BRPI0719426A2 - Aparelho e método para a separação de uma mistura de alta pressão, e, aparelho para a preparação e método para a produção de polietileno de baixa densidade. - Google Patents
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Description
“APARELHO E MÉTODO PARA A SEPARAÇÃO DE UMA MISTURA DE ALTA PRESSÃO, E, APARELHO PARA A PREPARAÇÃO E MÉTODO PARA A PRODUÇÃO DE POLIETILENO DE BAIXA DENSIDADE”
CAMPO DA INVENÇÃO
A invenção de uma forma geral diz respeito a um separador de alta pressão melhorado e seu uso na separação de líquidos dos gases. O separador é particularmente útil em combinação com reatores de alta pressão, tais como aqueles usados para produzir polietileno de baixa densidade. FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
Em um processo de polimerização de poliolefina em alta pressão contínuo, o produto de polietileno e ceras de peso molecular baixo são dissolvidos no etileno portador que sai do reator. Quando as pressões e as temperaturas são diminuídas através de várias quedas de pressão e etapas de esfriamento, o produto e as ceras saem da solução resultando em duas fases distintas, uma de gás e uma de líquido.
Os líquidos são subseqüentemente separados do gás através de várias tecnologias e equipamento de separação. Um tal dispositivo, mostrado na Figura 1, inclui um recipiente cilíndrico vertical 10 em que a mistura gás/líquido 11 é alimentada, uma entrada de trompete 12 que direciona a mistura gás/líquido 11 em direção à superfície do líquido 13 onde as gotícuias de líquido colidem e se aderem na superfície do líquido 13. A fase líquida separada sai do recipiente 10 através de uma saída de líquido 14 localizada na parte inferior do recipiente 10, e a fase gás separada sai do recipiente através de uma saída de gás 15 localizada na parte superior do recipiente 10. A eficiência de separação de um tal dispositivo é dependente das densidades e viscosidades relativas dos componentes de gás e líquido, tamanhos da gotí cuia, rendimentos, e a configuração do recipiente IOe trompete 12.
Os dispositivos de separação convencionais não são 100 % eficientes e um pouco do produto e das ceras saem dos recipientes de separação, arrastados no gás portador de etileno. Os líquidos arrastados aumentam a incrustação dos trocadores de calor a jusante resultando em “queima” mais freqüente. O arrastamento dos líquidos para dentro dos compressores e canalização onde eles potencialmente se solidificam, diminui 5 os fatores em operação da usina e as taxas de operação, e aumenta o tempo e custos de limpeza e manutenção. Em casos extremos, os líquidos arrastados podem causar o bloqueio do encanamento e avaria prematura dos componentes mecânicos.
Assim, existe uma necessidade na técnica com relação a um separador de alta pressão com eficiência de separação melhorada para reduzir a quantidade de líquidos que saem do separador com a corrente de gás e nos processos e equipamentos a jusante.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Em um aspecto, a invenção fornece um aparelho para a separação de uma mistura de alta pressão que compreende um gás e partículas líquidas. O aparelho compreende:
(a) um separador por gravidade para expandir e separar a mistura em uma fase gasosa e uma fase líquida; e
(b) um separador centrífugo localizado dentro do separador por gravidade para conferir um fluxo helicoidal à mistura.
O separador por gravidade compreende um invólucro cilíndrico vertical, uma abertura para uma entrada para a mistura, uma saída de gás localizada em uma parte superior do invólucro cilíndrico, e uma saída de líquido localizada em uma parte inferior do invólucro cilíndrica.
O separador centrífugo compreende uma entrada para a
mistura localizada em uma parte superior do separador centrífugo, uma parte superior encerrada exceto para a entrada, e uma saída para a mistura localizada em uma parte inferior do separador centrífugo.
