ES2275755T3 - Eliminacion volatil continua en polimerizacion en suspension. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para producir polímero en un reactor de bucle en suspensión continuo que comprende: hacer reaccionar un monómero en un diluyente hidrocarbonado para formar una suspensión de polimerización de sólidos poliméricos en un medio líquido; descargar una porción de la suspensión de polimerización como efluente que comprende una suspensión de sólidos poliméricos descargados en un medio líquido descargado, a través de una abertura de descarga a un primer conducto de transferencia; calentar el efluente con un primer calentador en forma de un cambiador de calor en línea hasta una temperatura por debajo de la temperatura de fusión del polímero; destilar súbitamente el efluente en una primera etapa de destilación súbita, en la que de 75% a 100% del medio líquido en el efluente se vaporiza en un primer vapor de destilación súbita en la primera etapa de destilación súbita formando un primer vapor de destilación súbita y una primera suspensión de destilación súbita; condensar al menos una porción del primer vapor de destilación súbita sin compresión; descargar la primera suspensión de destilación súbita de la primera etapa de destilación súbita a un segundo conducto de transferencia; calentar la primera suspensión de destilación súbita con un segundo calentador; y destilar súbitamente la primera suspensión de destilación súbita en una segunda etapa de destilación súbita para formar un segundo vapor de destilación súbita y segundos sólidos poliméricos de destilación súbita vaporizando al menos al menos una porción del primer líquido de destilación súbita en la segunda etapa de destilación súbita.
Description
Eliminación volátil continua en polimerización
en suspensión.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para separar continuamente sólidos poliméricos de un
medio líquido que comprende un diluyente inerte y monómeros sin
reaccionar en un procedimiento de polimerización en suspensión. En
particular, la presente invención se refiere a un aparato para
separar continuamente sólidos poliméricos de un medio líquido,
secar el polímero y recuperar el diluyente y los monómeros sin
reaccionar con una reducción en la compresión necesaria para la
condensación de vapor del diluyente a diluyente líquido para
reutilizar en el procedimiento de polimerización.
En muchos procedimientos de polimerización para
la producción de polímero, se forma un efluente que es una
suspensión de sólidos poliméricos en forma de partículas suspendidos
en un medio líquido, normalmente el diluyente de reacción y
monómeros sin reaccionar. Un ejemplo típico de dichos procedimientos
se describe en la patente de Estados Unidos nº 2.285.721 de Hogan
and Bank. Aunque los procedimientos de polimerización descritos en
el documento de Hogan emplean un catalizador que comprende óxido de
cromo y un soporte, la presente invención puede aplicarse a
cualquier procedimiento que produzca un efluente que comprenda una
suspensión de sólidos poliméricos en forma de partículas
suspendidos en un medio líquido que comprende un diluyente y
monómero sin reaccionar. Dichos procedimientos de reacción incluyen
aquellos que han llegado a ser conocidos en la técnica como
polimerizaciones en forma de partículas.
En la mayoría de las operaciones a escala
comercial, lo deseable es separar el polímero y el medio líquido que
comprende un diluyente inerte y monómeros sin reaccionar de una
forma tal que el medio líquido no quede expuesto a contaminación de
forma que el medio líquido se pueda reciclar a la zona de
polimerización con una purificación mínima, en caso de que sea
necesaria. Una técnica particularmente favorable que se ha usado
hasta ahora es la que se describe en la patente nº 3.152.872 de
Scoggin et al., más en particular, la realización ilustrada
en combinación con la Figura 2 de dicha patente. En dicho
procedimiento, el diluyente de reacción, los monómeros disueltos y
el catalizador se hacen circular en un reactor de bucle en el que la
presión de polimerización es de 6,9 a 48,3 x 10^{5} Pa
manométricos. El polímero sólido producido también se hace circular
en el reactor. Se recoge una suspensión del polímero y el medio
líquido en una o más ramas de sedimentación del reactor de bucle en
suspensión desde la cual se descarga periódicamente la suspensión a
una cámara de destilación súbita en la que la mezcla se somete a
destilación súbita hasta una presión tal como 1,4 x 10^{5} Pa
manométricos. Aunque la destilación súbita tiene como resultado
eliminar de forma sustancialmente completa el medio líquido del
polímero, es necesario volver a comprimir el diluyente de
polimerización vaporizado (es decir, isobutano) con el fin de
condensar el diluyente recuperado hasta una forma líquida adecuada
para reciclar como diluyente líquido a la zona de polimerización.
El coste del equipo de compresión y los servicios auxiliares
necesarios para su operación con frecuencia constituyen una porción
significativa del gasto implicado en producir el polímero.
Algunos procedimientos de polimerización
destilan el diluyente licuado antes de reciclar al reactor. El
objeto de la destilación es eliminar los monómeros y contaminantes
ligeros de cabeza de destilación. El diluyente líquido destilado se
hace pasar entonces a través de un lecho de tratamiento para separar
el veneno del catalizador y luego hacia el reactor. El coste del
equipo y servicios auxiliares para la destilación y tratamiento
puede ser una porción significativa del coste para producir el
polímero.
En una operación a escala comercial, lo deseable
es licuar los vapores del diluyente a un coste mínimo. Una de tales
técnicas usada hasta ahora se describe en la patente de Estados
Unidos nº 4.424.341 de Hanson and Sherk en la que una etapa de
destilación súbita a presión intermedia elimina una porción
significativa del diluyente a una temperatura y una presión tales
que esta porción destilada súbitamente se puede licuar por
intercambio de calor en lugar de por un procedimiento de compresión
mucho más costoso.
El documento WO 99/60028 describe una
eliminación de componentes volátiles en una polimerización en
suspensión continua en la que el efluente de polimerización se
calienta hasta una temperatura por debajo de la temperatura de
fusión corriente arriba de un primer recipiente de destilación
súbita.
El documento WO A 99/47251 describe un aparato
para eliminar y recuperar un medio líquido de polimerización de un
polímero producido en un reactor como una suspensión polimérica de
sólido polimérico en forma de partículas suspendido en un medio
líquido. La técnica anterior, además, describe un procedimiento para
preparar una suspensión de polímero en un medio líquido.
De acuerdo con la presente invención, se
proporciona un procedimiento para producir un polímero en un reactor
de bucle en suspensión continuo que comprende:
- hacer reaccionar un monómero en un diluyente
hidrocarbonado para formar una suspensión de polimerización de
sólidos poliméricos en un medio líquido;
- descargar una porción de la suspensión de
polimerización como efluente que comprende una suspensión de
sólidos poliméricos descargados en un medio líquido descargado a
través de una abertura de descarga en un primer conducto de
transferencia;
- calentar el efluente con un primer calentador
en forma de un cambiador de calor en línea hasta una temperatura
por debajo de la temperatura de fusión del polímero;
- destilar súbitamente el efluente en una
primera destilación súbita, en la que del 75% al 100% del medio
líquido en el efluente se vaporiza a primer vapor de destilación
súbita en la primera destilación súbita formando un primer vapor de
destilación súbita y una primera suspensión de destilación
súbita;
- condensar al menos una porción del primer
vapor de destilación súbita sin compresión;
- descargar la primera suspensión de destilación
súbita de la primera destilación súbita a un segundo conducto de
transferencia;
- calentar la primera suspensión de destilación
súbita con un segundo calentador; y
- evaporar súbitamente la primera suspensión de
destilación súbita para vaporizar al menos una porción del primer
líquido de destilación súbita en la segunda destilación súbita.
