BR112019003097B1 - Separador flash e processo para separar hidrocarbonetos de uma solução de reação contendo um polímero e os referidos hidrocarbonetos - Google Patents

Separador flash e processo para separar hidrocarbonetos de uma solução de reação contendo um polímero e os referidos hidrocarbonetos Download PDF

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Abstract

A presente invenção é direcionada a um processo para separar copolímero de olefina e gases voláteis com a utilização de um separador flash. O separador flash pode ser usado com um processo em solução ou à alta pressão. O transporte de massa de gases voláteis desde o polímero fundido viscoso é aumentado.

Description

Campo técnico da invenção
[001] A invenção é um processo para separar copolímero de olefina e gases voláteis por um separador flash. O separador flash pode ser usado com um processo em solução ou à alta pressão. O objetivo é aumentar a transferência de massa dos gases voláteis a partir do polímero fundido viscoso.
Fundamentos da invenção
[002] Poliolefinas são produzidas por diversas tecnologias convencionais diferentes. As temperaturas situam-se entre 50 e 350°C e as pressões variam de 3 a 300 MPa (30 a 3000 bar) . As poliolefinas são produzidas a uma temperatura na qual o polímero é dissolvido em uma mistura líquida ou supercrítica de monômero não reagido, comonômero não reagido e solventes opcionais.
[003] O processo de polimerização inclui um ou mais reatores de polimerização. Os reatores adequados incluem reatores agitados ou não agitados, esféricos, cilíndricos e vasos semelhantes a tanque e reatores com circuito (loop) de recirculação, além de reatores tubulares. Tais reatores incluem tipicamente pontos para injeção de monômero, comonômero, solvente, catalisador e outros reagentes e aditivos opcionais e pontos para retirada de misturas de reação. Além disso, os reatores podem incluir meios de aquecimento ou resfriamento.
[004] A separação de monômero(s) dissolvido(s) não reagido(s), comonômero(s) de possíveis solventes da mistura de reação, compreendendo um polímero fundido, é normalmente realizada em separador(es) flash, tipicamente executada em um ou mais estágios de separação. No processo em solução, uma corrente de uma solução de reação retirada do reator de polimerização é passada para o separador flash onde o etileno com ou sem comonômero (ou seja, propileno, 1-buteno, 1-hexeno, 1-octeno ou combinação de comonômeros) e solvente hidrocarboneto são separados do polímero fundido.
[005] Nos processos à alta pressão, para produção de LDPE, a pressão da mistura de reação na saída do reator, é diminuída desde o seu valor operacional entre cerca de 100 e 300 MPa (1000 e 3000 bar) para um valor de 10 e 30 MPa (100 a 300 bar) por meio da operação da válvula de alívio (letdown) de saída. A expansão da mistura de reação, causada pela válvula de alívio, resulta em aumento da temperatura na corrente de saída da reação (ou seja, efeito inverso de Joule-Thomson). Subsequentemente, a mistura de reação é alimentada a um separador flash, também denominado separador à alta pressão, onde a mistura ternária de monômero/comonômero/polímero é dividida em corrente de polímero, que é uma fase líquida rica em polímero, e uma corrente gasosa, que é uma fase gasosa rica em monômero(s). A corrente de polímero proveniente da parte inferior do separador flash é alimentada a mais um separador flash para remoção adicional de monômero(s) residual(is). No segundo separador flash, a pressão é reduzida ainda mais. A corrente de gases, contendo ceras de baixo peso molecular, ao deixar o segundo separador flash (ou seja, gás de exaustão (off gas)) é alimentada ao compressor primário enquanto a corrente líquida de polímero da parte inferior é direcionada à extrusora para peletização.
[006] Na operação com separadores flash em soluções viscosas de polímeros, enfrenta-se um problema com respeito a conseguir a mais alta eficiência possível na separação dos componentes com arrastamento mínimo de materiais. Quanto menor o tamanho das gotículas de polímero que entram no separador flash, maior a taxa de transferência de massa, porém, o risco de arraste das gotículas aumenta. O polímero arrastado (ceras, gotículas de pequeno tamanho, etc.), que segue a corrente gasosa reciclada para fora do separador flash, aumentará os níveis de incrustações de trocadores de calor a jusante (downstream), reduzindo, assim, a taxa global de transferência de calor. Além do mais, a deposição de polímeros arrastados nos tubos e compressores aumenta os custos de limpeza e o tempo de manutenção e, em casos extremos, pode provocar obstruções na tubulação e falha precoce de componentes mecânicos.
