BRPI0314391B1 - Processo e aparelho para a preparação e fornecimento de pasta de catalisador a um reator de polimerização - Google Patents

Processo e aparelho para a preparação e fornecimento de pasta de catalisador a um reator de polimerização Download PDF

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Description

PROCESSO E APARELHO PARA A PREPARAÇÃO E FORNECIMENTO DE
PASTA DE CATALISADOR A UM REATOR DE POLIMERIZAÇÃO
PEDIDOS CORRELATOS
Esse pedido reivindica o beneficio de acordo com 35 U.S.C. § 119(e) do Pedido Provisório US número 60/410.982 ("o pedido '982") depositado em 16 de setembro de 2002. O pedido '982 é incorporado aqui como referência.
CAMPO DA INVENÇÃO O processo e o aparelho apresentados se referem a preparação e provisão de uma pasta de catalisador a um reator de polimerização. Mais especificamente, o processo e aparelho apresentados fornecem técnicas para alimentação contínua e confiável de uma pasta catalítica a um reator de polimerização de laço.
HISTÓRICO DA INVENÇÃO
Poliolefinas tais como, polietileno e polipropileno podem ser preparadas por polimerização em forma de partículas, também referida como polimerização de pasta.
Nessa técnica, os materiais de alimentação tais como, monômero, catalisador e diluente são introduzidos a um reator de polimerização, por exemplo, um reator de laço, sendo retirada uma pasta de produto intermediário contendo partículas de poliolefina sólida em um meio líquido.
Nos reatores de laço contínuos, os vários materiais de alimentação podem ser introduzidos, à zona de reação de laço, de várias formas. Por exemplo, o monômero e o catalisador podem ser misturados com várias quantidades de diluente antes da introdução na zona de reação. Na zona de reação de laço, o monômero e o catalisador se dispersam na pasta de fluido. Conforme eles circulam através da zona de reação de laço na pasta fluida, o monômero reage no sítio do catalisador em uma reação de polimerização. A reação de polimerização rende partículas de poliolefina sólida na pasta fluida.
Um catalisador é provido ao reator de polimerização para catalisar o processo de polimerização. Nos processos de reação de laço de polietileno convencionais, o catalisador seco, sólido, é combinado com diluente isento de olefina em um recipiente não agitado conhecido como uma câmara de lama. 0 catalisador assenta dentro do diluente para formar uma lama de catalisador. Após a lama de catalisador ser preparada, ela é então alimentada ao tubo de entrada por um alimentador de esfera de retenção localizado na parte inferior da câmara de lama de catalisador. O tubo de entrada então alimenta a lama de catalisador (ou pasta de catalisador se já tiver sido suficientemente agitada) ao reator de laço. O alimentador de esfera de retenção descarrega a lama da câmara de lama de catalisador em um modo intermitente. O alimentador de esfera de retenção inclui um cilindro anexado a um carne giratório. O cilindro possui uma extremidade superior aberta e contém uma esfera que desliza para cima e para baixo dentro do cilindro. Em operação, o cilindro é vertical com a extremidade superior sob a câmara de lama de catalisador e a esfera posicionada próximo à extremidade superior. A câmara de lama de catalisador derrama lama de catalisador dentro do cilindro através da extremidade superior com tal força que a esfera é tracionada para baixo na direção da extremidade inferior do cilindro e a lama de catalisador enche o cilindro acima da esfera. 0 braço de came então gira o cilindro, tal que, a extremidade superior do cilindro está voltada a jusante e é alinhada acima do tubo de entrada. A lama de catalisador então cai do cilindro para dentro do tubo de entrada e a esfera cai novamente, na posição próxima à extremidade superior do cilindro. 0 braço de came então gira o cilindro de volta, tal que a extremidade superior do cilindro encontra-se novamente abaixo da câmara de lama de catalisador para receber mais lama de catalisador. Assim, a lama de catalisador é alimentada ao reator de laço em uma série de cargas separadas. O alimentador de esfera de retenção e a câmara de lama de catalisador possuem várias desvantagens. Primeiro, a quantidade da lama de catalisador liberada pelo alimentador de esfera de retenção pode variar com cada rotação. Por exemplo, o cilindro pode ser enchido apenas pela metade com a pasta de catalisador da câmara de lama de catalisador. Em outras ocasiões, o cilindro pode receber principalmente diluente líquido, com muito pouco catalisador da câmara de lama de catalisador. Também, se o alimentador de esfera de retenção não for apropriadamente vedado, o diferencial de pressão entre a câmara de lama de catalisador e o reator pode fazer com que o catalisador desvie do alimentador de esfera de retenção e entre no reator, o que pode resultar em uma quantidade excessiva de catalisador sendo alimentada ao reator. A falta de consistência na liberação da lama de catalisador pode tornar difícil a determinação de quanto catalisador está sendo alimentado ao reator de laço em qualquer dado tempo.
Portanto, um operador usando o alimentador de esfera de retenção, não pode, no modo normal de operação, monitorar acuradamente a quantidade de catalisador que é liberada ao reator. A razão de alimentação de catalisador pode ser deduzida pelo número de vezes que o catalisador é despejado do alimentador de esfera de retenção por unidade de tempo.
Contudo, em razão da inconsistência nas quantidades de catalisador em cada despejo (conforme discutido acima), esse processo pode não ser exato. Também, se os operadores reduzirem ou aumentarem a quantidade de catalisador que é alimentada ao reator, alterando a velocidade do alimentador, a alteração na velocidade do alimentador de modo geral, não é confiavelmente proporcional à razão de alimentação de catalisador. A razão de alimentação de catalisador pode também ser deduzida pela quantidade de polimerização que é realizada no reator. Contudo, tal processo ocorre após muito ou muito pouco catalisador já ter sido alimentado ao reator. Muita ou muito pouca lama de catalisador alimentada ao reator de laço pode afetar adversamente o processo de polimerização. Portanto, a inconsistência e incapacidade de previsão do alimentador de esfera de retenção e da câmara de lama de catalisador aumenta a possibilidade de que o processo de polimerização no reator de laço não seja realizado sob condições desej adas.
