ES2257571T3 - Optimizacion de la remocion de calor en un proceso de lecho fluido en fase gaseosa. - Google Patents
Optimizacion de la remocion de calor en un proceso de lecho fluido en fase gaseosa.Info
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Abstract
Un proceso para obtener polietileno a partir del ¿etileno de alimentación¿ que comprende: a) una etapa de hidrogenación en la cual el ¿etileno de alimentación¿ que contiene impurezas o componentes secundarios tales como acetileno y etano reacciona con el hidrógeno para remover el acetileno por hidrogenación catalítica para formar etileno y parte del etileno se convierte en etano, y b) una etapa de polimerización en el cual el etileno que sale de la etapa a) reacciona en la fase gaseosa en un reactor de lecho fluido para formar polietileno, en donde el gas de fluidización empleado comprende, al entrar al reactor, eteno y de 20 al 70% en volumen de etano, tomando como base el volumen total del gas de fluidización posiblemente en unión de componentes adicionales, en donde la concentración especificada en b) además del etano ya presente en el ¿etileno de alimentación¿ resulta de una conversión previamente fijada de etileno en a) en etano y opcionalmente una corriente de alimentación del etano agregado al ¿etileno de alimentación¿.
Description
Optimización de la remoción de calor en un
proceso de lecho fluido en fase gaseosa.
La invención se relaciona con un proceso para la
obtención de polietileno a partir del etileno en fase gaseosa en
un reactor de lecho fluido.
La polimerización de monómeros en fase gaseosa
para formar polímeros en un reactor de lecho fluido (proceso de
lecho fluido) con el uso de catalizadores, es un proceso ampliamente
utilizado, en particular para la polimerización del etileno a
polietileno. Se genera aquí un lecho fluido haciendo pasar desde
abajo gases (gas de fluidización) a través del material finamente
dividido. En el caso de la obtención de poliolefinas, en
particular, polietileno; generalmente las partículas de poliolefina
y el catalizador, son tendidas en un plato perforado horizontal
como para producir, bajo condiciones de flujo particulares, un
estado en el cual las partículas del material en el lecho fluido
están en movimiento continuo, turbulento de arriba abajo, quedando
de esta forma y en gran medida sustancialmente suspendidas.
Comparado con los procesos convencionales, el
empleo del proceso de lecho fluido para la polimerización de
etileno, ofrece una disminución en costos de capital y una drástica
reducción en el consumo de energía.
La publicación EP-A- 0 853 091 se
refiere a un proceso para la polimerización en fase gaseosa de las
oleofinas en presencia de un sistema catalizador que comprende un
metaloceno y un alcano más bajo, preferiblemente
n-butano, n-pentano,
n-hexano o isobutano.
La EP-B O 157 584 se refiere a un
proceso para la polimerización o co-polimerización
de las \alpha-olefinas en un reactor de lecho
fluido. De acuerdo con el ejemplo, se emplea un gas de fluidización
que comprende 42% en volumen de etileno, 40% en volumen de
hidrógeno, 10% en volumen de etano y 8% en volumen de nitrógeno.
Un factor decisivo para lograr elevados
rendimientos espacio-tiempo es la remoción del calor
de reacción que se desarrolla durante la polimerización fuertemente
exotérmica en el lecho fluido. Temperaturas demasiado elevadas
pueden no solamente conducir a la descomposición del producto o del
catalizador sino que puede ocurrir la conglutinación de las
partículas del polímero durante la polimerización, aún a
temperaturas relativamente bajas. Tal conglutinación puede conducir
a la formación de grumos en el reactor y terminar en una parada del
mismo.
Así, la cantidad de polímero que puede ser
obtenido en un reactor de lecho fluido de un tamaño dado en un
tiempo dado es directamente dependiente de la cantidad de calor de
reacción que puede ser removida. Hay por lo tanto un número de
métodos posibles para remover el calor de polimerización en un
reactor de lecho fluido.
Un método generalmente acostumbrado es enfriar la
corriente del gas circulante que sale del reactor a través de
intercambiadores de calor fuera del reactor y reintroducir
subsecuentemente la corriente de gas por medio de compresión. Una
desventaja de este método es que la corriente gaseosa circulante que
es necesaria para retirar el calor de polimerización tiene que ser
considerablemente mayor que la corriente de gas, que de hecho se
necesita para mantener el lecho fluido.
