ES2843507T3 - Producción de polietileno con múltiples reactores de polimerización - Google Patents

Abstract

Un método para operar un sistema de reactor de polietileno (100), que comprende: descargar continuamente una suspensión de transferencia (21) desde un primer reactor de polimerización (50A) a través de una primera línea de transferencia (21L-1) hasta un sistema de procesamiento de suspensión de pelusa (102) y luego desde el sistema de procesamiento de suspensión de pelusa (102) a través de una segunda línea de transferencia (21L-2) a un segundo reactor de polimerización (50B), la suspensión de transferencia (21) que comprende un diluyente y un primer polietileno, en donde el sistema de procesamiento de suspensión de pelusa (102) comprende un sistema de eliminación de ligeros (106); descargar una suspensión de producto (22) de un segundo reactor de polimerización (50B), la suspensión de producto (22) comprende diluyente, el primer polietileno y un segundo polietileno; determinar una pérdida de presión debida a la fricción en la primera (21L-1) y/o la segunda línea de transferencia (21L-2); y ajustar una variable de proceso en respuesta a la pérdida de presión que excede un valor especificado, en donde ajustar una variable de proceso comprende al menos uno de los siguientes: aumentar la presión y/o permitir que la presión aumente en el primer reactor de polimerización (50A); disminuir la viscosidad de la suspensión en el primer reactor de polimerización (50A); disminuir la presión en el segundo reactor de polimerización (50B); o, poner en servicio otra línea de transferencia (23L) y descargar continuamente al menos una porción de la suspensión de transferencia (21) desde el primer reactor de polimerización (50A) a través de la otra línea de transferencia (23L) hasta el segundo reactor de polimerización (50B), en donde el valor especificado comprende una pérdida de presión en el intervalo de 30 kPa a 200 kPa (5 libras por pulgada cuadrada (psi) a 30 psi).

Description

DESCRIPCIÓN

Producción de polietileno con múltiples reactores de polimerización

Antecedentes

Campo de la invención

La presente invención se refiere en general a un método para operar la producción de polietileno y, más específicamente, a operar una suspensión de transferencia entre dos o más reactores de polimerización de polietileno.

Descripción de la técnica relacionada

Esta sección pretende presentar al lector aspectos de la técnica que pueden estar relacionados con aspectos de la presente invención, que se describen y/o reivindican a continuación. Se cree que esta discusión es útil para proporcionar al lector información de antecedentes para facilitar una mejor comprensión de los diversos aspectos de la presente invención. En consecuencia, debe entenderse que estas declaraciones deben leerse a esta luz, y no como admisiones de la técnica anterior.

A medida que las tecnologías químicas y petroquímicas han avanzado, los productos de estas tecnologías se han vuelto cada vez más frecuentes en la sociedad. En particular, a medida que las técnicas para unir bloques de construcción moleculares simples en cadenas más largas (o polímeros) han avanzado, los productos de polímeros, típicamente en forma de varios plásticos, se han incorporado cada vez más en diversos artículos cotidianos. Por ejemplo, el polímero de polietileno y sus copolímeros se usan para tuberías, empaques minoristas y farmacéuticos, empaques de alimentos y bebidas, bolsas de plástico, artículos para el hogar, diversos productos industriales, etc.

El polietileno puede producirse a partir del monómero etileno. Si un único monómero etileno se usa para la polimerización, el polímero de polietileno se denomina homopolímero, mientras que la incorporación de diferentes monómeros además del etileno crea un copolímero o terpolímero de polietileno, y así sucesivamente. En la producción de polietileno, el comonómero 1-hexeno se usa comúnmente además del etileno para controlar la densidad del polietileno. Los monómeros (etileno, 1-hexeno, etc.) pueden agregarse a un reactor de polimerización, tal como un reactor de fase líquida o un reactor de fase gaseosa, donde se convierten en polímeros. En el reactor de fase líquida, puede usarse un hidrocarburo inerte, tales como isobutano, propano, n-pentano, i-pentano, neopentano y/o n-hexano, como diluyente para transportar el contenido del reactor. También puede añadirse al reactor un catalizador (por ejemplo, Ziegler-Natta, metaloceno, a base de cromo, etc.) para facilitar la reacción de polimerización. A diferencia de los monómeros, los catalizadores generalmente no se consumen en la reacción de polimerización.

A medida que se desarrollan cadenas poliméricas durante la polimerización, se producen partículas sólidas conocidas como "pelusa" o "escama" o "polvo". La pelusa puede poseer una o más propiedades de fusión, físicas, reológicas y/o mecánicas de interés, tales como densidad, índice de fusión (MI), contenido de comonómero, peso molecular, etc. Pueden desearse diferentes propiedades de la pelusa, en dependencia de la aplicación a la que se dedicará la pelusa de polietileno o la pelusa de polietileno posteriormente precipitada. El control de las condiciones de reacción dentro del reactor, tales como la temperatura, la presión, las concentraciones químicas, la velocidad de producción del polímero, el tipo de catalizador, etc., puede afectar las propiedades de la pelusa.

En algunas circunstancias, para aumentar la capacidad de una línea de polimerización o para lograr ciertas características deseadas del polímero, las condiciones de polimerización pueden beneficiarse al emplear más de un reactor de polimerización de polietileno, y cada reactor tiene su propio conjunto de condiciones. Las condiciones, incluida la receta de polimerización, pueden establecerse y mantenerse en los reactores de manera tal que el polímero de polietileno producto sea monomodal, bimodal o multimodal. En el caso de polímeros bimodales o multimodales, al menos dos polímeros de polietileno, cada uno con una fracción de peso molecular diferente, por ejemplo, pueden combinarse en un polímero producto. En sentido general, un polietileno producido en cada reactor se suspenderá en un diluyente para formar una suspensión. Los reactores pueden conectarse en serie, de modo que la suspensión de un reactor puede transferirse a un reactor posterior, y así sucesivamente, hasta que se produzca un polímero de polietileno que se descargue del reactor final con el conjunto de características deseadas. Por ejemplo, un polímero bimodal puede producirse en dos reactores en serie, un polímero trimodal puede necesitar tres, y así sucesivamente.

En algunos casos, desafortunadamente, el flujo de la suspensión que se transfiere de un reactor al siguiente puede volverse inestable o el flujo de la suspensión de transferencia se pierde o se reduce enormemente, lo que genera una producción inestable de polímero de polietileno en el sistema del reactor, lo que ensucia la línea de transferencia de la suspensión, y así sucesivamente. Tal operación problemática puede resultar en un polímero de polietileno fuera de especificación y un tiempo de inactividad del sistema del reactor de polietileno.

El documento EP 1803498 describe un reactor de bucle de suspensión para uso en la polimerización de olefinas que comprende al menos dos reactores de bucle conectados en serie y en donde la línea que conecta los dos bucles está sujeta a una diferencia de presión dinámica.

Resumen de la invención

La presente invención se refiere a un método para operar un sistema de reactor de polietileno, que comprende: descargar continuamente una suspensión de transferencia desde un primer reactor de polimerización a través de una primera línea de transferencia a un sistema de procesamiento de suspensión de pelusas y luego desde el sistema de procesamiento de suspensión de pelusas a través de una segunda línea de transferencia a un segundo reactor de polimerización, comprendiendo la suspensión de transferencia diluyente y un primer polietileno; en donde el sistema de procesamiento de la suspensión de pelusa comprende un sistema de eliminación de ligeros; descargar una suspensión de producto de un segundo reactor de polimerización, comprendiendo la suspensión de producto diluyente, el primer polietileno y un segundo polietileno; determinar una pérdida de presión debido a la fricción en la primera y/o segunda línea de transferencia; y ajustar una variable de proceso en respuesta a la pérdida de presión que exceda un valor especificado, en donde ajustar una variable de proceso comprende al menos uno de los siguientes: aumentar la presión y/o permitir que la presión aumente en el primer reactor de polimerización; disminuir la viscosidad de la suspensión en el primer reactor de polimerización; bajar la presión en el segundo reactor de polimerización; o, poner en servicio otra línea de transferencia y descargar continuamente al menos una porción de la suspensión de transferencia desde el primer reactor de polimerización a través de la otra línea de transferencia al segundo reactor de polimerización, en donde el valor especificado comprende una pérdida de presión en el intervalo de 30 kPa a 200 kPa (5 libras por pulgada cuadrada (psi) a 30 psi).

Breve descripción de los dibujos

Las ventajas de la invención pueden ser evidentes al leer la siguiente descripción detallada y al hacer referencia a los dibujos en los cuales:

La Figura 1 es un diagrama de flujo de bloques que representa un sistema de producción de polietileno para producir polietileno;

La Figura 2 es un diagrama de flujo del proceso de un sistema de reactor del sistema de producción de polietileno de la Figura 1;

La Figura 3 es un diagrama de flujo de bloques de un método para operar un sistema reactor en un sistema de producción de poliolefina;

La Figura 4 es un diagrama de flujo de bloques de un método para determinar una pérdida de presión en una línea de transferencia de suspensión en un sistema de reactor;

La Figura 5 es un diagrama de flujo del proceso de un sistema de reactor alternativo ilustrativo de un sistema de producción de polietileno; y

La Figura 6 es un diagrama de flujo del proceso de un sistema de procesamiento de suspensión de transferencia del sistema de reactor alternativo de la Figura 5.

Descripción detallada de modalidades específicas

A continuación, se describirán una o más modalidades específicas. Para proporcionar una descripción concisa de estas modalidades, no se describen todas las características de una implementación real en la especificación. Debe apreciarse que, en el desarrollo de cualquier implementación real, como en cualquier proyecto de ingeniería o diseño, se deben tomar numerosas decisiones específicas de implementación para lograr los objetivos específicos de los desarrolladores, como el cumplimiento de las restricciones relacionadas con el sistema y el negocio, que pueden variar de una implementación a otra. Además, debe apreciarse que tal esfuerzo de desarrollo podría ser complejo y requerir mucho tiempo, pero sin embargo sería una tarea rutinaria de diseño, fabricación y elaboración para los expertos en la materia que tienen el beneficio de esta descripción.

La presente descripción se refiere a un método de funcionamiento de un sistema de reactor de polietileno, que comprende determinar la pérdida de presión debido a la fricción en una línea de transferencia de suspensión de polietileno entre dos reactores de polimerización de polietileno dispuestos en serie. El funcionamiento de los reactores de polimerización de polietileno se puede ajustar en respuesta a la caída de presión determinada o la pérdida de presión.

Volviendo a los dibujos, y haciendo referencia inicialmente a la Figura 1, un diagrama de bloques representa un sistema de producción 10 para producir polietileno de poliolefina. El sistema de producción 10 es típicamente una operación continua, pero puede incluir tanto sistemas continuos como por lotes. Una capacidad nominal ilustrativa para un sistema de producción 10 es de aproximadamente 700-1400 millones de libras (aproximadamente 320-635 millones de kg) de polietileno producido por año. Las velocidades ilustrativas de diseño por hora son de aproximadamente 70 000 a 150 000 libras (aproximadamente 32 000 a 68 000 kg) de polietileno polimerizado/extruido por hora. Sin embargo, debe enfatizarse que las técnicas descritas se aplican a los procesos de fabricación de poliolefinas, incluidos los sistemas de producción de polietileno que tienen capacidades nominales y velocidades de diseño fuera de estos rangos ilustrativos.

