ES2346362T3 - Reactor de bucle para polimerizacion y metodo para su limpieza. - Google Patents

Reactor de bucle para polimerizacion y metodo para su limpieza. Download PDF

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Abstract

Un reactor de polimerización que comprende uno o más bucles de circulación con una o más entradas de materia prima, una o más salidas, y una bomba de circulación para hacer circular un reactor de carga en el bucle de circulación, caracterizado porque un conducto de "by-pass", evitando la bomba de circulación, conecta un punto de la corriente de arriba del bucle con un punto de la corriente de abajo, estando dotados ambos puntos de una válvula de tres vías, para formar un bucle corto que comprenda la bomba y una entrada y una salida de expulsión para el disolvente de limpieza.

Description

Reactor de bucle para polimerización y método para su limpieza.
Campo de la invención
La presente invención se relaciona con un reactor de polimerización que comprende uno o más bucles de circulación con una o más entradas para materia prima, una o más salidas, y una bomba de circulación para hacer circular un reactor de carga en el bucle de circulación.
Antecedentes de la invención
La patente mundial WO 00/07717 describe un reactor de bucle de polimerización en emulsión. El reactor cuenta con un bucle de bomba de circulación y un bucle de circulación tubular que conecta la salida de la bomba a su entrada. El agua, los monómeros y los estabilizadores son continuamente introducidos y hechos circular en el bucle y la emulsión de polímeros se extrae continuamente. El reactor es particularmente adecuado para la producción de derivados de monómeros de vinilo y/o acrílicos, utilizados por ejemplo en pinturas y adhesivos.
Un problema encontrado en los procesos de polimerización que utilizan un reactor tubular es la formación de residuos de los productos de reacción en la pared interna del reactor. Estos residuos llevan a la necesidad de una presión incrementada de suministro de la bomba de circulación y ponen en peligro la transferencia de calor del medio de reacción a, por ejemplo, un refrigerante en el interior de un contenedor de climatización que rodee el tubo del reactor, lo que provoca un aumento de las temperaturas a menudo nocivo, o bien que requieren un aumento del índice de circulación del refrigerante, una temperatura del refrigerante más baja, o un índice de producción más reducido. La suciedad también reduce el volumen del reactor, aumentando tanto el índice de reciclado como la fuerza cortante en la emulsión. Esto cambia las condiciones del proceso, que puede haber sido optimizado para un reactor limpio. En cualquier caso, las propiedades del producto se verán desvirtuadas, anulando las ventajas de la consistencia de la producción que se espera de unos reactores continuados. En la patente mundial WO 00/07717, se utilizan instrumentos de limpieza de tubos (los llamados "pipeline inspection gauges" o "pigs") para limpiar el interior de los tubos del reactor. Estos "pigs" de limpieza tienen un diámetro que es aproximadamente el diámetro interior del tubo del reactor. Los "pigs" de limpieza son lanzados desde una estación de "pigs", e impulsados por el bucle por la emulsión de polimerización. Dado que a un "pig" de limpieza no se le puede permitir el paso por la bomba de circulación, se dota a la invención de un conducto de "by-pass" para que los "pigs" de limpieza puedan evitar esta
bomba.
Para limpiar las partes para las que no se puede utilizar el "pig" de limpieza, como la bomba de circulación, el reactor es enjuagado con un disolvente limpiador de forma regular. Con este objeto, el reactor tiene que ser antes completamente vaciado. Aunque el disolvente limpiador sólo sirve para limpiar la parte del bucle que no puede ser limpiada con el "pig" de limpieza, todo el bucle es rellenado con el disolvente limpiador. Después de la limpieza, el disolvente es eliminado y el reactor entero tiene que ser recargado. Este procedimiento lleva a una sustancial pérdida de tiempo de producción y altos costes económicos y medioambientales.
Descripción de la invención
El objeto de la invención es suministrar un reactor de bucle que pueda ser limpiado de forma más eficiente usando menos disolvente de limpieza.
El objeto de esta invención se alcanza al poner a disposición un reactor de polimerización de acuerdo con el encabezamiento de esta memoria que tenga un conducto de "by-pass" que evite la bomba de circulación, que conecte un punto de la circulación hacia arriba del bucle con otro punto de la circulación hacia abajo del bucle, estando ambos puntos dotados de una válvula de tres vías, para formar un bucle corto que comprenda la bomba, una entrada para el disolvente de limpieza y una salida para el disolvente de limpieza. Esto crea la posibilidad de cortocircuitar la sección de la bomba, cerrando la bobina principal. El disolvente de limpieza puede ser bombeado alrededor de la parte aislada de la bomba para limpiar la bomba. Debido al hecho de que ahora solamente la parte de la bomba cortocircuitada es limpiada con el disolvente, en lugar del bucle entero, la cantidad de disolvente de limpieza usada puede ser reducida drásticamente en más de un 90%. Además, la bobina principal no necesita ser vaciada nunca más.
Para ayudar a hacer solubles los residuos de polímero en la sección que va a ser limpiada, la sección y/o la línea de "by-pass" puede estar dotada con contenedores de climatización conectados a una fuente de calor, tal como agua caliente, para calentar el disolvente.
El disolvente puede, por ejemplo, ser re-circulado durante unos 15 a 45 minutos antes de ser bombeado fuera del equipo. Opcionalmente, el circuito es rellenado para un segundo lavado o, alternativamente, se bombea dentro del circuito una pequeña cantidad de disolvente, de forma continua, durante el ciclo de limpieza, de tal manera que el disolvente usado se desborda a un contenedor de residuos o similar.
Algunos monómeros típicos adecuados para su uso en el presente proceso de polimerización incluyen, por ejemplo, acrilato de butilo, metacrilato de metilo, estireno, acetato de vinilo, Veova® 9, Veova® 10, (estos dos últimos, de la casa Shell), acrilato de etilo, 2-etilo hexilo acrilato, etileno y cloruro de vinilo. La reacción de adición se inicia por los radicales para obtener una dispersión de partículas de polímero de alto peso molecular, generalmente de 50 a 3.000 nm de diámetro, suspendida en un medio en el que el polímero es insoluble, por lo general el agua. Los generadores de radicales libres más comunes son el sodio, el potasio y las sales de amonio de ácido peroxodisulfürico, por ejemplo, amonio peroxidisulfato. Alternativamente, pueden ser usadas parejas redox. Estas consisten en un agente oxidante y un agente reductor. Los oxidantes generalmente utilizados son las sales de ácido peroxodisulfurico e hidroperóxido t-butilo y el propio peróxido de hidrógeno. Reductores son el sulfito de sodio, el metabisulfito de sodio, el sulfoxilato de formaldehido de sodio y ditionato de sodio.
