BRPI0314396B1 - Sistema de recuperação e purificação para um meio líquido de uma polimerização de suspensão - Google Patents

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Description

SISTEMA DE RECUPERAÇÃO E PURIFICAÇÃO PARA UM MEIO
LÍQUIDO DE UMA POLIMERIZAÇÃO DE SUSPENSÃO PEDIDOS RELACIONADOS: [001] Este pedido relaciona-se e reivindica os benefícios de prioridade do Pedido de Patente Provisional U. S. de número 60/411.254 intitulado "Process and System for Removing Heavies from Diluent Recycled to a Slurry Polymerization Reactor", depositado em 16 de setembro de 2002, que está aqui incorporado para referência. CAMPO DA INVENÇÃO: [002] A presente invenção relaciona-se de uma maneira geral a um sistema e processo de polimerização de olefina. Mais particularmente, a presente invenção relaciona-se a um sistema e processo de polimerização de olefina que incluem uma forma melhorada de remoção de pesados do diluente e/ou monômero não reagido retirados e reciclados ao reator de polimerização. FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO: [003] Os processos de polimerização de olefina podem ser conduzidos sob condições de suspensão. Tais processos de polimerização podem ser executados em um reator de ciclo no qual os monômeros são polimerizados para formar uma suspensão de partículas de polímero sólidas em um meio líquido. As porções da suspensão são retiradas do reator de ciclo através de dispositivos de saída tais como tubos de sedimentação e saídas contínuas. [004] A suspensão é então processada para separar o meio líquido (por exemplo, um diluente líquido) das partículas de polímero sólidas. Aquecedores de tubulação de vaporização e câmaras de expansão foram usados para vaporizar o diluente líquido através de uma combinação de ajustes de temperatura e pressão, separando assim o diluente das partículas de polímero sólidas.
Adicionalmente, outros tipos de equipamentos, tais como colunas de purga, cilindros de separação e ciclones, foram usados para a separação e outros tratamentos no sentido do fluxo. [005] Processos de polimerização de suspensão eficientes tipicamente reciclam tanto diluente quando eles razoavelmente podem. Isto é, à medida que o diluente é vaporizado, o diluente é processado para reciclagem de volta ao reator de ciclo. À medida que o diluente liquido é vaporizado nos vários estágios do processo de polimerização após a suspensão ser retirada do reator de ciclo, vários compostos e contaminantes podem também ser vaporizados junto com o diluente. [006] "Pesados" são componentes líquidos mais pesados que o diluente, e são freqüentemente vaporizados junto com o diluente. Durante o processo de reciclagem, uma corrente de vapor, contendo o diluente e os pesados, pode ser condensada e retornada ao reator de ciclo como uma corrente reciclada do diluente e pesados. Os pesados podem se concentrar ou acumular dentro do reator de ciclo e diminuem a eficiência do reator e/ou causam danos dentro do reator de ciclo. Por exemplo, os pesados que se desenvolvem dentro do reator podem degradar a qualidade do produto e/ou alterar o controle do reator fazendo com que problemas e bloqueio do reator sejam mais prováveis. [007] Uma outra técnica de reciclagem separa uma corrente de suspensão compreendendo diluente e quantidades menores de monômero do volume dos componentes do fluido vaporizado. A corrente de suspensão é sujeitada à remoção de olefina para fornecer uma corrente essencialmente livre de olefina para reciclagem a uma área de preparação de catalisador. A corrente de suspensão pode ser retirada antes e/ou após um resfriador de reciclagem de diluente. A(s) corrente(s) de suspensão é(são) então passada(s) a uma coluna de remoção de pesados. A coluna de remoção de pesados remove os pesados da corrente de suspensão, que pode então ser usada para preparar uma lama de catalisador ou suspensão. 0 volume do diluente reciclado contendo o monômero é passado a um recipiente acumulador (armazenagem) de reciclagem de diluente, e uma corrente de reciclagem é passada de volta ao reator. Se desejado, outras etapas de purificação tal como a remoção de água pode ser executada nesta corrente de reciclagem. [008] Um sistema eficiente e processo de reciclagem de diluente em um processo de polimerização de suspensão são desejados. Também, um sistema e processo de remoção de pesados melhorados, que removem os pesados do diluente a ser reciclado ao reator, são desejados. BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO: [009] Como um aspecto da presente invenção, um processo para reciclar um meio liquido retirado de um reator de polimerização de suspensão é fornecido. O método compreende a separação de uma primeira corrente de vapor de uma suspensão compreendendo um meio liquido e partículas de polímero sólidas, onde a corrente de vapor compreende pelo menos o meio e os pesados. Uma primeira porção da primeira corrente de vapor é passada a uma primeira zona de condensação, e uma primeira porção da primeira corrente de vapor é condensada para formar um primeiro líquido. Uma segunda porção da primeira corrente de vapor é passada a uma zona de coleta sem condensação substancial. Um segundo liquido e uma segunda corrente de vapor são separados na zona de coleta. 0 segundo liquido é passado a uma zona de purificação de pesados e o meio é reciclado a partir da segunda corrente de vapor sem fracionamento para remover os pesados. [010] Como um outro aspecto da presente invenção, um sistema de recuperação e purificação para um meio liquido a partir da polimerização de suspensão é fornecido. O sistema compreende uma primeira passagem de fluido conectada em uma extremidade a um reator de polimerização de suspensão e conectada em uma extremidade oposta a um separador de vapor instantâneo, para separar uma corrente de vapor compreendendo o meio das partículas de polímero sólidas. O sistema também compreende uma tubulação de remoção de vapor conectada em uma porção superior do separador de vapor instantâneo, para transportar a corrente de vapor a partir do separador de vapor instantâneo. A tubulação de remoção de vapor está conectada a um primeiro condensador e também a uma tubulação secundária de vapor que fornece uma derivação ao redor do condensador. Uma válvula secundária controla o fluxo de vapor através da tubulação secundária de vapor. A saída do condensador e a extremidade oposta da tubulação secundária são ambas conectadas de forma fluida a um tanque de coleta de líquido. Uma tubulação