Una posible vía adicional para remover el calor
del lecho de polimerización es incrementando la proporción del
monómero. Sin embargo, este método es limitado, ya que depende de la
actividad del catalizador, por incrementos en la concentración de
monómero en el espacio de gas, lo que incrementa el riesgo de
formación de depósito debido a la polimerización de depósitos de
polvo fino sobre la pared del reactor, forzándolo de esta manera a
cerrarse.
La EP-B 0 089 691 se refiere a un
proceso continuo para la obtención de un polímero en un reactor de
lecho fluido, en el cual el gas circulante que no reacciona es
enfriado parcial o totalmente a una temperatura por debajo del
punto de condensación como para formar una mezcla de dos fases, del
gas y del líquido arrastrado, que es reintroducida en el reactor.
La vaporización del material condensado en el lecho fluido permite
que se mejore la remoción de calor del lecho fluido. Este método
permite un incremento significativo en la remoción de calor del
lecho fluido, pero presenta la desventaja de que se requiere un
diseño considerable en términos de ingeniería para purificar e
introducir los componentes del hidrocarburo líquido o para la
separación del gas y el material condensable.
El etileno usado generalmente se purifica, es
decir, que se remueven los componentes polares que actúan como
venenos del catalizador. Además, se hidrogenan los acetilenos que
afectan igualmente de forma adversa la actividad del
catalizador.
El etileno alimentado al circuito de la reacción
para reemplazar el monómero que ha sido convertido en polietileno y
también para reemplazar las pérdidas, contiene normalmente una
relativamente pequeña proporción de etano, con 0.1% en volumen,
siendo fijado usualmente a un contenido máximo (viz. etileno
"grado polímero").
Un fin de la presente invención es proveer un
método adicional para remover el calor en un proceso de lecho
fluido para la obtención de polietileno a partir del etileno.
Hemos encontrado que este objetivo se logra
mediante un proceso para la obtención de polietileno a partir del
"etileno de alimentación", el cual comprende:
a) una etapa de hidrogenación en la cual el
"etileno de alimentación" que contiene impurezas o componentes
secundarios tales como acetileno y etano, reacciona con hidrógeno
para remover el acetileno por hidrogenación catalítica para formar
etileno y parte del etileno se convierte en etano, y
b) una etapa de polimerización en el cual el
etileno que sale de la etapa a) reacciona en la fase gaseosa en un
reactor de lecho fluido para formar polietileno, y en donde el gas
de fluidización usado comprende, al entrar al reactor, eteno y de
20 a 70% en volumen de etano, tomando como base el volumen total del
gas de fluidización, posiblemente acompañado de componentes
adicionales, en donde la concentración especificada en b) además
del etano ya presente en el "etileno de alimentación", resulta
de una conversión previamente fijada del etileno en a) en etano y
opcionalmente/o una corriente de alimentación de etano añadida al
"etileno de alimentación".
Para los propósitos de la presente invención, el
"etileno de alimentación" es el etileno obtenido en la
producción del etileno en una unidad de ruptura de vapor. El
etileno comprende además acetileno y etano en una proporción de
usualmente, por ejemplo, 5 ppm de acetileno y 0.1% en volumen de
etano.
Para los propósitos de la presente invención, el
gas de fluidización es el gas que es alimentado en el lecho fluido
del reactor de lecho fluido. Comprende componentes reactivos, en el
caso de la polimerización de etileno, etileno y si se quiere
co-monómeros tales como propileno, butileno, etc.,
componentes parcialmente reactivos tales como hidrógeno y
componentes que son inertes en la polimerización, por ejemplo
nitrógeno y etano y posiblemente hidrocarburos saturados más altos
. El gas de fluidización sirve primero para fluidizar el lecho de
polimerización y en segundo lugar para remover el calor de
reacción.
Para los fines de la presente invención, el gas
circulante es el gas que sale del reactor de lecho fluido después
de que reacciona sobre el catalizador de polimerización. Este gas,
que contiene menos etileno que el gas de fluidización como
resultado de la polimerización, se circula y normalmente luego de la
compresión, enfriamiento y adición del "etileno de
alimentación" tratado como arriba se describe, se retroalimenta
en el reactor como gas de fluidización y/o se remueve total o
parcialmente del reactor.
