldeira de recuperaçãode calor 13 esteja gerando vapor de média pressão, a válvula de controle 21pode ser fechada.

Quando um grau de polímero requerendo uma temperatura doreator relativamente baixa é desejado, as camisas de vapor 5a, 5b e 5c vãoser supridas com vapor de média pressão do conduto de vapor de médiapressão 16, e a válvula de controle 18 vai ser parcialmente aberta, liberandoparte do vapor de média pressão para a rede de vapor de baixa pressão 19.A válvula de controle 26 vai ser fechada e pouco ou nenhum vapor vai serfornecido à camisa de vapor 5d.

Quando uma temperatura de entrada do reator intermediária énecessária, a válvula de controle 18 é fechada para impedir a liberação devapor de média pressão para a rede de vapor de baixa pressão 19, e a vál-vula de controle 26 é parcialmente aberta, propiciando que parte do vapor dealta pressão escoe para a camisa de vapor 5d.Quando uma alta temperatura de entrada no reator é desejada,a válvula de bloco 23a é fechada e a válvula de bloco 23b é aberta, de modoque a camisa de vapor 5c recebe vapor de alta pressão. Se uma temperatu-ra de entrada muito alta é necessária, a válvula de controle 21 pode ser a-berta para permitir que parte do vapor de alta pressão se junte ao vapor demédia pressão, aumentando, desse modo, a entrada de calor para as cami-sas de vapor 5a e 5b.

Quando há uma maior demanda para vapor de baixa pressão,por exemplo, durante o inverno, o sistema de controle pode ser ajustado pa-ra permitir mais vapor de alta pressão para a camisa de vapor 5d e liberarmais vapor de média pressão para a rede de vapor de baixa pressão.

Vai-se considerar que a descrição acima é um resumo da ope-ração do sistema e que, durante a operação normal, o sistema de controleajusta continuamente a posição das várias válvulas, para manter a tempera-tura do etileno entrando no reator a mais próxima possível da temperaturadesejada e para otimizar o consumo de energia total.

Embora as concretizações preferidas tenham sido ilustradas edescritas em detalhes aqui, vai ser evidente para aqueles versados na técni-ca relevante que várias modificações, adições, substituições e assemelha-dos podem ser feitas, sem que se afaste do espírito da invenção, e essessão, portando, considerados como estando dentro do âmbito da invenção,como definido nas reivindicações que se seguem. Na medida em que a nos-sa descrição fica específica, isso é apenas com a finalidade de ilustrar asconcretizações preferidas da nossa invenção e não deve ser consideradacomo limitando a nossa invenção a essas concretizações específicas. O usode subcabeçalhos na descrição é intencionado para auxiliar e não é inten-cionado, de modo algum, para limitar o âmbito da nossa invenção.

Claims (20)

1. Aparelho para a polimerização de alta pressão de etileno, quecompreende:um reator de alta pressão;um conduto para o suprimento de etileno ao reator, o condutosendo dotado com um preaquecedor para aquecimento do etileno;uma caldeira de recuperação de calor para a produção de vaporde média pressão;uma fonte de vapor de alta pressão; eum sistema de distribuição de vapor compreendendo uma redede vapor de média pressão, para a distribuição de vapor de média pressãoda caldeira de recuperação de calor,em que o preaquecedor compreende primeira, segunda e tercei-ra seções, e o sistema de distribuição de vapor é tal que a primeira seçãopode ser suprida com vapor da rede de vapor de média pressão, a segundaseção do preaquecedor pode ser suprida com vapor da rede de vapor demédia pressão, ou com vapor de alta pressão, e a terceira seção do prea-quecedor pode ser suprida com vapor de alta pressão.

2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, no qual o sistemade distribuição de vapor compreende uma rede de vapor de baixa pressão eum meio para liberar vapor de média pressão nessa rede de vapor de baixapressão.

3. Aparelho de acordo com a reivindicação 1 ou 2, no qual o sis-tema de distribuição de vapor compreende um meio para liberar vapor dealta pressão na rede de vapor de média pressão.

4. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações de-1 a 3, no qual o sistema de distribuição de vapor compreende uma válvula,para suprir vapor da rede de vapor de média pressão à segunda seção dopreaquecedor, e uma válvula para suprir vapor de alta pressão à segundaseção do preaquecedor.