[007] A invenção tem como objetivo melhorar a separação de hidrocarbonetos de um composto viscoso, como um copolímero de olefina. Especialmente, a invenção tem como objetivo melhorar a separação de hidrocarbonetos com peso molecular relativamente elevado (e que são, portanto, menos voláteis), como o(s) comonômero(s) utilizado(s) na polimerização. É relativamente fácil separar moléculas de pequeno tamanho como o etileno; no entanto, a separação de moléculas volumosas, como comonômeros, cujos exemplos típicos são 1-octeno e acrilato de vinila, do copolímero fundido viscoso de olefina é desafiante.
[008] A presente invenção tem como objetivo incrementar a transferência de massa dos gases voláteis aumentando a área superficial das gotículas no separador à alta pressão. Outro objeto desta invenção é um processo com área aumentada de transferência de massa para separar com eficiência gases voláteis do polímero fundido altamente viscoso.
[009] Outro objetivo ainda da invenção é reduzir a quantidade de arraste de gotículas, ou seja, a quantidade de arraste do copolímero de olefina arrastado para a corrente gasosa.
[0010] A presente invenção é uma entrada para um separador flash, dispondo de meios para distribuição da mistura de reação, a qual é um polímero fundido altamente viscoso. Tal entrada pode aumentar a eficiência da separação com risco mínimo de arraste de gotículas. A invenção tem ainda as vantagens de: • Arrastamento mínimo de gotículas combinado com alta eficiência de separação mais próxima ao equilíbrio - separação ideal. • Menos risco de obstrução em trocadores de calor, filtros e compressores. • Bom funcionamento do separador flash. • Menos esforço na limpeza e manutenção dos tambores de extração (knock out) na unidade de processamento a jusante.
[0011] O objetivo da invenção é melhorar a separação de moléculas grandes do composto viscoso, ou seja, a mistura de reação. A remoção de etileno não reagido do homopolímero de etileno é suficientemente eficiente, pois a taxa relativa de transporte de massa do etileno é alta.
Sumário da invenção
[0012] Tal como vista em um aspecto, a presente invenção provê um separador flash que compreende: a. uma entrada localizada na parte superior do separador flash para alimentação de uma solução de reação ao separador flash, b. opcionalmente, a entrada é contornada com um tubo de saída, c. uma primeira saída dentro da parte inferior do separador flash e d. uma segunda saída dentro da parte superior do separador flash em que a entrada possui uma parede em geral cilíndrica caracterizada pelo fato de que a parede em geral cilíndrica é perfurada por múltiplos orifícios com 15 μm a 1500 μm de tamanho.
[0013] Tal como vista em outro aspecto, a presente invenção provê um processo para separar hidrocarbonetos de uma solução de reação compreendendo um polímero e os referidos hidrocarbonetos, o qual inclui as etapas de: passar a solução de reação no separador flash de acordo com a reivindicação 1, produzindo, assim, uma corrente de gotículas fluindo para baixo dentro do separador flash; retirar uma primeira corrente da solução compreendendo a maior parte do polímero através da primeira saída; e retirar uma segunda corrente da solução compreendendo principalmente hidrocarbonetos através da segunda saída, pelo qual estabelecendo uma corrente de gás movendo-se para cima dentro do separador flash.
[0014] Os separadores flash são operados tipicamente a uma pressão de pelo menos 0,1 MPa (1 bar).
[0015] A presente invenção é também direcionada a um processo de utilização de um separador flash de acordo com quaisquer modalidades descritas.
Descrição detalhada da invenção Processo à alta pressão
[0016] O copolímero de olefina pode ser produzido em um processo de polimerização à alta pressão, em que uma olefina, tipicamente etileno, é copolimerizada pelo processo de polimerização via radical livre. O processo compreende um compressor primário e à alta pressão, um pré-aquecedor e um reator de polimerização, tipicamente um reator tipo autoclave (p. ex., um reator tanque agitado contínuo) ou um reator tubular. Comonômeros e um agente de transferência de cadeia são adicionados antes do compressor à alta pressão. Para iniciar as reações de polimerização, adicionam-se iniciadores depois do pré-aquecedor e ao longo do reator para iniciar e manter a reação de polimerização altamente exotérmica.