de distribuição de líquido está em uma porção inferior do tanque de coleta de líquido, e uma tubulação de reciclagem de vapor está em uma porção superior do tanque de coleta de líquido. Um segundo condensador está conectado de forma fluida à tubulação de reciclagem de vapor, e uma segunda passagem de fluido conecta a salda do segundo condensador ao reator de polimerização de suspensão. [011] A presente invenção pode incluir um aparelho ou etapas de controle associados com a válvula secundária. Por exemplo, a válvula secundária pode estar em comunicação de informação com pelo menos um controlador de temperatura no sentido do fluxo do tanque de coleta de liquido e um controlador de nivel posicionado dentro do tanque de coleta de liquido. A tubulação secundária é vantajosa porque é dificil operar um condensador para produzir apenas uma pequena quantidade de líquidos. A presente invenção é capaz de produzir uma quantidade relativamente pequena de líquidos porque a primeira corrente de vapor (que é o gás vaporizado a partir da primeira câmara de expansão) é dividida, com uma primeira porção passando através de um condensador e uma segunda porção desviando do condensador. O gás vaporizado que passa através do condensador pode estar inteiramente ou quase inteiramente condensado em líquido, ou uma pequena parte (por exemplo, cerca de 1 a 10%) pode estar condensada, ou algumas outras proporções. [012] No sentido do fluxo do condensador, o gás vaporizado aquecido está combinado com o líquido frio e é misturado e deixado a entrar em equilíbrio (pelo menos com relação à temperatura). Após esta mistura, o líquido que resta está mais concentrado nos componentes mais pesados. A quantidade desejada de líquido é ajustada pelo controlador de fluxo na tubulação de líquido. O nível no tanque é controlado ajustando-se o controlador de temperatura, que ajusta sucessivamente a válvula secundária de forma que uma quantidade suficiente de vapor desviando do condensador para gerar liquido suficiente para satisfazer o controlador de fluxo. Para executar a quantidade de remoção de pesados desejada, de cerca de 0,1 a cerca de 20% do gás vaporizado alternativamente de cerca de 0,5% a cerca de 10%, alternativamente de cerca de 1% a cerca de 5%, serão convertidos em líquidos pelo condensador. Às vezes, pode ser desejável não coletar líquidos. Outras vezes (por exemplo, durante as transições da resina), pode ser desejável maximizar a geração de líquidos e coletar mais que o usual. [013] A presente invenção pode também incluir uma coluna de pesados ou outro tratamento de remoção de pesados em uma extremidade oposta da tubulação de distribuição de pesados. Um controlador de fluxo e/ou uma bomba podem estar dispostos ao longo da tubulação de distribuição de pesados. [014] Um misturador estático pode estar conectado de forma fluida ao primeiro condensador e no sentido do fluxo do mesmo, e o misturador estático está conectado de forma fluida ao tanque de coleta de líquido e no sentido contrário do fluxo do mesmo. O misturador estático é empregado para acelerar a formação de uma mistura de equilíbrio após o gás vaporizado aquecido e líquido frio serem combinados. É desejável ter condições de equilíbrio antes de entrar no tanque de coleta, pelo menos um equilíbrio de temperatura. Um tanque de reciclagem pode estar disposto ao longo da tubulação de reciclagem de diluente no sentido do fluxo do condensador de gás vaporizado. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS: [015] A Figura 1 é uma representação de um sistema de polimerização de suspensão que inclui um novo sistema de remoção de pesados. [016] A Figura 2 é uma representação do condensador de pesados, misturador estático e tanque de coleta de liquido do sistema da Figura 1, assim como um novo esquema de controle. [017] A Figura 3 é uma outra representação de um sistema de polimerização de suspensão que inclui um novo sistema de remoção de pesados. DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO: [018] A presente invenção fornece um sistema e processo de recuperação e purificação de diluente para um reator de polimerização de suspensão, especialmente para um reator de polimerização de ciclo. O sistema e processo compreendem uma câmara de expansão ou separador de vapor instantâneo, uma tubulação de remoção de vapor, um condensador, e um tanque de coleta de liquido. A câmara de expansão ou separador de vapor instantâneo recebe uma suspensão retirada de um reator de ciclo. Diluente, monômero não reagido e vários pesados são separados das partículas de polímero sólidas como uma primeira corrente de vapor. A tubulação de remoção de vapor recebe a primeira corrente de vapor e transfere uma primeira porção a um condensador que condensa pelo menos um pouco da primeira porção para formar um primeiro líquido. Pode ser uma porção de quantidade relativamente pequena, por exemplo, cerca de 2% da primeira corrente de vapor que é condensada. A segunda porção da primeira corrente de vapor desviando do condensador mas é depois disso combinada e misturada com o primeiro líquido para formar uma corrente combinada. A corrente combinada é enviada a um tanque de coleta de líquido. À medida que o vapor e o líquido misturam-se no dispositivo de misturação e/ou na tubulação ao tanque de coleta de líquido, um pouco do líquido será vaporizado novamente, e a mistura pode ir para uma temperatura de equilíbrio. A corrente combinada será resfriada o suficiente de forma que algum líquido esteja presente. 0 líquido que é coletado no tanque de coleta de líquido terá uma concentração maior dos compostos mais pesados que o vapor que deixa o tanque de coleta. A fase líquida de uma mistura de equilíbrio será mais rica nos componentes mais pesados que a fase de vapor porque os componentes mais pesados são menos voláteis. [019] O líquido contendo uma maior concentração dos componentes mais pesados é passado do tanque de coleta de líquido a uma tubulação de distribuição de pesados, e o vapor é passado a uma tubulação de reciclagem de diluente. O vapor pode ser passado a um segundo condensador e um tanque de equilíbrio de reciclagem. O vapor do tanque de coleta de líquido pode ser condensado e reciclado ao reator de polimerização de suspensão sem tratamento adicional para remover os pesados. [020] Durante a etapa de separação, o diluente compreendendo o vapor, monômeros/comonômeros não reagidos e vários inertes, tanto mais pesados quanto mais leves que o diluente primário (por exemplo, isobutano), são separados. Vários outros compostos associados com alimentação de matéria-prima e diluente, tais como outros compostos com 4 carbonos (por exemplo, n-butano) e compostos com 6 carbonos (por exemplo, n-hexano), são inertes, os quais não se polimerizam e funcionam como um diluente junto com isobutano. Os pesados incluem compostos adicionais com seis carbonos junto com quaisquer compostos mais pesados que possam ser produzidos no reator (tais como oligômeros). Uma porção da corrente de vapor é então passada a um condensador em uma zona de remoção de pesados. 