ES2285685T3 - Reactores tubulares cerrados. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo definido como un conjunto de reactores tubulares en circuito cerrado, adecuados para el proceso de polimerización de un monómero olefínico, preferentemente etileno y opcionalmente un comonómero olefínico, incluyendo para cada uno de dichos reactores: - varias tuberías (P) interconectadas, que definen una vía de flujo para una suspensión polimérica formada básicamente por etileno, opcionalmente un comonómero, un catalizador de polimerización, un diluyente líquido y partículas sólidas de polímero olefínico, - medios de alimentación de monómero, opcionalmente un comonómero, diluyente y opcionalmente hidrógeno al reactor, - medios de alimentación de un catalizador de polimerización al reactor, - una bomba adecuada para mantener la suspensión polimérica en circulación dentro de dicho reactor, - uno o varios tubos de sedimentación conectados a las tuberías (P) de dicho reactor, para sedimentar la suspensión polimérica, - una o más válvulas de control conectadas a la salida de dichos tubos de sedimentación, y - una o más líneas de evaporación, para descargar del reactor la suspensión polimérica sedimentada, caracterizado porque cada uno de dichos reactores tubulares cerrados comprende una válvula de tres o más vías con tres o más extremos determinados, un extremo (A) situado a la salida de una o más de dichas válvulas de control, otro extremo (B) conectado a una o más de dichas líneas de evaporación y otro extremo (C) conectado a las tuberías (P) de otro reactor del conjunto mediante una tubería de acoplamiento (K) (incluyendo opcionalmente válvulas),
Description
Reactores tubulares cerrados.
La presente invención se refiere a la
polimerización de monómeros olefínicos en reactores tubulares
cerrados con recirculación de la suspensión y, concretamente, a un
aparato y a un método para cambiar la disposición de dichos
reactores, pasando de una configuración en paralelo a una
configuración en serie.
El empleo de sistemas de reactores tubulares con
recirculación de la suspensión, para polimerizar monómeros
olefínicos, es bien conocido del estado técnico (véase por ejemplo
la patente US-A-2,285,721). En los
sistemas de este tipo es deseable separar el polímero del medio
líquido que lleva un diluyente inerte y monómeros no reaccionados,
evitando que el medio líquido se contamine, para poder reciclarlo a
la zona de polimerización sin ninguna o la mínima purificación. Tal
como se describe en la patente
US-A-3,152,872, una suspensión de
polímero y el medio líquido se recogen en uno o más tubos de
sedimentación del reactor tubular de recirculación, desde el cual
se descarga la suspensión hacia una cámara de evaporación. La mezcla
se somete a evaporación, para separar el medio líquido del
polímero.
Durante años estos reactores tubulares de
suspensión en circuito cerrado se han hecho funcionar
independientemente, para producir, p.ej., poliolefinas
monomodales.
También es sabido del estado técnico (por
ejemplo desde la patente EP 0 057 420 o EP 0 022 376) que pueden
conectarse reactores de polimerización en serie, dando como
resultado - entre otros - la producción de poliolefinas con una
amplia distribución de pesos moleculares, muy buena homogeneidad y
excelentes propiedades mecánicas y de transformación.
La "modalidad" de un polímero se refiere a
la forma de su curva de distribución de pesos moleculares, es decir,
el aspecto de la representación gráfica de la fracción ponderal de
polímero en función de su peso molecular. Si el polímero se produce
mediante un proceso de etapas sucesivas, empleando reactores
acoplados en serie y condiciones diferentes en cada reactor, las
distintas fracciones producidas en los diversos reactores tendrán
su propia distribución de pesos moleculares. Debe tenerse en cuenta
que las composiciones químicas de las distintas fracciones también
pueden ser diferentes.
Sin embargo aún existe la necesidad de poder
producir varias clases de poliolefinas - tanto monomodales como
multimodales - en reactores conectados o no en serie, por diversos
motivos, tales como la exigencia concreta de ciertas propiedades
mecánicas (obtenidas exclusivamente mediante una configuración en
paralelo o en serie), de un tiempo de permanencia definido, de
determinada combinación catalítica, de resultados productivos, del
equipo disponible, de la flexibilidad de la planta,...
