BRPI0620392A2

BRPI0620392A2 - recuperação de monÈmero por retorno do lìquido aéreo da coluna para o reator

Info

Publication number: BRPI0620392A2
Application number: BRPI0620392-2A
Authority: BR
Inventors: John H Tait; Robert S Murphy; Michael A Watts; Anurag Gupta
Original assignee: Chevron Phillips Chemical Co
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2006-12-19
Publication date: 2011-11-16
Also published as: EP1976890A2; WO2007075615A2; US20070142576A1; CN101384625A; WO2007075615A3; CA2633647A1; US7629421B2

Abstract

RECUPERAçãO DO MONÈMERO POR RETORNO DO LìQUIDO AéREO DA COLUNA PARA O REATOR. Sistema de produção de poliolefina compreendendo um reator de polimerização (tal como um reator em laço de pasta de polietileno> e um sistema de fracionamento que recebe efluente do reator processado em um sistema de recuperação de diluente/monómero para reciclo para o reator e para os fornecedores. Um condutor desvia uma porção de um fluxo de refluxo compreendendo monómero, tala como etileno, a partir de dentro do sistema de fracionamento para o reator de polimerização provendo menos saída de monómero, tal como etileno, ao fornecedor. Consequentemente, o rendimento do monómero é aumentado vantajosamente, conforme o monómero retorna para o reator desloca a carga de alimentação do monómero para o reator. O fluxo de refluxo pode se originar de componente leve aéreo e condensado a partir da coluna de reciclo de diluente disposta no subsistema de fracionamento. A coluna de reciclo de diluente pode receber uma corrente compreendendo diluente e monómero conforme alimentado do subsistema de recuperação de diluente/monómero e pode receber a porção não desviada do fluxo de refluxo como refluxo.

Description

RECUPERAÇÃO DO MONÔMERO POR RETORNO DO LÍQUIDO AÉREO DA COLUNA PARA O REATOR

Pedidos Correlatos

Esse pedido reivindica prioridade do Pedido US número de série 11/313.328, depositado em 21 de dezembro de 2005.

Campo Técnico

A presente invenção se refere, de modo geral, à produção de poliolefina e, mais especificamente, ao aumento da recuperação do monômero de olefina não reagido descarregado de um reator de poliolefina.

Descrição da Técnica Correlata

Essa seção pretende introduzir o leitor aos aspectos da técnica que podem ser relacionados aos aspectos da presente invenção, que são descritos e/ou reivindicados a seguir. Acreditamos que essa discussão seja útil na provisão de informações básicas ao leitor, de modo a facilitar o melhor entendimento dos vários aspectos da presente invenção. Consequentemente, deve ser entendido que essas declarações devem ser lidas dessa forma e não como admissões da técnica anterior.

Uma vez que as tecnologias química e petroquímica vêm avançando, os produtos dessas tecnologias se tornam crescentemente úteis na sociedade. Especificamente, como as técnicas para ligação de blocos moleculares simples em cadeias maiores (ou polímeros) avançaram, os produtos poliméricos, tipicamente na forma de vários plásticos, vêm sendo crescentemente incorporados aos vários itens no dia a dia. Por exemplo, polímeros de poliolefina, tais como polietileno, polipropileno, e seus copolímeros, são empregados para embalamento farmacêutico e de venda a varejo, embalamento de alimentos e bebidas (tais como, garrafas de suco e de soda), recipientes para artigos domésticos (tais como, baldes e caixas), itens de uso doméstico (tais como, utensílios, mobiliário, carpetes e brinquedos), componentes para automóveis, tubos, condutores e vários produtos industriais.

Tipos específicos de poliolefinas, tais como, polietileno de alta densidade (HDPE), possuem aplicações específicas na fabricação de artigos moldados por sopro e moldados por injeção, tais como, recipientes para alimentos e bebidas, películas e tubos de plástico. Outros tipos de poliolefinas, tais como polietileno de baixa densidade (LDPE), polietileno de baixa densidade linear (LLDPE), polipropileno isotático (iPP), e polipropileno sindiotático (iPP) são também apropriados para aplicações semelhantes. Os requisitos mecânicos de aplicações, tais como, resistência a tensão e densidade e/ou requisitos químicos, tais como, estabilidade térmica, peso molecular e reatividade química, determinam, tipicamente, qual poliolefina ou tipo de poliolefina é adequado.

Um benefício da construção da poliolefina, como pode ser deduzido da lista de usos acima, é que ela é geralmente não reativa com artigos ou produtos com os quais entra em contato. Isso permite que os produtos de poliolefina sejam usados nos contextos residenciais, comerciais e industriais, incluindo armazenamento de alimentos e bebidas e transporte, artigos eletrônicos, na agricultura, transporte marítimo e construção de veículos. A ampla variedade de empregos residenciais, comerciais e industriais para as poliolefinas vem se traduzindo em uma demanda substancial para poliolefina bruta que pode ser extrusada, injetada, soprada ou de outra forma conformada em um produto ou componente final que pode ser utilizado.

Para satisfazer essa demanda, existem vários processos pelos quais as poliolefinas podem ser polimerizadas para formar poliolefinas. Tipicamente, esses processos são realizados em ou próximo às instalações petroquímicas, que possuem pronto acesso às moléculas de olefina de cadeia curta (monômeros e comonômeros) tais como, etileno, propileno, buteno, penteno, hexeno, octeno, deceno, e outros blocos de construção de polímeros de olefina mais longos. Esses monômeros e comonômeros podem ser polimerizados em um reator de polimerização de fase líquida e/ou reator de polimerização de fase gás para formar um produto compreendendo particulados sólidos (poliolefina) poliméricos, tipicamente denominados lanugem ou grânulos. A lanugem pode possuir uma ou mais propriedades de fusão, física, reológica e/ou mecânica de interesse, tais como, densidade, índice de fusão (MI), taxa de fluxo de fusão (MFR), teor de copolímero, teor de comonômero, módulo e cristalinidade. As condições de reação dentro do reator, tais como temperatura, pressão, concentrações químicas, taxa de produção de polímero, e outras, podem ser selecionadas para a obtenção das propriedades desejadas da lanugem.

Além de um ou mais monômeros de olefina, pode ser adicionado ao reator um catalisador para facilitar a polimerização dos monômeros. Por exemplo, o catalisador pode ser uma partícula adicionada através da corrente de alimentação do reator e, uma vez adicionada, suspensa no meio de fluido dentro do reator. Um exemplo de tal catalisador é óxido de cromo contendo cromo hexavalente em um suporte de sílica. Adicionalmente, um diluente pode ser introduzido ao reator. 0 diluente pode ser um hidrocarboneto inerte, tal como, isobutano, propano, n- pentano, i-pentano, neopentano, e n-hexano que é líquido nas condições de reação. Entretanto, alguns processos de polimerização podem não empregar um diluente separado, tal como no caso dos exemplos selecionados de produção de polipropileno, onde o monômero de propileno propriamente atua como o diluente.

A descarga do reator inclui, tipicamente, a lanugem polimérica, bem como componentes não poliméricos, tais como monômero de olefina não reagido (e comonômero) , diluente, e assim por diante. No caso de produção de polietileno em reatores de fase líquida, tais como reatores de laço de pasta, os componentes não poliméricos compreendem típica e primariamente diluente, tal como isobutano, possuindo uma quantidade pequena de etileno não reagido (por exemplo, 5% em peso) . Para a produção de polipropileno, os componentes não poliméricos compreendem típica e primariamente monômero de propileno não reagido. Essas correntes de descarga são, de modo geral, processadas, tal como, pelo sistema de recuperação de diluente/monômero, para separar os componentes não poliméricos da lanugem polimérica. O diluente recuperado, monômero não reagido e outros componentes não poliméricos do sistema de recuperação podem ser tratados, tal como, por um sistema de fracionamento, e de modo final, retornados ao reator, como alimentação purificada ou tratada. Em alguns casos, os componentes podem ser incendiados ou retornados ao fornecedor, tal como a uma planta de fabricação de olefina ou refinaria de petróleo. Como para o polímero recuperado (sólidos), o polímero pode ser tratado para desativar catalisador residual, remover hidrocarbonetos admitidos, secar o polímero, e precipitar o polímero em um extrusor, e assim por diante, antes do polímero ser enviado ao consumidor.

O negócio competitivo de produção de poliolefina leva continuamente os fabricantes a aperfeiçoarem seus processos para abaixar os custos de produção. Em uma indústria onde bilhões de quilos de produto de poliolefina são produzidos anualmente, pequenos aperfeiçoamentos, por exemplo, na atividade catalítica, rendimento do monômero e recuperação do diluente podem gerar economias de custo significativas na fabricação das poliolefinas. Felizmente, os avanços tecnologias com o passar dos anos nas matérias- primas, produtividade do catalisador, eficiência de energia, projeto e operação de equipamentos e semelhantes vêm fornecendo passos maiores para redução de capital, custos operacionais e fixos dos sistemas de fabricação de poliolefina. Por exemplo, a pesquisa de catalisadores produziu catalisadores comerciais com valores de atividade que são de origem de grandeza maiores em relação à duas a três décadas atrás, resultando em uma redução admirável na quantidade de catalisador consumido por quilo de polímero, e também reduzindo o processamento a jusante (e equipamento) empregados para desativar e/ou remover catalisador residual do produto polimérico. Adicionalmente, 6/55 os avanços no projeto e operação dos equipamentos também aumentou muito a recuperação do diluente a um ponto onde muito pouca constituição de diluente fresco é utilizada.

Os avanços tecnológicos também aperfeiçoaram o rendimento do monômero, que é uma medida de conversão do monômero, tal como, etileno ou propileno em um polímero ou poliolefina, tal como, polietileno ou polipropileno. De modo ideal, um quilo de monômero produz um quilo de poliolefina, porém valores de rendimento de monômero típicos (expressos como a taxa de quilos de polímero produzido por quilo de monômero consumido) na indústria, geralmente gira em torno de 95%. Adicionalmente aumentos no rendimento do monômero fornecem uma das maiores oportunidades de se reduzir o custo de fabricação das poliolefinas. Na realidade, o monômero de olefina representa, tipicamente, o maior custo na produção das poliolefinas, com aperfeiçoamentos incrementais menores no rendimento do monômero resultando em economia de custo considerável. Tais aperfeiçoamentos desejados no rendimento do monômero, entretanto, são um desafio significativo na industria da poliolefina.

Os entraves na industria da poliolefina de aumento do rendimento do monômero adicionalmente se devem, em parte, à dificuldade de separar pequenas quantidades de monômero admitidas nas correntes de componente leves e correntes de saída/purga através de todo o processo de poliolefina, tais como na recuperação do diluente/monômero e seções de fracionamento da planta de poliolefina. A separação do monômero admitido dessas correntes leves não é praticável por várias razões. Como é apreciado pelos versados na técnica comum, limitações teóricas, tais como, azeótropos, pontos de agarre, etc. no equilíbrio da separação, por exemplo, podem impedir a separação. Adicionalmente, quando teoricamente possível, a separação do monômero admitido a partir das correntes de saída necessitaria, de modo geral, de investimentos intensos de capital não possuindo um retorno econômico justificado, mesmo com as economias significativas no etileno recuperado. Por exemplo, a separação e recuperação do monômero admitido pode necessitar de instalação de colunas de fracionamento possuindo dimensões de projeto (por exemplo, diâmetro, altura, número de estágios ou bandejas, taxas de fluxo de refluxo, etc.) que são surpreendentemente grandes. Assim, essas correntes de saída possuindo pequenas concentrações de monômero, tais como, etileno e propileno, são tipicamente queimadas em uma combustão ou recicladas para o fornecedor de olefina.