Outro problema com o alimentador de esfera de retenção é que a lama de catalisador assentada geralmente não tem uma razão em peso de catalisador para diluente homogênea. Uma vez que a câmara de lama de catalisador não agita a mistura de pasta de catalisador/diluente, o catalisador assenta dentro da mistura para formar uma camada de lama de catalisador abaixo da camada de diluente.
Essa camada de lama de catalisador possui uma concentração maior de catalisador na parte inferior do que na parte superior. Portanto, a concentração da lama de catalisador alimentada ao reator é maior quando a câmara de lama for ativada primeiro e a concentração diminui, à medida que a câmara de lama esvazia. Pasta de catalisador não homogênea pode levar a muito ou muito pouco catalisador sendo alimentado ao reator de laço, o que novamente pode afetar adversamente o processo de polimerização. Também, o alimentador de esfera de retenção pode vazar pasta de catalisador para dentro do tubo de entrada entre as rotações, de modo que pasta de catalisador extra pode, às vezes, ser alimentada ao reator de laço.
Outros aparelhos e processos foram desenvolvidos para liberar catalisador a um reator de polimerização.
Contudo, permanece o desejo de um sistema que libere, contínua e confiavelmente, pasta de catalisador ao reator de laço.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO A presente invenção provê um aparelho aperfeiçoado para preparar e alimentar uma pasta de catalisador a um reator de polimerização. O aparelho possui um tanque de mistura para formar uma pasta de catalisador de um catalisador sólido e um meio líquido e um tanque de armazenamento para manter a pasta de catalisador. 0 tanque de armazenamento é conectado em estado fluido e recebe a pasta de catalisador do tanque de mistura. (0 tanque de armazenamento algumas vezes é referido como tanque de operação). 0 aparelho pode também incluir uma bomba para liberar a pasta de catalisador para o reator de polimerização por uma passagem de fluido e um medidor de fluxo disposto ao longo da passagem de fluido. 0 medidor de fluxo pode medir o fluxo da pasta de catalisador na passagem de fluido. O aparelho também pode incluir um controlador que recebe um sinal de fluxo do medidor de fluxo, indicando o fluxo da pasta de catalisador. 0 controlador pode direcionar a bomba para aumentar ou diminuir o fluxo da pasta catalisadora para o reator de polimerização, com base no sinal de fluxo. 0 aparelho pode incluir um tanque de mistura e/ou tanque de armazenamento, cada um possuindo um agitador, tal como um impulsor ou outro dispositivo de mistura, para agitar a pasta de catalisador, tal que a pasta de catalisador possui uma razão em peso de sólido para líquido essencialmente homogênea, significando que, ela é homogênea ou com pequenas variações que não possuem efeito significativo no processo de polimerização. 0 tanque de mistura pode estar em um estado elevado em relação ao tanque de armazenamento, de modo que, a pasta de catalisador escoa do tanque de mistura para o tanque de armazenamento, pelo menos parcialmente devido à gravidade, desta forma evitando a necessidade de uma bomba entre o tanque de mistura e o tanque de armazenamento.
Alternativamente, a pasta de catalisador pode ser movida entre os tanques sem uma bomba ou uma diferença na elevação, por manutenção do diferencial de pressão entre o tanque de mistura e o tanque de armazenamento. 0 aparelho pode incluir, pelo menos, um tanque de armazenamento adicional que é conectado de modo fluido para receber a pasta de catalisador do tanque de mistura e é conectado de modo fluido para prover a pasta de catalisador ao reator de polimerização. A presente invenção também provê um aparelho aperfeiçoado para monitorar e alimentar uma pasta de catalisador a um reator de polimerização. 0 aparelho inclui um tanque de armazenamento (tanque de operação) e/ou tanque de mistura, cada um possuindo um agitador para agitar a pasta de catalisador. A pasta de catalisador pode ser mantida em uma razão de sólidos para líquido essencialmente homogênea. A pasta de catalisador é essencialmente homogênea quando as variações são suficientemente pequenas, de modo a não ter efeito significativo no processo de polimerização. O aparelho pode também incluir uma bomba, um medidor de fluxo e um controlador. A bomba libera a pasta de catalisador do tanque de armazenamento para o reator de polimerização por uma passagem de fluido. O medidor de fluxo é disposto ao longo da passagem de fluido e mede o fluxo da pasta de catalisador para o reator de polimerização. O controlador recebe um sinal indicando o fluxo medido do medidor de fluxo e sinaliza a bomba para ajustar o fluxo da pasta de catalisador no reator de polimerização. O controlador pode calcular a quantidade de catalisador alimentado ao reator e sinaliza a bomba com base na quantidade calculada. O aparelho pode também incluir uma alimentação de líquido conectada em forma líquida à bomba de fluido, tal que, a bomba é capaz de fornecer líquido (tal como diluente isento de catalisador) ao invés da pasta de catalisador. A presente invenção também provê um aparelho aperfeiçoado para preparar e alimentar, continuamente, uma pasta de catalisador a um reator de polimerização. 0 aparelho inclui um primeiro tanque de armazenamento de pasta possuindo um agitador para agitar a pasta de catalisador, e um indicador de nível que detecta o nível da pasta de catalisador no tanque. 0 aparelho pode também incluir um segundo tanque de armazenamento de pasta, que também pode ter um agitador e um indicador de nível. 0 aparelho também inclui uma bomba para receber a pasta de catalisador de pelo menos um dos tanques de armazenamento e liberar a pasta de catalisador para um reator de polimerização. Dessa forma, o controlador pode tornar a pasta de catalisador continuamente disponível de um tanque de armazenamento para o outro. Por exemplo, o segundo tanque de armazenamento pode ser usado quando o primeiro tanque de armazenamento não funciona apropriadamente ou quando um novo tipo de catalisador precisa ser introduzido no reator. Alternativamente, um controlador pode receber sinais dos indicadores de nível para determinar qual tanque de armazenamento fornecería a pasta de catalisador ao reator. Como outra alternativa, um tanque de mistura pode ser provido antes dos tanques de armazenamento para misturar a pasta de catalisador. 