0 condensador pode apenas condensar uma pequena porção da corrente ou pode condensar a maioria ou essencialmente toda a primeira porção. 0 liquido e o vapor são então combinados, o que permite que os mesmos formem uma corrente combinada. A corrente combinada é passada a uma zona de coleta de liquido, e o liquido e o vapor são separados na zona de coleta, após o qual o vapor do diluente é passado a uma tubulação de reciclagem de diluente e o liquido é passada dentro de uma tubulação de distribuição de pesados. [021] O vapor do diluente separado do liquido (isto é, vapor do diluente que sai de uma porção superior do tanque de coleta de liquido) é adequado para reciclagem ao reator de polimerização. O vapor do diluente é passado da tubulação de reciclagem de diluente a um tubulação de reciclagem de diluente. O vapor do diluente é condensado por um trocador de calor. O diluente pode então ser reciclado à zona de polimerização sem ter de remover os pesados adicionais. Também, o diluente é passado da tubulação de distribuição de pesados a uma coluna de pesados. [022] A presente invenção é aplicável a qualquer polimerização de olefina em um reator de ciclo que utiliza um meio liquido de modo a produzir uma suspensão fluida de sólidos poliméricos no meio liquido. Monômeros olefinicos adequados incluem 1-olefinas possuindo até 8 átomos de carbono por molécula e nenhuma ramificação mais próxima da ligação dupla que a posição 4. A presente invenção é particularmente adequada para a homopolimerização de etileno e copolimerização de etileno e uma 1-olefina superior tal como buteno, 1-penteno, 1-hexeno, 1-octeno ou 1-deceno. [023] Diluentes adequados para uso como o meio liquido são bem conhecidos na técnica e incluem hidrocarbonetos, que são inertes e líquidos sob as condições da reação.
Hidrocarbonetos adequados incluem isobutano, propano, n- pentano, i-pentano, neopentano e n-hexano, com o isobutano sendo especialmente preferido. Detalhes adicionais relacionados ao aparelho do reator de ciclo e processos de polimerização podem ser encontrados nas Patentes U. S. de números 4.674.290, 5.183.866, 5.455.314, 5.565.174, 5.624.877, 6.005.061, 6.045.661, 6.051.631, 6.114.501, 6.262.191, e 6.420.497, que estão aqui incorporadas por referência. [024] Adicionalmente, as presentes técnicas para controlar pesados podem ser empregadas onde o monômero é o meio líquido para a polimerização. Por exemplo, as presentes técnicas podem ser usadas para a polimerização de propileno onde o propileno é o meio líquido e um diluente inerte não está presente em qualquer quantidade substancial. Um diluente pode ainda ser usado para o catalisador. Para ilustração, mas não como uma limitação, a presente invenção será descrita em conexão com um processo de polietileno usando-se um diluente inerte como o meio líquido, mas deve-se compreender que a presente invenção pode também ser empregada onde o monômero é usado como o meio líquido e tomará o lugar do diluente nas seguintes descrições. [025] A Figura 1 é uma representação de um sistema de polimerização de suspensão (10) de acordo com a presente invenção. O sistema de polimerização de suspensão (10) inclui um tanque de alimentação de catalisador (12) (tal como um pote de catalisador ou um tanque agitado) contendo uma mistura de catalisador e diluente. O catalisador e o diluente do tanque de catalisador (12) são bombeados para dentro do reator de ciclo (14). A Figura 1 também mostra os aquecedores de tubulação de vaporização (16), um separador de vapor instantâneo (também descrito como uma câmara de expansão de pressão intermediária) (18), um sistema de remoção de pesados (20), uma câmara de "fluff" (22), uma coluna de purga (24), um tratador de reciclagem (26), uma unidade de recuperação de isobutano/nitrogênio (INRU) (28), um tanque de reciclagem (30), uma coluna de pesados (32) , uma coluna de leves (34), uma unidade acumuladora livre de olefina (36), e uma série de conduítes, bombas e condensadores. Para o propósito de simplicidade, alguns componentes não relacionados aos sistemas e processos reivindicados e/ou que estão relacionados aos detalhes de produção ou de rotina, tais como as válvulas separadoras e tubulações/conduítes de conexão do sistema de polimerização de suspensão (10), não são mostrados. [026] O catalisador ou o catalisador e o diluente do tanque de alimentação de catalisador (12) passa através do conduite (40) e é bombeado para dentro do reator de ciclo (14) através de uma bomba (42). Catalisadores adequados são bem conhecidos na técnica. Por exemplo, óxido de cromo em um suporte tal como sílica pode ser usado, conforme divulgado na Patente U. S. de número 2.825.721, emitida para Hogan e Banks, cuja divulgação está aqui incorporada por referência integralmente. Adicionalmente, outros catalisadores bem conhecidos na técnica (por exemplo, catalisador Ziegler, catalisador metaloceno) podem também ser usados para polimerização de olefina. [027] O sistema de polimerização de suspensão (10) também inclui uma alimentação de monômero (38). Um monômero tal como etileno, por exemplo, é introduzido no reator de ciclo (14) . Conduites adicionais e linhas podem fornecer monômero e/ou diluente dentro do reator de ciclo (14) ou podem se unir em uma tubulação (46) para introduzir uma corrente combinada de etileno novo e diluente reciclado conforme mostrado. Monômero, diluente, catalisador e quaisquer outros materiais podem ser introduzidos no reator de ciclo (14) em um ou em vários pontos. [028] Conforme mostrado na Figura 1, o reator de ciclo (14) pode compreender uma pluralidade de elementos verticais (48) formados integralmente com os elementos horizontais (50) (ou elementos de conexão curvos). A fim de maximizar a transferência de calor dentro do reator (14), a distância entre os elementos verticais (48) é preferivelmente minimizada. Assim, os elementos horizontais (50) podem ser de comprimento mínimo.