Um problema com a incineração das correntes de saída na combustão é que o monômero admitido se perde. Um problema com o reciclo do monômero para o fornecedor de olefina é que o fornecedor freqüentemente não pode processar eficazmente a corrente de retorno, em razão da presença de componentes indesejáveis, tais como, componentes inertes. De fato, o produtor da poliolefina recebe, de modo geral, um crédito reduzido para o monômero retornado devido aos requisitos de processamento difíceis experimentados pelo fornecedor. Mesmo mais infeliz é que o fornecedor, propriamente, pode precisar incendiar a corrente de retorno devido a sua incapacidade de processar a corrente e assim o produtor de poliolefina não se beneficia do monômero admitido na corrente de reciclo. Breve Descrição dos Desenhos

As vantagens da invenção podem ficar claras mediante leitura da descrição detalhada que se segue e com referência aos desenhos, nos quais:

A figura 1 é um fluxograma de bloco ilustrando um sistema de fabricação de poliolefina exemplar para produção de poliolefinas de acordo com uma concretização das presentes técnicas;

A figura 2 é um fluxograma do processo ode um subsistema de reator do sistema de fabricação de poliolefina da figura 1, incluindo um reator de polimerização de acordo com uma concretização das presentes técnicas;

A figura 3 é um fluxograma do processo de um sistema de recuperação de diluente/monômero do sistema de fabricação de poliolefina da figura 1, de acordo com uma concretização das presentes técnicas;

A figura 4 é um fluxograma de bloco de uma porção do subsistema de alimentação e fracionamento do sistema de fabricação de poliolefina da figura 1, de acordo com uma concretização das presentes técnicas;

A figura 5 é um fluxograma de processo de uma porção do subsistema de alimentação e fracionamento do sistema de fabricação de poliolefina da figura 1, de acordo com uma concretização das presentes técnicas; e

A figura 6 é um diagrama de bloco de um método para aumentar o rendimento do monômero na produção da poliolefina de acordo com uma concretização das presentes técnicas. Melhor Modo de Realizar a Invenção

Uma ou mais concretizações específicas da presente invenção serão descritas a seguir. Em um esforço de prover uma descrição concisa dessas concretizações, nem todos os aspectos de uma implementação atual são descritos no relatório descritivo. Deve ser apreciado que no desenvolvimento de qualquer tal implementação real, como em qualquer projeto de engenharia ou de desenho, várias decisões específicas de implementação devem ser tomadas para se obter os objetivos específicos dos empreendedores, tais como, adequação aos restrições relacionadas ao sistema ou negócio, que podem variar de uma implementação para outra. Além disso, deve ser apreciado que tal esforço de desenvolvimento pode ser complexo e consumidor de tempo, porém não obstante será uma rotina empreendedora do projeto e fabricação para os versados na técnica, com o benefício dessa revelação.

As presentes técnicas se referem à recuperação aumentada do monômero de olefina em um sistema de fabricação de olefina. As técnicas podem ser direcionadas à dificuldade da indústria de poliolefina de recuperar pequenas quantidades de monômero contidas nas correntes de extremidade leve na recuperação do monômero/diluente e seções de fracionamento da planta de poliolefina. Tais correntes de saída/purga possuindo concentrações pequenas de monômero admitidas, tal como, etileno ou propileno, são tipicamente incendiadas, dando perda total do monômero contido, ou recicladas ao fornecedor da olefina para processamento adicional, o que pode ser problemático e/ou caro. Em resposta, as presentes técnicas evitam os problemas de praticidade de separação do monômero das correntes leves e, ao invés disso, fornecem a derivação do líquido possuindo pequenas quantidades de monômero dentro do sistema de fracionamento para o reator de polimerização, tal como um reator em laço de pasta. As técnicas recuperam o monômero (isto é, para o reator) enquanto evitam a dificuldade e abordagens caras de separação do monômero admitido das correntes leves ventiladas. As técnicas deslocam, vantajosamente, a carga de alimentação de monômero, enquanto reduzem a quantidade de monômero que pode se acumular no sistema de fracionamento e que pode ser ventilada para combustão ou retornada ao fornecedor.

Especificamente, as técnicas fornecem derivação das porções de líquido aéreo da coluna e/ou correntes de líquido reciclando internamente dentro do sistema de fracionamento para o reator de poliolefina. O líquido aéreo da.coluna e correntes de líquido podem conter monômero não reagido admitido no sistema de fracionamento no efluente recuperado a partir do reator de poliolefina. Em uma concretização com produção de polietileno, uma porção de uma corrente de refluxo para uma coluna de reciclo de diluente contendo, primariamente, diluente com quantidades pequenas de etileno é derivada para o tanque de armazenamento de diluente, que fornece diluente ao reator em laço de pasta. O etileno na corrente de diluente desviada desloca a carga de alimentação de etileno para o reator. Assim, o etileno na corrente derivada é recuperado.

Finalmente, deve ser observado que embora a discussão por vezes foque a produção de polietileno, as presentes técnicas são aplicáveis a outros processos de polimerização e poliolefina, que tipicamente recuperam componentes não reagidos da descarga do reator de polimerização. Por exemplo, as técnicas podem ser aplicadas à produção de polipropileno, eu empregam um sistema de recuperação e/ou fracionamento disposto a jusante do reator de polimerização para recuperar os componentes não tratados, tais como, diluente, solvente, e/ou monômero de propileno não reagido, e assim por diante, do efluente que deixa o reator de polimerização.

Para facilitar a discussão das presentes técnicas, a revelação é apresenta em seções. A seção I introduz um processo de produção de olefina exemplar, que inclui um subsistema de alimentação e fracionamento, um subsistema de reator, um subsistema de recuperação de diluente/monômero e um subsistema de extrusão/descarga. A seção I também fornece exemplos de aplicações de poliolefina e usos finais, bem como discute resumidamente o controle exemplar de um processo de produção de poliolefina. A seção II revela um subsistema de reator exemplar em maiores detalhes. A seção III discute um subsistema de recuperação de diluente/monômero exemplar que recebe uma descarga de reator (efluente). A seção IV discute o processamento do diluente recuperado a partir do sistema de recuperação de diluente/monômero em um subsistema de alimentação e fracionamento exemplar incluindo uma discussão da purificação do diluente e colunas de fracionamento exemplares (por exemplo, possuindo coluna pesada e coluna leve) no sistema de fracionamento. A seção V provê uma vista geral das técnicas de recuperação do monômero adicional (por exemplo, etileno) no subsistema de fracionamento. A seção VI discute o fracionamento e um processo exemplar de recuperação do monômero adicional, em detalhes. A seção VII resume um método exemplar para aumentar o rendimento do monômero através do reciclo do reator de uma porção do líquido acumulado no subsistema de fracionamento. A seção VIII provê um cálculo de amostra da economia em razão do rendimento aumentado de etileno, que resulta do método exemplar para aumento do rendimento do monômero.

I. Vista Geral do Processo de Produção de Poliolefina

Voltando agora aos desenhos e com referência, inicialmente, à figura 1, um diagrama de bloco ilustra um processo de fabricação exemplar 10, para produção de poliolefinas, tais como, polietileno, polipropileno e/ou seus copolímeros. O processo de fabricação 10 é tipicamente uma operação contínua, porém pode incluir ambos sistemas contínuos e em batelada. Uma capacidade nominal típica para o processo de fabricação exemplar é de cerca de 181.437- 362.874 kg de poliolefina produzidos por ano. Taxas exemplares de projeto por hora são de aproximadamente 22,68 a 4 5,36 kg de poliolefina polimerizada/extrusada por hora. Deve ser enfatizado, contudo, que as presentes técnicas se aplicam aos processos de fabricação de poliolefina possuindo capacidades nominais e taxas de projeto fora dessas faixas exemplares.

Vários fornecedores 12 podem prover cargas de alimentação 14 de reator para o sistema de fabricação 10 através de tubulação, caminhões, cilindros, tambores e outros. Os fornecedores 12 podem compreender instalações fora e/ou dentro do sítio, incluindo plantes de olefina, refinarias, plantas de catalisador e semelhantes. Exemplos de cargas de alimentação possíveis incluem monômeros e comonômeros de olefina (tais como, etileno, propileno, buteno, hexeno, octeno, e deceno), diluentes (tais como propano, isobutano, n-hexano, e n-heptano), agentes de transferência de cadeia (tais como hidrogênio), catalisadores (tais como catalisadores Ziegler-Natta, catalisadores de cromo, níquel e catalisadores de metaloceno), co-catalisadores (tais como trietilalumínio, trietilboro, e aluminoxano de metila) e outros aditivos.

A. Subsistema de Alimentação e Fracionamento

Os fornecedores 12 fornecem, tipicamente, cargas de alimentação 14 a um sistema de alimentação e fracionamento 16, onde as cargas de alimentação 14 podem ser armazenadas, tal como em tanques de armazenamento e alimentação de monômero, recipientes de diluente, tanques de catalisador, cilindros de co-catalisador e tanques e assim por diante. No subsistema 16, as cargas de alimentação 14 podem ser tratadas ou processadas anteriormente para sua introdução aos reatores de polimerização. Por exemplo, as cargas de alimentação 14, tais como, monômero, comonômero e diluente podem ser enviadas através dos leitos de tratamento e colunas de fracionamento para remover os venenos do catalisador, tais como, oxigênio e umidade e para remover componentes pesados e leves indesejados. 0 monômero e comonômeros de olefina podem ser líquidos, gasosos ou um líquido supercrítico, dependendo do tipo de reator sendo alimentado. O subsistema 16 pode preparar ou condicionar outras cargas de alimentação 14, tais como, catalisadores para adição aos reatores de polimerização. Por exemplo, o catalisador pode ser ativado e então misturado com o diluente (por exemplo, isobutano ou hexano) ou óleo mineral nos tanques de preparação do catalisador. Adicionalmente, o subsistema de alimentação e fracionamento 16 provê, tipicamente, medição e controle da taxa de adição das cargas de alimentação 14 dentro do reator de polimerização, para manter a estabilidade desejada do reator e/ou para obter as propriedades da poliolefina ou taxa de produção desejadas. Além disso, conforme discutido a seguir, o subsistema 16 pode também purificar ou tratar o efluente de reator recuperado para reciclo no reator. Na realidade, o fracionamento e tratamento do diluente reciclado e monômero é geralmente importante para a economia da produção de poliolefina. As cargas de alimentação 14 e efluente de reator recuperado são processadas no subsistema de alimentação e fracionamento 16 e saem como correntes de alimentação 18 (por exemplo, correntes de monômero, comonômero, diluente, catalisadores, co-catalisadores, hidrogênio, aditivos ou combinações dos mesmos) e entram no subsistema do reator 20.

A porção de alimentação do subsistema 16 geralmente é considerada a montante do reator de polimerização e, tipicamente direcionada primariamente ao armazenamento, processamento e medição das cargas de alimentação e material de reciclo fracionado. A porção de fracionamento do subsistema 16 pode ser considerada a jusante do reator e pode ser direcionada ao processamento de efluente de reator recuperado a partir do reator. Em alguns casos, o efluente recuperado, processado na porção de fracionamento pode ser reciclado para o reator, a partir da carga de alimentação do subsistema 16. As porções de alimentação e fracionamento do subsistema 16 tipicamente se sobrepõem no equipamento e etapa de processamento e ambas podem de forma final prover alimentação ao reator de polimerização.