Em um outro aspecto, a invenção fornece um método para a separação de uma mistura de alta pressão que compreende um gás e partículas líquidas. O método compreende as etapas de:
(a) introduzir a mistura em um aparelho de separação de alta pressão de acordo com a presente invenção;
(b) separar a mistura em uma fase gasosa e uma fase líquida;
(c) remover a fase gasosa para fora do separador por gravidade através da saída de gás localizada em uma parte superior do invólucro cilíndrico; e
(d) remover a fase líquida para fora do separador por gravidade através da saída de líquido localizada em uma parte inferior do invólucro cilíndrico.
Em mais outro aspecto, a invenção fornece um aparelho para a preparação de polietileno de baixa densidade. O aparelho compreende:
(a) um reator para a polimerização de etileno em uma pressão de 500 a 3.000 atmosferas (cerca de 50 a 300 MPa) e uma temperatura de 160 a 350°C;
(b) um dispositivo redutor de pressão para a redução da pressão de uma corrente do produto do reator; e
(c) um aparelho de separação de alta pressão de acordo com a presente invenção para a separação de partículas de polietileno líquidas e etileno gasoso na corrente do produto.
Em mais um outro aspecto, a invenção fornece um método para a produção de polietileno de baixa densidade. O método compreende as etapas de:
(a) polimerizar o etileno em um reator em uma pressão de 500 a 3.000 atmosferas (cerca de 50 a 300 MPa) e uma temperatura de 160 a 350°C;
(b) passar uma corrente do produto compreendendo partículas de polietileno líquidas e etileno gasoso do reator para um dispositivo de redução da pressão para reduzir a pressão da corrente do produto; e (c) passar a corrente do produto do dispositivo redutor de pressão para um aparelho de separação de alta pressão de acordo com a presente invenção para separar as partículas de polietileno líquidas do etileno gasoso.
BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
A Figura 1 é uma vista em corte transversal de um separador de alta pressão típico já em uso.
A Figura 2 é uma vista em corte transversal de um separador de alta pressão de acordo com a invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
A invenção será mais facilmente entendida a partir da seguinte descrição das formas de realização do aparelho de separação em alta pressão de acordo com a invenção, com referência particular aos desenhos acompanhantes. As formas de realização são fornecidas para propósitos ilustrativos e não devem ser interpretadas para limitar a invenção.
A Figura 2 é um diagrama de um corte transversal longitudinal de um aparelho de separação de alta pressão de acordo com a invenção. O aparelho é particularmente adequado para a separação de uma mistura em alta pressão que compreende um gás e partículas líquidas. O termo “alta pressão” em conexão com o aparelho de separação se refere às pressões entre 2 e 500 atmosferas (cerca de 2 a 50 MPa).
O aparelho compreende um separador por gravidade 20 para expandir e separar a mistura em uma fase gasosa e uma fase líquida, e um separador centrífugo 21 localizado dentro do separador por gravidade 20 para conferir um fluxo helicoidal 29 à mistura.
O separador por gravidade 20 compreende um invólucro cilíndrico geralmente vertical 22, uma abertura 23 para uma entrada para a mistura gás/líquido, uma saída de gás 24 localizada em uma parte superior do invólucro cilíndrico 22, e uma saída de líquido 25 localizada em uma parte inferior do invólucro cilíndrico 22. Preferivelmente, a saída de gás 24 está localizada no quadrante superior ou parte de cima do invólucro cilíndrico 22, e a saída de líquido 25 está localizada na parte inferior do invólucro 22.
O separador centrífugo 21 compreende uma entrada 26 para a mistura, que está localizada em uma parte superior do separador centrífugo 21, uma parte superior encerrada 27 exceto para a entrada 26, e uma saída 28 para a mistura localizada em uma parte inferior do separador centrífugo 21. Preferivelmente, a saída 28 está localizada na parte inferior do separador centrífugo 21.
Em operação, a mistura gás/líquido entra no invólucro 22 do separador por gravidade 20 e é direcionada para o separador centrífugo interno 21 através da entrada 26. O separador centrífugo interno 21 é fechado na parte superior 27 e ilimitado na parte inferior 28 de modo que o gás e o líquido aderido descarreguem da parte inferior do separador centrífugo 21.
