BRPI0918231B1 - Método para operar um processo de produção de poliolefina - Google Patents

Abstract

método para operar um processo de produção de poliolefina uma câmara de vaporização instantânea com tamanho adequado para receber o efluente descarregado de um reator de poliolefina durante a operação normal do reator e durante um despejo do reator, com a vantagem de eliminar um tanque de despejo do reator ou um tanque de expansão alternativo do investimento em equipamentos de um processo de fabricação de poliolefina. a câmara de vaporização instantânea tem o tamanho adequado para reter pelo menos os sólidos de poliolefina descarregados do reator. um condensador fluidicamente acoplado a uma porção de topo da câmara de vaporização instantânea tem o tamanho adequado para condensar a taxa de fluxo de hidrocarbonetos vaporizados (por exemplo, diluente, monômero, etc.) descarregada por cima da câmara de vaporização instantânea durante a operação normal ou durante o despejo do reator.

Description

MÉTODO PARA OPERAR UM PROCESSO DE PRODUÇÃO DE POLIOLEFINA

1. Campo da Invenção

A presente invenção está relacionada, de maneira geral, à produção de poliolefina e, mais especificamente, à acomodação eficaz do rápido esvaziamento do reator de polimerização em uma condição adversa (ou seja, um despejo do reator).

. Descrição do Ofício Relacionado

O objetivo desta seção é apresentar ao leitor os aspectos de ofício que possam estar relacionados a aspectos da presente invenção, que serão descritos e/ou reivindicados abaixo. Acredita-se que esta discussão seja útil para fornecer ao leitor informações relevantes para promover uma melhor compreensão dos diversos aspectos da presente invenção. Consequentemente, deve-se compreender que estas afirmações devem ser lidas dessa forma, e não como admissões de ofício anterior.

Conforme as tecnologias química e petroquímica avançaram, os produtos dessas tecnologias tornaram-se cada vez mais comuns na sociedade. Particularmente, conforme as técnicas para unir elementos unimoleculares, formando cadeias maiores (ou polímeros), avançaram, os produtos de polímeros, normalmente na forma de diferentes plásticos, foram sendo progressivamente incorporados em diversos itens de uso cotidiano. Por exemplo, polímeros de poliolefina, como polietileno, polipropileno e seus copolímeros são utilizados em embalagens de varejo e farmacêuticas, embalagens para alimentos e bebidas (como garrafas de sucos e refrigerantes), recipientes domésticos (como baldes e

Petição 870180168637, de 28/12/2018, pág. 8/11

2/45 caixas), itens domésticos (como ferramentas, móveis, tapetes e brinquedos), componentes automotivos, canos, tubulações e diversos produtos industriais.

Tipos específicos de poliolefinas, como o polietileno de alta densidade (PEAD), têm aplicações específicas na fabricação de mercadorias moldadas por sopro e modeladas por injeção, como recipientes para alimentos e bebidas, filmes e canos plásticos. Outros tipos de poliolefinas, como polietileno de baixa densidade (PEBD), polietileno linear de baixa densidade (PELBD), polipropileno isotático (iPP) e polipropileno sindiotático (sPP) também são adequados para aplicações semelhantes. Os requisitos mecânicos da aplicação, como resistência à tração e densidade, e/ou os requisitos químicos, como estabilidade térmica, peso molecular e reatividade química normalmente determinam o tipo de poliolefina adequada.

Um benefício da construção com poliolefina, como podese deduzir a partir da lista de usos acima, é que ela normalmente não é reativa com as mercadorias ou produtos com os quais está em contato. Isso permite que produtos de poliolefina sejam utilizados em contextos residenciais, comerciais e industriais, incluindo armazenamento e transporte de alimentos e bebidas, eletrônica de consumo, agricultura, navegação e fabricação de veículos. A ampla variedade de usos residenciais, comerciais e industriais das poliolefinas tem causado uma grande demanda por poliolefina bruta, que pode ser extrusada, injetada, soprada ou transformada de outra maneira em um produto ou componente final consumíve1.

Para satisfazer esta demanda existem vários processos,

3/45 através dos quais as olefinas podem ser polimerizadas para formar poliolefinas. Normalmente, estes processos são realizados em ou perto de instalações petroquímicas que possuem acesso a moléculas de olefina de cadeias curtas (monômeros e comonômeros), como etileno, propileno, buteno, penteno, hexeno, octeno, deceno e outros elementos constituintes de cadeias mais longas, os polímeros de poliolefina. Estes monômeros e comonômeros podem ser polimerizados em um reator de polimerização em fase líquida e/ou um reator de polimerização em fase gasosa para formar um produto que contenha partículas sólidas de polímero (poliolefina), normalmente chamadas felpa ou grânulos. A felpa pode ter uma ou mais propriedades de interesse de derretimento, físicas, reológicas e/ou mecânicas, como densidade, índice de derretimento (MI), taxa de fluxo do derretimento (MFR), conteúdo de copolímero, conteúdo de comonômero, módulo e cristalinidade. As condições de reação no interior do reator, como temperatura, pressão, concentrações químicas, taxa de produção de polímeros, etc. podem ser selecionadas para que se obtenha felpa com as propriedades desejadas.

Além de um ou mais monômeros de olefina, um catalisador pode ser adicionado ao reator para facilitar a polimerização dos monômeros. Por exemplo, o catalisador pode ser uma partícula adicionada por um fluxo de alimentação do reator e depois suspensa no meio líquido no interior do reator. Um exemplo de tal catalisador é um óxido de cromo contendo cromo hexavalente em uma base de sílica. Além disso, um diluente pode ser introduzido no reator. O diluente pode ser um hidrocarboneto inerte, como

4/45 isobutano, propano, n-pentano, i-pentano, neopentano e nhexano, que são líquidos em condições de reação. No entanto, alguns processos de polimerização não utilizam um diluente separado, como é o caso de exemplos selecionados de produção de polipropileno nos quais o próprio monômero de propileno age como diluente.

A descarga do reator normalmente inclui a felpa do polímero e também componentes não polímeros, como monômero (e comonômero) de olefina não reagido, diluente, etc. No caso da não polímeros normalmente contém um diluente primário, como isobutano, com uma pequena quantidade de etileno reagido (por exemplo, 5% por peso).

Este fluxo de descarga normalmente processado, como por um sistema de de diluente/monômero, para separar os componentes não polímeros da felpa de polímero.

diluente, monômero não reagido e outros componentes não polímeros recuperados pelo sistema de recuperação podem ser tratados, como por plataformas de tratamento e/ou um sistema de fracionamento, e por fim colocados de volta no reator, como alimentação purificada ou tratada.

Alguns componentes podem ser queimados ou devolvidos ao fornecedor, como uma usina de produção de olefina ou uma refinaria de petróleo. Quanto ao polímero recuperado (sólidos), o polímero pode ser tratado para desativar o catalisador residual, remover hidrocarbonetos carregados, secar o polímero e peletizar o polímero em uma extrusora, etc., antes que o polímero seja enviado para o consumidor.

Felizmente, os avanços tecnológicos obtidos ao longo dos anos em matérias-primas, projeto e operação de

5/45 equipamentos, etc. proporcionaram um grande salto na redução dos custos de operação e capital em sistemas de fabricação de poliolefina. No entanto, o competitivo mercado da produção de poliolefina leva os fabricantes a melhorarem seus processos para diminuir os custos operacionais e de capital. Além disso, em uma indústria na qual são produzidos bilhões de quilos de produtos de poliolefina todo ano, pequenas melhoras, por exemplo, na atividade do catalisador, na produção de monômero, no uso eficaz de energia, na recuperação de diluente, etc. podem gerar economias significativas nos custos da fabricação de poliolefinas.

Uma área que precisa de avanços é a da recuperação de polímero e hidrocarbonetos (diluente, monômero, etc.) adversas. O reator tipo loop pode ser despejado (ou seja, esvaziado rapidamente) durante certas adversas, como falta circulação no reator desligamento da bomba resfriamento para as tampas no reator, e assim por diante de de

energia	elétrica,	falta	de
> (por	exemplo,	devido	ao
giro),	perda de	fluxo	de
do reator, excesso	de pressão
Nesses	casos, o	reator pode

rapidamente) para evitar ser despejado (esvaziado derretimento de sólidos de polímero no reator. De fato, com a perda de circulação e o movimento lento associado, por exemplo, a transferência de calor do conteúdo do reator para o meio de resfriamento (por exemplo, água) na tampa do reator é bastante reduzida. Novamente, nesta e em outras situações de operação irregular, o reator pode ser esvaziado em um tanque de

6/45 despejo do reator, um tanque de expansão alternativo, um tanque de derrame, etc., em vez de descarregado no tanque de expansão utilizado durante a operação normal para receber a pasta resultante do reator loop. Infelizmente, o conteúdo do reator enviado para um tanque de despejo não pode ser recuperado.