El aparato para el procedimiento puede
comprender una válvula de descarga en un reactor en suspensión,
ejemplos de los cuales incluyen reactores de bucle en suspensión y
reactores en suspensión tipo depósito agitado, para la descarga
continua de una porción del contenido del reactor en suspensión a un
primer conducto de transferencia; un primer recipiente de
destilación súbita provisto de una parte inferior definida por los
lados sustancialmente rectos inclinados en un ángulo con la
horizontal igual o superior al ángulo de deslizamiento de los
sólidos poliméricos/suspensión; siendo la presión del primer
recipiente de destilación súbita y la temperatura del efluente de
polimerización tales que el componente diluyente inerte del vapor es
condensable, sin compresión, por intercambio térmico con un fluido
que tiene una temperatura en el intervalo de 18,3ºC a 57,2ºC: una
primera cámara estanca de salida del primer recipiente de
destilación súbita, que comunica con el primer recipiente de
destilación súbita, de una longitud (l) y diámetro (d) tales que
permita dicho nivel de sólidos poliméricos concentrados/suspensión
acumularse y formar un cierre estanco a la presión en la primera
cámara estanca de salida del primer recipiente de destilación
súbita: un reductor de la salida de la cámara estanca dispuesto
para una descarga continua de un flujo pistón de sólidos poliméricos
concentrados/suspensión a un segundo conducto de transferencia que
comunica los sólidos poliméricos concentrados/suspensión con un
segundo recipiente de destilación súbita en el que la presión del
segundo recipiente de destilación súbita y la temperatura de los
sólidos poliméricos concentrados/suspensión son tales que
básicamente todo el diluyente inerte restante y/o monómero sin
reaccionar se vaporizarán y eliminarán en cabeza para la
condensación por compresión e intercambio térmico y los sólidos
poliméricos se descargan desde la parte inferior del segundo
recipiente de destilación súbita para su posterior procesado o
almacenamiento.
El procedimiento de la invención puede
comprender vaporizar de forma continua básicamente todo el diluyente
inerte restante y/o monómero sin reaccionar en un segundo
recipiente de destilación súbita que funciona a una presión menor
que la del primer recipiente de destilación súbita; condensar el
diluyente inerte vaporizado y/o monómero sin reaccionar del segundo
recipiente de destilación súbita por compresión e intercambio
térmico; y descargar continuamente la suspensión polimérica
esencialmente seca del segundo recipiente de destilación súbita
para su posterior procesado o almacenamiento.
La presente invención puede también proporcionar
un procedimiento para purgar sólidos poliméricos de un conducto
conectado a un reactor de bucle y en comunicación de paso de fluido
con el reactor de bucle que lo comprende. Este procedimiento
incluye las etapas de (i) cerrar una primera válvula como respuesta
a una primera señal de un primer detector, en el que la primera
válvula está conectada a, y en comunicación de paso de fluido con
el conducto, (2) abrir una segunda válvula como respuesta a una
segunda señal de un segundo detector, en el que la segunda válvula
está en comunicación de paso de fluido entre un primer diluyente
inerte y el conducto, y en el que el primer diluyente inerte está
en comunicación de paso de fluido con el conducto entre el reactor
de bucle y la primera válvula, y (3) hacer fluir suficiente cantidad
del primer diluyente inerte a una presión suficiente por el
conducto para purgar sólidos poliméricos del conducto. En este
procedimiento, los detectores primero y segundo pueden ser un
detector común y las señales primera y segunda pueden ser una señal
común.
La presente invención también puede proporcionar
un procedimiento para devolver finos a una suspensión de
polimerización en un reactor de bucle. El procedimiento incluye (i)
descargar una porción de la suspensión de polimerización del
reactor de bucle, (ii) comunicar la suspensión de polimerización de
descarga con un primer recipiente de destilación súbita, (iii)
convertir en el recipiente de destilación súbita una porción de la
suspensión de polimerización en un primer fluido, comprendiendo el
primer fluido un diluyente y los finos, (iv) comunicar el primer
fluido del primer recipiente de destilación súbita con un primer
separador ciclónico, (v) convertir en el separador ciclónico una
porción del primer fluido en un segundo fluido que comprende el
diluyente y los finos, (vi) comunicar el segundo fluido con un
cambiador de calor, (vii) convertir en el cambiador de calor el
segundo fluido en un líquido que comprende el diluyente y los finos
y, (viii) devolver el líquido a la suspensión de polimerización en
el reactor de bucle.
La presente invención puede proporcionar también
un procedimiento para producir polímero a partir de una suspensión
de polimerización en un reactor de bucle que opera con un tiempo
espacial mayor que 9,3 x 10^{-5} kg s^{-1} dm^{-3}. Los
sólidos poliméricos pueden ponerse en comunicación seguidamente con
un segundo recipiente de destilación súbita. En el segundo
recipiente de destilación súbita los sólidos poliméricos pueden
exponerse a una reducción de presión desde una presión mayor en el
primer recipiente de destilación súbita hasta una presión menor en
la segunda destilación súbita. Los sólidos poliméricos se descargan
entonces del segundo recipiente de destilación súbita. Además, el
porcentaje en peso de sólidos en la suspensión de polimerización
puede ser mayor que 47. El reactor de bucle puede operar a una carga
de impulsión de recirculación/distancia al reactor total mayor que
0,15 m/m. El reactor de bucle también puede operar con una carga de
impulsión de la recirculación mayor o igual que 60,96 m y tiene más
de ocho ramas verticales, de forma deseable de 10 a 16 ramas
verticales, más deseablemente de 10 a 12 ramas verticales, lo más
deseable 12 ramas verticales. El volumen de la suspensión de
polimerización en reactor de bucle puede ser mayor que 75708,2
litros.
Con preferencia, del 95 al 100% se vaporiza a
primer vapor de destilación súbita en el primer recipiente de
destilación súbita. Además, preferiblemente, al menos 50% del primer
líquido de destilación súbita, con preferencia al menos el 75%,
incluso más preferiblemente el 95%, se vaporiza a segundo vapor de
destilación súbita en el segundo recipiente de destilación súbita.
De acuerdo con otra realización, el reactor de bucle opera a
65,5-121,1ºC, con preferencia
79,4-110ºC, más preferiblemente
93-110ºC. En otra realización, el reactor de bucle
opera también a una presión manométrica de 27,6-45,5
x 10^{5} Pa, con preferencia 34,5-41,3 x 10^{5}
Pa, y más preferiblemente 38,9 x 10^{5} Pa.
En una realización preferida de acuerdo con la
presente invención, la descarga del efluente al primer conducto de
transferencia es continua. En otra realización, el primer recipiente
de destilación súbita opera a una presión de 9,64- 21,7 x 10^{5}
Pa manométricos. En otra realización, el segundo recipiente de
destilación súbita opera a 1,0-6,89 x 10^{5} Pa
manométricos.
Además preferiblemente, el aporte térmico a
ambos calentadores en línea se ajusta de una forma tal que reduce
sustancialmente la obstrucción del equipo y/o mejora el secado del
producto polimérico y/o mejora la recuperación de diluyente después
de la descarga del efluente desde el reactor de bucle.
