BR112020024095B1

BR112020024095B1 - Sistema para polimerização em solução, e, método

Info

Publication number: BR112020024095B1
Application number: BR112020024095-8A
Authority: BR
Inventors: Maria Pollard; Robert D. Swindoll; Pradeep Jain; Alec Y. Wang; Jorge Rubalcaba; Shrikant Dhodapkar; Sean W. Ewart; Bradley K. Blanchard; George W. Haun Jr; Michael J. Zogg Jr
Original assignee: Dow Global Technologies Llc
Priority date: 2018-05-31
Filing date: 2019-05-30
Publication date: 2023-10-17
Also published as: JP7489327B2; CN112292201A; WO2019232185A1; EP3801875A1; SG11202011412UA; US20210214470A1; JP2021525290A; BR112020024095A2; US11608390B2; KR20210018281A

Abstract

trata-se de um sistema para polimerização em solução que compreende um sistema de reator que é operacional para receber um monômero e reagir com o monômero para formar um polímero; uma pluralidade de recipientes de desvolatilização localizados a jusante do sistema de reator, em que cada recipiente de desvolatilização opera a uma pressão mais baixa que o recipiente de desvolatilização anterior; e um trocador de calor disposto entre dois recipientes de desvolatilização e em comunicação fluídica com os mesmos, em que o trocador de calor tem uma temperatura de porta de entrada de 100 ºc a 230 ºc, uma temperatura de porta de saída de 200 ºc a 300 ºc, uma pressão de porta de entrada de 3,43 a 24,52 mpa (35 a 250 kgf/cm²) e uma pressão de porta de saída de 1,96 a 19,61 mpa (20 a 200 kgf/cm²); e em que a solução de polímero permanece em uma única fase durante a permanência da mesma no trocador de calor.

Description

ANTECEDENTES

[001] A presente revelação se refere a um método e um sistema para produzir polímeros. Em particular, a presente revelação se refere a um método e um sistema para fabricar de copolímeros de poliolefina com altos pesos moleculares em altas concentrações em solução.

[002] Poliolefinas e copolímeros de poliolefina são usados em uma ampla variedade de artigos de comércio, tais como embalagens para alimentos, filmes, utensílios, componentes para automóveis e semelhantes. A Patente n° U.S. 6.420.516 de Tau detalha um sistema de reação para fabricar de copolímeros de poliolefina com uma capacidade de recuperação de polímero aumentada. A Figura 1 é um diagrama esquemático de um processo de solução que inclui uma seção de reação, vaporização instantânea do solvente, seção de recuperação e reciclagem e seção de acabamento de produto de polímero. O sistema de reação pode compreender um ou mais reatores, adiabáticos ou isotérmicos ou combinações dos mesmos, em configurações em série ou paralelas. A Figura 1 representa dois reatores - um reator de primeiro estágio 40 e um reator de segundo estágio 42 em série um com o outro. Os reatores podem ser reatores de tanque agitado continuamente (CSTR), reatores de circuito fechado, reatores de ebulição ou qualquer outro reator para a produção de poliolefinas e podem ser reatores de estágio único ou de múltiplos estágios.

[003] Uma solução de polímero provisória produzida no reator de primeiro estágio 40 passa do primeiro reator 40 para o segundo reator 42 através de uma linha de conexão 46. A solução de polímero provisória tem um teor de polímero de 3 por cento a 30 por cento em peso na temperatura do reator de primeiro estágio 40. A solução de polímero do reator de segundo estágio 42 tem um teor de polímero de 5 por cento a 40 por cento em peso à temperatura do segundo reator, de preferência 15 a 30 por cento em peso. O polímero é insolúvel à temperatura ambiente e solúvel à temperatura do reator. Opcionalmente, uma linha de alimentação 48 alimenta com matérias- primas e/ou catalisador (ou catalisadores) diretamente o reator de segundo estágio 42 para fornecer atributos adicionais ao produto de polímero.

[004] A solução de polímero do reator de segundo estágio 42 é misturada em um misturador 43 com aditivos projetados para pacificar o catalisador e estabilizar o polímero. Alternativamente, outros aditivos podem ser adicionados à solução de polímero no misturador 43. Em seguida, a solução de polímero é aquecida em um trocador de calor de primeiro estágio 44 a partir do qual a mesma passa através de uma linha de descarga 50 até um recipiente de vaporização instantânea 52 (também conhecido como um recipiente de desvolatilização de primeiro estágio 52). A redução de pressão no recipiente de vaporização instantânea 52 permite que componentes altamente voláteis, tais como solvente e monômero não reagido e comonômeros, sejam vaporizados. Os componentes voláteis saem do recipiente de vaporização instantânea 52 através de uma linha de descarga de vapor 56 para resfriamento, condensação e reciclagem. Uma solução de polímero concentrada sai do recipiente de vaporização instantânea 52 através de uma linha de concentrado 60 e é bombeada para uma unidade de acabamento de polímero 66.

[005] Normalmente, a pressão no recipiente de vaporização instantânea 52 é maior que a pressão atmosférica, porém não tão alta a ponto de evitar a vaporização instantânea. O recipiente de vaporização instantânea 52 reduz a temperatura da solução de polímero reduzindo-se a pressão na solução e permitindo-se a vaporização dos componentes mais voláteis. A solução de polímero é resfriada pois, sob condições adiabáticas, fornece um calor de vaporização que é eficaz para vaporizar os componentes mais voláteis. A energia térmica total que entra e sai do recipiente de vaporização instantânea 52 permanece a mesma, desde que calor substancial não seja perdido através das paredes do recipiente, até mesmo caso a temperatura da solução de polímero diminua. A solução de polímero concentrada do recipiente de vaporização instantânea 52 é tipicamente de 50 por cento a 95 por cento em peso de polímero, de preferência, pelo menos 70 por cento a 92 por cento em peso de polímero e, com mais preferência, 80 por cento a 90 por cento em peso de polímero. O polímero dissolvido no solvente é substancialmente inalterado pelo recipiente de vaporização instantânea 52.

[006] A unidade de acabamento de polímero mostrada na Figura 1 inclui um trocador de calor de segundo estágio 62 que passa a solução de polímero concentrada através de uma linha de entrada 64 para um recipiente de desvolatilização de segundo estágio 66. Um produto de polímero sai do recipiente de desvolatilização 66 através de uma linha de produto 68 e o vapor de solvente volátil sai do recipiente de desvolatilização 66 através de uma linha de reciclagem 70. A unidade de acabamento de polímero reduz o teor de solvente da solução de polímero concentrada a um nível suficientemente baixo para que o polímero possa ser peletizado. Normalmente, o polímero acabado contém, no máximo, 2.000 ppm, de preferência, no máximo, 1.500 ppm, com mais preferência, no máximo, 1.000 ppm e, com mais preferência, no máximo, 500 ppm. Embora o polímero acabado possa ser caracterizado como tendo apenas vestígios de solvente residual, o mesmo tem pelo menos 50 ppm de solvente, sendo mais comuns níveis de solvente acima de 100 ppm.

[007] Os péletes podem ser purgados com ar quente para reduzir o solvente a níveis aceitáveis para clientes específicos. A fim de evitar que os péletes amoleçam a ponto de fluírem e aderirem uns aos outros, a temperatura do ar de purga quente deve ser pelo menos 15 °C mais baixa que a temperatura de fusão total (Tm) do polímero. Para polímeros de alta densidade, essa abordagem é bastante útil, pois o ar quente a 65 °C ou mais pode ser usado para remover com eficácia o solvente residual. No entanto, esse tratamento não pode ser realizado em péletes com Tm próxima da temperatura ambiente, por exemplo, elastômeros que têm Tm na faixa de 30 a 50 °C. O uso de ar quente para purgar esses polímeros fará com que essas péletes amoleçam, fluam e adiram umas às outras devido às suas baixas densidades. Caso os péletes sejam purgados a temperaturas abaixo de 25 °C a fim de evitar que adiram um ao outro, é necessário um período de tempo muito longo para atingir o nível de solvente desejado, tornando esse tratamento impraticável. Portanto, é desejável usar métodos de separação diferentes durante a produção de polímeros elastoméricos que têm temperaturas de fusão em massa inferiores a aproximadamente 80 °C.

[008] Além dos requisitos técnicos acima mencionados para polímeros de baixa Tm, as regulamentações ambientais destinadas voltadas para a redução das emissões de compostos orgânicos voláteis e, especialmente, compostos orgânicos voláteis altamente reativos (HRVOC) têm se tornado cada vez mais rigorosas. Tendo em vista essas questões, é desejável fazer modificações no projeto do processo que reduzam os níveis de solvente na fusão do polímero, antes da granulação e solidificação, para superar os problemas relacionados à qualidade do produto e relacionados à licença de qualidade do ar.

SUMÁRIO

[009] No presente documento, é revelado um sistema para polimerização em solução que compreende um sistema de reator que é operacional para receber um monômero e reagir com o monômero para formar um polímero; uma pluralidade de recipientes de desvolatilização localizados a jusante do sistema de reator, em que cada recipiente de desvolatilização opera a uma pressão mais baixa que o recipiente de desvolatilização anterior; e um trocador de calor disposto entre dois recipientes de desvolatilização e em comunicação fluídica com os mesmos, em que o trocador de calor tem uma temperatura de porta de entrada de 120 °C a 230 °C, uma temperatura de porta de saída de 200 °C a 300 °C, uma pressão de porta de entrada de 3,43 a 24,52 MPa (35 a 250 kgf/cm2) e uma pressão de porta de saída de 1,96 a 19,61 MPa (20 a 200 kgf/cm2); e em que a solução de polímero permanece em uma única fase durante a permanência da mesma no trocador de calor.

[0010] Além disso, é revelado no presente documento, um método que compreende carregar um sistema de reator com um monômero, um solvente e um catalisador; reagir o monômero para formar um polímero; em que a reação para formar o polímero é conduzida de maneira adiabática ou isotérmica e em que o polímero é disperso em uma solução de polímero; descarregar a solução de polímero do sistema de reator para uma pluralidade de recipientes de desvolatilização localizados a jusante do sistema de reator; em que cada recipiente de desvolatilização opera a uma pressão mais baixa que o recipiente de desvolatilização anterior; e descarregar a solução de polímero de pelo menos um recipiente de desvolatilização para um trocador de calor; aquecer a solução de polímero no trocador de calor; em que o trocador de calor recebe a solução de polímero a uma temperatura da porta de entrada de 120 °C a 230 °C, uma temperatura da porta de saída de 200 °C a 300 °C, uma pressão da porta de entrada de 4,9 a 14,71 MPa (50 a 150 kgf/cm2) e uma pressão da porta de saída de 2,94 a 14,71 MPa (30 a 150 kgf/cm2); e em que a solução de polímero permanece em uma única fase durante a permanência da mesma no trocador de calor.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0011] A Figura 1 é um diagrama esquemático do sistema de reação que tem uma unidade de vaporização instantânea adiabática para vaporizar instantaneamente a solução de polímero; A Figura 2 é um diagrama esquemático de um sistema de polimerização de solução exemplificativo usado para fabricar de soluções de polímero que têm uma concentração mais alta de polímero no solvente; A Figura 3A é uma representação esquemática de uma modalidade do trocador de calor; A Figura 3B é outra representação esquemática de outra modalidade do trocador de calor; A Figura 3C é outra representação esquemática de outra modalidade do trocador de calor; A Figura 3D é outra representação esquemática de outra modalidade do trocador de calor; A Figura 3E é uma representação esquemática de uma modalidade do distribuidor; A Figura 3F é uma representação esquemática de outra modalidade do distribuidor; A Figura 4 é outro diagrama esquemático de um sistema de polimerização de solução exemplificativo usado para separar polímero de um solvente; e A Figura 5 é outro diagrama esquemático de um sistema de polimerização de solução exemplificativo usado para separar polímero de um solvente.