Normalmente, o diluente e o monômero que saem do tanque de despejo do reator são enviados para queima por combustão, porque geralmente o sistema de recuperação flash normal não está configurado ou é muito pequeno para acomodar o vapor descarregado do tanque de despejo. Além disso, os sólidos da felpa de poliolefina descarregados da parte de baixo do tanque de despejo normalmente são coletados em recipientes para eliminação, causando perda na produção de poliolefina. Infelizmente, a poliolefina eliminada como resultado de despejos do reator pode representar até 1% ou mais da poliolefina produzida durante a vida útil do reator loop.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

As vantagens da invenção devem ficar claras após a leitura das descrições detalhadas a seguir e após a consulta dos desenhos, nos quais:

A Fig. 1 é um diagrama de fluxo de bloqueio que representa um sistema exemplar de fabricação de poliolefina

para produção	de poliolefinas de	acordo com	uma
materialização	das presentes técnicas;
A Fig. 2	é um diagrama de fluxo	de	processo de	um
sistema reator	exemplar e um sistema	de	recuperação	de

diluente/monômero do sistema de fabricação de poliolefina da Fig. 1 de acordo com uma materialização das presentes

7/45 técnicas;

A Fig. 3 é uma representação em diagrama de uma descarga por remoção contínua exemplar do reator de polimerização da Fig. 2 de acordo com uma materialização das presentes técnicas;

A Fig. 4 é um corte transversal ao longo da linha 5-5 da Fig. 3 mostrando um sistema de válvula de gaveta na unidade de descarga por remoção contínua de acordo com uma materialização das presentes técnicas;

A Fig. 5 é uma representação em diagrama da localização tangencial da unidade de remoção contínua de acordo com uma materialização das presentes técnicas; e

A Fig. 6 é um diagrama de fluxo de processo do equipamento de recuperação de sólidos utilizado para recuperar partículas finas do fluxo elevado descarregado do tanque de vaporização instantânea representado na Fig. 2 de acordo com uma materialização das presentes técnicas.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MATERIALIZAÇÕES ESPECÍFICAS

Uma ou mais materializações específicas da presente invenção serão descritas abaixo. Com o objetivo de fornecer uma descrição concisa dessas materializações, nem todos os recursos de uma implementação real são descritos na especificação. Deve-se verificar que, no desenvolvimento de qualquer uma das implementações reais, como em qualquer projeto de engenharia ou design, diversas decisões, específicas por implementação, devem ser tomadas para alcançar os objetivos específicos do desenvolvedor, como a conformidade com restrições relacionadas ao sistema ou a negócios, que podem variar de uma implementação para outra. Além disso, deve-se verificar que tal esforço de

8/45 desenvolvimento pode ser complexo e demorado, mas que, apesar disso, deve ser um procedimento realizado em projeto, fabricação e produção por pessoas com habilidades normais que se beneficiem desta apresentação.

Em uma condição adversa que pode fazer com que o reator de poliolefina falhe ou fique entupido, por exemplo, o reator pode ser descarregado ou esvaziado em um tanque de despejo ou um tanque de expansão alternativo, por exemplo, em entre 10 e 20 minutos, aproximadamente, entre 10 e 3 0 minutos, aproximadamente, etc. O tanque de despejo costuma ter o tamanho adequado para reter os sólidos do reator e qualquer diluente não vaporizado vindo do reator. O diluente vaporizado normalmente é enviado para queima. Em muitos casos, o sistema convencional de recuperação de diluente é pequeno para reter a quantidade relativamente maior de diluente derramado no tanque de despejo durante um despejo do reator. Conforme discutido, a condição adversa pode ser causada por uma falha de energia, na bomba de circulação do reator, na bomba de resfriamento do reator, na bomba de alimentação de diluente, etc. O tanque de despejo também pode ser utilizado durante a inicialização do reator ou durante uma transição de um produto de determinada graduação de poliolefina para outro, especialmente com reatores que utilizem uma configuração de descarga com fase de sedimentação, nos quais o controle instável será mais propenso a formar partículas grandes (ou seja, blocos ou caroços) de poliolefina que podem entupir ou obstruir o próximo equipamento no fluxo. O investimento de capital em um tanque de despejo de reator ou AFT costuma estar na faixa de 1% a 3% do custo total dos equipamentos

9/45 de uma usina de produção de poliolefina.

As presentes técnicas destinam-se a combinar as funções separadas do processamento de efluente normal e efluente de despejo descarregados do reator de polimerização. Como resultado, na fabricação de diluente e polímero de poliolefina, a recuperação pode ser aumentada e os custos de capital e de operação, reduzidos. Em determinadas materializações, o tanque de vaporização instantânea e o tanque de despejo (ou tanque de vaporização instantânea alternativo) são combinados em um único recipiente, eliminando assim um recipiente do investimento em equipamentos do processo de fabricação de poliolefina. Além disso, o processamento do conteúdo do reator descarregado durante um despejo do reator (por exemplo, em caso de perda de circulação do reator) no tanque de vaporização instantânea, em vez de em um tanque de despejo ou tanque de expansão alternativo (AFT), recupera os sólidos do produto de poliolefina (por exemplo, enviados à coluna de purificação, posterior no fluxo) que podem ser eliminados de outra forma se coletados em um tanque de despejo. Além disso, o hidrocarboneto (diluente e monômero) derramado não é queimado, mas recuperado e reciclado para o reator através do sistema de recuperação normal. Assim, as perdas de diluente e monômero são reduzidas e os requisitos de tamanho da chama podem ser reduzidos. A perda na produção de poliolefina é reduzida. Além disso, a utilização da descarga de remoção contínua do reator loop, em oposição a uma descarga com fase de sedimentação, por exemplo, pode facilitar o uso do tanque de vaporização instantânea para capturar um despejo ou esvaziamento do

10/45 reator, possibilitando uma melhor distribuição de tamanho de partículas (ou seja, menos partículas grandes ou blocos). Partículas grandes podem causar problemas no equipamento normal do tanque de vaporização instantânea e nos equipamentos posteriores no fluxo.

Para retroajustar um tanque de vaporização instantânea existente para incorporar a função adicional de processar a descarga de efluente durante um despejo do reator (por exemplo, em caso de perda de circulação do reator), o tanque de vaporização instantânea pode ser ter seu tamanho aumentado para reter o conteúdo de sólidos e líquidos não vaporizados do reator. O condensador elevado do tanque de vaporização instantânea pode ter seu tamanho aumentado para acomodar a elevada taxa do fluxo de vapor vindo da câmara de vaporização instantânea (ocorrida durante um despejo do reator ou um esvaziamento rápido do conteúdo do reator). Novamente, a combinação do tanque de vaporização instantânea e do tanque de expansão alternativo (AFT) (ou tanque de despejo) em um único tanque proporciona redução de capital e dos custos de operação na fabricação de poliolefina.

Para facilitar a discussão das presentes técnicas, a exposição é apresentada em seções. A Seção I apresenta um processo exemplar de produção de poliolefina, que inclui um sistema de alimentação, um sistema reator, um sistema de fracionamento, um sistema de recuperação de diluente/monômero e um sistema de extrusão/descarregamento. A Seção I dá exemplos de aplicações e utilizações da poliolefina e discute o controle exemplar de um processo de produção de poliolefina. A Seção II discute o sistema

11/45 reator exemplar e as condições para um despejo do reator. A Seção III discute um sistema exemplar de recuperação de diluente/monômero que recebe uma descarga do reator (efluente) e inclui uma câmara de vaporização instantânea exemplar. A Seção IV discute a implementação de uma remoção contínua (CTO) para a descarga do reator de polimerização. A Seção V resume métodos exemplares para retroajustar e operar um processo de fabricação de poliolefina para combinar funções da câmara de vaporização instantânea e do tanque de expansão alternativo (AFT) (ou tanque de despejo).

I. Processo de Produção de Poliolefina - Visão Geral

Olhando agora os desenhos e consultando inicialmente a Fig. 1, um diagrama em bloco representa um processo de

fabricação 10	exemplar	para	produzir	poliolefinas,	como
polietileno,	polipropileno	e/ou seus	copolímeros.	0
processo de	fabricação	10	exemplar	normalmente é	uma

operação contínua, mas pode incluir tanto sistemas contínuos quanto sistemas em lote. Uma capacidade nominal exemplar do processo de fabricação 10 exemplar é de aproximadamente 400-800 milhões de libras (180-370 milhões de quilos) de poliolefina produzidas por ano. As taxas exemplares de produção por hora são, aproximadamente, de 50.000 a 100.000 libras (de 22.000 a 45.000 quilos) de poliolefina polimerizada/extrusada por hora. Deve-se enfatizar, porém, que as presentes técnicas se aplicam a processos de fabricação de poliolefina com capacidades nominais e taxas de produção fora dessas faixas exemplares.