0 controlador pode também determinar qual tanque de armazenamento possui um nível insuficiente de pasta e podería receber pasta adicional do tanque de mistura. Alternativamente, dois tanques de mistura podem ser providos, os quais bombeiam pasta de catalisador diretamente ao reator. Assim, um dos tanques de mistura serve como um tanque de armazenamento e o controlador comuta entre os tanques de mistura, quando um fica vazio. 0 aparelho pode incluir também uma passagem de fluido que estende-se da bomba para o reator de polimerização e um medidor de fluxo disposto na passagem de fluido que mede o fluxo da pasta de catalisador no reator de polimerização. 0 controlador pode receber um sinal indicando o fluxo medido do medidor de fluxo e sinalizar a bomba para ajustar o fluxo da pasta de catalisador no reator de polimerização. 0 aparelho de pasta de catalisador precedente pode ser empregado como parte de um aparelho de polimerização e pode ser usado para alimentar a pasta de catalisador às alimentações de catalisador de um reator de polimerização de pasta. A presente invenção também provê um processo para preparar uma pasta de catalisador e prover uma pasta de catalisador a um reator de polimerização. O processo inclui a formação de uma pasta de catalisador de um catalisador seco e um meio líquido, manutenção da pasta de catalisador em uma razão sólido para líquido essencialmente homogênea, bombeamento da pasta de catalisador para um reator de polimerização, medição do fluxo de pasta de catalisador bombeada para o reator e alteração do fluxo da pasta de catalisador alimentada ao reator de polimerização, pelo menos parcialmente, em resposta ao fluxo medido. 0 processo também pode incluir agitação contínua da pasta de catalisador, para manter a pasta de catalisador em uma razão sólido para líquido essencialmente homogênea e bombeamento contínuo da pasta de catalisador ou um meio líquido para o reator. A alimentação para a bomba pode ser comutada automaticamente para prover meio líquido ao reator, no lugar da pasta de catalisador. 0 processo pode incluir também a determinação da quantidade de catalisador alimentado ao reator de polimerização em um período selecionado. Um operador pode determinar a razão de alimentação do catalisador por uso de um medidor de fluxo, conforme mencionado acima. Adicional ou alternativamente, um operador pode determinar a razão de alimentação do catalisador por medir a perda do nível de pasta no tanque de armazenamento, convertendo a alteração do nível em uma mudança de massa e então dividindo a quantidade de massa pelo intervalo de tempo para chegar a uma razão de alimentação calculada. A razão de alimentação calculada pode então ser usada para alterar o fluxo da pasta de catalisador no reator, pelo menos parcialmente, em resposta à quantidade calculada. O processo também pode incluir introdução de um catalisador seco e um diluente líquido a um tanque de mistura, para formar uma pasta de catalisador, agitação da pasta de catalisador no tanque de mistura, para manter uma razão de sólidos para líquido homogênea, alimentação da pasta de catalisador do tanque de mistura para o tanque de armazenamento, agitação contínua da pasta de catalisador ao tanque de armazenamento, de modo a manter a pasta de catalisador em uma razão de sólidos para líquido essencialmente homogênea, alimentação contínua da pasta de catalisador do tanque de armazenamento a uma bomba, e/ou bombeamento contínuo da pasta de catalisador ao reator de polimerização. O processo também pode incluir operação do reator de polimerização, de modo a produzir partículas de sólido sólidas. 0 processo pode também compreender monitoramento da quantidade de pasta de catalisador bombeada ao reator de polimerização e alteração da razão de fluxo da pasta de catalisador bombeada ao reator de polimerização, em resposta à quantidade monitorada. A quantidade pode ser monitorada continuamente e a razão de fluxo pode ser continuamente alterada. O processo também pode incluir agitação da pasta de catalisador com impulsores no tanque de mistura para manter a pasta de catalisador em uma razão sólido para líquido essencialmente homogênea. A presente invenção também se refere a um processo aperfeiçoado para alimentar continuamente pasta de catalisador a um reator de polimerização. O processo inclui a preparação da pasta de catalisador do catalisador sólido e um meio líquido, manutenção da pasta de catalisador em vários tanques, em uma razão de sólidos para líquido essencialmente homogênea, e bombeamento contínuo da pasta de catalisador do primeiro dos tanques para o reator. 0 processo pode também incluir a detecção da quantidade de pasta catalítica no primeiro tanque, e comutação automática para um segundo tanque, quando a quantidade no primeiro tanque estiver em um nível predeterminado. Adicional ou alternativamente, o processo pode introduzir, simultaneamente, a pasta de catalisador de vários tanques em vários locais ao longo do reator de polimerização.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A figura 1 ilustra uma montagem de alimentação de pasta de catalisador. A figura 2 ilustra um aparelho e processo para transporte do catalisador para dentro e para fora de um tanque de mistura de catalisador.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
Os processos e aparelhos são especificamente aplicáveis âs polimerizações de olefina em um meio líquido.
Monômeros de olefina apropriados são 1-olefinas possuindo até 8 átomos de carbono por molécula e sem ramificação próxima à ligação dupla do que na posição 4. Os presentes processos e aparelhos podem ser usados com um reator de laço para a copolimerização de etileno e uma 1-olefina superior, tal como, buteno, 1-penteno, 1-hexeno, 1-octeno e 1-deceno. Por exemplo, os presentes processos e aparelhos podem ser usados para polimerizar etileno e 0,01 a 10% em peso de olefina superior, alternativamente 0,01 a 5% em peso de olefina superior, alternativamente 0,1 a 4% em peso de 1-olefina superior, com base no peso total de etileno e comonômero. Alternativamente, comonômero suficiente pode ser usado para fornecer as quantidades descritas acima de incorporação de comonômero ao polímero. O meio líquido pode ser um diluente para as partículas de polímero sólido que é separado de e além dos monômeros não reagidos. Diluentes apropriados para os presentes processos são bem conhecidos na técnica e incluem hidrocarbonetos que são inertes e líquidos ou são fluidos super importantes sob condições de polimerização de pasta.