Varias vías de suministro 12 pueden proporcionar las materias primas del reactor 14 al sistema de producción 10 a través de tuberías, barcos, camiones, cilindros, tambores, etc. Las vías de suministro 12 pueden incluir instalaciones fuera del sitio y/o en el sitio, incluidas plantas de olefina, refinerías, plantas catalizadoras y similares. Los ejemplos de posibles materias primas incluyen monómeros y comonómeros de olefina (tales como etileno, propileno, buteno, hexeno, octeno y deceno), diluyentes (tales como propano, isobutano, n-butano, n-hexano y n-heptano), agentes de transferencia de cadena (tales como el hidrógeno), catalizadores (tales como los catalizadores Ziegler-Natta, catalizadores de cromo y catalizadores de metaloceno) que pueden ser heterogéneos, homogéneos, soportados, no soportados y cocatalizadores (tales como trietilboro, compuestos de organoaluminio, metil aluminoxano, trietilaluminio, etc.) y otros aditivos. En el caso del monómero de etileno, puede suministrarse una materia prima ilustrativa de etileno a través de una tubería a aproximadamente 800-1450 libras por pulgada cuadrada de calibre (psig) (aproximadamente 5,5-10 MPa) at 45-65 °F (7,2-18 °C). La materia prima ilustrativa de hidrógeno también puede suministrarse a través de una tubería, pero aproximadamente a 900-1000 psig (aproximadamente 6,2-6,9 MPa) a 90-110 °F (32-43 °C). Por supuesto, puede existir una variedad de condiciones de suministro para etileno, hidrógeno y otras materias primas 14.

Las vías de suministro 12 típicamente proporcionan las materias primas 14 a un sistema de suministro del reactor 16, donde las materias primas 14 pueden almacenarse en tanques de almacenamiento y suministro de monómeros, recipientes de diluyente, tanques de catalizador, cilindros y tanques de cocatalizador, etc. En el caso de suministro de monómero de etileno, el etileno puede suministrarse a los reactores de polimerización sin almacenamiento intermedio en el sistema de suministro 16 en ciertas modalidades. En el sistema 16, las materias primas 14 pueden tratarse o procesarse antes de su introducción como suministro 18 a los reactores de polimerización. Por ejemplo, las materias primas 14, tales como monómeros, comonómeros y diluyentes, pueden enviarse a través de lechos de tratamiento (por ejemplo, lechos de tamices moleculares, empaquetaduras de aluminio, etc.) para eliminar los venenos del catalizador. Tales venenos del catalizador pueden incluir, por ejemplo, agua, oxígeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono y compuestos orgánicos que contienen azufre, oxígeno o halógenos. Los monómeros y comonómeros de olefina pueden ser líquidos, gaseosos o un fluido supercrítico, en dependencia del tipo de reactor al que se suministran. Además, debe tenerse en cuenta que típicamente solo se usa una cantidad relativamente pequeña de diluyente de fabricación nueva como materia prima 14, y la mayoría del diluyente que se suministra al reactor de polimerización se recupera del efluente del reactor.

El sistema de suministro 16 puede preparar o acondicionar otras materias primas 14, tales como catalizadores, para añadir a los reactores de polimerización. Por ejemplo, puede activarse un catalizador y luego mezclarlo con diluyente (por ejemplo, isobutano o hexano) o aceite mineral en tanques de preparación de catalizador. Además, el sistema de suministro 16 típicamente proporciona la medición y el control de la velocidad de adición de las materias primas 14 en el reactor de polimerización para mantener la estabilidad deseada del reactor y/o lograr las propiedades de poliolefina o la velocidad de producción deseadas. Además, en funcionamiento, el sistema de suministro 16 también puede almacenar, tratar y medir el efluente del reactor recuperado para reciclarlo al reactor. De hecho, las operaciones en el sistema de suministro 16 generalmente reciben tanto la materia prima 14 como las corrientes efluentes del reactor que se recuperan. En total, las materias primas 14 y el efluente del reactor recuperado se procesan en el sistema de suministro 16 y se suministran como corrientes de suministro 18 (por ejemplo, corrientes de monómero etileno, comonómero, diluyente, catalizadores, cocatalizadores, hidrógeno, aditivos o combinaciones de estos) para el sistema del reactor 20. Como se discute a continuación, las corrientes 18 pueden suministrarse en conductos de suministro al reactor que se conectan a la pared del reactor de polimerización en el sistema del reactor 20.

El sistema del reactor 20 puede comprender uno o más recipientes del reactor, tales como reactores de fase líquida o de fase gaseosa. Si se emplean múltiples reactores, los reactores pueden disponerse en serie, en paralelo o en otras combinaciones o configuraciones. En los recipientes del reactor de polimerización, se polimerizan uno o más monómeros de olefina (por ejemplo, etileno) y opcionalmente comonómeros (por ejemplo, 1-hexeno) para formar particulados del polímero producto, típicamente llamados pelusas o gránulos. La pelusa puede poseer una o más propiedades de fusión, físicas, reológicas y/o mecánicas de interés, tales como densidad, índice de fusión (MI), peso molecular, contenido de copolímero o comonómero, módulo y similares. Las condiciones de reacción, tales como temperatura, presión, velocidad de flujo, agitación mecánica, despegue del producto, concentraciones de componentes, tipo de catalizador, velocidad de producción de polímeros, etc., pueden seleccionarse para lograr las propiedades de pelusa deseadas.

Además del uno o más monómeros de olefina, típicamente se agrega al reactor un catalizador que facilita la polimerización del monómero de etileno. El catalizador puede ser una partícula suspendida en el medio fluido dentro del reactor. En general, pueden usarse catalizadores de Ziegler, catalizadores de Ziegler-Natta, metalocenos y otros catalizadores de poliolefina bien conocidos, así como cocatalizadores. Un ejemplo de un catalizador particular es un catalizador de óxido de cromo que contiene cromo hexavalente sobre un soporte de sílice. Típicamente, un diluyente libre de olefina o aceite mineral, por ejemplo, se usa en la preparación y/o suministro del catalizador en un conducto de suministro que se conecta a la pared del reactor de polimerización. Además, el diluyente puede suministrarse al reactor, típicamente un reactor de fase líquida. El diluyente puede ser un hidrocarburo inerte que es líquido en condiciones de reacción, como isobutano, propano, n-butano, n-pentano, i-pentano, neopentano, n-hexano, ciclohexano, ciclopentano, metilciclopentano, etilciclohexano y similares. El propósito del diluyente es generalmente suspender las partículas de catalizador y de polímero dentro del reactor. El diluyente, como se indica, también puede usarse para el lavado del reactor o de la línea para mitigar el taponamiento o la suciedad, para facilitar el flujo de la suspensión de polímero en las líneas, etc.

Puede estar presente un dispositivo motriz dentro de cada uno de los reactores en el sistema reactor 20. Por ejemplo, dentro de un reactor de fase líquida, como un reactor de suspensión en bucle, un impelente puede crear una zona de mezcla dentro del medio fluido. El impelente puede ser accionado por un motor para impulsar el medio fluido, así como cualquier catalizador, pelusa de poliolefina, u otro sólido particulado suspendido dentro del medio fluido, a través del circuito cerrado del reactor. De manera similar, dentro de un reactor de fase gaseosa, tal como un reactor de lecho fluidizado o un reactor de flujo de pistón, pueden usarse una o más paletas o agitadores para mezclar las partículas sólidas dentro del reactor.

La descarga de la suspensión de producto de pelusa de polietileno 22 de los reactores del sistema 20 puede incluir la pelusa de polietileno polimérico; así como componentes no poliméricos, tales como diluyente, monómero/comonómero sin reaccionar y catalizador residual. En la construcción de los reactores en ciertas modalidades, puede instalarse una boquilla de descarga y un conducto (por ejemplo, soldado) en un grifo o agujero cortado en la pared del reactor. La descarga de la suspensión de producto de pelusa 22 que sale del reactor (por ejemplo, el reactor final en una serie de reactores) a través de la boquilla de descarga puede procesarse posteriormente, tal como mediante un sistema de recuperación de diluyente/monómero 24.

El sistema de recuperación de diluyente/monómero 24 puede procesar la suspensión del producto de pelusa 22 del sistema de reactor 20 para separar los componentes no poliméricos 26 (por ejemplo, diluyente y monómero sin reaccionar) de la pelusa polimérica 28. El diluyente/monómero puede vaporizarse rápidamente en el sistema de recuperación 24 para separar el diluyente/monómero de la pelusa 28.

Un sistema de fraccionamiento 30 puede procesar los componentes no poliméricos recuperados no tratados 26 (por ejemplo, diluyente/monómero) para eliminar componentes no deseados pesados y ligeros y para producir, por ejemplo, diluyente libre de olefinas. Las corrientes de producto fraccionado 32 pueden volver luego al sistema reactor 20 ya sea directamente (no se muestra) o mediante el sistema de suministro 16. Tal diluyente libre de olefinas puede emplearse en la preparación/suministro de catalizador en el sistema de suministro 16 y como reactores o líneas de lavado en el sistema reactor 20.

Una parte o la totalidad de los componentes no poliméricos 26 pueden pasar por alto el sistema de fraccionamiento 30 y reciclarse más directamente al sistema del reactor (no mostrado) o al sistema de suministro 16, como se indica por el número de referencia 34. En ciertas modalidades, hasta el 80-95 % del diluyente que se descarga del sistema reactor 20 pasa por alto el sistema de fraccionamiento 30 en ruta hacia el sistema de suministro de polimerización 16 (y finalmente el sistema reactor 20). Además, aunque no se ilustra, los gránulos de polímero intermedios en el sistema de recuperación 24 y que típicamente contienen catalizador residual activo pueden devolverse al sistema de reactor 20 para una polimerización adicional, tal como en un tipo diferente de reactor o en diferentes condiciones de reacción.

La pelusa de polietileno 28 que se descarga del sistema de recuperación de diluyente/monómero 24 puede extruirse en gránulos de polietileno 38 en un sistema de extrusión 36. En el sistema de extrusión 36, la pelusa 28 se extruye típicamente para producir gránulos de polímero 38 con las características mecánicas, físicas y de fusión deseadas. El suministro del extrusor puede incluir aditivos, tales como inhibidores UV, antioxidantes y peróxidos, que se añaden a los productos de pelusa 28 para impartir las características deseadas a los gránulos 32 de polímero extruido. Un extrusor/granulador recibe el suministro del extrusor, que incluye uno o más productos de pelusa 28 y los aditivos que se hayan añadido. El extrusor/granulador calienta y funde la el suministro del extrusor que luego puede extruirse (por ejemplo, mediante un extrusor de doble tornillo) a través de un troquel granulador bajo presión para formar gránulos de poliolefina. Tales gránulos típicamente se enfrían en un sistema de agua dispuesto en o cerca de la descarga del granulador.

Un sistema de carga 39 puede preparar los gránulos 38 para su envío a los clientes 40. Generalmente, los gránulos de poliolefina 38 pueden transportarse desde el sistema de extrusión 36 hasta un área 39 de descarga del producto donde los gránulos 38 pueden almacenarse, mezclarse con otros gránulos, y/o cargarse en vagones, camiones, bolsas, etc. para distribución a los clientes 40. Los gránulos de polietileno 38 que se envían a los clientes 40 pueden incluir polietileno de baja densidad (LDPE), polietileno lineal de baja densidad (LLDPE), polietileno de densidad media (MDPE), polietileno de alta densidad (HDPE), polietileno mejorado, etc.

Las porciones de polimerización y recuperación de diluyente del sistema de producción de polietileno 10 pueden denominarse el extremo "húmedo" 42 o el lado de "reacción" del proceso 10. Los sistemas de extrusión 38 y de carga 39 del sistema de producción de polietileno 10 pueden llamarse el extremo "seco" 44 o el lado de "acabado" del proceso de poliolefina 10.