Diversos fornecedores 12 podem fornecer a matériaprima do reator 14 ao sistema de fabricação 10 através de

12/45 tubulações, plataformas, cilindros, barris, etc. Os fornecedores 12 podem incluir instalações no local e/ou fora do local, incluindo usinas de olefina, refinarias, usinas de catalisador, etc. Exemplos de possíveis matérias-primas incluem monômeros e comonômeros de olefina (como etileno, propileno, buteno, hexeno, octeno e deceno), diluentes (como propano, isobutano, n-hexano e n-heptano), agentes de transferência de cadeia (como hidrogênio), catalisadores (como catalisadores Ziegler-Natta, catalisadores de cromo e catalisadores de metaloceno) , cocatalisadores (como trietilalumínio, trietilboro e metilaluminoxano) e outros aditivos. No caso do monômero de etileno, a matéria-prima exemplar de etileno pode ser fornecida através de tubulação a aproximadamente 800-1450 libras por polegada quadrada manométrica (psig) a 45-65 °F (7-18 °C) . A matéria-prima exemplar de hidrogênio também pode ser fornecida através de tubulação, mas a aproximadamente 900-1000 psig a 90-110 °F (32-43 °C). Obviamente podem existir diversas condições de fornecimento para etileno, hidrogênio e outras matérias-primas 14.

A. Sistema de Alimentação

Os fornecedores 12 normalmente fornecem matériasprimas 14 a um sistema de alimentação do reator 16 onde as matérias-primas 14 podem ser armazenadas, por exemplo, em tanques de armazenamento e alimentação para monômero, recipientes para diluente, tanques para catalisador, tanques e cilindros para cocatalisador, etc. No sistema 16, as matérias-primas 14 podem ser tratadas ou processadas antes de serem introduzidas como alimentação 18 nos reatores de polimerização. Por exemplo, matérias-primas 14,

13/45 como monômero, comonômero e diluente podem ser enviadas através de plataformas de tratamento (por exemplo, peneiras moleculares, embalagens de alumínio, etc.) para remover impurezas do catalisador. Tais impurezas do catalisador podem incluir, por exemplo, água, oxigênio, monóxido de carbono, dióxido de carbono e compostos orgânicos que contenham enxofre, oxigênio ou halogênios. O monômero e os comonômeros de olefina podem ser líquidos, gasosos ou um fluido supercrítico, dependendo do tipo de reator sendo alimentado. Além disso, deve-se verificar que normalmente apenas uma quantidade relativamente pequena de diluente novo é utilizada como matéria-prima 14, com a maior parte do diluente que alimenta o reator de polimerização sendo recuperada no efluente do reator.

O sistema de alimentação 16 pode preparar ou condicionar outras matérias-primas 14, como catalisadores, para adicioná-las aos reatores de polimerização. Por exemplo, um catalisador pode ser ativado e então misturado com diluente (por exemplo, isobutano ou hexano) ou óleo mineral em tanques de preparação de catalisadores. Além disso, o sistema de alimentação 16 normalmente funciona para a medição e o controle da taxa de adição das matériasprimas 14 no reator de polimerização para manter a estabilidade desejada do reator e/ou para obter as propriedades desejadas da poliolefina ou sua taxa de produção. Além disso, quando em funcionamento, o sistema de alimentação 16 também pode armazenar, tratar e medir efluente recuperado do reator para reciclá-lo para o reator. Na verdade, as operações no sistema de alimentação 16 normalmente recebem fluxos de matéria-prima 14 e

14/45 efluente recuperado do reator. No geral, as matérias primas 14 e o efluente recuperado do reator são processados no sistema de alimentação 16 e alimentados como fluxos de alimentação 18 (por exemplo, fluxos de monômero, comonômero, diluente, catalisador, cocatalisador, hidrogênio, aditivos, ou combinações destes) para o sistema reator 20.

B. Sistema Reator

O sistema reator 20 pode conter um ou mais tanques de reator, como reatores em fase líquida e em fase gasosa. 0 sistema reator 20 também pode conter uma combinação de reatores em fase líquida e fase gasosa. Se múltiplos reatores incluírem o sistema reator 20, os reatores podem ser organizados em série, paralelamente ou em qualquer outra combinação ou configuração adequada. Nos tanques do reator de polimerização, um ou mais monômeros de olefina são polimerizados para formar um produto que contenha partículas de polímero, normalmente chamadas felpa ou grânulos. A felpa pode ter uma ou mais propriedades de interesse de derretimento, físicas, reológicas e/ou mecânicas, como densidade, índice de derretimento (MI) , taxa de fluxo do derretimento (MFR), conteúdo de copolímero ou comonômero, módulo e cristalinidade. As condições de reação, como temperatura, pressão, taxa de fluxo, agitação mecânica, remoção do produto, concentrações dos componentes, taxa de produção de polímero, etc. podem ser selecionadas para que sejam obtidas as propriedades desejadas da felpa.

Além de um ou mais monômeros de olefina, normalmente é adicionado um catalisador ao reator, para facilitar a

15/45 polimerização do monômero. O catalisador pode ser uma partícula suspensa no meio líquido no interior do reator. Em geral, podem ser utilizados catalisadores Ziegler, catalisadores Ziegler-Natta, metalocenos e outros catalisadores de poliolefina bastante conhecidos, bem como cocatalisadores. Um exemplo de catalisador é um óxido de cromo contendo cromo hexavalente em uma base de sílica. Um diluente ou óleo mineral livre de olefina pode ser usado, por exemplo, na preparação e/ou colocação do catalisador no reator de polimerização.

Além disso, o diluente pode ser inserido no reator, normalmente um reator em fase líquida. O diluente pode ser um hidrocarboneto inerte que seja líquido nas condições de reação, como isobutano, propano, n-pentano, i-pentano, neopentano, n-hexano, ciclohexano, ciclopentano, metilciclopentano, etilciclopentano e semelhantes. Normalmente, o objetivo do diluente é suspender as partículas de catalisador e polímero no interior do reator. O diluente, conforme explicado abaixo, também pode ser usado para lavagens do reator. Alguns processos de polimerização podem não utilizar um diluente separado, como é o caso da produção selecionada de polipropileno na qual o próprio monômero de propileno age como diluente.

Pode haver um dispositivo de impulsão no interior do reator no sistema reator 20. Por exemplo, no interior de um reator em fase líquida, como um reator slurry loop, um rotor pode criar uma zona de mistura turbulenta no meio líquido. O rotor pode ser impulsionado por um motor para movimentar o meio líquido, bem como qualquer catalisador, felpa de poliolefina ou outras partículas sólidas suspensas

16/45 no meio líquido, através do loop fechado do reator. De forma semelhante, em um reator em fase gasosa, como um reator de leito fluidizado ou reator de fluxo constante, uma ou mais espátulas ou agitadores podem ser utilizados para mover as partículas sólidas no interior do reator.

C. Recuperação, Tratamento e Reciclagem de Diluente/Monômero

A descarga 22 dos reatores do sistema 20 podem incluir a felpa de polímero e também componentes não polímeros, como diluente, monômero/comonômero não reagidos e resíduos de catalisador. Na montagem do reator em determinadas materializações, um bocal e um conduíte da descarga 22 podem ser instalados (por exemplo, soldados) em uma tampa ou orifício feito na parede do reator. A descarga 22 que sai do reator através do bocal de descarga pode ser processada posteriormente, por exemplo, por um sistema de recuperação de diluente/monômero 24, para separar componentes não polímeros 26 (por exemplo, diluente e monômero não reagido) da felpa de polímero 28. 0 diluente/monômero pode ser derramado no sistema de recuperação 24 para separar o diluente/monômero da felpa 28.

Os componentes não polímeros 26 recuperados e não tratados (por exemplo, diluente/monômero) podem ser processados posteriormente, por exemplo, por um sistema de fracionamento 30, para remover componentes indesejados, leves e pesados. Os fluxos de produto fracionado 32 podem então ser levados de volta ao sistema reator 20 através do sistema de alimentação 16. Por outro lado, os componentes não polímeros 26 podem ser reciclados mais diretamente para

17/45 o sistema de alimentação 16 (conforme indicado pelo número de referência 34), desviando do sistema de fracionamento 30 e possibilitando assim que o sistema de fracionamento 30 seja menor. De forma geral, em certas tecnologias, pelo menos alguma quantidade de diluente é processada em um sistema de fracionamento 30 para promover a preparação/colocação do catalisador no sistema de alimentação 16 e a descarga do reator no sistema reator 20. Em algumas materializações, até 80-95% do diluente descarregado do reator desvia do sistema de fracionamento em direção ao reator de polimerização. Como resultado, o tamanho das colunas de fracionamento e os custos com capital e energia associados podem ser reduzidos.

A felpa 28 pode ser processada no interior do sistema de recuperação 24 e no sistema de extrusão/descarregamento 36 para ser preparada para envio, normalmente em péletes 38, para clientes 40. Embora não ilustrados, os grânulos de polímero intermediários no sistema de recuperação 24 e que normalmente contêm resíduos ativos de catalisador podem ser retornados ao sistema reator 20 para polimerização adicional, por exemplo, em um tipo diferente de reator ou sob condições de reação diferentes. As partes de polimerização e recuperação de diluente do processo de fabricação de poliolefina 10 podem ser chamadas de extremidade úmida 42 ou lado de reação do processo 10, e a parte de extrusão/descarregamento 36 do processo de poliolefina 10 pode ser chamada de extremidade seca 44 ou lado de finalização do processo da poliolefina 10.