DESCRIÇÃO DETALHADA DEFINIÇÕES

[0012] O termo "reator de tanque agitado contínuo" ou "CSTR", conforme usado no presente documento, se refere a um reator de tanque com o qual os reagentes são alimentados continuamente e o produto é continuamente retirado. O CSTR é agitado mecanicamente de modo que haja uma boa aproximação de uma mistura por refluxo perfeita.

[0013] O termo "reator de ebulição", conforme usado no presente documento, se refere a um reator operado em condições de modo que uma fase líquida e uma fase de vapor estejam presentes. Pelo menos parte do solvente e monômero introduzidos no reator como um líquido são vaporizados e saem do reator como um vapor, desse modo, removendo parte do calor de polimerização que resulta em uma concentração polimérica mais alta, em comparação a um reator adiabático, na corrente de líquido que sai do reator. A corrente de vapor que sai do reator é resfriada e reciclada para o reator. Qualquer líquido que seja condensado nesse processo de resfriamento também é reciclado para o reator. Esses reatores são normalmente bem misturados e podem ser misturados simplesmente pela introdução da corrente de reciclagem de vapor; no entanto, a mistura pode ser aumentada por meio de agitação mecânica. O reator de ebulição pode ser usado sozinho ou em combinação com outros reatores de ebulição, CSTRs, reatores de circuito fechado ou qualquer outro reator para a produção de poliolefinas e pode ser um reator de estágio único ou de múltiplos estágios.

[0014] Uma variação do CSTR é o reator de circuito fechado que compreende um conduíte através do qual os fluidos do processo são circulados novamente. Muitas vezes, o reator também contém um ou vários trocadores de calor, uma bomba de recirculação e um dispositivo de injeção para reagentes e catalisador. Os trocadores de calor nos reatores de circuito fechado podem ser casco e tubo, casco e tubo com inserções de elemento de mistura, placa e armação ou trocadores do tipo placa plana.

[0015] O termo "reator tubular" deve descrever um reator que tem a forma de um tubo simples. O reator tubular da presente invenção terá uma razão comprimento/diâmetro (L/D) de pelo menos 10/1. O reator tubular pode ou não ser agitado. O reator tubular pode ser operado de maneira adiabática ou isotérmica. Quando operado de maneira adiabática, à medida que a polimerização progride, o comonômero remanescente é consumido cada vez mais e a temperatura da solução aumenta (em que os dois aprimoram a eficiência de separação do comonômero restante da solução de polímero). É especialmente preferencial que o aumento de temperatura ao longo do comprimento do reator tubular seja maior que 3 °C (ou seja, que a temperatura de descarga do reator tubular seja pelo menos 3 °C maior que a temperatura de descarga do reator que alimenta o tubo reator).

[0016] O reator tubular usado na presente revelação pode ter uma porta de alimentação para etileno, hidrogênio e solvente adicionais. A alimentação pode ser “temperada" - isto é, a temperatura do etileno, hidrogênio e/ou solvente adicional é aquecida acima da temperatura ambiente (de preferência a cerca de 100 °C), porém a temperatura está abaixo da temperatura de descarga do reator tubular. Em uma modalidade, o etileno é temperado entre 100 e 200 °C. Também é desejável adicionar etileno e hidrogênio com solvente. A quantidade de solvente (expressa como uma razão de peso, com base no etileno) é, de preferência, de 10/1 a 0,1/1, especialmente de 5/1 a 1/1.

[0017] O termo “vaporizado(a) instantaneamente de maneira adiabática", conforme usado no presente documento, se refere a uma etapa de vaporização instantânea em que não há adição de calor à solução de polímero entre o reator ou reatores e o recipiente de vaporização instantânea.

[0018] Por "substancialmente uniforme" conforme usado em relação a uma dimensão (tal como largura ou altura) ou uma área de corte transversal da zona dentro de um canal de aquecimento entende-se que a mesma não é convergente nem divergente, ou é convergente e/ou divergente em, no máximo, dez por cento da média dessa dimensão.

[0019] O termo "teor de sólidos" se refere à quantidade de polímero na solução de polímero. O termo "concentração polimérica" é usado alternadamente com "teor de sólidos" quando se refere à concentração do polímero na solução de polímero.

[0020] “Polímero” se refere a um composto preparado polimerizando- se monômeros, sejam do mesmo tipo ou de um tipo diferente. O termo genérico “polímero” abrange os termos “oligômero”, “homopolímero”, “copolímero”, “terpolímero” assim como “interpolímero”.

[0021] “Interpolímero” se refere a polímeros preparados pela polimerização de pelo menos dois tipos diferentes de monômeros. O termo genérico “interpolímero” inclui o termo “copolímero” (que é geralmente empregado para denominar um polímero preparado a partir de dois monômeros diferentes), assim como o termo “terpolímero” (que é usualmente empregado para denominar um polímero preparado a partir de três diferentes tipos de monômeros). O mesmo também engloba polímeros feitos pela polimerização de quatro ou mais tipos de monômeros.

[0022] "Oligômero" se refere a uma molécula de polímero que consiste em apenas algumas unidades monoméricas, como um dímero, trímero, tetrâmero ou um polímero com menos de 20 átomos de carbono em sua cadeia.

[0023] “Pressão de ponto de bolha” significa a pressão na qual a primeira bolha de vapor é formada a uma determinada temperatura.

[0024] “Solução de polímero” significa uma solução que contém um polímero dissolvido em que o polímero e os voláteis estão em uma única fase - uma fase líquida.

[0025] As viscosidades da solução são medidas com o uso de um reômetro Anton Paar MCR 102 fabricado pela Anton Paar Germany GmbH. O reômetro está equipado com um sistema de aquecimento elétrico C- ETD300. O sistema de recipiente cilíndrico e cilindro externo (combinação de cilindros concêntricos) compreende um copo de 27 mm de diâmetro e um cilindro de 25 mm de diâmetro para permitir um intervalo de 1 mm entre os dois. O bob é operado em modo de rotação dentro de uma célula de pressão de 150 bar (aproximadamente 153 kgf/cm2). As medições de viscosidade são obtidas a uma pressão de 30 bar (aproximadamente 31 kgf/cm2 - obtido com uma atmosfera de nitrogênio), uma faixa de temperaturas (150 a 250 °C), uma faixa de concentrações de polímero (20 a 90 por cento em peso), uma faixa de taxas de cisalhamento (0,1 a> 100 segundos recíprocos (s -1)) e uma faixa de pesos moleculares de polímero (15.000 a 200.000 g/mol). Em todos os casos, o solvente foi ISOPAR™ E da ExxonMobil. As medições de viscosidade obtidas variaram de 0,1 a 2.000 Pa s (100 a mais de 2.000.000 centipoise).

[0026] No presente documento, é revelado um sistema de polimerização de solução para fabricar soluções de polímero que contêm uma alta concentração polimérica em altos pesos moleculares de polímero. O sistema compreende uma pluralidade de reatores conectados em série entre si que são usados para polimerização em solução de um ou mais monômeros para produzir uma solução de solvente de polímero (doravante denominada uma solução de polímero). Pelo menos um dos reatores facilita a polimerização em condições isotérmicas. Os reatores estão em comunicação fluídica com uma bomba de deslocamento positivo opcional, um aquecedor e um sistema de desvolatilização que compreende pelo menos 2 recipientes de desvolatilização, de preferência pelo menos 3 recipientes de desvolatilização. Cada recipiente de desvolatilização sucessivo opera a uma pressão mais baixa que o recipiente anterior. Essa disposição reduz o teor volátil no polímero para menos de 400 partes por milhão, de preferência menos de 300 partes por milhão e com mais preferência, menos de 100 partes por milhão antes da peletização, granulação e solidificação.

[0027] A Figura 2 é uma representação esquemática de um sistema de polimerização de solução exemplificativo 100 (doravante sistema 100) que pode ser usado para polimerizar um monômero (ou uma pluralidade de monômeros) para produzir um polímero ou copolímero. O sistema 100 compreende um sistema de reator 102 que pode compreender uma ou mais unidades de reator (que estão dispostas em série ou em paralelo) em comunicação fluídica entre si. Um exemplo de tal sistema de reator é apresentado nas Patentes n° U.S. 4.616.937, n° 4.753.535 e n° 4.808.007, cujo teor total é incorporado no presente documento a título de referência. O sistema de reator 102 é operacional para receber monômeros, comonômeros, hidrogênio, catalisador, iniciadores, solvente e semelhantes.

[0028] Em uma modalidade, os reatores no sistema de reator 102 podem ser reatores de tanque agitado contínuo (CSTRs), reatores de circuito fechado (por exemplo, reator de circuito único, reator de circuito duplo), reatores de ebulição e podem ser reatores de único ou múltiplos estágios. Em uma modalidade, esse processo pode empregar vários catalisadores em um ou mais reatores.

[0029] Em uma modalidade, quando o sistema emprega vários reatores, esses reatores podem ser todos do mesmo tipo (por exemplo, todos os reatores podem ser reatores de circuito fechado ou todos os reatores podem ser reatores de tanque agitado contínuo). Em outra modalidade, os reatores podem ser diferentes tipos de reatores (por exemplo, um reator pode ser um reator de circuito fechado ao passo que o outro reator pode ser um reator de tanque agitado contínuo) ou combinações dos mesmos. Em uma modalidade, pelo menos um dos reatores é um reator adiabático, ou seja, nenhum calor é fornecido ao reator durante a reação. Em outra modalidade, pelo menos um dos reatores é um reator isotérmico com o calor da reação (gerado no reator) sendo removido em um ou mais trocadores de calor que estão presentes dentro do reator isotérmico. Em uma modalidade, os trocadores de calor podem ser um trocador de calor de casco e tubo, um trocador de calor de casco e tubo com inserções de elemento de mistura, um trocador de calor de placa e armação ou um resfriador de placa plana.

