ES2327794T3 - Metodo de transformacion de un reactor de bucle. - Google Patents

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Abstract

Un método para transformar una línea de reactor simple en una línea de reactor doble transformando una línea de reactor simple existente con al menos 6 tramos en una línea de reactor doble a) modificando la disposición de las conexiones entre los tramos verticales a fin de obtener dos líneas de reactores individuales donde la primera línea de reactor es más pequeña o tiene el mismo tamaño que la segunda línea de reactor; b) agregando una bomba a la ahora separada línea de reactor; y c) agregando una línea de transferencia continua para transportar el producto de la primera a la segunda línea de reactor; y d) enviando el producto de polímero que sale de la primera línea de reactor a la segunda línea de reactor a través de la línea de transferencia conectada a una línea de desviación instalada en la segunda línea de reactor individual; donde la línea de reactor simple actual está dotada de un tanque de venteo para separar el producto de polímero sólido del vapor de venteo y donde el vapor es enviado a un sistema de al menos dos columnas separadas que permite la separación de sus componentes en monómero, diluyente y co-monómero.

Description

Método de transformación de un reactor de bucle.
La presente invención revela un método para transformar una línea de reactor simple en una línea de reactor doble.
El polietileno de alta densidad (HDPE, por sus siglas en inglés) era producido inicialmente mediante la polimerización mediante adición llevada a cabo en un líquido que era un diluyente para el polímero resultante. Pronto el método fue reemplazado por la polimerización en lechada de acuerdo a Ziegler o Phillips. Más específicamente, la polimerización en lechada se realizó de manera continua en un reactor de tubos en bucle. Se forma un efluente de polimerización que es una lechada de partículas de polímero suspendidas en un medio líquido, por lo general diluyente de reacción y monómero no reactivo (ver por ejemplo US-A-2,285,721). Es preferible separar el polímero y el medio líquido que consta de un diluyente inerte y monómeros no reactivos, sin exponer el medio líquido a la contaminación para que dicho medio líquido pueda ser reciclado en la zona de polimerización con una purificación mínima o ninguna purificación en absoluto. Como se describe en US-A-3,152,872, una lechada de polímero y el medio líquido, son acumulados en uno o más tramos de sedimentación del reactor de bucle de lechada desde el cual se descarga periódicamente la lechada a una cámara de evaporación operando así de manera discontinua. La mezcla es evaporada para remover el medio líquido del polímero. Después es necesario volver a comprimir el diluyente de polimerización vaporizado para condensarlo en una forma líquida antes de reciclarlo como diluyente líquido y enviarlo a la zona de polimerización después de la purificación, si fuera necesario.
Los tramos de sedimentación suelen ser necesarios para mejorar la concentración del polímero en la lechada extraída del reactor; sin embargo, presentan diversos problemas dado que imponen una técnica discontinua en un proceso continuo.
EP-A-0,891,990 y US-A-6,204,344 revelan dos métodos para disminuir el comportamiento discontinuo del reactor y por lo tanto incrementar la concentración de sólidos. Un método consiste en reemplazar la operación discontinua de los tramos de sedimentación por una recuperación continua de lechada enriquecida. Otro método consiste en utilizar una bomba de circulación de mayor potencia.
WO03/074167 también reveló un método para la producción de polímeros en un reactor de bucle de lechada continua que consta de la reactivación de un monómero en un diluyente de hidrocarburo para formar una lechada de polimerización de sólidos de polímero en un medio líquido, descargando de manera continua una porción de la lechada de polimerización a través de, al menos, dos conductos de descarga, combinar estos efluentes, evaporar el efluente combinado en una primera evaporación para formar un primer vapor de venteo y una primera lechada de venteo, y condensar al menos una porción del primer vapor de venteo sin compresión. La mencionada invención también revela la conversión de un reactor de bucle, con al menos 8 tramos, en un reactor de bucle múltiple.
