Simulação de uma planta piloto de polimerização fase gás em modo condensado sem adição de agente condensante inerte

Abstract

Devido a sua elevada aplicabilidade, o PE é o polímero com maior produção atualmente. O processo predominante para a produção de polietileno (PE) ocorre em reatores fase gás de leito fluidizado. Dos processos fase gás existentes, a tecnologia Spherilene se destaca por possuir um dos melhores índices de segurança quando comparada às demais, emissões minimizadas de hidrocarbonetos e a ausência de subprodutos de reação. Porém, devido à elevada natureza exotérmica da reação, a taxa de produção de polímero é limitada pela quantidade de calor que é capaz de ser removida continuamente no interior do reator pela fase gasosa. Estudos indicam que a alimentação de uma fração líquida no fundo do reator é capaz de absorver uma quantidade significativa de calor da reação devido ao calor latente envolvido na vaporização do líquido, o qual deu nome à operação em modo condensado. Atualmente, a obtenção de uma fração de condensado no gás de reciclo da planta se dá através da adição de um Agente Condensante Inerte (ICA), responsável por aumentar a capacidade calorífica do gás e, consequentemente, a troca térmica interna no reator. O objetivo principal deste trabalho foi estudar a possibilidade de alternar o modo de operação de um reator piloto de polimerização, do modo seco para o modo condensado, sem a adição de ICA, a fim de prevenir contaminação da mistura reacional com novos componentes e atender a demanda atual da empresa. Foram realizadas simulações do sistema de reciclo no simulador iiSE, o qual apresentou erros inferiores a 2% em relação à produção da planta, quando comparado com dados reais. Com a validação da simulação, foram avaliadas duas possibilidades de condensação: a modificação direta das condições da corrente gasosa e a injeção de propano líquido no fundo do reator. Observou-se um aumento de produção de polímero apenas com a redução da temperatura do gás de reciclo (sem condensado). Também foi possível obter uma condição de modo condensado, porém, neste caso, a produção da planta deveria ser maior do que a capacidade do sistema, impossibilitando a sua operação. Porém, a alimentação de propano líquido diretamente na seção reta do reator apresentou resultados muito satisfatórios, tanto em relação a quantidade de propano necessária, quanto para o seu efeito na produção. A adição de 5 kmol/h de propano líquido aumentou a produção em torno de 40 %, enquanto que a adição de 11 kmol/h tem a capacidade de dobrar a carga da planta.