La polimerización de monómeros puede tener lugar en una suspensión acuosa y, en ese caso, las materias primas son preferentemente aportadas por corrientes de alimentación separadas. Estas corrientes introducen monómeros nuevos y una solución acuosa de estabilizadores conocida como la fase de agua o, por ejemplo, una pre-emulsión de monómero y agua y una solución acuosa en una pequeña corriente separada. Al inicio de la reacción se llena el reactor con la fase de agua preparada en un tanque de solución. También son posibles otros rellenos, en particular, polímeros de emulsión acabada (de la misma o de diferente composición) de una ejecución previa, opcionalmente diluida en cualquier concentración.
La agitación en el reactor se produce en virtud de la bomba de circulación en línea. Poco después de que las corrientes de alimentación comienzan a fluir, los monómeros empiezan a reaccionar y se genera calor. La temperatura se estabiliza por medios de refrigeración, generalmente por la circulación controlada de un líquido de refrigeración (agua, por ejemplo) a través de un contenedor de climatización. El producto fluye hacia el tanque de enfriamiento, donde el monómero residual se convierte en polímero. Una vez enfriado, el polímero de emulsión se filtra en el colador para eliminar cualquier partícula que sobreexceda el tamaño adecuado o cualquier material arenoso y se transfiere al tanque de almacenamiento del producto.
Alternativamente, el proceso de polimerización puede llevarse a cabo bajo presión, por ejemplo, bajo una presión de 10 a 150 bar. De forma alternativa, la polimerización puede llevarse a cabo a presión ambiente.
Las bombas de circulación adecuadas son, por ejemplo, las bombas de desplazamiento positivo o bombas centrífugas.
Descripción detallada de la invención
La invención se ilustra en el dibujo, que en la Figura 1 muestra la parte de la bomba de un reactor de bucle (1), con dos extremos exteriores (2, 3) conectados a los extremos exteriores (4, 5) de un bucle en espiral tubular (no mostrado). La parte de la bomba (1) consta de una entrada de monómeros (6), una entrada de fase de agua (7), y una salida (8) para el producto terminado. Una bomba de circulación (9) sirve como medio de accionamiento para hacer circular un reactor de carga dentro del bucle de circulación. Un conducto de "by-pass" (10) para evitar la bomba de circulación (9) se conecta a un punto (11) de la circulación hacia arriba del bucle de la bomba (9) con un punto (12) de la circulación hacia debajo de la bomba (9). Ambos puntos (11, 12) están dotados de una válvula de tres vías (13, 14). Un segundo conducto de "by-pass" (15) incluye una estación de "pigs" de limpieza (16) para almacenar uno o más "pigs" de limpieza en descanso. La estación de "pigs" de limpieza (16) puede ser aislada usando válvulas. En la circulación hacia abajo de la válvula (19), el conducto de "by-pass" (15) forma un cambio de sentido, estando el conducto de regreso ocultado en la vista lateral del dibujo. El segundo conducto de "by-pass" (15) vuelve al conducto principal inmediatamente en la circulación hacia arriba de la válvula (14). En la circulación hacia abajo del cambio de sentido está la salida (8). Un conducto de ventilación (20) conecta la estación de "pigs" de limpieza (16) con el conducto de salida (8). El conducto de ventilación (20) sirve para traer el "pig" de limpieza a la posición de descanso en la estación de "pigs" de limpieza (16) después de volver de la bobina. El conducto de salida (8) está dotado de una válvula (21) inmediatamente corriente arriba de la unión con el conducto de ventilación (20). El conducto de ventilación (20) está dotado de válvula (22).
Para limpiar la bomba de circulación (9), las válvulas (13, 14) se usan para cerrar la bobina principal y para abrir el conducto de "by-pass" (10). A la emulsión de polímeros contenida dentro de la parte aislada, abarcada por el accionamiento de las válvulas (13 y 14), se le hace fluir hacia el exterior por medio de una válvula (23) y un conducto de drenaje (24) situado bajo el tubo, circulando entre la bomba de circulación (9) y la válvula de tres vías (13).
Las válvulas (18 y 22) son abiertas y la válvula (21) es cerrada. Alternativamente, la válvula (21) se deja abierta y las válvulas (18 y 22) permanecen cerradas. Cada una de estas dos opciones de válvulas proporciona una ruta de salida para el disolvente. El disolvente puede moverse hacia arriba por el conducto de ventilación (20) hacia la línea de salida (8) o, más simplemente, pasar en vertical hacia arriba por el conducto (8) a través de la válvula (21). Por encima de la válvula (21) hay un acoplamiento de tubos e inmediatamente después de este acoplamiento (25) hay una válvula de tres vías (no mostrada) que se usa para transferir el disolvente a un pequeño conducto de orificio y que conduce a un depósito de residuos de disolvente. El disolvente hirviendo a alta temperatura es bombeado dentro del circuito de limpieza desde un conducto de suministro de disolvente (26) por medio de la bomba de circulación (9). El aire retenido en el interior del circuito es eliminado por medio de una pequeña válvula (27) en el conducto de "by-pass" (10) cerca de la válvula (14). La bomba de circulación (9) es puesta entonces en funcionamiento para hacer circular el disolvente. La circulación ayuda a hacer soluble cualquier residuo de polímeros. Los contenedores de climatización (28) en los tubos son calentados con agua caliente, lo que tiene como resultado una elevada temperatura del disolvente que, además, ayuda a la tarea de hacer solubles dichos residuos. Después de un período de tiempo de, generalmente, 15 a 45 minutos, la solución es bombeada fuera del equipo a través de la válvula (23). Opcionalmente, el circuito es rellenado para una segunda limpieza o, alternativamente, una pequeña cantidad de disolvente es bombeada continuamente dentro del circuito durante el ciclo de limpieza, de tal manera que se desborda hacia un contenedor de residuos o similar. Cuando toda la solución ha sido drenada, el circuito se rellena con la fase del agua, las válvulas (13, 14, 18 y 22 y/o 21) vuelven a su posición original, tras lo cual la producción puede ser reiniciada.