Hidrocarbonetos apropriados incluem isobutano, propano, n- pentano, i-pentano, neopentano e n-hexano, com isobutano sendo especialmente preferido. Alternativamente, o meio líquido pode ser o monômero não reagido propriamente. Por exemplo, os presentes processos e aparelhos podem também ser adaptados para polimerização de propileno em reatores de laço. No caso de polimerização em volume de propileno, não existe diluente separado com relação ao monômero, porque o monômero (propileno) serve como o meio liquido.
Naturalmente, a concentração de monômero de olefina será muito maior do que quando o diluente líquido também está presente. Contudo, um meio líquido que é um diluente para o catalisador será usado para preparação de pasta de catalisador nos presentes processos e aparelhos. Também, no caso de polimerização de propileno, o comonômero pode ser etileno e/ou outro comonômero.
Nas polimerizações de polietileno usando um reator de laço, o diluente é tipicamente reciclado após ser separado do polímero sólido. 0 diluente reciclado que foi processado para não conter olefina pode ser combinado com um catalisador seco para formar uma pasta de catalisador.
Alternativamente, diluente fresco (isento de olefina) pode ser usado para formar uma pasta de catalisador. A pasta de catalisador é introduzida no reator de laço para catalisar 0 processo de polimerização. A figura 1 ilustra um aparelho de polimerização 10 incluindo uma montagem de alimentação de pasta de catalisador como um exemplo da presente invenção. A figura 1 não foi desenhada em escala; determinados elementos foram aumentados para clareza de ilustração. Na figura 1, o aparelho de polimerização 10 inclui um tanque de mistura 14 onde uma batelada de catalisador é misturada com diluente para preparar pasta de catalisador para um reator de polimerização 42. Como exemplo (porém não como uma limitação) o reator de polimerização pode ser um reator de laço. O tanque de mistura 14 é conectado de modo fluido aos tanques de armazenamento (ou tanques de operação) 18 pelos primeiros condutos 22. Os primeiros condutos 22 podem ter válvulas 44. Os tanques de armazenamento 18 são cada um conectados de modo fluido a uma bomba 26, por um segundo conduto 30 e cada bomba 2 6 é, por sua vez, ligada de modo fluido ao reator de polimerização 42, por um tubo de entrada 34 que é uma passagem de fluido para o reator 42.
Os tubos de entrada 34 são operativamente conectados aos medidores de fluxo 38, dispostos ao longo do tubo de entrada 34, localizado entre as bombas 26 e o reator de polimerização 42. O tanque de mistura 14 recebe catalisador seco e diluente isento de olefina como o meio líquido.
Apenas como exemplo, o tanque de mistura 14 possui uma capacidade de 17.034 litros.
Os catalisadores apropriados para polimerizações de olefina em pasta são bem conhecidos na técnica.
Especificamente apropriado é o óxido de cromo sobre um suporte tal como sílica. A referência aqui ao suporte da sílica também engloba qualquer suporte contendo sílica conhecido incluindo, porém não limitado a sílica-alumina, sílica-titânia e sílica-alumina-titânia. Catalisadores Ziegler, metalocelos e outros catalisadores de poliolefina bem conhecidos, bem como co-catalisadores podem ser usados.
Adicionalmente, diluentes apropriados para tais catalisadores são bem conhecidos na técnica.
Hidrocarbonetos apropriados incluem isobutano, n-butano, propano, n-pentano, i-pentano, neopentano, n-hexano e n- heptano. O catalisador e o diluente são adicionados ao tanque de mistura 14, em tais proporções necessárias, para obter a porcentagem em peso desejada de catalisador em diluente. Apenas como exemplo, o catalisador e o diluente são adicionados ao tanque de mistura 14, em proporções, tais que, a mistura resultante é aproximadamente 8 vezes porcento o catalisador no diluente. 0 tanque de mistura 14 é tipicamente maior do que os tanques de armazenamento 18 e é usado para fabricar grandes quantidades de pasta de catalisador. O tanque de mistura 14 inclui um agitador 50 que agita a pasta de catalisador. Na figura 1, o agitador 40 é um impulsor. Os impulsores 50 podem ter diferentes tamanhos e formas. Os impulsores 50 podem manter a pasta de catalisador em uma razão de peso catalisador para diluente essencialmente homogênea (ou razão em peso de sólido para líquido) através de todo o tanque de mistura 14. A criação de uma batelada homogênea de pasta de catalisador no tanque de mistura 14, após o catalisador ser adicionado ao diluente pode levar apenas segundos, porém o enchimento do tanque de mistura 14, com o diluente, pode levar algum tempo, por exemplo, uma hora. Apenas como exemplo, o tanque de mistura 14 pode ser dimensionado para manter uma batelada de 600 kg do catalisador, que será suficiente para alimentar o reator por aproximadamente 30 a 40 horas.
Os primeiros condutores 22 estendem-se para fora do tanque de mistura 14 e liberam a pasta de catalisador para os tanques de armazenamento 18. Os primeiros condutos 22 podem possuir entradas 58 que são posicionadas próximas a parte inferior do tanque de mistura 14, tal que, os primeiros condutores 22 podem ainda arrastar pasta de catalisador para fora do tanque de mistura 14, quando o nível da pasta de catalisador está baixo dentro do tanque de mistura 14. Os impulsores podem estar localizados próximo à tangente inferior do tanque de mistura 14, para produzir uma pasta de catalisador homogênea, mesmo em níveis de tanque baixos. Também, as entradas 58 dos primeiros condutos 22 podem estar localizadas em pontos no tanque de mistura 14, próximos ao impulsor 50, a fim de que os primeiros condutos 22 arrastem pasta de catalisador que é essencialmente homogênea. A pasta de catalisador no tanque de mistura 14 pode ser submetida a uma pressão maior ou pode estar localizada em uma elevação maior do que a pasta de catalisador nos tanques de armazenamento 18, tal que, a pasta de catalisador é empurrada do tanque de mistura 14 para os tanques de armazenamento 18, através dos primeiros condutos 22 .
