BRPI0712032B1

BRPI0712032B1 - Aparelho para polimerização em alta pressão de olefinas e processo para produzir copolímeros de polietileno e etileno

Info

Publication number: BRPI0712032B1
Application number: BRPI0712032-0A
Authority: BR
Inventors: Claessens Roger; A. Lammens Henri; Vaes Gert; Van Nuland Tom
Original assignee: Exxonmobil Chemical Patents Inc.
Priority date: 2006-05-19
Filing date: 2007-04-04
Publication date: 2018-06-12
Also published as: GB0609973D0; CA2651867A1; EP2029268A1; EA200802250A1; KR20090017610A; US7837950B2; BRPI0712032A2; US20100022736A1; MY146233A; WO2007134670A1; EP2029268B1; CN101472675B; CN101472675A; TW200808836A; KR101493531B1

Abstract

aparelho para a produção de copolimeros de polietileno e etileno. a presente invenção refere-se a um aparelho e um processo para a polimerização em alta pressão de etileno, opcionalmente com um ou mais comonômeros, em que monômero não reagido é separado do pollmero em um sistema de separação, tendo pelo menos primeiro, segundo e terceiro recipientes de separação e no qual gás fora de especificação do segundo recipiente de separação é recombinado na mistura de produto, a jusante do primeiro recipiente de separação, usando, de preferência, uma bomba de jato.

Description

(54) Título: APARELHO PARA POLIMERIZAÇÃO EM ALTA PRESSÃO DE OLEFINAS E PROCESSO PARA PRODUZIR COPOLÍMEROS DE POLIETILENO E ETILENO (51) Int.CI.: B01J 3/04; C08F 10/02; B01J 8/00; B01J 19/24 (30) Prioridade Unionista: 19/05/2006 GB 06 09973.3 (73) Titular(es): EXXONMOBIL CHEMICAL PATENTS INC.

(72) Inventor(es): ROGER CLAESSENS; HENRI A. LAMMENS; GERT VAES; TOM VAN NULAND

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para APARELHO PARA POLIMERIZAÇÃO EM ALTA PRESSÃO DE OLEFINAS E PROCESSO PARA PRODUZIR COPOLÍMEROS DE POLIETILENO E ETILENO.

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a um aparelho e a um processo para a polimerização de etileno sob alta pressão, opcionalmente na presença de comonômeros. Em particular, a invenção refere-se a um aparelho e a um processo para a separação de polímero de monômero não reagido. Antecedentes da Invenção

Os reatores de alta pressão, tais como reatores tubulares e autoclaves, são usados para a polimerização de etileno a alta pressão, por exemplo, pressões acima de 100 mPa (1.000 bar) e até uma pressão igual ou superior a 300 mPa (3.000 bar). Nesses processos, etileno fresco de uma fonte de etileno é comprimido na pressão do reator, tipicamente por uma combinação de um compressor primário, que comprime o etileno a uma pressão intermediária, isto é, em torno de 30 mPa (300 bar), e um compressor secundário, que comprime o etileno dessa pressão até a pressão final do reator. O etileno é depois combinados, no reator, com iniciadores e quaisquer comonômeros, e é polimerizado para produzir uma mistura compreen20 dendo, principalmente, polímero e monômero não reagido. Essa mistura deixa o reator por uma válvula, referida geralmente como uma válvula de abatimento de alta pressão, e depois entra em um sistema de separação, no qual monômero não reagido é separado do polímero e reciclado de volta para a sucção do compressor secundário, no qual é combinado com o etile25 no fresco do compressor primário.

Várias formas de sistemas de separação são conhecidas. Um desses sistemas de separação conhecidos inclui dois recipientes de separação dispostos em série. O primeiro recipiente de separação, algumas vezes referido como o recipiente de alta pressão, tem uma entrada para a mistura de produto originária da válvula de abatimento de alta pressão, uma saída para o gás monômero não reagido separado (referido como gás fora de especificação) e uma saída no fundo do recipiente para o polímero. Esse poPetição 870170064885, de 01/09/2017, pág. 9/16 límero, que ainda contém, por assim dizer, de 30 a 40% em peso de etileno, passa da saída do primeiro recipiente, por um conduto, para o segundo recipiente, freqüentemente referido como o recipiente de baixa pressão, no qual todo o etileno remanescente se separa e é removido por uma saída superior, como gás fora de especificação, deixando o polímero em fusão escoar por uma saída no fundo do recipiente. Tipicamente, o recipiente de alta pressão vai operar a uma pressão tal que o gás fora de especificação pode ser retornado, por um sistema de reciclagem, para a sucção do compressor secundário. O separador de baixa pressão opera a uma pressão muito mais baixa, e o gás fora de especificação do separador a baixa pressão deve ser comprimido em um outro compressor (conhecido como um compressor de purga), antes de ser enviado para o compressor secundário.

O polímero em fusão deixando o sistema de separação é geralmente extrudado e resfriado para produzir um produto sólido, tipicamente em forma de péletes, que é enviado para armazenamento ou a outras instalações de manuseio de produto. O produto polímero retém, tipicamente, uma pequena proporção de etileno residual, que vaza lentamente dos péletes. As instalações de armazenamento de produto devem ser, portanto, bem ventiladas para impedir um acúmulo de etileno. No entanto, a ventilação dos compostos orgânicos, tal como etileno, para a atmosfera é agora reconhecida como sendo indesejável, e é sujeita a controle regulador em muitas partes do mundo.