Naturalmente, la invención también puede incluir
diversas combinaciones de las realizaciones descritas en la
presente memoria.
Un objeto de la invención es eliminar la
obstrucción en el equipo corriente abajo de la válvula de descarga.
En una rama de sedimentación de un reactor de polimerización la
polimerización continúa y el calor de reacción calienta
adicionalmente el medio líquido y existe la posibilidad de que parte
de los sólidos poliméricos se disuelvan o se fusionen entre si.
Puesto que el contenido de la rama de sedimentación sale por la
válvula de descarga, la caída de presión causa la destilación
súbita de parte del medio líquido lo cual tiene como resultado el
enfriamiento del medio líquido restante causando que el polímero
disuelto precipite, lo que tiende a obstruir el equipo corriente
abajo. La presente invención, que elimina la necesidad de una rama
de sedimentación también elimina esta posibilidad de obstrucción
del equipo corriente abajo evitando la disolución inicial o fusión
de los sólidos poliméricos.
Otro objeto de la presente invención es aumentar
la capacidad de producción del reactor mediante el uso de descarga
continua y mayores concentraciones de etileno en el medio líquido,
por ejemplo, mayores o iguales que 4 por ciento en la salida del
reactor, de forma deseable del 4 por ciento en peso al 8 por ciento
en peso, todavía más deseable del 5 por ciento en peso al 7 por
ciento en peso. Las ramas de sedimentación limitan las
concentraciones de etileno debido a una mayor tendencia a obstruir
el equipo corriente abajo provocada por la reacción acelerada en la
rama de sedimentación. Un flujo de suspensión de efluente de
polimerización continuo permite limitar las concentraciones de
etileno solo por la solubilidad del etileno en el diluyente líquido
en el reactor, aumentando de este modo la velocidad de reacción
específica por la polimerización y aumentar la capacidad de
producción del reactor.
Otro objeto de la presente invención es aumentar
el porcentaje en peso (% en peso) de sólidos poliméricos en la
suspensión de polimerización que circula en la zona de
polimerización del reactor de bucle. De forma deseable, el % en
peso de sólidos poliméricos en la suspensión de polimerización es
mayor que 45, más deseablemente de 45 a 65, todavía más
deseablemente de 50 a 65 y, lo más deseable, de 55 a 65.
Otro objeto de la presente invención es aumentar
el rendimiento horario (STY), expresado en términos de kg s^{-1}
dm^{-3}. De forma deseable, el STY es mayor que 8,58 x 10^{-5}
kg s^{-1} dm^{-3}, más deseablemente de 8,58 a 13,2 x 10^{-5}
kg s^{-1} dm^{-3} y lo más deseable de 10,89 a 13,2 x 10^{-5}
kg s^{-1} dm^{-3}.
Otros aspectos, objetos y ventajas de la
presente invención serán evidentes a partir de la siguiente
descripción y de las Figuras 1 y 2.
El aparato y procedimiento de la invención
proporcionan varias ventajas sobre la técnica anterior que incluyen:
(1) permite un procesado continuo del contenido de un reactor en
suspensión desde el punto de descarga del efluente de suspensión de
polimerización hasta la válvula de descarga; un primer recipiente de
destilación súbita; una cámara estanca; un reductor de salida de la
cámara estanca; y desde aquí hasta un segundo recipiente de
destilación súbita, (2) aumenta de forma significativa la
concentración de etileno en el medio líquido del reactor de bucle,
aumentando de este modo la capacidad de producción del reactor, (3)
aumenta de forma significativa el % en peso de sólidos poliméricos
en la suspensión de polimerización, (4) aumenta de forma
significativa el rendimiento horario del reactor y (5) se reduce el
consumo de energía al reducir la necesidad de comprimir y/o
destilar el efluente vapor-líquido del reactor. Los
compresores de reciclado y otro equipo corriente abajo se pueden
reducir de tamaño o eliminar.
Las Figuras 1 y 2 son un diagrama esquemático
que ilustra un aparato para la separación continua de sólidos
poliméricos de diluyente y monómero sin reaccionar de acuerdo con la
presente invención.
La Figura 3 es una vista en sección transversal
ampliada del conducto de descarga con una abertura que se extiende
una distancia hacia el reactor de bucle y la suspensión de
polimerización circulante.
La Figura 4 es una vista esquemática del sistema
de control de presión.
La Figura 5 es un diagrama esquemático que
ilustra una realización de acuerdo con la presente invención en la
que se usan dos calentadores en línea antes de los recipientes de
destilación súbita.
Tal y como se usa en la presente memoria, el
término "suspensión de polimerización" se refiere
sustancialmente a una composición bifásica que incluye sólidos
poliméricos y líquido circulante en el reactor de bucle. Los
sólidos incluyen catalizador y una olefina polimerizada, tal como
polietileno. Los líquidos incluyen un diluyente inerte, tal como
isobuteno, con monómero, comonómeros, agentes de control del peso
molecular disueltos, tales como hidrógeno, agentes antiestáticos,
agentes antiincrustantes, depuradores y otros aditivos de
proceso.
Tal como se usa en la presente memoria, el
término "rendimiento horario" (STY) se refiere a la velocidad
de producción de polímero por unidad de volumen del reactor de
bucle o volumen de suspensión de polimerización.
Tal y como se usa en la presente memoria, el
término "productividad del catalizador" se refiere al peso de
polímero producido por peso de catalizador introducido en el reactor
de bucle.
Tal y como se usa en la presente memoria, el
término "tiempo de residencia del polímero" se refiere a la
duración media que una partícula de polímero permanece dentro del
reactor de bucle.
La presente invención puede aplicarse a
cualquier mezcla que comprenda una suspensión de sólidos poliméricos
y un medio líquido que comprende un diluyente inerte y monómeros
polimerizables sin reaccionar incluyendo suspensiones que se
originan de la polimerización de olefinas. Los monómeros olefínicos
empleados por lo general en tales reacciones incluyen deseablemente
1-olefinas que tienen de 2 hasta 8 átomos de carbono
por molécula. Ejemplos típicos incluyen etileno, propileno, buteno,
penteno, hexeno y octeno. Otros ejemplos incluyen monómeros
aromáticos vinílicos, como estireno y estireno sustituido con
alquilo, monómeros distribuidos geminalmente tales como isobutileno
y olefinas cíclicas, tales como norborneno y vinil norborneno.
Diluyentes típicos empleados en tales polimerizaciones de olefinas
incluyen hidrocarburos alifáticos saturados que tienen de 3 a 8, con
preferencia de 3 a 4 átomos por molécula, tal como propano,
isobutano, propileno, n-butano,
n-pentano, isopentano, n-hexano e
isooctano. De estos diluyentes, se prefieren los de 3 a 4 átomos de
carbono por molécula y el más preferido es isobutano.
La velocidad de descarga del efluente de
polimerización es tal que posibilita una corriente de proceso
continua procedente del reactor de bucle en suspensión desde el
punto de descarga del efluente de polimerización licuado a través
de una válvula de descarga de un único punto y también a través del
primer recipiente de destilación súbita y los sistemas de
recuperación de vapor y de recuperación de sólidos asociados. La
velocidad de descarga del efluente de polimerización es tal que
puede mantener una presión constante en el reactor de suspensión y
eliminar los pulsos de alta presión intermitentes asociados con una
descarga de una porción del contenido del reactor que se produce
con las ramas de sedimentación en los reactores en suspensión.