Cada primeiro conduto 22 transporta pasta de catalisador após suma válvula 44 para um tanque de armazenamento 18. Apenas como exemplo, os tanques de armazenamento 18 possuem, cada um, uma capacidade de 4.732 litros. Embora o tanque de mistura 14 esteja no processo de criação de uma batelada de pasta de catalisador, a válvula 44 pode ser fechada, de modo que nenhuma pasta de catalisador escoe do tanque de mistura 14 para o tanque de armazenamento 18. O tanque de armazenamento 18 pode incluir um indicador de nível 90 que é eletricamente conectado à válvula 44 (através de um computador ou outro controlador) e mede o nível da pasta de catalisador no tanque de armazenamento 18. Quando o nível da pasta de catalisador 14 no tanque de armazenamento 18 está baixo, o indicador de nível 90 pode sinalizar a válvula 44 para abrir o primeiro conduto 22. A pasta de catalisador então escoa para dentro do tanque de armazenamento 18, até o tanque de armazenamento 18 conter um nível desejado de pasta de catalisador. O indicador de nível 90 pode então sinalizar para a válvula 44 de modo a fechar o primeiro conduto, tal que a pasta de catalisador não entre mais no tanque de armazenamento 18. Portanto, entre as misturas de batelada da pasta de catalisador no tanque de mistura 14, uma batelada grande o bastante de pasta de catalisador pode ser arrastada do tanque de mistura 14 para o tanque de armazenamento 18, tal que, o tanque de armazenamento 18 não trabalhe a pasta de catalisador durante o tempo (por exemplo, de 4 a 6 horas) em que o tanque de mistura 14 estiver fabricando uma nova batelada de pasta de catalisador.
Uma vez que os tanques de armazenamento 18 tenham recebido uma batelada de pasta de catalisador do tanque de mistura 14, os tanques de armazenamento 18 podem agitar a pasta de catalisador com impulsores 54 semelhantes aqueles usados no tanque de mistura 14 ou com outros dispositivos para agitação. 0 impulsor 54 pode ser empregado para agitar constantemente a pasta de catalisador, tal que, a pasta de catalisador possui uma razão em peso de catalisador para diluente essencialmente homogênea (ou razão em peso de sólido para líquido) através de todo o tanque de armazenamento 18.
Os segundos condutos 30 estendem-se para fora dos tanques de armazenamento 18 e liberam um fluxo contínuo da pasta de catalisador para as bombas 26. Cada segundo conduto 3 0 pode ter uma entrada 62 que é posicionada próximo à parte inferior de um tanque de armazenamento 18, tal que, o segundo conduto 3 0 pode ainda arrastar a pasta de catalisador para fora do tanque de armazenamento 18, quando o nível da pasta de catalisador dentro do tanque de armazenamento 18 estiver baixo. Os impulsores 54 podem estar localizados próximos à tangente inferior do tanque de armazenamento 18, para produzir uma pasta de catalisador essencialmente homogênea, mesmo em níveis de tanque baixos.
Também, a entrada 62 de cada segundo conduto 30 pode estar localizada em um ponto no tanque de mistura 18, próximo a um impulsor 55, a fim de que o segundo conduto 3 0 arraste pasta de catalisador dos tanques de armazenamento 18 que é essencialmente homogênea.
Os segundos condutos 30 permitem um fluxo contínuo da pasta de catalisador para as bombas 26, o que eleva a pressão na pasta de catalisador e traciona a pasta de catalisador para o reator de polimerização 42, através dos tubos de entrada 34. As bombas 26 podem ser bombas de deslocamento positivo com três cabeçotes por exemplo ou podem ser outro tipo de bomba de fluido. Nas bombas de três cabeçotes, cada cabeçote possui um êmbolo conectado a um pistão que traciona a pasta de catalisador para frente, na direção do reator de polimerização 42. Quando o pistão retrai após tracionar o êmbolo (e assim a pasta de catalisador) na direção do reator de polimerização 42, o pistão retrai, tal que, a pressão é reduzida e o fluxo da pasta de catalisador no cabeçote é reduzido. Contudo, com os três cabeçotes trabalhando a princípio na mesma bomba 26, pelo menos um pistão traciona a pasta de catalisador na direção do reator de polimerização 42, essencialmente todo o tempo, tal que, a retração e perda de pressão dos outros pistões não interrompem a pressão circundante contínua e escoamento da pasta de catalisador através da bomba 26.
Bombeando-se o fluxo de catalisador continuamente, a bomba 2 6 tem menor probabilidade de criar e ser entupida por bolsas de ar na pasta de catalisador.
Quando as bombas 26 fornecem a pasta de catalisador ao reator de polimerização 42, em um fluxo substancialmente contínuo, os medidores de fluxo 38 podem ser usados para medir o fluxo da pasta de catalisador que entra nos tubos de entrada 34. Alternativamente, os medidores de fluxo 38 podem ser usados para medir o fluxo menos contínuo da pasta de catalisador gerada por uma bomba possuindo um cabeçote simples (ou qualquer tipo de bomba). Alternativa ou adicionalmente, os medidores de fluxo 38 podem ser usados para medir a concentração de catalisador dentro da pasta de catalisador. Os medidores de fluxo 38 preferivelmente são medidores de fluxo de massa do tipo Coriolis, embora possa ser usado qualquer dispositivo de medição de fluxo apropriado, capaz de medir o fluxo da pasta de catalisador propriamente ou o fluxo do catalisador dentro da pasta conforme a passa de catalisador passa pelos medidores de fluxo 38. A quantidade desejada de pasta de catalisador é alimentada ao reator de polimerização 42 para auxiliar eficazmente o processo de polimerização. Os medidores de fluxo 38 são ligados eletricamente a um controlador, por exemplo, um computador ou sistema de controle distribuído (DCS) 92, e às bombas 26, tal que, quando o fluxo ou quantidade de pasta de catalisador escoando através dos medidores de fluxo 38 excede a quantidade desejada, o controlador 92 sinaliza as bombas 26 para reduzirem ou interromperem o fluxo ou quantidade de pasta de catalisador para o reator de polimerização 42. 0 controlador 92 pode calcular a quantidade de catalisador alimentado ao reator, em relação a um tempo selecionado, por exemplo, com base no fluxo medido e na concentração de catalisador na pasta de catalisador.