Hasta ahora los fabricantes de poliolefinas han
podido manejar la producción de los diversos tipos antes
citados:
- -
- disponiendo de reactores individuales de polimerización, por una parte, y de reactores de polimerización acoplados y funcionando en serie, por otra parte, o
- -
- viéndose obligados a cambiar de secuencial a paralela la configuración de las mismas series de reactores.
La primera solución requiere un capital fijo
extremadamente elevado.
La segunda consume gran cantidad de tiempo y
trabajo. En esta segunda opción hay que empalmar y luego desmontar
y volver a montar grandes tramos de tuberías de conexión, con todas
sus líneas de suministro, como por ejemplo las tuberías de barrido,
las camisas de intercambio térmico, los aparatos de medición y
control, los marcos soporte,... Las conexiones pueden dañarse a
menudo y el riesgo de un accidente catastrófico es real, con lo
cual el funcionamiento no es fluido y de todos modos se
ralentiza.
El funcionamiento por sí mismo de un reactor
tubular cerrado, con recirculación de la suspensión, con sus tubos
de sedimentación y su línea de evaporación, ya se conoce y no es
preciso describirlo aquí. Véanse por ejemplo como referencia las
patentes US-3,152,872-A,
US-3,242,150-A y
US-4,613,484-A.
Formas de ejecución para hacer funcionar los
reactores acoplados en serie se describen detalladamente, por
ejemplo, en las patentes US 6,185,349, US 4,297,445, EP 0 057
420.
La figura 1 representa una parte esquemática del
diagrama de flujo de proceso de una unidad de polimerización de
etileno.
La figura 2 representa una parte esquemática del
diagrama de flujo de proceso de una unidad de polimerización de
etileno, con la incorporación de la presente invención.
A continuación, basado en la figura 1, se da un
ejemplo de un procedimiento usual de desmontaje
"serie-paralelo".
Cuando funcionan en serie, según una forma de
ejecución, el reactor 1 y el reactor 2 están conectados entre sí,
concretamente mediante uno o varios tubos de sedimentación 3
(regulados por una válvula de control 4) y las líneas 5. Las
conexiones de barrido con isobutano 6 están injertadas en la línea
de conexión 5. La suspensión se traspasa del reactor 1 al reactor
2. En esta configuración en serie, la tubería 7 que va al tanque de
evaporación 8 está fuera de servicio. La tubería 11 que va desde el
rector 2 hasta el tanque de evaporación 12 está en servicio. Para
cambiar a la configuración en paralelo hay que parar la reacción,
vaciar los reactores, desmontar las conexiones 6, quitar la línea
de conexión 5 y empalmar la línea de evaporación 7 a la válvula de
control 4. La operación completa, desde la parada hasta la
arrancada, tarda hasta 72 h (independientemente de si se pasa de
serie a paralelo o viceversa).
El objeto de la presente invención es
proporcionar un dispositivo y un método efectivo para cambiar
fácilmente de secuencial a paralela, y viceversa, la configuración
de los reactores tubulares con la suspensión en circuito cerrado.
Se anticipa que este método puede aplicarse a cualquier tipo de
polimerización de olefinas, como aquellos que tienen lugar en
reactores cerrados provistos de agitadores, en reactores de fase
gaseosa y en combinaciones de los mismos.
Conforme a ello, la presente invención revela un
dispositivo para cambiar fácilmente de secuencial a paralela - y
viceversa - la configuración de reactores tubulares con suspensión
en circuito cerrado, y el método correspondiente. La revelación
está apoyada por la figura 2, que representa una parte esquemática
del diagrama de flujo del proceso de una unidad de polimerización
de etileno, con la incorporación de la presente invención.
Todas las conexiones 6 permanecen en su sitio -
tanto para la configuración en serie como en paralelo - y la opción
por una u otra se efectúa mediante la posición de la válvula de tres
o más vías 9, situada tras la válvula de control 4 de uno o más
tubos de sedimentación 3. La válvula de tres o más vías está abierta
en la dirección 1-2 cuando los reactores funcionan
en serie. La válvula de tres o más vías está abierta en la
dirección 1-8 cuando el reactor 1 se hace funcionar
individualmente.