Los sistemas de doble bucle son bastante convenientes ya que ofrecen la posibilidad de preparar poliolefinas altamente ajustadas a la medida de las necesidades, proporcionando diferentes condiciones de polimerización en cada reactor. Sin embargo, a menudo resulta dificultoso hallar un espacio apropiado para construir estos reactores de doble bucle dado que en la configuración actual necesitan estar cerca uno del otro a fin de garantizar una adecuada transferencia del polímero, que va aumentando, desde un bucle al otro. La velocidad promedio del material que circula en la línea de transferencia es menor a 1 m/s: por lo tanto, estas líneas deben ser muy cortas a fin de evitar la sedimentación y la obstrucción debido a la polimerización de los monómeros residuales.
Por lo tanto, existe la necesidad de aprovechar las ventajas de la tecnología de doble bucle cuando el espacio disponible es limitado o cuando se presenten restricciones de coste.
Es un objetivo de la presente invención transformar una línea de reactor simple en una línea de reactor doble.
Es también un objetivo de la presente invención preparar resinas bimodales transformando una línea de reactor simple en una línea de reactor doble.
Es otro objetivo de la presente invención separar el efluente en sus distintos componentes y volver a inyectarlos en el reactor, cada uno de manera separada, en el punto óptimo dentro del reactor.
La presente invención logra cada uno de estos objetivos, al menos de manera parcial.
Consecuentemente, la presente invención revela un método para transformar una línea de reactor simple en una línea de reactor doble de acuerdo a la reivindicación 1.
Descripción de los dibujos
La Figura 1 representa la configuración simplificada del sistema de dos líneas de reactor de la presente invención, incluyendo las dos líneas de reactor, la línea de desviación y la línea de transferencia, el tanque de venteo y la unidad de separación.
La Figura 2 es un diagrama de la unidad de separación.
La Figura 3 representa las conexiones de una línea simple de reactor con 6 tramos y el mismo reactor reconectado de manera diferente para crear una línea doble de reactor.
La Figura 4 es una vista superior de la configuración utilizada para transferir el producto de polímero desde la primera a la segunda línea de reactor: consta de una línea de transferencia y una línea de desviación.
La presente invención se relaciona con un proceso de polimerización para la producción de polímero, donde se forma un efluente de polimerización el cual es una lechada de sólidos de polímero particulados suspendidos en un medio líquido, por lo general el diluyente de reacción y los monómeros no reactivos.
La presente invención es aplicable a cualquier proceso que produzca un efluente que conste de una lechada de sólidos de polímero de partículas suspendidos en un medio líquido que conste de un diluyente y un monómero no reactivo.
La lechada de polímero asentada puede ser descargada desde uno o más tramos de sedimentación a través de válvulas de descarga en un patrón secuencial predeterminado para que el tiempo acumulado de descarga de todos los tramos sea mayor al 50%, preferentemente mayor al 80% y aún más preferentemente mayor al 95% del tiempo entre dos accionamientos de la misma pata de estabilización. En la ejecución de mayor preferencia, el tiempo acumulado de descarga de todos los tramos es de un 95% a un 100% de la duración del tiempo entre dos accionamientos de la misma pata de estabilización.
Como se utiliza aquí, el término "tiempo acumulado de descarga" hace referencia a la suma del tiempo durante el cual la válvula de descarga de cada tramo de sedimentación permanece abierta, donde dicha suma refiere a todos los tramos de sedimentación y está limitada a una sola apertura de cada tramo de sedimentación.
Manteniendo al menos un tramo de sedimentación abierto más del 50%, preferentemente más del 80%, más probablemente más del 95% y aún más preferentemente el 100% del tiempo entre dos accionamientos consecutivos de cualquier tramo de sedimentación individual, las fluctuaciones de las condiciones de reacción en el reactor, y en particular de las válvulas de presión, se reducen significativamente e incluso pueden ser evitadas.
