PT1294458E - Aparelho de desgasificação - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO "APARELHO DE DESGASIFICAÇÃO" A presente invenção refere-se a um aparelho de desgasificação para utilização com reactores de polimerização, por exemplo para utilização na produção de polietileno. 0 polietileno é produzido, tipicamente, de acordo com o processo Phillips num sistema de lamas. Neste sistema, etileno de elevada pureza é introduzido num reactor de recirculação. Um hidrocarboneto com baixo ponto de ebulição, tal como o isobutano, é utilizado para dissolver o monómero de etileno e para suspender partículas de catalisador e polímero no interior do reactor. 0 gás etileno, o diluente e o catalisador em pó são introduzidos, continuamente, no reactor de recirculação no qual os conteúdos entram rapidamente circulação por meio de uma bomba. 0 reactor é, tipicamente, mantido a uma temperatura na ordem dos 100 °C e a uma pressão na ordem dos 4MPa. Na continuação do processo, as partículas de polímero começam a formar-se e as maiores a precipitar e entrar numa zona de sedimentação a partir da qual a lama concentrada é descarregada. O sistema de produção é contínuo de modo a que o produto seja removido à mesma velocidade a que se forma.

Devido à alta pressão no interior do reactor, deverá compreender-se que a lama descarregada contém etileno que é desejável reciclar de modo a evitar desperdício. O polímero também deve ser separado dos restantes materiais. A lama é, por esse motivo, fornecida do reactor de recirculação para um assim 1 chamado tanque de vaporização ou tambor de vaporização que é mantido a uma muito mais baixa pressão do que o reactor. Isto resulta na vaporização instantânea do etileno e diluente de baixo ponto de ebulição. 0 gás monómero e o diluente são, então, transferidos para um compressor e reutilizados.

Contudo, é necessário purificar este "gás vaporizado" e, em particular, eliminar pequenas partículas conhecidas como "finos" uma vez que estas podem causar danos ao compressor. Por esta razão, o vapor é transferido em primeiro lugar para um ciclone e, desde aí, para um filtro de manga. Quer o ciclone quer o filtro de manga são ligados a tanques colectores conhecidos como "recipientes de queda" que recebem matéria sólida. Esta matéria é então introduzida, por válvulas rotativas (que impedem o gás de fluir através delas), num secador denominado um "secador poeiras" juntamente com a lama proveniente do tanque de vaporização. 0 gás purificado é, então, fornecido, através de um assim chamado filtro de protecção, ao compressor de gás vaporizado. 0 filtro de protecção é projectado meramente para proteger o compressor no caso de uma falha em qualquer outra parte no sistema. 0 secador poeiras seca a matéria nele introduzida para deixar ficar pó de polímero. Aditivos são adicionados, se necessário, e o pó é, então, enviado para um extrusor no qual é derretido e enformado em pastilhas. O documento US 6045661 revela um sistema típico para recuperar diluente, monómero e comonómero do efluente do reactor de polimerização. 2 0 sistema descrito acima é satisfatório na maior parte das circunstâncias. Durante um periodo de tempo, os filtros, que são tipicamente filtros de manga, ficam bloqueados e o processo tem de ser suspenso para que estes possam ser limpos ou substituídos. Normalmente, este não é um problema sério porque esta manutenção apenas é raramente necessária.

Contudo, verificou-se que em certas circunstâncias o filtro, e por vezes o ciclone, entopem após um curto período de tempo. Verificou-se que isto ocorre quando está a ser produzido um polímero tendo um alto teor de comonómero (tal como 1-hexeno e 1-octeno). Pode ser adicionado hexeno à alimentação de olefina para controlar a densidade do polímero e julga-se que o hexeno e oligómeros condensados tornam o produto global pegajoso. Isto, por sua vez, causa o entupimento rápido do ciclone e filtro de manga. 0 comonómero 1-hexeno também molha os filtros o que aumenta o entupimento. Pensa-se que o elevado teor de hexeno dá origem a temperaturas mais baixas que, por sua vez, criam uma quantidade acrescida de condensação que entope o filtro e o ciclone.