[0030] Em uma modalidade, os trocadores de calor podem ser trocadores de casco e tubo quando o sistema de reator compreende pelo menos um reator de circuito fechado. Em outra modalidade, os trocadores de calor podem ser trocadores de casco e tubo com elementos de mistura de fita torcida quando o sistema de reator compreende pelo menos um reator de circuito fechado. Em ainda outra modalidade, os trocadores de calor podem ser trocadores de placa plana quando o sistema de reator compreende pelo menos um reator de circuito fechado.

[0031] Em uma modalidade, o trocador de placa plana compreende um casco dentro do qual está disposta uma pluralidade de placas empilhadas uma sobre a outra, em que um par de placas vizinhas (junto das paredes associadas), quando em contato uma com a outra, forma uma pluralidade conduítes dispostos radialmente que facilitam o transporte da solução de polímero do centro do casco para o exterior do casco ou, alternativamente, do exterior para o centro do casco ao mesmo tempo que abaixa a temperatura do mesmo ou mantém a temperatura do mesmo constante removendo-se o calor de polimerização e simultaneamente reduzindo-se sua pressão.

[0032] O trocador pode, alternativamente, ser descrito como um trocador de calor de placa plana, no qual as placas são suspensas em um casco cilíndrico. Em uma modalidade, o refrigerador de placa plana compreende uma porta de entrada localizada em uma extremidade do casco através da qual a solução de polímero é carregada para o resfriador e uma porta de saída localizada em outra extremidade do casco através da qual a solução de polímero é removida, e em que a porta de entrada e a porta de saída não estão em comunicação direta uma com a outra, forçando a solução de polímero a percorrer ao longo da periferia do trocador e através dos conduítes; em que os conduítes são resfriados com o uso de um fluido de resfriamento, tal como água.

[0033] Localizados a jusante do sistema de reator 102 estão uma pluralidade de recipientes de desvolatilização em série uns com os outros - um primeiro recipiente de desvolatilização 108, um segundo recipiente de desvolatilização 110 e um terceiro recipiente de desvolatilização 112 que estão em comunicação fluídica com o sistema de reator 102 e um com o outro.

[0034] Disposto entre o sistema de reator 102 e o primeiro recipiente de desvolatilização 108 está um reator tubular opcional 106, uma bomba opcional 109 que facilita o aumento da pressão de corrente 214 antes de entrar em um aquecedor opcional 107 que facilita o aumento da temperatura da solução de polímero.

[0035] O reator tubular 106 está em comunicação fluídica com o sistema de reator 102. O reator tubular 106 pode receber opcionalmente monômero, comonômero, hidrogênio e catalisador adicionais. O reator tubular 106 aumenta adicional mais a concentração polimérica por meio da reação adicional de monômero e/ou comonômero não reagidos ou, opcionalmente, o monômero e/ou comonômero adicionais.

[0036] Em uma modalidade, a bomba 109 é uma bomba de parafuso. Em outra modalidade, a bomba 109 é uma bomba de engrenagem. Em uma modalidade, o trocador de calor é um trocador de casco e tubo. Em outra modalidade, o trocador de calor é um trocador de calor de placa e armação. Em outra modalidade, o trocador de calor é um trocador de calor de placa plana.

[0037] Disposto entre o trocador de calor 107 e o primeiro recipiente de desvolatilização 108 está um regulador de pressão 105 que controla a pressão no sistema até a localização do regulador de pressão 105 e permite que a pressão caia para o nível desejado no primeiro recipiente de desvolatilização 108.

[0038] Disposto entre quaisquer dois dos recipientes de desvolatilização está um primeiro trocador de calor 114 que facilita o aumento da temperatura da solução de polímero ao mesmo tempo que retém em uma única fase durante a permanência da solução de polímero no aquecedor. Em uma modalidade, o primeiro trocador de calor 114 é um trocador de placa e quadro ou um trocador de calor de placa plana. Manter a solução de polímero monofásica é útil para uma transferência de calor eficaz.

[0039] Disposto no interior de qualquer um dos recipientes de desvolatilização está um distribuidor 130/131 que facilita o aumento da área de superfície para transferência de massa e separação da corrente de polímero para separar o polímero dos voláteis. Qualquer projeto que possa aumentar a área de transferência de massa pode ser usado como distribuidor. Em uma modalidade, o distribuidor compreende um primeiro conduíte que tem uma porta de entrada para carregar um fluido de aquecimento no distribuidor e uma porta de saída para remover o fluido de aquecimento do distribuidor. Em uma modalidade, o distribuidor compreende adicionalmente um segundo conduíte para carregar a solução de polímero no distribuidor.

[0040] Uma pluralidade de placas é disposta em torno do segundo conduíte para definir um espaço anular de cima para baixo do distribuidor. Em uma modalidade, uma porção da pluralidade de placas pode formar uma pilha. Em uma modalidade, cada pilha de placas sucessiva tem diâmetro interno menor que a pilha de placas localizada acima da mesma, formando assim o segundo espaço anular estreito de cima para baixo do distribuidor. Em uma modalidade, a pluralidade de pilhas de placas pode aumentar, diminuir ou permanecer a mesma em seu diâmetro externo.

[0041] Cada placa, quando colocada uma sobre a outra (ou seja, duas placas sucessivas colocadas uma sobre a outra), define uma pluralidade de conduítes que se estendem radialmente que se estendem do segundo espaço anular para a periferia externa das placas. Cada conduíte tem uma largura variável ao longo de seu comprimento. Em uma modalidade, o distribuidor é operado a uma pressão e a uma temperatura eficaz para promover a separação de um solvente de uma solução de polímero durante o transporte da solução de polímero através do distribuidor.

[0042] Em uma modalidade exemplificativa, o primeiro trocador de calor 114 está disposto a jusante do primeiro recipiente de desvolatilização 108 e a montante do segundo recipiente de desvolatilização 110. Em outra modalidade exemplificativa, um segundo trocador de calor 115 está disposto a jusante do segundo recipiente de desvolatilização 110 e a montante do terceiro recipiente de desvolatilização 112.

[0043] Os processos de solução para a copolimerização de etileno e uma alfa olefina com 3 a 12 átomos de carbono são geralmente conduzidos na presença de um solvente de hidrocarboneto inerte. Exemplos ilustrativos de tais monômeros de alfa-olefina são um ou mais de propileno, 1-buteno, 1- penteno, 1-hexeno, 1-octeno e 1-deceno. 1-octeno é o preferencial.

[0044] Exemplos de solventes de hidrocarbonetos inertes incluem um hidrocarboneto C5-12 que pode ser não substituído ou substituído por um grupo C1-4 alquila, tal como pentano, metil pentano, hexano, heptano, octano, ciclo- hexano, metilciclo-hexano e nafta hidrogenada. Um exemplo de um solvente adequado que está disponível comercialmente é “ISOPAR® E ”(solvente C812 alifático, Exxon Chemical Co.).

[0045] Esse processo pode ser usado para produzir polímeros à base de olefinas, tais como homopolímeros de etileno ou interpolímeros com outros alquenos (por exemplo, copolímeros ou terpolímeros) e, opcionalmente, um dieno (por exemplo, um terpolímero de EPDM). Os catalisadores usados podem ser catalisadores Ziegler-Natta, catalisadores bis- metaloceno, catalisadores de geometria restrita, um complexo ariloxiéter polivalente, uma fosfinimina ou uma combinação dos mesmos.

[0046] Os monômeros são misturados com hidrogênio e dissolvidos/dispersos no solvente antes de serem alimentados ao sistema de reator 102. Antes da mistura, o solvente e os monômeros (às vezes denominados de "matéria-prima") são geralmente purificados para remover potenciais venenos do catalisador, tais como água, oxigênio ou outras impurezas polares. A purificação da matéria-prima pode empregar peneiras moleculares, leitos de alumina ou catalisadores de remoção de oxigênio. O solvente também pode ser purificado de maneira semelhante. As alimentações para o sistema de reator 102 são geralmente resfriadas a uma temperatura inferior a 40 °C, de preferência, inferior a 20 °C. O resfriamento da alimentação pode facilitar uma redução no tamanho do trocador de calor no sistema do reator. O resfriamento pode ser conduzido no sistema do reator ou antes da entrada no sistema do reator. Em uma modalidade preferencial, o resfriamento da alimentação pode ser conduzido antes da entrada no sistema de reator.

[0047] De modo geral, os componentes do catalisador podem ser pré- misturados no solvente para a reação ou fornecidos como correntes separadas para um ou múltiplos reatores no sistema de reator 102.

[0048] Em uma modalidade, o sistema de reator 102 opera a uma pressão superior a 3,92 MPa (40 kgf/cm2), de preferência, superior a 4,41 MPa (45 kgf/cm2) e, com mais preferência, superior a 4,9 MPa (50 kgf/cm2). Em uma modalidade, o sistema de reator 102 opera em temperaturas que variam de 120 a 230 °C. Em uma modalidade, a solução de polímero que sai do sistema de reator 102 pode ter temperaturas de 130 a 240 °C, de preferência, 180 a 210 °C.

[0049] O polímero está presente na solução de polímero em uma quantidade de 10 a 30% em peso, de preferência, 15 a 25% em peso, na saída do sistema de reator 102. Os índices de fusão I2 (ou I2) e I10 (ou I10), para polímeros à base de etileno, são medidos em conformidade com ASTM D1238 (método B) a 190 °C e a 2,16 kg e 10 kg de carga, respectivamente. Seus valores são expressos em g/10 min. A relação do índice de fusão (também denominada de razão de fluxo de fusão) I10/I2 é a razão dos dois valores e não tem dimensão. O índice de fusão do polímero na saída do sistema de reator 102 pode estar em uma faixa de 0,1 a 1.500.

[0050] Em uma modalidade, a viscosidade da solução de polímero que sai do sistema de reator 102 é de 0,05 a 6 Pa s (50 a 6.000 centipoise) quando medida conforme detalhado acima. As amostras para medição de densidade são preparadas de acordo com ASTM D4703. As medições são feitas, de acordo com ASTM D792, Método B, dentro de uma hora de prensagem de amostra. Em uma modalidade exemplificativa, o produto que sai do sistema de reator 102 tem densidade de 0,865 a 0,920 g/cm3, um índice de fusão I2 de 0,25 a 210,0 e uma razão de fluxo de fusão de I10/I2 de 6,0 a 8,5. A uma temperatura do reator de 160 °C a uma concentração polimérica de 20% em peso, espera-se que a viscosidade da solução na saída do sistema do reator seja superior a 4 Pa s (4.000 centipoise), medida conforme detalhado acima.

[0051] Com referência agora à Figura 2, a atividade da solução de polímero é terminada ou reduzida substancialmente adicionando-se um neutralizador de catalisador (às vezes denominado de um hidrolisador) à solução de polímero na porta 212 localizada na corrente 214 (localizada a jusante do sistema de reator 102). O neutralizador do catalisador serve para reduzir a atividade do catalisador para o mais próximo de zero possível. Um exemplo de neutralizador de catalisador é água ou álcool e é adicionado à solução de polímero em uma quantidade de 10 a 100 partes por milhão, com base no peso total do polímero que está em solução.

