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Pronto para o desafio: As válvulas melhoram a polimerização em leito fluidizado

Espera-se que o mercado global de olefinas cresça cerca de 4% ou mais nos próximos anos. As indústrias automotiva e de embalagens são exemplos de usuários importantes de polímeros. A principal fonte de olefinas, os elementos básicos de polímeros, nomeadamente o etileno, o propileno, o butadieno e o isobuteno, é o craqueamento a vapor.

Alguns volumes de olefinas são produzidos a partir do craqueamento catalítico. Tecnologias como desidrogenação de propano também estão se tornando mais populares para produzir olefinas, especialmente em locais com pouco abastecimento de olefinas de craqueamento de nafta. Existem várias licenciadoras que oferecem tecnologias para a produção de polímeros. Os fatores associados à seleção de uma licença de tecnologia apropriada incluem, mas não estão limitados, à capacidade do processo para produzir os graus de polímero desejados, diversidade da tecnologia de processo, capacidade de produzir escalas de especialidades, opções de catalisadores e custo.

  • Destaques
  • A demanda global por produção de polímeros limpos e de alta qualidade está crescendo
  • Processos de polimerização em fase gasosa são muito econômicos na produção de polímeros de grau de commodity
  • As válvulas desempenham um papel extremamente importante no desempenho de sucesso do sistema de descarga do produto de um reator de polimerização de fase gasosa

Existem três tipos principais de tecnologias de baixa pressão, nomeadamente suspensão, solução e fase gasosa. Cada tipo de processo tem limitações na versatilidade das resinas que pode produzir. Os processos em fase gasosa são do tipo de leito agitado ou de leito fluidizado. Os reatores de fase gasosa possuem a janela de operação mais ampla, mas encontram dificuldades na produção de polímeros com densidades muito baixas devido à adesividade e à aglomeração de partículas.
Processos em fase gasosa são muito econômicos na produção de polímeros de grau de commodity, e, portanto, são populares com os produtores de polímeros. Esses polímeros, por exemplo, são
polietileno linear de baixa densidade (LLDPE), polietileno de alta densidade(HDPE) e polipropileno (PP). Este artigo foca no processo de polimerização em fase gasosa do tipo de leito fluidizado e, em particular, nos desafios que enfrentam as válvulas para fornecer soluções para aplicações de descarga de produtos de polímero para melhorar a confiabilidade e eficiência do processo.


Visão geral do processo
Em um reator de leito fluidizado de fase gasosa, monômeros gasosos, comonômeros e catalisadores proprietários combinam-se para produzir uma resina seca de comonômeros. Esta resina, junto com o vapor de hidrocarbonetos, o catalisador não consumido e possivelmente com folhas de polímero e pedaços, flui do reator para o sistema de descarga do produto (PDS), onde o gás não reagido é separado do produto e retorna ao reator. O PDS é composto por uma ou mais câmaras de produtos, bem como uma variedade de válvulas e tubulações para o transporte do produto, o isolamento, a ventilação de gás de reciclagem e cruzamentos com outras vias do próprio PDS. A jusante do PDS, o produto é purgado com nitrogênio, para remover os hidrocarbonetos remanescentes. Finalmente, o polímero granular é peletizado com aditivos apropriados para aplicação.

Figura 1. Polimerização em fase gasosa PDS com válvulas.

Há um número de tubulação ligado ao reator, também denominado como 'pernas' para descarregar frequentemente o polímero do reator. A descarga é baseada na pressão e gravidade. A pressão do reator é de aproximadamente 30 bars. Existe uma troca contínua entre a tubulação (ou pernas) de descarga do reator. Após o fluxo de polímero para a perna é trocado para a outra perna, a perna é limpa por aplicação de jato de gás de etileno ou propileno, para garantir que nenhum pó ou pedaços de polímero permaneçam presos em qualquer lugar. Os maiores reatores são capazes de processar de 400.000 a 600.000 tipos de polímeros.

 

Desafios para válvulas
As válvulas devem ser capazes de suportar uma alta taxa de ciclos, com um intervalo de 200.000 a 1 milhão de ciclos por ano, dependendo do tipo de reator e tubulação de descarga. Enquanto isso, na maioria das aplicações, é necessário um tempo de ciclo rápido de menos de 2 a 3 s. Portanto, designs de alto ciclo e construção, tanto da válvula quanto do atuador são essenciais. As diferenças de alta pressão sobre a válvula, combinadas com a vibração do tubo e as forças de mistura, exigem que as válvulas sejam altamente rígidas e tenham uma dureza duradoura. Alguns meios podem conter vapor de hidrocarboneto, de nitrogênio, de resina, de polímero não reagido, e, por vezes, até mesmo folhas e pedaços de polímero. A sede e o mancal da válvula devem resistir ao crescimento de polímero em cavidades e sulcos, devido à polimerização contínua do meio. O vazamento de válvulas representa um problema ambiental e de segurança, devido ao risco de incêndio, à toxicidade e à volatilidade dos hidrocarbonetos gasosos. Gaxeta de grafite geralmente não é permitida, devido às especificações rigorosas de cor do produto final do polímero; o polímero deve ser muito limpo, brilhante e claro. Os catalisadores modernos usados para melhorar a qualidade de produto final do polímero, quando combinados com o polímero produzido, são mais duros e, portanto, mais abrasivos para a tubulação e para as válvulas.