1. Fracionamento do Efluente de Reator Recuperado

As concretizações das presentes técnicas direcionadas à porção de fracionamento do subsistema 16 de modo geral fornecem relativamente mais benefício aquelas tecnologias de recuperação que fracionam uma grande porção (isto é, menos o reciclo direto para o reator) dos componentes recuperados da descarga do reator. Em algumas tecnologias, até cerca de 90% dos componentes recuperados podem desviar da porção de fracionamento do subsistema 16. Em outras tecnologias, contudo, substancialmente toda a quantidade de diluente e monômero não reagido recuperada do efluente de pasta de descarga do reator de polimerização pode ser processada pela porção de fracionamento do subsistema 16, antes do reciclo para o reator. De modo geral, em determinadas configurações, pelo menos algum efluente líquido do reator (por exemplo, 10%) pode ser fracionado para prover diluente isento de olefina, por exemplo, a ser usado na preparação catalítica/liberação para o reator de polimerização.

2. O Processo de Fracionamento

Um sistema de fracionamento ou coluna de destilação, tal como aquele empregado no subsistema 16, pode incluir vários equipamentos e operações que forneçam aquecimento e transferência de material. 0 fracionamento ou destilação, em geral, é um processo para separação da mistura de alimentação em duas ou mais correntes que possuem diferentes pontos de ebulição, preferivelmente por evaporação dos componentes mais voláteis para fora da mistura de alimentação. Quando uma mistura de alimentação de liquido de dois ou mais materiais voláteis é aquecida, o vapor resultante tipicamente possui uma concentração maior de material mais volátil (isto é, ponto de ebulição mais baixo) que o do liquido a partir do qual se desdobra. De modo contrário, se o vapor for resfriado, o material menos volátil (isto é, ponto de ebulição maior) tem tendência a condensar em uma proporção maior que o material mais volátil.

a. Alimentação da Coluna de Fracionamento

Uma carga contendo os componentes químicos a serem separados geralmente entra em um ponto ao longo do lado linear de uma coluna. A posição desse ponto de alimentação ao longo da coluna pode ser uma variável importante no projeto da coluna. No sistema de fracionamento do processo de poliolefina, uma alimentação exemplar a uma coluna de fracionamento é o vapor e/ou líquido recuperado do efluente que é descarregado do reator de poliolefina. Essa alimentação exemplar à coluna de fracionamento pode conter diluente, monômero não reagido e outros componentes. A separação no sistema de fracionamento pode envolver a separação dos componentes do diluente ou, em outras palavras, purificação do diluente.

b. Estágios da Destilação

Dentro da coluna, o líquido e o vapor estão tipicamente em contato de contracorrente através da coluna, conforme o líquido flui descendentemente e o vapor flui ascendentemente na coluna. Em cada "estágio" da destilação, algum vapor movendo a montante da coluna é condensado e isso, por sua vez, pode evaporar algum líquido movendo a jusante na coluna. Para o exemplo dos dois componentes em uma corrente de alimentação, uma quantidade maior de componente menos volátil condensará em cada estágio e uma quantidade maior do componente mais volátil evaporará. A "seção de retificação" e a "seção de enriquecimento" são nomes exemplares fornecidos aos estágios dentro da coluna, acima do ponto de alimentação, onde a concentração de componente mais volátil aumenta em ambos o líquido e o vapor. A "seção de purga" é um nome exemplar fornecido aos estágios abaixo do ponto de alimentação onde a concentração do componente mais volátil diminui em ambos o líquido e o vapor. Várias partes internas a coluna, tais como, bandejas, placas e/ou guarnições podem prover os estágios de separação.

Uma coluna de fracionamento pode incluir bandejas de vários projetos usadas para manter o líquido de modo a prover um contato melhor entre o vapor e o líquido e, consequentemente, melhor separação. Os tipos de bandeja incluem, por exemplo, bandejas de capeamento de bolha, bandejas de válvula, bandejas de crivo e semelhantes. Cada bandeja possui tipicamente condutores (por exemplo, dois condutores, um de cada lado da bandeja) denominados "dutos descendentes". O líquido pode cair através dos dutos descendentes por gravidade a partir de uma bandeja para uma bandeja abaixo. Uma represa na bandeja pode facilitar o acúmulo ou "manter" o líquido na bandeja. O vapor escoando ascendentemente através da coluna flui através do líquido nas bandejas. Uma coluna de fracionamento pode também incluir guanições que são geralmente dispositivos passivos designados para aumentar a área interfacial para o contato vapor-líquido. Em razão da maneira pela qual o vapor e o líquido são contatados, as colunas guarnecidas podem ser denominadas colunas de contato contínuo (providas para estágios teóricos) enquanto as colunas com bandejas podem ser denominadas colunas de contato escalonado.

c. Parte Aérea da Coluna

0 vapor aéreo que deixa a parte superior de uma coluna, tal como aqueles empregados no subsistema 16, contém geralmente, os componentes mais voláteis da alimentação. O vapor aéreo tipicamente entra em um condensador, tal como uma carcaça e tubo trocador de calor, que pode empregar um meio de resfriamento, tal como uma água de torre de resfriamento ou água do mar para condensar ou condensar parcialmente o vapor aéreo em um líquido. 0 líquido do condensador pode ser dividido em pelo menos duas partes: (1) uma retroalimentação de refluxo para a coluna geralmente próxima à parte superior da coluna, onde o refluxo de líquido então se move descendentemente para o interior da coluna no fluxo de contracorrente com o vapor fluindo a montante da coluna; e (2) um produto aéreo ou de superfície ou "destilado" contendo líquido com uma composição especificada no projeto da coluna. A razão da taxa de fluxo de refluxo para a taxa de fluxo do produto aéreo é geralmente denominada de razão de refluxo e pode ser um parâmetro importante no projeto e operação de uma coluna de fracionamento ou destilação. Além disso, conforme discutido a seguir, o líquido condensado que deixa o condensador pode ser coletado em um tambor de refluxo, recipiente acumulador ou outro recipiente, antes de ser usado ou bombeado para um refluxo e/ou como um produto.

d. Parte Inferior da Coluna

O líquido que deixa a porção de base da coluna geralmente contém os últimos componentes voláteis e é tipicamente alimentado a um trocador de calor geralmente denominado uma caldeira de recozer. Na caldeira de recozer, um meio de aquecimento, tal como um vapor ou condensado de vapor pode ser usado para vaporizar uma porção do líquido inferior. O vapor deixando a cadeira de recozer é tipicamente retroalimentado com o movimento descendente dentro da coluna. A quantidade de entrada de calor na caldeira de recozer pode determinar a taxa de fluxo de vapor a montante na coluna. A porção do líquido de fundo não enviado através da caldeira de recozer pode ser coletada como uma corrente de produto secundário (ou corrente residual) da coluna de fracionamento.

e. Correntes Laterais da Coluna

Adicionalmente, uma ou mais correntes de produto podem deixar a coluna de fracionamento. A localização e a composição da(s) corrente(s) de produto lateral dependem, por exemplo, do componente separado desejado e/ou concentração do componente. A localização da corrente lateral ao longo da coluna pode também depender da faixa de ponto de ebulição desejada da corrente lateral, e assim por diante.

B. Subsistema do Reator

O subsistema do reator 20 pode compreender um ou mais recipientes de reator, tais como, reatores de fase líquida ou fase gasosa. O subsistema de reator 20 podem também compreender uma combinação de reatores de fase líquida e gasosa. Se vários reatores compreenderem o subsistema de reator 20, os reatores podem ser dispostos em série, em paralelo, ou em alguma configuração de combinação. Nos recipientes de reator de polimerização, um ou mais monômeros de olefina são polimerizados para formar um produto compreendendo particulados poliméricos, tipicamente denominados lanugem ou grânulos. A lanugem pode possuir uma ou mais propriedades de fusão, física, reológica, e/ou mecânica de interesse, tais como, densidade, índice de fusão (MI), taxa de fluxo de fusão (MFR), teor de copolímero ou comonômero, módulo e cristalinidade. As condições de reação, tais como temperatura, pressão, taxa de fluxo, agitação mecânica, retirada do produto, concentrações de componente, taxa de produção de polímero, e assim por diante, podem ser selecionadas para obter as propriedades de lanugem desejadas.

Além de um ou mais monômeros de olefina, um catalisador para polimerização dos monômeros é tipicamente adicionado ao reator. O catalisador pode ser uma partícula suspensa no meio de fluido dentro do reator. Um exemplo de tal catalisador é óxido de cromo contendo cromo hexavalente sobre um suporte de sílica. Adicionalmente, o diluente pode ser alimentado ao reator, tipicamente um reator de fase líquida. O diluente pode ser um hidrocarboneto inerte que é líquido nas condições de reação, tal como, isobutano, propano, n-pentano, i-pentano, neopentano e n-hexano. A finalidade do diluente é, de modo geral, suspender as partículas de catalisador e polímero dentro do reator. Alguns processos de polimerização podem não empregar um diluente separado, tal como no caso da produção de polipropileno selecionada, onde o monômero de propileno, propriamente, pode atuar como um diluente.

Um dispositivo de movimento pode estar presente dentro do reator no subsistema de reator 20. Por exemplo, dentro de um reator de fase líquida, tal como um reator de pasta de laço, um propulsor pode criar uma zona de mistura turbulenta dentro do meio fluido. 0 propulsor pode ser acionado por um motor para impedir o meio fluido, bem como qualquer catalisador, lanugem de poliolefina ou outros particulados sólidos suspensos dentro do meio fluido, através do laço fechado do reator. De modo semelhante, dentro de um reator de fase gasosa, tal como o reator de leito fluidificado ou reator de fluxo-tampão, uma ou mais pás ou agitadores podem ser usados para misturar as partículas sólidas dentro do reator.

C. Sistema de Recuperação de Diluente/Monômero

A descarga 22 do reatores dentro do subsistema 20 pode incluir a lanugem polimérica, bem como componentes não poliméricos, tais como diluente, monômero/comonômero não reagido e catalisador residual. A descarga 22 pode ser subseqüentemente processada, tal como por um sistema de recuperação de diluente/monômero 24, para separar componentes não poliméricos 26 da lanugem polimérica 28. Os componentes recuperados não tratados, não poliméricos 22 podem ser adicionalmente tratados, tal como por subsistemas de alimentação e fracionamento 16 e retornados ao subsistema de reator 20 ou aos fornecedores 12. A lanugem 28 pode ser adicionalmente processada dentro do subsistema de recuperação 24, bem como nos subsistemas de extrusão/descarga 29, para preparar a mesma para embarque aos clientes 21. Finalmente, embora não ilustrado, o grânulos poliméricos intermediários no subsistema de recuperação 24 e contendo tipicamente catalisador residual ativo podem ser retornados ao subsistema de reator 20, para polimerização adicional, tal como em um tipo diferente de reator ou sob diferentes condições de reação.