[0052] Um trocador de calor 107 e uma bomba de deslocamento positivo opcional 109 estão dispostos a jusante do sistema de reator 102. Em uma modalidade, a bomba de deslocamento positivo 109 fica a jusante do sistema de reator 102 e a montante do trocador de calor 107. A bomba de deslocamento positivo 109 aumenta a pressão da solução de polímero a fim de facilitar a manutenção da solução de polímero monofásica no trocador de calor 107. O trocador de calor 107 é, de preferência, um aquecedor de casco e tubo que facilita o aquecimento da solução de polímero, especialmente na inicialização. Em outra modalidade, o trocador de calor 107 é um trocador de calor de placa plana. Em uma modalidade, o trocador de calor 107 pode ser a fonte primária de energia para a solução de polímero para a desvolatilização do solvente da solução de polímero. Esta desvolatilização é conduzida nos estágios de desvolatilização que se encontram a jusante do trocador de calor 107.

[0053] Quando o trocador de calor 107 é usado principalmente para facilitar a inicialização do sistema de polimerização de solução 100, a solução de polímero que emana do sistema de reator 102 é aquecida a uma temperatura de 200 a 260 °C. Quando o trocador de calor 107 é usado como a fonte primária de energia para a solução de polímero (para a desvolatilização de solvente nas etapas de desvolatilização subsequentes), a solução de polímero do sistema de reator 102 é aquecida a uma temperatura que varia de pelo menos 220 a 270 °C.

[0054] Em uma modalidade, o aumento na temperatura da solução de polímero facilitado pelo trocador de calor 107 permite que a solução de polímero vaporize instantaneamente de maneira adiabática no primeiro recipiente de desvolatilização 108 e produza uma solução de polímero que compreende 50 a 90% em peso de polímero, com base no peso da solução de polímero. A viscosidade da solução de polímero após o estágio de neutralização de catalisador é 0,1 a 10 Pa s (100 a 10.000 centipoise) medido, conforme detalhado acima.

[0055] A válvula de controle 105 é projetada para controlar a pressão no sistema de reator e trocador de calor de modo a manter a solução de polímero em uma única fase (líquida) até a primeira unidade de desvolatilização. É preferencial que a solução de polímero permaneça na fase única (líquida) no trocador de calor 107. Em alguns casos, a solução de polímero pode se tornar duas fases líquidas (uma fase rica em polímero e uma fase rica em solvente), porém é preferencial evitar que a solução de polímero forme uma fase de vapor.

[0056] Em seguida, a solução de polímero é descarregada para um sistema de desvolatilização que compreende uma série de recipientes de desvolatilização - o primeiro recipiente de desvolatilização 108, o segundo recipiente de desvolatilização 110 e o terceiro recipiente de desvolatilização 112, dentre os quais todos estão em comunicação fluídica em série um com o outro. O primeiro recipiente de desvolatilização 108 está localizado a montante do segundo recipiente de desvolatilização 110 que, por sua vez, está localizado a montante do terceiro recipiente de desvolatilização 112. Em uma modalidade, o primeiro navio de desvolatilização 108 está localizado em uma altitude mais alta que o segundo navio de desvolatilização 110. A diferença de pressão entre os dois recipientes de desvolatilização 108 e 110 juntamente com a gravidade facilita a descarga da solução de polímero concentrada do primeiro recipiente de desvolatilização 108 para o segundo recipiente de desvolatilização 110. Em uma modalidade, o segundo navio de desvolatilização 110 também pode estar localizado a uma altitude mais elevada que o terceiro navio de desvolatilização 112.

[0057] Cada recipiente de desvolatilização sequencial opera a uma pressão mais baixa que o recipiente anterior, e cada recipiente de desvolatilização facilita a vaporização instantânea adiabática do solvente da solução de polímero, deixando para trás uma solução de polímero que tem uma concentração polimérica mais alta em relação a antes da vaporização instantânea.

[0058] A solução de polímero compreende cerca de 15 a 40% em peso de sólidos, de preferência, 25 a 30% em peso de sólidos no ponto de entrada ao primeiro recipiente de desvolatilização 108. No primeiro recipiente de desvolatilização 108, a solução de polímero é submetida a uma vaporização instantânea adiabática em que pelo menos 60% em peso do solvente é removido de modo que a solução seja concentrada a pelo menos 50% em peso de polímero, com base no peso total da solução de polímero.

[0059] Em uma modalidade, o primeiro recipiente de desvolatilização 108 opera de maneira adiabática para facilitar a remoção do solvente da solução de polímero. Caso o sistema 100 não contenha bomba de deslocamento positivo 109 e nenhum trocador de calor 107, a solução de polímero que entra no primeiro recipiente de desvolatilização 108 está sob uma temperatura de 205 a 225 °C, de preferência, de 210 a 220 °C e a uma pressão de 4,9 a 6,86 MPa (50 a 70 kgf/cm2). Caso o sistema 100 contenha uma bomba de deslocamento positivo 109 e o trocador de calor 107, a solução de polímero que entra no primeiro recipiente de desvolatilização 108 está sob uma temperatura de 260 a 280 °C, de preferência, de 265 a 275 °C e a uma pressão de 6,86 a 11,77 MPa (70 a 120 kgf/cm2).

[0060] Em uma modalidade, a pressão no primeiro recipiente de desvolatilização é mantida em 0,2 a 1,18 MPa (2 a 12 kgf/cm2), permitindo que o solvente evapore e aumente o teor de polímero na solução de polímero para 45 a 90% em peso, de preferência, 50 a 70% em peso, com base no peso total da solução de polímero. A temperatura da solução de polímero que sai do primeiro recipiente de desvolatilização 108 é de 170 °C a 220 °C e sua pressão é de 0,2 a 1,18 MPa (2 a 12 kgf/cm2). A solução de polímero que sai do primeiro recipiente de desvolatilização 108 contém polímero em uma quantidade de 50 a 90% em peso, com base no peso total da solução de polímero que sai do primeiro recipiente de desvolatilização 108.

[0061] Em seguida, a solução de polímero é descarregada do primeiro recipiente de desvolatilização 108 por meio da corrente 216 para uma primeira bomba de deslocamento positivo opcional 124 e um primeiro trocador de calor 114. A primeira bomba de deslocamento positivo opcional 124 facilita o aumento da pressão da solução de polímero, ao passo que o primeiro trocador de calor 114 facilita o aquecimento da solução de polímero a uma temperatura que é maior que a temperatura na porta de entrada do mesmo. Esse aumento de pressão (provocado pela primeira bomba de deslocamento positivo opcional 124) e de temperatura (provocado pelo primeiro trocador de calor 114) facilita a desvolatilização adicional de produtos voláteis da solução de polímero quando é vaporizada instantaneamente de maneira adiabática no segundo recipiente de desvolatilização 110 para aumentar a concentração de sólidos até uma quantidade superior a 90% em peso, com base no peso total da solução de polímero. Caso a bomba de deslocamento positivo não esteja presente, os recipientes 108 e 110 são colocados de modo a depender da gravidade e da diferença de pressão para empurrar a solução de polímero do recipiente 108 para o recipiente 110. Nesse caso, a válvula 122 é opcional.

[0062] Em uma modalidade, a primeira bomba de deslocamento positivo opcional 124 pode ser uma bomba de engrenagem ou uma bomba de parafuso que facilita um aumento da pressão da solução de polímero que entra no trocador de calor 114 a partir do recipiente de pressão 108 para uma maior pressão de 3,43 MPa (35 kgf/cm2). Em uma modalidade, a primeira bomba de deslocamento positivo opcional 124 aumenta a pressão da solução de polímero que entra no trocador de calor 114 para 3,43 a 13,73 MPa (35 a 140 kgf/cm2).

[0063] Em uma modalidade, o primeiro trocador de calor 114 é um aquecedor de placa plana que aquece a solução de polímero de uma temperatura de 140 °C a 240 °C até uma temperatura de 200 °C a 300 °C. Os detalhes do primeiro trocador de calor 114 são fornecidos no Pedido de Patente Provisório n° U.S. 62/678597, depositado concomitantemente com o presente documento, cujo conteúdo é incorporado ao presente documento a título de referência em sua totalidade. A solução de polímero pode fluir de cima para baixo ou, alternativamente, de baixo para cima no primeiro trocador de calor 114. A solução de polímero também pode fluir do núcleo interno para o exterior das ranhuras do trocador ou, alternativamente, do perímetro externo das ranhuras para o núcleo interno do trocador. As Figuras 3A, 3B, 3C e 3D incluem representações esquemáticas do primeiro trocador de calor 114 que é operado em configurações de fluxo de cima para baixo e de dentro para fora ou de fora para dentro e em configurações de fluxo de baixo para cima e de dentro para fora ou de fora para dentro, respectivamente.

[0064] A Figura 3A representa um exemplo do primeiro trocador de calor 114 (em uma configuração de fluxo de cima para baixo, de dentro para fora) que compreende um casco 402 com uma porta de entrada 404 para introduzir uma solução de polímero no casco 402 e uma porta de saída 414 para remover a solução de polímero do casco. A Figura 3A representa a porção 180 (mostrada em linhas pontilhadas) da Figura 2, que abrange a bomba 124, o primeiro trocador de calor 114 e o primeiro dispositivo de regulação de pressão 122. Também pode representar a porção 182 (mostrada em linhas pontilhadas na Figura 2) da Figura 2, que abrange uma bomba 125 e um segundo aquecedor de placa plana opcional 115 e um segundo dispositivo de regulação de pressão 123 opcional que estão dispostos a jusante do segundo dispositivo de desvolatilização 110 e a montante do terceiro dispositivo de desvolatilização 112. O funcionamento das porções 180 e 182 é discutido mais detalhadamente a seguir.

[0065] O primeiro trocador de calor 114 (consultar a Figura 3A) compreende uma pluralidade de placas 408, nas quais cada uma das placas é empilhada uma sobre a outra para definir uma passagem central 406 que está em comunicação fluídica direta com a porta de entrada 404 do casco 402. Uma placa 412 evita o fluxo direto da solução de polímero da parte superior para a parte inferior do primeiro trocador de calor 114.

[0066] A pluralidade de placas 408 (quando empilhadas umas sobre as outras) define adicionalmente uma pluralidade de conduítes 410 que se estendem radialmente para fora da passagem central 406 para a periferia externa das placas. Localizado entre o caso 402 e a periferia das placas, está um espaço anular 416 que permite que uma solução de polímero se desloque da porta de entrada 404 para a porta de saída 414 do trocador de calor 114. Em suma, uma solução de polímero que entra na porta de entrada 404 do trocador de calor 114 (durante a operação em uma configuração de fluxo de cima para baixo) é transportada para a porta de saída 414 através da passagem central 406, dos conduítes radiais 410 e do espaço anular 416 (em sequência). A solução de polímero permanece em uma única fase durante todo o seu percurso através do trocador de calor 114. Em uma modalidade, a solução de polímero permanece em uma fase líquida durante todo o percurso da mesma através do trocador de calor 114.