A polimerização de etileno é um processo exotérmico, que gera calor. Usualmente, parte dessa energia térmica é recuperada do etileno reci25 ciado e usada para gerar vapor. A despeito dessa economia, a energia elétrica economizada necessária para a compressão do etileno à pressão do reator representa uma proporção significativa do custo do produto final e é, portanto, desejável por ambas as razões de economia e ambiental, para maximizar a quantidade de polímero produzida por unidade de energia consu30 mida pelos compressores.

Os reatores de polimerização em alta pressão têm, geralmente, tempos de vida útil de 20 ou 30 anos, ou mesmo mais longos. Há muitos anos esforços têm sido feitos para aumentar a produtividade das instalações existentes por descongestionamento. No entanto, ainda se mantém uma necessidade para o aumento da capacidade das plantas de polimerização em alta pressão existentes.

A patente U.S. 4.342.853 descreve um separador de pressão intermediária. No entanto, esse documento não ensina que o gás fora de especificação de pelo menos um recipiente de separação, a jusante do primeiro recipiente de separação, é retornado para um local a jusante da válvula de abatimento de alta pressão e a montante do primeiro recipiente de separação. A patente U.S. 4.082.910 usa o tempo de residência nos separadores para controlar as propriedades dos produtos, embora, não haja qualquer ensinamento para uso como um separador de pressão intermediária. A patente U.S. 4.215.207 descreve o uso de uma bomba de jato, para puxar o gás da saída de reciclagem para a corrente de saída do reator, sem uso de um separador operando a uma pressão intermediária de um separador de pressão mais alta e mais baixa.

Seria desejável ter um aparelho e processos que satisfaçam, pelo menos parcialmente, uma ou mais das necessidades mencionadas acima.

Resumo da Invenção

A presente invenção proporciona um aparelho para polimerização em alta pressão de etileno e, opcionalmente, um ou mais comonômeros, compreendendo:

um reator de alta pressão no qual monômero é polimerizado para produzir uma mistura de produto compreendendo polímero e monômero não reagido;

uma válvula de abatimento de alta pressão a jusante do reator, pela qual a mistura de produto do reator de alta pressão escoa; e um sistema de separação da válvula de abatimento de alta pressão, o sistema de separação compreendendo pelo menos um primeiro, um segundo e um terceiro recipientes de separação dispostos em série para a separação de gás da mistura de produto, como gás fora de especificação, e um meio de bombeamento para retornar pelo menos parte do gás fora de especificação de pelo menos um dos recipientes de separação, a jusante do primeiro recipiente de separação, de volta para a mistura de produto, em um local a jusante da válvula de abatimento de alta pressão e a montante do primeiro recipiente de separação.

De uma maneira geral, o uso de três ou mais recipiente de separação permite, quando comparado com os sistemas de separação tendo apenas um ou dois recipientes de separação, uma separação aperfeiçoada, que resulta geralmente em níveis mais baixos de monômero residual no po10 límero deixando o sistema de separação, e, portanto, possibilita uma redução na quantidade de monômero por quilograma de polímero, que é perdida após solidificação e peletização do polímero, tais como vazamentos do polímero durante armazenamento, e é perdida, por exemplo, por perda para a atmosfera. Isso propicia uma redução no monômero global perdido para a atmosfera, ou, aiternativamente, a quantidade de polímero produzida pela planta de polimerização pode ser aumentada sem infringir quaisquer níveis permitidos de emissão de monômero.

O retorno de pelo menos parte do gás fora de especificação do segundo, terceiro ou recipiente de separação subseqüente para a corrente da mistura de produto, a montante do primeiro recipiente de separação, também significa que o gás fora de especificação é reintroduzido no primeiro recipiente de separação. Uma parte do gás fora de especificação retornado vai ser depois separado da mistura de produto no primeiro recipiente de separação e vai sair, como gás fora de especificação, desse recipiente, en25 quanto que o restante vai passar pelo segundo recipiente de separação. De novo, uma parte desse restante vai ser removido como gás fora de especificação do segundo recipiente de separação e vai retornar mais uma vez para a primeiro recipiente de separação. O efeito desse circuito é aumentar a proporção de monômero não reagido, que é produzido como gás fora de especificação do primeiro recipiente de separação, e diminuir a proporção de monômero não reagido, que é produzido como gás fora de especificação dos recipientes de separação subseqüentes. O sistema de separação da invenção torna, desse modo, possível, em uma planta existente, aumentar a quantidade total de monômero separado (com um aumento correspondente na quantidade de polímero produzida na planta), enquanto evitando a necessidade em proporcionar uma capacidade de compressão adicional para a compressão do gás fora de especificação dos recipientes de separação a jusante do primeiro recipiente de separação. Desse modo, uma planta existente tendo um sistema de separação de dois estágios, no qual o gás fora de especificação do primeiro estágio é retornado, por uma corrente de reciclagem, para o compressor secundário para recompressão na pressão do reator, e no qual o gás fora de especificação do segundo estágio (que está a uma pressão mais baixa que o gás fora de especificação do primeiro estágio) deve ser comprimido em um compressor de purga (ou em parte do compressor primário), antes de entrar no compressor secundário, pode ser modificada de acordo com a invenção, para possibilitar um aumento na produtividade pelo sistema de separação, sem necessitar de um compressor de purga adicional.