El presente proceso consta del paso de mantener un flujo de lechada de polímero asentado fuera de dicho reactor descargando de manera secuencial dicho tramo de sedimentación.
La presente invención hace referencia a un proceso de polimerización para la fabricación de polímeros de oleofinas particulados que consta de la polimerización catalítica de oleofinas como oleofinas C2 a C8 en un diluyente que contenga el monómero a ser polimerizado, donde la lechada de polimerización circula en un reactor de bucle al cual se le suministra el material de iniciación y del cual se retira el polímero formado. Los ejemplos de monómeros apropiados incluyen pero no se limitan a aquellos que tienen 2 u 8 átomos de carbono por molécula, como el etileno, propileno, butileno, pentano, butadieno, isopreno, 1-hexeno y similares.
La reacción de polimerización puede llevarse a cabo a una temperatura de 50ºC a 120ºC, preferentemente a una temperatura de 70ºC a 115ºC, más preferentemente a una temperatura de 80ºC a 110ºC, y a una presión de 20 a
100 bar, preferentemente a una presión de 30 a 50 bar, más preferentemente a una presión de 37 a 45 bar.
En una ejecución preferente, la presente invención resulta particularmente apropiada para la polimerización de etileno en diluyente de isobutano. La polimerización apropiada de etileno incluye pero no se limita a la homopolimerización de etileno, la copolimerización de etileno y un co-monómero 1-olefina más alto como 1-butano, 1-pentano, 1-hexeno, 1-octeno ó 1-deceno. En una ejecución preferente de la presente invención, dicho co-monómero es 1-hexeno.
El etileno se polimeriza en un diluyente líquido en presencia de un catalizador, opcionalmente un co-catalizador, opcionalmente un co-monómero, opcionalmente hidrógeno y opcionalmente otros aditivos, produciendo por lo tanto una lechada de polimerización.
Como se utiliza aquí, el término "lechada de polimerización" o "lechada de polímero" significa básicamente una composición de múltiples fases que incluye al menos partículas sólidas de polímero y una fase líquida, y permite que una tercera fase (gas) esté al menos localmente presente en el proceso, donde la fase líquida es la fase continua. Los sólidos incluyen catalizador y oleofina polimerizada, como el polietileno. Los líquidos incluyen un diluyente inerte, como el isobutano, con un monómero disuelto como el etileno y opcionalmente, uno o más co-monómeros, agentes de control de peso molecular, como el hidrógeno, agentes antiestáticos, agentes "antifouling" o anticontaminación, barredores, y otros aditivos de proceso.
Los diluyentes apropiados (a diferencia de los solventes o monómeros) son bien conocidos en el arte e incluyen hidrocarburos que son inertes o al menos esencialmente inertes y líquidos bajo condiciones de reacción. Los hidrocarburos apropiados incluyen isobutano, n-butano, propano, n-pentano, isopentano, neopentano, isohexano y n-hexano, donde el preferente es el isobutano.
Los catalizadores apropiados son bien conocidos en el arte. Algunos ejemplos de catalizadores apropiados incluyen pero no se limitan al óxido de cromo, como aquellos que son soportados en dióxido de silicio, catalizadores organometálicos que incluyen a aquellos conocidos en el arte como catalizadores "Ziegler" o "Ziegler-Natta", catalizadores metalocenos y similares. El término "co-catalizador" como se utiliza aquí hace referencia a los materiales que pueden ser utilizados en combinación con un catalizador con el fin de mejorar la actividad del catalizador durante la reacción de polimerización.
La lechada de polimerización se mantiene en circulación en un reactor de bucle que consta de secciones verticales de tuberías cubiertas conectadas mediante codos. Es posible extraer el calor de la polimerización mediante la circulación de agua fría en la envoltura del reactor.
Dicha polimerización puede llevarse a cabo en un reactor de bucle simple, o en un reactor de dos o más bucles, los cuales pueden utilizarse en paralelo o en serie. Dichos reactores operan en un modo completo de líquido. Cuando son utilizados en serie, pueden ser conectados con medios como, por ejemplo, mediante uno o más tramos de sedimentación del primer reactor.