Alternativamente, os elementos horizontais (50) podem ser eliminados de forma que os elementos verticais (48) estejam conectados através dos elementos de conexão curvos.
Alternativamente, o reator de ciclo pode ser substancialmente horizontal e não ter quaisquer elementos verticais. Os elementos mais longos (48) preferivelmente possuem revestimentos de troca de calor (49). Os elementos verticais (48) e elementos horizontais (50) (ou elementos de conexão curvos) definem uma zona de reação de ciclo. A zona de reação de ciclo pode incluir mais ou menos elementos verticais (48) e elementos horizontais correspondentes (50) como aqueles mostrados na Figura 1.
Também, o reator de ciclo pode ser orientado verticalmente ou horizontalmente (por exemplo, girando-se o reator (14) na Figura 1 em 90 graus) ou pode ser inteiramente horizontal, com nenhum elemento vertical. Os elementos de conexão (50) podem ser de qualquer forma que conecte os segmentos verticais (48) e permita que o fluido flua entre eles. [029] Um propulsor está localizado no reator de ciclo (14) para circular a suspensão. O propulsor é acionado por um motor (47) . O propulsor está localizado no interior da zona de reação de ciclo definida pelos elementos verticais (48) e os elementos horizontais (50). O propulsor (47) é operável para circular suspensão fluida, compreendendo diluente liquido e partículas de polímero olefínico sólidas, através do reator de ciclo (14). [030] Uma suspensão de produto intermediário, compreendendo o meio líquido e partículas de polímero sólidas, é retirada do reator de ciclo (14) por meio dos dispositivos de retirada contínuos (52). Um dispositivo de retirada contínuo (52) está divulgado na Patente U. S. de número 6.239.235, o qual está aqui incorporado por referência. O sistema de polimerização de suspensão (10) pode incluir mais ou menos dispositivos de retirada contínuos (52) (e conduítes e aquecedores de tubulação de vaporização (16) correspondentes) mostrados na Figura 1.
Por exemplo, um, dois, três ou mais dispositivos de retirada contínuos (52) podem ser usados. Também, os dispositivos de retirada contínuos (52) podem estar tangencialmente posicionados em elementos curvos. Os dispositivos de retirada contínuos (52) podem estar posicionados em qualquer lugar no reator de ciclo (14) .
Alternativamente, tubos de sedimentação podem ser usados em conjunto com, ou em lugar de, os dispositivos de retirada contínuos (52). [031] Uma suspensão fluida é retirada do reator de ciclo (14) como uma suspensão de produto intermediário, a suspensão de produto intermediário é passada do dispositivo de retirada contínuo (52) para uma tubulação de vaporização (54), que forma uma primeira passagem de fluido para a porção retirada da suspensão ao aparelho de processamento no sentido do fluxo. A tubulação de vaporização (54) pode ser fornecida com um aquecedor de tubulação de vaporização (16) circundando pelo menos uma parte da tubulação de vaporização (54) . O aquecedor de tubulação de vaporização (16) contém um fluido aquecido (por exemplo, vapor) que fornece aquecimento indireto aos conteúdos da tubulação de vaporização (54), de forma que a suspensão de produto intermediário que passa através da tubulação de vaporização (54) seja aquecida. Preferivelmente, a suspensão de produto intermediário é aquecida de forma que pelo menos uma maioria do diluente líquido seja vaporizada, produzindo assim vapor do diluente e uma suspensão pós-tubulação de vaporização. A suspensão pós-tubulação de vaporização compreende as partículas de polímero sólidas e uma quantidade reduzida de diluente líquido (em comparação à suspensão de produto intermediário). Alternativamente, a suspensão pós-tubulação de vaporização pode ser aquecida de forma que menos que a maioria do diluente líquido seja vaporizada. Preferivelmente, a suspensão de produto intermediário é aquecida na tubulação de vaporização (54) de forma que, à medida que ele entra no separador de vapor instantâneo (18), essencialmente todo o diluente líquido tenha sido vaporizado dentro da tubulação de vaporização (54) . A "vaporização" tende a ocorrer à medida que a suspensão de produto intermediário passa através do dispositivo de retirada contínuo (52) e tubulação de vaporização (54). Preferivelmente, a suspensão de produto intermediário é aquecida na tubulação de vaporização (54) para vaporizar completamente os líquidos diluentes de forma que os sólidos e vapores que são descarregados dentro do separador de vapor instantâneo (18) estejam livres de líquidos. [032] Em alguns sistemas que utilizam um aquecedor de tubulação de vaporização (16) , algum ou todo o diluente (ou outro meio líquido) irá vaporizar na tubulação de vaporização (54) antes da introdução no separador de vapor instantâneo (18), que pode ser chamado de "câmara de expansão" ou uma "câmara de expansão de pressão intermediária". Estes termos ainda são freqüentemente usados para o tanque que segue a tubulação de vaporização, onde o diluente vaporizado separa-se dos sólidos poliméricos. "Tanque de vaporização" ou "câmara de expansão" são ainda usados embora possa haver nenhuma ou pouca vaporização no tanque de vaporização se todo ou substancialmente todo o diluente estiver vaporizado na tubulação de vaporização. Nos desenhos correntes que possuem as tubulações de vaporização descarregando a pressões mais altas e sem dispositivos de secagem no sentido do fluxo, é objetivado desenhar as tubulações de vaporização de modo que haja pouca ou nenhuma queda de pressão na entrada do tanque de vaporização, com essencialmente todos os líquidos vaporizados antes da entrada no recipiente. [033] Após a suspensão do produto intermediário passar através da tubulação de vaporização (54), o "fluff" pós- tubulação de vaporização e diluente vaporizado são passados para dentro do tanque ou câmara do separador de vapor instantâneo (18) . O separador de vapor instantâneo (18) preferivelmente está a uma pressão intermediária, menor que a pressão no reator porém maior que a pressão do aparelho no sentido do fluxo. Preferivelmente, o separador de vapor instantâneo (18) está a uma pressão através da qual o gás vaporizado separado (ou a maioria ou outra porção grande) pode ser condensada pelo trocador de calor sem compressão.