Como consequência disto, só é possível realizar campanhas de produção de polímeros com elevado teor de hexeno comparativamente curtas, com um limite prático de cerca de 2000 toneladas. Depois disto, têm de ser produzidos produtos com baixo teor de hexeno, para limpar o ciclone e o filtro de manga. Deve compreender-se que este é um problema sério caso devam ser produzidos largos volumes de produto com elevado teor de hexeno.

Conforme um aspecto da invenção, é providenciado um aparelho de desgasificação para utilização em associação com um reactor de polimerização, compreendendo o aparelho um tanque de vaporização 3 para o qual a lama do reactor pode ser descarregada e dentro do qual o(s) monómero(s) e/ou diluente na lama podem ser vaporizados para formar gás; e uma unidade de filtragem para remover partículas suspensas do gás; em que a unidade de filtragem é directamente ligada ao tanque de vaporização sem um ciclone ou semelhante interveniente.

Assim, ao contrário da configuração convencional, o ciclone localizado entre o tanque de vaporização e o filtro foi eliminado. Convencionalmente, acreditou-se que a presença do ciclone era essencial para impedir que excessiva matéria líquida ou sólida de atingisse o filtro e, desse modo, causasse o entupimento do filtro. Contudo, os inventores descobriram que, surpreendentemente, é alcançado um funcionamento melhorado, pelo menos, quando se produzem polímeros de elevado teor de hexeno, fornecendo o material vaporizado directamente a uma unidade de filtragem. Isto mantém uma temperatura elevada e, desse modo, impede ou, pelo menos, reduz o entupimento dos filtros. Deve também compreender-se que esta configuração resulta num total de componentes significativamente reduzido, extensões de tubagem mais curtas e uma configuração de modo geral mais simples.

Tal como discutido, esta configuração é vantajosa por si própria, uma vez que, reduzindo o entupimento, a necessidade de suspender o sistema para limpar ou substituir os filtros é reduzida. Contudo, a configuração acima descrita presta-se a um avanço adicional particular relativamente à técnica anterior, pelo qual pode ser providenciada uma pluralidade de unidades de filtragem, cada uma ligada directamente ao tanque de vaporização. Podem ser providenciados aparelhos de válvula para que uma das unidades de filtragem possa ser isolada para limpeza, remoção ou substituição enquanto o(s) outro(s) filtro(s) se mantém(êm) em 4 funcionamento. No presente contexto, "aparelho de válvula" significa quaisquer aparelhos apropriados de controlo de escoamento. Assim, o aparelho pode ser concebido para funcionar utilizando uma ou a outra das unidades de filtragem a qualquer dado momento, ou pode ser adaptado para utilizar ambos os filtros durante o normal funcionamento com a opção de isolar um ou mais dos filtros para manutenção.

Deve compreender-se que as unidades de filtragem são localizadas, de um modo preferido, tão perto quanto possivel do tanque de vaporização para manter as extensões de tubagem num minimo para reduzir a descida de temperatura. Cada unidade de filtragem pode ser dotada com uma conduta para dirigir a matéria sólida dali para um secador, que pode ser o mesmo secador para o qual o material é dirigido a partir do tanque de vaporização. Contudo, numa forma de realização, a(s) unidade(s) de filtragem é/são montada(s) numa parte superior do tanque de vaporização e são colocadas de modo a que partículas, desse modo removidas do gás, possam cair no próprio tanque de vaporização. Elas passam então para dentro do secador com a matéria sólida do tanque.

Esta disposição, é em si própria, vista como constituindo uma invenção e, por isso, relativamente a um outro aspecto, a invenção providencia um aparelho de desgasificação para utilização em associação com o reactor de polimerização, compreendendo o aparelho: um tanque de vaporização para dentro do qual a lama do reactor pode ser descarregada e no interior do qual o(s) monómero(s) e/ou diluente na lama pode(m) ser vaporizado(s) para formar gás; e uma unidade de filtragem para remover partículas suspensas do gás; em que o filtro é montado numa parte superior do tanque de vaporização e é colocado de 5 modo a que partículas desse modo removidas do gás possam cair dentro do tanque de vaporização.

Deve compreender-se que esta configuração é particularmente vantajosa visto que mantém a temperatura na região dos filtros, desse modo reduzindo o problema de entupimento, e simplifica grandemente a estrutura e reduz o total de componentes.