[0017] No reator tubular, a reação de polimerização altamente exotérmica é conduzida em condições supercríticas, p. ex., entre 100 e 350 MPa (1000 e 3500 bar), de preferência, entre 180 e 340 MPa (1800 e 3400 bar) e, especialmente preferível, entre 200 e 330 MPa (2000 e 3300 bar).
[0018] O reator tubular compreende pelo menos uma camisa de resfriamento. Tipicamente, os tubos do reator tubular têm entre 500 e 4000 m, de preferência entre 1500 e 3000 m, mais preferivelmente entre 2000 e 2500 m de comprimento. A temperatura operacional no reator varia entre 100 e 350°C, a temperatura formando um perfil ao longo do comprimento do reator. Especificamente, a temperatura é entre 165 e 340°C, mais especificamente, entre 165 e 320°C.
[0019] O reator tipo autoclave opera acima da pressão crítica, em particular entre 50 e 300 MPa (500 e 3000 bar), especificamente entre 100 e 250 MPa (1000 e 2500 bar), mais especificamente entre 120 e 200 MPa (1200 e 2000 bar). A temperatura operacional é entre 100 e 340°C.
[0020] Os comonômeros típicos são octadieno (OD), acetato de vinila (VA), metacrilatos, em particular, acrilato de metila (MA), acrilato de etila (EA), acrilato de butila (BA), metacrilato de metila (MMA), ácido acrílico (AA), ácido metacrílico (MAA), viniltrimetoxisilano (VTMS), viniltrietoxisilano (VTES), glicidil metacrilato (GMA), anidrido maleico (MAH), monóxido de carbono, acrilamida, gama- metacriloxipropiltrimetoxisilano e/ou gama- metacriloxipropiltrietoxisilano.
[0021] Os agentes típicos de transferência de cadeia são propionaldeído (PA), propileno, propano, metil etil cetona e isopropanol e/ou hidrogênio.
[0022] Tipicamente, o teor do copolímero de olefina na mistura de reação, compreendendo o polímero e o monômero e comonômero que não reagiram, é de 10 a 50% em peso, de preferência de 10 a 40% em peso, mais preferivelmente de 10 a 35% em peso.
[0023] A corrente da mistura de reação retirada do reator de polimerização, a corrente da solução de reação, é normalmente estrangulada até uma pressão entre 10 e 30 MPa (100 e 300 bar), de preferência 22 a 27 MPa (220 a 270 bar) e passada ao separador flash, também denominado separador à alta pressão.
Polimerização em solução
[0024] O copolímero de olefina pode ser produzido em um processo de polimerização em solução. No processo de polimerização em solução, o monômero é polimerizado a uma temperatura na qual o polímero é dissolvido na mistura do solvente que está presente no processo.
[0025] O processo inclui um ou mais reatores de polimerização. Os reatores adequados incluem reatores não agitados ou agitados, esféricos, cilíndricos e vasos tipo tanque e reatores com circuito de recirculação, além de reatores tubulares. Tais reatores incluem tipicamente pontos para alimentação de monômero, comonômero, solvente, catalisador e outros reagentes e aditivos opcionais, e pontos para retirada de soluções do polímero. Além disso, os reatores podem incluir meios de aquecimento ou resfriamento.
[0026] Tipicamente, o processo de polimerização em solução é um processo de polimerização em solução à alta temperatura, utilizando uma temperatura de polimerização superior a 100°C. De preferência, a temperatura de polimerização é pelo menos 110°C, mais preferivelmente pelo menos 150°C. A temperatura de polimerização pode ser até 250°C. A pressão no processo de polimerização em solução situa-se preferivelmente em uma faixa entre 3 e 20 MPa (30 e 200 bar), de preferência de 5 a 15 MPa (50 a 150 bar) e mais preferivelmente de 6 a 15 MPa (60 a 150 bar).
[0027] O monômero é um monômero de olefina. Mais preferivelmente, o monômero de olefina é selecionado a partir do grupo constituído por etileno, propileno e 1-buteno, sendo etileno o mais adequado.