O gás fora de especificação do segundo ou de um recipiente de separação subseqüente vai estar, naturalmente, a uma pressão mais baixa do que a mistura de produto, a jusante da válvula de abatimento de alta pressão e a montante do primeiro recipiente de separação, e, portanto, o gás fora de especificação, que é retornado para essa mistura de produto, deve ser comprimido pelo meio de bombeamento a uma pressão igual ou superior àquela da mistura de produto. O meio de bombeamento pode ser qualquer bomba ou compressor adequado. No entanto, em uma concretização especialmente favorável, o meio de bombeamento é um que utiliza a energia do fluxo da mistura de produto para comprimir o gás fora de especificação retornado. Desse modo, o consumo de energia global por unidade de polímero produzido é reduzido, em comparação com uma disposição na qual, por assim dizer, um compressor acionado inteiramente por uma fonte elétrica externa é usado. Mais significativamente, o uso de uma bomba ou de um compressor, que é energizado, pelo menos em parte, pelo fluxo da mistura de produto no aparelho da invenção, vai, em geral, reduzir o consumo de ener6 gia, quando comparado com um sistema de separação de dois estágios para uma mesma produtividade, porque nesse sistema convencional o volume de gás fora de especificação, que vai necessitar de compressão em um compressor de purga, vai ser maior. Expresso de outro modo, o sistema de separação da invenção, que retorna gás fora de especificação do segundo ou de um recipiente do sistema subseqüente de volta para o fluxo, para o primeiro recipiente de separação, garante que mais do gás fora de especificação produzido pelo sistema como um todo seja mantido a uma pressão mais alta, e, desse modo, reduz a necessidade para recompressão do gás, comparado com o sistema de dois estágios conhecido.

De preferência, o meio de bombeamento é uma bomba de jato. As bombas de jato são capazes de bombear tanto gases quanto líquidos e são conhecidas para uso em uma ampla gama de aplicações, incluindo o bombeamento de água de furos de sondagem profundos e em aplicações de campos de petróleo.

As bombas de jato são baseadas nos mesmos princípios dos ejetores. De acordo com o princípio de Bernoulli, na medida em que a velocidade de um fluido em movimento aumenta, a pressão dentro do fluido diminui. Um jato de alta velocidade emergindo de um bocal para um difusor vai criar uma sucção, que vai carrear gás de uma corrente secundária. Tipicamente, na aplicação de uma bomba de jato no aparelho da invenção, a corrente de produto de alta pressão, da válvula de abatimento de alta pressão, se expande e escoa por um bocal para produzir um jato de alta velocidade, que gera uma região de baixa pressão. A bomba de jato inclui uma entrada para essa região de baixa pressão, pela qual o gás fora de especificação retornado do segundo ou de um separador subseqüente, é arrastado. A jusante do bocal, a mistura de produto e o gás fora de especificação são misturados entre si.

As bombas de jato não têm quaisquer partes em movimento e são, portanto, robustas e têm baixos requisitos de manutenção. Esses benefícios são, naturalmente, altamente significativos na operação de uma planta de polimerização de etileno de alta pressão. SembCorp Simon Carves Ltd.

de Cheadle Hume no Reino Unido é uma empresa que tem estado envolvida no projeto e na instalação de bombas de jato operando fluidos de alta pressão.

O termo monômero, como aqui usado se refere a etileno e a qualquer mistura de etileno com um ou mais comonômeros. Os comonômeros adequados para copolimerização com etileno sob alta pressão incluem éteres vinílicos, tais como éter metil-vinílico e éter vinil-fenílico, olefinas, tais como propileno, 1-buteno, 1-octeno e estireno, ésteres vinílicos, tais como acetato de vinila, butirato de vinila e pivalato de vinila, haloolefinas, tais como fluoreto de vinila e fluoreto de vinilideno, ésteres acrílicos, tais como acrilato de metila, acrilato de etila e metacrilatos, outros compostos acrílicos ou metacrílicos, tais como ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido maléico, acrilonitrila e acrilamidas, e outros compostos, tais como álcool alílico, vinil silanos, e outros compostos vinílicos copolimerizáveis.

A corrente de produto deixando o reator vai incluir, além do polímero e do monômero não reagido, outras substâncias, tais como resíduos de iniciador e, opcionalmente, um ou mais agentes de transferência de cadeia.

Muitos iniciadores adequados são conhecidos das pessoas versadas. Os peróxidos orgânicos são uma classe preferida de iniciadores. Tipicamente, uma mistura de vários iniciadores, tendo diferentes temperaturas de decomposição, vai ser usada para proporcionar uma geração seguinte de radicais livres, na medida em que a temperatura da mistura reacional aumenta.

Uma pessoa versada na técnica vai estar também ciente de muitos agentes de transferência de cadeia (também referidos como modificadores). Os exemplos incluem propileno, 1-buteno, tetracloreto de carbono e propionaldeído. Os agentes de transferência de cadeia são descritos em Adv. Polym. Sei, vol. 7, 386 - 448 (1970).

O reator de alta pressão pode ser qualquer reator adequado para a polimerização em alta pressão de etileno e, opcionalmente, misturas de etileno / comonômero. As autoclaves e os reatores tubulares são exemplos bem conhecidos desses reatores.

De modo similar, a válvula de abatimento de alta pressão pode ser qualquer disposição de válvula, que seja adequada para abater a pressão da corrente de produto oriunda do reator, a uma pressão adequada para o sistema de separação.

Os termos a montante e a jusante, como usados no presente relatório descritivo, são utilizados com referência à direção do fluxo de monômero e de polímero pelo aparelho, começando com a fonte de etileno e indo pelas instalações de armazenamento de polímero acabado, a menos que outro significado fique claro do contexto.