[0067] Em resumo, quando a solução de polímero flui de cima para baixo do trocador de calor 114, a solução entra na porta de entrada 404 e é transportada para a passagem central 406. A partir da passagem central 406, a solução é transportada para os conduítes que se estendem radialmente 410 localizados na pluralidade de placas 408. Após sair dos conduítes que se estendem radialmente 410, a solução de polímero percorre através do espaço anular 416 e, em seguida, sai do trocador de calor 114 através da porta de saída 414.

[0068] A Figura 3B é outra modalidade de uma representação esquemática do trocador de calor quando o este é implantado na configuração de fluxo de cima para baixo, de fora para dentro. A solução entra na porta de entrada 404 e é transportada para o espaço anular 416. A partir do espaço anular 416, a solução é transportada para os conduítes que se estendem radialmente 410 localizados na pluralidade de placas 408. Após sair dos conduítes que se estendem radialmente 410, a solução de polímero percorre através da passagem central 406 e, em seguida, sai do trocador de calor através da porta de saída 414.

[0069] A Figura 3C é uma representação esquemática do trocador de calor quando é implantado na configuração de fluxo de cima para baixo, de fora para dentro. Quando a solução de polímero flui de baixo para cima do trocador de calor 114, a solução entra na porta de entrada 404 e é transportada para o espaço anular 416. A partir do espaço anular 416, a solução é transportada para os conduítes que se estendem radialmente 410 localizados na pluralidade de placas 408. Após sair dos conduítes que se estendem radialmente 410, a solução de polímero percorre através da passagem central 406 e, em seguida, sai do trocador de calor através da porta de saída 414.

[0070] A Figura 3D é outra modalidade de uma representação esquemática do trocador de calor quando é implantado na configuração de fluxo de baixo para cima, de dentro para fora. A solução de polímero entra na porta de entrada 404 e é transportada para a passagem central 406. A partir da passagem central 406, a solução é transportada para os conduítes que se estendem radialmente 410 localizados na pluralidade de placas 408. Após sair dos conduítes que se estendem radialmente 410, a solução de polímero percorre através do espaço anular 416 e, em seguida, sai do trocador de calor 114 através da porta de saída 414.

[0071] As Figuras 3A, 3B, 3C e 3D representam a porção 180 (mostrada em linhas pontilhadas) da Figura 2 que abrange a bomba 124, o primeiro trocador de calor 114 e o primeiro dispositivo de regulação de pressão 122. Essas Figuras também podem representar a porção 182 (mostrada em linhas pontilhadas na Figura 2) que abrange uma bomba 125 e um segundo aquecedor de placa plana opcional 115 e um segundo dispositivo de regulação de pressão opcional 123 que estão dispostos a jusante do segundo dispositivo de desvolatilização 110 e a montante do terceiro dispositivo de desvolatilização 112.

[0072] A pressão no primeiro trocador de calor 114 é simultaneamente reduzida de 4,9 a 24,52 MPa (50 a 250 kgf/cm2) a 3,92 a 19,61 MPa (40 a 200 kgf/cm2), mantendo a solução do polímero em fase única. O primeiro trocador de calor 114 facilita uma queda de pressão na solução de polímero de 0,49 a 4,9 MPa (5 a 50 kgf/cm2) da porta de entrada até a porta de saída.

[0073] Em uma modalidade, a solução de polímero é retida em uma fase líquida durante permanência da mesma no primeiro trocador de calor 114. A solução de polímero tem uma viscosidade de solução de 1 Pa s a 2.000 Pa s (1.000 a 2.000.000 centipoise), de preferência, 50 a 1.000 Pa s (50.000 a 1.000.000 centipoise) e, com mais preferência, de 100 a 600 Pa s (100.000 a 600.000) centipoise (medido conforme detalhado acima) na porta de entrada em 404 do primeiro trocador de calor 114.

[0074] Em seguida, a solução de polímero que sai do primeiro trocador de calor 114 entra em um primeiro dispositivo de regulação de pressão 122, o que permite uma redução na pressão para facilitar a evaporação do solvente adicional da solução de polímero. Em uma modalidade, o primeiro dispositivo de regulação de pressão 122 é uma válvula ou um bocal que facilita uma redução de pressão de 1,96 a 6,86 MPa (20 a 70 kgf/cm2) até 0,01 a 0,1 MPa (0,1 a 1,0 kgf/cm2) no segundo dispositivo de desvolatilização 110. Em uma modalidade preferencial, o primeiro dispositivo de regulação de pressão 122 é uma válvula.

[0075] O segundo recipiente de desvolatilização 110 também pode operar de maneira adiabática para facilitar a remoção do solvente da solução de polímero. A solução de polímero que entra no segundo recipiente de desvolatilização 110 pode, opcionalmente, entrar através de um distribuidor 130 para facilitar a área de transferência de massa para desvolatilização. Os detalhes do distribuidor são fornecidos no Pedido de Patente Provisório com o Número de Série U.S. 62/678607, depositado concomitantemente com o presente documento, cujo conteúdo é incorporado ao presente documento a título de referência.

[0076] Um distribuidor exemplificativo 130 representado na Figura 3E compreende dois conduítes 502 e 504 dispostos em uma configuração concêntrica. O conduíte interno 502 contém uma porta de entrada 501 para carregar um fluido de aquecimento no distribuidor 130, ao passo que o conduíte externo 504 forma um primeiro espaço anular 514 através do qual o fluido de aquecimento flui após percorrer o conduíte interno 502. O conduíte externo 504 contém uma porta de saída 503 através da qual o fluido de aquecimento gasto sai do distribuidor 130.

[0077] Uma pluralidade de placas 512 está disposta concentricamente em torno do primeiro espaço anular 514 para definir um segundo espaço anular 515 de cima para baixo do distribuidor 130. O espaço anular 515 pode ter a mesma largura ou pode ter uma largura decrescente ou crescente da parte superior para a parte inferior do distribuidor, conforme representado em um modelo exemplificativo mostrado na Figura 3F.

[0078] Na Figura 3F, a pluralidade de placas forma pilhas de modo a diminuir o espaço anular 515 da entrada do polímero 511 em direção ao fundo do distribuidor. Em outras palavras, o diâmetro da pilha diminui de cima para baixo do distribuidor.

[0079] Embora a Figura 3F represente 3 dessas pilhas de placas, várias pilhas podem ser usadas. Um distribuidor exemplificativo 130 representado na Figura 3F compreende dois conduítes 502 e 504 dispostos em uma configuração concêntrica. O conduíte interno 502 contém uma porta de entrada 501 para carregar um fluido de aquecimento no distribuidor 130, ao passo que o conduíte externo 504 forma um primeiro espaço anular 514 através do qual o fluido de aquecimento flui após percorrer o conduíte interno 502. O conduíte externo 504 contém uma porta de saída 503 através da qual o fluido de aquecimento gasto sai do distribuidor 130.

[0080] Uma pluralidade de pilhas de placas 512A, 512B e 512C (ou um único conjunto de pilhas de placas 512, conforme observado na Figura 3E) está disposta concentricamente em torno do conduíte externo 504 para formar um segundo espaço anular 515 de cima para baixo do distribuidor 130. Na Figura 3E em que todas as placas têm o mesmo diâmetro interno, esse segundo espaço anular tem uma área de corte transversal constante de cima para baixo do distribuidor. Na Figura 3F em que cada pilha de placas sucessivas (de cima para baixo) tem um diâmetro interno mais estreito que a pilha de placas anterior, esse segundo espaço anular tem uma área em seção transversal que se estreita de cima para baixo.

[0081] Cada pilha de placas compreende uma pluralidade de placas, em que a pluralidade de placas define ainda uma pluralidade de conduítes 517 que permitem o fluxo da solução de polímero do segundo espaço anular para a periferia externa das pilhas de placas. Hastes ou tubos de suporte 518 são usados para fixar a pluralidade de placas na posição.

[0082] Cada conduíte tem uma largura variável ao longo de seu comprimento e se estende radialmente para fora do segundo espaço anular 515 até a periferia externa das placas. A solução de polímero percorre de uma porta de entrada 511 no distribuidor 130 através do segundo espaço anular 515 e até os conduítes 517. Os conduítes 517 nas placas empilhadas facilitam a distribuição da solução de polímero e também fornecem uma área de transferência de massa para a solução polimérica a fim de produzir bolhas de espuma polimérica de modo que a difusão dos compostos voláteis ocorra de forma eficiente do polímero para as bolhas. Quando as bolhas atingem um tamanho suficiente, estas se aglutinam e estouram, o que permite que os compostos voláteis sejam liberados do polímero. O polímero e os compostos voláteis, portanto, se separam em fases - uma fase de vapor que contém voláteis e uma fase líquida (ou fundida) que contém polímero ou solução de polímero concentrada em concentração polimérica mais alta que a corrente que entra no distribuidor 130.

[0083] A pluralidade de placas define, também, uma pluralidade de conduítes 517 que permite o fluxo da solução de polímero do segundo espaço anular 515 até a periferia externa da pluralidade de placas. Hastes ou tubos de suporte 518 são usados para fixar a pluralidade de placas na posição.

[0084] Cada conduíte pode ter a mesma largura ou pode ter uma largura variável ao longo de comprimento radial do mesmo e pode se estender radialmente para fora do segundo espaço anular 515 até periferia externa das placas. A solução de polímero percorre de uma porta de entrada 511 no distribuidor 130 pelo segundo espaço anular 515, até os conduítes 517 e para fora da periferia da pluralidade de placas pelas portas de saída 113.

[0085] Os conduítes 517 na pluralidade de placas empilhadas facilitam a distribuição da solução de polímero e também fornecem uma área de transferência de massa para a solução polimérica a fim de produzir bolhas de espuma polimérica de modo que a difusão dos compostos voláteis ocorra de forma eficiente do polímero para as bolhas. Quando as bolhas atingem um tamanho suficiente, estas se aglutinam e estouram, o que permite que os compostos voláteis sejam liberados do polímero. O polímero e os compostos voláteis, portanto, se separam em fases - uma fase de vapor que contém voláteis e uma fase líquida (ou fundida) que contém polímero ou solução de polímero concentrada em concentração polimérica mais alta que a corrente que entra no distribuidor 130.

[0086] Em uma modalidade, a solução de polímero que entra no segundo recipiente de desvolatilização 110 (consultar a Figura 2) está a uma temperatura de 220 a 280 °C, de preferência, 240 a 260 °C. Em uma modalidade, a pressão no segundo recipiente de desvolatilização é mantida em 0,01 a 0,05 MPa (0,1 a 0,5 kgf/cm2) permitindo que o solvente evapore e aumente o teor de sólidos na solução de polímero para 90 a 97% em peso, de preferência 92 a 95% em peso, com base no peso total da solução de polímero na saída do segundo recipiente de desvolatilização 110. A temperatura da solução de polímero que sai do segundo recipiente de desvolatilização 110 é de 180 °C a 240 °C, de preferência, 190 a 230 °C.