Alternativamente, o controlador 92 pode sinalizar as bombas 26 para aumentarem ou reiniciarem o fluxo da pasta de catalisador no reator de polimerização 42, quando o fluxo ou quantidade de pasta de catalisador escoando após os medidores de fluxo 38 não for suficiente para satisfazer a quantidade predeterminada ou quantidade calculada de catalisador necessária no reator de polimerização 42.
Assim, a montagem de alimentação de catalisador pode prover um fluxo contínuo de pasta de catalisador ao reator de polimerização 42, que possa ser medido pelos medidores de fluxo 38 e reduzido, parado, aumentado ou iniciado pelos medidores de fluxo 38 e as bombas 26. Alternativamente, as válvulas 32 nas tubulações de fornecimento 30 podem ser abertas ou fechadas (total ou parcialmente) para reduzir, parar, aumentar ou iniciar o fluxo da pasta no reator de polimerização 42.
Alternativamente, o controlador 92 pode medir a quantidade de pasta de catalisador alimentada ao reator de polimerização 42, em relação a um período de tempo selecionado. O controlador 92 pode medir a perda do nível de pasta de catalisador no tanque de armazenamento 18, converter a mudança de nível para uma mudança de massa e então dividir a mudança de massa pelo intervalo de tempo para chegar a uma razão de alimentação calculada. A razão de alimentação calculada pode ser então comparada à razão de pasta de catalisador predeterminada, necessária para uma quantidade de produção de polímero específica. 0 controlador 92 pode, conseqüentemente, então alterar o fluxo da pasta de catalisador no reator de polimerização 42. Esse processo calculado funciona como um sobressalente para os medidores de fluxo 38 que fornecem a confiabilidade do sistema de alimentação de pasta de catalisador.
Alternativamente, o controlador 92 pode medir a quantidade de pasta de catalisador em um tanque de armazenamento 18, com o indicador de nível 90 e sinalizando a válvula 44 para abrir, tal que, o tanque de armazenamento 18 é reenchido com pasta de catalisador a partir do tanque de mistura 14.
Um reator pode ter apenas uma alimentação de catalisador ou, alternativamente, pode ter várias alimentações de catalisador espaçadas ao redor de um reator de polimerização, de modo a facilitar mesmo a distribuição do catalisador na pasta de fluido. Por exemplo, na figura 1, os dois tubos de entrada 34 são simetricamente dispostos ao redor do reator, de modo a facilitar a distribuição do catalisador na pasta de fluido. Adicionalmente, com base nas leituras dos medidores de fluxo 38, o controlador 92 pode calcular quão freqüentemente uma nova batelada de pasta de catalisador deve ser fabricada e quanta pasta deve ser fabricada na batelada. Alternativamente, os tubos de entrada 34 podem ambos alimentar o mesmo ponto no reator de polimerização 42. O uso do tanque de mistura 14 com tanque (s) de armazenamento 18 separa eficazmente as tarefas de preparar a pasta de catalisador e liberar a pasta de catalisador em um fluxo contínuo. 0 tanque de mistura 14 mistura a pasta de catalisador em um estado homogêneo. O tanque de armazenamento 18 é enchido com pasta de catalisador suficiente para liberar continuamente a pasta de catalisador por um período de tempo desejado. Portanto, o tanque de mistura 14 e o tanque de armazenamento 18 realizam, cada um, uma tarefa separada para assegurar que o reator de polimerização 42 seja continuamente alimentado com pasta de catalisador.
Contudo, para alguns sistemas, uma montagem de alimentação de pasta pode incluir dois tanques de operação e não incluir tanques de mistura e armazenamento separados.
Naqueles sistemas, os tanques de operação geralmente serão maiores do que os tanques de armazenamento dos sistemas que incluem um tanque de mistura, uma vez que cada tanque de operação será usado para misturar grandes bateladas de pasta de catalisador, conforme o tanque de mistura 14 faz.
Nesses sistemas, enquanto o primeiro tanque de operação mistura uma nova batelada de pasta de catalisador, o segundo tanque de operação libera continuamente um fluxo de pasta de catalisador para o reator de polimerização 42.
Quando o primeiro tanque de operação tiver acabado de fabricar uma nova batelada da pasta de catalisador e o segundo tanque de operação tiver liberado a maior parte de toda sua pasta de catalisador para o reator de polimerização 42, o primeiro tanque de operação então começa a liberar um fluxo contínuo de pasta de catalisador para o reator de polimerização 42, enquanto o segundo tanque de operação começa a misturar uma nova batelada da pasta de catalisador. Os dois tanques de operação assim alternam a mistura e liberação da pasta de catalisador para assegurar que um fluxo contínuo de pasta de catalisador seja provido ao reator de polimerização 42. Contudo, usando tanques de operação paralelos para realizar ambas as tarefas de mistura e liberação, a montagem de alimentação de pasta de catalisador, a uma determinada extensão, perde o benefício de uma segunda tubulação com bomba sobressalente conforme explicado abaixo. Portanto, um sistema com dois tanques de operação pode ter duas bombas e duas tubulações separadas, a fim de possuir capacidade redundante. A montagem de alimentação de pasta de catalisador pode operar com um ou ambos segundos condutores 3 0 em operação. Se as bombas 26 estiverem operando constantemente, elas podem tender a desgastar e quebrar mais freqüentemente. Portanto, uma bomba sobressalente ou redundante é desejável para uma montagem de alimentação de pasta de catalisador. Um modo de usar uma bomba sobressalente é usar apenas uma tubulação de alimentação com um tubo de contingência que desvia a pasta de catalisador do segundo condutor 3 0 para a bomba sobressalente e então de volta para a tubulação de alimentação no tubo de entrada 34. Quando a bomba principal na tubulação de alimentação simples 26 quebra, a pasta de catalisador pode ser alimentada â bomba sobressalente através do tubo de contingência com pouca perda de tempo ou de produção. Contudo, uma vez que o tubo de contingência deriva-se e reemerge com a tubulação de alimentação, ele contém curvas e cotovelos extras. Assim, os sólidos na pasta de catalisador provavelmente entopem o tubo de contingência e reduzem o fluxo da pasta de catalisador. A bomba sobressalente pode ser incorporada a montagem de alimentação da pasta de catalisador, por uso de uma segunda tubulação de alimentação separada, de modo que, se uma bomba 2 6 quebrar e nervurar uma tubulação, a segunda bomba 26 na segunda tubulação pode operar para liberar pasta de catalisador em menos tempo e sem perda de produção.