5. Aparelho de acordo com a reivindicação 4, no qual ambas asválvulas são válvulas de bloco.

6. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações de-1 a 5, no qual o sistema de distribuição de vapor compreende uma válvulade controle, para o controle do fluxo de vapor de alta pressão para a terceiraseção do preaquecedor.

7. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações dea 6, que inclui um meio de controle para o controle do suprimento de vaporàs primeira, segunda e terceira seções do preaquecedor.

8. Aparelho de acordo com a reivindicação 7, que inclui um sen-sor de temperatura, a jusante da saída do preaquecedor e dentro ou a mon-tante da entrada para o reator, para monitorar a temperatura do etileno e queproduz um sinal de saída, e no qual o meio de controle é disposto para ope-rar em resposta àquele sinal de saída.

9. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações dea 8, no qual o meio de controle pode ser ajustado para variar a proporçãode vapor de média pressão liberada para a rede de vapor de baixa pressão.

10. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesde 7 a 9, no qual o sistema de distribuição de vapor compreende um sensorde pressão para monitorar a pressão do vapor na rede de vapor de médiapressão e que produz um sinal de saída, e o meio de controle opera em res-posta ao sinal de saída do sensor de pressão.

11. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesde 1 a 10, no qual a primeira seção do preaquecedor fica a montante da se-gunda seção do preaquecedor, e a segunda seção do preaquecedor fica amontante da terceira seção do preaquecedor.

12. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesde 1 a 11, no qual cada seção do preaquecedor compreende uma camisa devapor em torno do conduto, para suprimento de etileno ao reator.

13. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesde 1 a 12, que compreende um sistema de reciclagem de etileno, e a caldei-ra de recuperação de calor é localizada nesse sistema de reciclagem de eti-leno.

14. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesde 1 a 13, no qual o reator é um reator tubular.

15. Aparelho para a polimerização de alta pressão de etileno,que compreende:um reator tubular;um conduto para suprimento de etileno ao reator tubular, o con-duto sendo dotado com um preaquecedor para aquecimento do etileno;uma caldeira de recuperação de calor para a produção de vaporde média pressão, usando o calor gerado pela reação de polimerização;uma fonte de vapor de alta pressão; eum sistema de distribuição de vapor compreendendo uma redede vapor de média pressão, para a distribuição de vapor de média pressãoda caldeira de recuperação de calor, e uma rede de vapor de alta pressão,para a distribuição de vapor da caldeira de vapor de alta pressão,em que o preaquecedor compreende primeira, segunda e tercei-ra seções, cada uma das seções compreendendo pelo menos uma camisade vapor, e em que a camisa ou as camisas de vapor da primeira seção dopreaquecedor se comunicam com a rede de vapor de média pressão, a ca-misa ou as camisas de vapor da segunda seção do preaquecedor se comu-nicam, pelas válvulas de bloco, com ambas a rede de vapor de média pres-são e a rede de vapor de alta pressão, e a camisa ou as camisas de vaporda terceira seção do preaquecedor se comunicam, por uma válvula de con-trole, com a rede de vapor de alta pressão.

16. Método de aquecer etileno em um preaquecedor, em umaparelho de polimerização de etileno de alta pressão, no qual o preaquece-dor compreende primeira, segunda e terceira seções, e o método envolve:gerar vapor de média pressão usando calor recuperado;proporcionar vapor de alta pressão de uma fonte de vapor dealta pressão;suprir vapor de média pressão, opcionalmente suplementadocom vapor de alta pressão, à primeira seção do preaquecedor;suprir à segunda seção o mesmo vapor que o suprido à primeiraseção do preaquecedor ou vapor de alta pressão;suprir vapor de alta pressão à terceira seção do preaquecedor; evariar a entrada de calor no preaquecedor por variação do vaporsuprido à segunda seção do preaquecedor do mesmo vapor, como o supridoà primeira seção, para vapor de alta pressão, ou vice-versa.

17. Método de acordo com a reivindicação 16, que compreendecontrolar o fluxo de vapor de alta pressão à terceira seção do preaquecedor.

18. Método de acordo com a reivindicação 16 ou 17, que com-preende liberar vapor de média pressão para uma rede de vapor de baixapressão.

19. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de-16 a 18, no qual, durante operação normal, o vapor de média pressão não ésuplementado com vapor de alta pressão.

20. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações de-16 a 19, no qual, durante a partida do reator ou durante um problema comele, vapor de alta pressão é adicionado ao vapor de média pressão.