El polímero producido es descargado según el proceso de la presente invención desde el reactor de bucle junto con algún diluyente a través de dos o más tramos de sedimentación en los cuales el contenido sólido es incrementado con respecto a su concentración en el cuerpo del reactor.
La descarga de modo secuencial incluye también las situaciones donde dichos tramos de sedimentación pueden ser descargados de forma alternativa o simultánea.
La unidad de polimerización de la presente invención resulta de gran utilidad para la preparación de polímeros bimodales, preferentemente de polietileno bimodal. Se representa de forma esquemática en la Figura 1.
La primera línea de reactor (1) está equipada con una envoltura de refrigeración (11) y una bomba de circulación (15). El monómero y el co-monómero opcional son inyectados respectivamente en el flujo descendente de la línea (18) de la bomba de circulación, el catalizador es inyectado en el flujo ascendente de la línea (17) de la bomba de circulación y el producto de polímero es descargado a través del flujo ascendente de la línea de transferencia (16) de la bomba de circulación y dirigido hacia la línea de desviación (10) conectada a la segunda línea de reactor (2). La segunda línea de reactor también está equipada con una envoltura de refrigeración (21) y una bomba de circulación (25). Se inyecta monómero adicional en la segunda línea de reactor a través del flujo descendente de la línea (28) de la bomba de circulación (25).
El producto de polímero es descargado desde la segunda línea de reactor preferentemente a través de dos o más tramos de sedimentación (26) y es enviado a través de la línea (30) a un tanque de venteo (40) con el fin de separar los contenidos sólidos y los vapores de venteo. El vapor de venteo contiene monómero no reactivo o un monómero de baja reacción, diluyente y co-monómeros. En la presente invención, el monómero preferente es etileno o propileno, más preferentemente etileno, el diluyente inerte es hidrocarburo alfático, preferentemente isobutano, y el co-monómero es una alfa-oleofina con 4 ú 8 átomos de carbono, preferentemente hexeno. Por lo tanto, el vapor condensado contiene principalmente etileno, isobutano y hexeno. El producto sólido recuperado del tanque de venteo es preferiblemente polietileno o polipropileno, más preferiblemente polietileno. Es secado y almacenado.
El vapor comprimido es luego enviado a través de la línea (41) a una unidad de separación y reciclado. La unidad de separación se representa de manera esquemática en la Figura 2. El tratamiento incluye:
-
un paso de destilación para purificar los gases que emergen del tanque de venteo. Esta sección se compone de al menos dos columnas para llevar a cabo la separación del monómero, co-monómero y diluyente
-
un paso de reciclado específicamente diseñado para recuperar el monómero de manera separada, preferentemente etileno (Unidad de Recuperación de Etileno).
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El gas que emerge del tanque de venteo (FT) consta principalmente de hidrógeno, monómero, diluyente y co-monómero. En la ejecución preferente según la presente invención, contiene por lo tanto hidrógeno, etileno, isobutano y hexeno. Estos son purificados en la columna de destilación.
Primero es comprimido en un compresor C1, por lo general de una presión de alrededor de 1.3 bar a una presión de aproximadamente 16 bar.
Después, es enviado a la columna de destilación T1 para la recuperación de materiales pesados, donde dichos materiales pesados son recuperados en la parte inferior de la columna mediante extracción lateral. El flujo extraído es rico en co-monómero: es enfriado y enviado al tanque de compensación de co-monómero reciclado (V1) desde donde es bombeado al reactor luego del secado. Otros materiales pesados se extraen de manera periódica para mantener el nivel de pureza del hexeno en un valor aproximado al 90%.
\newpage
La parte superior de la columna es dirigida a la segunda columna de destilación T2 junto con nuevo diluyente.