El proceso de la presente invención ofrece una
serie de ventajas comparadas con los procesos conocidos de los
oficios precedentes. En primer lugar, ofrece una oportunidad
adicional de incrementar la remoción de calor del lecho de
polimerización y del sistema reactor. Si los compuestos inertes
consisten en gran parte de etano, es decir, el nitrógeno usualmente
empleado es en su mayoría reemplazado por etano, y la adición de
otros compuestos inertes se restringe a la mínima cantidad
requerida, es posible aprovechar la ventaja de que el etano tiene
un volumen más elevado (o molar) o mayor capacidad calorífica que el
nitrógeno. Se logra de esta forma una mejor remoción de calor del
lecho de polimerización y el gas circulante puede enfriarse con una
diferencia de temperatura más pequeña.
Una ventaja adicional del proceso de la presente
invención es que el etileno "contaminado" de etano puede
emplearse en la etapa de polimerización. En la etapa de
hidrogenación a) el acetileno presente en el "etileno de
alimentación" es hidrogenado a etileno sobre un catalizador de
hidrogenación. Además, el etano se forma generalmente al mismo
tiempo. Sin embargo, es difícil lograr la separación del etano del
etileno usado, ya que el etileno y el etano tienen similares puntos
de ebullición. La polimerización del etileno a polietileno se lleva
a cabo normalmente usando etileno con una pureza de \geq 99.9%
("grado polimerización"). El proceso de la presente invención
hace posible usar etileno con un 0.1% a 5% en volumen de etano,
preferiblemente de 0.2% a 0.6% en volumen. Esto significa que el
proceso de la presente invención permite que se lleve a cabo una
menos completa separación de etano del etileno, lo que se traduce en
ahorros de costes en la obtención y en la purificación del etileno,
por ejemplo en una unidad de ruptura de vapor. Además del etano
introducido vía la corriente del "etileno de alimentación", la
concentración de etano en el etileno empleado para la polimerización
es, en la etapa de hidrogenación a), llevada de una forma
previamente establecida a un nivel tal que se alcanza la
concentración de etano deseada en el gas circulante y otros gases
inertes son de esta forma en gran parte reemplazados por el etano y
esta concentración se mantiene en el gas circulante. Está también en
el alcance de la invención usar además del etano ya presente en la
corriente de "etileno de alimentación", una corriente de
alimentación de etano. Esta corriente de "alimentación de
etano" puede ser una corriente de ruptura directa, en cuyo caso
el "etano de alimentación" se mezcla preferiblemente con el
"etileno de alimentación" antes de la sección de purificación.
Otra fuente del "etano de alimentación" es el gas circulante.
Si el gas circulante se emplea como "etano de alimentación"
éste es agregado preferiblemente vía la línea del gas circulante en
donde el "etileno de alimentación" o parcialmente hidrogenado
"etileno de alimentación" es normalmente agregado antes de
entrar al compresor circulante. Es también posible mezclar las
diferentes fuentes de etano, por ejemplo una mezcla de "etano de
alimentación" desde la unidad de ruptura y/o el gas circulante y
la corriente hidrogenada del "etileno de alimentación".
Las diferentes fuentes de etano pueden también
variar durante el proceso de polimerización. En una modalidad
preferida, durante el arranque del reactor, se emplea el "etano de
alimentación" de la unidad de ruptura. Luego cuando se llega a
un estado en condiciones constantes, se emplea el "etano de
alimentación" del gas circulante.
La diferente cantidad de componentes en el gas de
fluidización, por ejemplo, la cantidad de etano y etileno puede ser
monitoreada de forma conveniente por medio de un cromatógrafo de
gases, el cual se conecta normalmente a la línea circulante justo
antes o después del compresor del gas circulante.
Antes de entrar al reactor, el gas de
fluidización comprende de 30 a 80% en volumen de etileno, de 20 a
70% en volumen de etano y posiblemente componentes adicionales como
por ejemplo, co-monómeros, en particular de 0 a 10%
en volumen de nitrógeno y de 0 a 5% en volumen de hidrógeno. El gas
de fluidización comprende de preferencia de 50 a 65% en volumen de
etileno, de 35 a 50% en volumen de etano, de 0 a 5% en volumen de
hidrógeno. El gas de fluidización comprende preferiblemente de 50 a
65% en volumen de etileno, de 35 a 50% en volumen de etano, de 0 a
5% en volumen de nitrógeno, de 0 a 2% en volumen de hidrógeno,
tomando como base el volumen total del gas de fluidización y
posiblemente componentes adicionales, por ejemplo, de 0.1% a 6% en
volumen de hexeno. Se da una preferencia muy particular a
virtualmente todo el nitrógeno en el gas de fluidización que es
reemplazado por el
etano.
etano.