Por “fechado” ou “encerrado” significa que a parte superior 27 do separador centrífugo 21 não possui um tubo que fornece uma comunicação fluida entre o interior do separador centrífugo 21 e o exterior do separador por gravidade, exceto para a entrada de mistura gás/líquido 26. Preferivelmente, a parte superior 27 do separador centrífugo 21 também não está em comunicação fluida com um dispositivo de segurança sensível a pressão, tal como um disco que se pode romper.
O separador centrífugo 21 faz com que as partículas líquidas na mistura de gás/líquido de fiquem aderidas nas gotículas maiores ou em um circuito de líquido dentro do separador centrífugo 21 antes da descarga no separador por gravidade 20. Este projeto de separador dual possui eficiência melhorada sobre os dispositivos de separação anteriores. O projeto reduz o arrastamento de líquidos na corrente de gás 24 que deixa o separador 20, desse modo reduzindo a incrustação do equipamento a jusante e, em muitos casos, melhorando os rendimentos do processo, reduzindo o tempo e custos de limpeza e manutenção, melhorando os fatores em operação, e aumentando as taxas de operação.
Na forma de realização apresentada, o separador centrífugo 21 5 possui uma entrada lateral tangencial 26 para conferir um fluxo helicoidal 29 na entrada da mistura gás/líquido. Alternativamente ou além da entrada lateral tangencial, o separador centrífugo 21 pode conter um ou mais palhetas guias, placas giratórias, ou pás (não mostradas) em qualquer lugar ao longo do comprimento do separador centrífugo 21, mas tipicamente em uma parte 10 superior deste, para conferir a entrada de mistura gás/líquido com um fluxo helicoidal 29.
Na forma de realização apresentada, o separador centrífugo 21 não toca na superfície interior do separador por gravidade 20, e está desejavelmente localizado de forma substancial no centro axial do separador 15 por gravidade 20. O separador centrífugo 21 pode ser colocado em suspensão dentro do separador de gravidade 20 de várias maneiras tais como mediante o uso de suportes verticais e/ou horizontais (não mostrados) que se fixam na parte superior e/ou laterais do separador centrífugo até a superfície interior do separador por gravidade 20.
Da mesma forma desejavelmente, o separador centrífugo 21é
composto de um único cilindro. Em outras palavras, não possui um cilindro interno para definir um espaço anular dentro do separador centrífugo 21.
Em uma forma de realização, não mostrada, a entrada 26 no separador centrífugo 21 para a mistura gás/líquido se prolonga fora do 25 separador por gravidade 20 através da abertura 23 no invólucro do separador por gravidade 22. A entrada 26 pode ser um encanamento ou tubulação opcionalmente equipado com um esguicho (não mostrado) para direcionar o fluxo da mistura gás/líquido.
Em uma outra forma de realização, não mostrada, o separador pode gravidade 20 compreende uma ou mais palhetas guias, placas giratórias ou pás próximas à saída 28 do separador centrífugo 21 para conferir um fluxo helicoidal à mistura que sai do separador centrífugo 21.
Em mais uma outra forma de realização, não mostrada, o 5 separador centrífugo 21 compreende palhetas em uma parte inferior deste para alinhar o fluxo da mistura gás/líquido quando ele sai do separador centrífugo 21.