Os recipientes de separação podem ser de qualquer forma adequada. Cada recipiente de separação tem, de preferência, uma parte cilíndrica superior, na qual a entrada para a mistura de produto, do lado a montante, é esvaziada e da qual uma saída para gás fora de especificação mos15 tra o caminho, e uma parte inferior de forma cônica invertida, na qual a fase polimérica concentrada é coletada e que tem, na sua extremidade mais baixa, uma saída pela qual a fase polimérica concentrada deixa o recipiente de separação. Um ou mais dos recipientes pode ter entradas tangenciais. As entradas tangenciais podem propiciar uma separação aperfeiçoada, fazendo com que a mistura de produto é movimentada em redemoinho em torno de um eixo central na forma de um ciclone. Como tem ciência uma pessoa versada, os recipientes de separação devem ser projetados de modo que a velocidade do gás subindo dentro do recipiente para a saída de gás fora de especificação seja significativamente menor do que a velocidade necessária para suspender e arrastar as partículas da fase polimérica concentrada. O projeto dos recipientes de separação devem ser também tais de modo a minimizar o tempo de residência do polímero no sistema. De preferência, cada câmara de separação tem um revestimento interno para permitir uma fácil limpeza. Vantajosamente, a razão de comprimento : diâmetro é na faixa de

6:1 a 3:1 e é, de preferência, em torno de 4:1 (tangente a tangente). O ângulo da seção cônica é vantajosamente na faixa de 50 a 70 graus, e é, desse modo, em torno de 60 graus.

Ainda que o aumento do número de recipientes de separação vá tender a aperfeiçoar a separação e reduzir o nível de monômero residual no polímero final (do mesmo modo que o aumento do número de pratos na coluna de destilação), um aumento no número de recipientes de separação vai tender a aumentar o tempo de residência do polímero no sistema de separação e o custo e a complexidade desse sistema.

Em uma concretização preferida, o aparelho da invenção compreende três recipientes de separação. De preferência, o primeiro recipiente de separação opera a uma pressão tal que o gás fora de especificação des10 se recipiente de separação pode ser retornado sem compressão por meio de um sistema de reciclagem, para a sucção do compressor imediatamente a montante do recipiente de separação (de modo que na disposição usual na qual há um compressor primário e um compressor secundário, o gás fora de especificação do primeiro recipiente de separação vai alimentar, de prefe15 rência, a sucção do compressor secundário).

O conduto da válvula de abatimento de alta pressão para o primeiro recipiente de separação pode incluir outros componentes, por exemplo, um resfriador de produto. Quando um resfriador de produto está presente, de preferência, o gás fora de especificação é retornado para a mistura de produto, em um local a jusante do resfriador de produto.

O primeiro recipiente de separação pode operar, por exemplo, a uma pressão de pelo menos 20 mPa (200 bar), de preferência, pelo menos 22 mPa (220 bar), particularmente, pelo menos 25 mPa (250 bar) e, especialmente, pelo menos 27 mPa (270 bar). O primeiro recipiente de separação opera, opcionalmente, a uma pressão não superior a 50 mPa (500 bar), de preferência, não superior a 40 mPa (400 bar), particularmente, não superior a 35 mPa (350 bar), e, especialmente, não superior a 33 mPa (330 bar). O primeiro recipiente de separação opera, opcionalmente, a uma pressão na faixa de 20 mPa a 50 mPa (200 bar a 500 bar), de preferência, de 22 a 40 mPa (220 bar a 400 bar), particularmente, de 25 a 35 mPa (250 a 350 bar), e, especialmente, de 27 a 33 mPa (270 a 330 bar). Em uma concretização, a pressão no primeiro recipiente de separação é governada pela pressão de descarga do compressor primário, que pode ser controlada, por exemplo, por uma válvula de rederramamento para o gás de retorno da descarga do compressor de volta para a tomada do compressor primário.

A mistura de produto deixando o reator compreende, de preferência, de 25 a 45% em peso, particularmente, de 30 a 40% em peso de polímero. A mistura de produto entrando no primeiro recipiente de separação compreende, de preferência, de 10 a 40% em peso, particularmente, de 25 a 35% em peso de polímero. A mistura de produto deixando o primeiro recipiente de separação pode compreender, por exemplo, na faixa de 40 a 90% em peso, particularmente, de 50 a 80% em peso, e, especialmente, de 60 a 70% em peso de polímero. As concentrações e outras condições efetivas, tal como a temperatura a qualquer momento, vão, naturalmente, depender um pouco, de acordo com o grau de polímero sendo produzido naquele momento.

Vantajosamente, a saída pela qual a mistura de produto deixa o primeiro recipiente de separação é dotada com uma válvula de controle. Especialmente vantajosamente, o primeiro recipiente de separação é dotado com um sensor, por exemplo, um sensor radioativo para monitorar o nível de mistura de produto.

O segundo recipiente de separação opera a uma pressão que é mais baixa que aquela do primeiro recipiente de separação e é, de preferência, não superior a 25 mPa (250 bar), vantajosamente, não superior a 20 mPa (200 bar), particularmente, não superior a 15 mPa (150 bar) e, especialmente, não superior a 12 mPa (120 bar). O segundo recipiente de separação opera opcionalmente a uma pressão de pelo menos 1 mPa (10 bar), vantajosamente, pelo menos 3 mPa (30 bar), particularmente, pelo menos 5 mPa (50 bar) e, especialmente, pelo menos 7 mPa (70 bar). O segundo recipiente de separação opera opcionalmente a uma pressão na faixa de 1 a 25 mPa (10 a 250 bar), vantajosamente de 3 a 20 mPa (30 a 200 bar), particularmente, de 5 a 15 mPa (50 a 150 bar), e, especialmente, de 7 a 12 mPa (70 a 120 bar). A pressão no segundo recipiente de separação pode ser controlada, por exemplo, por uma válvula de controle no conduto desse recipien11 te para a sucção do meio de bombeamento.