Los gránulos de poliolefina 38 (por ejemplo, polietileno) pueden usarse en la fabricación de una variedad de productos, componentes, artículos para el hogar y otros artículos, incluidos adhesivos (por ejemplo, aplicaciones de adhesivo termofusible), alambres y cables eléctricos, películas agrícolas, películas retráctiles, películas estirables, películas de envasado de alimentos, envases flexibles de alimentos, contenedores de leche, envases de alimentos congelados, bolsas de basura y latas, bolsas de supermercado, sacos de alta resistencia, botellas de plástico, equipos de seguridad, revestimientos, juguetes y una variedad de contenedores y productos plásticos. Para formar productos finales o componentes a partir de los gránulos 38 antes de la distribución, los gránulos generalmente se someten a procesamientos, tales como moldeo por soplado, moldeo por inyección, moldeo por rotación, película soplada, película moldeada, extrusión (por ejemplo, extrusión de láminas, de tubos y extrusión de corrugados, extrusión de recubrimiento/laminación, etc.) y así sucesivamente. Por último, los productos y componentes que se forman a partir de gránulos de poliolefina 38 (por ejemplo, polietileno) pueden, además, procesarse y ensamblarse para su distribución y venta al consumidor. Por ejemplo, una botella de leche de polietileno se puede llenar con leche para su distribución al consumidor, o un tanque de combustible fabricado de polietileno se puede ensamblar en un automóvil para su distribución y venta al consumidor.

Las variables de proceso en el sistema de producción de polietileno 10 pueden controlarse automática y/o manualmente a través de configuraciones de válvulas, sistemas de control, etc. Generalmente, un sistema de control, tal como un sistema basado en un procesador, puede facilitar la gestión de una gama de operaciones en el sistema de producción de polietileno 10, tales como las representadas en la Figura 1. Las instalaciones de fabricación de poliolefinas pueden incluir una sala o locación central de control, así como también un sistema de control central, como un sistema de control distribuido (DCS) y/o un controlador lógico programable (PLC). Por supuesto, el sistema reactor 20 emplea típicamente un sistema basado en procesador, tal como un DCS, y también puede emplear un control de proceso avanzado conocido en la técnica. El sistema de suministro 16, la recuperación de diluyente/monómero 24 y el sistema de fraccionamiento 30 pueden controlarse, además, por el DCS. En el extremo seco de la planta, las operaciones de extrusión y/o carga de gránulos pueden controlarse, además, a través de un sistema basado en un procesador (por ejemplo, DCS o PLC).

El DCS y los sistemas de control asociados en el sistema de producción de polietileno 10 pueden incluir el hardware, la lógica y el código de software apropiados, para interactuar con los diversos equipos del proceso, válvulas de control, conductos, instrumentación, etc., para facilitar la medición y el control de las variables del proceso, implementar esquemas de control, realizar cálculos, etc. Para medir las variables del proceso puede proporcionarse una variedad de instrumentación conocida a los expertos en la técnica, tales como presión, temperatura, velocidad de flujo, etc., y para transmitir una señal al sistema de control, donde un operador puede leer los datos y/o usarlos como entrada en varias funciones de control. En dependencia de la aplicación y de otros factores, un operador puede leer la indicación de las variables del proceso local o remotamente, y usarla para varios propósitos de control a través del sistema de control.

Una instalación de fabricación de poliolefinas típicamente tiene una sala de control desde la cual el gerente, ingeniero, técnico, supervisor y/o un operador de la planta, y así sucesivamente, monitorea y controla el proceso. Cuando se usa un DCS, la sala de control puede ser el centro de la actividad, lo que facilita el monitoreo y control efectivo del proceso o de la instalación. La sala de control y DCS puede contener una interfaz hombre máquina (HMI), que es una computadora, por ejemplo, que ejecuta el software especializado para proporcionar una interfaz de usuario para el sistema de control. La HMI puede variar según el proveedor y presentar al usuario una versión gráfica del proceso remoto. Puede haber múltiples consolas HMI o estaciones de trabajo, con diferentes grados de acceso a los datos.

Como se discutió anteriormente, el sistema reactor 20 puede comprender uno o más reactores de polimerización, que a su vez pueden ser del mismo tipo o diferentes. Además, con múltiples reactores, los reactores pueden disponerse en serie o en paralelo. Independientemente de los tipos de reactores en el sistema reactor 20, se produce un producto particulado de poliolefina, denominado genéricamente "pelusa" en la presente descripción. Para facilitar la explicación, los siguientes ejemplos limitan su alcance a tipos específicos de reactores y sus combinaciones que se cree que los expertos en la técnica conocen. Sin embargo, para un experto en la técnica que use esta descripción, estas técnicas son aplicables a disposiciones más complejas de reactores, tales como aquellas que involucran reactores adicionales, diferentes tipos de reactores y/o pedidos alternativos de reactores o tipos de reactores, así como también varios sistemas y equipos de recuperación de diluyentes y monómeros dispuestos entre o entre los reactores, y así sucesivamente.

Un tipo de reactor incluye reactores dentro de los cuales ocurre la polimerización dentro de una fase líquida. Los ejemplos de dichos reactores de fase líquida incluyen autoclaves, reactores de piscina para líquidos en ebullición, reactores de suspensión en bucle (verticales u horizontales), etc. Para simplificar, en el presente contexto se discute un reactor de suspensión en bucle que produce poliolefina, tal como el polietileno, aunque debe entenderse que estas técnicas pueden aplicarse de manera similar a otros tipos de reactores de fase líquida.

La Figura 2 representa un sistema de reactor de polimerización 20 (de la Figura 1) que tiene dos reactores de suspensión en bucle (polimerización) 50A, 50B dispuestos y operados en serie. Por supuesto, pueden disponerse reactores de bucle adicionales u otros reactores (por ejemplo, reactores de fase gaseosa) en serie o en paralelo en la combinación ilustrada. Además, el equipo de procesamiento puede disponerse entre los dos reactores de bucle 50A, 50B (ver la Figura 5 y la Figura 6, por ejemplo). Además, la configuración de funcionamiento de los dos reactores de bucle 50A, 50B representados puede cambiarse a una operación paralela. De hecho, estas técnicas contemplan una variedad de configuraciones de sistemas de reactores tales como las descritas en la Solicitud de Patente de Estados Unidos núm. 2011/0288247.

Un reactor de suspensión en bucle 50A, 50B generalmente está compuesto por segmentos de tubería conectados por dobleces suaves o codos. La representación de los reactores de bucle 50A, 50B en la Figura 2 está simplificada, como apreciará el experto en la técnica. De hecho, la configuración de un reactor ilustrativo 50A, 50B puede incluir de ocho a dieciséis u otro número de patas de tubería vertical con camisa, de aproximadamente 24 pulgadas de diámetro y aproximadamente 200 pies de longitud, conectadas por codos de tubería en la parte superior e inferior de las patas. La Figura 2 muestra un reactor de segmento de cuatro patas, dispuesto verticalmente. También se podría disponer horizontalmente. Las camisas del reactor 52 se proporcionan normalmente para eliminar el calor de la polimerización exotérmica mediante la circulación de un medio refrigerante, tal como agua tratada, a través de las camisas del reactor 52.

Los reactores 50A, 50B pueden usarse para llevar a cabo la polimerización de poliolefina (por ejemplo, polietileno) en condiciones de suspensión en las cuales se forman partículas insolubles de poliolefina (por ejemplo, polietileno) en un medio fluido y se suspenden como suspensión hasta que se eliminan. Un respectivo dispositivo motriz, tal como la bomba 54A, 54B, hace circular la suspensión fluida en cada reactor 50A, 50B. Un ejemplo de una bomba 54A, 54B es una bomba de flujo axial en línea con el impelente de la bomba dispuesto dentro del interior del reactor 50A, 50B para crear una zona de mezcla turbulenta dentro del medio fluido. El impelente puede, además, ayudar a impulsar el medio fluido a través del circuito cerrado del reactor a una velocidad suficiente para mantener los particulados sólidos, tales como el catalizador o el producto de poliolefina, suspendidas dentro del medio fluido. El impelente puede ser accionado por un motor 56A, 56B u otra fuerza motriz.

La bomba 54A, 54B se puede operar para generar un frente o diferencial de presión a través de un reactor de circuito 50A, 50B de aproximadamente 120 kPa (aproximadamente 18 libras por pulgada cuadrada (psi)), 140 kPa (20 psi) o 150 kPa (22 psi), y así sucesivamente, es decir, entre la descarga de la bomba 54A, 54B y la succión de la bomba 54A, 54B. Es posible tanto como 340 kPa (50 psi) o más. El frente de la bomba (diferencial de presión proporcionado por la bomba 54A, 54B) puede verse afectado por la velocidad de rotación del impelente y el diseño del impelente. También se puede producir una diferencia de presión más alta mediante el uso de al menos una bomba adicional.

El medio fluido dentro de cada reactor 50A, 50B puede incluir monómeros y comonómeros de olefina, diluyentes, cocatalizadores (por ejemplo, alquilos, trietilboro, TiBAL, TEAl, metil aluminoxano, etc.), agentes de control de peso molecular (por ejemplo, hidrógeno), y cualquier otro coreactivo o aditivo deseado. Tales monómeros y comonómeros de olefina son generalmente 1-olefinas que tienen hasta 10 átomos de carbono por molécula y típicamente no ramificados más cerca del doble enlace que en la posición 4. Los ejemplos de monómeros y comonómeros incluyen etileno, propileno, buteno, 1-penteno, 1-hexeno, 1-octeno y 1-deceno. De nuevo, los diluyentes típicos son hidrocarburos que son inertes y líquidos en condiciones de reacción, e incluyen, por ejemplo, isobutano, propano, nbutano, n-pentano, i-pentano, neopentano, n-hexano, ciclohexano, ciclopentano, metilciclopentano, etilciclohexano, y similares. Estos componentes se añaden al interior del reactor a través de entradas o conductos en ubicaciones específicas, tales como las que se representan en las corrientes de suministro 58A, 58B, que generalmente corresponde a una de las corrientes de suministro 18 de la Figura 1.

Del mismo modo, puede añadirse un catalizador, tales como los discutidos previamente, al reactor 50A, 50B a través de un conducto en una ubicación adecuada, tal como se representa en la corriente de suministro 60, que puede incluir un portador diluyente y que generalmente corresponde, además, a una de las corrientes de suministro 18 de la Figura 1. De nuevo, los conductos que suministran los diversos componentes se conectan (es decir, mediante brida o soldadura) al reactor 50A, 50B. El suministro de catalizador 60 puede agregarse al primer reactor 50A en serie pero no al segundo reactor 50B. Sin embargo, el catalizador activo puede descargarse en una suspensión de pelusa 21 del primer reactor 50A al segundo reactor 50B. Además, aunque no se representa, puede añadirse un catalizador fresco 60 al segundo reactor 50B. En total, los componentes añadidos, que incluyen el catalizador y otros componentes de suministro, generalmente componen un medio fluido dentro del reactor 50A, 50B en el cual el catalizador es una partícula suspendida.