[0087] Com referência agora, mais uma vez, à Figura 2, a solução de polímero é descarregada do segundo dispositivo de desvolatilização 110 por meio da corrente 218 para o terceiro dispositivo de desvolatilização 112. Uma segunda bomba de deslocamento positivo 125, um segundo aquecedor de placa plana opcional 115 e um segundo dispositivo de regulação de pressão 123 opcional estão dispostos a jusante do segundo dispositivo de desvolatilização 110 e a montante do terceiro dispositivo de desvolatilização 112. A segunda bomba de deslocamento positivo 125, o segundo aquecedor de placa plana opcional 115 e o segundo dispositivo de regulação de pressão 123 opcional funcionam da mesma maneira que a primeira bomba de deslocamento positivo 124, o primeiro aquecedor de placa plana opcional 114 e o primeiro dispositivo de regulação de pressão opcional 122 respectivamente. Um aumento na pressão (provocou pelo segundo positivo bomba de deslocamento 125) e a temperatura (provocada pelo segundo trocador de calor 115) é controlada pelo dispositivo de regulação de pressão 123, o que facilita manter a solução de polímero em fase única no trocador de calor 115. O dispositivo de regulação de pressão 123 facilita ainda mais a desvolatilização de produtos voláteis da solução de polímero quando é vaporizada instantaneamente de maneira adiabática no terceiro recipiente de desvolatilização 112 para aumentar a concentração polimérica para uma quantidade superior a 99,5% em peso, com base no peso total da solução de polímero.

[0088] O terceiro recipiente de desvolatilização 112 pode conter um distribuidor 131 que é operado a uma temperatura e pressão eficazes para facilitar a separação do polímero do solvente na solução de polímero. O distribuidor 131 tem modelo semelhante ao do distribuidor 130 (consultar as Figuras 3E e 3F). O distribuidor facilita a separação do solvente do polímero para soluções de polímero de alta viscosidade. A viscosidade da solução de polímero que entra no distribuidor é de 100 a 300 Pa s (100.000 a 3.000.000 centipoise).

[0089] Em uma modalidade, a solução de polímero no terceiro recipiente de desvolatilização 112 pode também ser submetida à vaporização instantânea adiabática. O terceiro recipiente de desvolatilização 112 recebe a solução de polímero a uma temperatura de 180 a 260 °C e a uma pressão de 0,98 a 13,73 MPa (10 a 140 kgf/cm2), para que a solução de polímero seja mantida como uma única fase líquida. Em seguida, a pressão da solução de polímero no terceiro recipiente de desvolatilização é reduzida para 0,1 a 0,5 kPa (0,001 a 0,050 kgf/cm2), de preferência, 0,49 a 1,47 kPa (0,005 a 0,015 kgf/cm2). A redução da pressão facilita um aumento adicional no teor de sólidos para a solução de polímero. O teor de sólidos da solução de polímero que emana do terceiro recipiente de desvolatilização é maior que 99,8% em peso, de preferência, maior que 99,9% em peso e, com mais preferência, maior que 99,99% em peso, com base no peso total da solução de polímero. Em uma modalidade, a quantidade de teor orgânico volátil no polímero obtido após o terceiro recipiente de desvolatilização 112 é inferior a 300 partes por milhão. Em outras palavras, o polímero que emana do terceiro recipiente de desvolatilização 112 é substancialmente livre de voláteis e contém apenas vestígios de voláteis (por exemplo, monômeros, subprodutos não reagidos, solvente (ou solventes) e semelhantes).

[0090] Uma bomba de deslocamento positivo 133 pode ser usada para bombear o polímero através da corrente 220 do terceiro recipiente de desvolatilização 112 para um dispositivo de granulação e solidificação, como tal como um peletizador (não mostrado), no qual o polímero é peletizado e embalado para transporte.

[0091] Os vapores gerados nos três recipientes de desvolatilização 108, 110 e 112 são resfriados e transportados para o sistema de recuperação e reciclagem de solvente 117 por meio dos fluxos 222, 219 e 224. Um pequeno fluxo de purga 119 é usado para manter as impurezas no processo a um nível limitado. A corrente de líquido do sistema de recuperação e reciclagem de solvente 117 é reciclada para o sistema de reator 102 por meio da corrente 314.

[0092] A Figura 4 retrata a modalidade do sistema anteriormente representado na Figura 2. Nessa modalidade representada na Figura 4, o sistema de reator 102 compreende pelo menos dois reatores, dentre os quais todos estão em comunicação fluídica com o sistema de desvolatilização que compreende os três recipientes de desvolatilização 108, 110 e 112. Os reatores do sistema de reator 102 estão em comunicação fluídica entre si e podem estar em série ou em configuração paralela. Em uma modalidade, os reatores no sistema de reator 102 podem ser reatores de tanque agitado contínuo (CSTRs), reatores de circuito fechado (por exemplo, reator de circuito único, reator de circuito duplo), reatores de ebulição e podem ser reatores de único ou múltiplos estágios. Em uma modalidade, os reatores podem ser do mesmo tipo de reator. Em outra modalidade, os reatores podem ser de diferentes tipos. Em uma modalidade, pelo menos um dos reatores é um reator adiabático, ou seja, nenhum calor é fornecido ao reator durante a reação. Em uma modalidade, o processo pode empregar múltiplos catalisadores em um ou vários reatores. Em uma modalidade, pelo menos um dos reatores é um reator de circuito fechado com trocadores que podem ser do tipo casco e tubo, casco e tubo com inserções de mistura ou resfriadores de placa plana, dentre os quais todos são descritos acima.

[0093] Disposto entre o sistema de reator 102 e o primeiro recipiente de desvolatilização 108 há um reator tubular opcional 106, que está em comunicação fluídica com o sistema de reator 102. O reator tubular 106 pode receber opcionalmente monômero, comonômero, hidrogênio e catalisador adicionais. O reator tubular 106 aumenta adicional mais a concentração polimérica por meio da reação adicional de monômero e/ou comonômero não reagidos ou, opcionalmente, o monômero e/ou comonômero adicionais.

[0094] Um agente de neutralização de catalisador é adicionado à solução de polímero a jusante da saída do sistema de reator tubular opcional 106 para evitar que ocorra qualquer polimerização adicional. O agente de neutralização de catalisador é adicionado na estação de agente de neutralização de catalisador 212, que está a montante de um trocador de calor 107 e a jusante do reator tubular 106. O trocador de calor 107 está a jusante do reator 106, ao passo que os três recipientes de desvolatilização 108, 110 e 112 (que estão em comunicação fluídica em série entre si) ficam a jusante do trocador de calor 107. Em uma modalidade, o trocador de calor 107 é um trocador de calor de casco e tubo. Em outra modalidade, o trocador de calor 107 é um trocador de calor de placa plana. Em uma modalidade, o trocador de calor 107 é usado principalmente para operações de estado não estacionário.

[0095] O regulador de pressão 105 mantém a solução de polímero na fase líquida até a primeira unidade de desvolatilização 108.

[0096] Disposta entre o primeiro recipiente de desvolatilização 108 e o segundo recipiente de desvolatilização 110 ao longo da linha 216 encontra- se a primeira bomba de deslocamento positivo 124, o primeiro aquecedor de placa plana 114 e o primeiro dispositivo de regulação de pressão 122. O sistema representado nessa modalidade contém a bomba de deslocamento positivo 124 e o trocador de calor 114 localizados entre o primeiro e o segundo recipientes de desvolatilização. A solução de polímero que entra no segundo recipiente de desvolatilização 110 pode, opcionalmente, entrar através de um distribuidor 130 para facilitar a área de transferência de massa para desvolatilização. O segundo recipiente de desvolatilização 110 está em comunicação fluídica direta com o terceiro recipiente de desvolatilização 112 por meio da bomba de deslocamento positivo 125. O sistema representado nessa modalidade não contém o trocador de calor 115 ou o regulador de pressão 123 (conforme representado na Figura 2). O sistema contém o distribuidor 131.

[0097] Cada recipiente de desvolatilização sucessivo na série opera a uma pressão mais baixa que o recipiente de desvolatilização anterior. Cada recipiente de desvolatilização facilita uma vaporização instantânea adiabática do solvente da solução de polímero, deixando para trás uma solução de polímero que tem uma concentração polimérica mais alta que a anterior à vaporização instantânea. Os fluxos de vapor que saem dos desvolatilizadores 108, 110 e 120 são conforme descritos acima e não serão detalhados aqui novamente para fins de brevidade.

[0098] Em uma modalidade, em uma maneira de usar o sistema 100 representado na Figura 4, o monômero de etileno, comonômeros, catalisadores, cocatalisadores, ativadores e correntes de hidrogênio são introduzidos no sistema de reator 102, tipicamente dissolvidos em solvente.

[0099] A solução de polímero do sistema de reator 102 (ou do reator tubular 106) e após a desativação do catalisador (na estação de neutralização do catalisador 212) é descarregada para o trocador de calor 107. A solução de polímero que emana do sistema de reator 102 (ou do reator tubular 106) está a uma temperatura de 180 a 240 °C, de preferência, a 200 a 220 °C. O trocador de calor 107 aumenta a temperatura da solução de polímero para 220 a 280 °C, de preferência, para 240 a 260 °C. A concentração do polímero na solução de polímero após o trocador de calor 107 é de 20 a 30% em peso, de preferência, 22 a 28% em peso, com base no peso total da solução de polímero. A solução de polímero permanece na fase líquida até a saída do trocador de calor 107, uma vez que a pressão nas operações da unidade até esse ponto é regulada por um dispositivo de regulação de pressão 105. Em uma modalidade, o dispositivo de regulação de pressão 105 é uma válvula. A solução de polímero pode estar em duas fases líquidas no trocador de calor 107, porém não pode conter uma fase líquida e uma fase de vapor.

[00100] Em seguia, a solução de polímero é descarregada para o primeiro recipiente de desvolatilização 108, onde sua pressão é reduzida para 0,2 a 0,3 MPa (2 a 3 kgf/cm2). A redução da pressão promove a vaporização instantânea do solvente e aumenta a concentração do polímero na solução de polímero. A solução de polímero que emana do primeiro recipiente de desvolatilização 108 tem uma concentração polimérica de 50 a 70% em peso, de preferência, 55 a 65% em peso, com base no peso total da solução de polímero.

[00101] A solução de polímero que emana do primeiro recipiente de desvolatilização 108 é bombeada pela bomba de deslocamento positivo 124 para o aquecedor de placa plana 114, onde sua temperatura é aumentada e a pressão reduzida, enquanto tudo é mantido em uma fase única.