Os filtros podem ser montados no topo do tanque de vaporização com condutas adequadas que devem ter um diâmetro adequado para habilitar a matéria a cair de volta no interior do tanque de vaporização em utilização, em oposição a um escoamento de gás para os filtros. Alternativamente, a(s) unidade (s) de filtragem podem ser formadas integralmente com o próprio tanque de vaporização como uma única estrutura.

Tal como foi discutido anteriormente, podem ser providenciadas uma pluralidade de unidades de filtragem e elas ser configuradas de tal modo que uma ou mais podem ser isoladas para manutenção, limpeza dos materiais de filtragem,, substituição, etc. Isto aplica-se, igualmente, quer os filtros sejam solidários com o tanque de vaporização ou separados.

Esta configuração é também considerada como sendo inventiva por direito próprio e, por consequência, vista com um aspecto adicional, a presente invenção providencia um aparelho de desgasificação para utilização em associação com um reactor de polimerização, compreendendo o aparelho um tanque de vaporização para dentro do qual a lama do reactor pode ser descarregada e no interior do qual o(s) monómero(s) e/ou diluente na lama pode(m) vaporizar-se para formar gás; e uma pluralidade de unidades de filtragem para remover do gás partículas suspensas; de acordo com 6 o que as unidades de filtragem estão configuradas de tal modo que uma das unidades de filtragem pode ser isolada para limpeza, remoção ou substituição enquanto o(s) outro(s) filtro(s) se mantém(êm) em funcionamento.

Embora seja possível utilizar, neste contexto, qualquer tipo convencional de filtro, é preferido que as unidades de filtragem compreendam filtros de manga.

Além disso ou alternativamente, as unidades de filtragem podem compreender filtros de metal sinterizado, tais como os disponibilizados pela Pall Corporation. Estes têm a vantagem de poderem ser limpos, quer in situ ou após remoção, por ultra sons, retro lavagem quando acima de uma determinada pressão, etc.. Se se desejar limpar os filtros in situ por retro lavagem, então tubagem e válvulas apropriadas serão providenciadas para gerar o necessário refluxo.

Alternativamente, se se quiser remover os filtros para limpeza, então os filtros de metal sinterizado são particularmente vantajosos visto que o material pode ser queimado sem danificar os filtros. A jusante da(s) unidade(s) de filtragem o aparelho da invenção pode ser completamente convencional e, por isso, pode ser providenciado ainda um compressor para comprimir o gás e um filtro de protecção para proteger o compressor de quaisquer partículas que não tenham sido removidas pela(s) unidade(s) de filtragem. Além disso, pode ser providenciado um secador, tal como um secador de poeiras e/ou um secador purificador para secar a matéria sólida separada do gás vaporizado no tanque de 7 vaporização e/ou para receber matéria sólida da(s) unidade(s) de filtragem.

Deve compreender-se que a invenção também abrange um método para desgaseificar uma lama de um reactor de polimerização compreendendo fornecer a lama ao aparelho, tal como discutido anteriormente, e permitir que o aparelho desgaseifique a lama do modo descrito e subsequentemente, separar o gás monómero e a matéria sólida.

Além disso, a invenção abrange um método de produzir um polimero pelo qual o monómero, o catalisador e outro(s) reagente(s) são fornecidos a um reactor de polimerização e a lama resultante é fornecida a um aparelho de desgasificação, como anteriormente descrito, pelo qual o polimero é separado do gás monómero. 0 polimero pode, então, ser enviado como um pó para um extrusor no qual é derretido e enformado em pastilhas.

Certas formas de realização da invenção serão agora descritas, apenas a titulo de exemplo, e com referência aos desenhos em anexo: A Figura 1 é uma visão de conjunto de um aparelho de desgasificação de uma primeira forma de realização da presente invenção; A Figura 2 é uma parte de uma forma de realização que é uma modificação da primeira forma de realização; e A Figura 3 é uma parte correspondente de uma outra forma de realização. 8

Na descrição que se segue, as formas de realização são semelhantes excepto quando indicado em contrário.