D. Svibsistema de Extrusão/Descarga

Nos subsistemas de extrusão/descarga 29, a lanugem 28 pode ser armazenada e é tipicamente extrusada para produzir precipitados poliméricos 33, com as características mecânica, física e de fusão desejadas. A alimentação do extrusor pode compreender aditivos, tais como, inibidores de UV e peróxidos, que são adicionados aos produtos de lanugem 28 para fornecer as características desejadas aos precipitados poliméricos extrusados. Um extrusor/precipitador recebe a alimentação do extrusor, compreendendo um ou mais produtos de lanugem 28 e quaisquer aditivos que tenham sido adicionados. O extrusor/precipitador aquece e funde a alimentação do extrusor que então pode ser extrusada através de uma matriz precipitadora sob pressão, para formar os precipitados de poliolefina. Tais precipitados são tipicamente resfriados (e transportados) em um sistema de água disposto em ou próximo à descarga do precipitador.

Os precipitados de poliolefina podem então ser transportados para uma área de descarga do produto, onde os precipitados podem ser armazenados, combinados com outros precipitados e/ou carregados em vagões de trem, caminhões, sacos e assim por diante, para distribuição aos clientes 31. No caso do polietileno, os precipitados 33 embarcados aos clientes 31 podem incluir polietileno de baixa densidade (LDPE), polietileno de baixa densidade linear (LLDPE), polietileno de média densidade (MDPE), polietileno de alta densidade (HDPE), e polietileno melhorado. Os vários tipos e classificações de precipitados de polietileno 33 podem ser comercializados, por exemplo, sob as marcas registradas polietileno Marlex(R) ou polietileno MarFlex™ da Chevron Phillips Chemical Company, LP, de Woodlands, Texas, USA.

E. Clientes, Aplicações e Usos Finais

Os precipitados de poliolefina (por exemplo, polietileno) 33 podem ser usados na fabricação de vários produtos, componentes, itens domésticos e outros itens incluindo adesivos (por exemplo, aplicações de adesivo de fusão a quente), fios e cabos elétricos, películas agrícolas, película de encolhimento, película de estiramento, películas para embalamento de alimentos, embalamento de alimento flexível, recipiente para leite, embalamento para alimentos congelados, revestimentos para lixo e latas, sacos para doces, sacos para carga pesada, garrafas de plástico, equipamento de segurança, revestimentos, brinquedos e uma variedade de recipientes e produtos plásticos. Adicionalmente, seria enfatizado que as poliolefinas diferentes de polietileno, tais como, polipropileno, podem formar tais componentes e produtos através dos processos revelados aqui.

De modo final, os produtos e componentes formados dos precipitados de poliolefina 22 (por exemplo, polietileno) podem ser adicionalmente processados e montados para distribuição e venda ao consumidor. Por exemplo, uma garrafa de leite de polietileno pode ser enchida com leite para distribuição ao consumidor ou o tanque de combustível pode ser montado em um automóvel par distribuição e venda ao consumidor. Para formar os produtos finais ou componentes dos precipitados 33 antes da distribuição, os precipitados são geralmente submetidos ao processamento, tal como moldagem por sopro, moldagem por injeção, moldagem rotacional, película soprada, película fundida, extrusão (por exemplo, extrusão da folha, tubo ondulado de extrusão, extrusão por revestimento/laminação, etc.) e outros.

1. Moldagem por Sopro, Moldagem por Injeção e Moldagem Rotacional

A moldagem por sopro é um processo usado para produção de peças plásticas ocas. 0 processo emprega, tipicamente, equipamento de moldagem por sopro, tal como máquinas de alternância de rosca, máquinas acumuladoras de cabeçote e outros. O processo de moldagem por sopro pode ser talhado para satisfazer as necessidades do consumidor e para fabricar produtos variando de garrafas de plástico para leite aos tanques de combustível de automóvel mencionados acima. De modo semelhante, na moldagem por injeção, os produtos e componentes podem ser moldados para uma ampla variedade de aplicações incluindo recipientes, embalagem para alimentos e produtos químicos, brinquedos, automóveis, engradados, tampas e fechos para denominar alguns. A moldagem rotacional é um processo em alta temperatura e alta pressão empregado para formar peças ocas através da aplicação de calor aos moldes girados biaxialmente. As resinas de precipitado de polietileno geralmente aplicáveis nesse processo são aquelas resinas que fluem em conjunto na ausência de pressão, quando fundidas para formar uma peça isenta de bolhas. Os precipitados 33, tais como determinadas resinas Marlex(R) HDPE e MDPE oferecem tais características de fluxo, bem como uma janela de processamento ampla. Adicionalmente, essas resinas de polietileno apropriadas para moldagem rotacional podem exibir resistência ao impacto em temperatura baixa desejável, boas propriedades de contenção de carga e boa estabilidade ultravioleta (UV). Consequentemente, as aplicações para resinas Marlex(R) moldadas rotacionalmente incluem tanques agrícolas, tanques químicos industriais, tanques de armazenamento de água potável, recipientes para resíduos industriais, equipamento recreacional, produtos marítimos e outros.

2. Processos de Extrusão A Jusante

Os processos de extrusão podem também ser usados. O tubo de polietileno, por exemplo, pode ser extrusado das resinas de precipitados de polietileno e ser usado em uma variedade de aplicações devido à sua boa resistência química, facilidade relativa de instalação, durabilidade e vantagens de custo e semelhantes. Na realidade, a tubulação de polietileno plástico encontrou uso significativo para reservatórios de água, distribuição de gás, esgotos sanitários e de águas pluviais, hidráulica interna, condutos elétricos, dutos de energia e comunicação, tubulação de água resfriada, alojamento de poços para denominar algumas aplicações. Especificamente, polietileno de alta densidade (HDPE), que geralmente constitui o volume mais amplo do grupo de poliolefina dos plásticos usados para tubo, é também, resistente à abrasão e flexível (mesmo em temperaturas de subcongelamento). Adicionalmente, o tubo de HDPE pode ser usado em tubulação de pequeno diâmetro e nos tubos de até mais de 244 cm de diâmetro. Em geral, os precipitados de polietileno (resinas) podem ser fornecidos aos mercados para tubulação de pressão, tais como, distribuição de gás natural e aos mercados de tubulação diferente daquela de pressão, tais como, para condutos e tubulação ondulada.

A extrusão da folha é uma técnica para fabricação de folhas plásticas planas de uma variedade de resinas de precipitado 33. As folhas de calibre relativamente fino são geralmente conformadas termicamente em aplicações para embalagem, tais como, copos para bebida, recipientes deli, produção de bandejas, recipientes para limpeza de bebes e recipientes de margarina. Outros mercados para a extrusão de folha de polietileno incluem aqueles que utilizam folhas relativamente mais finas para aplicações industriais e recreacionais, tais como, revestimentos para camas de caminhão, paletes, bancos automotivo, equipamento de playground e barcos. Um terceiro uso para a folha extrusada, por exemplo, são as geomembranas, onde o material de polietileno de folha plana é soldado aos sistemas de grande contenção para aplicações em mineração e descarte de resíduo municipal. Finalmente, os precipitados de poliolefina podem também ser fornecidos para revestimento por extrusão e industria de laminação.

3. Película Soprada e Película Fundida

O processo de película soprada é um sistema de conversão relativamente diverso usado para o polietileno. A American Society for Testing and Materials (ASTM) define as películas como sendo inferiores a 0,254 mm de espessura. Contudo, o processo de película soprada pode produzir materiais tão finos quanto 0,5 mm e superiores. Adicionalmente, a moldagem por sopro em conjunto com as tecnologias de coextrusão de monocamada e/ou múltiplas camadas repousam no trabalho de base para várias aplicações. As propriedades vantajosas dos produtos de moldagem por sopro podem incluir limpidez, resistência, capacidade de esgarçamento, propriedades ópticas e tenacidade para denominar algumas. As aplicações podem incluir embalagens para venda a granel ou de alimentos, embalagens para indústrias e aplicações diferentes das embalagens, tais como, películas agrícolas, películas para higiene e outros.

O processo de película fundida pode diferir do processo de película soprada através das capacidades de têmpera rápida e orientação unidirecional virtual. Essas características permitem que um revestimento de película fundida opere, por exemplo, em taxas de produção maiores enquanto produzindo artigos ópticos benéficos. As aplicações em embalagens de alimentos e para venda a granel tiram vantagem dessas resistências.

F. Controle Exemplar da Produção de Poliolefina

As variáveis de processo no sistema de fabricação 10 podem ser controladas automaticamente e/ou manualmente através de configurações de válvula, sistemas de controle e outros. Em geral, um sistema de controle, tal como um sistema à base de processador, pode facilitar o controle de uma faixa de operações no sistema de fabricação de poliolefina 10, tal como aqueles representado na figura 1.

As instalações para fabricação de poliolefina podem incluir um sala ou local de controle central, bem como um sistema de controle central, tal como um sistema de controle distribuído (DCS) e/ou controlador lógico programável (PLC). Naturalmente, o subsistema de reator 20 emprega, tipicamente, um sistema à base de processador, tal como um DCS e pode também empregar um controle de processo avançado conhecido na técnica. Um sistema à base de processador, tal como um DCS, pode também facilitar o controle de outras operações, tais como, sistemas de recuperação de diluente e fracionamento (por exemplo, colunas de fracionamento de cargas leves e pesadas). Na extremidade seca da planta, as operações do extrusor e/ou de carga de precipitado podem também ser controladas através de um sistema à base de processador (por exemplo, DCS ou PLC).

O(s) sistema(s) de controle nos processos de fabricação 10 podem incluir o hardware apropriado, software lógico e de código, para servirem como interface em relação aos vários equipamentos de processo, válvulas de controle, condutos, instrumentação, etc. de modo a facilitar a medição e controle das variáveis de processo, para implementar esquemas de controle, realizar cálculos, e outros. Uma variedade de instrumentos conhecidos dos versados na técnica comum pode ser provida para medir as variáveis do processo, tais como, pressão, temperatura, taxa de fluxo e outros e para transmitir um sinal ao sistema de controle, onde os dados medidos podem ser lidos por um operador e/ou usados como uma entrada nas várias funções de controle. Dependendo da aplicação e outros fatores, a indicação das variáveis do processo pode ser lida local ou remotamente pelo operador e usadas em uma variedade de finalidades de controle através do sistema de controle.

Os sistemas de controle podem ser com fio ou sem fio e podem oferecer a vantagem de controle centralizado, enquanto mantendo a capacidade de controle distribuído ou local. Os componentes podem incluir instrumentação, transmissores remotos, painéis de controle remoto (por exemplo, unidades de controle remoto ou RTU1s), dispositivos de entrada/saída (1/0), meios de comunicação (por exemplo, cabos ou ligações sem fio, redes, etc.), painel de controle central ou instalação e outros. Os painéis de controle remoto, dispositivos de 1/0 e outros dispositivos de tradução podem servir como interface entre o processo ou equipamento por um lado, enquanto servem de interface entre o sistema de controle por outro lado. Além disso, conforme indicado, o sistema de controle inclui, tipicamente, hardware/software para controle, interface, gerenciamento de base de dados e outros. Em operação, o sistema de controle pode transferir dados e comandos usando protocolos de comunicação, tais como, Ethernet ou outro padrão aberto, ou padrão de propriedade, dependendo do vendedor de DCS, por exemplo. Protocolos de propriedade podem requerer equipamento especializado para realizarem suas funções. Um DCS pode ser tão simples quanto um PLC conectado remotamente a um computador localizado em um escritório de campo. Sistemas maiores podem ser à base de PLC, porém também consistem de cabines projetadas especialmente contendo equipamento usado para prover 1/0 e comunicação. Um sistema distribuído pode permitir que nodos remotos operem independentemente da instalação de controle central, caso a instalação saia de linha ou perca a capacidade de comunicação. Os nodos remotos podem armazenar dados de processo usados para operar no caso de tal falha.