O mercado requer polímeros limpos e de alta qualidade. É importante que o processo seja estável, flexível e esteja sob controle. O desempenho adequado da válvula na tubulação conectada ao reator, câmaras de produtos e todo o sistema de descarga de polímero melhoram a precisão e confiabilidade do controle de produção e afetam favoravelmente o desempenho da unidade. As válvulas possuem um papel extremamente importante no desempenho de sucesso do sistema de descarga do produto. Produtores de resina de polímero estão à procura de tempos mais longos de atividade em suas unidades, uma vez que o tempo de inatividade significa perdas de produção e representa custos significativos, que incluem custos de manutenção. Isso exige uma confiabilidade de equipamento inquestionável.

Respeitando demandas de polimerização de alto ciclo
Válvulas esfera com sede metálica equipadas com atuadores de pistão de alto ciclo, como as robustas válvulas esfera da Metso bi-apoiadas, têm sido a escolha para muitos produtores de polímeros para aplicações críticas no sistema de descarga do produto em fase gasosa, tais como as válvulas de bloqueio e válvulas de linha de descarga. Esta escolha foi feita devido à sede metálica à prova de polímero, que evita que o polímero penetre atrás da sede e trave a válvula, e devido ao recurso anti abrasivo que o torna uma escolha perfeita para catalíticos de polímero duro e mais abrasivos, que atualmente são amplamente usados para melhorar a qualidade do polímero do produto final. O princípio da sede da válvula é muito simples: a sede tem contato contínuo com a esfera, limpando as superfícies da sede com cada ciclo, para evitar o acúmulo de polímero. Isso proporciona meios para estanque e ciclo de vida confiáveis e duradouros nessas aplicações exigentes.

“Os produtores de resina de polímero exigem equipamentos inquestionavelmente confiáveis para o seu processo de polimerização em fase gasosa do tipo de leito fluidizado.”

O uso da tecnologia de válvulas rotativas fornece uma maneira de manter baixas as emissões de hidrocarbonetos voláteis durante todo o ciclo de vida. Isto é baseado em uma vedação de haste certificada e à prova de emissão, com engaxetamento pressurizado por molas, que é projetado para manter a sua tensão, mesmo em aplicações de alta ciclagem. Este tipo de aplicação em alto ciclo pede um atuador que seja testado e comprovado em campo para suportar um número elevado de ciclos, sem falhar. Um controlador de válvula PDS inteligente e integrado, como o SwitchGuard da Metso com características únicas de diagnóstico incorporado, permite aos usuários garantir a disponibilidade de válvulas PDS de alto ciclo.

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Figura 2. Válvula de esfera com sede metálica e com controlador inteligente de válvula.

Este tipo de controlador dá a possibilidade de configurar o tempo de movimentação da válvula on/off e os perfis de acordo com as necessidades do processo. Isso significa que os tempos e o ângulo de abertura e fechamento da válvula podem ser definidos de forma independente. Esta característica é especialmente útil para minimizar os impactos da pressão na tubulação (martelamento por água). Sua alta capacidade pneumática também oferece a possibilidade de alcançar tempos de movimento rápidos sem a necessidade de acessórios adicionais, como amplificadores de volume ou válvulas de escape rápido. Um controlador integrado reduz os custos de instalação, eliminando a necessidade de válvulas de solenoide externas. Além disso, a manutenção preditiva pode ser praticada com a ajuda dos diagnósticos fornecidos para garantir a operação contínua da válvula PDS.

Conclusão
Os mercados globais estão demandando mais polímeros. Processos de polimerização em fase gasosa são muito econômicos na produção de polímeros em escala de commodity, e, portanto, são populares com os produtores de polímeros. O mercado exige polímeros limpos e de alta qualidade. É importante que o processo seja estável, flexível e esteja sob controle. As válvulas desempenham um papel extremamente importante no desempenho de sucesso do sistema de descarga do produto de um reator de polimerização de fase gasosa. Designs de alto ciclo e construção, tanto da válvula quanto do atuador são essenciais. Um controlador de válvula PDS inteligente e integrado, com características únicas de diagnóstico incorporado, permite aos usuários garantir a disponibilidade de válvulas PDS de alto ciclo. 

 

TEXTO: Sari Aronen

MAIS INFORMAÇÕES: 
sari.aronen@metso.com

Publicado na revista Results de flow control  2/2015.
Originalmente publicado em HYDROCARBON ENGINEERING em outubro de 2014

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