El etileno y cualesquier
co-monómeros presentes en el gas de fluidización se
convierte(n) en polietileno en el reactor de lecho fluido.
El polietileno se descarga del reactor, usualmente por medio de
aperturas periódicas o continuas de una o más válvulas y se recoge
del reactor. Parte del gas presente en el reactor se transporta
hacia fuera junto con el polietileno (corriente de salida). La
mayor parte de la corriente de salida regresa a la corriente de gas
circulante, mientras que la otra parte de la corriente de salida se
descarga del sistema. De esto resulta una pérdida de gas inerte
(esencialmente etano, nitrógeno, hidrógeno y posiblemente otros
componentes adicionales). Esta pérdida se remplaza por la
correspondiente proporción de etano en el etileno que viene de la
etapa de hidrogenación.
En la etapa de hidrogenación, el acetileno
obtenido en la preparación del etileno, por ejemplo, el acetileno
presente en el "etileno crudo" producido en una unidad de
ruptura de vapor, se hidrogena, ya que el acetileno interferiría en
la polimerización del etileno. Además, el etileno se convierte de
manera previamente fijada en etano para que la concentración de
etano en el gas de fluidización usado en la posterior etapa de
polimerización sea de 20 a 70% en volumen, preferiblemente del 35
al 50% en volumen, tomando como base el volumen total del gas de
fluidización.
Como catalizadores de hidrogenación, se hace uso
de los catalizadores acostumbrados en hidrogenación, por ejemplo
catalizadores basados en platino, paladio, rodio, o metales de
transición tales como molibdeno, tungsteno, cromo o hierro,
cobalto, cobre y níquel, los cuales pueden ser usados ya sea
individualmente o en un aditivo generalmente aplicados a materiales
de soporte tales como carbón activado, cerámica, etc. La
hidrogenación normalmente se lleva a cabo desde 20 a 135°C,
preferiblemente de 90 a 95°C, particularmente de preferencia de 92
a 95°C. El calor de hidrogenación obtenido en la etapa de
hidrogenación se utiliza preferiblemente para calentar el
"etileno de alimentación", lo que resulta ventajoso para el
inicio y continuación de la hidrogenación.
Si es necesario el etileno obtenido se purifica e
introduce en el gas circulante que se alimenta al reactor de lecho
fluido.
La etapa de polimerización se lleva a cabo
preferiblemente pasando el gas de fluidización a través de un lecho
fluido compuesto por partículas de polietileno y catalizador,
enfriando el gas que sale del lecho fluido y reintroduciéndolo en
el lecho fluido, con el etileno que ha reaccionado siendo
reemplazado por la adición al gas circulante o por una introducción
directa en el reactor y el polietileno se descarga del reactor por
la apertura periódica o continua de válvulas.
El catalizador se introduce generalmente de forma
directa en el reactor de lecho fluido, ya sea en estado puro o por
medio de un gas, por ejemplo un gas inerte, por ejemplo nitrógeno,
argón y/o etano, o en forma de un pre-polímero. En
una modalidad preferida, el catalizador se adiciona por medio de un
gas, pero sin nitrógeno, usando por ejemplo un hidrógeno
relativamente no reactivo o un hidrocarburo inerte como gas de
arrastre, preferiblemente uno que tenga una elevada concentración
de etano, virtualmente de preferencia solo etano. En una modalidad
preferida, se emplea etano, de preferencia especialmente "etano
de alimentación" de la unidad de ruptura que se purifica
preferiblemente antes de que entre en contacto con el catalizador.
Cuando se introduce de esta forma, el catalizador se introduce
preferiblemente en forma de polvo.
Los catalizadores empleados son usualmente
compuestos tales como compuestos de metales de transición sobre un
material soporte. Se da preferencia al titanio, zirconio y
compuestos de cromo. Ejemplos de catalizadores apropiados son
catalizadores de Ziegler y Phillips o metalocenos de metales de
transición del grupo 4, 5 y 6, preferiblemente titanio, zirconio,
hafnio y cromo los que comprenden uno o dos sistemas de
ciclopentadienil sustituidos, no sustituidos o condensados. Es
también posible usar una mezcla de varios catalizadores en el
proceso de la presente invención.