Uma instalação para fabricação de poliolefina possui, tipicamente, uma sala de controle da qual o gerente da planta, engenheiro, técnico, supervisor e/ou operador e outros controlam e monitoram o processo. Quando se emprega um DCS, a sala de controle pode ser o centro da atividade, facilitando o monitoramento eficaz e o controle do processo ou da instalação. A sala controle pode conter uma Interface Humana da Máquina (HMI) , que pode ser um computador, por exemplo, que opera software especializado para prover uma interface de usuário para o sistema de controle. A HMI pode variar de fornecedor e fornecer ao usuário uma versão gráfica do processo remoto. Podem haver vários consoles múltiplos de HMI ou estações de trabalho, com graus variados de acesso aos dados. Os esquemas de autorização podem fornecer um grau de segurança, garantindo que apenas pessoal apropriadamente treinado e autorizado opere as várias peças da instalação através da HMI e do sistema de controle.

II. Subsistema do Reator de Polimerização

Com referência à figura 2, é ilustrado um fluxograma de processo de um subsistema de reator de polimerização 20 exemplar (da figura 1). Conforme discutido acima, o subsistema de reator 20 propriamente pode compreender um ou mais reatores de polimerização, que por sua vez podem ser os mesmos ou de tipos diferentes. Adicionalmente, nos múltiplos sistemas de reator, os reatores podem ser dispostos em série ou em paralelo. Quaisquer que sejam os tipos de reator compreendendo o subsistema de reator 20, um produto particulado de poliolefina, geralmente referido aqui como "lanugem" é produzido. De modo a facilitar a explicação, os exemplos que se seguem são limitados no escopo aos tipos de reator específicos que se acredita sejam conhecidos dos versados na técnica e aos reatores únicos ou combinações simples. Para um versado na técnica, contudo, as presentes técnicas são simples e facilmente aplicáveis às disposições de reator mais complexas, tais como aquelas envolvendo reatores adicionais, tipos diferentes de reator, e/ou ordem alternativa dos reatores ou tipos de reatores. Tais disposições são consideradas como estando dentro do escopo da presente invenção.

Um tipo de reator compreende reatores dentro dos quais a polimerização ocorre no interior de uma fase líquida. Exemplos de tais reatores de fase líquida incluem autoclaves, reatores de grupo de líquido em ebulição, reatores em laço de pasta e outros. Para simplificação, o reator em laço de pasta 30 para produção de polietileno (e seus copolímeros) será discutido no contexto das presentes técnicas, embora deva ser entendido que as presentes técnicas são aplicáveis de modo semelhante aos outros tipos de reatores de fase líquida.

O reator em laço de pasta 30 é de modo geral, composto de segmentos de tubo conectados por combinações lisas ou joelhos, e podem ser orientados nas direções vertical ou horizontal. 0 reator 3 0 pode ser usado para realizar a polimerização do polietileno sob condições de pasta onde as partículas insolúveis de poliolefina, tais como, polietileno ou polipropileno são formadas em um meio fluido e são suspensas como pasta até serem removidas. Um dispositivo de movimento, tal como uma bomba 32, circula a pasta de fluido no reator 30. Uma amostra de uma bomba 32 é uma bomba de fluxo axial em linha com o propulsor da bomba disposto dentro do reator 30, para propelir o meio fluido através do laço fechado do reator 30, a uma velocidade suficiente para manter os particulados sólidos, tais como, o catalisador ou produto de poliolefina, suspensos dentro do meio do fluido. Nesse exemplo, a bomba 32 também cria uma zona de mistura turbulenta dentro do meio de fluido. 0 propulsor pode ser acionado por um motor 34 ou outra força motriz. Além disso, outros tipos de bombas 32, tais como, bombas de fluxo radial, bombas de fluxo misto (por exemplo, combinação de fluxo axial e fluxo radial) e assim por diante, podem ser empregadas. Além disso, as aletas guia e outros itens podem ser empregados em conjunto com a bomba 32.

O meio fluido dentro do reator 3 0 pode incluir monômeros e comonômeros de olefina, diluente, co- catalisadores (por exemplo, trietilboro, metil aluminoxano, alquilas, tais como, trietilalumínio, etc.), agentes de controle de peso molecular (por exemplo, hidrogênio) e quaisquer outros co-reagentes ou aditivos. Tais monômeros e comonômeros de olefina são geralmente 1-olefinas possuindo até 10 átomos de carbono por molécula e tipicamente nenhuma ramificação mais próxima da ligação dupla que a posição 4.

Exemplos de monômeros e comonômeros incluem etileno, propileno, buteno, 1-penteno, 1-hexeno, 1-octeno e 1- deceno. Novamente, os diluentes típicos são hidrocarbonetos que são inertes e líquidos sob condições de reação e incluem, por exemplo, isobutano, propano, n-pentano, i- pentano, neopentano, n-hexano, ciclohexano, ciclopentano, metilciclopentano, etilciclohexano, e semelhantes. Esses componentes são adicionados ao interior do reator através das entradas ou condutos em locais específicos, tal como ilustrado na corrente de alimentação 36, que geralmente corresponde a uma das correntes de alimentação 18 da figura 1.

Da mesma forma, um catalisador, tal como um dos previamente discutidos, pode ser adicionado ao reator 30 através de um conduto em um local apropriado, tal como ilustrado na corrente de alimentação 38, que pode incluir um veículo diluente e que também corresponde, de modo geral, a uma das correntes de alimentação 18 da figura 1. Um exemplo de um catalisador para polimerização do monômero e comonômeros de etileno que estão presentes inclui um óxido de cromo contendo um cromo hexavalente (ou Cr+2) sobre um suporte de sílica. Deve ser explicado que, em determinadas concretizações, o cromo na carga de alimentação de catalisador é recebido na instalação de poliolefina como Cr+3. Esse catalisador pode ser submetido a um processo de ativação do monóxido de carbono (CO) resultando em uma troca de valência para Cr+6 no catalisador ativado. Subseqüentemente, durante a polimerização do reator, a valência do Cr+6 no catalisador ativado troca para Cr+2 em razão da presença do monômero (por exemplo, etileno) no teor de polimerização no reator. Vantajosamente, os sítios de Cr+2 no catalisador são ativos para polimerização.

No total, os componentes adicionados ao reator geralmente compõem um meio fluido dentro do reator 30, dentro do qual o catalisador é uma partícula suspensa. As condições de reação, tais como, temperatura, pressão e concentrações do reagente são controladas de modo a facilitar as propriedades desejadas e taxa de produção da poliolefina no reator, de modo a controlar a estabilidade do reator e semelhantes. A temperatura é mantida, tipicamente, abaixo do nível no qual o produto polimérico entraria na solução. Conforme indicado, devido à natureza exotérmica da reação de polimerização, um fluido de resfriamento pode ser circulado através das jaquetas 40 ao redor das porções do reator em laço de pasta 30 para remover aquecimento em excesso, pelo que, mantendo a temperatura dentro da faixa desejada, geralmente entre 65°C a 121°C. Da mesma forma, a pressão pode ser controlada dentro de uma faixa de pressão desejada, geralmente de 689 a 5.516 kPa, com uma faixa de 3.103 a 4.826 kPa sendo típica.

Conforme a reação de polimerização prossegue dentro do reator 30, o monômero (por exemplo, etileno) e comonômeros (por exemplo, 1-hexeno) polimerizam para formar polímeros de poliolefina (por exemplo, polietileno) que são substancialmente insolúveis no meio fluido na temperatura de reação, pelo que, formando uma pasta de particulados sólidos dentro do meio. Esses particulados de poliolefina sólidos podem ser removidos do reator 30 através de uma ramificação de fixação ou outros dispositivos, tal como na retirada contínua, como a corrente de descarga ilustrada 22. No processamento a jusante, a poliolefina descarregada do reator pode ser extraída da pasta e purificada.

III. Subsistema de Recuperação de Diluente/Monômero

Com referência à figura 3, é ilustrado um fluxograma de processo de um sistema de recuperação de diluente/monômero exemplar 24 da figura 1. Naturalmente, os versados na técnica reconhecerão que outras configurações podem ser empregadas em conjunto com as presentes técnicas.

A. Cintilação em Pressão Alta

Nesse exemplo, a descarga do reator 22 flui através de um aquecedor de cintilação em linha 42 e para dentro de uma câmara de cintilação de pressão alta 44. 0 aquecedor de cintilação em linha 43 pode ser um conduto circundante que emprega vapor ou condensado de vapor, por exemplo, como o meio de aquecimento para prover aquecimento indireto à descarga 22. Assim, o efluente do reator em laço de pasta é aquecido antes de ser introduzido na câmara de cintilação de pressão alta 44. Também, antes da descarga 22 (efluente do reator) entrar na câmara de cintilação de pressão alta 44, água ou outros venenos de catalisadores podem ser injetados dentro da descarga 22 para desativar quaisquer catalisadores residuais na corrente de descarga 28. Uma vez que esses componentes injetados são venenos de catalisadores por definição, eles são típica e completamente removidos ou pelo menos substancialmente removidos de qualquer material recuperado (por exemplo, monômero ou diluente) reciclado ao reator 3 0 (figura 2).

Na câmara de cintilação de pressão alta 44 a maioria dos componentes não sólidos da descarga de reator 22 é retirada da parte aérea como vapor no gás de cintilação de pressão alta 46. Na produção de polietileno, esse vapor é típica e primariamente um diluente, tal como, isobutano. Também o mesmo pode conter a maior parte do monômero não reagido (por exemplo, etileno) e outros componentes leves, bem como comonômero não reagido (por exemplo, 1-hexeno) e outros componentes pesados (por exemplo, hexano e oligômeros). Uma composição aproximada e exemplar do gás de cintilação 46 é constituída de 90-95% em peso de diluente (por exemplo, isobutano), 4-8% em peso de monômero (por exemplo, etileno) e 1-2% em peso de outros componentes. Naturalmente, outras faixas e componentes podem compreender o gás de cintilação 46, dependendo, por exemplo, da aplicação específica, do tipo de poliolefina produzida no reator de polimerização a montante 30, das condições operacionais do reator 30 e outros. De modo semelhante, será enfatizado que as presentes técnicas se aplicam ao processamento do gás de cintilação 4 6 possuindo faixas de componentes fora das faixas exemplares declaradas.

Como ocorre com os sólidos (polímero) na câmara de cintilação de pressão alta 44, eles são retirados com uma pequena quantidade de diluente admitido (e monômero) e enviados a uma câmara de cintilação de pressão baixa 5 0 através de um conduto de descarga de sólidos 48. Conforme será apreciado pelos versados na técnica, o conduto de descarga de sólidos 48 pode incluir configurações de válvula e/ou equipamento que permite ao polímero fluir a jusante através do conduto, enquanto reduz o potencial para que o vapor escoe entre a câmara de cintilação de pressão baixa 50 e a câmara de cintilação de pressão alta 44.