Hasta la presente invención no era de esperar
que las válvulas de tres o más vías funcionaran correctamente,
porque ya se sabe que tienen fugas en la dirección no usada y que se
bloquean con facilidad debido a polimerizaciones indeseadas en la
tubería no utilizada (siendo dicha tubería no utilizada el o los
tubos de transferencia/líneas de conexión hacia el reactor 2, cuando
los reactores funcionan en paralelo o, la o las líneas 7 hacia el
tanque de evaporación 8 del reactor 1, cuando los reactores
funcionan en serie). Para el encargado de la planta, bloquear la
tubería no utilizada implica obligatoriamente parar la reacción de
polimerización en los dos reactores, vaciar toda la suspensión que
contengan, limpiar las partes obstruidas, cambiar probablemente la
válvula atascada y volver a montarlo todo. La operación completa
tarda hasta 120 h, lo cual la hace totalmente prohibitiva desde un
punto de vista económico y no menos por lo que respecta al tema de
la seguridad.
Tampoco cabía esperar que las válvulas de
control funcionaran correctamente desde un punto de vista de proceso
(es decir, que tuvieran la capacidad de transferir suficientes
cantidades de sólidos) junto con las válvulas de tres o más vías,
ya que estas válvulas impondrían sobre las válvulas de control un
diferencial de presión aproximadamente igual al valor de la presión
nominal de cada reactor - es decir varias decenas de bar - (cuando
los reactores funcionan en paralelo, o sea con el tubo de
sedimentación descargando la suspensión de una partida del reactor
1 a su presión nominal p_{1} hacia la línea de evaporación
mantenida aproximadamente a la presión atmosférica) o un
diferencial de presión de unos cuantos bar (cuando los reactores
funcionan en serie, o sea con el tubo de sedimentación
transfiriendo la sus-
pensión de una partida del reactor 1 a presión p_{1} hacia el reactor 2 a presión p_{2}, si p_{1} > p_{2}, permitiendo el trasvase).
pensión de una partida del reactor 1 a presión p_{1} hacia el reactor 2 a presión p_{2}, si p_{1} > p_{2}, permitiendo el trasvase).
Sin embargo se encontró que las válvulas de
control 4 y las válvulas de tres o más vías 9 podían usarse
positivamente en el siguiente dispositivo:
un conjunto de reactores tubulares en circuito
cerrado, apropiados para el proceso de polimerización de un
monómero, preferentemente etileno y opcionalmente un comonómero
olefínico, incluyendo para cada uno de dichos reactores:
- -
- varias tuberías P acopladas entre sí, que definan una vía de flujo para una suspensión polimérica formada básicamente por etileno, opcionalmente un comonómero, un catalizador de polimerización, un diluyente líquido y partículas sólidas de polímero olefínico,
- -
- medios de alimentación de monómero, opcionalmente un comonómero, diluyente y opcionalmente hidrógeno al reactor,
- -
- medios de alimentación de un catalizador de polimerización al reactor,
- -
- una bomba adecuada para mantener la suspensión polimérica en circulación dentro de dicho reactor,
- -
- uno o varios tubos de sedimentación conectados a las tuberías P de dicho reactor, para sedimentar la suspensión polimérica,
- -
- una o más válvulas de control conectadas a la salida de dichos tubos de sedimentación, y
- -
- una o más líneas de evaporación, para descargar del reactor la suspensión polimérica sedimentada,
caracterizado porque cada uno de dichos
reactores tubulares cerrados comprende una válvula de tres o más
vías con tres o más extremos determinados, un extremo A situado a
la salida de una o más de dichas válvulas de control, otro extremo
B conectado a una o más de dichas líneas de evaporación y otro
extremo C conectado a las tuberías P de otro reactor del conjunto
mediante una tubería de acoplamiento K,
caracterizado además porque, para cada reactor
del conjunto, el diámetro de una o más válvulas de control, líneas
de evaporación, tuberías de acoplamiento K y válvulas de tres o más
vías está comprendido en una proporción relativa de 0,5 hasta 2,
con preferencia de 0,65 hasta 1,55 y con mayor preferencia de 0,8
hasta 1,2, y porque la longitud de la(s) línea(s) de
evaporación dividida por la longitud de la(s)
tubería(s) de acoplamiento K está comprendida en un
intervalo de 6 a 14, preferiblemente de 8 a 12.
En una segunda forma de ejecución de la presente
invención, cualquier extremo de la válvula de tres o más vías que
no esté conectado a una línea de evaporación o a otro reactor del
conjunto se barre con un diluyente adecuado para el proceso de
polimerización.