[0028] Tipicamente, um comonômero é também utilizado na polimerização. Quando o monômero é um monômero de olefina, conforme descrito acima, então o comonômero é diferente do monômero da olefina e é selecionado a partir do grupo constituído por olefinas lineares e cíclicas e diolefinas com 2 a 12 átomos de carbono e as misturas destes. O comonômero típico é uma alfa- olefina, diferente do monômero, e é selecionado a partir do grupo constituído por lineares com 2 a 12 átomos de carbono e as misturas destes, adequadamente 4 a 10 átomos de carbono, sendo o mais adequado 1-octeno.
[0029] A polimerização é conduzida tipicamente na presença de um catalisador de polimerização de olefinas. Tais catalisadores de polimerização de olefinas compreendem um composto de metal de transição, de preferência um composto de metal do Grupo 4, como um composto de titânio, zircônio ou háfnio.
[0030] O composto de metal de transição pode ser um haleto do metal de transição, como um trihaleto ou um tetrahaleto. Tipicamente, o haleto do metal de transição é um haleto de titânio, como tricloreto de titânio ou tetracloreto de titânio.
[0031] O composto de metal de transição pode também ser um composto alquila de metal de transição ou alcóxido de metal de transição. Tais compostos são frequentemente colocados em contato com um composto para cloração, como um cloreto de alquila.
[0032] O composto de metal de transição pode ser combinado com um haleto de metal do Grupo 2, como haleto de magnésio, como dicloreto de magnésio e/ou com um haleto de metal do Grupo 13, como haleto de alumínio ou boro, como tricloreto de alumínio. Tais catalisadores são bem conhecidos na técnica e são referidos como catalisadores de Ziegler-Natta. Um catalisador de Ziegler- Natta é tipicamente utilizado em combinação com um cocatalisador, como um alquil alumínio.
[0033] O composto de metal de transição pode também ser um composto compreendendo um ligante orgânico com uma estrutura de ciclopentadienila, como ciclopentadienila, fluorenila ou indenila. Tais ligantes orgânicos podem também carregar substituintes. O metal de transição pode ter um ou dois de tais ligantes orgânicos, os quais, opcionalmente, estão em ponte, e dois ou três outros ligantes, tais como alquila, arila ou haleto. Tais catalisadores são também bem conhecidos na técnica e são referidos como catalisadores metalocênicos.
[0034] No processo de polimerização em solução, um solvente também está presente. O solvente está em estado líquido ou supercrítico nas condições de polimerização. O solvente é tipicamente e de preferência um solvente hidrocarboneto. O solvente hidrocarboneto líquido utilizado é preferivelmente um hidrocarboneto C5-12 que pode ser não substituído ou substituído com grupo C1-4 alquila como pentano, metil pentano, hexano, heptano, octano, ciclohexano, metilciclohexano e nafta hidrogenada. Mais preferivelmente, são utilizados solventes hidrocarbonetos C6-10 não substituídos.
[0035] Além disso, outros componentes podem também ser adicionados no reator. Sabe-se que alimentar hidrogênio ao reator controla o peso molecular do polímero formado durante a polimerização. Além disso, o uso de diferentes compostos anti- incrustantes é conhecido na técnica. Além disso, tipos diferentes de reforçadores de atividade ou retardadores de atividade podem ser utilizados para controlar a atividade do catalisador.
[0036] O polímero é formado no processo de polimerização em solução, por exemplo, devido ao contato do monômero e do comonômero com o catalisador de polimerização. As condições no reator são tais que o polímero é dissolvido no solvente. Tipicamente, o teor do copolímero de olefina na mistura de reação compreendendo o solvente, o copolímero de olefina e o monômero e comonômero que não reagiram é de 10 a 50% em peso, de preferência de 10 a 40% em peso, mais preferivelmente de 10 a 35% em peso.
Mistura de reação
[0037] A corrente da mistura de reação, ou a corrente da solução de reação, é a corrente de alimentação ao separador flash. Esta pode ser a corrente de produto proveniente do reator de polimerização, conforme discutido acima. A corrente da mistura de reação possui, tipicamente, então, o teor de polímero, a temperatura e pressão da composição conforme descritos na seção acima.
[0038] A mistura de reação compreende um copolímero de olefina e pelo menos um comonômero não reagido, adequadamente o copolímero de olefina e gases conforme definidos abaixo. Adequadamente, a mistura de reação também compreende um solvente.