B. Cintilação em Pressão Baixa

A câmara de cintilação de pressão baixa 50 provê uma segunda zona de cintilação, tipicamente em uma pressão muito mais baixa, onde os sólidos são adicionalmente separados do diluente e monômero admitidos. O líquido que passa por cintilação e o vapor saem da parte aérea da câmara de cintilação de pressão baixa 50, como um gás de cintilação de pressão baixa 52 para um dispositivo de pressurização, tal como um compressor de gás de cintilação de múltiplos estágios 54, que pode incluir um resfriador de interestágio, por exemplo. O gás comprimido e resfriado resultante (em sua maior parte constituído de diluente, monômeros, nitrogênio, butano e hexano) com um traço de outros materiais (oligômeros, hidrogênio, metano, propano, água) é o gás de cintilação de pressão baixa pressurizado 56 e é combinado (isto é, no ponto 58) com o gás de cintilação de pressão alta 46 para fornecer uma corrente de gás de cintilação combinada 60. Antes de entrar no subsistema de alimentação e fracionamento 16 (figura 1), a corrente de gás de cintilação combinada 60 pode ser adicionalmente processada, tal como, passada através do leito de desoxigenação u filtro de proteção para remover oxigênio ou umidade, passada através de um ciclone e/ou filtro de saco para remover as partículas sólidas admitidas e outros. Quaisquer partículas separadas podem ser enviadas a uma coluna de purga 64 discutida a seguir. Observe também que as partículas sólidas podem ser removidas a jusante através de ciclones ou filtros de saco situados nos condutos de gás de cintilação 46 e 52 e as partículas sólidas separadas também são introduzidas na coluna de purga 64.

C. Coluna de Purga

Os sólidos primários alimentados à coluna de purga 64 constituem tipicamente a descarga de sólidos 62 (lanugem de poliolefina) que deixa a câmara de cintilação de pressão baixa 50. Uma finalidade da coluna de purga 64 é remover o hidrocarboneto residual das correntes de sólidos admitidas. Nesse exemplo, nitrogênio é circulado através da coluna de purga 64 para remover hidrocarbonetos residuais através da descarga aérea 66. Essa descarga 66 pode ser enviada através de uma unidade de separação 68, tal como uma unidade de recuperação de membrana, unidade de adsorsão de oscilação de pressão, unidade de refrigeração e assim por diante, para recuperar nitrogênio através da corrente de nitrogênio 70 e descarregar uma corrente combinada de nitrogênio/hidrocarboneto 72 para os subsistemas de alimentação e fracionamento 16. Em determinados processos na técnica, a unidade de separação 68 pode ser conhecida como uma Unidade de Recuperação de Nitrogênio Isobutano (INRU). Nitrogênio fresco 74 pode ser adicionado ao circuito do nitrogênio para cobrir as perdas de nitrogênio na corrente combinada 72. Como para os sólidos na coluna 64, as partículas poliméricas tratadas descarregam a coluna de purga 64 como lanugem polimérica 28, que então pode ser processada em uma operação de acabamento convencional, tal como no extrusor de fuso, no subsistema de extrusão/carga 29 (figura 1).

D. Configurações Alternativas

Conforme será apreciado pelos versados na técnica comum, várias configurações podem ser empregadas no subsistema de recuperação de diluente/monômero 24. Por exemplo, a descarga de sólidos 48 da câmara de cintilação de pressão alta 44 pode ser enviada a outro reator (por exemplo, um reator de fase gás) ao invés da câmara de cintilação de pressão baixa 50. Nessa configuração alternativa, o veneno do catalisador não pode ser injetado a montante na descarga 22, e assim, os catalisadores ativos residuais permanecem para polimerização adicional.

Em outra configuração, o gás de cintilação 46 que deixa a parte aérea da câmara de cintilação de pressão alta 44 pode não ser combinado com o gás dè cintilação 56 da câmara de cintilação de pressão baixa, porém ao invés disso, é tratado em um leito de desoxigenação e reciclado diretamente para o reator por derivação do subsistema de fracionamento 16. Nesse exemplo, o gás de cintilação 46 pode ser condensado em um trocador de calor e alimentado ao reator, através de um sistema de alimentação de diluente compreendendo um tanque de armazenamento e bomba de alimentação. Adicionalmente, o tanque de cintilação de pressão alta 44 pode ser operado em pressão superior para promover condensação a jusante e reciclagem do gás de cintilação 4 6 para o reator ou em uma pressão inferior para cintilar mais diluente/monômero no gás de cintilação 46, e assim por diante. Adicional ou alternativamente, a câmara de cintilação de pressão baixa 50 pode ser eliminada da configuração de subsistema de recuperação 20. Nesse caso, a coluna de purga 64 acomoda todo o hidrocarboneto residual na descarga de sólidos 48, a partir da câmara de cintilação de pressão alta 44. Portanto, a corrente de hidrocarboneto/nitrogênio combinada 66, que entra na unidade de separação 68, de modo geral também incluiria hidrocarboneto da corrente de cintilação de pressão baixa eliminada 56. Consequentemente, a unidade de separação é dimensionada geralmente como sendo maior, para acomodar uma corrente de hidrocarboneto/nitrogênio combinada 72 possuindo mais hidrocarbonetos (por exemplo, diluente e monômero). Adicionalmente, um nível (ou nível maior) de partículas poliméricas pode ser mantido na câmara de cintilação de pressão alta 44, de modo a facilitar a separação do hidrocarboneto admitido nos poros das partículas poliméricas na câmara de cintilação de pressão alta 44, antes das partículas poliméricas serem admitidas na coluna de purga 64.

De modo contrário, a coluna de purga 64 pode ser eliminada da configuração do subsistema de recuperação 20. Assim, sem utilizar a coluna de purga 64, o tanque de cintilação de pressão baixa 50 acomoda o hidrocarboneto residual na descarga de sólido 48, a partir do tanque de cintilação de pressão alta 44. Adicional ou alternativamente, um sistema de silo de alimentação do extrusor a jusante no subsistema de extrusor/descarga 29, por exemplo, pode ajudar na remoção do hidrocarboneto residual. Conforme pode ser apreciado na discussão acima, várias configurações podem ser empregadas com as câmaras de cintilação 44 e 50, a coluna de purga 64 e as várias correntes de gás de cintilação no sistema de recuperação 24. Além disso, o dimensionamento e/ou disposição das colunas de fracionamento a jusante no subsistema de fracionamento 16 pode variar, dependendo da configuração utilizada no subsistema de recuperação 24. Qualquer que seja a configuração do subsistema de recuperação 24 ou subsistema de fracionamento 16, as concretizações das presentes técnicas provendo desvio de uma corrente de reciclo interna (por exemplo, uma corrente de refluxo) dentro do subsistema de fracionamento operacional 16 para um sistema de alimentação de diluente são ainda aplicáveis, embora a quantidade e economia de recuperação do monômero possam variar.

IV. Reciclo do Diluente no Subsistema de Alimentação e Frac ionamento

A. Purificação do Diluente

A finalidade dos subsistemas de alimentação e fracionamento 16 na produção de poliolefina ou polietileno é purificar a descarga de diluente do reator em laço de pasta 30 cintilado/recuperado no subsistema de recuperação de diluente/monômero 24. O diluente cintilado pode ser condensado e passado através de um dispositivo de tratamento, tal como um sistema de crivo molecular, antes da reentrada no reator em laço de pasta 30. O dispositivo de tratamento pode remover os componentes indesejáveis, tais como o veneno do catalisador injetado a montante da câmara de cintilação de pressão alta 44 na descarga de reator 22. Adicionalmente, algum ou todo o diluente recuperado pode ser enviado através das colunas de fracionamento para remover os componentes pesados, tais como, hexeno, hexano, e oligômeros, bem como, componentes leves, tais como, eteno que é admitido com a carga de alimentação de etileno, nitrogênio da coluna de purga 64, etileno não reagido do reator 30 e outros. Os componentes pesados podem ser rotulados como "pesados" e definidos como componentes mais pesados que o diluente. Os componentes leves podem ser rotulados como "leves" e definidos como componentes mais leves que o diluente.

Além disso, dependendo da tecnologia empregada, geralmente 5-100% do gás de cintilação que deixa o subsistema de recuperação 24, que consiste primariamente em diluente, podem ser enviados ã porção de fracionamento dos subsistemas de alimentação e fracionamento 16, onde o diluente é purificado. Em uma disposição, o subsistema de fracionamento remove inicialmente os componentes pesados em uma coluna de pesados (também denominada a coluna de reciclo de diluente, coluna de isobutano de reciclo, deshexanizador e semelhantes) e então remove os componentes mais leves em uma coluna de leves subsequente (também denominada coluna de purificação de diluente, coluna de purificação de isobutano, desetanizador e semelhantes). Deve ser observado que, para as tecnologias onde a alimentação ao subsistema de fracionamento 16 é primariamente um diluente, a maioria das correntes de processo dentro do subsistema de fracionamento 16 pode incluir tipicamente um diluente.

B. Colunas de Componentes Pesados Para remover os componentes pesados, a primeira coluna (coluna de pesados ou coluna de reciclo de diluente) pode descarregar os componentes pesados (por exemplo, hexeno, hexano e oligômeros) da porção inferior da coluna para a combustão. Novamente, esses componentes pesados podem ser denominados "pesados" os quais são componentes mais pesados que o diluente empregado. A primeira coluna também pode produzir uma corrente lateral de produto diluente (por exemplo, isobutano, hexano, etc.) que contém tipicamente uma quantidade mensurável de outros componentes (por exemplo, etileno, hexeno, octeno, etc.), porém é aceitavelmente reciclada para o reator em laço de pasta 30. Essa corrente lateral exemplar reciclada para o reator 3 0 pode compreender o volume do diluente recuperado, recebido pelo subsistema de fracionamento 16 do subsistema de recuperação de diluente/monômero 24. A primeira coluna pode também produzir uma corrente de leves aérea compreendendo primariamente diluente, componentes inertes e monômero (por exemplo, etileno) que podem ser parcialmente condensados.

Os componentes não condensados (por exemplo, nitrogênio, etileno) podem ser queimados ou reciclados para o fornecedor. Os componentes condensados da corrente aérea podem ser usados como refluxo para a primeira coluna e como refluxo ou alimentação para a segunda coluna.

C. Coluna de Componentes Leves

Para remover os componentes leves, a segunda coluna (coluna de leves ou coluna de purificação de diluente) remove os componentes leves (por exemplo, etileno, etano e nitrogênio) para fornecer um produto diluente mais puro que pode ser substancialmente isento de olefina (com os componentes pesados já removidos na coluna à montante) . A segunda coluna tipicamente processa uma quantidade menor de diluente que a primeira coluna. A corrente pequena de diluente isenta de monômero (isenta de olefina) pode deixar a parte inferior da segunda coluna e ser usada na preparação do catalisador, distribuição do catalisador, descargas de catalisador, descargas do reator onde o catalisador está presente e outros. A disponibilidade do diluente isento de monômero é benéfica para aquelas funções relacionadas ao catalisador porque pode ser importante que o monômero de olefina entre em contato com o catalisador fora do reator 30 ou outro polimerizador. Tal contato resultaria na polimerização em partes indesejáveis do processo, o que pode entupir o equipamento, causar problemas operacionais, gasto de catalisador e outros. V. Recuperação do Monômero Adicional - Visão Geral

É ilustrado, com referência à figura 4, um fluxograma de uma seção de reciclo de diluente 76 dos subsistemas de alimentação e fracionamento. As presentes técnicas fornecem uma tubulação de desvio 78 para desviar parte (por exemplo, 5-60% em peso) de uma corrente de diluente/monômero (por exemplo, isobutano/etileno) dentro do sistema de fracionamento para o reator em laço de pasta 30, por exemplo, através de um sistema de alimentação de diluente compreendendo um recipiente de armazenamento e uma bomba de alimentação. A incorporação da tubulação de desvio 78 recupera monômero adicional, tal como etileno e reduz a quantidade de perda de monômero na corrente de saída 80 para o fornecedor 12 ou para a combustão. Conforme revelado a seguir, a quantidade de corrente de diluente/monômero que é desviada pode depender, por exemplo, da quantidade de pesados que entram no gás de cintilação 60, das várias restrições operacionais da coluna de reciclo de diluente 82 e dos requisitos de taxa de fluxo de refluxo da coluna 82.

