Processos de Produção do Polietileno Quanto a Natureza do Meio Reacional

Em escala industrial os principais processos de polimerização do eteno para obtenção do polietileno, em função da natureza do meio reacional, são suspensão, massa, solução e fase gás. Quando combinado com comonômeros e catalisadores específicos, esses processos geram produtos com propriedades e densidade específicas [CMAI, 2013].

A seguir serão descritos as principais características destes processos.

2.3.2.1 Processo de Polimerização em Suspensão

Este processo, também conhecido como processo slurry, é responsável pela produção do PEAD e do PEUAPM. São utilizados solventes como meio reacional e os reatores são do tipo CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor) ou Loop [MOREIRA et.al., 2011].

Na Figura 2.12 está descrito um diagrama de blocos simplificado de um processo típico de polimerização em suspensão.

Figura 2.12 – Processo simplificado de produção de PEAD e PEUAPM em suspensão (Modificado de CMAI, 2013)

Conforme pode-se observar na Figura 13, inicialmente o monômero eteno, o comonômero e o solvente são direcionados para um unidade de purificação sendo em seguida continuamente alimentados no reator juntamente com o catalisador. A reação ocorre em suspensão no solvente com temperaturas geralmente entre 353 e 383 K e pressões abaixo de 5 MPa, onde o monômero não reagido é novamente alimentado no reator para maximizar a conversão [CMAI, 2013]. Em seguida, a lama reacional oriunda do reator é direcionada para a unidade de separação do solvente. Nesta etapa o solvente é separado do pó de polímero, sendo direcionado novamente para o processo através da unidade de purificação. O pó de polietileno é enviado para a unidade de secagem, pois ainda contém um residual de solvente. Após seco, o pó é transferido para uma extrusora para a incorporação de aditivos e peletização. O polímero peletizado é enviado para silos de armazenamento onde posteriormente é ensacado e transportado para os clientes.

No processo de polimerização em suspensão, podem ser empregados mais de um reator em série para produzir resinas de PEAD bimodal. Esta configuração permite o ajuste das propriedades separadamente em cada reator, resultando assim em um material especializado com MWD sob medida. Essas resinas são utilizadas principalmente em aplicações do segmento de filme [CMAI, 2013].

Segundo MACHADO et. al. (2007), o processo de polimerização em suspensão procura reunir as vantagens dos processos de polimerização em massa, solução e emulsão, ao mesmo tempo em que procura eliminar algumas de suas desvantagens. Entretanto, este processo tem como desvantagem o alto custo de operação e a baixa taxa de polimerização, devido ao inchamento do polímero com solvente [FLORES, 2006].

2.3.2.2 Processo de Polimerização em Massa

Este processo, também conhecido como alta pressão, é responsável pela produção do PEBD e do EVA. São utilizadas pressões entre 100 a 350 MPa e os reatores podem ser do tipo tubular ou autoclave [NEUMANN, 2001].

Na Figura 2.13 está descrito um diagrama de blocos simplificado de um processo típico de polimerização em massa.

Figura 2.13 – Processo simplificado de produção de PEBD e EVA em massa (Modificado de CMAI, 2013)

Conforme pode-se observar na Figura 6, o eteno é alimentado juntamente com uma corrente de reciclo do monômero não reagido no primeiro compressor, denominado de alta pressão. Iniciador e agentes de transferência de cadeia são adicionados a esta corrente, que é então comprimida para cerca de 30 MPa. A descarga do compressor de alta pressão segue para o segundo compressor, denominado de super alta pressão, onde a corrente é comprimida à pressão de polimerização, cerca de 200 a 300 MPa, sendo em seguida alimentada ao reator. Na saída do reator, a parcela do eteno não reagido é removido e reciclado para a sucção do primeiro compressor. O pó de polietileno na saída do separador é enviado para uma extrusora, onde a resina é peletizada e enviado para os silos de armazenamento. Posteriormente, o polímero é ensacado e transportado para os clientes [CMAI, 2013].