[0039] A corrente da mistura de reação é de preferência aquecida antes de sua entrada no separador flash. O aquecimento pode ser conseguido pela passagem da solução através de um ou mais aquecedores flash, ou através de um ou mais tubos encamisados, ou através de um trocador de calor localizado a montante do vaso de flash (separação por expansão brusca). A mistura de reação é pré-aquecida antes de entrar no separador flash para intensificar a separação dos diferentes hidrocarbonetos, ou seja, monômero, comonômero e o solvente. A mistura de reação tem a pressão adequadamente reduzida antes de ser alimentada ao separador flash.
[0040] Em uma modalidade, um misturador estático está posicionado a montante do separador flash. O misturador estático melhora a homogeneidade da mistura de reação.
Separador flash
[0041] Os gases são removidos da solução do polímero em um ou mais estágios de flash (expansão brusca) que são conduzidos em um ou mais separadores flash. No primeiro estágio de flash, a pressão é reduzida, permitindo, assim, que os gases voláteis evaporem da mistura de reação. É também possível aumentar a temperatura da mistura de reação a montante do separador flash para reforçar mais a evaporação dos gases.
[0042] O separador flash é um vaso vertical. De preferência, sua forma é em geral cilíndrica. Consequentemente, o separador flash tem uma seção transversal circular. De preferência, o separador flash tem uma seção cilíndrica com formato de cilindro circular. Além da seção cilíndrica, o separador flash pode ter seções adicionais, como uma seção inferior, que pode ser cônica, e uma seção superior que pode ser hemisférica. Alternativamente, o separador flash pode também ter uma forma em geral cônica. O volume do separador flash é adequadamente de pelo menos 5 m3, mais adequadamente de pelo menos 8 m3.
[0043] A temperatura no separador flash é tipicamente de 100 a 400°C, adequadamente 130 a 300°C, mais adequadamente 160 a 275°C. A temperatura deve ser suficientemente alta para manter a viscosidade da solução em um nível adequado, porém inferior à temperatura em que o polímero é degradado. A pressão no separador flash é tipicamente de 0,1 a 50 MPa (1 a 500 bar), adequadamente 0,2 a 40 MPa (2 a 400 bar), mais adequadamente 0,3 a 30 MPa (3 a 300 bar). A mistura de reação penetra no separador flash através de uma entrada localizada na parte superior do separador flash para alimentação da mistura de reação, em que a entrada dispõe de orifícios com o tamanho de 15 a 1500 μm, adequadamente 15 a 500 μm, mais adequadamente 20 a 300 μm. A entrada pode conter defletores, placas ou um misturador estático. A entrada é tipicamente separada do separador flash por paredes. A mistura de reação desloca-se para baixo no separador flash enquanto os gases que evaporam deslocam-se para cima. Isso facilita a remoção de gases voláteis da mistura de reação. A corrente gasosa é tipicamente retirada pela parte superior do separador flash (ou seja, a segunda saída, Saída de gases na Figura 1), enquanto a corrente de polímero é retirada pela parte inferior (ou seja, a primeira saída, Saída de líquido na Figura 1).
[0044] Em uma modalidade adequada, o número de orifícios na entrada entre 500 e 2000, adequadamente entre 750 e 1500. Os orifícios estão adequadamente dispostos uniformemente sobre a entrada, mais adequadamente é a entrada em forma de cilindro com orifícios de acordo com a invenção, distribuídos uniformemente sobre a superfície do cilindro. Os orifícios são adequadamente circulares. Em outra modalidade, a entrada é contornada com um tubo de saída que impede o respingo das gotículas para a parede do separador flash. O tubo de saída (ou seja, tubo externo) é, de preferência, um tubo de forma cilíndrica que cobre o tubo perfurado, como mostrado na Figura 1, para minimizar o arrastamento.
[0045] De acordo com a presente invenção, os gases são removidos da mistura de reação em pelo menos uma etapa de flasheamento. É, assim, possível remover os gases voláteis em duas ou mais etapas de flasheamento, em que se conduz cada etapa de flash em um separador flash dedicado. O primeiro separador flash recebe a corrente da mistura de reação e remove a maior parte dos gases voláteis. A corrente de polímero é retirada do separador flash e pode passar para um separador flash secundário, no qual uma quantidade adicional dos gases é removida. Conforme é bem entendido pelo técnico no assunto, a pressão em cada separador flash a jusante é menor do que no separador flash a montante.