Las condiciones de reacción, tales como temperatura, presión y concentraciones de reactivo, en cada reactor 50A, 50B se regulan para facilitar las propiedades deseadas y la velocidad de producción de la poliolefina en el reactor, para controlar la estabilidad del reactor y similares. La temperatura típicamente se mantiene por debajo de ese nivel en el cual el producto polimérico se disolvería, se hincharía, se ablandaría o se volvería pegajoso. Como se indica, debido a la naturaleza exotérmica de la reacción de polimerización, puede hacerse circular un fluido refrigerante a través de las camisas 52 alrededor de las porciones del reactor de suspensión en bucle 50A, 50B para eliminar el exceso de calor, y de esta manera mantener la temperatura dentro del intervalo deseado, generalmente entre 65 °C y 121 °C (150 °F a 250 °F). Asimismo, la presión en cada reactor de bucle 50A, 50B puede regularse dentro de un intervalo de presión deseado, generalmente de 690 a 5500 kPa (100 a 800 psig), con un intervalo típico de 3100-4800 kPa (450-700 psig).

A medida que la reacción de polimerización avanza dentro de cada reactor 50A, 50B, el monómero (por ejemplo, etileno) y los comonómeros (por ejemplo, 1-hexeno) se polimerizan para formar polímeros de poliolefina (por ejemplo, polietileno) que son sustancialmente insolubles en el medio fluido a la temperatura de reacción, por lo cual forman una suspensión de partículas sólidas dentro del medio. Estos particulados sólidos de poliolefina pueden eliminarse de cada reactor 50 a través de una pata de sedimentación u otros medios, tal como una válvula Ram y/o un despegue continuo (CTO), y así sucesivamente.

Como se mencionó, la Figura 2 representa dos reactores de bucle 50A, 50B en serie. Los dos reactores de bucle 50A, 50B pueden funcionar de manera que la pelusa de polietileno en la suspensión de pelusa 22 que se descarga desde el segundo reactor 50A, 50B sea monomodal, bimodal o multimodal. En ciertos casos de producción monomodal, las condiciones de funcionamiento del reactor pueden establecerse de manera que esencialmente se polimerice el mismo polietileno en cada reactor 50A, 50B. Sin embargo, la producción monomodal puede incorporar comonómero u otros componentes en diferentes proporciones en cada reactor para dar un producto de pelusa de polietileno monomodal. En el caso de la producción bimodal, las condiciones de funcionamiento del reactor pueden establecerse de manera que el polietileno polimerizado en el primer reactor sea diferente del polietileno polimerizado en el segundo reactor. En resumen, con dos reactores, un primer polietileno producido en el primer reactor de bucle 50A y el segundo polietileno producido en el segundo reactor de bucle 50B pueden combinarse para dar un polietileno bimodal o un polietileno monomodal.

El funcionamiento de los dos reactores de bucle 50A, 50B puede incluir suministrar más comonómero al primer reactor de polimerización que al segundo reactor de polimerización, o viceversa. El funcionamiento puede incluir, además, suministrar más hidrógeno al segundo reactor de polimerización que el segundo reactor, o viceversa. Por supuesto, puede suministrarse la misma cantidad de comonómero y/o la misma cantidad de hidrógeno a cada reactor 50A, 50B. Además, puede mantenerse la misma o diferente concentración de comonómero en cada reactor 50A, 50B. Asimismo, puede mantenerse la misma o diferente concentración de hidrógeno en cada reactor 50A, 50B. Además, el primer polietileno (es decir, polietileno polimerizado en el primer reactor 50A) puede tener un primer intervalo para una propiedad física, y el segundo polietileno (es decir, polietileno polimerizado en el segundo reactor 50B) puede tener un segundo intervalo para la propiedad física. El primer intervalo y el segundo intervalo pueden ser iguales o diferentes. Las propiedades físicas incluyen la densidad del polietileno, porcentaje de comonómero, cantidad de ramificaciones de cadena corta, peso molecular, viscosidad, índice de fusión y similares.

Como se indicó, la suspensión de pelusa del producto de polietileno 22 se descarga desde el segundo reactor 50B y se somete a un procesamiento aguas abajo, tal como en un sistema de recuperación de diluyente/monómero 24 (Figura 1). La suspensión de pelusa del producto 22 puede descargarse a través de una pata de sedimentación, una válvula de aislamiento, una válvula de paso total, una válvula Ram un despegue continuo (CTO) u otras configuraciones de válvula. La suspensión de pelusa del producto 22 puede descargarse de manera intermitente tal como a través de una configuración de pata de sedimentación, o en su lugar puede descargarse continuamente. Se contempla una variedad de configuraciones de descarga para una descarga continua. El empleo de una válvula de aislamiento (por ejemplo, una válvula Ram de diámetro completo) sin una válvula de modulación que lo acompañe puede proporcionar una descarga continua de la suspensión del reactor de bucle. Además, un CTO se define como una descarga continua que tiene al menos una válvula de modulación de flujo, y proporciona una descarga continua de la suspensión desde el reactor de bucle. En ciertos ejemplos, un CTO tiene una válvula de aislamiento (por ejemplo, válvula Ram) en la pared del reactor y una válvula de modulación (por ejemplo, válvula de bola en V) en el conducto de descarga. Una válvula Ram en una posición cerrada puede proporcionar beneficiosamente una superficie que esté al ras con la pared interna del reactor para evitar la presencia de una cavidad, espacio o vacío para que el polímero se acumule cuando la válvula Ram está en la posición cerrada.

En funcionamiento, en dependencia de la posición de la descarga en el reactor, por ejemplo, una descarga de suspensión 22 que tiene una concentración de sólidos mayor que la suspensión que circula en el reactor 50B puede llevarse a cabo con una configuración de descarga que tiene una sola válvula de aislamiento (válvula Ram), o que tiene una configuración CTO con una válvula de aislamiento (válvula Ram) y una válvula de modulación 25, como se representa en la Figura 2. En este ejemplo, la válvula moduladora 25 puede proporcionar control de flujo de la suspensión 22 de descarga, así como facilitar el control de presión en el segundo reactor 50B (y en el primer reactor 50A en determinadas modalidades). Pueden encontrarse configuraciones y controles de CTO ilustrativos, y otras configuraciones de descarga, en la solicitud de patente de Estados Unidos núm. 2011/0288247 mencionada anteriormente, y en la patente de Estados Unidos núm. 6,239,235.

En un ejemplo, la suspensión de pelusa de producto 22 se descarga a través de un CTO. En ciertos ejemplos, un CTO tiene una válvula Ram en la pared del reactor 50B y una válvula de modulación del control de flujo 25 (por ejemplo, válvula de control de bola en V) en el conducto de descarga. Sin embargo, de nuevo, en un ejemplo alternativo, la suspensión de pelusa de producto 22 puede descargarse a través de una configuración de pata de sedimentación, por ejemplo, en lugar de un CTO.

Una suspensión de pelusa 21 de transferencia se descarga desde el primer reactor de bucle 50A al segundo reactor de bucle 50B a través de una línea de transferencia 21L. El contenido de la suspensión de pelusa 21 de transferencia puede ser representativo del contenido del primer reactor de bucle 50A. Sin embargo, al igual que con la suspensión de descarga 22, la concentración de sólidos puede ser mayor en la suspensión de transferencia 21 que en el primer reactor de bucle 50A, dependiendo del posicionamiento de la entrada de la línea de transferencia 21L en el primer reactor de bucle 50A, por ejemplo, y otras consideraciones. Además, la línea de transferencia 21L puede ser una sola línea de transferencia como se muestra, o una pluralidad de líneas de transferencia en serie, segmentos de línea de transferencia continuos o discontinuos en serie, y similares.

Además, el sistema reactor 20 puede incluir una segunda línea de transferencia (paralela) opcional 23L, que puede operar con o en lugar de la línea de transferencia 21L. Cabe señalar que cualquier suspensión de transferencia que se descargue a través de la segunda línea de transferencia 23L puede tener propiedades iguales o algo diferentes (por ejemplo, concentración de sólidos) que la suspensión de transferencia 21L, dependiendo de las posiciones relativas y configuraciones de las líneas de transferencia 21L y 23L, por ejemplo.

En un ejemplo, la línea de transferencia 21L es la línea de transferencia principal. La suspensión de pelusa de transferencia 21 puede descargarse desde el primer reactor de bucle 50A a la línea de transferencia 21L a través de una pata de sedimentación, una válvula de aislamiento, una válvula Ram, un despegue continuo (CTO) que tiene una válvula de aislamiento o Ram y una válvula moduladora, u otra configuración de válvula. En un ejemplo, la descarga de la suspensión de transferencia 21 del primer reactor de bucle 50A es continua y no modulada directamente. No se emplea un CTO o una pata de sedimentación. En cambio, la suspensión 21 de transferencia se descarga a través de una válvula de aislamiento o válvula Ram (no mostrada) en la línea de transferencia 21L en la pared del reactor y sin una válvula de modulación en este ejemplo. En un ejemplo particular, la suspensión 21 de transferencia se descarga a través de una válvula Ram de diámetro completo mantenida en una posición completamente abierta, y no adicionalmente a través de una válvula de modulación.

La válvula Ram puede proporcionar el aislamiento de la línea de transferencia 21L del reactor de bucle 50A cuando se desea dicho aislamiento. También puede colocarse una válvula Ram en la salida de la línea de transferencia 21L en la pared del segundo reactor de bucle 50B para proporcionar el aislamiento de la línea de transferencia 21L del segundo reactor de bucle 50B cuando se desea dicho aislamiento. Puede desearse aislar la línea de transferencia 21L de los reactores de bucle primero y segundo 50B durante el mantenimiento o el tiempo de inactividad del sistema reactor 30, o cuando se pone en servicio una línea de transferencia alternativa 23L, y así sucesivamente. El funcionamiento o control de las válvulas Ram puede ser manual, asistido hidráulicamente, asistido por aire, remoto, automatizado, etc. La línea de transferencia 21L puede retirarse manualmente del servicio (por ejemplo, cerrar manualmente las válvulas Ram) o retirarse automáticamente (por ejemplo, a través de un sistema de control que cierra automáticamente las válvulas Ram) del servicio.

Se puede poner en servicio otra línea de transferencia 23L, por ejemplo, en respuesta a un funcionamiento inestable de la suspensión de transferencia a través de la línea de transferencia 21L, por ejemplo. La otra o la segunda línea de transferencia 23L se puede poner en servicio manualmente o automáticamente a través de un sistema de control, como cuando el sistema de control abre automáticamente las válvulas Ram en la segunda línea de transferencia 23L. Nuevamente, la activación de la segunda línea de transferencia 23L en servicio puede ser en respuesta a la pérdida de presión calculada en la primera línea de transferencia 21L que excede un valor especificado, o en respuesta a otras indicaciones de inestabilidad en el flujo de la suspensión de transferencia 21 a través de la línea de transferencia 21L. En tales casos, la línea de transferencia 21L puede permanecer en servicio o ser retirada de servicio. En general, las primeras líneas de transferencia 21L y la segunda línea de transferencia 23L pueden estar ambas en funcionamiento al mismo tiempo, o puede funcionar una en lugar de la otra, y así sucesivamente.

Cabe señalar que el diseño y operación de una segunda línea de transferencia 23L entre reactores son diferentes en comparación con el diseño y operación de una segunda descarga (por ejemplo, segunda CTO, segunda línea de flash) en el segundo reactor 50B. De hecho, una segunda CTO en la descarga del segundo reactor 50B no es análogo por diseño u operación, y mucho menos por necesidad o beneficio, a una línea de transferencia adicional 23L entre los reactores 50A, 50B. Por ejemplo, el flujo de fluido y la hidráulica son muy diferentes a una presión muy diferente a través de la línea de flash versus una línea de transferencia entre reactores. Además, una o más líneas de flash aguas abajo del segundo reactor 50B se dirigen a la transferencia de calor a la suspensión, que es una operación inapropiada de una suspensión de transferencia a través de una línea de transferencia primaria 21L y una línea de transferencia de respaldo 23L. De hecho, el flasheo de una suspensión de transferencia cuando entra en el segundo reactor 50B podría ser problemático.