No separador de vapor instantâneo (18), a maioria do diluente, monômero não reagido, e pesados formam uma corrente de vapor (gás vaporizado) que sobe em direção a uma porção superior do separador de vapor instantâneo (18) , enquanto o "fluff" cai a uma porção inferior do separador de vapor instantâneo (18) . O "fluff" compreende polímero sólido, que pode ter traços ou outras pequenas quantidades de diluentes carreados neste. [034] O "fluff" pode passar a um segundo separador de vapor instantâneo (por exemplo, uma câmara de expansão de baixa pressão). Um sistema de vaporização em dois estágios está descrito na Patente U. S. de número 4.424.341, que está aqui incorporado por referência. Alternativamente, o "fluff" pode passar a uma porção inferior da primeira câmara de expansão à coluna de purga (24) . (A coluna de purga (24) pode seguir a segunda câmara de expansão).
Alternativamente, o "fluff" pode ser passado através de um secador condutor e então a uma coluna de purga conforme descrito na Patente U. S. de número 4.501.885, que está aqui incorporada por referência. O diluente carreado dentro das partículas de polímero é separado do "fluff" na coluna de purga (24) através da passagem de nitrogênio através das partículas de polímero sólidas (o "fluff"). O nitrogênio extrai o diluente carreado e/ou o diluente líquido, deixando assim o polímero sólido essencialmente livre de diluente carreado. O polímero sólido é então depositado, coletado, ejetado ou de outra forma retirado de uma porção inferior da coluna de purga (24). [035] O nitrogênio e o diluente extraído são então passados a uma porção superior da coluna de purga (24) a uma unidade de recuperação de isobutano/nitrogênio (INRU). A INRU processa os vapores removidos do "fluff" na coluna de purga. A INRU separa o nitrogênio dos vapores de diluente através da condensação dos vapores de diluente em líquidos. Pó um lado, a INRU funcionada de alguma forma como o sistema de remoção de pesados através da condensação de uma quantidade relativamente pequena do gás vaporizado e enviando um líquido à coluna de pesados. A INRU (28) separa o nitrogênio do diluente e outros hidrocarbonetos. O nitrogênio é então passado de volta à coluna de purga (24) através de uma tubulação de retorno de nitrogênio (60) . O diluente separado é outros hidrocarbonetos podem ser retornados ao tanque de reciclagem (30) e finalmente retornado ao reator de ciclo (14) . Alternativamente, algum ou todo o liquido da INRU (28) pode ser enviado à coluna de pesados (32) . A INRU é projetada para produzir um produto liquido que contém substancialmente todos os hidrocarbonetos (mas não as partículas de polímero sólidas) removidos na coluna de purga. [036] A corrente de vapor que foi vaporizada ou na tubulação de vaporização (54) e/ou no separador de vapor instantâneo (18), que é também chamado aqui de primeira corrente de vapor, é passada ao sistema de remoção de pesados (20) por meio da tubulação de remoção de vapor (56). A tubulação de remoção de vapor (56) pode incluir uma série de filtros e componentes, tais como filtros tipo bolsa, para filtrar as partículas de polímero finas da corrente de vapor a fim de impedir que os finos entrem no sistema de remoção de pesados (20) . Por exemplo, para um processo de polietileno adequado, a corrente de vapor é principalmente diluente de isobutano, mas o diluente da corrente de vapor também contém pesados, tais como comonômeros de 1-hexeno e outros hidrocarbonetos possuindo seis ou mais átomos de carbono. A corrente de vapor pode também conter hidrocarbonetos mais leves tais como etano e etileno. [037] A Figura 2 é uma representação de um sistema de remoção de pesados (20) . O sistema de remoção de pesados (20) está conectado de forma fluida, e comunica-se com, uma porção superior do separador de vapor instantâneo (18) através da tubulação de remoção de vapor (56) . No equipamento mostrado na Figura 2, a sistema de remoção de pesados (20) inclui um primeiro condensador (62), uma tubulação secundária (63), uma válvula secundária (64), um misturador estático (66), um tanque de coleta de liquido (68), um controlador de temperatura (70), um controlador de nivel (72), uma bomba (74), um controlador de fluxo (76) e uma válvula de controle de fluxo (78). [038] O sistema de remoção de pesados (20) é projetado e/ou disposto de modo a condensar uma pequena quantidade de liquido da primeira corrente de vapor. Uma fração de gás vaporizado (em outras palavras, uma primeira porção da primeira corrente de vapor) é passada através do condensador (62), que condensa um pouco da fração em um liquido. Quando o liquido do condensador (62) contata o gás vaporizado quente que tinha desviado pelo condensador (62) (em outras palavras, uma segunda porção da primeira corrente de vapor), um pouco do liquido vaporiza-se novamente, deixando uma quantidade residual de liquido e uma maior quantidade de gás vaporizado. O liquido e o gás vaporizado são passados ao tanque de coleta de liquido (68). Um misturador estático (66) pode ser usado para assegurar o contato adequado, a rápida re-vaporização e condições de equilíbrio no tanque de coleta de líquido (68) . A taxa de fluxo pode ser ajustada no controlador de fluxo (76) . O nível no tanque de coleta de líquido (68) é determinado pela quantidade de líquido gerada pelo condensador (62). Se o nível de líquido no tanque de coleta (68) sobe, o controlador de temperatura (70) ajusta-se a uma temperatura mais alta para diminuir a quantidade de líquidos gerada pelo condensador (62). De modo oposto, se o nível dentro do tanque de coleta (68) diminui, o controlador de nível (72) atua para diminuir o ponto de ajusta de temperatura (70), direcionando assim mais fluxo através do condensador (62) para gerar mais líquidos.