[0046] No caso de múltiplos separadores flash, qualquer um ou todos os separadores flash podem estar dispostos para que operem de acordo com a presente invenção. A invenção é, contudo, mais vantajosa no primeiro separador flash, pois a quantidade de gases voláteis é a maior e a viscosidade da mistura de reação é a menor, o que torna o fluxo da solução relativamente mais fácil.
[0047] Quando múltiplos separadores flash são utilizados para remover os gases voláteis da mistura de reação, o teor de polímero na corrente da mistura de reação retirada do primeiro separador flash é tipicamente de 35 a 99% em peso. Os gases podem ser ainda removidos em um ou mais separadores flash a jusante. Em outras palavras, a corrente de polímero retirada do primeiro separador flash compreende de 1 a 65% em peso de gases voláteis residuais.
[0048] Quando vista de um ângulo diferente, a corrente gasosa retirada do primeiro separador flash é de 35 a 90% em peso das correntes de material total, retiradas do separador flash, adequadamente 60 a 90% em peso. A corrente de gás compreende tipicamente monômero não reagido, solvente, comonômero não reagido e quaisquer outros componentes gasosos presentes na mistura de reação.
[0049] Com o separador flash de acordo com a presente invenção, é possível alcançar alta eficiência na separação dos componentes. Por exemplo, a eficiência da separação de gases voláteis compreendendo monômero não reagido, como etileno, e também solvente, como solvente hidrocarboneto (conforme descrito acima), e comonômero(s) não reagido(s), como alfa-olefinas e comonômeros polares, adequadamente octadieno (OD), acetato de vinila (VA), metacrilatos, em particular acrilato de metila (MA), acrilato de etila (EA), acrilato de butila (BA), metacrilato de metila (MMA), ácido acrílico (AA), ácido metacrílico (MAA), viniltrimetoxisilano (VTMS), viniltrietoxisilano (VTES), glicidil metacrilato (GMA), anidrido maleico (MAH), monóxido de carbono, acrilamida, gama- metacriloxipropiltrimetoxisilano e/ou gama- metacriloxipropiltrietoxisilano, é pelo menos de 70% em peso e preferivelmente pelo menos 80% em peso. A eficiência da separação é definida como o fluxo de massa do componente retirado na corrente gasosa, dividido pela vazão mássica (teórica) do componente na corrente gasosa nas condições de equilíbrio.
[0050] É possível haver mais de duas etapas de flash e, assim, mais de dois separadores flash a jusante do reator para remoção dos gases voláteis. No entanto, isso aumenta os custos de investimento e os operacionais. Portanto, é preferível conduzir o flash em uma ou duas etapas em um ou dois separadores flash e, especialmente, é preferível conduzir o flash em duas etapas em dois separadores flash.
[0051] Os gases voláteis residuais, por fim, restantes no polímero depois do separador flash a jusante, podem ser removidos, conforme sabido na técnica, por arranjos adequados de ventilação na extrusora. Em tais métodos, o material com gases voláteis é removido da extrusora através de uma ou mais portas de respiro. A ventilação é adequadamente combinada com remoção por arraste (stripping), utilizando, por exemplo, água, nitrogênio ou dióxido de carbono como gás de arraste. A ventilação do material com gases voláteis da extrusora é bem conhecida no setor e é discutida, por exemplo, no livro de Chris Rauwendaal: “Polymer Extrusion”, Carl Hanser Verlag, Munique, 1986, nos parágrafos 8.5.2 e 8.5.3.
[0052] Além disso, também podem ser usados outros métodos conhecidos na técnica para remoção de gases voláteis residuais do polímero. Tais métodos podem ser utilizados em vez dos métodos mencionados acima de flash secundário e ventilação em uma extrusora ou, alternativamente, podem ser utilizados em combinação com qualquer um ou com os dois.
[0053] A invenção refere-se a um processo que utiliza o separador flash de acordo com quaisquer modalidades anteriores. A pressão no separador flash é adequadamente entre 0,1 MPa e 50 MPa (1 bar e 500 bar), adequadamente 0,15 a 45 MPa (1,5 a 450 bar), mais adequadamente 0,2 a 40 MPa (2 a 400 bar). A temperatura no separador à alta pressão é 100 a 400°C, adequadamente 130 a 300°C, mais adequadamente 160 a 275°C.