[00102] Em seguida, a solução de polímero é descarregada para o segundo recipiente de desvolatilização 110 (que pode conter um distribuidor 130), onde sua pressão é reduzida para 0,01 a 0,1 MPa (0,1 a 1,0 kgf/cm2), de preferência, 0,02 a 0,05 MPa (0,2 a 0,5 kgf/cm2). A vaporização instantânea no segundo recipiente de desvolatilização 108 aumenta a concentração polimérica para 90 a 98% em peso, de preferência, 95 a 97% em peso, com base no peso total da solução de polímero.

[00103] Em seguida, a solução de polímero é descarregada para o terceiro recipiente de desvolatilização 112 (que pode conter um distribuidor 131), onde sua pressão é reduzida adicionalmente para 0,39 a 2,94 kPa (0,004 a 0,030 kgf/cm2), de preferência, 0,59 a 1,47 kPa (0,006 a 0,015 kgf/cm2). Em seguida, o polímero que contém menos de 300 partes por milhão de voláteis é bombeado por meio da bomba 133 para o peletizador por meio da corrente 220.

[00104] Os vapores que emanam de cada um dos recipientes de desvolatilização são processados conforme detalhado acima. A maior parte dos vapores condensados é reciclada de volta ao sistema de reator 102 por meio da corrente 314.

[00105] A Figura 5 representa outra modalidade do sistema representado na Figura 2. Nessa modalidade, a pressão de solução de polímero mais alta no primeiro recipiente de desvolatilização permite uma maior densidade de gás, o que resulta em um fluxo volumétrico menor que permite um recipiente de desvolatilização de tamanho menor para a vaporização instantânea. A pressão mais alta também permite que gases de baixo peso molecular sejam injetados na corrente de solvente de reciclagem sem a necessidade de um compressor de gás de reciclagem. Devido à alta pressão na solução de polímero, uma bomba de deslocamento positivo não é usada para transferir a solução de polímero para o segundo estágio de desvolatilização do primeiro estágio de desvolatilização. A taxa de fluxo de vapor no segundo recipiente de desvolatilização é substancialmente reduzida, permitindo um recipiente menor ou maior taxa de produção através do recipiente com mesmo tamanho.

[00106] Com referência à Figura 5, nessa modalidade, a solução de polímero no trocador de calor 107 é aquecida até 275 °C, que é maior que a temperatura de 240 a 260 °C usada na opção anterior. Nessa opção, a solução de polímero no trocador de calor 107 é aquecida a 250 °C a 275 °C. Uma bomba de deslocamento positivo 109 é incorporada a esse modelo para fornecer a pressão elevada a fim de manter a solução de polímero em uma fase líquida quando a solução de polímero é aquecida até a temperatura mais alta (275 °C).

[00107] Um dispositivo de regulação de pressão 105 é usado para regular a pressão através do trocador de calor 107. Em uma modalidade, o dispositivo de regulação de pressão 105 é uma válvula. A solução de polímero pode estar em duas fases líquidas no trocador de calor 107, porém não pode conter uma fase líquida e uma fase de vapor. Esse aquecimento permite que solvente suficiente seja vaporizado no primeiro recipiente de desvolatilização 108 para produzir uma solução de polímero de pelo menos 50% em peso de polímero a uma pressão ainda mais alta que a pressão usada na operação do sistema, conforme representado na Figura 5.

[00108] Também nessa modalidade, pelo menos um recipiente de desvolatilização está localizado em uma elevação mais elevada que os outros recipientes de desvolatilização para usar a pressão diferencial (entre os recipientes) e a gravidade para facilitar o transporte da solução de polímero de um recipiente de desvolatilização para outro.

[00109] Com referência agora à Figura 5, o sistema 100 compreende um sistema de reator 102, conforme descrito na Figura 2 acima. Disposto entre o sistema de reator 102 e o primeiro recipiente de desvolatilização 108 há um reator tubular opcional 106, que está em comunicação fluídica com o sistema de reator 102. O reator tubular 106 pode receber opcionalmente monômero, comonômero, hidrogênio e catalisador adicionais. O reator tubular 106 aumenta adicional mais a concentração polimérica por meio da reação adicional de monômero e/ou comonômero não reagidos ou, opcionalmente, o monômero e/ou comonômero adicionais. O reator tubular está em comunicação fluídica com o sistema de desvolatilização que compreende os três recipientes de desvolatilização 108, 110 e 112 por meio da bomba de deslocamento positivo 109 e do trocador de calor 107.

[00110] Em uma modalidade, o sistema de reator 102 compreende pelo menos um reator, que pode ser adiabático ou isotérmico, um reator de tanque agitado contínuo, um reator de leito fervente ou um reator tubular. Quando mais de um reator é usado, combinações desses tipos de reatores podem ser usadas. Quando mais de um reator é usado, os múltiplos reatores podem estar em uma configuração ou em série ou em paralelo. Um exemplo do sistema de reator 102 (tipos de reator, configuração, detalhes sobre os trocadores de calor e semelhantes) é descrito acima nas Figuras 2 e 4. A bomba de deslocamento positivo 109 e o trocador de calor 107 ficam a jusante do sistema de reator 102 (ou o reator tubular 106), ao passo que os três recipientes de desvolatilização 108, 110 e 112 (que estão em comunicação fluídica serial um com o outro) ficam a jusante da válvula de controle de pressão 105. Em uma modalidade, o trocador de calor 107 é um trocador de calor de casco e tubo. Em outra modalidade, o trocador de calor 107 pode ser um trocador de placa e armação. Em outra modalidade, o trocador de calor 107 pode ser um trocador de calor de placa plana.

[00111] Disposto entre o primeiro recipiente de desvolatilização 108 e o segundo recipiente de desvolatilização 110 ao longo da linha 216 está um primeiro dispositivo de regulação de pressão opcional 122. Em uma modalidade, o primeiro dispositivo de regulação de pressão opcional 122 é uma válvula que facilita a manutenção da pressão no primeiro recipiente de desvolatilização 108.

[00112] O primeiro recipiente de desvolatilização 108 está em uma elevação mais alta que o segundo recipiente de desvolatilização 110. Essa disposição permite que a gravidade facilite alimentar o segundo recipiente de desvolatilização 110 com a solução de polímero pelo primeiro recipiente de desvolatilização 108. Isso também reduz ou evita a necessidade de usar uma bomba de deslocamento positivo entre o primeiro recipiente de desvolatilização e o segundo recipiente de desvolatilização.

[00113] O segundo recipiente de desvolatilização 110 pode ser equipado com o distribuidor 130. O distribuidor 130 está localizado na parte superior do recipiente e facilita a separação eficiente do solvente do polímero no segundo recipiente de desvolatilização 110.

[00114] A bomba de deslocamento positivo 125 localizada a jusante do recipiente de desvolatilização 110 empurra a solução de polímero do segundo recipiente de desvolatilização 110 através do trocador de calor 115. Em uma modalidade, o aquecedor 115 pode ser um aquecedor de placa plana. O dispositivo de regulação de pressão 123 controla a pressão no aquecedor 115 de modo a manter o mesmo monofásico (líquido).

[00115] O segundo recipiente de desvolatilização 110 está em comunicação fluídica direta com o terceiro recipiente de desvolatilização 112. O terceiro recipiente de desvolatilização 112 também pode conter um distribuidor 131 (que garante a separação do solvente do polímero) localizado no topo do recipiente. Em outra modalidade, o aquecedor 115, o dispositivo de regulação de pressão 123 e o distribuidor 131 são combinados em um único equipamento. Em outras palavras, o aquecedor 115, o dispositivo de regulação de pressão 123 e o distribuidor 131 podem estar localizados dentro de um único recipiente (não mostrado). Em uma modalidade, caso o distribuidor 131 esteja presente no recipiente de desvolatilização 112, então, o trocador de calor 115 e o regulador de pressão 123 podem ser eliminados do modelo, e o distribuidor 131 também funcionará como o trocador e como o dispositivo de manutenção de pressão mínima.

[00116] O sistema de reciclagem de solvente e monômero para esse modelo é igual ao detalhado acima nas Figuras 2 e 4. Localizado a jusante do terceiro recipiente de desvolatilização 112, há uma corrente 220 que compreende um peletizador (não mostrado) para peletizar ou granular o polímero descarregado do terceiro recipiente de desvolatilização 112. O polímero na corrente 220 pode conter diferentes quantidades de produtos, dependendo da pressão usada no terceiro recipiente de desvolatilização 112. Em uma modalidade, o polímero na corrente 220 pode conter menos de 300 partes por milhão de voláteis, de preferência, menos de 200 partes por milhão de voláteis e, com mais preferência, menos de 100 partes por milhão de voláteis.

[00117] Em uma modalidade, em uma maneira de usar o sistema 100 representado na Figura 4, o monômero de etileno, comonômeros, catalisadores, cocatalisadores, ativadores e correntes de hidrogênio são introduzidos no sistema de reator 102, tipicamente dissolvidos em solvente.

[00118] A temperatura da solução de polímero que emana do sistema de reator 102 está na faixa de 140 a 230 °C. A concentração polimérica na corrente de polímero que emana do sistema de reator 102 é de 15 a 30% em peso, de preferência, 20 a 25% em peso, com base no peso total da solução de polímero.

[00119] Um agente neutralizante de catalisador é adicionado à solução de polímero por meio da estação de neutralização de catalisador 212. O agente neutralizante evita que qualquer polimerização posterior ocorra.

[00120] Em seguida, a corrente de polímero é bombeada pela bomba de deslocamento positivo 109 até o trocador de calor 107, onde a temperatura da mesma é elevada. A bomba de deslocamento positivo 109 serve para aumentar a pressão da solução de polímero de modo que o solvente e outros produtos voláteis possam ser evaporados em etapas sucessivas de vaporização conduzidas nos recipientes de desvolatilização 108, 110 e 112. A bomba de deslocamento positivo 109 aumenta a pressão da solução de polímero para 6,86 a 12,75 MPa (70 a 130 kgf/cm2).

[00121] Em uma modalidade, a bomba de deslocamento positivo 109 aumenta a pressão de uma solução de polímero para 7,35 Mpa (75 kgf/cm2). Em ainda outra modalidade, a bomba de deslocamento positivo 109 aumenta a pressão de uma solução de polímero para 11,77 MPa (120 kgf/cm2).

[00122] O trocador de calor 107 aumenta a temperatura da solução de polímero para 240 a 280 °C, de preferência, para 240 a 270 °C.

[00123] Em seguida, a solução de polímero passa pelo regulador de pressão 105 e é descarregado para o primeiro recipiente de desvolatilização 108, onde a sua pressão é reduzida para 0,78 a 1,18 MPa (8 a 12 kgf/cm2), de preferência, 0,98 MPa (10 kfg/cm2). A redução da pressão promove a vaporização instantânea do solvente e aumenta a concentração do polímero na solução de polímero. A solução de polímero que emana do primeiro recipiente de desvolatilização 108 tem uma concentração polimérica de 40 a 60% em peso, de preferência, 50% em peso, com base no peso total da solução de polímero.