-
El producto extraído en la parte inferior de la columna es diluyente puro y no contiene hidrógeno ni monómero. Ese producto es enfriado y almacenado en un tanque de compensación (V2) desde donde es bombeado al reactor luego del secado. Es apropiado para la disolución del catalizador.
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los productos que emergen de la parte superior de la columna son condensados con agua de refrigeración y luego en un intercambiador de calor que es refrigerado por diluyente bajo presión reducida a una temperatura cercana a los 0ºC. Los productos no condensables que contienen monómero, restos de etano y nitrógeno son secados y enviados a la unidad de recuperación de etileno.
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En el mejor modo de ejecución según la presente invención, el etileno de reciclado y enviado de vuelta a una o ambas líneas de reactor, en el flujo descendente de la bomba de circulación, el isobutano de reciclado y enviado de vuelta a una o ambas líneas de reactor, en el flujo ascendente de la bomba de circulación, y el hexeno es reciclado y enviado de manera opcional a una o ambas líneas de reactor, en el flujo descendente de la bomba de circulación.
En una ejecución preferente según la presente invención, el monómero es etileno. El co-monómero es hexeno y es reciclado y enviado a cualquiera de las líneas de reactor. Esta configuración se utiliza para preparar polietileno bimodal. En una configuración, se suministra hexeno a la primera línea de reactor con el fin de proporcionar la fracción de gran peso molecular del polímero, y se suministra hidrógeno a la segunda línea de reactor con el fin de preparar su fracción de bajo peso molecular. De manera alternativa, la configuración inversa puede utilizarse donde el hidrógeno es suministrado a la primera línea de reactor con el fin de preparar la fracción de bajo peso molecular del polímero, y donde el hexeno es suministrado a la segunda línea de reactor con el fin de proporcionar su fracción de gran peso molecular.
De manera alternativa, pueden utilizarse las mismas condiciones en ambos reactores con el fin de preparar un "falso" polímero monomodal como se describe, por ejemplo, en EP-A-905146. En este caso, el hexeno puede ser reciclado y enviado de vuelta a ambas líneas de reactor.
Por lo tanto, la unidad de separación es una característica esencial de la presente invención dado que garantiza el total beneficio de la tecnología de doble bucle.
En una ejecución preferente según la presente invención, una línea simple de reactor con 6 tramos es transformada en una línea doble de reactor donde la primera línea tiene dos tramos y la segunda línea tiene 4 tramos. En la ejecución representada en la Figura 3, los segmentos conectores AB y CD de la línea actual de reactor son suprimidos y luego reemplazados por conexiones AD y BC. La primera línea de reactor tiene a lo sumo la misma capacidad que la segunda línea de reactor; preferentemente, tiene una capacidad menor a la de la segunda línea de reactor.
La línea de reactor que está equipada con la unidad de descarga, que consta preferentemente de uno o más tramos de sedimentación, se convierte en la segunda línea de reactor. Un dispositivo de circulación, preferentemente una bomba de circulación, es agregada a dicha segunda línea de reactor, de manera preferente lo más lejos posible de la unidad de descarga.
El sistema de catalizador debe desembocar en la primera línea de reactor. Por lo tanto, el abastecimiento de catalizador debe ser redireccionado, si fuera necesario.
Se instala un sistema de transferencia entre las dos líneas de reactor con el fin de transferir el producto de polímero desde la línea 1 a la línea 2. El sistema de transferencia puede ser continuo o discontinuo, en cuyo caso está equipado con tramos de sedimentación: un sistema preferente según la presente invención se describe, por ejemplo, en WO05/080444. En la ejecución de mayor preferencia según la presente invención, la línea de transferencia está conectada a una línea de desviación, la cual en sí misma está conectada al segundo reactor de bucle como se representa en la Figura 4. La línea de desviación (10) conecta dos puntos de la segunda línea de reactor (2) mediante una ruta alternativa con un tiempo diferente de paso del de la ruta principal: se describe por completo en EP-A-1542793. La línea de transferencia (3) recoge el producto de polímero de la primera línea de reactor (1) y la inyecta en la línea de desviación conectada a la segunda línea de reactor.