Os fatores correlatos na avaliação da taxa de fluxo de refluxo desviado incluem o transporte permitido dos componentes pesados na corrente aérea 88, o teor permitido do comonômero no diluente isento de olefina gerado no subsistema de fracionamento 16 (na coluna de leves a jusante), o acúmulo de inertes permitido nas correntes de reciclo do reator e outros.

As presentes técnicas aperfeiçoam, significativamente o rendimento e, assim, a economia de fabricação. (Vide o cálculo exemplar na Seção VIII). 0 rendimento do monômero pode se aproximar de 100% de conversão do monômero, uma vez que menos monômero será acumulado nas correntes de leves e assim menos purga será necessária. Se mesmo assim alguma purga permanecer para impedir o acúmulo dos componentes inertes, as correntes de saída geralmente conterão menos monômero. Adicionalmente, devido à menor quantidade de monômero acumulado no subsistema de fracionamento 16, as correntes de saída podem ser purgadas em uma taxa mais baixa e/ou intermitentemente, bem como com uma menor concentração de monômero e assim por diante.

Além disso, a economia pode ser especialmente benéfica onde todo o gás de cintilação 60 é enviado através da coluna de reciclo de diluente 82, sem gás de cintilação 60 desviado na tubulação representativa 84, sem reciclo direto do gás de cintilação 46 para o reator 30). Em gás de cintilação 60 (primariamente diluente) em conjunto com o hidrocarboneto recuperado da coluna de purga 64, através da corrente de hidrocarboneto 72 é processada na coluna de reciclo de diluente 82, que separa os componentes de etileno não reagidos e mais leves, bem como os componentes mais pesados, tais como, hexeno-1, do diluente de isobutano. Os pontos de entrada ou de alimentação das correntes 60 e 72 na coluna 82 podem depender da base de projeto do sistema de fracionamento. Adicionalmente, as correntes 60 e 72 podem ser combinadas antes de entrarem na coluna 82. De modo final, a coluna 82 também pode acomodar as correntes de alimentação diferentes das correntes 60 e 72.

A parte aérea 8 8 da coluna 82 pode ser parcialmente condensada no condensador resfriado com água 10 e enviada através da corrente 91, para o acumulador 90. Os vapores não condensados são separados no acumulador 90 e passados através de uma pequena coluna guarnecida 106. A coluna 106 pode ser refluxada por um condensador refrigerado 108 e gás do condensador de saída 108 pode ser enviado a uma planta de olefina, por exemplo, para recuperação do etileno. Refrigerantes exemplares usados no condensador refrigerado 108 são propileno líquido, propano líquido e semelhantes. A coluna de purificação de diluente 102 pode também receber uma porção do líquido do acumulador 90 como refluxo 96, de modo a obter um produto de diluente isento de olefina (por exemplo, isobutano) 110 para descarga do reator e diluição do catalisador.

Tipicamente, para o etileno contido no gás de saída 80 enviado do condensador 108 para o fornecedor 12, a volta para o acumulador 90 por gravidade. O líquido condensado pode ser primariamente diluído com uma pequena concentração de monômero dissolvido (por exemplo, 2% em peso de etileno) e sair como uma descarga de líquido 92 do acumulador aéreo 90. Essa descarga 92 pode ser alimentada como refluxo 94 para a coluna de reciclo de diluente 82, e como refluxo 96 ou alimentação para a coluna de purificação de diluente a jusante.

Uma porção do líquido acumulado no acumulador 90 aéreo pode ser reciclada para o reator 30. Por exemplo, uma porção do refluxo 94 pode ser desviada através da tubulação de derivação 78 para o reator 30 através de um sistema de alimentação de diluente exemplar possuindo um tanque de descarga de diluente (ou tanque de alimentação) e uma bomba de alimentação. Por um lado, uma porção do refluxo 96 (ou alimentação) pode ser derivada através de uma tubulação de derivação para o sistema de alimentação de diluente. Em geral, tal derivação recupera monômero adicional (por exemplo, etileno) para polimerização que pode de outra forma acumular no subsistema de fracionamento 16 e de forma final ser ventilado para o fornecedor 12 (ou para combustão) no gás de saída 8 0 ou em outras purgas/ventilações no subsistema de fracionamento 16. VI. 0 Processo de Fracionamento de Recuperação do Monômero Adicional

Com referência à figura 5, é ilustrado um fluxograma de processo de uma porção 100 do subsistema de alimentação e fracionamento 16. A porção 76 da figura 4 é mostrada em maiores detalhes e a coluna de purificação de diluente (isobutano) 102 é também mostrada. A corrente de qualquer caso, as presentes técnicas aperfeiçoam o rendimento do monômero e reduzem os custos para produção de poliolefinas, tais como, polietileno. Adicionalmente, as técnicas atenuam o potencial aumentado para combustão de etileno e as complicações (discutidas acima) experimentadas pelo fornecedor de olefina 12 no manuseio das correntes de saída possuindo componentes inertes ou outros leves.

Na concretização ilustrada, a corrente de gás de cintilação 60 e a corrente de hidrocarboneto 72, ambas do subsistema de recuperação 24 e ilustradas na figura 3, entram na coluna de reciclo de diluente 82, que pode operar tipicamente a uma pressão na faixa exemplar de 861 a 1.551 kPa e a uma temperatura na faixa exemplar de 38°C a Xll0C. A coluna 82 fraciona uma corrente lateral do produto diluente primário 86 (por exemplo, isobutano) que pode ser enviada ao reator 30 através de um tanque de armazenamento de isobutano de reciclo e bomba. A coluna 82 pode também separar os componentes leves 88 (por exemplo, nitrogênio e etileno) que descarregam para um acumulador aéreo 90. Além disso, uma corrente aérea 89 de uma coluna de purificação de diluente a jusante pode combinar com os componentes leves 88. A corrente combinada 91 pode passar através de pelo menos um trocador de calor que utiliza um meio de resfriamento, tal como uma água de torre de resfriamento ou água do mar, para resfriar a corrente 91 antes da corrente combinada 91 entrar no acumulador 90.

No acumulador 90, pode ocorrer condensação adicional, tal como com uma unidade de refrigeração possuindo bobinas, aletas, etc. disposta no conduto contendo a corrente de saída 80, onde o líquido drena de planta de produção de polietileno pode ser creditada economicamente com um parte do preço por quilo do preço para alimentação de etileno puro. Conforme revelado, em alguns locais, o consumidor (por exemplo, refinaria de petróleo ou planta de olefina) pode não ser capaz de recuperar o etileno em um modo economicamente viável devido às impurezas (por exemplo, nitrogênio) no gás de saída 80, a partir do condensador de saída 108 e, assim, o gás de saída 80 pode ser enviado para combustão. Em resposta, a presente técnica provê envio de uma porção do líquido 92 bombeado como refluxo 94 (através da bomba 112) do acumulador 90 de volta para o reator 30 através da tubulação de derivação 78. Em uma concretização, a tubulação de derivação 78 diverge de uma porção de refluxo 94 (ou refluxo 96) da bomba de refluxo 112 para o tanque de armazenamento de diluente de reciclo 114 que é tipicamente equipado com uma bomba de pressão alta 116 projetada para retornar o fluxo para o reator 30. A tubulação de derivação 78 pode ser enviada diretamente para o tanque de armazenamento 114 ou para a tubulação de corrente lateral 86 (produto diluente). A instalação pode incluir seções de tubulação, uma válvula de derivação, válvula de controle, um circuito de controle de fluxo e outros. Deve ser apreciado que antes da introdução da corrente de diluente de reciclo do tanque de armazenamento 114 para o reator 30, a corrente pode sofrer processamento adicional, tal que passa através de um leito de tratamento para remover qualquer oxigênio que possa estar presente.

O etileno dissolvido no líquido bombeado através da tubulação de derivação 78 do acumulador 90 e de forma final para o reator 30 desloca a carga de alimentação da planta (por exemplo, alguma corrente da carga de alimentação de etileno 14 do fornecedor 12 da figura 1), assim creditando à planta de polietileno cem porcento do preço da carga de etileno puro para etileno recuperado. Em determinadas concretizações, a corrente de saida 80 pode ser completamente interrompida. Deve ser observado que a quantidade de liquido desviada, retornada para o reator, pode ser monitorada para garantir que os componentes inertes (por exemplo, nitrogênio e etano) além de etileno, que não podem ser enviados à planta de etileno, não se acumulem no circuito do diluente. Com as presentes técnicas, os componentes inertes podem ainda ser purgados (por exemplo, incendiados) caso desejado, na corrente de saída 80, ou a partir da porção de refluxo de líquido 94 enviados à coluna de isobutano de reciclo 82, como refluxo. Os componentes inertes podem também ser purgados em qualquer lugar no processo de polietileno.

Além disso, deve ser observado que, se a quantidade de refluxo 94 para a coluna 82 for reduzida excessivamente, hexeno ou outros comonômeros mais pesados que o diluente podem passar para a parte aérea na corrente de componentes mais leves 8 8 e, de forma final, para a coluna de purificação de diluente 102. O hexeno ou outros comonômeros então separariam indesejavelmente do fundo da coluna de purificação 102 e contaminariam o produto de diluente isento de olefina 110. Contudo, a corrente de componentes leves 88 e/ou o produto diluente isento de olefina 110 podem ser prontamente monitorados para garantir que as correntes não sejam contaminadas com hexeno ou outros comonômeros mais pesados que o diluente. Por exemplo, as amostras das correntes podem ser coletadas e testadas em laboratório. Adicionalmente, as correntes podem ser monitoradas em linha em tempo substancialmente real. Em geral, as correntes podem ser submetidas a uma variedade de medidas analíticas para determinar a quantidade de comonômero nas correntes. Tais medidas analíticas incluem, por exemplo, cromatografia de gás (GC), técnicas espectroscópicas de infravermelho (IV, Perto do Infravermelho, IV em Transformação Fourier, espectroscopia de Raman, etc.) e assim por diante. De modo a controlar adicionalmente o processo, os resultados do teste podem dar entrada no sistema à base de processador adaptado para facilitar o controle do subsistema de fracionamento 16 e/ou outras partes do programa de fabricação da poliolefina 10. Tal entrada de dados pode ser estática, intermitente, dinâmica, em tempo substancialmente real e outros. Se os resultados do teste forem indesejados, a quantidade de refluxo 94 para a coluna 82 pode ser aumentada manual ou automaticamente, por exemplo. Em determinadas concretizações, tal aumento no refluxo 94 para a coluna 82 pode ser realizado, por exemplo, por redução da quantidade de fluxo através da tubulação 78.