D. Sistema de Extrusão/Descarregamento

Nos sistemas de extrusão/descarregamento 36, a felpa

18/45 é normalmente extrusada para produzir péletes 38 de polímero com as características mecânicas, físicas e de derretimento desejadas. A alimentação da extrusora pode conter aditivos, como inibidores UV e peróxidos, que são adicionados aos produtos da felpa 28 para transmitir as

características	desejadas às péletes 32 de polímero
extrusadas.	Uma extrusora/peletizadora recebe a

alimentação da extrusora, contendo um ou mais produtos da felpa 28 e quaisquer aditivos que tenham sido adicionados.

A extrusora/peletizadora aquece e derrete a alimentação da extrusora, que depois pode ser extrusada exemplo, com (por peletizadora poliolefina.

um sistema a uma extrusora

de rosca dupla) através de	um molde
sob	pressão	para formar	péletes
Estes	péletes	normalmente são	resfriados
água	colocado	na ou próximo	à descarga

da de em da os peletizadora.

Em geral, péletes de poliolefina podem então ser transportados para uma área de descarregamento do produto, onde os péletes podem ser armazenados, misturados com outros péletes e/ou carregados em vagões, caminhões, sacos, etc. para distribuição para os clientes 40. No caso do polietileno, os péletes 38 enviados aos clientes 40 podem incluir polietileno de baixa densidade (PEBD), polietileno linear de baixa densidade (PELBD), polietileno de média densidade (PEMD), polietileno de alta densidade (PEAD) e polietileno avançado. Os diversos tipos e graus de péletes de polietileno 38 podem ser comercializados, por exemplo, com as marcas comerciais polietileno Marlex® ou polietileno MarFlex™ da Chevron-Phillips Chemical Company LP, de Woodlands, Texas, EUA.

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E. Clientes, Aplicações e Usuários Finais

Péletes de poliolefina 38 (por exemplo, polietileno) podem ser utilizados na fabricação de diversos produtos, componentes, itens domésticos e outros itens, incluindo adesivos (por exemplo, aplicações de adesivos Hot-Melt), fios e cabos elétricos, películas agrícolas, películas retráteis, películas estiráveis, películas para embalagem de alimentos, embalagens flexíveis para alimentos, embalagens de leite, embalagens para alimentos congelados, revestimentos para lixo e latas, sacolas de supermercados, sacos para cargas pesadas, garrafas de plástico, equipamentos de segurança, coberturas, brinquedos e uma série de recipientes e produtos de plásticos. Além disso, deve-se enfatizar que poliolefinas que não sejam polietileno, como o polipropileno, podem produzir tais componentes e produtos através dos processos discutidos abaixo.

Por fim, os produtos e componentes produzidos a partir de péletes de poliolefina 38 (por exemplo, polietileno) podem ser processados e montados posteriormente para distribuição e venda para clientes. Por exemplo, uma garrafa de leite de polietileno pode ser cheia com leite para distribuição para os clientes, ou o tanque de combustível pode ser montado em um automóvel para distribuição e venda para os clientes. Para produzir os produtos e componentes finais a partir de péletes 38 antes da distribuição, os péletes são normalmente sujeitos a processamento, como modelação por sopro, modelação por injeção, modelação por rotação, filme balão, filme fundido, extrusão (por exemplo, extrusão de lâminas, extrusão de

20/45 canos e corrugados, extrusão por cobertura/laminação, etc.), e etc.

1. Modelação por Sopro, Modelação por Injeção e Modelação por Rotação

A modelação por sopro é um processo usado para produzir peças ocas de plástico. O processo normalmente utiliza um equipamento de modelação por sopro, como tornos automáticos de reciprocação, máquinas com cabeçotes acumuladores, etc. 0 processo de modelação por sopro pode ser ajustado para atender às necessidades do cliente e para fabricar produtos que vão das garrafas plásticas para leite aos tanques de combustível automotivos mencionados acima. De forma semelhante, na modelação por injeção, os produtos e componentes podem ser moldados para uma série de aplicações, incluindo recipientes, embalagens para alimentos e embalagens químicas, brinquedos, produtos automotivos, caixas, tampas e fechos, para citar algumas.

A modelação por rotação é um processo com alta temperatura e baixa pressão, utilizado para fabricar peças ocas através da aplicação de calor a moldes girados por dois eixos. As resinas de péletes de polietileno normalmente aplicáveis a este processo são as resinas que circulam juntas na falta de pressão quando derretidas para fabricar uma peça sem bolhas. Os péletes 38, como algumas resinas Marlex®, PEAD e PEMD, oferecem tais características de fluxo e também um amplo panorama de processamento. Além disso, estas resinas de polietileno adequadas para a modelação por rotação podem exibir a força desejada para impacto de baixa temperatura, boas propriedades portadoras de carga e boa estabilidade ultravioleta (UV) . Assim, as

21/45 aplicações para resinas Marlex® moldadas por rotação incluem tanques agrícolas, tanques químicos industriais, tanques para armazenamento de água potável, recipientes para resíduos industriais, equipamentos de recreação, produtos marinhos, entre outros.

2. Processo de Extrusão na Direção do Fluxo processo de extrusão também pode ser utilizado. O tubo de polietileno, por exemplo, pode ser extrusado a partir de resinas do pélete de polietileno e utilizado em diversas aplicações, devido à sua resistência química, relativa facilidade de instalação, durabilidade e vantagens de custo, etc. De fato, as tubulações de plástico polietileno atingiram um uso significativo em encanamentos para água, distribuição de gás, galerias pluviais e sanitárias, encanamentos internos, conduítes para eletricidade, dutos de energia e comunicação, tubulações para água resfriada, cobertura de poços, entre outras aplicações. Especificamente, o polietileno de alta densidade (PEAD), que normalmente constitui o maior volume do grupo de poliolefinas de plásticos utilizados para encanamentos, é rígido, resistente ao desgaste e flexível (mesmo em temperaturas abaixo do ponto de congelamento). Além disso, tubulações de PEAD podem ser utilizadas em tubos de diâmetro pequeno e em canos com até mais de 8 pés (2,50 metros) de diâmetro. Em geral, péletes (resinas) de polietileno podem ser fornecidos para os mercados de tubulações de pressão, como na distribuição de gás natural, e para os mercados de tubulações sem pressão, como para conduítes e tubulações corrugadas.

A extrusão por lâmina é uma técnica para fabricação de

22/45 lâminas planas de plástico a partir de diversas resinas de pélete 38. As lâminas relativamente finas são normalmente transformadas, por aquecimento, em aplicações para embalagens, como copos, recipientes para alimentos, bandejas de produção, recipientes de lenços para bebês e potes de margarina. Outros mercados para a extrusão de lâminas da poliolefina incluem os que utilizam lâminas relativamente mais grossas para aplicações industriais e de recreação, como o revestimento do assoalho de caminhões, bagagens automotivas, equipamentos de playgrounds e barcos. Um terceiro uso para as lâminas extrusadas, por exemplo, é em geomembranas, nas quais polietileno em lâminas planas é soldado a grandes sistemas de contenção para aplicações em mineração e na eliminação de resíduos municipais. Por fim, os péletes de poliolefina também podem ser utilizados na indústria de extrusão de cobertura e laminação.

3. Filme Balão e Filme Fundido processo com filme balão é um sistema de conversão relativamente diferente usado para o polietileno. A American Society for Testing and Materiais (ASTM) define filmes como materiais com menos de 0,254 milímetros (10 mils) de espessura. No entanto, o processo do filme balão pode produzir materiais com 0,5 milímetros (20 mils) ou mais. Além disso, a modelação por sopro, em conjunto com as tecnologias de coextrusão em monocamada ou multicamadas, estabelece as bases para diversas aplicações. As vantajosas propriedades dos produtos da modelação por sopro podem incluir claridade, força, capacidade de rasgar-se, propriedades óticas e dureza, entre outras. As aplicações podem incluir embalagens para alimentos e outros produtos,

23/45 embalagens industriais e aplicações que não sejam embalagens, como filmes agrícolas, filme higiênico, etc.

O processo do filme fundido pode diferir do processo do filme balão pela rápida extinção e pelas capacidades virtuais de orientação unidirecional. Estas características permitem que uma linha de filme fundido, por exemplo, funcione com maiores taxas de produção enquanto produz uma melhor ótica. As aplicações em embalagens de alimentos e outros produtos tiram proveito dessas forças.