Como será facilmente observado pelas pessoas versadas na técnica, as dimensões relativas dos separadores por gravidade e centrífugos 10 assim como a extensão das linhas de entrada e saída dependerão dos requisitos do processo ao qual a invenção é aplicada. Naturalmente, as pressões, temperaturas, velocidades e diferenças nas densidades e viscosidades dos componentes de gás e líquido deverão ser levadas em consideração. Falando de uma forma geral, o separador centrífugo interno 21 15 deve ser grande o bastante para obter um fluxo helicoidal bem definido, em lugar de um fluxo caótico, embora não tão grande quanto para criar um projeto inaceitável no corte transversal anular entre os recipientes de separação externos e internos. O diâmetro interno do separador centrífugo 21 pode ser de 0,05 a 0,8 vezes o diâmetro interno do separador por gravidade 20 20. O comprimento do separador centrífugo 21 pode ser de 0,1 a 0,8 vezes o comprimento do separador por gravidade 20, ou pode ser até quatro vezes o seu diâmetro. O diâmetro da linha de entrada 26 deve ser selecionado para alcançar velocidades na faixa típica de 0,01 a 10 m/s ou 0,01 a 2 m/s. O esguicho de entrada (não mostrado) pode ser localizado a menos do que um 25 diâmetro do separador centrífugo 21a partir da parte superior do separador centrífugo 21. A colocação em ordem das palhetas, se houver, na parte inferior do separador centrífugo 21, pode ficar a menos do que um diâmetro do separador centrífugo 21 em comprimento.
O separador de alta pressão da presente invenção pode ser usado para separar líquidos de gases em numerosos sistemas de gás/líquido de r
duas fases. E particularmente adequado para uso na síntese de polietileno de baixa densidade (LDPE) sob alta pressão. Assim, em outros aspectos, a invenção fornece tanto um aparelho quanto um método para a produção de LDPE.
O aparelho para a produção de LDPE compreende:
(a) um reator para a polimerização de etileno em uma pressão de 500 a 3.000 atmosferas (cerca de 50 a 300 MPa) e uma temperatura de 160 a 350°C;
(b) um dispositivo redutor de pressão para a redução da pressão de uma corrente do produto do reator; e
(c) um aparelho de separação de alta pressão de acordo com a presente invenção para a separação de partículas de polietileno líquidas e etileno gasoso na corrente do produto.
O método para a produção de LDPE compreende as etapas de:
(a) polimerizar o etileno em um reator em uma pressão de 500 a 3.000 atmosferas (cerca de 50 a 300 MPa) e uma temperatura de 160 a 3 50°C, tipicamente na presença de um iniciador;
(b) passar uma corrente do produto compreendendo partículas de polietileno líquidas e etileno gasoso do reator para um dispositivo de redução da pressão para reduzir a pressão da corrente do produto; e
(c) passar a corrente do produto do dispositivo redutor de pressão para um aparelho de separação de alta pressão de acordo com a presente invenção para separar as partículas de polietileno líquidas do etileno gasoso.
O reator pode ser qualquer um daqueles conhecidos na técnica para a preparação de LDPE sob alta pressão tal como um reator de autoclave agitado. O dispositivo redutor de pressão pode ser de uma ou mais válvulas de expansão. O dispositivo redutor de pressão deve ser eficaz para reduzir a pressão da corrente do produto que sai do reator, que varia de 500 a 3.000 atmosferas (cerca de 50 a 300 MPa), para a pressão de operação do separador de alta pressão, que é na ordem de 50 a 500 atmosferas (cerca de 5 a 50 MPa).
A velocidade da corrente do produto de LDPE que entra no separador de alta pressão da invenção pode variar sobre uma ampla faixa. Tipicamente, a velocidade pode ser de 0,01 a 2 m/s.
A reação de polimerização é tipicamente iniciada por oxigênio atmosférico, peróxidos, um outro iniciador de radical livre conhecido na técnica, ou misturas destes. A quantidade do iniciador usado pode variar, dependendo de tais fatores como a eficiência do iniciador assim como a temperatura de reação e taxa de produção desejadas.
O etileno também pode ser copolimerizado com comonômeros tais como acetato de vinila, ésteres vinílicos, ácidos carboxílicos olefinicamente insaturados, ou a-olefmas, tais como propileno, 1-buteno, 1- hexeno e 1-octeno.