Conseqüentemente, o controlador de nível ajusta o controlador de temperatura para gerar uma quantidade de líquidos que se iguala à quantidade desejada de líquidos conforme ajustado pelo controlador de fluxo. Isto fornece uma forma eficiente e relativamente fácil de controlar a quantidade de líquido condensado a partir da primeira corrente de vapor. [039] Conforme visto na Figura 1, o condensador (62) do sistema de remoção de pesados (20) está em adição ao condensador de gás vaporizado (84). O sistema de remoção de pesados (20) será geralmente usado para condensar uma quantidade relativamente pequena do vapor total a partir da tubulação de remoção de vapor (em outras palavras, da primeira corrente de vapor). Por exemplo, o sistema de remoção de pesados (20) condensa (em outras palavras, forma um líquido de) cerca de 1% ou menos da corrente de vapor total a partir da primeira câmara de expansão. Qualquer um pode desejar ajustar um máximo para a quantidade da primeira corrente de vapor condensada pelo primeiro condensador. Por exemplo, o sistema de remoção de pesados (20) pode ser ajustado para condensar no máximo cerca de 10%, alternativamente no máximo cerca de 5%, alternativamente no máximo cerca de 4%, alternativamente no máximo cerca de 3% da primeira corrente de vapor. O condensador (62) pode condensar de cerca de 0,1 a cerca de 15% do gás vaporizado. A quantidade de liquido condensador pelo condensador (62) pode ser até 5 vezes maior que o liquido gerado pelo sistema de remoção de pesados (20). [040] O sistema de remoção de pesados (20) produz liquido com um percentual maior dos componentes mais pesados que são encontrados na corrente de vapor. Por exemplo, o liquido no tanque de coleta (68) pode conter pelo menos cerca de 1%, alternativamente pelo menos 5%, alternativamente pelo menos 10%, dos pesados na corrente de vapor. Particularmente, espera-se que o sistema de remoção de pesados seja particularmente efetivo na remoção da maior parte dos oligômeros, por exemplo, pelo menos cerca de 2%, alternativamente pelo menos cerca de 10%, alternativamente cerca de 20% dos oligômeros na corrente de vapor. Mesmo se o sistema de remoção de pesados não remover todos os pesados do meio liquido a ser reciclado ao reator de polimerização, ele ainda fornece um beneficio importante impedindo um crescimento excessivo de pesados no meio reciclado. [041] O liquido concentrado em pesados pode ser referido como liquido de pesados. O liquido de pesados é encaminhado a uma coluna de pesados onde os componentes mais pesados podem ser removidos do processo. Assim, a concentração dos componentes mais pesados no gás vaporizado é diminuída dos níveis que de outra forma existiríam. [042] O presente processo e sistema resultam na geração de uma corrente de diluente reciclada possuindo menos pesados que de outra forma se formariam na corrente de diluente reciclado. Este sistema pode funcionar em conjunção com um processo de reciclagem direta, permitindo que a maior parte do diluente seja condensada e reciclada diretamente de volta ao reator sem passar através das colunas de fracionamento que removem os componentes mais pesados e mais leves. No processo de reciclagem direta, é desejável que apenas uma fração do diluente reciclado total seja enviada ao fracionamento onde os componentes mais pesados podem ser rejeitados e os leves podem ser removidos e o diluente livre de olefina é gerado. Com apenas uma fração do diluente reciclado que alimenta o fracionamento, as colunas de fracionamento podem ser relativamente pequenas. [043] Conforme mostrado na Figura 2, o condensador (62) está em conexão fluida com a tubulação de remoção de vapor (56) e está contra o fluxo do misturador estático (66). A válvula secundária (64) está interposta dentro da tubulação secundária (63) de forma que a válvula secundária (64) possa abrir e fechar seletivamente a tubulação secundária (63). O tanque de coleta de liquido (68) é a favor do fluxo do misturador estático (66). Uma tubulação de reciclagem de diluente (80) está em comunicação fluida com o tanque de coleta de liquido (68) e conecta o tanque de coleta de liquido (68) a um tanque de reciclagem (30) . A válvula de secundária (64) pode está em comunicação de informação com o controlador de temperatura (70), que está interposto dentro da linha de reciclagem de diluente (70).