No que se refere, agora, à Figura 1, a produção do reactor de recirculação de polimerização é mostrada, esquematicamente, em 1 com várias condutas 2 conduzindo ao interior do tanque de vaporização. Estas conduzem lama incluindo polímero, monómero por reagir, diluentes e outro material para o interior do tanque 3 de vaporização.

Um alarme 4 de alto nível é providenciado em ligação com o tambor de vaporização para indicar se uma quantidade excessiva de matéria sólida foi introduzida no interior do tanque. Na parte inferior do tanque válvulas 5 e 6 são providenciadas para controlar o escoamento de matéria sólida dali para dentro do secador de poeiras 7. 0 convencional secador de poeiras seca a lama e produz pó de polímero que é enviado para a manipulação das poeiras, mostrada, esquematicamente, em 8. 0 secador e aparelho de manipulação é inteiramente convencional e não será discutido daqui para a frente.

No topo do tanque de vaporização é providenciado um par de unidades 9 e 10 de filtragem que podem ser isoladas do próprio tanque de vaporização por meio de válvulas 11 e 12 de gaveta, respectivamente. Cada um dos filtros compreende um saco formado por pano tecido de polipropileno sobre uma gaiola de suporte do tipo fornecido pela Bethpulse SA. Sistemas completos são fornecidos pela Hosokawa do Japão. Uma válvula 13 selectora de três vias interliga as saídas das unidades de filtragem e liga-as a uma conduta 14 que conduz ao filtro 15 protector. Na conduta são providenciados um alarme 16 de alta pressão, um alarme 17 de alta temperatura e um analisador 18. O analisador é um 9 cromatógrafo de gás que é usado para identificar gás dentro da conduta 14. A jusante do filtro de protecção há uma conduta 19 adicional que conduz a um compressor de gás vaporizado que não é mostrada. Novamente, este é um componente convencional. Um alarme 20 de alta pressão diferencial é providenciado através do filtro de protecção. Este detecta uma extraordinariamente elevada queda de pressão através do filtro de protecção, que é indicativa de matéria a entupir o filtro de protecção. Uma vez que o filtro de protecção é concebido meramente para proteger o compressor, a presença de matéria significativa no filtro indica uma falha das unidades 9 e 10 de filtragem a montante.

Em funcionamento normal, uma das válvulas de gaveta, por exemplo a válvula 11, estaria aberta com a outra fechada para que, neste exemplo, a unidade 9 de filtragem fosse colocada em comunicação com o tambor de vaporização sendo o filtro 10 dali isolado. A válvula 13 de três vias seria preparada para colocar a unidade 9 de filtragem em comunicação com a conduta 14 e isolar dali a unidade 10 de filtragem. É introduzida lama no interior do tambor de vaporização, pelo modo convencional. Uma vez que o tambor de vaporização está a uma pressão significativamente mais baixa que o reactor de recirculação (que estaria a vários MPa), o gás monómero e outros materiais com baixo ponto de ebulição irão vaporizar-se instantaneamente deixando lama concentrada na parte inferior do tanque de vaporização. As válvulas 5 e 6 podem ser abertas para extrair este material que é, subsequentemente, seco no secador 7 poeiras e processado do modo convencional. 10 0 gás etc., escoa-se para cima através da válvula 11 de gaveta aberta e através do filtro 9 para a conduta 14. 0 gás filtrado passa, então, através do filtro 15 de protecção e para o interior da conduta 19 para o compressor de gás vaporizado. 0 material sólido que é filtrado a partir da corrente de gás pelas unidades 9 de filtragem pode cair para dentro do tambor de vaporização onde se irá juntar aos sólidos concentrados, pó, etc., e ser removido como anteriormente descrito.

Será notado que nesta forma de realização, as unidades de filtragem, que compreendem filtros de manga essencialmente convencionais, são alojadas integralmente com o tanque de vaporização. Isto significa que o gás etc., que se escoa na sua direcção permanece a alta temperatura dando origem a que haja muito menos condensação sobre os filtros do que ocorre nas combinações da técnica anterior. Isto impede o problema de entupimento anteriormente descrito e, desse modo, prolonga o periodo de tempo após o qual os filtros devem ser limpos ou substituídos.