La temperatura a la cual el efluente de
polimerización que se descarga del reactor se caliente durante el
tránsito hasta el primer recipiente de destilación súbita para la
vaporización está por debajo de la temperatura de fusión del
polímero. Esto se puede llevar a cabo por un calentamiento apropiado
de este primer conducto de transferencia. La cantidad de calor a
aportar al efluente de polimerización durante su tránsito a través
de este primer conducto hasta el primer recipiente de destilación
súbita será con preferencia al menos igual a la cantidad de calor
que es igual al calor de vaporización de dicha cantidad de diluyente
inerte que se va a vaporizar por destilación súbita en el primer
recipiente de destilación súbita. Entonces, esto permitirá que los
sólidos poliméricos concentrados formados en el primer recipiente de
destilación súbita que van a pasar al segundo recipiente de
destilación súbita pasen al mismo a una temperatura de sólidos mayor
y así facilita la eliminación de diluyente residual en los poros de
tales sólidos poliméricos mediante la operación del segundo
recipiente de destilación súbita. Dicha cantidad de calor
transferida al efluente de polimerización durante su tránsito a
través del primer conducto de transferencia hasta el primer
recipiente de destilación súbita puede incluso ser mayor, con tal
que la cantidad de calor así transferida no cause el calentamiento
de los sólidos poliméricos de la misma hasta una temperatura tal a
la que éstos tenderían a fundirse o aglomerarse entre sí.
Los sólidos poliméricos concentrados/suspensión
se descargan del primer recipiente de destilación súbita a una
cámara estanca de salida del primer recipiente de destilación súbita
de una longitud (1) y diámetro (d) tales que proporcione un volumen
suficiente para mantener un volumen de sólidos poliméricos
concentrados/suspensión suficiente para mantener un cierre estanco
a presión en la cámara estanca de salida. Los sólidos poliméricos
concentrados/suspensión se descargan de la cámara de cierra de
salida a través de un reductor de la cámara estanca de salida hasta
un segundo conducto de transferencia que comunica los sólidos
poliméricos concentrados/suspensión como un flujo pistón a un
segundo recipiente de destilación súbita. El reductor de la cámara
estanca de salida se define como lados sustancialmente rectos
inclinados en un ángulo con el de la horizontal igual a o mayor que
el ángulo de deslizamiento de los sólidos poliméricos
concentrados/suspensión.
La presión para la primera etapa de destilación
súbita variará dependiendo de la naturaleza del diluyente y
monómeros sin reaccionar y de la temperatura del efluente de
polimerización. De forma típica, se pueden emplear presiones
manométricas en el intervalo de 9,6 a 21,7 x 10^{5} Pa; más
preferiblemente de 13,8 a 18,6 x 10^{5} Pa; y, lo más preferible
de 15,5 a 17,2 x 10^{5} Pa.
El fluido de intercambio de calor usado para
condensar el vapor de la primera etapa de destilación súbita está a
una temperatura en el intervalo de 18,3 - 65,5ºC. Una realización
preferida usa un fluido de intercambio de calor a una temperatura
de 23,9 - 60ºC. Una realización más preferida usa un fluido de
intercambio de calor a una temperatura de 29,4 - 48,9ºC.
Otra visión de la presente invención se
proporcionará haciendo referencia a la Figura 1 que ilustra un
sistema que comprende una realización de la invención.
En la realización ilustrada en la Figura 1, la
polimerización se lleva a cabo en un reactor de bucle 1. Se
sobreentiende que aunque el reactor de bucle 1 se ilustra con cuatro
ramas verticales, el reactor de bucle 1 puede estar equipado con
más ramas, de forma deseable ocho o más ramas, deseablemente de 8 a
20, más deseable de 8 a 16, lo más deseable con 12 ramas. La
suspensión de polimerización de hace circular en la dirección a
través del reactor de bucle 1 que se ilustra por las flechas
A-D por una o más bombas, tales como bombas 2A y 2B
de flujo axial. De forma deseable, el reactor de bucle 1 está
equipado con varias bombas en las que cada bomba está dedicada a un
número par de ramas, tal como, por ejemplo cuatro ramas, seis ramas
y ocho ramas. El diluyente, comonómero y monómero se introducen en
el reactor de bucle 1 desde el recipiente 40 de almacenamiento de
diluyente, el recipiente 41 de almacenamiento de comonómero y la
fuente 42 de monómero a través de sus respectivos lechos de
tratamiento 37, 38 y 39, a través de los conductos, 5, 4 y 3,
respectivamente, conectados al conducto 6. El catalizador se añade
al reactor de bucle 1 a través de uno o más sistemas 7A y 7B de
alimentación de catalizador. Normalmente, el catalizador se
introduce en un diluyente hidrocarbonado.
La suspensión de polimerización se puede extraer
del reactor de bucle por descarga continua a través de un conducto
8A de descarga. Se sobreentiende que el reactor de bucle 1 puede
estar equipado con uno o más conductos 8A de descarga. También se
sobreentiende que el(los) conducto(s) 8A de descarga
pueden operarse de un modo continuo o discontinuo, pero
deseablemente en un modo continuo. El conducto 8A de descarga se
extiende una distancia a través de una porción de la pared del
reactor de bucle 1 y en la suspensión de polimerización circulante.
Extendiéndose una distancia en la suspensión de polimerización, el
conducto 8A de descarga puede extraer el efluente de polimerización
de la suspensión de polimerización circulante sobre un área definida
desde cerca o adyacente a la pared interna del reactor de bucle 1
hasta una distancia que se extiende en el interior de la suspensión
de polimerización circulante. De este modo, se puede formar en el
conducto 8A un mayor porcentaje en peso de sólidos poliméricos y
finalmente extraerse del reactor de bucle 1 que el porcentaje en
peso de sólidos poliméricos en cualquier otra suspensión de
polimerización circulante. Un sistema de control de presión (no
mostrado en la Figura 1) opera de acuerdo con el conducto 8A de
descarga. El conducto 8A de descarga y el sistema 410 de control de
presión se ilustran más claramente en las Figuras 3 y 4 y se
describirán con más detalle más adelante.
El efluente de polimerización pasa desde el
conducto 8A de descarga hasta la válvula 8B de descarga hasta un
conducto 9 que está provisto con un calentador 10 en línea y al
primer recipiente de destilación súbita 11 que separa el medio
líquido vaporizado de suspensión polimérica/sólidos. El conducto 9
tiene un medio de intercambio de calor indirecto tal como un
calentador 10 en línea de destilación súbita.
El medio líquido vaporizado que comprende
diluyente y monómeros sin reaccionar sale del primer recipiente de
destilación súbita 11 a través del conducto 12 de transferencia a
través del cual éste pasa a un separador tal como un separador
ciclónico, ilustrado por el número de referencia 13 que separa los
sólidos poliméricos atrapados del vapor. Los sólidos poliméricos
separados por el separador ciclónico 13 se hacen pasar a través del
conducto 14 a través de un conjunto 14A de doble válvula diseñado
para mantener un cierre estanco a la presión por debajo del
separador ciclónico 13 hasta un segundo recipiente de destilación
súbita 15 de menor presión.