Vantajosamente, a mistura de produto deixando o segundo recipiente de separação compreende na faixa de 70 a 98% em peso, de preferência, de 80 a 97% em peso e, especialmente, de 88 a 97% em peso de polímero. De preferência, a saída pela qual a mistura de produto deixa o segundo recipiente de separação é também dotada com uma válvula de controle. Vantajosamente, o segundo recipiente de separação é também dotado com um sensor, por exemplo, um sensor radioativo, para sentir o nível de mistura de produto no recipiente.

De preferência, pelo menos 50%, particularmente, pelo menos 80% e, vantajosamente, pelo menos 90% do gás fora de especificação do segundo recipiente de separação é retornado para a mistura de produto, a jusante da válvula de abatimento de alta pressão e a montante do primeiro recipiente de separação. Qualquer desse gás fora de especificação retornado desse modo pode ser dirigido a um compressor e a um ou mais trocadores de calor para retorno para, por exemplo, a sucção do compressor primário. Em uma concretização especialmente preferida, todo o gás fora de especificação do segundo recipiente de separação é retornado para a mistura de produto, a jusante da válvula de abatimento de alta pressão e a montante do primeiro recipiente de separação. Em uma concretização, todo o gás retirado para o meio de bombeamento é do segundo recipiente de separação. Em uma concretização alternativa, o gás retirado para o meio de bombeamento inclui, adicionalmente, etileno gasoso retirado de outro local. Por exemplo, gás pode ser também retirado para a bomba de jato da saída do sistema de reciclagem de etileno. Esse etileno frio vai proporcionar mais resfriamento da corrente de produto.

A razão das vazões em toneladas / hora da mistura de produto entrando no meio de bombeamento, da válvula de abatimento de alta pressão, e do gás fora de especificação entrando no meio de bombeamento, do segundo ou de um recipiente de separação subseqüente, é, opcionalmente, na faixa de 100:1 a 2:1, de preferência, de 50:1 a 4:1, particularmente, de 20:1 a 5:1.

O terceiro recipiente de separação opera a uma pressão manométrica que é mais baixa do que aquela do segundo recipiente de separação e é, de preferência, não superior a 2 mPa (20 bar), particularmente, não superior a 0,5 mPa (5 bar), mais particularmente, não superior a 0,2 mPa (2 bar) e, especialmente, não superior a 0,09 mPa (0,9 bar). O terceiro recipiente de separação opera opcionalmente a uma pressão manométrica de pelo menos 0 mPa (0 bar), de preferência, 0,01 mPa (0,1 bar). O terceiro recipiente de separação opera opcionalmente a uma pressão na faixa de 0,01 a 2 mPa (0,1 a 20 bar), particularmente, de 0,01 a 0,5 mPa (0,1 a 5 bar), mais particularmente, de 0,01 a 0,2 mPa (0,1 a 2 bar), e, especialmente, de 0,01 a 0,09 mPa (0,1 a 0,9 bar) (pressão manométrica é a pressão além da atmosférica). A pressão no terceiro recipiente de separação pode ser governada pelo controle da pressão de sucção do compressor de purga. Vantajosamente, a mistura de produto deixando o terceiro separador é essencialmente po15 límero em fusão contendo menos de 1% em peso, de preferência, menos de 0,2% em peso, particularmente, menos de 0,1% em peso e, especialmente, menos de 0,08% em peso de monômero residual. Vantajosamente, esse polímero em fusão é, sem quaisquer outros estágios de remoção de etileno, formado em péletes. Vantajosamente, os péletes compreendem menos de

0,1 % em peso de etileno.

Como mencionado acima, o retorno de gás fora de especificação do segundo ou de um recipiente subseqüente de volta para a corrente de produto, a montante do primeiro recipiente de separação, geralmente aumenta a proporção de monômero total não reagido, que é removido como gás fora de especificação desse primeiro recipiente, comparado com um sistema no qual não ocorre qualquer retorno de gás fora de especificação. De preferência, pelo menos 70%, particularmente, pelo menos 80% e, especialmente, pelo menos 85%, ou mesmo pelo menos 90% em peso do monômero total não reagido é removido como gás fora de especificação do pri30 meiro recipiente de separação. Opcionalmente, não mais de 97% em peso do monômero total não reagido é removido como gás fora de especificação do primeiro recipiente de separação.

Na concretização preferida tendo apenas três recipientes de separação, o polímero em fusão deixa o terceiro recipiente de separação e escoa, de preferência, para a tomada na qual o polímero é tipicamente combinado com um conjunto de aditivos, extrudado, resfriado e cortado em péle5 tes. Os péletes pode ser depois ensacados ou enviados para silos de armazenamento ou outras instalações de manuseio de produto.

O gás fora de especificação do terceiro recipiente de separação pode ser dirigido a um compressor, referido comumente como o compressor de purga. Esse compressor de purga compreende, de preferência, esse gás fora de especificação, opcionalmente junto com outro etileno de baixa pressão, tal como gás de vazamento oriundo dos compressores, até a pressão na sucção do compressor secundário. O compressor de purga pode ser um ou mais cilindros do compressor primário.