[00124] A solução de polímero que emana do primeiro recipiente de desvolatilização 108 é, então, descarregada para o segundo recipiente de desvolatilização 110. O fluxo do primeiro recipiente de desvolatilização 108 para o segundo recipiente de desvolatilização 110 ocorre por causa da diferença de pressão entre o primeiro e o segundo recipientes de desvolatilização e por causa da gravidade. O dispositivo de regulação de pressão 122 é opcional. O distribuidor 130 localizado no segundo recipiente de desvolatilização 110 assegura a separação do solvente do polímero no segundo recipiente de desvolatilização 110.

[00125] No segundo recipiente de desvolatilização 110, a pressão é reduzida para 0,1 a 1,0 kgf/cm2, de preferência, 0,02 a 0,05 MPa (0,2 a 0,5 kgf/cm2). A vaporização instantânea no segundo recipiente de desvolatilização 108 aumenta a concentração polimérica para 90 a 99% em peso, de preferência, 95% em peso, com base no peso total da solução de polímero. A temperatura da corrente de polímero que sai do segundo recipiente de desvolatilização é de 170 °C a 210 °C, de preferência 190 °C.

[00126] A bomba de deslocamento positivo 125 localizada a jusante do recipiente de desvolatilização 110 empurra a solução de polímero do segundo recipiente de desvolatilização 110 através do trocador de calor 115. O dispositivo de regulação de pressão 123 controla a pressão no aquecedor 115 de modo a manter o mesmo monofásico (líquido).

[00127] Em seguida, a solução de polímero é descarregada para o recipiente de terceira desvolatilização 112 (que contém um distribuidor 131, onde a sua pressão é ainda mais reduzida para 0,29 a 3,92 kPa (0,003 a 0,040 kgf/cm2), de preferência, 0,98 kPa (0,010 kgf/cm2)). Em outras palavras, o terceiro recipiente de desvolatilização 112 é operado sob vácuo. Variando-se a pressão no terceiro recipiente de desvolatilização 112, a quantidade de voláteis contidos no polímero pode ser variada. Por exemplo, mantendo-se uma pressão de aproximadamente 0,98 kPa (0,01 kgf/cm2) no terceiro recipiente de desvolatilização 112, o polímero que contém cerca de 400 partes por milhão pode ser descarregado para um peletizador por meio da corrente 220. Em outra modalidade, mantendo-se uma pressão de aproximadamente 0,29 kPa (0,003 kgf/cm2) no terceiro recipiente de desvolatilização 112, o polímero que contém cerca de 100 partes por milhão pode ser descarregado para um peletizador por meio da corrente 220.

[00128] Os vapores condensados dos recipientes de desvolatilização 108, 110 e 112 são tratados, conforme detalhado acima e não serão repetidos aqui para fins de brevidade.

[00129] Os sistemas revelados no presente documento são vantajosos pelo fato de que concentrações de polímero mais altas, polímeros com pesos moleculares mais altos e polímeros com voláteis residuais mais baixos podem ser fabricados com requisitos de energia mais baixos, aproveitando a queda de pressão mais baixa observada com trocadores de placa plana, vaporização instantânea de pelo menos dois terços do solvente no primeiro recipiente de desvolatilização (evitando assim o aquecimento e, em seguida, o resfriamento da solução de polímero), lidando com cargas de vapor menores nos recipientes de desvolatilização devido às suas pressões de operação mais altas e com o uso de recipientes de vaporização instantânea de pressão sucessivamente mais baixos. O sistema também é vantajoso por ser flexível de modo que seja construído de acordo com as necessidades do produto; exige um investimento de capital menor que o exemplo competitivo; e gera custos operacionais mais baixos.

Claims

1. Sistema para polimerização em solução caracterizado pelo fato de que compreende: um sistema de reator que é operacional para receber pelo menos um monômero em um solvente e para reagir o monômero para formar um polímero; uma pluralidade de recipientes de desvolatilização localizados a jusante do sistema de reator, em que cada recipiente de desvolatilização opera a uma pressão mais baixa que o recipiente de desvolatilização anterior e em que a pluralidade de recipientes de desvolatilização recebe uma solução de polímero do sistema de reator; e um primeiro trocador de calor disposto entre dois recipientes de desvolatilização e em comunicação fluídica com os mesmos, em que o primeiro trocador de calor tem uma temperatura de porta de entrada de 120 °C a 230 °C, uma temperatura de porta de saída de 200 °C a 300 °C, uma entrada pressão da porta de 3,43 a 24,52 MPa (35 a 250 kgf/cm2) e uma pressão da porta de saída de 1,96 a 19,61 MPa (20 a 200 kgf/cm2); e em que a solução de polímero permanece em uma única fase durante permanência da mesma no primeiro trocador de calor; um distribuidor disposto em pelo menos um recipiente de desvolatilização, em que o distribuidor compreende: um primeiro conduíte; em que o primeiro conduíte tem uma porta de entrada para carregar um fluido de aquecimento no distribuidor; um segundo conduíte; em que o primeiro conduíte fica no interior do segundo conduíte para definir um primeiro espaço anular entre os mesmos; em que o segundo conduíte tem uma porta de saída para remover o fluido de aquecimento do distribuidor; e uma pluralidade de pilhas de placas dispostas em torno do segundo conduíte para definir um segundo espaço anular estreito de cima para baixo do distribuidor; em que a cada pilha de placas compreende uma pluralidade de placas; em que a pluralidade de placas define adicionalmente uma pluralidade de conduítes, sendo que cada conduíte tem uma largura variável ao longo de comprimento do mesmo e se estende radialmente para fora do segundo espaço anular estreito, em que a pluralidade de conduítes está em comunicação fluídica com o segundo espaço anular estreito; e em que o distribuidor é operado a uma pressão e uma temperatura eficaz para promover a separação de um solvente de uma solução de polímero durante o transporte da solução de polímero através do distribuidor.

2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada pilha sucessiva na pluralidade de pilhas de placas tem um diâmetro interno menor que uma pilha antecedente de cima para baixo.

3. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de reator compreende uma pluralidade de reatores e em que pelo menos um reator opera sob condições isotérmicas ou sob condições adiabáticas.

4. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um reator tubular em comunicação fluídica com o sistema de reator; em que o reator tubular pode receber opcionalmente monômero, comonômero e catalisador adicional e em que o reator tubular aumenta ainda mais a concentração polimérica por meio de reação adicional de monômero e/ou comonômero não reagidos ou, opcionalmente, o monômero e/ou comonômero adicionais.

5. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma bomba de deslocamento positivo localizada a jusante do sistema de reator e em comunicação fluídica com o sistema de reator, em que a bomba de deslocamento positivo aumenta uma pressão de corrente de 4,9 a 14,71 MPa (50 a 150 kgf/cm2).

6. Sistema de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um trocador de calor disposto entre a bomba de deslocamento positivo e o primeiro recipiente de desvolatilização e em comunicação fluídica com o primeiro recipiente de desvolatilização, em que o trocador de calor tem uma temperatura de porta de entrada de 100 °C a 230 °C, uma temperatura de porta de saída de 230 °C a 280 °C, uma pressão de porta de entrada de 3,92 a 16,67 MPa (40 a 170 kgf/cm2) e uma pressão de porta de saída de 2,94 a 14,71 MPa (30 a 150 kgf/cm2), em que a solução de polímero é mantida em uma ou duas fases líquidas.

7. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um dispositivo de regulação de pressão disposto entre o primeiro trocador de calor e um subsequente recipiente de desvolatilização, em que o dispositivo de regulação de pressão garante que a solução de polímero seja mantida em uma ou duas fases líquidas no trocador de calor e facilita a remoção de uma porção do solvente em um recipiente de desvolatilização subsequente.

8. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de reator compreende um reator de circuito fechado ou um reator de tanque agitado contínuo que opera a uma pressão superior a 3,92 MPa (40 kgf/cm2) e a uma temperatura de 130 a 210 °C.

9. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de recipientes de desvolatilização compreende pelo menos dois recipientes de desvolatilização e em que o primeiro trocador de calor está disposto entre um primeiro recipiente de desvolatilização e um segundo recipiente de desvolatilização.

10. Sistema de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que um segundo trocador de calor está disposto entre o segundo recipiente de desvolatilização e um terceiro recipiente de desvolatilização.

11. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o distribuidor, o trocador de calor e um dispositivo de regulação de pressão são combinados em um único equipamento.

12. Método caracterizado pelo fato de que compreende: carregar um sistema de reator com um monômero, um solvente e um catalisador; reagir o monômero para formar um polímero; em que a reação para formar o polímero é conduzida de maneira adiabática ou isotérmica e em que o polímero é disperso em uma solução de polímero; descarregar a solução de polímero do sistema de reator para uma pluralidade de recipientes de desvolatilização localizados a jusante do sistema de reator; em que cada recipiente de desvolatilização opera a uma pressão mais baixa que o recipiente de desvolatilização anterior; e descarregar a solução de polímero de pelo menos um recipiente de desvolatilização para um primeiro trocador de calor; e aquecer a solução de polímero no trocador de calor; em que o trocador de calor recebe a solução de polímero a uma temperatura da porta de entrada de 120 °C a 230 °C, uma temperatura da porta de saída de 200 °C a 300 °C, uma pressão da porta de entrada de 3,43 a 24,52 MPa (35 a 250 kgf/cm2) e uma pressão de saída de 1,96 a 19,61 MPa (20 a 200 kgf/cm2); e em que a solução de polímero permanece em uma única fase durante a permanência da mesma no primeiro trocador de calor; separar o polímero da solução de polímero em um distribuidor contido em pelo menos um recipiente de desvolatilização; em que o distribuidor compreende: um primeiro conduíte; em que o primeiro conduíte tem uma porta de entrada para carregar um fluido de aquecimento no distribuidor; um segundo conduíte; em que o primeiro conduíte fica no interior do segundo conduíte para definir um primeiro espaço anular entre os mesmos; em que o segundo conduíte tem uma porta de saída para remover o fluido de aquecimento do distribuidor; e uma pluralidade de pilhas de placas dispostas em torno do segundo conduíte para definir um segundo espaço anular estreito de cima para baixo do distribuidor; em que cada pilha de placas compreende uma pluralidade de placas; em que a pluralidade de placas define adicionalmente uma pluralidade de conduítes, sendo que cada conduíte tem uma largura variável ao longo de comprimento do mesmo e se estende radialmente para fora do segundo espaço anular estreito, em que a pluralidade de conduítes está em comunicação fluídica com o segundo espaço anular estreito; e em que o distribuidor é operado a uma pressão e uma temperatura eficaz para promover a separação de um solvente de uma solução de polímero durante o transporte da solução de polímero através do distribuidor.

13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente descarregar a solução de polímero para um reator tubular localizado a jusante do sistema de reator e aumentar a temperatura da solução de polímero e a concentração polimérica no reator tubular.