No obstante, el control de la presión (y el rendimiento) en el primer reactor de bucle 50A y el segundo reactor de bucle 50B puede facilitarse mediante el funcionamiento de la válvula CTO de control de flujo 25. En algunos ejemplos, la presión en el primer reactor de bucle 50A puede flotar sobre la presión en el segundo reactor de bucle 50b . Los reactores 50A, 50B pueden mantenerse a la misma presión, similar o diferente. La presión en los reactores 50A, 50B puede inferirse en ciertos ejemplos a partir de las presiones de suministro y el frente de la bomba de circulación suministrado como se indica en las curvas hidráulicas de la bomba para las bombas de circulación 54A, 54B y similares. Además, se pueden disponer elementos o instrumentos de presión en los reactores 50A, 50B y en la línea de transferencia 21L para medir la presión. Además, pueden disponerse otros elementos o instrumentos variables del proceso que indican temperatura, velocidad de flujo, densidad de la suspensión, etc.

Dicha instrumentación puede incluir un sensor o elemento sensor, un transmisor, etc. Para un elemento de presión, el elemento sensor puede incluir, por ejemplo, un diafragma. Para un elemento o instrumento de temperatura, el elemento sensor puede incluir un termopar, un detector de temperatura de resistencia (RTD) y similares, los cuales puede estar alojados en un termopozo, por ejemplo. Los transmisores pueden convertir una señal analógica recibida del elemento sensor en una señal digital para suministro o transmisión a un sistema de control, por ejemplo. Por supuesto, los diversos instrumentos pueden tener una indicación local de la variable a sensar. Por ejemplo, un elemento o instrumento de presión puede ser o tener un manómetro local y un elemento o instrumento de temperatura puede ser o tener un medidor de temperatura local, los cuales pueden ambos ser leídos localmente por un operador o ingeniero, por ejemplo.

La posición de entrada de la línea de transferencia 21L puede acoplarse al primer reactor de bucle 50A en el lado de descarga de la bomba de circulación 54A en el primer reactor de bucle 50A. La posición de salida de la línea de transferencia 21L puede acoplarse al segundo reactor de bucle por el lado de succión de la bomba de circulación 54B en el segundo reactor de bucle 50B. Tal configuración puede proporcionar un diferencial de presión positiva (es decir, una fuerza impelente) para el flujo de la suspensión 21 de transferencia a través de la línea de transferencia 21L desde el primer reactor de bucle 50A al segundo reactor de bucle 50B. En un ejemplo, una diferencia de presión típica es de aproximadamente 120 kPa a 150 kPa (aproximadamente de 18 a 22 libras por pulgada cuadrada (psi)). De hecho, como se discutió, una bomba de reactor de bucle 54A, 54B puede generar un frente de bomba o un diferencial de presión de aproximadamente 120 kPa a 150 kPa (aproximadamente 18 psi a 22 psi), por ejemplo. Así, la entrada a la línea de transferencia 21L colocada relativamente cerca de la descarga de la bomba 54A en el primer reactor, y la salida de la línea de transferencia 21L colocada relativamente cerca de la succión de la bomba 54B en el segundo reactor pueden proporcionar una presión diferencial de aproximadamente 120 kPa a 150 kPa (aproximadamente 18 psi a 22 psi) a través de la línea de transferencia 21L en ciertos ejemplos.

El funcionamiento de la suspensión de transferencia 21 a través de la línea de transferencia 21L puede supervisarse y controlarse. Tal supervisión y control pueden facilitar el mantenimiento de un flujo fiable de la suspensión de transferencia desde el primer reactor de bucle 50A al segundo reactor de bucle 50B. En un ejemplo, se determina o calcula la velocidad de la suspensión de transferencia 21. La velocidad puede calcularse dividiendo el caudal de la suspensión de transferencia 21 (por ejemplo, determinado por el balance de masa y las condiciones del reactor) por el área de la sección transversal de la línea de transferencia 21L.

Además, el funcionamiento del sistema reactor 20 puede ajustarse para aumentar la velocidad, si la velocidad determinada o calculada está disminuyendo y acercándose a la velocidad de saltación de la suspensión de transferencia 21, por ejemplo. Tales ajustes del proceso para aumentar la velocidad de la suspensión de transferencia 21 pueden incluir aumentar la velocidad de producción de polietileno o el rendimiento a través del sistema de reactor 20 (por ejemplo, aumentando los suministros de catalizador, diluyente y etileno). Otro ajuste del proceso para aumentar la velocidad puede ser abrir o aumentar una descarga de diluyente (no mostrada) en la línea de transferencia 21L, y así sucesivamente. En ciertas modalidades, la velocidad de la suspensión de transferencia 21 a través de la línea de transferencia 21L puede mantenerse por encima del 90%, 95%, 100%, 105%, 110%, 115%, 125%, 150% o 200%, etc. (o porcentajes entre ellos) de una velocidad de saltación de la suspensión de transferencia. La velocidad de la suspensión de transferencia de pelusa de polietileno 21 también puede mantenerse mayor que una velocidad en el rango de 2 pies por segundo (fps) a 10 fps (por ejemplo, 2 fps, 3 fps, 4 fps, 5 fps, 10 fps), por ejemplo.

En otro ejemplo, la pérdida de presión debido a la fricción a través de la línea de transferencia 21L se calcula como un indicador de la confiabilidad del flujo de la suspensión de transferencia 21. Por ejemplo, la pérdida de presión debido a la fricción calculada como excesiva puede indicar una pérdida potencial de flujo de la suspensión de transferencia 21, es decir, a medida que la pérdida de presión se acerca al diferencial de presión disponible típico entre la descarga de la primera bomba de circuito 54A y la succión de la segunda bomba de bucle 54B. Tal caída de presión calculada creciente puede ser causada por el aumento de la concentración de sólidos de la suspensión de transferencia, el aumento del flujo o la velocidad de producción de la suspensión de transferencia, el ensuciamiento de la línea de transferencia 21L y similares. Además, una pérdida de presión creciente o excesiva calculada a través de la línea de transferencia 21L puede causar un aumento indeseable de presión en el primer reactor de circuito 50A, un flujo reducido no deseado de la suspensión de circulación en el primer reactor de circuito 50A, un desplazamiento indeseable a lo largo de la bomba curva de la bomba de circulación 54A en el primer reactor de bucle, y así sucesivamente.

Un elemento de presión 61-1 puede medir e indicar la presión P1 en la entrada de la línea de transferencia 21L, y otro elemento de presión 61-2 puede indicar la presión P2 en la salida de la línea de transferencia 21L. La porción de detección de los elementos de presión 61-1 y 61-2 puede incluir un diafragma, por ejemplo. Tales mediciones de presión pueden complementar los cálculos de pérdida de presión mencionados anteriormente. Por ejemplo, una presión creciente P1 medida por el elemento de presión 61-1 puede indicar una obstrucción o una pérdida de presión excesiva debido a la fricción en la línea de transferencia 21L, como la que podría ser causada por el aumento de la tasa de rendimiento o la concentración de sólidos de la suspensión de transferencia, ensuciamiento de la línea de transferencia 21L y similares.

En los casos en donde la pérdida de presión (calculada y/o medida) experimentada por la suspensión de transferencia 21 está por encima de una cantidad especificada o predeterminada, el sistema 20 del reactor puede ajustarse para mitigar una pérdida potencial de flujo de la suspensión de transferencia 21 u otras condiciones indeseables. Los ajustes del proceso pueden incluir disminuir la tasa de producción de polietileno o el rendimiento a través del sistema de reactor 20, aumentar y/o permitir que la presión del primer reactor 50A aumente, disminuir la presión en el segundo reactor de polimerización, disminuir la viscosidad de la suspensión en el primer reactor de polimerización 50A o el línea de transferencia 21, y/o abrir una segunda línea de transferencia 23L desde el primer reactor 50A al segundo reactor 50B, y así sucesivamente. En un ejemplo, la presión en el primer reactor de polimerización 50A aumenta aumentando la presión o el caudal de uno o más componentes de suministro al primer reactor de polimerización 50A. Puede implementarse una disminución en la velocidad de la suspensión diluyendo adicionalmente la suspensión con una velocidad de suministro de diluyente adicional al primer reactor 50A para reducir la concentración de sólidos y similares.

En las modalidades, una variable de proceso puede ajustarse en respuesta a la pérdida de presión calculada debido a la fricción en la línea de transferencia 21L que excede una cantidad especificada, como 34 kPa (5 libras por pulgada cuadrada (psi)), 69 kPa (10 psi), 100 kPa (15 psi), 140 kPa (20 psi), 210 kPa (30 psi) o valores intermedios, y así sucesivamente. Además, la presión medida P1 (en o cerca de la entrada a la línea de transferencia 21L) y la presión medida P2 (en o cerca de la salida de la línea de transferencia 21L) a través de los elementos de presión 61-1 y 61­ 2, respectivamente, pueden proporcionar una indicación del diferencial de presión disponible o una pérdida de presión excesiva a través de la línea de transferencia 21L.

Este diferencial de presión disponible o real medido puede compararse con la pérdida de presión calculada debido a la fricción. Una variable de proceso puede ajustarse en respuesta a la pérdida de presión calculada alcanzando un porcentaje específico (por ejemplo, 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, etc.) de la presión diferencial medida disponible o real. Tal control puede ser beneficioso si la presión en el primer reactor de bucle 50A no flota sobre la presión en el segundo reactor de bucle 50B, por ejemplo.

En ejemplos de la presión en el primer reactor de bucle 50A flotando en el segundo reactor de bucle 50B, la diferencia de presión medida a través de la línea de transferencia 21L generalmente puede igualar la pérdida de presión calculada debido a la fricción a través de la línea de transferencia. En este contexto, una diferencia de presión medida (real) a través de la línea de transferencia 21L mayor que la pérdida de presión calculada o teórica debido a la fricción a través de la línea de transferencia 21L puede indicar un funcionamiento problemático o inestable de la suspensión de transferencia 21 a través de la línea de transferencia 21L, incluida la presencia de una obstrucción o suciedad de polímero en la línea de transferencia 21L, por ejemplo. Por tanto, con la presión del primer reactor flotando sobre la presión del segundo reactor, una variable de proceso puede ajustarse en respuesta a la presión diferencial medida que excede la pérdida de presión calculada en una cantidad especificada o una cantidad umbral (por ejemplo, un porcentaje especificado). Por ejemplo, el punto de ajuste o la cantidad de umbral para realizar un ajuste de proceso puede ser el diferencial de presión medido al 120 %, 140 %, 160 %, 180 % o 200 %, etc., de la pérdida de presión calculada, o la presión calculada pérdida inferior a un porcentaje especificado (por ejemplo, 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, etc.) de la presión diferencial medida.

La Figura 3 es un método 70 para operar un sistema de producción de polietileno 10 que tiene un sistema de reactor 20 con reactores de doble circuito 50A, 50B. Inicialmente, como se representa en el bloque 72, el etileno (y un comonómero opcional como el 1-hexeno) se polimerizan en el primer reactor de bucle 50A para producir un primer polietileno, y se polimerizan en un segundo reactor 50B para producir un segundo polietileno. En el caso de la producción monomodal o no diferenciada, el primer polietileno puede parecerse al segundo polietileno. Por otra parte, en el caso de la producción bimodal o diferenciada, el primer polietileno es diferente en al menos algunas propiedades del segundo polietileno.