[0054] A invenção refere-se ao separador flash utilizado em um processo junto com um processo em solução ou um processo à alta pressão como descritos acima, adequadamente um processo em solução. O separador flash é utilizado adequadamente para separar o copolímero de olefina de monômeros não reagidos e pelo menos um comonômero não reagido. A primeira saída é utilizada para uma corrente de polímero, compreendendo principalmente o copolímero de etileno, e a segunda saída é utilizada para corrente gasosa compreendendo os comonômeros recuperados, mais adequadamente os monômeros e os comonômeros recuperados, ainda mais adequadamente os monômeros e os comonômeros adequadamente recuperados, em que os comonômeros compreendem alfa-olefinas como descritas acima ou uma alfa-olefina como descrita acima.
[0055] Na modalidade do separador flash utilizado em um processo junto com um processo em solução, a entrada dispõe de orifícios com o tamanho adequadamente de 50 a 500 μm, mais adequadamente 80 a 350 μm. Nessa modalidade, a pressão no separador flash é mais adequadamente de 0,2 a 1,4 MPa (2 a 14 bar).
[0056] Na modalidade do separador flash utilizado em um processo junto com um processo à alta pressão, a entrada dispõe de orifícios com o tamanho adequadamente de 15 a 100 μm, mais adequadamente de 20 a 80 μm.
[0057] Nessa modalidade, a pressão no separador flash é mais adequadamente de 15 a 30 MPa (150 a 300 bar).
[0058] De acordo com uma modalidade, a mistura de reação compreende 10 a 35% em peso de copolímero de olefina. Além disso, a quantidade de comonômero na mistura de reação pode ser acima de 1% em peso, adequadamente acima de 5% em peso, sendo mais adequado acima de 10% em peso.
[0059] Em uma modalidade, a corrente de polímero na primeira saída compreende 35 a 99% em peso de copolímero de olefina.
[0060] Em outra modalidade da invenção, o copolímero de olefina é um LDPE e a mistura de reação compreende etileno e pelo menos um comonômero polar como descrito acima. O comonômero compreende pelo menos um alquil-acrilato, acetato de vinila e/ou vinilsilano.
[0061] Em outra modalidade, o copolímero de olefina é um plastômero, adequadamente um copolímero de etileno, e produzido em um processo em solução. Então, a mistura de reação compreende etileno, um comonômero de alfa-olefina e um solvente.
[0062] A Figura 1 mostra um separador flash. A mistura de reação é alimentada à parte superior através de uma entrada cilíndrica com orifícios sobre a superfície cilíndrica. O separador flash dispõe de uma saída na parte inferior para a corrente de polímero e uma saída de gás para a corrente gasosa.
Exemplos Exemplo 1
[0063] O tamanho mínimo da gotícula, necessário para impedir o arraste, é mostrado na Tabela 1, em diferentes vazões do gás, no caso de produção de LDPE com uma pressão de 25 MPa (250 bar) e uma temperatura de 200 °C. A mistura de reação (com fração mássica de comonômero em torno de 1,5% em peso e LDPE com teor de comonômero de 15% em peso), com densidade de 900 kg/m3 e viscosidade de 3*10-5 Ns/m2, é retirada do reator de alta pressão para LDPE e alimentada a um separador flash. O separador flash tem 2,0 m de diâmetro interno e 12,5 m de altura.
[0064] Na vazão de gás de 30000 Kg/h, o tamanho de gotícula crítico correspondente demonstrou ser de aproximadamente 36 μm. Nesse caso, o tamanho dos orifícios deve ser selecionado de modo que o tamanho mínimo da gotícula fique acima desse limite. Assim, gotículas produzidas por uma tela com aberturas de, p. ex., 40 μm de tamanho não serão arrastadas pela corrente de gás movendo- se para cima. No caso de uma tela com aberturas maiores (ou seja, 55 μm) ser selecionada para dispersão, o separador pode ser operado com vazões maiores de gás (ou seja, até ~50000 Kg/h), uma vez que, nessa vazão de gás, o tamanho mínimo das gotículas é menor do que o tamanho da tela. Deve-se assinalar que, quanto maiores forem as aberturas da tela para dispersão (tamanho das gotículas), mais segura é a operação em termos de eliminar o risco de arraste de gotículas. Por outro lado, a eficiência de separação de gases atinge valores menores devido à área menor de transferência de massa das gotículas. Tabela 1. Tamanho mínimo de gotícula em função da vazão de gás na polimerização de etileno à alta pressão
Figure img0001
Exemplo 2
[0065] O tamanho mínimo de gotícula necessário para impedir o arraste é mostrado em função de vazões de gás no caso de processo em solução com P = 0,6 MPa (6 bar) e T = 200 °C. A mistura de reação (com frações de peso de PE, etileno e comonômero de 20, 2.0 e 15,0 respectivamente), com densidade da mistura de 800 kg/m3 e viscosidade = 1*10-5 Ns/m2, é retirada do reator de polimerização em solução e alimentada a um separador flash. O separador flash tem 2,0 m de diâmetro interno e 12,5 m de altura.