Quando é necessário limpar ou substituir os filtros, o filtro em questão é isolado e o outro filtro é inserido no escoamento. Assim, no presente exemplo, a válvula 12 de gaveta pode estar aberta, a válvula 11 de gaveta fechada e a válvula 13 de três vias ajustada para que o gás se possa escoar do tambor 3 de vaporização através do filtro 10 pela válvula 13 para o interior da conduta 14. Nesta configuração, a unidade 9 de filtragem é isolada da trajectória do escoamento de gás e pode, então, ser removida, inspeccionada, substituída, etc.. Deve compreender-se que isto pode ser alcançado sem necessidade de interromper o funcionamento da instalação. 11 A Figura 2 ilustra uma versão modificada da porção superior do tanque de vaporização da Figura 1, na qual três unidades 21, 22 e 23 de filtragem são providenciadas em conjunto com pares de válvulas 24a e b, 25a e b e 26a e b de gaveta, respectivamente. Entre cada uma das válvulas de cada par, é providenciada uma conduta 24c, 25c, 26c de saida que conduz, por uma válvula 24d, 25d, 26d, a uma tocha. Isto providencia uma dupla configuração de bloqueio e drenagem, habilitando a ventilação do espaço entre a válvulas. Válvulas 27, 28 e 29 de saida, respectivamente, são também providenciadas. 0 funcionamento desta forma de realização é como descrito anteriormente, excepto que, se desejado, podem ser utilizados, a qualquer momento, dois filtros com um terceiro estando fora de serviço para manutenção e por a configuração de válvulas permitir que cada um deles seja controlado independentemente. A Figura 3 ilustra uma outra forma de realização da invenção que corresponde, amplamente, e mais uma vez, à Figura 1. Aqui são providenciadas três unidades de filtragem e estas são separadas do próprio tanque 30 de vaporização. Assim, o tanque 30 de vaporização tem uma saida 31a convencional que conduz, por uma válvula 31b, a três condutas 32, 33, 34 conduzindo a unidades 35, 36 e 37 de filtragem separadas. As saidas de cada um dos filtros conduzem, por válvulas 38a-c, a uma conduta 40 comum que, por sua vez, conduz à conduta 14 como mostrado na Figura 1. As válvulas 31b e 38a-c são providenciadas para que cada filtro possa ser, independentemente, colocado em ou fora de serviço.

Uma outra diferença significativa relativamente à forma de realização anteriormente descrita é que a matéria sólida proveniente das unidades de filtragem não é dirigida de volta ao 12 interior do tanque 30 de vaporização. De um modo preferido, cada unidade de filtragem tem uma conduta de sarda para matéria sólida que, no caso presente, é mostrada conduzindo esquematicamente aos secadores 41, 42 e 43. De qualquer maneira, na prática, seria geralmente mais conveniente que estas condutas conduzissem ao secador principal.

Numa modificação desta forma de realização, em vez de ser fornecida aos secadores 41-43 ou ao secador principal, o polimero recolhido dos filtros é introduzido de volta no tanque de vaporização por meio de um alimentador rotativo. A configuração desta forma de realização pode ser vantajosa, em algumas circunstâncias, relativamente àquelas descritas anteriormente. Por exemplo, enquanto as unidades de filtragem são ligadas directamente ao tanque 30 de vaporização e apenas são necessárias para esta ligação curtas extensões de conduta, elas são, não obstante, unidades separadas que podem facilitar mais facilmente a manutenção. Além disso, separar as saidas de sólidos das entradas de gás evita problemas de sólidos filtrados serem arrastados no escoamento de gás de admissão. Uma outra vantagem da forma de realização da Figura 3 é que, com condutas (não mostradas) adicionais adequadas, é um assunto simples inverter o escoamento de gás através dos filtros, o que pode ajudar a limpar ou remover quaisquer bloqueios. Por outro lado, as formas de realização das Figuras 1 e 2 são mais adequadas onde é da maior importância manter os filtros da temperatura mais alta para evitar problemas de condensação. 13

Em qualquer das formas de realização, as unidades de filtragem podem utilizar material de filtragem de metal sinterizado que é vantajoso visto que pode ser facilmente limpo e reutilizado ou pode ser removido e queimado num local remoto.