Las temperaturas de polimerización son usualmente
desde 70 a 125°C, preferiblemente de 85 a 120°C, particularmente de
preferencia de 90 a 115°C. La presión de polimerización es por lo
general de 10 a 40 bares, preferiblemente de 20 a 30 bares, y en
particular preferiblemente de 20 a 25 bares.
El gas que sale del lecho fluido (gas circulante)
se enfría, generalmente por medio de un intercambiador de calor
externo, y se retroalimenta en el lecho fluido, con un compresor que
sirve para recuperar la presión. El/los monómero que ha(n)
reaccionado es/son reemplazados por el etileno purificado en la
etapa de hidrogenación. Este es agregado generalmente al gas
circulante, pero también puede ser alimentado directamente en el
reactor.
El polietileno obtenido se descarga directamente
del reactor, usualmente por aperturas periódicas o continuas de una
o más válvulas en una región de presión más baja. El polietileno se
transporta fuera por medio de válvulas de apertura con el gas
presente en el reactor (corriente de salida) como resultado del
gradiente de presión. El polietileno se recoge en un recipiente de
salida y se separa de la corriente de salida en una o más etapas.
Parte de la corriente de salida puede ser retornada vía un compresor
de gas de retorno a la corriente del gas circulante, mientras que
la otra parte de la corriente de salida puede ser descargada del
sistema y reemplazada por la correspondiente cantidad de etano en
el etileno procedente de la etapa de hidrogenación a) o por la
adición de gas inerte fresco a la corriente del gas circulante. De
preferencia, la parte de la corriente de salida que es descargada se
reemplaza totalmente por la correspondiente cantidad de etano en el
etileno que viene de la etapa de hidrogenación a) concentración de
etano adicionalmente tolerable. Las consideraciones que aplican a
la concentración de etano tolerable adicionalmente (especificación)
son descritas más adelante por medio de un ejemplo.
a) (cf. figura 1)
El polietileno que sale en la corriente de salida
13 (salida de la corriente I) va al recipiente 14 (separador I) a
una presión intermedia generalmente de 1.5 a 10 bares,
preferiblemente de 2 a 8 bares, particularmente de preferencia de 3
a 6 bares. En este separador I, el polietileno pulverulento se
separa de la mayor parte del gas de la corriente de salida. Esta
proporción deja el recipiente 14 como corriente 15, después de lo
cual, si se desea, una subcorriente 20 se descarga del sistema de
reacción, por ejemplo completamente externa al sistema de reacción.
El polietileno pulverulento es a su turno descargado del separador I
por aperturas periódicas o continuas de una o más válvulas como
corriente 16 y va al recipiente 17 (separador II) el cual es
operado generalmente a una presión de 1.0 a 8 bares, preferiblemente
de 1.1 a 3 bares, en particular se prefiere de 1.1 a 1.5 bares. El
polietileno descargado del separador I carga con él una proporción
de gas, viz. la corriente II de salida (cf. Figura 1). De esta
forma la única corriente que sale del circuito de reacción es la
corriente 16 (corriente de salida II) que va al separador II. 17.
sin tener en cuenta pérdidas difusas y posibles corrientes de
purga deliberadas, por ejemplo la purga de la corriente 20. En el
separador II, la mayor parte de la corriente II de salida se separa
del polietileno. Si un gas, por ejemplo nitrógeno, se introduce
adicionalmente en este recipiente con fines de transporte (corriente
24) y/o propósitos de sellado, o llega en otras formas a este
recipiente, no es por lo general viable económicamente separar los
hidrocarburos de esta corriente y reincorporarlos al sistema de
reacción. Este gas residual (corriente 22) normalmente se quema. La
concentración máxima de etano en el "etileno de alimentación"
se deriva luego del siguiente balance: la corriente II de salida
tiene virtualmente la misma concentración de los componentes
individuales que el gas en el reactor. El flujo de masa de etano
que sale del sistema de reacción, es decir, concentración de etano
por unidad de tiempo en la corriente de salida (ahora concentración
en peso), es igual al flujo de entrada de etano, es decir máxima
concentración de etano posible por unidad de tiempo en la
corriente del "etileno de alimentación" (ahora concentración
en peso). (Con miras a simplificar, las corrientes del otro gas y
del gas inerte introducidas en el sistema de reacción no han sido
tenidas en
cuenta).
cuenta).