Con los dos reactores 50A, 50B operando en serie, se descarga una suspensión de transferencia 21 (bloque 74) desde el primer reactor de bucle 50A a través de una línea de transferencia 21l al segundo reactor de bucle 50B. Además, se descarga una suspensión 22 de producto (bloque 76) del segundo reactor de bucle 50B. El comportamiento o flujo de la suspensión de transferencia 21 a través de la línea de transferencia 21L se monitoriza (bloque 78) tal como determinando o calculando la velocidad o pérdida de presión de la suspensión de transferencia 21, por ejemplo. Como se discutió, el funcionamiento del sistema de reactor 20 (incluido el suministro al sistema 20) se puede ajustar (bloque 80) en respuesta a la supervisión y los cálculos. El seguimiento, los cálculos y los ajustes se pueden realizar mediante un sistema de control.

Para calcular la caída de presión a través de la línea de transferencia 21L, se pueden emplear varias técnicas que incluyen ecuaciones y gráficos de ingeniería, estimaciones, etc. En un ejemplo de dinámica de fluidos, la ecuación de Darcy-Weisbach relaciona la pérdida de carga o la pérdida de presión debido a la fricción a lo largo de una determinada longitud de tubería con la velocidad promedio del flujo de fluido. Se puede encontrar más discusión relacionada en el conocido Documento Técnico Crane núm. 410 y en el Manual de Ingenieros Químicos de Perry (por ejemplo, octava edición). Por supuesto, se pueden emplear ecuaciones de flujo de fluido y ecuaciones de pérdida de carga o caída/pérdida de presión distintas de la ecuación de Darcy-Weisbach de acuerdo con las presentes técnicas. Una forma de la ecuación de Darcy-Weisbach es:

Ap ^{, mL mPV^}

_{ÍD D 2}

donde la pérdida de presión debido a la fricción Ap (unidades: Pa o kg/ms 2) es una función de:

• la relación entre la longitud y el diámetro de la tubería, L/D;

• la densidad del fluido o suspensión, p (kg/m3);

• la velocidad media del flujo, V (m/s), como se definió anteriormente;

• Factor de fricción Darcy; un coeficiente (adimensional) de flujo laminar o turbulento, fD.

Si bien la ecuación de Darcy-Weisbach puede calcularse con las unidades SI como se indica, la ecuación también puede usar unidades inglesas para dar la pérdida de presión en psi, por ejemplo. Además, la pérdida de presión Ap puede indicarse como una presión aguas arriba menos una presión aguas abajo. En funcionamiento, en ciertos ejemplos, la diferencia de presión a través de la línea de transferencia 21L puede ser generalmente igual a la pérdida de presión debido a la fricción a través de la línea de transferencia 21L, como si la presión del primer reactor de bucle flote sobre la presión del segundo reactor de bucle en funcionamiento en régimen permanente, por ejemplo. En tales casos, la pérdida de presión Ap puede ser la presión P1 en la entrada de la línea de transferencia 21L (en la descarga del primer reactor de circuito) menos la presión P2 en la salida de la línea de transferencia 21L (en la entrada de la segunda reactor de bucle).

La Figura 4 representa un método 90 para calcular la caída de presión (pérdida de presión) de la suspensión de pelusa de transferencia 21 debido a la fricción a través de la línea de transferencia 21L. Un método 90 de este tipo puede emplearse en el bloque 78 de supervisión de la Figura 3, por ejemplo. Como puede observarse a partir de la ecuación de Darcy-Weisbach anterior, el factor de fricción de Darcy fD generalmente debe determinarse primero antes de calcular la pérdida de presión en ciertas modalidades. El factor de fricción de Darcy fD es una función de la cantidad adimensional número de Reynolds, Re.

De hecho, como apreciará el experto en la materia, el factor de fricción de Darcy se puede determinar en función del número de Reynolds adimensional, Re = DpV/p, donde D es el diámetro interior del conducto, V es la velocidad de flujo, p es la densidad del fluido o de la suspensión y p es la viscosidad del fluido o de la suspensión (es decir, la viscosidad cinemática). El número de Reynolds también puede indicar si el flujo es laminar o turbulento.

El método 90 de la Figura 4 calcula inicialmente (bloque 92) el número de Reynolds Re, como con la ecuación anterior para Re. En cuanto a las entradas a la ecuación Re, la densidad de la suspensión p y la velocidad V se pueden determinar a partir de las condiciones de funcionamiento del sistema del reactor 20. Por ejemplo, la densidad de la suspensión es generalmente función de la concentración de sólidos de polietileno, los monómeros y comonómeros empleados y la temperatura y presión. La velocidad de la suspensión es el caudal volumétrico de la suspensión de transferencia que se descarga del primer reactor de bucle (como puede determinarse mediante el balance de masas, por ejemplo) dividido por el área de la sección transversal de la trayectoria del flujo o el diámetro interior de la línea de transferencia 21L. El diámetro D es el diámetro interior de la línea de transferencia 21L. La viscosidad p de la suspensión se puede especificar o determinar. Como apreciará el experto en la materia, la viscosidad de la suspensión de transferencia 21L puede ser correlativa a la viscosidad del diluyente, la concentración de sólidos y la temperatura de la suspensión de transferencia 21L, por ejemplo.

Una vez que se ha calculado el número Reynolds Re (bloque 92), se puede determinar el factor de fricción (por ejemplo., factor de fricción de Darcy) (bloque 94). Como saben los expertos en la técnica, un diagrama de Moody puede relacionar el factor de fricción con el número de Reynolds y la rugosidad relativa de la superficie interior de la tubería (la línea de transferencia 21L). La rugosidad (por ejemplo, en fracciones de pulgada o en milímetros) de la superficie interior de la tubería puede basarse, por ejemplo, en valores de diseño anotados por el fabricante de la tubería, impacto operativo en la rugosidad a lo largo del tiempo, etc. Se puede leer un valor para el factor de fricción de Darcy del diagrama de Moody basado en el valor previamente calculado para el número Reynolds Re y para una rugosidad (por ejemplo, en pulgadas) de la superficie interna de la línea de transferencia 21L. Para facilitar la lectura del diagrama de Moody, la rugosidad puede expresarse como una rugosidad relativa, es decir, una relación entre la rugosidad y el tamaño del diámetro interior. Además, el factor de fricción de Darcy se puede calcular resolviendo iterativamente la ecuación de Colebrook.

Una versión de la ecuación de Colebrook que puede usarse para calcular iterativamente el factor de fricción de Darcy puede expresarse de la siguiente manera:

1 f e 2,51\

7 f~ ~ 2’°Xog\^^D+T jf)

donde f es el factor de fricción de Darcy, D es el diámetro interno o hidráulico del conducto o tubería, R es el número de Reynolds y £ es la rugosidad absoluta del diámetro interno del conducto o tubería.

Se pueden emplear ecuaciones de relaciones distintas de las ecuaciones de Colebrook para determinar el factor de fricción de Darcy. Además, se pueden considerar o determinar otros factores de fricción, como el factor de fricción de Fanning, y con el factor de fricción de Darcy igual a cuatro veces el factor de fricción de Fanning, y así sucesivamente.

En la modalidad ilustrada, después de que se ha determinado el factor de fricción (bloque 94), se puede usar una ecuación (bloque 96) para determinar la pérdida de presión 98. Como se indicó, una ecuación de pérdida de presión ilustrativa es la ecuación de Darcy-Weisbach. Como se señaló, las entradas son la relación entre la longitud y el diámetro de la tubería, L/D (que se conoce para una línea de transferencia 21 dada), la densidad p y la velocidad V de la suspensión de transferencia 21 (usada en el cálculo de Re en el bloque 92) y el factor de fricción de Darcy fD. (determinado en el bloque 94). En cuanto a la longitud L en la relación longitud/diámetro L/D, la longitud L puede ser la longitud equivalente L de la línea de transferencia 21L. En otras palabras, como apreciará el experto en la materia, una longitud equivalente para accesorios de tubería, codos, tes, válvulas, etc., en la línea de transferencia 52 puede agregarse a la longitud lineal de la tubería recta para dar una longitud equivalente total de la línea de transferencia 21L para usar como para la longitud L en el Darcy-Weisbach. Además, en modalidades alternativas en donde se emplea un CTO en la línea de transferencia, el consumo de caída de presión a través del CTO puede contabilizarse en el cálculo de la pérdida de presión.

Además, la pérdida de presión 28 puede expresarse en unidades de presión y es indicativa de la pérdida de presión debida a la fricción a través de la línea de transferencia 21L para una suspensión 21 fluida. En otros ejemplos, la pérdida de presión 28 puede expresarse en unidades de presión por longitud, por ejemplo, y la pérdida de presión a través de la línea de transferencia 21L para una suspensión fluida de transferencia 21L se puede determinar multiplicando la pérdida de presión por unidad de longitud por la longitud o longitud equivalente de la línea de transferencia 21L.

Finalmente, la Figura 5 representa una modalidad alternativa de un sistema reactor de polimerización de polietileno 100 en el cual se dispone un sistema de procesamiento de pelusas 102 entre un primer reactor de bucle 50A y un segundo reactor de bucle 50B. El sistema de procesamiento de suspensión de pelusa 102 puede implicar la eliminación de los extremos ligeros 103, tales como hidrógeno, monómero (por ejemplo, etileno), y otros componentes, de la suspensión de transferencia 21-1 que se descarga desde el primer reactor de bucle 50A, por ejemplo. Otras corrientes y procesos de recuperación pueden estar involucrados. El equipo puede incluir recipientes de flasheo, columnas de destilación, bombas, intercambiadores de calor, equipos analíticos, válvulas de control, etc.

Al igual que con el sistema de reactor 20 discutido anteriormente, los dos reactores de suspensión de bucle (polimerización) 50A, 50B pueden estar dispuestos y operar en serie, y cambiar a operación paralela si se desea. Pueden incluirse reactores de bucle adicionales u otros reactores (por ejemplo, reactores de fase gaseosa) en la combinación ilustrada. Como se discutió, además, un reactor de bucle de suspensión 50A, 50B generalmente está compuesto por segmentos de tubería conectados por curvas suaves o codos. Pueden proporcionarse camisas de reactor 52 para eliminar el calor de la polimerización exotérmica mediante la circulación de un medio refrigerante, tal como agua tratada, a través de las camisas de reactor 52.

Los reactores 50A, 50B pueden usarse para llevar a cabo la polimerización de poliolefina (por ejemplo, polietileno) en condiciones de suspensión. Un respectivo dispositivo motriz, tal como una bomba 54A, 54B, hace circular la suspensión fluida en cada reactor 50A, 50B. El impelente puede ser accionado por un motor 56A, 56B u otra fuerza motriz. Los diversos componentes de suministro representados por las corrientes de suministro 58A, 58B discutidas anteriormente pueden aplicarse al sistema reactor 100. Además, una corriente de catalizador 60 se agrega al sistema reactor 100.

Una suspensión de pelusa producto 22 puede descargarse del segundo reactor de bucle 50 y someterse a un procesamiento adicional que incluye finalmente la extrusión en gránulos de polietileno. La suspensión de pelusa producto puede descargarse a través de una pata de sedimentación, CTO, válvula Ram u otra configuración de válvulas. La suspensión de pelusa producto 22 puede incluir un polietileno monomodal (o no diferenciado) o un polietileno bimodal (o diferenciado).