Alternativa ou adicionalmente, para determinados processos de polimerização, dois ou mais tipos de catalisador são usados. Por exemplo, um tipo de catalisador pode ser misturado no tanque de mistura 14 para formar uma primeira pasta de catalisador, que é então alimentada ao primeiro tanque de armazenamento 18. Um segundo tipo de catalisador pode ser misturado no tanque de mistura 14, para formar uma segunda pasta de catalisador, que é então alimentada ao segundo tanque de armazenamento 18 ou, alternativamente, o segundo tipo de catalisador pode ser misturado em um segundo tanque de mistura 14 e alimentado ao segundo tanque de armazenamento 18. 0 primeiro tanque de armazenamento 18 alimenta a primeira pasta de catalisador ao reator de polimerização 42 e o segundo tanque de armazenamento 18 então alimenta a segunda pasta de catalisador ao reator de polimerização 42. Adicionalmente, a montagem de alimentação de pasta pode possuir apenas uma tubulação de alimentação ou possuir mais do que duas tubulações de alimentação. Alternativamente, ambos os tipos de catalisador podem ser alimentados ao reator de polimerização 42, simultaneamente, dos primeiro e segundo tanques de armazenamento 18. A montagem de alimentação de pasta de catalisador provê várias vantagens. Primeiro, a montagem de alimentação de pasta provê um fluxo previsível, controlável e contínuo de pasta de catalisador ao reator de polimerização 42. A pasta de catalisador alimentada ao reator pode ser monitorada e mantida em uma porcentagem específica, por exemplo, cerca de 8% em peso. Em razão da provisão (alimentação) contínua da pasta de catalisador ao reator de polimerização 42, ao invés da introdução de quantidades separadas de pasta de catalisador em pulsos ou bateladas ou outros modos descontínuos, os medidores de fluxo 38 podem monitorar melhor e reduzir ou aumentar o fluxo de pasta de catalisador, conforme desejado, para liberar a quantidade apropriada de pasta de catalisador ao reator de polimerização 42. O sistema de monitoramento pode também permitir que os operadores saibam quanta pasta de catalisador foi adicionada ao reator e calculem quanta pasta de reator está no reator. 0 montagem de alimentação de pasta de catalisador pode também reduzir ou eliminar vazamento imprevisível da pasta de catalisador nos tubos de entrada 34, uma vez que a pasta de catalisador é armazenada em pressão baixa e é bombeada ao reator. Assim, a chance de muita pasta de catalisador ser adicionada ao processo de polimerização é reduzida. Adicionalmente, o uso de impulsores 54 nos tanques de armazenamento 18 facilita a manutenção da pasta de catalisador em uma razão em peso de catalisador para diluente essencialmente homogênea, antes de ser bombeada para o reator de polimerização 42. Quando a pasta de catalisador é essencialmente homogênea, a chance de uma quantidade muito grande ou muito pequena de catalisador ser adicionada ao processo de polimerização é reduzida. Assim, a montagem de alimentação de pasta de catalisador resulta em uma razão de reação mais consistente e estável. A figura 2 ilustra um aparelho e processo para transporte de um catalisador para dentro e para fora de um tanque de mistura, tal como, o tanque de mistura 14 mostrado na figura 1. Na figura 2, o catalisador é inicialmente trazido para uma planta de polimerização e dentro um recipiente de transporte de catalisador 102. O catalisador é transportado do recipiente de transporte de catalisador 102 para o tanque de pesagem de catalisador 104 através de uma tubulação de transporte. O tanque de pesagem de catalisador 104 é um recipiente elevado, de modo que o catalisador pode fluir por gravidade para dentro do tanque de mistura de catalisador 114. Alternativamente, o catalisador seria transferido do recipiente de transporte de catalisador 102 para um pote de lama de catalisador tradicional para alimentação direta a um reator.
Na figura 2, um sistema de transporte pneumático é usado para transferir o catalisador do recipiente de transporte de catalisador 102 para o tanque de pesagem de catalisador 104. Um filtro 108 pode ser provido para remover o catalisador. Um ciclone (não mostrado), pode ser provido opcionalmente, ao invés ou além do filtro, embora seja presentemente preferido omitir tal ciclone por questões de simplicidade. 0 sistema de transporte pneumático usa uma transferência de fase densa com uma razão de sólidos para gás relativamente alta. 0 recipiente de transporte de catalisador 102 é pressurizado com nitrogênio. O tanque de pesagem de catalisador 104 (ou pote de lama de catalisador) é isolado do filtro 108 a uma pressão inferior. A fonte de pressão é isolada do recipiente de transporte de catalisador 102, então, o recipiente de transporte de catalisador pressurizado 102 é equalizado com o tanque de pesagem de catalisador 104, por abertura de uma válvula de bloqueio automatizada entre os dois recipientes. Conforme a pressão equaliza entre os dois recipientes, o catalisador é transportado para um recipiente de destino (por exemplo, o tanque de pesagem de catalisador 104) . Após a pressão ser equalizada (em outras palavras, os dois recipientes possuem pressão igual), a tubulação do tanque de pesagem de catalisador 104 (ou pote de lama de catalisador) é ventilada através de um orifício restrito para os filtros.
Essas etapas são repetidas várias vezes para assegurar que todo o catalisador seja removido do recipiente de transporte de catalisador 102.