Os vários componentes do aparelho vão ser conectados por condutos para escoamento de material entre eles. Os condutos podem incluir equipamentos auxiliares, tais como válvulas, trocadores de calor e sensores, como pode ser desejado.

A invenção também proporciona, em um outro aspecto, um aparelho para a polimerização em alta pressão de olefinas, compreendendo:

um reator de alta pressão no qual monômero é polimerizado para produzir uma mistura de produto, compreendendo polímero e monômero não reagido;

uma válvula de abatimento de alta pressão do reator pela qual a mistura de produto, compreendendo polímero e monômero não reagido do reator de alta pressão, escoa;

uma bomba de jato localizada a jusante da válvula de abatimento de alta pressão e pela qual o produto escoa; e um sistema de separação localizado a jusante da bomba de jato, compreendendo um primeiro recipiente de separação, tendo uma entrada para a mistura de produto, uma saída para o gás fora de especificação e uma saída para uma fase líquida;

um segundo recipiente de separação a jusante do primeiro reci14 piente de separação, tendo uma entrada para receber a fase líquida do primeiro recipiente de separação, uma saída para gás fora de especificação e uma saída para uma fase líquida;

um terceiro recipiente de separação a jusante do segundo reci5 piente de separação, tendo uma entrada para receber a fase líquida do segundo recipiente de separação, uma saída para gás fora de especificação e uma saída para uma fase líquida; e um conduto para retornar o gás fora de especificação do segundo recipiente de separação para a bomba de jato, para combinação com a 10 mistura de produto, a montante do primeiro recipiente de pressão. A fase líquida deixando cada recipiente de separação vai compreender, principalmente, polímero e monômero, e a concentração de polímero vai aumentar de recipiente para recipiente.

Em mais um outro aspecto, a invenção proporciona um processo 15 para produzir polietileno e copolímeros de polietileno, compreendendo:

polimerização de etileno, opcionalmente, na presença de um ou mais comonômeros, em um reator de alta pressão, para produzir uma mistura de produto compreendendo polímero e monômero não reagido;

passagem de uma mistura de produto por uma válvula de abati20 mento de alta pressão;

separação do monômero não reagido da mistura de produto em um sistema de separação, localizado a jusante da válvula de abatimento de alta pressão, o sistema de separação compreendendo pelo menos primeiro, segundo e terceiro recipientes de separação dispostos em série, nos quais o monômero gasoso é separado da mistura de produto, como gás fora de especificação, e em que pelo menos parte do gás fora de especificação de pelo menos um dos recipientes de separação, a jusante do primeiro recipiente de separação, é recombinado na mistura de produto, em um local a jusante da válvula de abatimento de alta pressão e a montante do primeiro recipiente de separação.

Breve Descrição dos Desenhos

A invenção vai ser descrita a seguir com a finalidade apenas i15 lustrativa com referência às figuras, em que:

a figura 1 é um diagrama esquemático de um aparelho de acordo com a invenção, compreendendo um reator tubular;

a figura 2 mostra um aparelho de acordo com a invenção, que compreende um reator de autoclave;

a figura 3 ilustra uma bomba de jato como usada no aparelho das figuras 1 e 2.

Descrição Detalhada da Invenção

A figura 1 mostra uma planta de polimerização 1 incluindo uma linha de alimentação de etileno 2, que fornece etileno a uma pressão de 7 mPa (70 bar) a um compressor primário 3, que comprime o etileno a uma pressão de aproximadamente 30 mPa (300 bar). A saída do compressor primário 3 se comunica por um conduto, tendo uma válvula, com a entrada do compressor secundário 4, que é um compressor alternativo de dois estágios. Esse compressor secundário 4 comprime o etileno e outros componentes de reação a uma pressão de 300 mPa (3.000 bar). O etileno comprimido deixando o compressor secundário 4 é dividido em duas correntes, uma das quais entra na extremidade frontal de um reator tubular 5 e a outra sendo dividida em uma ou mais correntes laterais, que entram no reator tubular 5 em pontos ao longo do seu comprimento. O reator tubular é também dotado ao longo do seu comprimento com vários pontos de injeção, que são alimentados do sistema de injeção de iniciador 6.

Do reator tubular 5, a mistura de polímero e monômero não reagido passa pela válvula de abatimento de alta pressão 7 para um resfriador de produto 8, que compreende um tubo de maior diâmetro do que o tubo do reator tubular 5, equipado com uma camisa de resfriamento para resfriar a mistura de produto. A pressão no resfriador de produto 8 é muito mais baixa do que a pressão no reator tubular, que faz com que a mistura de produto se separe em fases em uma mistura de duas fases tendo fases rica em polímero e pobre em polímero. Essa mistura passa do resfriador de produto 8, pela bomba de jato 9 (mostrada em mais detalhes na Figura 3) e para o primeiro recipiente de separação 10. Como ilustrado na figura 1, o recipiente de sepa16 ração tem uma parte superior, geralmente cilíndrica, e uma parte cônica invertida inferior. A mistura de produto entra no primeiro recipiente de separação por uma entrada colocada na parede cilíndrica da parte superior do reator e, uma vez dentro do primeiro recipiente de separação 10, se separa rapidamente em uma corrente de monômero gasoso não reagido e uma fase líquida rica em polímero, que é coletada na parte inferior do recipiente de separação 10. O monômero gasoso deixa o primeiro recipiente de separação 10, como gás fora de especificação, por uma saída colocada na superfície superior desse recipiente e passa, por um conduto, para um sistema de reciclagem 11. Esse sistema de reciclagem 11 inclui caldeiras de recuperação de calor e trocadores de calor para resfriamento do monômero gasoso e vasos de abatimento para remoção de cera. O monômero gasoso deixa o sistema de reciclagem 11 e escoa de volta para a entrada do compressor secundário 4. O primeiro recipiente de pressão 10 opera a uma pressão igual ou ligeiramente mais alta do que a pressão de 30 mPa (300 bar) na entrada do compressor secundário, e de modo que não haja necessidade de comprimir o gás fora de especificação desse recipiente, antes que atinja o compressor secundário 4.