El conjunto 14A de doble válvula incluye
válvulas 14B y 14C. El conjunto 14A de válvula en combinación con
el conducto 14 opera para descargar periódicamente sólidos
poliméricos que se han recogido en el conducto 14 del separador
ciclónico 13. El conjunto 14A de válvula también mantiene la
diferencia de presión entre el entorno de mayor presión en el
separador ciclónico 13 y el entorno de menor presión en el segundo
recipiente de destilación súbita 15. En la operación del conjunto
14A de válvula, las válvulas 14B y 14C se abren y cierran
secuencialmente. Al comenzar esta secuencia, la válvula 14B se abre
y la válvula 14C se cierra dejando que se recojan sólidos
poliméricos del separador ciclónico 13 en el conducto 14. Pasado el
tiempo y/o la recogida de suficientes sólidos poliméricos en el
conducto 14, se cierra la válvula 14B capturando una porción del
entorno de alta presión del separador ciclónico 13 en el conducto
14. Después de que la válvula 14B se cierra, la válvula 14C se abre
y los sólidos poliméricos recogidos en el conducto 14 se descargan
forzadamente al recipiente de destilación súbita 15 por la presión
diferencial entre el entorno de mayor presión en el conducto 14 y
el entorno de menor presión en el recipiente de destilación súbita
15. Después de descargar los sólidos poliméricos del conducto 14 al
recipiente de destilación súbita 15, se cierra la válvula 14C. Una
vez cerrada la válvula 14C, se abre la válvula 14B, momento en el
que se recogen de nuevo sólidos poliméricos en el conducto 14 del
separador ciclónico 13. La secuencia anterior se repite a
continuación.
Haciendo referencia de nuevo al primer
recipiente de destilación súbita 11, los sólidos poliméricos
concentrados/suspensión en el fondo del primer recipiente de
destilación súbita 11 sedimentan continuamente desplazándose a lo
largo de la superficie inferior recta 16 del mismo hacia la cámara
estanca 17 que se ilustra ampliada en la Figura 2. En la cámara
estanca 17 se mantiene un nivel 43 de sólidos poliméricos/suspensión
para eliminar tendencias a obstruirse en el primer recipiente de
destilación súbita 11 y formar un cierre estando a la presión de
modo que el primer recipiente de destilación súbita 11 puede operar
a una presión sustancialmente mayor que el segundo recipiente de
destilación súbita 15. Continuamente se descargan sólidos
poliméricos/suspensión de la cámara estanca 17 al segundo
recipiente de destilación súbita 15 de menor presión. La longitud
(l), diámetro (d) y volumen de la cámara estanca 17 y la geometría
del reductor 18 de salida de la cámara estanca se eligen para que
proporcione un tiempo de residencia variable y proporcione un flujo
pistón continuo de sólidos poliméricos concentrados/suspensión para
minimizar el espacio "muerto" y reducir las tendencias a
obstrucciones. La cámara estanca 17 deberá ser suficiente para
permitir la medida y control del nivel (sólidos poliméricos) de
partículas.
La medida y control del nivel de partículas se
puede llevar a cabo por un sistema indicador 18D del nivel nuclear.
El sistema indicador 18D del nivel nuclear incluye una fuente de
radiación nuclear (no mostrada) y un receptor o elemento de nivel
18A en comunicación de señal con un controlador indicador 18B de
nivel. En operación, el elemento 18A de nivel genera una señal
proporcional al nivel de partículas en la cámara estanca 17. Esta
señal se convierte en el controlador indicador 18B de nivel. Como
respuesta a esta señal y un valor preseleccionado, el controlador
indicador 18B de nivel envía una señal a través de un conducto
(ilustrado por la línea discontinua 18C) a una válvula de control
18E que controla selectivamente la descarga de sólidos poliméricos
al conducto 19.
Tiempos de residencia típicos de sólidos
poliméricos concentrados/suspensión en la cámara estanca 17 varían
de 5 segundos a 10 minutos, los tiempos de residencia preferibles
varían de 10 segundos a 2 minutos y los tiempos de residencia más
preferibles de 15 a 45 segundos. El flujo pistón continuo de sólidos
poliméricos concentrados/suspensión forma un cierre estanco a
presión en el que los sólidos poliméricos concentrados/suspensión
tienen una relación 1/d en el interior de la cámara estanca 17 que
es típicamente 1,5 a 8, preferiblemente l/d es 2 a 6 y, lo más
preferible, 2,2 a 3. De forma típica, las caras del reductor 18 de
salida de la cámara estanca están inclinadas, con respecto a la
horizontal 60 - 85 grados, preferiblemente 65 - 80 grados y, lo más
preferible 68 - 75 grados. La geometría del reductor 18 de salida de
la cámara estanca se define por lados sustancialmente rectos
inclinados a un ángulo respecto a la horizontal igual o mayor que el
ángulo de deslizamiento de la suspensión/sólidos poliméricos
concentrados y comunica los sólidos polimérico
concentrado/suspensión con un segundo conducto 19 de transferencia
que comunica con una entrada de alimentación del recipiente de
destilación súbita 15. En el recipiente de destilación súbita 15,
prácticamente todo el diluyente inerte restante y monómero sin
reaccionar en el efluente de polimerización concentrado se vaporiza
y destila en cabeza a través del conducto 20 a un segundo separador
ciclónico 21.
Una realización de acuerdo con la presente
invención utiliza varios calentadores: al menos un calentador antes
de cada etapa de destilación súbita. En una realización preferida
que se ilustra esquemáticamente en la Figura 5, se utilizan dos
recipientes de destilación súbita 11 y 15, cada uno con un
calentador en línea asociado con el mismo. De acuerdo con una
realización preferida, el efluente de polimerización del reactor de
bucle, que comprende sólidos poliméricos y medio líquido, se
calienta, preferiblemente, en el primer conducto 9 de
transferencia, con un primer calentador 10 en línea antes de la
primera etapa de destilación súbita, ilustrada en la Figura 5 como
recipiente de destilación súbita 11. En la primera etapa de
destilación súbita se forman un primer vapor de destilación súbita
y una primera suspensión de destilación súbita y al menos una
porción del primer vapor de destilación súbita de la primera etapa
de destilación súbita se condensa seguidamente sin compresión. Tal
como se usa en la presente memoria, "suspensión de destilación
súbita" se refiere a sólidos poliméricos que contienen medio
líquido atrapado (retenido) y vapor de destilación súbita atrapado
(si hay) y/o tales sólidos poliméricos suspendidos en medio líquido
"fluido". La primera suspensión de destilación súbita de la
primera etapa de destilación súbita 11 se descarga a un segundo
conducto 19 de transferencia y se calienta, preferiblemente en el
segundo conducto de transferencia, con un segundo calentador 19A en
línea antes de la segunda etapa de destilación súbita 15. En la
segunda etapa de destilación súbita 15 se forman un segundo vapor
de destilación súbita y segundos sólidos poliméricos de destilación
súbita y, preferiblemente, al menos una porción del segundo vapor
de destilación súbita del segundo recipiente de destilación súbita
se condensa.