En una tercera forma de ejecución según la
presente invención se mantiene una continua sobrepresión de un
diluyente adecuado al proceso de polimerización en el lado opuesto
de la conexión utilizada (siendo dicha conexión A hacia B cuando
los reactores funcionan en paralelo, o A hacia C cuando los
reactores funcionan en serie).
En una cuarta forma de ejecución según la
presente invención se mantiene una continua sobrepresión de un
diluyente adecuado al proceso de polimerización en el lado de la
tubería no utilizada (siendo dicha tubería los tubos de
transferencia/líneas de conexión 3-5 al segundo
reactor, cuando los reactores funcionan en paralelo, o las líneas 7
hacia el tanque de evaporación 8 del primer reactor, cuando los
reactores funcionan en serie).
En una quinta forma de ejecución según la
presente invención, un diluyente adecuado al proceso de
polimerización se hace circular a través de los reactores durante
un periodo de ocho horas, antes de cambiar de configuración
secuencial a paralela o viceversa.
En una sexta forma de ejecución según la
presente invención, cuando el diluyente adecuado al proceso de
polimerización es isobutano, toda la capacidad de isobutano
dedicada a todos los reactores se aplica secuencialmente a cada uno
de los reactores durante el periodo de circulación.
En una séptima forma de ejecución según la
presente invención se alimenta isobutano reciclado, libre de
olefina, a los reactores durante el periodo de circulación.
Ejemplo 1 y ejemplo comparativo
1
Se produjo el mismo polietileno de alta densidad
en los mismos reactores conectados en serie según la presente
invención (E1) y tras un montaje convencional (CE1), partiendo en
ambos casos de reactores previamente manejados de modo individual
(en paralelo). En la tabla 1 se indica el tiempo entre parada "en
paralelo" y arranque "en serie" (tiempo de transición), así
como la densidad, el índice de fluidez y el ESCR de cada clase, y
las horas de funcionamiento en serie.
Como puede observarse en la tabla 1 el tiempo de
transición se reduce sustancialmente de 66 a 12 h para producir
exactamente el mismo producto y para el mismo periodo básico de
tiempo sin ninguna fuga o bloqueo de las válvulas.
Ejemplo 2 y ejemplo comparativo
2
Se registró un periodo de producción de un año,
con y sin el beneficio de la presente invención (es decir, con las
tuberías diseñadas conforme a la presente invención, por una parte -
E2 - y con el procedimiento corriente de desmontaje, por otra parte
- E2), para fabricar esencialmente los mismos productos de
polietileno tanto en paralelo como en serie, con un número
determinado (12) de cambios de configuración paralela a secuencial
y viceversa. Los resultados están resumidos en la tabla 2.
\vskip1.000000\baselineskip
Como puede observarse, para el mismo número de
cambios de configuración paralela a secuencial y viceversa, el
tiempo total de funcionamiento de la producción principal es
aproximadamente un 14% mayor cuando se usa la presente invención.
Aplicando la presente invención se ganaron en promedio 85 h en cada
cambio de configura-
ción.
ción.
Ejemplos 3, 4 y ejemplos
comparativos 3,
4
Partiendo de la configuración en paralelo se
tuvieron en marcha durante aproximadamente un mes dos reactores
tubulares de 65 m^{3} - con la suspensión de polietileno en
circuito cerrado - equipados con válvulas de tres o más vías y con
las tuberías diseñadas según la presente invención, por una parte
(E3 y E4) tal como se indica en la tabla 3, y con tuberías de
diseño convencional, por otra parte (CE3 y CE4).
Conforme a la presente invención se mantuvo una
sobrepresión de isobutano de 0,1 bar en el lado de la tubería no
utilizada.
Conforme a la presente invención se introdujeron
65 kg de una mezcla de nitrógeno con 3% de oxígeno en cada reactor,
seis horas antes del cambio.
Conforme a la presente invención se hizo
circular isobutano libre de olefina a través de los reactores,
durante un periodo de seis horas antes del cambio.
Después de este periodo aproximado de un mes de
producción se decidió cambiar a configuración secuencial. En los
ejemplos conforme a la presente invención el tiempo de transición
para el primer cambio fue de aproximadamente 19 h. En el periodo
anual registrado, el tiempo de transición medio de los siguientes 9
cambios fue de aproximadamente 12 h.