F. Controle Exemplar da Produção de Poliolefina

As variáveis do processo no sistema de fabricação 10 podem ser controladas automaticamente e/ou manualmente através de configurações de válvulas, sistemas de controle, etc. Em geral, um sistema de controle, como um sistema baseado no processador, pode facilitar o gerenciamento de diversas operações no sistema de fabricação 10 da poliolefina, como as representadas na Fig. 1. As instalações para fabricação de poliolefina podem incluir uma sala de controle central, bem como um sistema de controle central, como um sistema de controle distribuído (SCD) e/ou um controlador lógico programável (CLP). Obviamente, o sistema reator 20 normalmente utiliza um sistema baseado em processador, como um SCD, e pode utilizar também um controle de processo avançado conhecido no ofício. O sistema de alimentação 16, o sistema de recuperação de diluente/monômero 24 e o sistema de fracionamento 30 também podem ser controlados pelo SCD. Na extremidade seca da usina, as operações de carregamento da extrusora e/ou de péletes também podem ser controladas

24/45 através de um sistema baseado no processador (por exemplo, SCD ou CLP).

Um SCD pode ser tão simples quanto um CLP conectado de forma remota a um computador localizado em um escritório local. Sistemas maiores podem ser baseados em CLP, mas também contêm gabinetes especialmente projetados para abrigar equipamentos utilizados para fornecer entradas/saídas (E/S) e dispositivos de comunicação. Um sistema distribuído pode permitir que nós remotos funcionem com independência em relação à instalação do controle central caso a instalação seja desconectada ou haja perda de comunicação. Os nós remotos devem armazenar dados do processo, utilizados para operação em caso de falhas.

O(s) sistema(s) de controle do processo de fabricação 10 devem conter o hardware, o código e a lógica de software adequados para fazer interface com os diferentes equipamentos, válvulas de controle, conduítes, instrumentos, etc. do processo para facilitar a medição e o controle de variáveis do processo, implementar esquemas de controle, realizar cálculos, etc. Diversos instrumentos, conhecidos por pessoas com conhecimentos profissionais normais no ofício, devem ser fornecidos para medir variáveis do processo, como pressão, temperatura, taxa de fluxo, composição de fluido, sólidos, etc., e para transmitir um sinal ao sistema de controle, onde os dados medidos possam ser lidos por um operador e/ou utilizados como entrada em várias funções de controle. Dependendo da aplicação e de outros fatores, a indicação das variáveis do processo pode ser lida no local ou de forma remota por um operador, e utilizada para diversos fins de controle

25/45 através do sistema de controle.

Os sistemas de controle podem ou não possuir fiação e oferecem a vantagem do controle centralizado enquanto mantêm a capacidade de controle distribuído ou local. Os componentes podem incluir instrumentos, transmissores remotos, painéis de controle remotos (por exemplo, unidades de transmissão remotas ou UTRs), dispositivos de entradas/saídas (E/S), meios de comunicação (por exemplo, ligações por cabos ou sem fio, rede, etc.), painel ou instalação de controle central, etc. Os painéis de controle remoto, dispositivos de E/S e outros dispositivos de transferência podem fazer interface com o processo ou equipamento em um lado enquanto fazem interface com o sistema de controle no outro lado. Além disso, conforme indicado, o sistema de controle normalmente inclui hardware/software para controle, interface, gerenciamento de banco de dados, etc. Em funcionamento, o sistema de controle deve transferir dados e comandos utilizando protocolos de comunicação, como Ethernet ou outros padrões abertos, ou um padrão proprietário, dependendo do fornecedor do SCD, por exemplo. Protocolos proprietários podem exigir equipamentos específicos para executar suas funções.

Uma instalação de fabricação de poliolefina normalmente possui uma sala de controle, a partir da qual o gerente, engenheiro, técnico, supervisor e/ou operador da usina monitora e controla o processo. Ao utilizar um SCD, a sala de controle pode ser o centro de atividades, facilitando o monitoramento e o controle do processo ou da instalação. A sala de controle e o SCD podem conter uma

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Interface Homem Máquina (IHM), que é um computador, por exemplo, que executa um software especializado para fornecer uma interface de usuário para o sistema de controle. A IHM pode variar de fornecedor para fornecedor, e exibir para o usuário uma versão gráfica do processo remoto. Podem existir diversos terminais ou estações de trabalho da IHM, com diversos níveis de acesso aos dados. Esquemas de autorização normalmente proporcionam um nível de segurança, garantindo que somente pessoas devidamente treinadas e autorizadas operem as diferentes partes da instalação através da IHM e do sistema de controle.

II. Sistema do Reator de Polimerização

A. Configuração do Reator

Na Fig. 2 são representados um diagrama de fluxo de processo de um sistema de reator de polimerização 20 exemplar (da Fig. 1) e um sistema de recuperação de diluente/monômero 24 (também da Fig. 1) . Conforme foi discutido acima, o sistema reator 20 pode conter um ou mais reatores de polimerização, que podem ser do mesmo tipo ou de tipos diferentes. Além disso, em diversos sistemas de reatores, os reatores podem ser organizados em série ou paralelamente. Qualquer que seja o tipo de reator contido no sistema reator 20, um produto de partícula de poliolefina, genericamente chamado de felpa daqui em diante, é produzido. Para facilitar a explicação, os exemplos a seguir são limitados, em escopo, a tipos específicos de reatores, os quais acredita-se que sejam conhecidos pelas pessoas com conhecimentos no ofício e a reatores únicos ou combinações simples. Para uma pessoa com conhecimentos no ofício, no entanto, as presentes

27/45 técnicas são de simples e fácil aplicação a organizações de reatores mais complexas, como as que envolvem reatores adicionais, diferentes tipos de reatores e/ou uma ordem alternativa dos reatores ou tipos de reatores. Considerase que tais organizações estão precisamente no escopo da presente invenção.

Um tipo de reator inclui reatores nos quais a polimerização ocorre em uma fase líquida. Exemplos desses reatores em fase líquida incluem autoclaves, reatores com tanque de líquido em ebulição, reatores loop slurry, etc. Para simplificar, um reator loop slurry 210 para produção de polietileno (e seus copolímeros) será discutido no contexto das presentes técnicas; porém, deve-se deduzir que as presentes técnicas são aplicáveis de forma semelhante a outros tipos de reatores em fase líquida.

O reator loop slurry 210 normalmente é composto por segmentos de tubos conectados por curvas ou cotovelos suaves. 0 reator 210 pode ser usado para realizar a polimerização do polietileno sob condições pastosas nas quais partículas insolúveis de poliolefina, como polietileno ou polipropileno, são formadas em um meio líquido e suspensas como pasta até que sejam removidas. Um dispositivo de impulsão, como uma bomba 214, circula o líquido pastoso no reator 210. Um exemplo de bomba 214 é uma bomba de fluxo axial alinhada com o rotor da bomba localizado no interior do reator 210 para criar uma zona de mistura turbulenta no meio líquido. O rotor também pode auxiliar na propulsão do meio líquido através do circuito fechado do reator a uma velocidade suficiente para manter partículas sólidas, como o catalisador ou o produto da

28/45 poliolefina, suspensas no meio líquido. O rotor pode ser acionado por um motor 216 ou outra força de impulsão.

O meio líquido no interior do reator 210 pode incluir monômeros e comonômeros de olefina, diluente, cocatalisadores (por exemplo, trietilboro, metilaluminoxano, alcinos, como trietilalumínio, etc.), agentes de controle do peso molecular (por exemplo, hidrogênio) e qualquer outro correagente ou aditivo desejado. Tais monômeros e comonômeros de olefina normalmente são 1olefinas com até 10 átomos de carbono por molécula e que normalmente não possuem ramificações mais próximas à ligação covalente que na posição 4. Exemplos de monômeros e comonômeros incluem etileno, propileno, buteno, 1penteno, 1-hexeno, 1-octeno e 1-deceno. Novamente, os diluentes mais comuns são hidrocarbonetos inertes e líquidos sob as condições da reação e incluem, por exemplo, isobutano, propano, n-butano, n-pentano, i-pentano, neopentano, n-hexano, cicloexano, ciclopentano, metilciclopentano, etilcicloexano e similares. Esses componentes são adicionados ao interior do reator através de entradas ou conduítes em locais específicos, conforme representado no fluxo de alimentação 218, que normalmente corresponde a um dos fluxos de alimentação 18 da Fig. 1.

Da mesma forma, um catalisador, como os citados anteriormente, pode ser adicionado ao reator 210 através de um conduíte em um local adequado, como é representado no fluxo de alimentação 88, que pode incluir um carregador de diluente e que também costuma corresponder a um dos fluxos de alimentação 18 da Fig. 1. Um exemplo de catalisador para polimerização do monômero e dos comonômeros de etileno

29/45 presentes inclui um óxido de cromo contendo um cromo hexavalente (ou Cr⁺²) em uma base de sílica. Deve-se explicar que em determinadas materializações o cromo da matéria-prima do catalisador é recebido na usina de poliolefina como Cr⁺³. Este catalisador pode ser sujeito a um processo de ativação por monóxido de carbono (CO), que produz uma alteração de valência para Cr⁺⁶ no catalisador ativado. Depois, durante a polimerização no reator, a valência do Cr⁺⁶ no catalisador ativado muda para Cr⁺² devido à presença de monômero (por exemplo, etileno) no conteúdo de polimerização no reator. Convenientemente, os locais com Cr⁺² no catalisador são ativos para polimerização. No entanto, deve-se enfatizar, conforme dito anteriormente, que podem ser utilizados diversos sistemas catalisadores, diferentes dos sistemas de cromo.