El reactor de bucle opera a
65,5-121,1ºC, preferiblemente
79,4-110ºC, y más preferiblemente
93,3-110ºC. La presión del reactor varía
preferiblemente de 27,6-45,5 x 10^{5} Pa
manométricos, preferiblemente 34,5-41,3 x 10^{5}
Pa manométricos, y más preferiblemente 38,9 x 10^{5} Pa
manométricos. Aunque estos intervalos se dan como una lista de
valores preferidos superiores y valores preferidos inferiores, se
sobreentiende que describe específicamente todos los intervalos
formados a partir de cualquier pareja de un valor preferido
superior y un valor preferido inferior, independientemente de si los
intervalos se describen por separado. Por ejemplo, el reactor de
bucle puede operar a 65,5-110ºC.
La descarga del reactor de bucle en el primer
conducto 9 de transferencia es preferiblemente continua. Aunque se
puede usar cualquier calentador, se prefiere que los calentadores
sean cambiadores de calor en línea. El primer calentador calienta
preferiblemente el efluente hasta una temperatura por debajo de la
temperatura de fusión de los sólidos poliméricos y preferiblemente
al menos una porción del medio líquido del efluente se vaporiza en
la primera etapa de destilación súbita. Después de que se vaporiza
la cantidad de medio líquido en la primera etapa de destilación
súbita, cierta cantidad del medio líquido y cierta cantidad de vapor
quedarán atrapados en los sólidos poliméricos. Por ejemplo, se
estima que 2 a 4% del medio líquido queda atrapado en los sólidos
poliméricos.
El uso de dos calentadores en línea, antes de
cada uno de los recipientes de destilación súbita, tiene beneficios
de operación, como será fácilmente evidente para un experto en la
técnica que tenga el beneficio de la presente descripción. Estos
beneficios incluyen, aunque sin quedar limitados a los mismos 1)
reducción sustancial de las obstrucciones del equipo, 2) mejora en
el secado del producto polimérico, y 3) mejora en la recuperación
de diluyente.
En el sistema de dos calentadores preferido, la
presión para la primera etapa de destilación súbita varía
dependiendo de la naturaleza del medio líquido y de los monómeros
sin reaccionar y la temperatura del efluente de polimerización. Se
pueden usar presiones en el intervalo de 9,6-21,7 x
10^{5} Pa manométricos, con preferencia de
11-18,6 x 10^{5} Pa manométricos, más
preferiblemente 11,7-13,8 x 10^{5} Pa
manométricos. Debido al uso de un segundo calentador antes de la
segunda etapa de destilación súbita 15 en la realización preferida
para volatilizar el medio líquido atrapado de los sólidos
poliméricos, la segunda etapa de destilación súbita puede operar a
una mayor presión que la presión de operación de la segunda etapa de
destilación súbita en un sistema de un calentador. Por ejemplo, la
segunda etapa de destilación súbita puede operar a una presión de
1,0-6,89 x 10^{5} Pa manométricos.
El aporte de calor al primer calentador 10 en
línea se ajusta de acuerdo con al menos un parámetro de proceso,
con preferencia la presión del recipiente de destilación súbita.
Este parámetro de proceso se puede seleccionar para conseguir
cualquiera o todos los beneficios adicionales que esta realización
conlleva pero preferiblemente para reducir sustancialmente la
obstrucción del equipo. El aporte térmico al primer calentador 10 en
línea es una cantidad suficiente para vaporizar la cantidad deseada
de medio líquido. Con preferencia, el aporte térmico al primer
calentador en línea es una cantidad suficiente para vaporizar
sustancialmente todo el líquido que "fluye" dejando así solo
líquido atrapado y vapor, si hay, en los sólidos poliméricos. Si el
efluente se recalienta en esta etapa, la obstrucción del equipo se
producirá en la primera etapa de destilación súbita.
Haciendo referencia ahora al separador ciclónico
13, la porción mayoritaria de medio líquido en el efluente de
polimerización puede llevarse al separador ciclónico 13 en forma de
vapor. Después de haber eliminado una porción del catalizador
atrapado y sólidos poliméricos, el vapor se hace pasar a través del
conducto 22 a través de un sistema 23A cambiador de calor en el que
el vapor a una presión de 9,6-21,7 x 10^{5} Pa
manométricos se condensa por intercambio indirecto de calor con un
fluido intercambiador de calor tal como para eliminar la necesidad
de compresión. La porción del catalizador atrapado y sólidos
poliméricos no eliminados por el separador ciclónico 13 son por lo
general de menor tamaño y pueden denominarse "finos", "finos
poliméricos" y/o "finos de catalizador". Estos finos
incluyen generalmente catalizador sin reaccionar y/o que ha
reaccionado insuficientemente.
El sistema cambiador de calor 23A incluye in
cambiador de calor 23E y una bomba 23B de circulación de agua
templada conectada al cambiador de calor 23E por el conducto 23C.
Hay conectada una válvula de control 23D de temperatura del agua
templada al cambiador de calor 23E y la bomba 23B de circulación de
agua por los conductos 23F y 23G, respectivamente. El agua de
refrigeración proveniente de una fuente de agua de refrigeración (no
mostrada) es transportada a través del conducto 23H de agua de
refrigeración al conducto 23H en el conducto 23G entre la válvula
de control 23D y la bomba 23B de circulación. Hay conectado un
controlador indicador de temperatura (TIC) 23J entre la válvula de
control 23D y el conducto 23C. Entre el controlador 23J y el
conducto 23C reside un elemento medidor 23K de temperatura.
El sistema 23A cambiador de calor opera para
controlar la cantidad de vapor condensado en el cambiador de calor
23E. Esto se lleva a cabo controlando el flujo de agua de
refrigeración introducida en el conducto 23G desde el conducto 23H
aspirando el agua calentada formada en el cambiador de calor 23E. El
agua calentada del cambiador de calor 23E es transportada a la
válvula de control 23D a través del conducto 23F. El agua calentada
sale de la válvula de control 23D a través del conducto 23I.
Más específicamente, el agua de refrigeración
del conducto 23H que entra en el conducto 23G se mezcla con agua
templada circulante en el conducto 23G, su mezcla entra en la bomba
23B. El agua que sale de la bomba 23B entra en el conducto 23C, una
porción del cual entra en contacto con el elemento medidor de
temperatura 23K, en camino hacia el cambiador de calor 23E. El
elemento medidor de temperatura 23K genera una señal proporcional a
la temperatura en el conducto 23C. La señal es transportada hasta el
controlador indicador de temperatura 23J. Como respuesta a esta
señal y un valor de temperatura de consigna, el controlador
indicador de temperatura 23J envía una señal a través del conducto
de señal (ilustrado por la línea discontinua 23L) hasta la válvula
de control 23D que controla selectivamente el volumen de agua
calentada que sale del sistema cambiador de calor 24A a través del
conducto 23I.
El medio líquido condensado formado en el
cambiador de calor 23E incluye diluyente, catalizador sin
reacicionar/que ha reaccionado insuficientemente, sólidos
poliméricos y monómeros sin reaccionar. Este medio líquido
condensado se hace pasar entonces a un acumulador 23B a través del
conducto 22A.