A mistura concentrada de polímero / monômero deixa o primeiro recipiente de separação 10 por uma saída colocada no fundo da parte cônica desse recipiente e passa por um conduto valvulado para a parte superior do segundo recipiente de separação 12. O segundo recipiente de separação 12 é de forma similar àquela do primeiro recipiente de separação e opera a uma pressão na região de 7 a 12 mPa (70 a 120 bar). No segundo recipiente de separação 12, a mistura concentrada de polímero / monômero se separa no gás fora de especificação e em uma mistura ainda mais concentrada de polímero / monômero. O gás fora de especificação escoa de uma saída na parte superior do segundo recipiente de separação 12 por um conduto para a bomba de jato 9, na qual é injetado e se combina com a mistura de produto escoando pela bomba de jato 9, do resfriador de produto 8. A vazão em toneladas / hora de gás fora de especificação do segundo recipiente de separação 12 é aproximadamente um décimo da vazão do gás fora de especi17 ficação deixando o primeiro recipiente de separação 10.

A mistura ainda mais concentrada de polímero / monômero deixa o segundo recipiente de separação 12 por uma saída colocada no fundo desse recipiente e passa por um conduto valvulado para a parte superior do terceiro recipiente de separação 13, que é de uma forma geralmente similar àquela dos primeiro e segundo recipientes de separação. O terceiro recipiente de separação opera a uma pressão manométrica entre 0,05 a 0,1 mPa (0,5 e 1,0 bar), e quase todo o monômero remanescente é separado como gás fora de especificação, que sai do recipiente por uma saída colocada na parte superior do recipiente. A vazão do gás fora de especificação em toneladas / hora do terceiro recipiente de separação 12 é aproximadamente metade da vazão do gás fora de especificação do segundo recipiente de separação 12. O gás fora de especificação do terceiro recipiente de separação 13 passa por um conduto equipado com trocadores de calor (não mostrados na figura 1) para o compressor primário 3, cujos quatro cilindros são dedicados para agir como compressor de purga. Seguinte à compressão a 30 mPa (300 bar), o gás fora de especificação, em combinação com o gás de purga de outras partes da instalação, é combinado no compressor primário com o etileno fresco da fonte 2.

O polímero em fusão deixa o terceiro recipiente de separação 13 por uma saída no fundo desse recipiente e passa por um conduto curto para a tomada de uma extrusora 14, que extruda o polímero em cordões, que são cortados, resfriados e transferidos para depósitos de armazenamento de produto (não mostrados na figura 1). O produto polimérico compreende menos de 1% em peso de monômero residual.

A figura 2 ilustra um aparelho que é geralmente similar àquele da figura 1, e os mesmos números de referência são usados para referência aos mesmos componentes, quando adequado. No entanto, em vez de um reator tubular, o aparelho da figura 2 inclui um reator de autoclave 15. Esses reatores são bem conhecidos na técnica para a polimerização em alta pressão de olefinas. Desse modo, o etileno altamente comprimido deixando o compressor secundário 4 é dividido em três correntes, uma das quais entra na parte de topo do reator de autoclave 15 e as outras duas entram ao longo da parte lateral desse reator. A mistura de produto escoa do fundo da autoclave 15 pela válvula de abatimento de alta pressão 7 e para o resfriador de produto 8 e depois pelo sistema de separação, da maneira descrita acima em relação ao aparelho da figura 1.

A bomba de jato 9 é mostrada em mais detalhes na figura 3. A mistura de produto escoa pela válvula de abatimento de alta pressão 7 e pelo resfriador de produto 8 (não mostrados na figura 3), ao longo do conduto 16 na direção da seta A para a bomba de jato 9. A bomba de jato 9 é construída de aço de alta resistência mecânica e comprime um corpo externo geralmente cilíndrico 17 em uma extremidade na qual entra o conduto 16. Uma vez dentro do corpo 17, o conduto 16 se afila em uma parte afilada 16a para baixo, para formar o bocal 18. A velocidade de escoamento da mistura de produto aumenta na parte afilada do conduto 16 e sai do bocal 18 como um jato de alta velocidade (consultar a seta B), que se projeta para um conduto 19, que é coaxial com o bocal 18, mas de um diâmetro ligeiramente maior. Após uma curta distância, o conduto 19 começa a afilar-se para fora em uma parte afilada 19a (referida como um difusor), até que fique a um diâmetro similar àquele do conduto 16.

A mistura de produto então sai da bomba de jato e escoa por um conduto para o primeiro recipiente de separação 10 (não mostrado na figura 3).

Como pode-se notar da figura 3, circundando o bocal 18 fica uma câmara cilíndrica 20 curta, que é coaxial com o bocal 18 e se abre para o conduto 19. O bocal 18 se estende por essa câmara 20 e termina logo na entrada do conduto 19, definindo, desse modo, um vão anular estreito 21 entre o aro do bocal 18 e o conduto 19.