Em geral, os componentes adicionados ao reator normalmente compõem um meio líquido no interior do reator

210, no qual o catalisador é uma partícula suspensa. As reação, como concentrações de reagentes, são reguladas para promover a obtenção das propriedades poliolefina desejadas no reator, para controlar a estabilidade do reator, etc. A temperatura é mantida normalmente abaixo do nível no qual o polímero produzido

Conforme indicado, devido à natureza exotérmica da reação de polimerização, um líquido de resfriamento pode circular através das tampas 212 em torno de partes do reator loop slurry 210 para remover o excesso de calor, mantendo, assim, a temperatura dentro da faixa desejada, normalmente entre 150° F e 250° F (65° C e

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121°C). Da mesma forma, a pressão pode ser regulada dentro de uma faixa de pressão desejada, normalmente de 689,48 a 5.515,8 kPag, sendo o normal uma faixa de 3.102,6 a 4.826,3 kPag.

Conforme a reação de polimerização prossegue no interior do reator 210, o monômero (por exemplo, etileno) e os comonômeros (por exemplo, 1-hexeno) são polimerizados para formar polímeros de poliolefina (por exemplo, polietileno) que são essencialmente insolúveis no meio líquido na temperatura de reação, formando assim uma pasta de substâncias particuladas sólidas no meio. Essas substâncias particuladas de poliolefina sólida devem ser removidas do reator 210 por uma fase de sedimentação ou por outros meios, como uma remoção contínua, conforme representado no fluxo de descarga 22. No processamento final, a poliolefina descarregada do reator pode ser extraída da pasta e purificada.

B. Tamanho da Partícula de Poliolefina no Reator

A faixa de tamanhos de partícula ou distribuição da felpa de poliolefina no reator pode variar dependendo do catalisador de polimerização utilizado, do polímero produzido e das condições de reação. Por exemplo, um catalisador Englehard Lynx 100 produz, em media, partículas de polímero menores que as produzidas com um catalisador Davidson 969 MS Chrome. Em geral, pode ser utilizado um catalisador que, devido ao tamanho, forma, área de superfície reativa ou outra característica da atividade do catalisador, produza partículas de polímero na faixa de tamanho desejada. Especificamente, o tamanho das partículas de polímeros produzidas por um catalisador

31/45 normalmente varia em proporção ao tamanho da partícula do catalisador; isto é, catalisadores menores normalmente produzem menores partículas de polímero. A porcentagem do peso de partículas de polímero de tamanhos diferentes pode variar entre catalisadores e normalmente corresponde ao tamanho da partícula do catalisador. Além disso, as condições de operação da reação, como densidade da pasta, temperatura, tempo de permanência, etc. podem ser moduladas para ajudar a distribuição do tamanho da partícula.

A distribuição do tamanho da partícula normalmente é especificada para manter as condições de pasta adequadas em um reator loop slurry que esteja operando em condições de reação como as discutidas em relação à Fig. 1. Além disso, a distribuição de tamanho da partícula é normalmente especificada para facilitar o processamento final da felpa de poliolefina. Especificamente, a faixa de tamanhos de partícula pode ser determinada para reduzir a presença de partículas grandes demais que possam obstruir equipamentos de fluxo, incluindo o tanque de vaporização instantânea (ou câmara de vaporização instantânea, separador de vaporização instantânea, etc.), coluna de purificação, etc. Tal redução de partículas maiores facilita a eliminação do tanque de despejo do reator ou do tanque de expansão alternativo (AFT) .

Em uma materialização, o catalisador e as condições de operação utilizadas produzem menos que 1% por peso de partículas de polímero maiores que 1.500μ transversalmente. Em outra materialização, menos que 5% por peso das partículas de polímero são maiores que Ι.ΟΟΟμ transversalmente. Em mais uma materialização, menos que

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0,1% por peso das partículas de polímero são maiores que 1.500μ transversalmente e/ou menos que 0,5% por peso das partículas de polímero são maiores que 1.000μ transversalmente. No outro extremo, para evitar problemas associados a um número excessivo de partículas finas, em uma materialização, menos que 5% por peso das partículas de polímero são menores que 100μ transversalmente e, em outra materialização, menos que 0,5% por peso das partículas de polímero são menores que 100μ transversalmente. Além disso, em outra materialização, mais de 70% por peso das partículas de polímero têm entre 300μ e 500μ transversalmente e, em mais uma materialização, mais de 80% por peso das partículas de polímero têm entre 300μ e 500μ transversalmente. Em outra materialização, mais de 90% por peso das partículas de polímero têm entre 300μ e 500μ transversalmente.

III. Sistema de Recuperação de Diluente/Monômero

A. Câmara de Vaporização Instantânea

A descarga 22 do reator 210 deve fluir através de um aquecedor de vaporização instantânea alinhado 222 e para o interior de uma câmara de vaporização instantânea 224. O aquecedor de vaporização instantânea alinhado 222 pode ser um conduíte circundante que utilize vapor ou vapor condensado, por exemplo, como meio de aquecimento para fornecedor aquecimento indireto à descarga 22. Assim, o efluente (descarga 22) do reator loop slurry 210 é aquecido antes de ser introduzido na câmara de vaporização instantânea 224. Além disso, antes de a descarga 22 entrar na câmara de vaporização instantânea 224, água ou outras impurezas do catalisador podem ser injetadas na descarga 22

33/45 para desativar qualquer resíduo de catalisador presente no fluxo da descarga 22. Como esses componentes injetados são impurezas de catalisador por definição, eles são completamente removidos, ou pelo menos substancialmente removidos, de qualquer material recuperado (por exemplo, monômero ou diluente) reciclado para o reator 210.

Na câmara de vaporização instantânea 224, a maior parte dos componentes não sólidos da descarga 22 do reator é retirada por cima como vapor no gás de vaporização instantânea 226. Observe que é este gás de vaporização instantânea 226 reciclado que deve passar pelo sistema de fracionamento no caminho para o reator 210 (ou seja, através do sistema de alimentação 16) . Na produção de polietileno, este vapor normalmente é diluente primário, como isobutano ou outros diluentes mencionados anteriormente. Ele também pode conter o monômero não reagido (por exemplo, etileno) e outros componentes leves, bem como o comonômero não reagido (por exemplo, 1-hexeno, buteno, 1-penteno, 1-octeno e 1-deceno) e outros componentes pesados (por exemplo, hexano e oligômeros). Em geral, os componentes leves, ou simplesmente leves, podem ser definidos como os componentes leves com pontos de ebulição menores que o do diluente utilizado. Em contrapartida, os componentes pesados, ou pesados, podem ser definidos como os componentes com pontos de ebulição maiores que o do diluente. Uma composição aproximada exemplar do gás de vaporização instantânea 226 é 94% por peso de isobutano, 5% por peso de etileno e 1% por peso de outros componentes. Um nível ou volume de felpa pode ser mantido na câmara de vaporização instantânea 224 para dar

34/45 mais tempo de permanência à felpa na câmara 224 para facilitar a separação do líquido e do vapor que entram nas partículas porosas da felpa.

gás de vapor ização instantânea 226 pode ser processado em equipamentos para remoção de sólidos 244 (consulte, por exemplo, a Fig. 6) , como ciclones, filtros de algodão, etc., onde os sólidos que penetraram na felpa (por exemplo, partículas finas, geralmente) são removidos e devolvidos à câmara de vaporização instantânea 224 ou ao próximo equipamento no fluxo, como a coluna de purificação 228 discutida abaixo. O gás de vaporização instantânea 226 também pode passar por uma plataforma de desoxigenação, por exemplo. Além disso, o gás de vaporização instantânea 226 pode ser resfriado ou condensado em um transferidor térmico 246 (por exemplo, uma construção de tipo tubular) antes de ser reciclado para o sistema de alimentação 16 ou o sistema de fracionamento 30. Para reduzir o tamanho e os custos do sistema de f racionamento 30, uma parte do gás de vaporização instantânea 226, chamada gás de vaporização instantânea tratado 226A e/ou gás de vaporização instantânea condensado 226B pode passar pelo sistema de fracionamento 30 e retornar de forma mais direta (por exemplo, pela linha 34 da Fig. 1) ao reator 210 pelo sistema de alimentação 16.

transferidor térmico 246 pode ter um abastecimento de resfriamento 248 e um retorno de resfriamento 250. O refrigerante utilizado pode ser água da torre de resfriamento, por exemplo.