Es deseable controlar la cantidad de vapor
condensado en el cambiador de calor 23E y mantener una presión de
vapor suficiente en el acumulador 23B. De este modo, una válvula 24A
de control de presión puede mantener una presión de retorno
suficiente en el acumulador 24B. Manteniendo una presión de retorno
suficiente en el acumulador 24B, se mantiene una presión de
operación apropiada en el primer recipiente de destilación súbita
11. La válvula 24A de control de presión es accionada por un
controlador indicador de presión 24C que actúa de acuerdo con el
elemento medidor de presión 24D. El elemento medidor de presión 24D
está en comunicación de detección con el acumulador 24B. El
elemento medidor de presión 24D genera una señal proporcional a la
presión en el acumulador 24B. Como respuesta a esta señal y a un
valor de presión de consigna, el controlador indicador de presión
24C envía una señal a través de un conducto de señal (ilustrado por
la línea discontinua 24E) a la válvula de control 24A que controla
selectivamente la presión de retorno en el acumulador 24B.
Se ha dispuesto una bomba 25 para transportar el
medio líquido condensado procedente del acumulador 24B de vuelta a
la zona de polimerización por un conducto 26. De este modo, el
catalizador sin reaccionar/que ha reaccionado insuficientemente y
los sólidos poliméricos no eliminados por el separador ciclónico 13
se devuelven al reactor de bucle 1 para posterior
polimerización.
Los sólidos poliméricos en el segundo recipiente
de destilación súbita 15 de menor presión se hacen pasar a través
de un conducto 27 a un secador 28 convencional. El vapor que sale
del separador ciclónico 21 secundario, después de filtración en una
unidad de filtro 29, se hace pasar por un conducto 30 hasta un
compresor 31 y los vapores comprimidos se hacen pasar a través de
un conducto 32 a un condensador 33 en el que el vapor se condensa y
el condensado se hace pasar a través del conducto 34 a un recipiente
de almacenamiento 35. El medio líquido condensado en el recipiente
de almacenamiento 35 se ventea típicamente en cabeza para eliminar
los contaminantes ligeros de la columna. El diluyente inerte se
puede devolver al proceso a través del lecho 37 de tratamiento para
eliminar los venenos del catalizador o destilarse en la unidad 36
para una eliminación más completa de los componentes ligeros de la
columna y luego devolverse al proceso a través del lecho de
tratamiento.
Volviendo ahora a la Figura 3, se ilustra una
parte de una pared 310 del reactor de bucle 1 a través de la cual
se prolonga el conducto 8A de descarga. El conducto 8A de descarga
puede prolongarse en el reactor en varios ángulos. Es deseable que
el conducto 8A de descarga se prolongue en el reactor de bucle
sustancialmente con un ángulo recto con respecto a la pared
310.
La pared 310 incluye una superficie interna 312
y una superficie externa 214. La superficie interna 312 soporta la
suspensión de polimerización circulante ilustrada por las flechas
318 direccionales. El conducto de descarga 8A tiene un remate
superior 316A y un lado continuo 316B. Las porciones del lado 316B
definen una abertura 320. La abertura 320 tiene unas dimensiones de
abertura verticales v1 y v2 definidas por las paredes 320A y 320B
del lado 316B. Deseablemente, la dimensión v1 es mayor que la
dimensión v2. La abertura 320 tiene dimensiones de abertura
horizontales h1 y h2 (no mostradas). La abertura 320 puede formarse
con cualquier forma adecuada, tal como rectangular, ovalada o una
combinación de las mismas. En una realización, la abertura 320 puede
ser de forma cónica o cóncava.
La abertura 320 comunica con un canal 322
definido por las superficies interiores del remate superior 316A y
el lado 316B. El canal 322 transporta suspensión de polimerización
capturada, ilustrada por la flecha de dirección 324 a la válvula 8B
de descarga (no mostrada).
La abertura 320 está dimensionada y situada con
respecto a la dirección del movimiento de la suspensión 318 de
polimerización circulante. Es deseable que la abertura 320 esté en
una posición sustancialmente enfrentada a la dirección de la
suspensión 318 de polimerización circulante. Más deseable es que la
abertura 320 haga cara a la dirección de la suspensión 318
circulante. De este modo, se elimina una porción de la suspensión
324 de polimerización que contiene sólidos poliméricos de la
suspensión 318 de polimerización circulante sobre un área cercana o
adyacente a la pared interna 312 del reactor de bucle 1 hasta una
distancia que se extiende a la suspensión 318 de polimerización
circulante. De este modo, se puede formar un mayor porcentaje en
peso de sólidos poliméricos en el conducto 8A que el porcentaje en
peso de sólidos poliméricos en cualquier otra suspensión de
polimerización circulante.
Este incremento del porcentaje en peso de
sólidos poliméricos depende de la posición del conducto 8A de
descarga a lo largo del reactor de bucle 1, la profundidad de
inserción del conducto 8A de descarga en el reactor de bucle, el
tamaño y configuración de la abertura 320, la orientación de la
abertura 320 respecto a la dirección de la suspensión de
polimerización circulante y el porcentaje en peso de sólidos
poliméricos en la suspensión 318 de polimerización circulante. Por
ejemplo, se observa un incremento calculado de 1 a 5 por ciento en
peso con un conducto 8A de descarga que tiene una dimensión v1 de
aproximadamente 127 mm y una dimensión h1 de aproximadamente 25,4
mm. El conducto 8A de descarga estaba situado 3 mm corriente abajo
de un codo de 90º en el reactor de bucle 1 en una porción de la
pared 314 del reactor de bucle adyacente al suelo. El conducto 8A
de descarga se prolonga aproximadamente 140 mm en la corriente de
suspensión de polimerización circulante. La velocidad de la
suspensión de polimerización circulante estaba en el intervalo de
8,5-10,4 m/s con un porcentaje en peso de sólidos
poliméricos en el intervalo de 48 a 53.
Volviendo ahora a la Figura 4, se ilustra el
sistema 410 de control de presión. El sistema 410 de control de
presión opera para mantener la presión sustancialmente uniforme en
el reactor de bucle 1 controlando la descarga de efluente de
polimerización del reactor de bucle 1 a través del conducto 8A de
descarga. El sistema 410 de control también opera para prevenir el
taponamiento del reactor de bucle 1 y/o cuando el flujo de efluente
de polimerización del conducto 8A de descarga al conducto 9 se
interrumpe y/o detiene.
El sistema 410 de control de presión incluye una
primera fuente 412 de diluyente inerte, tal como isobutano, y un
conducto 414 de diluyente inerte en comunicación con un conducto 416
del reactor de bucle. El flujo de diluyente inerte a través del
conducto 414 de diluyente inerte al conducto 416 del reactor de
bucle está controlado por la válvula de control 418 de acuerdo con
un elemento medidor 420 de flujo y un controlador indicador 422 de
flujo. El objeto de la dosificación del flujo de diluyente inerte
desde la fuente 412 del primer diluyente inerte al reactor de bucle
1 es prevenir la obstrucción del conducto 416 por sólidos
poliméricos. De este modo, un elemento medidor 441 de presión del
reactor de bucle (descrito más adelante), en comunicación con el
conducto 416 del reactor de bucle, puede controlar de forma más
precisa la presión en el reactor de bucle 1.