As vantagens do sistema de transporte pneumático incluem a capacidade de transferir catalisador do recipiente de transporte de catalisador para o tanque de pesagem de catalisador, muito rapidamente e em razão de sólidos para gás alta. Também, o catalisador é completamente transportado deixando quantidades mínimas no recipiente de transporte de catalisador, pelo que, reduzindo ou minimizando a perda de catalisador.
Adicionalmente, esse sistema de transporte possui transporte de catalisador inferior em relação aos filtros, o que reduz a quantidade de catalisador perdido. Também, o catalisador é transferido sem danificar as partículas de catalisador, por rompimento que produz partículas finas (que são pequenas partículas de catalisador).
Os processos e aparelhos precedentes também conferem vários benefícios inesperados. Primeiro, o uso da montagem de alimentação de pasta de catalisador com o reator de polimerização pode facilitar produção maior de sólidos de polimerização, em razão de uma alimentação consistente e controlável dentro do reator de polimerização e assim, um processo mais consistente através de todo o reator de polimerização. A montagem de alimentação de pasta de catalisador pode também prover qualidade de produto aperfeiçoada melhorando-se a medição e controle da quantidade de catalisador alimentado ao reator de polimerização e assim, aperfeiçoando o controle do reator.
Assim, o uso da montagem de alimentação de pasta de catalisador pode contribuir para confiabilidade na operação do reator de polimerização, uma vez que o catalisador alimentado ao reator de polimerização é monitorado para impedir que excesso de catalisador entre no reator de polimerização e induza uma reação adversa. Por exemplo, o uso de válvulas, medidores de fluxo e bombas na montagem de alimentação de pasta reduz a chance de catalisador extra vazar inadvertidamente para o reator de polimerização. O catalisador também é mantido na montagem de alimentação de pasta de catalisador em pressão inferior do que no reator. Caso ocorram vazamentos na montagem de alimentação de pasta de catalisador, o catalisador não flui para dentro do reator, porque o reator é mais altamente pressurizado do que os recipientes de alimentação de catalisador. Assim, a chance de que excesso de catalisador seja inadvertidamente alimentada ao reator por mal funcionamento do equipamento, (tal como, o vazamento da válvula e disposições incorretas da válvula que eram comuns com uso de alimentador de esfera de retenção) é reduzida.
Embora a invenção tenha sido descrita com referência a determinadas concretizações, será entendido pelos versados na técnica que várias alterações podem ser feitas e equivalentes podem ser substituídos, sem fugir do escopo da invenção. Além disso, muitas modificações podem ser feitas para adaptar uma situação ou material específico aos ensinamentos da invenção, sem com isso fugir de seu escopo. Portanto, pretende-se que a invenção não seja limitada à concretização específica revelada, porém que a invenção inclua todas as concretizações que se encontram dentro do escopo das reivindicações apensas.

Claims (8)

1. Aparelho para preparação, medição e alimentação de uma pasta de catalisador a um reator de polimerização, caracterizado pelo fato de que o aparelho compreende: um tanque de mistura para misturar uma pasta de catalisador compreendendo um catalisador sólido em um meio liquido, em que o tanque de mistura compreende um agitador; um tanque de armazenamento para manter a pasta de catalisador, onde o tanque de armazenamento compreende um agitador e é conectado em um modo fluido para receber a pasta de catalisador do tanque de mistura; uma bomba para liberação da pasta de catalisador do tanque de armazenamento para o reator de polimerização através de uma passagem de fluido; um medidor de fluxo adaptado para medir o fluxo de uma pasta de catalisador através da passagem de fluido; e um controlador que recebe um sinal de fluxo do medidor de fluxo indicador do fluxo da pasta de catalisador, onde o controlador direciona a bomba para ajustar o fluxo da pasta de catalisador com base no sinal de fluxo.
2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tanque de mistura encontra-se em uma elevação maior, em relação ao tanque de armazenamento, de modo que a pasta de catalisador escoa do tanque de mistura para o tanque de armazenamento pelo menos parcialmente devido à gravidade.
3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende, adicionalmente, um segundo tanque de armazenamento, onde o segundo tanque de armazenamento é conectado em um modo fluido para receber a pasta de catalisador do tanque de mistura e é conectado em um modo fluido para prover a pasta de catalisador ao reator de polimerização.
4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende, adicionalmente, um indicador de nivel para medir o nível da pasta de catalisador no tanque de armazenamento, onde o controlador é adaptado para receber um sinal indicativo do nível medido da pasta de catalisador no tanque de armazenamento e, quando o nível da pasta de catalisador no tanque de armazenamento estiver abaixo de um nível predeterminado, o controlador direciona a pasta de catalisador para o tanque de armazenamento do tanque de mistura.
5. Processo para preparar uma pasta de catalisador e prover a pasta de catalisador a uma zona de reação de polimerização, caracterizado pelo fato de que o processo compreende: formação de uma pasta de catalisador de um catalisador sólido e um meio líquido em um tanque de mistura compreendendo um agitador; entrega da pasta de catalisador do tanque de mistura ao tanque de armazenamento para manutenção da pasta de catalizador, em que o tanque de armazenamento compreende um agitador; manutenção da pasta de catalisador em uma razão sólido para líquido essencialmente homogênea; bombeamento da pasta de catalisador do tanque de armazenamento para a zona de reação de polimerização; medição do fluxo de uma pasta de catalisador bombeada para a zona de reação de polimerização; e alteração do fluxo da pasta de catalisador bombeada para a zona de reação de polimerização, pelo menos parcialmente, em resposta ao fluxo medido.
6. Processo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende, adicionalmente, agitação continua da pasta de catalisador para manter a pasta de catalisador em uma razão sólido para liquido essencialmente homogênea antes do bombeamento da pasta de catalisador para a zona de reação.
7. Processo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende: determinação da quantidade do catalisador alimentado à zona de reação em um período selecionado; e alteração do fluxo de uma pasta de catalisador para o interior da zona de reação, pelo menos parcialmente, em resposta à quantidade determinada.
8. Processo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende, adicionalmente, operação da zona de reação de polimerização para produzir partículas sólidas de polímero.
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