O gás fora de especificação da segunda câmara de separação 12 escoa ao longo de um conduto na direção da seta C e por uma entrada 22 para a câmara 20. O jato de mistura de produto emergindo do bocal 18 está a uma velocidade suficiente, cuja pressão é inferior àquela do gás fora de especificação na câmara 20. Esse gás fora de especificação escoa, con19 seqüentemente, pelo vão anular 21 e se combina com a mistura de produto no difusor 19a.

Embora as concretizações preferidas tenham sido ilustradas e descritas em detalhes no presente relatório descritivo, vai ser evidente para aqueles versados na técnica relevante que várias modificações, adições, substituições e similares podem ser feitas, sem que se afaste do espírito da invenção, e essas são, portanto, consideradas como estando dentro do âmbito da invenção, como definido nas reivindicações apresentadas a seguir. Na medida em que o presente relatório descritivo é específico, isso é somen10 te com a finalidade de ilustrar as concretizações preferidas da presente invenção e não deve ser considerado como limitação dela a essas concretizações específicas. O uso de subcabeçalhos na descrição é intencionado para auxiliar e não é intencionado para limitar de modo algum o âmbito da presente invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Aparelho para polimerização em alta pressão de olefinas, caracterizado pelo fato de que compreende:

um reator de alta pressão, no qual monômero é polimerizado 5 para produzir uma mistura de produto compreendendo polímero e monômero não reagido;

uma válvula de abatimento de alta pressão a jusante do reator, pela qual a mistura de produto, compreendendo polímero e monômero não reagido do reator de alta pressão, escoa;

10 uma bomba de jato a jusante da válvula de abatimento de alta pressão e pela qual o produto escoa;

um sistema de separação localizado a jusante da bomba de jato, compreendendo um primeiro recipiente de separação apresentando uma entrada para a mistura de produto, uma saída para gás fora de especificação

15 e uma saída para uma fase líquida;

um segundo recipiente de separação a jusante do primeiro recipiente de separação, apresentando uma entrada para receber a fase líquida do primeiro recipiente de separação, uma saída para gás fora de especificação e uma saída para uma fase líquida;

20 um terceiro recipiente de separação a jusante do segundo recipiente de separação, apresentando uma entrada para receber a fase líquida do segundo recipiente de separação, uma saída para gás fora de especificação e uma saída para uma fase líquida; e um conduto para retorno do gás fora de especificação do segun25 do recipiente de separação para a bomba de jato, para combinação com a mistura de produto a jusante do primeiro recipiente de separação.
2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a separação do sistema compreende apenas três recipientes de separação.

30 3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que compreende um compressor primário, para comprimir monômero fresco a uma pressão intermediária, e um compressor secundário,

Petição 870170064885, de 01/09/2017, pág. 10/16 para comprimir o monômero à pressão do reator, e um sistema de reciclagem incluindo os trocadores de calor para resfriamento do gás fora de especificação do primeiro recipiente de separação e retornando o mesmo para a sucção desse compressor secundário.

5 4. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a
3, caracterizado pelo fato de que o reator de alta pressão é um reator tubular.
5. Processo para produzir copolímeros de polietileno e etileno, caracterizado pelo fato de que compreende:

10 polimerização de etileno, opcionalmente na presença de um ou mais comonômeros, em um reator de alta pressão, para produzir uma mistura de produto compreendendo polímero e monômero não reagido;

passagem da mistura de produto por uma válvula de abatimento de alta pressão;

15 separação do monômero não reagido da mistura de produto em um sistema de separação localizado a jusante da válvula de abatimento de alta pressão, o sistema de separação compreendendo pelo menos primeiro, segundo e terceiro recipientes de separação dispostos em série, nos quais o monômero gasoso é separado da mistura de produto, como gás fora de es20 pecificação, e sendo que pelo menos parte do gás fora de especificação, de pelo menos um dos recipientes de separação, a jusante do primeiro recipiente de separação, é recombinada na mistura de produto, em um local a jusante da válvula de abatimento de alta pressão e a montante do primeiro recipiente de separação usando uma bomba de jato, que é localizada a jusante da

25 válvula de abatimento de alta pressão e a montante do primeiro recipiente de separação, a qual usa a energia associada com o fluxo da mistura de produto, a jusante da válvula de abatimento de alta pressão e a montante do primeiro recipiente de separação para recombinar o gás fora de especificação na mistura de produto.

30
6. Processo, de acordo a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o primeiro recipiente de separação opera a uma pressão na faixa de

20 a 50 MPa (200 a 500 bar).

Petição 870170064885, de 01/09/2017, pág. 11/16
7. Processo, de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que o segundo recipiente de separação opera a uma pressão na faixa de 1 a 25 MPa (10 a 250 bar).
8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, caracterizado pelo fato de que o terceiro recipiente de separação opera a uma pressão manométrica de pelo menos 0 MPa (0 barg), e, de preferência, na faixa de 0,01 a 2 MPa (0,1 a 20 barg).
9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 8, caracterizado pelo fato de que a mistura de produto, deixando o terceiro recipiente de separação, compreende não mais de 0,8% em peso de monômero não reagido.
10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 9, caracterizado pelo fato de que etileno é o único monômero presente e o polímero é um homopolímero de etileno.
11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 10, caracterizado pelo fato de que um ou mais comonômeros estão presentes e o polímero é um copolímero de etileno.

Petição 870170064885, de 01/09/2017, pág. 12/16

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