A polimerização pode ser realizada na presença de modificadores tais como diluentes de hidrogênio e/ou hidrocarboneto tais como etano, propano ou butano. Como tal, a corrente do produto que entra no separador de alta pressão também pode conter os vários modificadores e/ou diluentes.
A invenção foi descrita em detalhes com referência particular às suas formas de realização preferidas, mas ficará entendido que variações e modificações podem ser efetuadas dentro do espírito e escopo da invenção.
Claims (12)
1. Aparelho para a separação de uma mistura de alta pressão que compreende um gás e partículas líquidas, caracterizado pelo fato de que compreende: (a) um separador por gravidade para expandir e separar dita mistura em uma fase gasosa e uma fase líquida, dito separador por gravidade compreendendo um invólucro cilíndrico vertical, uma abertura para uma entrada para dita mistura, uma saída de gás localizada em uma parte superior do invólucro cilíndrico, e uma saída de líquido localizada em uma parte inferior do invólucro cilíndrico; e (b) um separador centrífugo localizado dentro de dito separador por gravidade para conferir um fluxo helicoidal a dita mistura, dito separador centrífugo compreendendo uma entrada para dita mistura localizada em uma parte superior do separador centrífugo, uma parte superior encerrada exceto com relação à entrada, e uma saída para dita mistura localizada em uma parte inferior do separador centrífugo.
2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a entrada para dita mistura é uma entrada lateral tangencial.
3. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que dito separador centrífugo compreende palhetas guias, placas giratórias ou pás em uma parte superior deste para conferir dito fluxo helicoidal.
4. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que dito separador por gravidade compreende palhetas guias, placas giratórias ou pás próximas à saída do separador centrífugo para conferir fluxo helicoidal à mistura que sai do separador centrífugo.
5. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que dito separador centrífugo compreende palhetas em uma parte inferior deste para alinhar o fluxo da mistura.
6. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o separador centrífugo não toca na superfície interna do separador por gravidade.
7. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o separador centrífugo não compreende um cilindro interno para definir um espaço anular entre eles.
8. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a parte superior do separador centrífugo não está em comunicação fluida com um dispositivo de segurança sensível a pressão.
9. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a entrada no separador centrífugo para dita mistura se estende fora do separador por gravidade através de dita abertura.
10. Método para a separação de uma mistura de alta pressão compreendendo um gás e partículas líquidas, caracterizado pelo fato de que compreende: (a) introduzir dita mistura em um aparelho como definido na reivindicação 1; (b) separar dita mistura em uma fase gasosa e uma fase líquida; (c) remover dita fase gasosa para fora do separador por gravidade através da saída de gás localizada em uma parte superior do invólucro cilíndrico; e (d) remover dita fase líquida para fora do separador por gravidade através da saída de líquido localizada em uma parte inferior do invólucro cilíndrico.
11. Aparelho para a preparação de polietileno de baixa densidade, caracterizado pelo fato de que compreende: (a) um reator para a polimerização de etileno em uma pressão de 500 a 3.000 atmosferas (cerca de 50 a 300 MPa), e uma temperatura de . 160 a 350°C; (b) um dispositivo redutor de pressão para a redução da pressão de uma corrente do produto do reator; e (c) um aparelho de separação de alta pressão como definido na reivindicação 1 para a separação de partículas de polietileno líquidas e etileno gasoso na corrente do produto.
12. Método para a produção de polietileno de baixa densidade, caracterizado pelo fato de que compreende: (a) polimerizar o etileno em um reator em uma pressão de 500 a 3.000 atmosferas (cerca de 50 a 300 MPa), (b) e uma temperatura de 160 a 350°C; (c) passar uma corrente do produto compreendendo partículas de polietileno líquidas e etileno gasoso do reator para um dispositivo de redução da pressão para reduzir a pressão da corrente do produto; e passar a corrente do produto do dispositivo redutor de pressão para um aparelho de separação de alta pressão como definido na reivindicação 1 para separar ditas partículas de polietileno líquidas de dito etileno gasoso.
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