Em geral, as resinas produzidas em reatores de alta pressão do tipo autoclave têm mais ramificações de cadeia longa e uma MWD mais ampla, do que as resinas produzidas em reatores de alta pressão tubulares. Os reatores do tipo autoclaves são mais adequadas para a produção de materiais utilizados em aplicações de revestimento da extrusão e na produção do copolímero EVA, com um maior teor do comonômero vinil acetato (VA) [CMAI, 2013].

Segundo FLORES (2006), o processo de polimerização em massa tem como principal característica o fato de que o solvente é o próprio monômero liquefeito sob pressão, o que traz as vantagens de ter uma alta taxa de reação devido à alta concentração de monômero, e a eliminação da etapa de remoção do solvente.

2.3.2.3 Processo de Polimerização em Solução

Este processo é responsável pela produção de PEAD e do PEBDL. Neste processo apenas uma fase líquida é encontrada, sendo constituída de monômero e polímero em um dado solvente, há uma temperatura acima de 413 K [FLORES, 2006].

Na Figura 2.14 está descrito um diagrama de blocos simplificado de um processo típico de polimerização em solução.

Figura 2.14 – Processo simplificado de produção de PEAD e PEBDL em solução (Modificado de BRASKEM S. A., 2011)

Conforme ilustrado na Figura 2.14, incialmente o eteno juntamente com o comonômero são enviados para uma seção de purificação, sendo em seguida adsorvidos no solvente. A solução homogênea de solvente, eteno e comonômero é enviada para o reator, onde é adicionado o catalisador e o agente de transferência de cadeia, sendo processada a reação de polimerização. Em seguida a solução reacional é enviada para a seção de separação, onde o monômero eteno não reagido é enviado de volta para a reação, e o solvente recuperado é retornado para a seção

de adsorção. O pó de polietileno na saída do separador é enviado para uma extrusora, onde ocorre a incorporação e a peletização da resina, sendo em seguida enviado para os silos de armazenamento. Posteriormente, o polímero é ensacado e transportado para os clientes [BRASKEM S. A., 2011].

2.3.2.4 Processo de Polimerização em Fase Gás

Neste processo a reação de polimerização do eteno e comonômero ocorre em um reator tipicamente de leito fluidizado com temperatura na faixa de 353 a 363 K e pressão inferior a 3 MPa, sendo responsável pela produção do PEAD e do PEBDL [FLORES, 2006].

Na Figura 2.15 está descrito um diagrama de blocos simplificado de um processo típico de polimerização em fase gás.

Figura 2.15 – Processo simplificado de produção de PEAD e PEBDL em fase gás (Modificado de CMAI, 2013)

O catalisador de titânio suportado é adicionado ao reator, à medida que o produto é continuamente retirado. Na parte inferior vertical do reator, uma corrente gasosa de eteno e comonômero é borbulhado através de um leito de partículas de polímero em crescimento, na presença de um gás inerte, geralmente nitrogênio. A corrente de gás é recirculada através dos trocadores de calor externos para remover o calor da reação. O polímero que sai é purgado

dos gases, sendo em seguida resfriado e enviado diretamente para a área de peletização e armazenamento do produto, onde posteriormente é ensacado e transportado para os clientes [CMAI, 2013].

Ao longo do desenvolvimento desta tecnologia, descobriu-se que o fluxo de gás de fluidilização poderia conter uma proporção de gotículas de líquido arrastadas sem prejudicar a reação. Diante desta observação, chegou-se a conclusão que o fluxo de gás recirculado poderia ser sub-resfriada abaixo de seu ponto de orvalho, facilitando a remoção de calor do sistema reacional. Com esta melhoria, a produtividade dos antigos reatores de fase de gás aumentou consideravelmente para um investimento de capital de pequeno para adequação do sistema [CMAI, 2013].

De acordo com FLORES (2006), as principais vantagens deste tipo de processo para produção de poliolefinas (polipropileno, polietileno e seus copolímeros) são:

 Baixo custo de operação e boa segurança;

 Grande variedade de especificações do produto final, tendo flexibilidade na massa molar devido à facilidade de controle da vazão de hidrogênio;

 Maior incorporação de comonômeros, pois não há dissolução do polímero no meio reacional.