Adicionalmente, ou alternativamente, a válvula secundária pode estar em comunicação de informação com o controlador de nivel (72), que está posicionado dentro do tanque de coleta de liquido (68) . O controlador de tempo (70) e o controlador de nível (72) podem ser assistidos por ou usado em conjunção com uma unidade de processamento central ou outra unidade lógica ou controlador principal. 0 controlador de temperatura (70) e o controlador de nível (72) retransmitem sinais para a válvula secundária (64) para fechar ou abrir a tubulação secundária (63), dependendo das condições de temperatura e de nível dentro do sistema de remoção de pesados (20) . Este esquema de controle permite o controle automático para obter a quantidade desejada de líquido no tanque de coleta de líquido (68). [044] A porção infeior do tanque de coleta (68) está em comunicação fluida com uma tubulação de distribuição de pesados (82), que recebe um líquido concentrado em pesados a partir do tanque de coleta de líquido (68) . Uma bomba (74) pode estar posicionada na tubulação de distribuição de pesados (82), que fornece força suficiente para mover o líquido concentrado em pesados através da tubulação de distribuição de pesados (82) à coluna de pesados (32) . Um controlador de fluxo (76), que pode ser assistido por ou usado em conjunção com uma unidade de processamento central ou unidade lógica ou um controlador principal, está posicionado no sentido fe fluxo da bomba (74) e está em comunicação de informação com a válvula de controle de fluxo (78), que pode seletivamente abrir e fechar a tubulação de distribuição de pesados (82) . A válvula de controle de fluxo (78) pode ser operada em conjunto com o controlador de fluxo (7 6) . Dependendo da taxa de fluxo dos pesados através da tubulação de distribuição de pesados (82), o controlador de fluxo (76) pode enviar um sinal de comando à válvula de controle de fluxo (78) para abrir ou fechar a tubulação de distribuição de pesados (82). [045] O sistema de remoção de pesados (20) é usado para produzir uma corrente de líquidos relativamente rica em componentes mais pesados. Uma vez que os pesados ou uma porção de pesados são removidos, o diluente pode ser reciclado e retornado ao reator de ciclo (14) . O sistema de remoção de pesados (20) não necessariamente remove todos os pesados. Em vez disso, o sistema de remoção de pesados (20) pode apenas remover uma pequena quantidade dos pesados a fim de limitar o desenvolvimento potencial de pesados a níveis relativamente baixos. Particularmente, o sistema de remoção de pesados pode limitar o desenvolvimento de oligômeros. [046] O sistema de remoção de pesados (20) está configurado para produzir líquidos relativamente concentrados em pesados que estavam contidos dentro da primeira corrente de vapor. É considerado que pelo menos alguns dos pesados da primeira corrente de vapor, ou uma maior parte desta, serão passados à tubulação de entrega de pesados (82). Por exemplo, cerca de 98% da primeira corrente de vapor podem permanecer como um vapor como um resultado de desviar o primeiro condensador, em outras palavras apenas uma pequena quantidade de líquidos é gerada. Uma porção da primeira corrente de vapor é enviada ao condensador onde toda ou a maior parte da porção é convertida a líquido. Este líquido mais frio é combinado com os gases mais quentes que desviaram do condensador e este líquido e a mistura de vapor são enviados ao misturador estático (66). O misturador estático assegura boa misturação dos líquidos e vapores de forma que condições substancialmente de equilíbrio possam ser rapidamente geradas. [047] Substancialmente as condições de equilíbrio significam que o líquido e o vapor no tanque de coleta de líquido atingem substancialmente a mesma temperatura com alguns dos líquidos vaporizando para executar isto. O gás pode então ser passada ao tanque de coleta onde os líquidos e vapores inicialmente misturam-se mas também são separados. O gás vaporizado condensa e re-evapora, os pesados são deixados para trás no líquido no fundo do tanque de coleta. [048] A quantidade da primeira corrente de vapor que é desviada para dentro condensador (62) é controlada para gerar uma quantidade desejada de líquidos no tanque de coleta de líquido (68) . O vapor aquecido desviado e o líquido resfriado do condensador a partir do mesmo (62) são então misturados pelo misturador estático (66). O controlador de temperatura (70) pode sinalizar a válvula secundária (64) para abrir ou fechar a um grau desejado, dependendo da temperatura do vapor de diluente na tubulação de reciclagem de diluente (80). [049] Depois, o vapor de gás vaporizado e líquido condensado são misturados juntos para formar uma mistura, a mistura é passada para dentro do tanque de coleta de líquido (68) . O tanque de coleta de líquido (68) separa os líquidos que contém uma maior concentração dos componentes mais pesados do vapor do diluente. É desejável reduzir ou evitar os gradientes de pressão ou temperatura no tanque de coleta de líquido. [050] O controlador de temperatura (70) pode ser periodicamente ou ocasionalmente reajustado pelo controlador de nivel no tanque de coleta. Se o nivel no tanque de coleta cai abaixo do ponto de ajuste do nivel, o controlador envia um sinal para baixar o ponto de ajuste do controlador de temperatura que envia sucessivamente um sinal para fechar a válvula secundária a um grau desejado e força mais fluxo através do condensador para gerar mais líquidos. Contrariamente, se o nível no tanque está acima do ponto de ajuste desejado, o controlador de nível envia um sinal para elevar o ponto de ajuste do controlador de temperatura que envia sucessivamente um sinal para abrir a válvula secundária a um grau desejado o que diminui o fluxo através do condensador que reduz a quantidade de líquidos formada. Quando o ponto de ajuste do controlador de fluxo é mudado, a válvula de controle de fluxo abre ou fecha para produzir o fluxo desejado, e esta mudança de fluxo é refletida como uma mudança no nível no tanque, e o controlador de nível reage para mudar a quantidade de líquidos condensada. [051] O líquido concentrado nos pesados é passado do tanque de coleta de líquido (68) através da tubulação de distribuição de pesados (82) e é bombeado em direção à coluna de pesados (32) pela bomba (74). O controlador de fluxo (76) monitora e controla o fluxo do líquido através da tubulação de distribuição de pesados (82) sinalizando a válvula de controle de fluxo (78) para abrir ou fechar a válvula de controle de fluxo (78) , dependendo da quantidade desejada de líquidos a ser gerada. Por exemplo, se os operadores querem criar 1500 kg/h de líquidos, é desejável que este número possa ser introduzido como um ponto de ajuste ao controlador de fluxo. Os líquidos são finalmente entregues à coluna de pesados (32). [052] Referindo-se novamente à Figura 1, a coluna de pesados (32) separa o meio líquidos e os componentes mais leves dos pesados. O diluente (em outras palavras, o meio líquido) extraído na coluna de pesados (32) é então passado a uma coluna de leves (34), onde os leves são removidos, produzindo assim diluente essencialmente ou substancialmente puro, que é então passado através do acumulador livre de olefina (36) e bombeado ao tanque de alimentação de catalisador (12) ou ao tanque de reciclagem (30), e é então bombeado ao reator de ciclo (14). [053] O vapor do diluente dentro da tubulação de reciclagem de diluente (80) é passado através de um condensador de gás vaporizado (84), que pode condensar, liquefazer, o diluente. Algum diluente com uma concentração relativamente alta de componentes mais leves pode permanecer como vapor. A corrente é passada ao tanque de reciclagem (30), que serve como um cilindro de separação de vapor-líquido e os líquidos são passador diretamente de volta ao reator de ciclo (14) através do tratador de reciclagem (26). O vapor que possui uma concentração relativa mais alta dos componentes mais leves é passado ao fracionamento onde os componentes leves são rejeitados, e 1-hexano e hexanos são recuperados ou rejeitados, octano e compostos mais pesados são rejeitados, e o diluente (freqüentemente isobutano) é recuperado livre de olefinas. [054] A Figura 3 é uma representação esquemática de um outro sistema de polimerização de suspensão (11), que inclui um novo sistema de remoção de pesados. Conforme mostrado na Figura 3, a tubulação de remoção de pesados (8 6) pode ser uma tubulação de vapor que entra através do lado da coluna de pesados (32) . Uma vez que a tubulação de vapor (86) irá conter pequenas quantidades de hexeno, é desejável que o mesmo entre na coluna de pesados porque todos os hexanos devem ser excluídos da coluna de leves.