La concentración de nitrógeno de aproximadamente
50% en volumen en el reactor tiene que ser reemplazada
completamente por etano. Si las cantidades de la corriente II de
salida alrededor del 8% en volumen de la corriente de polietileno
producido, la corriente del "etileno de alimentación" puede
contener un máximo de aproximadamente el 4% en volumen de etano. b)
(cf. figura 2).
En la corriente de salida el polietileno se
lleva directamente a un recipiente 14 cuya presión es cercana a la
presión atmosférica, en general de 1 a 8 bares, preferiblemente de
1.1 a 3 bares, en particular de preferencia de 1.1 a 1.5 bares.
Además, el nitrógeno y/o un número de gases inertes esencialmente,
preferiblemente etano, son introducidos en este recipiente, por
ejemplo para fines de transporte o sellado (figura 2).
El polietileno (junto con una cierta proporción
de gas) y la corriente 25 que ahora comprende adicionalmente
nitrógeno u otros componentes salen de este recipiente. La corriente
del gas 25 se separa en constituyentes inertes, ligeros es decir
principalmente nitrógeno; y constituyentes pesados, eteno y etano
en su mayoría. Estos últimos se retornan al sistema de reacción
(gas circulante 12).
Dependiendo de la eficiencia de la separación,
hay una pérdida de etano; si es apropiado, una pequeña corriente o
un número de corrientes de los constituyentes pesados se descarga
del sistema (purga o sangrado de corriente).
Si el etano se emplea para el transporte por
nivelación no se necesita un separador. La corriente del gas 25
puede ser retornada a la unidad de ruptura para seguir su curso o
retornada al sistema de reacción.
La máxima concentración de etano tolerable
adicional en el "etileno de alimentación" se deriva nuevamente
por medio del balance de masa.
De esta manera, la concentración de etano
permisible en el etileno fresco puede incrementar considerablemente
cuando todo el nitrógeno se reemplaza por etano, lo que permite una
reducción significativa en el precio del etileno fresco. El consumo
de energía en la destilación del etileno disminuye
significativamente. El nitrógeno o alternativamente el etano u otro
hidrocarburo todavía pueden ser requeridos para la alimentación en
el catalizador.
Si la concentración de etano en el etileno es
demasiado baja para reemplazar todas las pérdidas del gas inerte,
el etano nuevo fresco en una más o menos elevada concentración puede
ser agregado adicionalmente a la corriente de gas circulante, por
ejemplo, vía la introducción de un catalizador o independientemente
del mismo.
El polietileno obtenido se pasa a etapas
posteriores de proceso tales como desgasificación final por medio
del gas de transporte y/o peletización.
El reemplazo de nitrógeno por etano en el
componente del gas inerte permite que sea lograda, debido a la
mayor capacidad calorífica del etano, una mejor remoción de calor
del sistema reactor. Este efecto es particularmente pronunciado a
un elevado contenido de gas inerte. El contenido de gas inerte en el
gas de fluidización es por lo tanto de 20 a 70% en volumen,
preferiblemente de 35 a 50% en volumen. La proporción del volumen
total del gas inerte producido por el etano es de 66 a 100% en
volumen, preferiblemente de 92 a 1005 en volumen. La más elevada
capacidad calorífica del etano comparada con el hidrógeno, produce,
en el caso del reemplazo de parte del nitrógeno por etano, una
diferencia de temperatura más elevada disponible para el
enfriamiento del gas circulante en la misma temperatura de salida
del reactor. De esta forma, la capacidad del reactor puede ser
generalmente incrementada en el orden del 10-35%
comparada con la capacidad usual.
La figura 1 del dibujo acompañante muestra un
equipo para llevar a cabo el proceso de la presente invención.