Con las tuberías diseñadas para los ejemplos
comparativos, tal como muestra la tabla 3, resultó imposible
cambiar a cualquier configuración, porque varias conexiones y
válvulas se bloquearon con cantidades no deseadas de polieti-
leno.
leno.
Claims (10)
1. Dispositivo definido como un conjunto de
reactores tubulares en circuito cerrado, adecuados para el proceso
de polimerización de un monómero olefínico, preferentemente etileno
y opcionalmente un comonómero olefínico, incluyendo para cada uno
de dichos reactores:
- -
- varias tuberías (P) interconectadas, que definen una vía de flujo para una suspensión polimérica formada básicamente por etileno, opcionalmente un comonómero, un catalizador de polimerización, un diluyente líquido y partículas sólidas de polímero olefínico,
- -
- medios de alimentación de monómero, opcionalmente un comonómero, diluyente y opcionalmente hidrógeno al reactor,
- -
- medios de alimentación de un catalizador de polimerización al reactor,
- -
- una bomba adecuada para mantener la suspensión polimérica en circulación dentro de dicho reactor,
- -
- uno o varios tubos de sedimentación conectados a las tuberías (P) de dicho reactor, para sedimentar la suspensión polimérica,
- -
- una o más válvulas de control conectadas a la salida de dichos tubos de sedimentación, y
- -
- una o más líneas de evaporación, para descargar del reactor la suspensión polimérica sedimentada,
caracterizado porque cada uno de dichos
reactores tubulares cerrados comprende una válvula de tres o más
vías con tres o más extremos determinados, un extremo (A) situado a
la salida de una o más de dichas válvulas de control, otro extremo
(B) conectado a una o más de dichas líneas de evaporación y otro
extremo (C) conectado a las tuberías (P) de otro reactor del
conjunto mediante una tubería de acoplamiento (K) (incluyendo
opcionalmente válvulas),
caracterizado además porque, para cada
reactor del conjunto, el diámetro de una o más válvulas de control,
líneas de evaporación, tuberías de acoplamiento (K) y válvulas de
tres o más vías está comprendido en una proporción relativa de 0,5
hasta 2, con preferencia de 0,65 hasta 1,55 y con mayor preferencia
de 0,8 hasta 1,2, y porque la longitud de la(s)
línea(s) de evaporación dividida por la longitud de
la(s) tubería(s) de acoplamiento K está comprendida
en un intervalo de 6 a 14, preferiblemente de 8 a 12.
2. Dispositivo según la reivindicación 1, en que
la suspensión polimérica sedimentada fluye desde (A) hacia (B),
para hacer funcionar los reactores en paralelo, o desde (A) hacia
(C), para hacer funcionar los reactores en serie.
3. Dispositivo según la reivindicación 1 o 2, en
que cualquier extremo de la válvula de tres o más vías que no está
conectado ni a una línea de evaporación ni a otro reactor del
conjunto se barre con un diluyente apropiado para el proceso de
polimerización.
4. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el cual se mantiene una continua
sobrepresión de un diluyente adecuado al proceso de polimerización
en el lado opuesto de la conexión utilizada (siendo dicha conexión
(A) hacia (B) cuando los reactores funcionan en paralelo, o (A)
hacia (C) cuando los reactores funcionan en serie).
5. Método para cambiar de secuencial a paralela
la configuración de un conjunto de reactores tubulares cerrados,
apropiados para el proceso de polimerización de un monómero,
preferentemente etileno y opcionalmente un comonómero olefínico,
tal como se describe en las reivindicaciones 1 a 4, mediante una
válvula de tres o más vías que conduce hacia tres o más
extremos.
6. Método según la reivindicación 6, en que un
diluyente adecuado al proceso de polimerización se hace circular a
través de los reactores durante un periodo de ocho horas, antes de
pasar de configuración secuencial a paralela o viceversa.
7. Método según las reivindicaciones 5 o 6, en
el cual toda la capacidad del diluyente dedicado a todos los
reactores se aplica secuencialmente a cada uno de los reactores
durante el periodo de circulación.
8. Método según la reivindicación 7, en el cual
el proceso de polimerización es la polimerización de etileno y en
que el diluyente adecuado para el proceso es isobutano.
9. Método según la reivindicación 8, en que el
isobutano es isobutano reciclado exento de olefina.
10. Empleo del dispositivo descrito en las
reivindicaciones 1 a 4 para cambiar de paralela a secuencial, y
viceversa, la configuración de los reactores.
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