Também, há uma tubulação de produto liquido (90) estendendo-se a partir da INRU (28) . A INRU é projetada para recuperar tanto nitrogênio quando hidrocarbonetos (diluente) como líquidos. A tubulação de produto liquido (90) pode ser dividida com uma ramificação que se conecta à coluna de pesados (32) e uma outra ramificação que conecta- se ao tanque de reciclagem (30) . Desta forma, os líquidos podem ser direcionados à coluna de pesados (32) e/ou ao tanque de reciclagem (30). Também, o produto livre de olefina que é passado da unidade acumuladora livre de olefina (36) pode ser bombeado de volta ao tanque de reciclagem (30) além do tanque de mistura de catalisador (12) . [055] Assim, a presente invenção fornece um sistema mais eficiente e processo de reciclagem do meio líquido em um processo de polimerização de suspensão. A presente invenção fornece um sistema e processo de remoção de pesados melhorado, que remove uma maior quantidade de pesados, quando comparado aos sistemas anteriores, a partir do meio líquido que deve ser reciclado ao reator. Um sistema de reciclagem direta é fornecido onde a maioria ou todo o líquido no efluente do reator (diluente e outros hidrocarbonetos) é separado do "fluff", condensado e reciclado de volta ao reator sem passar através das etapas de purificação (fracionamento). Outros sistemas passam substancialmente todo o vapor do diluente (efluente do reator) através de fracionamento (etapas de purificação) onde todos os compostos mais pesados podem ser separados.
Em um sistema de reciclagem direta há um desejo de rejeitar os componentes mais pesados assim como os componentes mais leves de forma que eles não se concentrem no processo e danifiquem o reator ou o produto. Então, no processo de reciclagem direta, algum diluente reciclado (em outras palavras, hidrocarbonetos do efluente do reator) é ainda processado em uma pequena seção de purificação (fracionamento) para gerar algum diluente puro (livre de olefina) para uso como diluente de catalisador, e para rejeitar alguns componentes pesados e leves para impedir o desenvolvimento ou concentração anormais. Através do fracionamento de apenas uma pequena porção da reciclagem de diluente, os fracionadores podem ser menores. Os fracionadores de reciclagem direta podem ser alimentados a partir de uma corrente de suspensão de liquido de reciclagem ou pelo produto liquido da INRU mas através da criação de líquidos com o presente sistema de remoção de pesados, a concentração dos pesados é melhor controlada, em outras palavras para a mesma taxa de alimentação de fracionamento, a concentração de pesados na reciclagem é menor. [056] O presente sistema e processo descritos podem também alimentar o fracionamento (colunas de pesados e leves) quando a INRU não está operacional de forma que o diluente livre de olefina possa ser gerado para suspender o catalisador. [057] Embora a presente invenção tenha sido descrita com referência a certas modalidades, deve ser compreendido por aqueles habilitados na técnica que várias mudanças podem ser feitas e equivalentes podem ser substituídos sem se afastar do escopo da invenção. Além disso, quaisquer modificações podem ser feitas para adaptar uma situação particular ou material aos ensinamentos da invenção sem se afastar de seu escopo. Portanto, é objetivado que a invenção não seja limitada à divulgação da modalidade particular, mas que a invenção irá incluir todas as modalidades inseridas no escopo das reivindicações em anexo.

Claims (5)

1. Sistema de recuperação e purificação para um meio liquido de uma polimerização de suspensão, sendo o sistema caracterizado pelo fato de que compreende: uma primeira passagem de fluido conectada em uma extremidade a um reator de polimerização de suspensão; um separador de gás instantâneo conectado a uma extremidade oposta da primeira passagem de fluido, para a separação de uma corrente de vapor compreendendo partículas de polímero sólidas em um meio líquido; uma tubulação de remoção de vapor conectada a uma porção superior do separador de gás instantâneo, para transportar a corrente de vapor a partir do separador de gás instantâneo; um primeiro condensador abaixo da tubulação de remoção de vapor; um tanque de coleta abaixo do primeiro condensador; uma tubulação secundária de vapor fornecendo uma passagem secundária para uma porção da corrente de vapor em torno do condensador ao tanque de coleta; uma válvula secundária para controlar o fluxo de vapor através da tubulação secundária de vapor; uma tubulação de distribuição de líquido em uma porção inferior do tanque de coleta; uma tubulação de reciclagem de vapor em uma porção superior do tanque de coleta; um segundo condensador conectado de forma fluida à tubulação de reciclagem de vapor; uma segunda passagem de fluido conectando a saída do segundo condensador ao reator de polimerização de suspensão; e uma coluna de pesados conectada em uma extremidade oposta da tubulação de distribuição de liquido.
2. Sistema de recuperação e purificação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a válvula secundária está em comunicação informativa com pelo menos um de um controlador de temperatura abaixo do tanque de coleta e um controlador de nivel posicionado dentro do tanque de coleta.
3. Sistema de recuperação e purificação, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o controlador de nivel está em comunicação informativa com o controlador de temperatura, e o controlador de temperatura está em comunicação informativa com a válvula secundária.
4. Sistema de recuperação e purificação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende um tanque de reciclagem disposto ao longo da tubulação de reciclagem de diluente abaixo do segundo condensador.
5. Sistema de recuperação e purificação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende uma coluna de purga conectada de forma fluida para receber partículas de polímero sólidas do separador de gás instantâneo.
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