Para completar a revelação da figura 5, será observado que uma descarga de componente pesado 120 (por exemplo, hexano e oligômeros) tipicamente descarrega da parte inferior da coluna 82 e é enviada para combustão, por exemplo. Ao final, o propósito da coluna de reciclo de diluente ou pesados 82 é remover os componentes pesados do diluente que entra. Adicionalmente, como com a maior parte das colunas de fracionamento, as caldeiras de recozer vapor 122 e 124 são tipicamente empregadas nas colunas de diluente 82 e 102. A corrente lateral 86 que deixa a coluna de reciclo 82 como produto diluente pode ser resfriada, por exemplo, com um trocador de calor 126 que emprega um meio de resfriamento, tal como, água de resfriamento, antes de ser enviada ao tanque de armazenamento de diluente 114. Finalmente, deve ser enfatizado que o subsistema de fracionamento 16 pode empregar uma variedade de configurações não ilustradas. Por exemplo, a parte aérea 89 da coluna de purificação 102 pode, ao invés disso, ser tratada com uma unidade de refrigeração, ventilada e assim por diante, ao invés ou além de ser transportada para o condensador 104.

VII. Método para Aumentar o Rendimento do Etileno

Com referência à figura 6, é ilustrado um método 130 para aumentar a recuperação do etileno e assim aumentar o rendimento do etileno na produção de polietileno. Inicialmente, uma corrente de recuperação de diluente/etileno de um subsistema de recuperação exemplar 24 (conforme mostrado na figura 1 e 3) é recebida, conforme referido no bloco 132. Uma coluna, tal como uma coluna de reciclo de diluente 82, pode ser empregada para separar, primariamente, uma corrente de diluente. Essa corrente separada de diluente pode ser resfriada e enviada a um tanque de alimentação de diluente, tal como um tanque 114 da figura 5, conforme referido no bloco 134.

A mesma coluna 82 pode ser usada para separar os componentes leves aéreos na descarga de leves 88, que podem então ser parcialmente condensados, por exemplo, com um resfriador, e também com refrigeração (isto é, usando refrigerante de propileno) em um acumulador (bloco 136) . Os componentes não condensados no acumulador 90, tais como componentes inertes e componentes muito leves, podem ser ventilados do acumulador para o fornecedor 12 ou para combustão (bloco 138) . Uma porção dos componentes condensados no acumulador 90 pode ser enviada como refluxo 94 à coluna 82 (bloco 140). Em uma concretização, o refluxo 94 é primariamente um diluente com etileno admitido e pode incluir outros componentes. De acordo com as presentes técnicas, uma porção desse refluxo pode ser desviada através de um conduto (por exemplo, tubulação de derivação 78) para o tanque de alimentação de diluente, tal como tanque de isobutano 114 (bloco 142) . Como resultado, o etileno admitido nessa porção do refluxo 94 desviado através da tubulação de derivação 7 8 é recuperado. Consequentemente, menos etileno é ventilado ao fornecedor e/ou para combustão (bloco 144). Se a corrente de saída 80 for reduzida ou interrompida, o rendimento do etileno é vantajosamente aumentado (bloco 146).

A atualização de uma instalação de poliolefina existente ou sistema de fracionamento de poliolefina para incorporar as presentes técnicas de desvio de líquido aéreo acumulado no sistema de fracionamento para o reator de poliolefina pode variar de um investimento relativamente pequeno em novo equipamento, tal como um condutor e uma válvula de controle para desviar fluxo de refluxo para um investimento maior em equipamento e sistema para coletar, processar, desviar, processar e/ou reciclar líquido aéreo acumulado e/ou correntes de reciclo internas no subsistema de fracionamento 16 para o reator de poliolefina 30. Conforme discutido, em uma concretização, um novo conduto (por exemplo, tubulação de derivação 78) pode ser direcionado da corrente de refluxo 94 para a coluna de reciclo de diluente 82 em uma porção de fracionamento do subsistema exemplar 16 para a porção de alimentação do subsistema 16, que provê alimentação a um reator de poliolefina ou polimerização 30. Nesse exemplo, uma extremidade da tubulação de derivada 78 se vincula à corrente de refluxo 94 a jusante de uma bomba de refluxo 112 da coluna de reciclo de diluente 82 e a outra extremidade da tubulação de derivação 78 se vincula à corrente de produto lateral 86 da coluna de reciclo 82 a jusante do tanque de alimentação de diluente 114. 0 diluente pode ser fornecido ao reator de poliolefina 30 a partir do tanque de alimentação 114 através de uma bomba de alimentação 116 e conduto de alimentação 118 disposto a jusante do tanque de alimentação 114. Além disso, uma válvula, tal como uma válvula manual ou válvula de controle, por exemplo, pode ser instalada na tubulação de derivação 7 8 para regular uma taxa de fluxo de uma porção da corrente de refluxo desviada através do conduto para o sistema de alimentação do reator 30.

Em operação, a taxa de fluxo da porção da corrente de refluxo 94 desviada através da tubulação de derivação 78 pode ser regulada para deslocar uma porção da alimentação da carga de alimentação de monômero para o reator de poliolefina 30, sem impacto adverso significativo na operação da coluna de reciclo diluente 82. A taxa de fluxo da porção da corrente de refluxo através da tubulação de derivação 7 8 pode ser regulada inversamente, por exemplo, com a concentração do comonômero na corrente aérea (corrente de componentes,leves 88) da coluna de reciclo de diluente 82. Conforme discutido, a concentração do comonômero na corrente aérea pode ser medida ou monitorada. Além disso, a taxa de fluxo através da tubulação de derivação 78 pode também ser regulada inversamente com a concentração de um comonômero mais pesado que o diluente na corrente da parte inferior (diluente isento de olefina 110) da coluna de purificação de diluente 102 disposta a jusante da coluna de reciclo 82.

Claims

1. Sistema de produção de poliolefina, caracterizado pelo fato de que compreende: a primeira coluna de fracionamento configurada para fracionar uma corrente de alimentação compreendendo um diluente e um monômero de olefina recuperado do reator de polimerização, onde a primeira coluna de fracionamento é configurada para descarregar: uma corrente de produto lateral compreendendo a maior parte do diluente, uma corrente de vapor aérea compreendendo componentes mais leves que o diluente, uma corrente da parte inferior compreendendo componentes mais pesados que o diluente; o condensador configurado para receber e condensar parcialmente a corrente de vapor aérea em um líquido condensado compreendendo uma quantidade de monômero da corrente de alimentação; e onde a primeira porção do líquido condensado é transportada para o reator de polimerização.

2. Sistema de produção de poliolefina, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende um sistema de alimentação de diluente, configurado para transportar a corrente de produto lateral para o reator de polimerização.

3. Sistema de produção de poliolefina, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende um recipiente de acumulador configurado para receber e coletar o líquido condensado do condensador.

4. Sistema de produção de poliolefina, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma segunda porção do liquido condensado é distribuída como um refluxo à primeira coluna de fracionamento.

5. Sistema de produção de poliolefina, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma terceira porção do líquido condensado é liberada a uma segunda coluna de fracionamento configurada para produzir diluente substancialmente isento de olefina.

6. Sistema de produção de poliolefina, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os empregos do diluente substancialmente isento de olefina compreendem um fluido em movimento para distribuição de um catalisador ao reator de polimerização, um fluido para diluir um catalisador ou uma descarga para pelo menos uma válvula de segurança de pressão.

7. Sistema de produção de poliolefina, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que compreende: um recipiente de diluente disposto entre o recipiente de acumulador e o reator de polimerização, onde o recipiente de diluente é configurado para receber a primeira porção do líquido condensado a partir do recipiente acumulador, onde a primeira porção do líquido condensado é distribuída do recipiente de diluente para o reator de polimerização.

8. Sistema de produção de poliolefina, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a corrente de produto lateral da primeira coluna de fracionamento é transportada para um recipiente diluente.

9. Sistema de produção de poliolefina, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o diluente compreende isobutano e o monômero de olefina compreende etileno, e onde a primeira coluna de fracionamento é configurada para operar a uma pressão na faixa de 861-1.551 kPa e a uma temperatura na faixa de 37- -176°C.

10. Sistema de produção de olefina, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende uma câmara de cintilação configurada para receber um efluente do reator de polimerização e para descarga de uma corrente aérea de cintilação compreendendo substancialmente vapor para a primeira coluna de fracionamento.

11. Método para operar um processo de produção de poliolefina, o método caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: separação do diluente de uma corrente compreendendo diluente e monômero em uma primeira coluna de fracionamento em um sistema de fracionamento; transmissão do diluente separado para um reator de polimerização; separação dos componentes leves compreendendo monômero a partir da corrente e condensando pelo menos parcialmente os componentes leves; e combinação de uma porção dos componentes leves condensados com o diluente separado sendo transmitido para o reator de polimerização.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de processamento de um efluente do reator de polimerização, de modo a gerar a corrente compreendendo diluente e monômero.

13. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o reator de polimerização compreende um reator em laço de pasta de polietileno e a corrente compreendendo diluente e monômero consiste em isobutano e etileno.

14. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de redução de uma taxa de fluxo de uma corrente de saída compreendendo monômero do sistema de fracionamento para recuperação de monômero adicional dentro do sistema de fracionamento.

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende a ação de alimentar o monômero adicional recuperado ao reator de polimerização.

16. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de regular a taxa de fluxo da porção dos componente leves condensados para evitar paralisação da operação do sistema de fracionamento.

17. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: monitoramento de uma concentração de comonômero de olefina em uma corrente aérea da primeira coluna de fracionamento, onde o comonômero de olefina é mais pesado que o diluente; e regulação da taxa de fluxo da porção de componentes leves condensados inversamente com a concentração do comonômero de olefina na corrente aérea.

18. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: monitoramento da concentração de comonômero de olefina na corrente da parte inferior de uma segunda coluna de fracionamento, disposta de modo fluido a jusante da primeira coluna de fracionamento, onde o comonômero da olefina é mais pesado que o diluente, e onde a segunda coluna de fracionamento é configurada para produzir diluente substancialmente isento de olefina na corrente da parte inferior; e regulação da taxa de fluxo da porção de componentes leves condensados inversamente com a concentração do comonômero de olefina na corrente da parte inferior da segunda coluna de fracionamento.

19. Processo para manufatura de um produto compreendendo uma poliolefina, o processo caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: fabricação de um produto, onde pelo menos uma porção do mesmo compreende uma poliolefina, onde a poliolefina é produzida por um método compreendendo as etapas de: polimerização do monômero na presença do catalisador em um reator de polimerização para formar a poliolefina; processamento do efluente do reator de polimerização para gerar uma corrente compreendendo diluente e monômero; separação do diluente a partir da corrente compreendendo diluente e monômero em um sistema de fracionamento; transmissão do diluente separado para o reator de polimerização; separação dos componentes leves compreendendo monômero a partir da corrente compreendendo diluente e monômero; condensação parcial dos componentes leves; e combinação de uma porção dos componentes leves condensados com o diluente separado sendo transmitido para o reator de polimerização.

20. Processo, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a ação de fabricação compreende a etapa de processamento da poliolefina para formar o produto ou para formar um componente de poliolefina do produto ou uma combinação dos mesmos.

21. Processo, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que a etapa de processamento compreende a ação de combinação, aquecimento, fusão, compostagem, extrusão, moldagem por injeção, moldagem por precisão, moldagem por sopro, formação de uma película, formação de um revestimento ou incorporação de um ativo ou qualquer combinação dos mesmos.

22. Processo, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a etapa de fabricação compreende a ação de montagem do componente formado da poliolefina no produto.

23. Processo de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a poliolefina compreende polietileno de alta densidade (HDPE), polietileno de média densidade (MPDE), polietileno de baixa densidade (LDPE), polietileno de baixa densidade linear (LLDPE), polipropileno isotático (iPP) ou polipropileno sindiotático (sPP) ou qualquer combinação dos mesmos.