As presentes técnicas podem aumentar o tamanho do transferidor térmico 248 (condensador) para acomodar a massa adicional de diluente e

35/45 monômero descarregada do reator (em um despejo ou uma operação irregular) no tanque de vaporização instantânea 224 (em vez de no tanque de despejo 46).

Quanto aos sólidos (polímero) na câmara de vaporização instantânea 224, eles são retirados com uma pequena quantidade de diluente (e monômero) introduzido e enviados para a coluna de purificação 228 pela descarga de sólidos 230. Como será verificado pelas pessoas com conhecimentos normais no ofício, o conduíte da descarga de sólidos 230 pode incluir configurações de válvulas que permitam que o polímero circule para baixo pelo conduíte enquanto reduzem a possibilidade de que o vapor circule entre a coluna de purificação 228 e a câmara de vaporização instantânea 224. Por exemplo, uma ou mais válvulas giratórias ou cíclicas podem ser dispostas sobre o conduíte da descarga de sólidos 230. Além disso, uma ou mais câmaras (de sobretensão) relativamente pequenas para felpa também podem ser fixadas ao conduíte. Tradicionalmente, os sólidos da felpa provenientes da câmara de vaporização instantânea foram descarregados em uma câmara de vaporização instantânea de menor pressão, com o gás de vaporização instantânea de menor pressão precisando de compressão para ser reciclado para o sistema de fracionamento 30 e o reator. No entanto, a eliminação de uma vaporização instantânea de baixa pressão (e a compressão associada) assegura a descarga dos sólidos da felpa vindos da câmara de vaporização instantânea 224 na coluna de purificação 228. Tal descarga na coluna de purificação pode incluir configurações de válvulas adequadas, uma câmara de sobretensão ou simplesmente um conduíte, etc.

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B. Coluna, de Purificação

A alimentação de sólidos primários para a coluna de purificação 228 normalmente é composta pela descarga de sólidos 230 (felpa de poliolefina) existente na câmara de vaporização instantânea 224. Um objetivo da coluna de purificação 228 é remover resíduos de hidrocarbonetos dos fluxos de entrada de sólidos e proporcionar uma felpa de polímero 232 substancialmente limpa. A felpa 232 pode ser transportada ou levada para o sistema de extrusão/descarregamento 36 para conversão em péletes 38 e para distribuição e venda como resina de pélete de poliolefina para clientes 40. Em geral, as partículas de polímero tratadas descarregadas da coluna de purificação 228 como felpa 232 de polímero podem ser processadas em uma operação convencional de acabamento, como uma extrusora de rosca, no sistema de extrusão/descarregamento 36 (Fig. 1).

No sistema exemplar de coluna de purificação ilustrado, é circulado nitrogênio pela coluna de purificação 228 para remover resíduos de hidrocarbonetos através de descarga elevada 234. Esta descarga 234 pode ser enviada através de uma unidade de separação 236, como uma unidade de recuperação de membrana, unidade de adsorção de oscilação de pressão, unidade de refrigeração, etc., para recuperar nitrogênio através do fluxo de nitrogênio 238 e para descarregar um fluxo separado de hidrocarbonetos 240 como alimentação para o sistema de fracionamento 30. No ofício, a unidade de separação 236 pode ser conhecida como uma Unidade de Recuperação de Isobutano e Nitrogênio (INRU). Além disso, nitrogênio puro 242 pode ser adicionado ao circuito de nitrogênio para compensar perdas de

37/45 nitrogênio no sistema da coluna de purificação 228. Por fim, deve-se observar que o fluxo de hidrocarbonetos 240 pode, de maneira benéfica, fornecer alimentação para o sistema de fracionamento 30. Por exemplo, o fluxo de hidrocarbonetos 240 sendo descarregado da unidade de separação 236 disponibiliza alimentação de hidrocarbonetos que pode ser processada para que se obtenha diluente livre de olefina utilizado na preparação do catalisador.

C. Configurações Alternativas

Conforme será verificado pelas pessoas com conhecimentos normais no ofício, diversas configurações podem ser utilizadas no sistema de recuperação de diluente/monômero 24. Por exemplo, a descarga de sólidos 230 da câmara de vaporização instantânea 224 pode ser enviada para outro reator (por exemplo, um reator em fase gasosa) em vez de para a coluna de purificação 228 ou para uma câmara de vaporização instantânea de baixa pressão. Se for descarregado em outro reator, o catalisador impuro não poderá ser injetado em um ponto anterior na descarga 22 e, assim, o resíduo de catalisadores ativos permanecerá para mais polimerização.

Em outra configuração, a coluna de purificação 228 pode ser eliminada do sistema de recuperação 20 e combinada com o tanque de alimentação da extrusora localizada posteriormente no fluxo. A unidade de separação 236 associada à coluna de purificação 228 pode ser reposicionada para acomodar o tanque de alimentação da extrusora, se desejado. Assim, a alta pressão do processo na câmara de vaporização instantânea 224 pode ser utilizada para levar as partículas de felpa presentes na descarga de

38/45 sólidos 230 para o sistema de extrusão/descarregamento 36, eliminando um sistema de impulsão (e o consumo de energia associado) normalmente utilizado para levar a felpa 232 ao sistema de extrusão/descarregamento. Além disso, a pressão do processo na câmara de vaporização instantânea 224 pode ser usada para transportar as partículas de felpa em uma organização de transporte de fase densa, diminuindo assim a velocidade das partículas em circulação e reduzindo os danos causados às partículas pelo transporte.

D. Câmara de Vaporização Instantânea /Tanque de Despejo do Reator Combinados

A Fig. 2 representa um tanque de despejo convencional 46 para recepção de uma descarga de pasta 4 8 do reator durante um evento anormal ou de despejo. A descarga do despejo de pasta 48 pode ser posicionada em um ou mais pontos ao redor do reator loop 210. As válvulas de descarga ou de alívio podem descarregar para o tanque de despejo 46, por exemplo, durante perda de circulação da pasta, excesso de pressão do reator loop 210, etc. No tanque de despejo 46, a parte líquida da pasta é derramada e descarregada no fluxo elevado 50 para uma queima, por exemplo, por combustão, ou para outros sistemas que reduzam emissões e/ou recuperem energia, por exemplo. Os sólidos e qualquer hidrocarboneto carregado podem ser descarregados na base do tanque de despejo 46 por um fluxo de sólidos 52. Normalmente, conforme discutido, o fluxo de sólidos 52 não é recuperado, mas sim eliminado. De acordo com as presentes técnicas, o tanque de despejo 46 pode ser eliminado. Nesse caso, um despejo da pasta do reator ou uma descarga da pasta do reator durante operação anormal pode ser

39/45 descarregada pela descarga normal 22 (por exemplo, remoção contínua) no tanque de vaporização instantânea 224. A câmara de vaporização instantânea 224 e os equipamentos associados (por exemplo, o condensador elevado) devem ser de tamanhos compatíveis.

Em configurações convencionais, a pasta ou os sólidos do reator também podem entrar no tanque de despejo 46 por outros pontos no fluxo do sistema do reator loop 210. Por exemplo, conforme indicado pelos números de referência 54A, 54B e 54C, o tanque de despejo 46 pode receber pasta ou polímero de um conduíte 54A acoplado à descarga do reator 22 localizada após a remoção contínua, de um conduíte 54B localizado após a linha de vaporização instantânea 222 e antes do tanque de vaporização instantânea 224, e/ou de um conduíte 54C, que descarrega após o tanque de vaporização instantânea 224 e antes da coluna de purificação 228. No entanto, novamente, com a eliminação do tanque de despejo 46 em certas materializações, o tanque de vaporização instantânea 224 pode acomodar uma descarga de despejo do reator loop 210 (através da descarga 22 e da linha de vaporização instantânea 222, a trajetória normal de operação).

IV. Remoção Contínua da Descarga de Efluente do Reator

As Figs. de 3 a 5 ilustram um mecanismo de remoção contínua (CTO) da descarga 22 do reator. O mecanismo de CTO relativo a uma configuração com fase de sedimentação normalmente assegura uma melhor distribuição de tamanho de partícula da felpa de poliolefina que sai do reator durante a inicialização ou o desligamento do reator. A presença reduzida de partículas grandes demais de poliolefina

40/45 suaviza o uso de um tanque de despejo do reator ou de um tanque de expansão alternativo (AFT) durante inicialização e desligamento. Na Fig. 3 é representado um mecanismo de remoção contínua 280 colocado em um cotovelo tubular do reator loop slurry 210. O mecanismo de remoção contínua 280 inclui um cilindro de remoção 282, uma linha de retirada de pasta 284, uma válvula de fechamento emergencial 285, uma válvula motora proporcional 286 para regular o fluxo e uma linha de descarga 287. O reator 210 pode ser operado inteiramente em líquido, e como o conteúdo líquido do reator é levemente compressível, o controle de pressão do líquido através do sistema pode ser obtido com uma válvula. Além disso, onde a entrada de diluente é mantida amplamente constante, a válvula motora proporcional 286 pode ser utilizada para controlar a taxa de retirada contínua e para manter a pressão total do reator dentro dos limites determinados.