Claims (6)

1. Un reactor de polimerización que comprende uno o más bucles de circulación con una o más entradas de materia prima, una o más salidas, y una bomba de circulación para hacer circular un reactor de carga en el bucle de circulación, caracterizado porque un conducto de "by-pass", evitando la bomba de circulación, conecta un punto de la corriente de arriba del bucle con un punto de la corriente de abajo, estando dotados ambos puntos de una válvula de tres vías, para formar un bucle corto que comprenda la bomba y una entrada y una salida de expulsión para el disolvente de limpieza.
2. Un reactor de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque al menos una parte del conducto de "by-pass" y/o dicho conducto en su conjunto está dotado de contenedores de climatización conectados a una fuente de calor, como puede ser agua caliente.
3. Un método de limpieza de una parte de una reactor de bucle que comprende una bomba de circulación para hacer circular un reactor de carga en el interior de dicho bucle, caracterizado porque la sección está aislada del bucle de circulación por válvulas de tres vías que conectan la sección a un conducto de "by-pass" para formar un cortocircuito por medio de la bomba y en el que el disolvente se introduce por medio de una entrada en la sección cortocircuitada y se hace circular a través de la sección cortocircuitada una o más veces y es, subsiguientemente, drenado por medio de una salida de expulsión del disolvente.
4. Un método de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque, subsiguientemente, las dos válvulas de tres vías son accionadas para cerrar el conducto de "by-pass" y para conectar la sección con la bomba a la otra sección del bucle de circulación.
5. Un método de acuerdo con las reivindicaciones 3 ó 4, caracterizado porque, al menos una parte del conducto de "by-pass" y/o dicho conducto en su conjunto es calentado por una fuente de calor que fluye a través de contenedores de climatización alrededor del conducto de la tubería.
6. Un método de acuerdo con las reivindicaciones 3-5, caracterizado porque, durante la recirculación de la carga disolvente, una pequeña cantidad de disolvente es bombeada, de forma continua, al circuito formado por la sección y el conducto de "by-pass", mientras que, en la misma proporción, el disolvente usado se desborda, de forma continua, por medio de una salida a un contenedor de residuos.
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