Las referencias numéricas en la figura tienen los
siguientes significados:
- 1
- Reactor de hidrogenación
- 2
- Línea de alimentación para el etileno
- 3
- Línea de alimentación para el hidrógeno
- 4a
- Intercambiador de calor (precalentador)
- 4b
- Intercambiador de calor (enfriador)
- 5
- Etapas de purificación corriente abajo
- 6
- Compresor de etileno
- 7
- Línea del reactor de hidrogenación a la línea del gas circulante
- 8
- Compresor del gas circulante
- 9
- Enfriamiento del gas circulante
- 10
- Reactor de lecho fluido
- 11
- Entrada para el catalizador
- 12
- Línea del gas circulante
- 13
- Salida para el polietileno (corriente de salida I)
- 14
- Recipiente de salida (separador I)
- 15
- Línea para un compresor del gas de retorno
- 16
- Corriente de salida II
- 17
- Separador II
- 18
- Dispositivo de descarga, por ejemplo, rueda cellular cellular wheel
- 19
- Salida del polietileno
- 20
- Posible corriente de purga
- 21
- Gases de salida
- 22
- Gas de salida
- 23
- Compresor del gas de retorno
- 24
- Entrada del gas de transporte, por ejemplo para el nitrógeno
La figura 2 del dibujo acompañante muestra un
equipo para llevar a cabo el proceso de la presente invención.
Los numerales de referencia en la figura tienen
los siguientes significados:
- 1
- Reactor de hidrogenación
- 2
- Línea de alimentación para el etileno
- 3
- Línea de alimentación para el hidrógeno
- 4a
- Intercambiador de calor (precalentador, que opera por ejemplo por intercambio de calor regenerativo)
- 4b
- Intercambiador de calor (enfriador)
- 5
- Etapas de purificación de la corriente descendente
- 6
- Compresor del etileno
- 7
- Línea desde el reactor de hidrogenación a la línea del gas circulante
- 8
- Compresor del gas circulante
- 9
- Enfriamiento del gas circulante
- 10
- Reactor de lecho fluido
- 11
- Entrada para el catalizador
- 12
- Línea del gas circulante
- 13
- Salida para el polietileno (corriente de salida)
- 14
- Recipiente de salida (separador)
- 25
- Línea para un compresor del gas de retorno
- 26
- Compresor del gas de retorno
- 27
- Unidad de separación para separar el nitrógeno residual de salida
- 28
- Gases de salida
- 29
- Dispositivo de descarga, por ejemplo, rueda celular
- 30
- Salida del polietileno
- 31
- Entrada del gas de transporte, por ejemplo para el nitrógeno
La presente invención provee adicionalmente un
equipo (figura 1) para llevar a cabo el proceso de la presente
invención que comprende
a) un reactor de hidrogenación 1 que tiene una
línea de alimentación para el etileno 2 y una línea de alimentación
para el hidrógeno 3, y
b) un reactor de lecho fluido 10 cuyo fondo y
parte superior se conectan a una línea de gas circulante 12 que
tiene un enfriador de gas circulante 9, en donde el reactor de lecho
fluido 10 tiene una entrada para el catalizador 11 y una salida 13
para el polietileno el cual se recolecta en un primer separador 14
en el cual una subcorriente del gas que es transportado fuera del
reactor de lecho fluido 10 se separa del polietileno pulvurento y
este gas se transporta vía un conducto 15, con una subcorriente del
gas que se descarga vía un conducto 20 si se desea, y vía un
compresor 23, si se desea, transportado de nuevo vía la línea del
gas circulante 12 en el reactor de lecho fluido 10, y el primer
separador 14 se conecta vía una línea adicional 16 a un segundo
separador 17 en el cual el polietileno se separa de los gases
adicional que sale desde el separador 14 y el polietileno se
desaloja por medio de un dispositivo de descarga 18 y una línea 19
mientras que el gas que ha sido separado deja el segundo separador
17 vía una línea 22, junto con cualquier gas introducido vía la
línea 24 o de alguna otra forma, en donde la salida del reactor de
hidrogenación 1 se conecta vía una línea 7 al reactor de lecho
fluido 10 o a la línea del gas circulante 12.