Una primera línea de transferencia 21L-1 puede dirigir una primera suspensión de transferencia 21-1 desde la descarga del primer reactor de bucle 50A al sistema de procesamiento de suspensión de pelusa 102. Esta descarga del primer reactor de bucle y la línea de transferencia asociada 21L-1 puede incluir una válvula Ram, un CTO, una pata de sedimentación u otra disposición de válvula. Una segunda línea de transferencia 21L-2 puede dirigir una segunda suspensión de transferencia 21L-2 desde el sistema de procesamiento de suspensión de pelusa 102 al segundo reactor de bucle 50B. En ciertos ejemplos, una bomba en el sistema de procesamiento de suspensión 102 puede proporcionar fuerza motriz para el flujo de la segunda suspensión de transferencia 21-2 a través de la segunda línea de transferencia 21L-2.

Las técnicas mencionadas anteriormente (por ejemplo, las Figuras 3-4) con respecto al cálculo o medición de la pérdida de presión debido a la fricción se pueden aplicar a la primera línea de transferencia 21L-1 y la segunda línea de transferencia 21L-2 de la modalidad ilustrada de la Figura 5. Por ejemplo, la pérdida de presión debida a la fricción a través de la primera línea de transferencia 21L-1 puede calcularse mediante el uso de la ecuación de Darcy-Weisbach, y el sistema de reactor 100 se puede ajustar en respuesta. Además, la pérdida de presión debida a la fricción a través de la segunda línea de transferencia 21L-2 puede calcularse mediante el uso de la ecuación de Darcy-Weisbach, y el sistema de reactor 100 se puede ajustar en respuesta.

La Figura 6 es un ejemplo de un sistema de procesamiento de suspensión de pelusa 102 dispuesto entre el primer reactor de polimerización 50A y el segundo reactor de polimerización 50B. En el ejemplo ilustrado, el sistema de procesamiento de suspensión 102 tiene un sistema concentrador opcional 104 y un sistema de eliminación de ligeros 106. Por supuesto, pueden implementarse otras configuraciones del sistema de procesamiento de suspensión 102.

Como se discute a continuación, un propósito del sistema concentrador 104 puede ser formar una corriente de reciclaje para facilitar el control de la concentración de sólidos en el primer reactor de bucle 50. Además, el concentrador 106 puede reducir la carga de hidrocarburos (por ejemplo, diluyente, monómero, comonómero, etc.) enviada al sistema de eliminación de ligeros 106. Por tanto, el equipo en el sistema de eliminación de ligeros 106 puede tener un tamaño más pequeño, proporcionando un beneficio económico y operativo, etc.

Como se indicó, el sistema concentrador 104 puede eliminarse, y la suspensión de transferencia 21-1 descargada desde el primer reactor 50A, se envía al sistema de eliminación de ligeros 106 u otro sistema de tratamiento de suspensión. En ciertos ejemplos, se emplea un despegue continuo (CTO) en lugar o además del sistema concentrador 104. El CTO puede disponerse, por ejemplo, en la descarga del primer reactor 50A y la línea de transferencia 21L-1. El CTO en tales ejemplos puede propiciar la concentración de la suspensión de transferencia 21-1 en relación con la suspensión circulante en el primer reactor de bucle 50A.

En la modalidad ilustrada, la línea de transferencia 21L-1 lleva la suspensión de transferencia de pelusa 21-1 descargada desde el primer reactor de polimerización 50A al hidrociclón 108 del sistema concentrador 104. Una corriente de reciclaje 110 desde el hidrociclón 108 puede retornarse a través de una bomba 112 al primer reactor 50A. La corriente de reciclaje 110 puede incluir diluyente y partículas finas de pelusa (que pueden tener catalizador activo). La velocidad de flujo de la corriente de reciclaje 110 puede regularse para facilitar el control de la concentración de sólidos de la suspensión que circula en el primer reactor de bucle 50A. La velocidad de flujo de la corriente de reciclaje 110 puede modularse con una válvula de control (no mostrada), y/o mediante el control de la velocidad de la bomba 110, y así sucesivamente.

En cuanto a la corriente primaria de sólidos desde el hidrociclón 108, una corriente de suspensión de sólidos concentrados 114 sale del hidrociclón 108 a través de una válvula de bajada de presión 115 al sistema de eliminación de gas ligero 106. En el ejemplo ilustrado, la corriente de suspensión de sólidos 114 viaja a través de una línea de transferencia 21L-3 hasta un recipiente de flasheo 116 en el sistema 106 de eliminación de gas ligero. Cabe señalar que si la línea de transferencia 21L-3 se caracteriza como una línea de transferencia separada o como un segmento de la línea de transferencia general entre los reactores 50A, 50B, las técnicas actuales para calcular la pérdida de presión debido a la fricción y calcular la velocidad de la suspensión y hacer ajustes de proceso en respuesta, y similares, puede ser aplicable.

El sistema de eliminación de ligeros 106 puede eliminar componentes ligeros 103 (por ejemplo, hidrógeno, monómero de etileno, etc.) de la suspensión de transferencia 21-1 que se descarga desde el primer reactor de polimerización 50A. En el caso de la eliminación de hidrógeno, puede ser beneficiosa en la producción bimodal, por ejemplo, donde se desea mantener una mayor concentración de hidrógeno en el primer reactor 50A que en el segundo reactor 50B, por ejemplo. Por supuesto, pueden realizarse otras aplicaciones, tales como con el monómero (por ejemplo, etileno), comonómeros ligeros, diluyentes ligeros, no condensables y otros componentes ligeros. En ciertos ejemplos, un componente "ligero" puede especificarse como un componente que tiene un punto de ebullición más alto que el diluyente (por ejemplo, isobutano) empleado en el primer reactor de bucle 50A.

En el ejemplo ilustrado de la Figura 6, el sistema de eliminación de gas ligero 106 incluye un recipiente de flasheo 116 y una columna de destilación o fraccionamiento 118. En un ejemplo, el recipiente de flasheo 116 tiene una camisa (no mostrada) para un medio de calentamiento tal como vapor, condensado de vapor, etc. En el caso del vapor, el calor latente puede transferirse al contenido del recipiente de flasheo 116. El recipiente de flasheo 116 puede tener, además, un mezclador o agitador 120.

La columna de fraccionamiento aguas abajo 118 puede tener una pluralidad de etapas teóricas proporcionadas por múltiples bandejas de destilación 122. Además, la columna de fraccionamiento 118 puede tener un condensador superior 124 dispuesto en la parte superior de la columna de fraccionamiento 118 en este ejemplo. Además, el recipiente de flasheo 116, cuando está equipado con la camisa referida anteriormente, puede funcionar como un reevaporador para la columna de fraccionamiento 118. El recipiente de flasheo 116 también funciona como un tanque agitado para recoger sólidos.

En funcionamiento, la corriente de suspensión de sólidos 114 del hidrociclón 108 entra en el recipiente de flasheo 116 donde los hidrocarburos, tales como diluyente, monómero y comonómero se flashean y se envían como corriente de suministro 126 a la columna de fraccionamiento 118. La presión del recipiente de flasheo 116 puede mantenerse, por ejemplo, de 50 psi a 300 psi (340 kPa a 2100 kPa) menos que la presión en el primer reactor de bucle 50A. Tal presión operativa en el flasheo de una etapa única en el recipiente de flasheo 116 en este ejemplo puede proporcionar tanto el flasheo de parte del diluyente al aire; así como también la descarga de diluyente líquido desde el fondo del recipiente de flasheo 116.

Además del diluyente y el monómero, la corriente de suministro aérea 126 desde el recipiente de flasheo 116 a la columna de fraccionamiento 118 puede contener hidrógeno atrapado si se usa en el primer reactor 50A, así como también algunas partículas de pelusa que incluyen partículas finas. La mayoría de las partículas de pelusa de polietileno se depositan en el recipiente de flasheo 116, y se descargan desde una parte inferior del recipiente de flasheo 116 en una suspensión 128. El diluyente 130 (por ejemplo, isobutano) puede agregarse al recipiente de flasheo 116.

La suspensión 128 que se descarga desde el fondo del recipiente de flasheo 116 puede bombearse a través de una serie de bombas 132 al segundo reactor de bucle 50B a través de la línea de transferencia 21L-2. La tubería de succión de las bombas 132 puede caracterizarse como una línea de transferencia de pulpa 21L-4 en este ejemplo. Como se mencionó, con respecto a las diversas líneas de transferencia (o segmentos de línea de transferencia), las técnicas actuales pueden ser aplicables para calcular la pérdida de presión debida a la fricción y calcular la velocidad de la suspensión, y hacer ajustes del proceso en respuesta, y similares.

Una porción 134 de la suspensión de transferencia 128 al segundo reactor 50B puede reciclarse al recipiente de flasheo 116 a través de una válvula de control de flujo 136 en la modalidad ilustrada. Además, en ciertos ejemplos, la porción reciclada 134 puede muestrearse, y el hidrocarburo en la muestra puede analizarse con un cromatógrafo de gases, por ejemplo, para determinar la composición del hidrocarburo en la suspensión 128. Tales resultados de los análisis de composición pueden usarse para facilitar el control de los suministros a los reactores 50A, 50B y las concentraciones de componentes en los reactores 50A, 50B y similares.

En cuanto a la parte superior del recipiente de flasheo 116, la corriente de suministro 126 se descarga desde el ^{recipiente de flasheo} 116 ^{a la columna de fraccionamiento 118 donde el vapor viaja hacia arriba por la columna de} fraccionamiento 118. Como se indicó, una camisa de vapor en el recipiente de flasheo 116 puede funcionar como un reevaporador en que proporciona calor al fondo de la columna de fraccionamiento 116. El vapor se mueve hacia arriba por la columna 118 y la mayor parte del diluyente y también cualquier comonómero pesado (por ejemplo, 1-hexeno) es condensado por el condensador superior 124 y cae como un líquido junto con cualquier partícula fina de polietileno arrancada hacia el recipiente de flasheo 116 a través de la corriente 138. El diluyente 130 (por ejemplo, isobutano) puede agregarse a la columna de fraccionamiento 118.

Una corriente de componentes ligeros 103 se descarga al aire desde la columna de fraccionamiento 118 a través de una válvula de control de presión 136 a un sistema extremo de recuperación de ligeros, por ejemplo. La corriente de componentes ligeros 103 puede muestrearse y analizarse para determinar su composición, tal como con un cromatógrafo de gases. Tales resultados de los análisis de composición pueden usarse para facilitar el control de los suministros a los reactores 50A, 50B y las concentraciones de componentes en los reactores 50A, 50B y similares.

En resumen, las modalidades de las presentes técnicas proporcionan un método de funcionamiento de un sistema de reactor de polietileno. Cada uno de los reactores puede ser un reactor de fase líquida, un reactor de bucle u otros tipos de reactores. El método incluye descargar continuamente una suspensión de transferencia desde el primer reactor de polimerización a través de una línea de transferencia al segundo reactor de polimerización, incluyendo la suspensión de transferencia al menos un diluyente, un primer polietileno y un catalizador activo. El método incluye descargar una suspensión de producto de un segundo reactor de polimerización, incluyendo la suspensión de producto al menos un diluyente, el primer polietileno y un segundo polietileno.