[0066] Na vazão de gás de 30000 Kg/h, o tamanho mínimo de gotícula correspondente é cerca de 150 μm. Nesse caso, o tamanho das aberturas deve ser selecionado de modo que o tamanho mínimo de gotícula fique acima desse limite. Assim, gotículas produzidas por uma tela com tamanho de aberturas igual a, p. ex., 170 μm não serão arrastadas pelos gases deslocando-se para cima. No caso de uma tela com aberturas maiores ser selecionada (ou seja, 250 μm) ser selecionada para dispersão, o separador pode ser operado com vazões maiores de gás (ou seja, até ~50000 Kg/h), uma vez que, nessa vazão de gás, o tamanho crítico das gotículas é menor do que o tamanho da tela. Tabela 2. Tamanho mínimo de gotícula em função de vazão de gás na copolimerização de etileno em solução
Figure img0002

Claims (15)

1. Separador flash caracterizado por compreender: a. uma entrada localizada na parte superior do separador flash para alimentação de uma solução de reação ao separador flash, b. opcionalmente, a entrada é contornada com um tubo de saída, c. uma primeira saída dentro da parte inferior do separador flash, e d. uma segunda saída dentro da parte superior do separador flash em que a entrada possui uma parede em geral cilíndrica, caracterizada pelo fato de que a parede em geral cilíndrica é perfurada por múltiplos orifícios com 15 μm a 1500 μm de tamanho.
2. Processo para separar hidrocarbonetos de uma solução de reação contendo um polímero e os referidos hidrocarbonetos caracterizado por compreender as etapas de: passar a solução de reação no separador flash conforme definido na reivindicação 1, produzindo, assim, uma corrente de gotículas fluindo para baixo dentro do separador flash; retirar uma primeira corrente da solução compreendendo a maior parte do polímero através da primeira saída; e retirar uma segunda corrente da solução compreendendo principalmente hidrocarbonetos através da segunda saída, estabelecendo, assim, uma corrente de gás movendo-se para cima dentro do separador flash.
3. Processo de acordo com a reivindicação 2 caracterizado pelo fato de que o tamanho das gotículas é suficientemente grande para que as gotículas não sejam arrastadas pela corrente de gás movendo-se para cima.
4. Processo de acordo com a reivindicação 2 ou reivindicação 3 caracterizado por a pressão no interior do separador flash ser de 0,1 a 50 MPa (1 a 500 bar).
5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 4 caracterizado por a temperatura no interior do separador flash ser de 100 a 400°C.
6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 5 caracterizado por compreender a etapa de aquecimento da solução de reação antes de passá-la para o separador flash.
7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 6 caracterizado por compreender a etapa de reduzir a pressão da solução de reação antes de passá-la para o separador flash.
8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 7 caracterizado por o polímero ser um copolímero de olefina.
9. Processo de acordo com a reivindicação 6 caracterizado por o copolímero de olefina compreender de 10 a 35% em peso da solução de reação.
10. Processo de acordo com a reivindicação 7 caracterizado por a quantidade de comonômero na solução de reação ser pelo menos 1% em peso.
11. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10 caracterizado por o copolímero de olefina ser um polietileno de baixa densidade.
12. Processo de acordo com a reivindicação 11 caracterizado por a solução de reação compreender etileno e pelo menos um comonômero polar.
13. Processo de acordo com a reivindicação 12 caracterizado por o comonômero polar ser selecionado a partir do grupo constituído por alquil-acrilatos, acetatos de vinila, vinilsilanos e misturas destes.
14. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10 caracterizado por o copolímero de olefina ser produzido em um processo em solução.
15. Processo de acordo com a reivindicação 14 caracterizado por a solução de reação compreender uma alfa-olefina.
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