En una modalidad adicional del proceso de la
presente invención, el equipo (figura 2) para ejecutar el proceso
de la presente invención tiene las siguientes características:
a) un reactor 1 de hidrogenación que tiene una
línea de alimentación para el etileno 2 y una línea de alimentación
para el hidrógeno 3 y
b) un reactor de lecho fluido 10 cuyo fondo y
parte superior están conectadas a una línea del gas circulante 12
que tiene un enfriador del gas circulante 9, en donde el reactor
de lecho fluido 10 tiene una entrada para el catalizador 11 y una
salida 13 para el polietileno formado el cual se recoge en un
separador 14 que se conecta vía una línea 25 al reactor de lecho
fluido 10 o al conducto 12 del gas circulante, en donde una
subcorriente separada en el separador 14 del gas que sale del
reactor del lecho fluido 10 se transporta vía un compresor 26, y
si es adecuado, una unidad de separación 27 y, si es adecuado, vía
la línea del gas circulante 12 de regreso a reactor de lecho
fluido 10, con una subcorriente que en particular si se tiene un
contenido elevado de nitrógeno, es descargada del sistema por medio
de la línea 28 junto con cualquier gas introducido vía línea 31 o
en otra forma, y el polietileno es retirado vía un dispositivo de
descarga 29 y una línea 30, en donde la salida del reactor de
hidrogenación 1 se conecta preferiblemente vía una línea 7 a la
línea del gas circulante 12.
La salida del reactor de hidrogenación 1 se
conecta preferiblemente a las columnas 5 para purificar
posteriormente el gas de hidrogenación antes de que el etileno sea
introducido en la línea del gas circulante 12.
Las líneas de alimentación para el etileno 2 y
para el hidrógeno 3 pueden combinarse en una línea de alimentación
conjunta que se conecta al reactor de hidrogenación 1.
La presente invención provee además el empleo de
etano en el proceso de la presente invención para incrementar la
capacidad calorífica del gas de fluidización utilizado.
El siguiente ejemplo ilustra la invención.
La siguiente tabla muestra las capacidades
caloríficas específicas de varias composiciones del gas de
fluidización:
| Etileno | N_{2} | Hexano | Etano | Capacidad calorífica |
| (% en volumen) | (% en volumen) | (% en volumen) | (% en volumen) | específica kJ/KgK |
| (100ºC) | ||||
| 46.5 | 50 | 3.5 | - | 1.48 |
| 46.5 | - | 3.5 | 50 | 1.96 |
| 85 | 10 | 5 | - | 1.79 |
| 85 | - | 5 | 10 | 1.88 |
Claims (5)
1. Un proceso para obtener polietileno a partir
del "etileno de alimentación" que comprende:
a) una etapa de hidrogenación en la cual el
"etileno de alimentación" que contiene impurezas o componentes
secundarios tales como acetileno y etano reacciona con el hidrógeno
para remover el acetileno por hidrogenación catalítica para formar
etileno y parte del etileno se convierte en etano, y
b) una etapa de polimerización en el cual el
etileno que sale de la etapa a) reacciona en la fase gaseosa en un
reactor de lecho fluido para formar polietileno, en donde el gas de
fluidización empleado comprende, al entrar al reactor, eteno y de
20 al 70% en volumen de etano, tomando como base el volumen total
del gas de fluidización posiblemente en unión de componentes
adicionales,
en donde la concentración especificada en b)
además del etano ya presente en el "etileno de alimentación"
resulta de una conversión previamente fijada de etileno en a) en
etano y opcionalmente una corriente de alimentación del etano
agregado al "etileno de alimentación".
2. Un proceso de conformidad con la
reivindicación 1, en donde el gas de fluidización antes de la
entrada en el reactor de lecho fluido comprende de 50 a 65% en
volumen de etileno, de 35 a 50% en volumen de etano, de 0 a 1% en
volumen de nitrógeno, de 0 a 10% en volumen de hidrógeno, tomando
como base el volumen total del gas de fluidización y posiblemente
otros componentes adicionales.
3. Un proceso de conformidad con la
reivindicación 1 ó 2, en donde el calor de hidrogenación obtenido en
la etapa de hidrogenación:
a) se utiliza para calentar el "etileno de
alimentación".
4. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, en donde en la etapa de polimerización b),
el gas de fluidización pasa a través de un lecho fluido que
comprende partículas de poliolefina y un catalizador y el gas que
sale del lecho fluido se enfría y retroalimenta en el lecho fluido,
con el etileno que ha reaccionado, siendo reemplazado por la
adición al gas circulante o por introducción directa en el reactor
y, el polietileno que se descarga del reactor por una apertura
periódica o continua de válvulas.
5. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4 en donde los catalizadores empleados en la
etapa b) comprenden compuestos de metales de transición sobre un
soporte.
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