Na Fig. 4, que é uma representação da linha de seção 5-5 da Fig. 3, é representado um cotovelo tubular ligeiramente curvado com o mecanismo de remoção contínua 280. Assim, o cotovelo tubular ilustrado pode ser considerado um cotovelo de carga anexa. Conforme é mostrado, o mecanismo inclui um cilindro de remoção 282, que neste exemplo é anexado no ângulo direito, tangente à superfície externa do cotovelo. Além disso, a acoplagem com o cilindro 282 é a linha de retirada de pasta 284. Dentro do cilindro de remoção 282 há uma válvula de gaveta 288 que pode ter pelo menos duas funções. A primeira, fornecer um mecanismo de esvaziamento para o cilindro de remoção caso ele fique obstruído com polímero. A segunda,

41/45 funcionar como válvula de desligamento de toda a unidade de remoção contínua.

A Fig. 5 exibe uma orientação de anexação para o cilindro de remoção 282, que é fixado tangencialmente na curvatura do cotovelo e em um ponto imediatamente anterior ao local em que o fluxo da pasta vira para cima. A abertura pode ser elíptica para a superfície interna, por exemplo, e é possível ampliá-la para melhorar a remoção de sólidos. Deve-se observar que podem ser implementadas diversas orientações para anexação do cilindro de remoção 282. Por exemplo, o cilindro pode ser anexado ao reator 210 perpendicularmente a uma tangente do cotovelo do reator, conforme mostrado na Fig. 4, ou em tangente com a superfície externa do cotovelo do reator, conforme exibido na Fig. 5, ou em qualquer ângulo entre estes. 0 cilindro 282 pode ser cortado rente à superfície interna do reator ou pode se estender para o interior dele. Uma implementação é para que o cilindro 282 tenha seu corte final de anexação em um ângulo de 45 graus. Neste caso, ele pode ser montado para que o vértice mais curto do corte de 45 graus seja colocado rente ao raio externo do cotovelo do reator 210 e para que o vértice mais longo do corte de 45 graus projetese para dentro do fluxo do reator. Isso pode promover a captura de mais sólidos e menos diluente no reator, aumentando, assim, a concentração de sólidos da pasta descarregada. Podem ser implementadas outras orientações e posições.

V. Atualização e Operação do Reator e dos Sistemas de Recuperação de Diluente/Monômero

As presentes técnicas acomodam a combinação da função

42/45 do tanque de despejo (às vezes marcado como um tanque de expansão alternativo) com a câmara de vaporização instantânea 224. Uma vantagem é que isso pode reduzir o investimento de capital associado à construção de uma instalação para fabricação de poliolefina. Outras vantagens podem incluir a redução do gás enviado para queima durante uma situação de despejo do reator e uma redução do tamanho da queima em algumas instalações. Enquanto as presentes técnicas podem ser utilizadas com a descarga com fase de sedimentação tradicional do reator loop, o uso da câmara de vaporização instantânea 224 para acomodar uma situação de despejo do reator pode ser mais vantajoso com a descarga contínua do reator. Conforme foi discutido, isso ocorre devido a uma distribuição de tamanho de partícula normalmente melhor (isto é, menos caroços ou blocos de polímero) que é descarregada na descarga contínua. Deve-se observar que devem ser tomadas providências de esvaziamento para o tanque de vaporização instantânea 224 caso blocos de polímero e materiais indesejados sejam descarregados do reator 210 para a câmara de vaporização instantânea 224.

Além disso, como a pasta de polímero é enviada para o tanque de vaporização instantânea 224 em uma situação de despejo do reator, em vez de para o tanque de despejo 46, a quantidade de polímero enviada como detrito (isto é, material que seria descarregado do tanque de despejo 46 para recipientes de detritos para eliminação) é reduzida. Os detritos de polímero causados por despejos do reator podem representar até 1% ou mais da poliolefina produzida durante a vida útil do reator loop. Uma vantagem, com as

43/45 presentes técnicas, é que o polímero recebido do reator durante um despejo do reator pode ser recuperado e extrusado como péletes fora da especificação, por exemplo.

Além disso, o transporte de polímero do tanque de vaporização instantânea 224 para a coluna de purificação (ou para um tanque de vaporização instantânea de baixa pressão) pode percorrer uma distância longa. Isso ocorre devido à alta pressão no tanque de vaporização instantânea 224, em comparação com a baixa pressão verificada no tanque de despejo 46 anterior. Uma vantagem é que este maior diferencial de pressão pode permitir que o combinado de tanque de despejo/tanque de vaporização instantânea seja colocado no solo para reduzir a estrutura de suporte do tanque e os custos associados.

0	equipamento de	remoção de	sólidos	244	acima da
câmara	de	vaporização	instantânea	224 pode	ter	o tamanho
aumentado	para lidar	com o maior	fluxo de	gás	que pode

ocorrer durante um evento de despejo do reator. Na Fig. 6 é representado um equipamento exemplar de remoção de sólidos 244. O gás de vaporização instantânea 226 da câmara de vaporização instantânea 224 pode entrar em um ciclone 258 (por exemplo, um ciclone de alta eficiência que neutraliza a maioria dos sólidos carregados pelo gás de vaporização instantânea 226). O fluxo sólido 260 pode ser descarregado na base do ciclone 258 e reciclado para a coluna de purificação 228, por exemplo. O gás de vaporização instantânea 226C que sai por cima do ciclone 258 pode entrar em um filtro de algodão 262, onde qualquer sólido adicional é removido pela descarga de sólidos 264 da base do filtro de algodão 262. 0 gás de vaporização

44/45 instantânea 226B pode então sair por cima do filtro de algodão 262 no caminho para o transferidor térmico 246 (por exemplo, na materialização ilustrativa da Fig. 2), o sistema de fracionamento 30 e/ou o sistema de alimentação 16 (por exemplo, pelo fluxo 34), por exemplo. Deve-se observar que o gás de vaporização instantânea 226B pode ser processado posteriormente, por exemplo, em uma plataforma de desoxigenação, antes de entrar no transferidor térmico 246 (um condensador, por exemplo), um sistema de fracionamento 30 e/ou um sistema de alimentação 16.

Em determinadas materializações, pode ser vantajoso não utilizar o filtro de algodão 262 em um evento de despejo do reator. Em outras palavras, enquanto um ciclone 258 de alta eficiência pode acomodar o maior fluxo de gás de vaporização instantânea 226 presente durante uma situação de despejo do reator, o filtro de algodão 262 pode ser pequeno demais em alguns eventos. Assim, são descritas uma linha de passagem 266 e uma válvula de passagem 268 para desviar do filtro de algodão 262. Por outro lado, o filtro de algodão 262 pode ter seu tamanho aumentado para acomodar o fluxo do gás de vaporização instantânea 226 descarregado do reator loop 210 em um evento de despejo do reator.

Embora a invenção possa ser suscetível a várias modificações e formas alternativas, materializações específicas foram mostradas como exemplo nos desenhos e descritas com detalhes neste documento. No entanto, devese compreender que a invenção não deve ser limitada às formas específicas apresentadas. Preferencialmente, a invenção deve cobrir todas as modificações, equivalentes e

45/45 alternativas que estejam incluídas no espírito e no escopo da invenção, conforme definidos pelas reivindicações anexas a seguir.

Claims (7)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Método para operar um processo de produção de poliolefina caracterizado por compreender:

   Polimerizar o monômero na presença de catalisador em um reator de polimerização (20) para formar poliolefina;

   Processar o efluente do reator de polimerização (20) em um tanque de vaporização instantânea (224) durante operação normal;

   Processar o efluente do reator de polimerização (20) no tanque de vaporização instantânea (224) durante um despejo do reator; e recuperar a maioria da poliolefina e do hidrocarboneto no efluente descarregado do reator de polimerização (20) durante um despejo do reator.
2. 2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da recuperação compreender reciclar os hidrocarbonetos para o reator de polimerização (20).
3. 3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da recuperação compreender condensar o vapor de hidrocarbonetos descarregado do tanque de vaporização instantânea (224).
4. 4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da recuperação compreender transportar a poliolefina do tanque de vaporização instantânea (224) para uma coluna de purificação (228) .
5. 5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do reator de polimerização (20) não estar em comunicação com um tanque de despejo do reator ou um tanque de expansão alternativo (AFT).
6. 6. Método, de acordo com a reivindicação 1,

   Petição 870180168637, de 28/12/2018, pág. 9/11

   2/2 caracterizado pelo fato do despejo do reator compreender um esvaziamento do conteúdo do reator de polimerização (20) em

   10 minutos a 30 minutos.
7. 7. Método, de acordo com a reivindicação

   1,

   5 caracterizado pelo fato do tanque de vaporização instantânea (224) descarregar, como vapor de topo, a maioria dos hidrocarbonetos descarregados do reator de polimerização (20) durante o despejo do reator.