Lisboa, 30 de Janeiro de 2007 14

Claims (13)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Aparelho de desgasificação para utilização em associação com um reactor de polimerização, compreendendo o aparelho: a) um tanque de vaporização para o interior do qual pode ser descarregada lama do reactor e dentro do qual o(s) monómero(s) e/ou diluente na lama podem vaporizar-se para formar gás; e b) uma unidade de filtragem para remover do gás partículas suspensas; em que c) a unidade de filtragem é directamente ligada ao tanque de vaporização sem um ciclone ou semelhante interveniente.
2. 2. Aparelho de desgasificação como reivindicado na reivindicação 1, em que é providenciada uma pluralidade de unidades de filtragem directamente ligadas ao tanque de vaporização.
3. 3. Aparelho de desgasificação como reivindicado na reivindicação 2, em que são providenciados aparelhos de válvulas para que uma das unidades de filtragem possa ser isolada para limpeza, remoção ou substituição enquanto outro(s) filtro(s) se mantém(êm) em funcionamento.
4. 4. Aparelho de desgasificação como reivindicado em qualquer reivindicação anterior, em que a(s) unidade(s) de filtragem é/são montada(s) numa parte superior do tanque de vaporização e é/são aplicada(s) tal/tais que partículas desse modo removidas do gás possam cair dentro do tanque de vaporização. 1
5. 5. Aparelho de desgasificação para utilização em associação com um reactor de polimerização, compreendendo o aparelho: a) um tanque de vaporização para o interior do qual pode ser descarregada lama do reactor e dentro da qual o(s) monómero(s) e/ou diluente na lama podem vaporizar-se para formar gás; e b) uma unidade de filtragem para remover do gás partículas suspensas; em que a unidade de filtro é montada numa parte superior do tanque de vaporização e é/são configurada(s) para que partículas desse modo removidas do gás possam cair dentro do tanque de vaporização.
6. 6. Aparelho de desgasificação como reivindicado em qualquer reivindicação anterior, em que a(s) unidade(s) de filtragem são formadas integralmente com o tanque de vaporização.
7. 7. Aparelho de desgasificação para utilização em associação com um reactor de polimerização, compreendendo o aparelho: a) um tanque de vaporização para o interior do qual pode ser descarregada lama do reactor e dentro da qual o(s) monómero(s) e/ou diluente na lama podem vaporizar-se para formar gás; e b) uma pluralidade de unidades de filtragem para remover partículas suspensas do gás; c) de acordo com o qual as unidades de filtragem são configuradas para que uma das unidades de filtragem possa ser isolada para limpeza, remoção ou substituição enquanto outro(s) filtro(s) se mantém(êm) em funcionamento. 2
8. 8 . Aparelho de desgasificação como reivindicado em qualquer reivindicação anterior, em que as unidades de filtragem compreendem filtros de manga.
9. 9. Aparelho de desgasificação como reivindicado em qualquer reivindicação anterior, em que as unidades de filtragem compreendem filtros de metal sinterizado.
10. 10 . Aparelho de desgasificação como reivindicado em qualquer reivindicação anterior, compreendendo ainda um compressor para comprimir o gás e um filtro de protecção para proteger o compressor de quaisquer partículas não removidas pela(s) unidade(s) de filtro.
11. 11. Aparelho de desgasificação como reivindicado em qualquer reivindicação anterior, compreendendo ainda um secador para secar matéria sólida separada do gás vaporizado no tanque de vaporização e para receber matéria sólida da(s) unidade(s) de filtragem(s).
12. 12. Método para desgaseif icar uma lama de um reactor de polimerização compreendendo fornecer a lama ao aparelho de qualquer reivindicação anterior, permitir ao aparelho que desgaseifique a lama e, desse modo, separe o gás monómero e/ou diluente da matéria sólida.
13. 13. Método para produzir um polímero pelo qual monómero, catalisador e outro (s) reagente (s) são fornecidos a um reactor de polimerização e a lama resultante é fornecida a um aparelho de desgasificação como reivindicado em qualquer 3 polimero é das reivindicações 1 a 11 através do qual separado do gás monómero. Lisboa, 30 de Janeiro de 2007 4