El método determina una pérdida de presión debido a la fricción en la línea de transferencia y ajusta una variable de proceso en respuesta a la pérdida de presión que excede un valor especificado en el intervalo de 30 kPa a 200 kPa (5 psi a 30 psi). El ajuste de una variable de proceso incluye aumentar la presión en el primer reactor de polimerización y/o permitir que la presión aumente en el primer reactor de polimerización, disminuir la presión en el segundo reactor de polimerización o poner en servicio otra línea de transferencia. Además, ajustar una variable de proceso puede incluir disminuir la viscosidad de la suspensión en el primer reactor de polimerización, tal como aumentando la velocidad de suministro del diluyente, disminuyendo la concentración de sólidos y/o aumentando la temperatura del primer reactor de polimerización. Además, ajustar una variable de proceso puede incluir poner en servicio otra línea de transferencia y descargar continuamente al menos una porción de la suspensión de transferencia desde el primer reactor de polimerización a través de la otra línea de transferencia (de respaldo) hasta el segundo reactor de polimerización.

La determinación de la pérdida de presión en la línea de transferencia puede incluir calcular la pérdida de presión mediante el uso de una ecuación de Darcy-Weisbach, calcular un número de Reynolds de la suspensión de transferencia y determinar un factor de fricción (por ejemplo, mediante el uso de una ecuación de Colebrook) de una superficie interna de la línea de transferencia en función del número de Reynolds de la suspensión de transferencia y una relación entre la rugosidad de la superficie y el diámetro de la superficie interna. En otras palabras, la determinación de la pérdida de presión en la línea de transferencia puede incluir determinar (por ejemplo, por balance de masa) una tasa de flujo de la suspensión de transferencia, calculando una velocidad de la suspensión de transferencia en función de la tasa de flujo, asumiendo una concentración y viscosidad de la suspensión de transferencia de sólidos, determinando una densidad de la suspensión de transferencia en función de la concentración de sólidos, y calculando un número de Reynolds de la suspensión de transferencia en la línea de transferencia en función de la velocidad, la densidad, la viscosidad, y un diámetro interno de la línea de transferencia. Como se indicó, la determinación de la pérdida de presión puede incluir además suponer una relación entre la rugosidad superficial y el diámetro de una superficie interna de la línea de transferencia, determinando un factor de fricción de la superficie interna en función del número de Reynolds y la relación entre la rugosidad superficial y el diámetro, y calcular la pérdida de presión en función del factor de fricción, la relación entre la longitud y el diámetro interno de la línea de transferencia, la densidad y la velocidad.

Además, el método puede incluir medir una diferencia de presión a través de la línea de transferencia y ajustar la variable del proceso en respuesta a la diferencia de presión medida que exceda la pérdida de presión determinada (es decir, calculada) en una cantidad específica, como exceder el 150% de la pérdida de presión calculada. Como se discutió, medir la diferencia de presión puede incluir medir una presión de entrada de la línea de transferencia y medir una presión de salida de la línea de transferencia. La diferencia de presión medida que exceda la pérdida de presión calculada puede indicar un flujo problemático, suciedad o una obstrucción en la línea de transferencia, por ejemplo.

Las modalidades ilustrativas de la presente invención también pueden proporcionar un método para operar un sistema de reactor de polietileno, que incluye polimerizar el etileno en un primer reactor de polietileno para formar un primer polietileno, descargar continuamente desde el primer reactor de polietileno una suspensión de transferencia que tiene al menos diluyente y el primer polietileno a través de una línea de transferencia a un segundo reactor de polietileno, polimerizando etileno en el segundo reactor de polietileno para formar un segundo polietileno, y descargar continuamente del segundo reactor de polietileno una suspensión de producto que tiene al menos diluyente, el primer polietileno y el segundo polietileno. El método puede incluir determinar una velocidad de la suspensión de transferencia en la línea de transferencia y mantener la velocidad por encima de un valor especificado. El valor especificado debe ser una velocidad en el intervalo de aproximadamente 100% a aproximadamente 200% de la velocidad de saltación o velocidad de sedimentación de la suspensión de transferencia, y/o una velocidad en el intervalo de aproximadamente 2 pies por segundo a aproximadamente 10 pies por segundo, por ejemplo. Para mantener la velocidad, se puede ajustar (abrir, aumentar, etc.) la adición de un diluyente en la línea de transferencia para aumentar la velocidad de la suspensión de transferencia si la velocidad calculada cae al valor especificado.

Además, las modalidades de las presentes técnicas pueden proporcionar un método para controlar un sistema de reactor de polietileno, que incluye polimerizar el etileno en un primer reactor de polimerización para formar un primer polietileno, descargar continuamente desde el primer reactor de polimerización una suspensión de transferencia que tiene al menos diluyente y el primer polietileno a través de una línea de transferencia a un segundo reactor de polimerización, polimerizar el etileno en el segundo reactor de polimerización para formar un segundo polietileno, y descargar continuamente del segundo reactor de polimerización una suspensión de producto que tiene al menos diluyente, el primer polietileno y el segundo polietileno. El método puede incluir calcular la pérdida de presión debida a la fricción en la línea de transferencia y mantener el primer reactor de polimerización y el segundo reactor de polimerización sustancialmente a la misma presión en respuesta a que la pérdida de presión sea menor que un valor especificado.

Por último, las modalidades de las presentes técnicas pueden proporcionar un sistema de producción de polietileno que incluye un primer reactor de bucle de polietileno, un segundo reactor de bucle de polietileno, una primera línea de transferencia para transferir la suspensión de polietileno desde el primer reactor de bucle de polietileno al segundo reactor de polietileno y un sistema de control para determinar una caída de presión en la primera línea de transferencia y poner en servicio una segunda línea de transferencia para transferir la suspensión de polietileno desde el primer reactor de bucle de polietileno al segundo reactor de polietileno. El sistema de control que determina la caída de presión puede incluir el sistema de control que calcula la pérdida de presión debido a la fricción en la primera línea de transferencia, y en donde el sistema de control coloca la segunda línea de transferencia en servicio en respuesta a la pérdida de presión calculada que excede un punto de ajuste de pérdida de presión.

El sistema puede incluir un elemento de presión de entrada dispuesto en la primera línea de transferencia para medir una presión de entrada de la suspensión de transferencia en la primera línea de transferencia cerca o en el primer reactor de bucle, y un elemento de presión de salida dispuesto en la primera línea de transferencia para medir una presión de salida de la suspensión de transferencia en la primera línea de transferencia cerca o en el segundo reactor de bucle. El sistema de control puede poner en servicio la segunda línea de transferencia en respuesta a una presión de entrada medida que exceda un punto de ajuste de presión y/o en respuesta a que la presión medida en el primer reactor de bucle supere un punto de ajuste de presión. Además, el sistema de control que determina la caída de presión puede incluir el sistema de control que determina un diferencial de presión disponible a través de la primera línea de transferencia correlativa a la presión de entrada medida y la presión de salida medida, y en donde el sistema de control coloca la segunda línea de transferencia en servicio en respuesta al diferencial de presión disponible que excede un punto de ajuste de diferencial de presión.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Un método para operar un sistema de reactor de polietileno (100), que comprende:

descargar continuamente una suspensión de transferencia (21) desde un primer reactor de polimerización (50A) a través de una primera línea de transferencia (21L-1) hasta un sistema de procesamiento de suspensión de pelusa (102) y luego desde el sistema de procesamiento de suspensión de pelusa (102) a través de una segunda línea de transferencia (21L-2) a un segundo reactor de polimerización (50B), la suspensión de transferencia (21) que comprende un diluyente y un primer polietileno,

en donde el sistema de procesamiento de suspensión de pelusa (102) comprende un sistema de eliminación de ligeros (106);

descargar una suspensión de producto (22) de un segundo reactor de polimerización (50B), la suspensión de producto (22) comprende diluyente, el primer polietileno y un segundo polietileno;

determinar una pérdida de presión debida a la fricción en la primera (21L-1) y/o la segunda línea de transferencia (21L-2); y

ajustar una variable de proceso en respuesta a la pérdida de presión que excede un valor especificado, en donde ajustar una variable de proceso comprende al menos uno de los siguientes: aumentar la presión y/o permitir que la presión aumente en el primer reactor de polimerización (50A); disminuir la viscosidad de la suspensión en el primer reactor de polimerización (50A); disminuir la presión en el segundo reactor de polimerización (50B); o, poner en servicio otra línea de transferencia (23l ) y descargar continuamente al menos una porción de la suspensión de transferencia (21) desde el primer reactor de polimerización (50A) a través de la otra línea de transferencia (23L) hasta el segundo reactor de polimerización (50B), en donde el valor especificado comprende una pérdida de presión en el intervalo de 30 kPa a 200 kPa (5 libras por pulgada cuadrada (psi) a 30 psi).

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el primer reactor de polimerización (50A) y el segundo reactor de polimerización (50B) comprenden cada uno un reactor de fase líquida.

3. El método de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 2, en donde el primer reactor de polimerización (50A) y el segundo reactor de polimerización (50B) comprenden cada uno un reactor de bucle (50).

4. El método de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 3, que comprende:

suministrar etileno, diluyente y catalizador al primer reactor de polimerización (50A);

polimerizar el etileno en el primer reactor de polimerización (50A) para formar el primer polietileno, en donde la suspensión de transferencia (21) comprende un catalizador activo; y

polimerizar el etileno en el segundo reactor de polimerización (50B) para formar el segundo polietileno.

5. El método de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 4, que comprende suministrar un diluyente al segundo reactor de polimerización (50B).

6. El método de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 5, que comprende suministrar un comonómero al primer reactor de polimerización (50A) y/o al segundo reactor de polimerización (50B).

7. El método de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 6, en donde el comonómero comprende propileno, buteno, 1-penteno, 1-hexeno, 1-octeno y/o 1-deceno.

8. El método de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 7, que comprende suministrar un hidrógeno al primer reactor de polimerización (50A) y/o al segundo reactor de polimerización (50B).

9. El método de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 8, en donde aumentar la presión en el primer reactor de polimerización (50A) comprende aumentar la presión de suministro del diluyente al primer reactor de polimerización (50A).

10. El método de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 9, en donde reducir la viscosidad de la suspensión comprende aumentar la velocidad de suministro del diluyente al primer reactor de polimerización (50A), disminuir la concentración de sólidos en el primer reactor de polimerización (50A) y/o aumentar la temperatura en el primer reactor de polimerización (50A).

11. El método de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 10, en donde reducir la presión en el segundo reactor de polimerización (50B) comprende aumentar una posición abierta de una válvula de control de flujo a través de la cual la suspensión de producto (22) se descarga del segundo reactor de polimerización (50B).

12. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde determinar la pérdida de presión comprende calcular la pérdida de presión mediante el uso de una ecuación de flujo de fluido.

13. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la determinación de la pérdida de presión en la primera (21L-1) y/o la segunda línea de transferencia (21L-2) comprende calcular un número de Reynolds de la suspensión de transferencia (21) y determinar un factor de fricción de una superficie interna de la primera (21L-1) y/o la segunda línea de transferencia (21L-2) en función tanto del número de Reynolds como de la relación entre la rugosidad de la superficie y el diámetro de la superficie interna.

14. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la determinación de la pérdida de presión en la primera (21L-1) y/o la segunda línea de transferencia (21L-2) comprende: determinar un caudal de la suspensión de transferencia (21); calcular una velocidad de la suspensión de transferencia (21) en función del caudal; determinar una densidad de la suspensión de transferencia (21); y calcular un número de Reynolds de la suspensión de transferencia (21) en la primera (21L-1) y/o la segunda línea de transferencia (21L-2) en función de la velocidad, la densidad y la viscosidad de la suspensión de transferencia (21), y un diámetro interno de la primera (21L-1) y/o la segunda línea de transferencia (21L-2).