Preferentemente, los tramos son recubiertos con líquido refrigerante.
Una ventaja de la presente invención es que puede obtenerse fácilmente partiendo de una línea de reactor existente. El complejo equipo de flujo descendente está correctamente dimensionado, la producción permanece sin cambios y el costo es mínimo.
En la situación donde, por el contrario, se agrega una nueva unidad de reactor, se agrega necesariamente flujo ascendente de la unidad existente con el fin de conservar sin cambios el complejo equipo de flujo descendente. La capacidad del reactor existente permanece sin alteraciones, pero, por lo tanto, el volumen completo de la nueva línea doble no es utilizado en su capacidad máxima.
Ejemplos
Ejemplo 1
Columna de destilación 
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1 
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La parte inferior de las columnas de materiales livianos no contiene claramente ningún co-monómero. El co-monómero extraído de la parte inferior de la columna de materiales pesados puede ser enviado a cualquiera de las líneas de reactor con el fin de producir polímero con una distribución bimodal de peso molecular.
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Ejemplo 2
Incorporación de una línea de reactor delante de una línea de reactor existente
La línea de reactor existente presenta las siguientes características:
Volumen del reactor: 37 m^{3}
Cantidad de tramos de sedimentación: 4
Diámetro del reactor: 500 mm
Tasa de producción de polímero: 12 t/h
Velocidad de circulación: 0.6 m/s
Concentración de etileno: 8% en peso
Temperatura: 92,5ºC
Potencia de la bomba de circulación: 380 kW.
\newpage
Otra línea de reactor fue agregada delante de la línea de reactor. Presenta las siguientes características:
Volumen del reactor: 19 m^{3}
Diámetro del reactor: 500 mm
Tasa de producción de polímero: 5 t/h
Velocidad de circulación: 10 m/s
Concentración de etileno: 8% en peso
Temperatura: 92ºC
Concentración de sólidos: 40%
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El sistema final de reactor presenta las siguientes características:
Tasa de producción del segundo reactor luego de la adición del reactor: 7 t/h
Producción total: 12 t/h
Concentración de sólidos en el reactor: 45%
Concentración de sólidos en tramos de sedimentación: 54%
Velocidad de circulación: 10 m/s.

Claims (3)

1. Un método para transformar una línea de reactor simple en una línea de reactor doble transformando una línea de reactor simple existente con al menos 6 tramos en una línea de reactor doble
a)
modificando la disposición de las conexiones entre los tramos verticales a fin de obtener dos líneas de reactores individuales donde la primera línea de reactor es más pequeña o tiene el mismo tamaño que la segunda línea de reactor;
b)
agregando una bomba a la ahora separada línea de reactor; y
c)
agregando una línea de transferencia continua para transportar el producto de la primera a la segunda línea de reactor; y
d)
enviando el producto de polímero que sale de la primera línea de reactor a la segunda línea de reactor a través de la línea de transferencia conectada a una línea de desviación instalada en la segunda línea de reactor individual;
donde la línea de reactor simple actual está dotada de un tanque de venteo para separar el producto de polímero sólido del vapor de venteo y donde el vapor es enviado a un sistema de al menos dos columnas separadas que permite la separación de sus componentes en monómero, diluyente y co-monómero.
2. El método de la reivindicación 1 donde la primera línea de reactor tiene una capacidad menor que la de la segunda línea de reactor.
3. El método de la reivindicación 1 o de la reivindicación 2 donde una línea de reactor simple de 6 tramos es transformada en una línea de reactor doble suprimiendo los segmentos conectores AB y CD de la línea de reactor actual, e implementando conexiones AD y BC, formando por lo tanto una línea de reactor de 2 tramos delante de una línea de reactor de 4 tramos.
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