El sistema 410 de control de presión incluye
además una segunda fuente 424 de diluyente inerte y una tercera
fuente 426 de diluyente inerte. El diluyente inerte, tal como
isobutano, de la segunda fuente 424 de diluyente inerte fluye al
conducto 428 hacia una válvula de control 430 que está en
comunicación de paso de fluido con un conducto 432. La válvula de
control 430, de acuerdo con un elemento medidor 431 de flujo y un
controlador indicador 433 de flujo, regula el flujo de diluyente
inerte de la segunda fuente 424 de diluyente inerte al conducto
432. El conducto 432 está en comunicación de paso de fluido con un
conducto 434 y un conducto 8A de descarga, que finaliza en el
conducto 8A de descarga en un punto entre el reactor de bucle 1 y la
válvula 8B de descarga. El objeto de regular el flujo de diluyente
inerte de la segunda fuente 424 de diluyente inerte al circuito 432
es prevenir obstrucciones del conducto 432 por sólidos poliméricos
que de otro modo podrían volver al conducto 432 desde el conducto
8A de descarga. Además, el flujo de diluyente inerte de la segunda
fuente 424 de diluyente inerte también previene la obstrucción del
conducto 434 y la válvula de control 440 por sólidos poliméricos
que podrían volver a fluir al conducto 432 desde el conducto 8A de
descarga.
El diluyente inerte de la tercera fuente 426 de
diluyente inerte fluye al conducto 438 hacia una válvula de control
440 que está en comunicación de fluido con el conducto 434. Como se
explicará con más detalle más adelante, en el caso de una
fluctuación de presión suficiente en el reactor de bucle 1, la
válvula de control 440 es accionada para iniciar un flujo
suficiente bajo una presión suficiente de diluyente inerte desde la
tercera fuente 426 de diluyente inerte para purgar y/o descargar
sólidos poliméricos del conducto 8A de descarga al reactor de bucle
1. En este caso, por lo general el flujo de diluyente inerte
procedente de la tercera fuente 426 de diluyente inerte al conducto
432 será mayor que el flujo de diluyente inerte de la segunda fuente
424 de diluyente inerte al conducto 432. Por ejemplo, el flujo de
diluyente inerte de la segunda fuente 424 de diluyente inerte al
conducto 8A de descarga puede variar en un intervalo de 1,89 a menos
de 7,57 litros/min. El flujo de diluyente inerte de la tercera
fuente 426 de diluyente inerte al conducto 8A de descarga puede
variar en el intervalo de 7,57 a 75,7 litros/minuto.
El elemento medidor 441 de presión del reactor
de bucle y un controlador indicador 442 de presión llevan a cabo
varias funciones. Como se ha citado antes, el elemento medidor 441
de presión controla la presión del reactor de bucle 1 a través del
conducto 416. Como respuesta a esta presión, el elemento medidor 441
de presión del reactor de bucle genera una señal proporcional a la
presión en el conducto 416. Esta señal es enviada al controlador
indicador 442 de presión. Como respuesta a esta señal y a un valor
de presión de consigna, el controlador indicador 442 de presión
envía una señal a través de un conducto de señal (ilustrado por la
línea discontinua 444) a la válvula 8B de descarga y a la válvula de
control 440.
Durante las operaciones normales del reactor de
bucle, la válvula 8B de descarga está situada para permitir el
flujo de efluente de polimerización del conducto 8A de descarga al
conducto 9. Al mismo tiempo, la válvula de control 440 está cerrada
previniendo el flujo de diluyente inerte desde la tercera fuente 426
de diluyente inerte al conducto de descarga. Cuando se producen
fluctuaciones de presión suficientes y/o cuando se detecta una
despresurización parcial del reactor de bucle por el elemento
medidor 441 de presión del reactor de bucle, la señal generada por
el controlador indicador 442 de presión causa que la válvula 8B de
descarga se cierre y que se abra la válvula 440 de control.
Cerrando la válvula 8B de descarga, interrumpiendo así la descarga
del reactor de bucle 1, se puede restablecer la presión en el
reactor de bucle 1. Accionando la válvula 440 de control y
permitiendo el flujo de volúmenes suficientes de diluyente inerte
desde la tercera fuente 426 de diluyente inerte al conducto 8A de
descarga a una presión suficiente, los sólidos poliméricos que
quedan en el conducto 8A de descarga entre la válvula 8B de
descarga y el reactor de bucle 1 se pueden expulsar y/o purgar del
conducto 8A de descarga y al reactor de bucle 1. Además, manteniendo
un flujo suficiente de diluyente inerte, continuo o de otro modo, a
y/o a través del conducto 8A de descarga mientras que la válvula 8B
de descarga está cerrada, se evita que los sólidos poliméricos en
el reactor de bucle entren y/o sean recogidos sustancialmente en el
conducto 8A de descarga y/u obstruyan el conducto 8A de descarga.
Una vez se vuelve a las operaciones normales, la válvula 440 de
control se cierra finalizando el flujo de diluyente inerte desde la
tercera fuente 426 de diluyente inerte y la válvula 8B de descarga
se abre para reanudar el flujo de efluente de polimerización a
través del conducto 8A de descarga al conducto
9.
9.
A la vista de la descripción anterior se pueden
realizar varias observaciones relativas al aparato y
procedimiento.
Se ha observado que aumentando la carga y
capacidad de flujo de la bomba(s) de circulación del reactor
de bucle, se pueden hacer circular mayores porcentajes en peso de
sólidos en el reactor. También se ha observado que conseguir la
carga y el flujo necesarios de una bomba es cada vez más difícil a
medida que el porcentaje en sólidos aumenta por encima del 45 por
ciento en peso y/o aumenta la longitud del reactor. Por tanto, el
uso de dos bombas en serie permite doblar la capacidad de la carga
de bombeo y un incremento en el porcentaje en sólidos resultante.
El aumento del porcentaje en peso de sólidos en el reactor de bucle
aumenta el tiempo de residencia del catalizador, que para
catalizadores de óxido de cromo y de Ziegler-Natta,
aumenta la productividad del catalizador. Se puede elegir
aprovechar el mayor porcentaje en sólidos y el tiempo de residencia
manteniendo la velocidad de producción constante a una velocidad de
alimentación de catalizador reducida y mejorar el rendimiento del
catalizador. Otra alternativa es mantener constante la velocidad de
alimentación del catalizador y aumentar la capacidad de producción
del reactor y por tanto aumentar el STY a una productividad de
catalizador casi constante. Un mayor nivel de sólidos también
aumenta el porcentaje en peso de sólidos extraídos del reactor, lo
que reduce los costes de procesado de isobutano en el equipo de
reciclado. Es deseable extraer sólidos continuamente. La descarga
continua puede producirse a través de una única tubería de descarga
en un solo punto.
En un reactor de bucle, no siempre es posible
situar la línea de descarga continua en una posición óptima para
aprovechar la fuerza centrífuga y aumentar el porcentaje en peso de
sólidos y, por tanto, reducir la cantidad de isobutano atrapado en
los sólidos poliméricos. Se ha observado que una tubería diseñada
específicamente, como se ilustra en la Figura 3 insertada en el
reactor de bucle puede aumentar el porcentaje en peso de sólidos
extraídos del reactor. Esta tubería intercalada funcionará en
cualquier sección del reactor de bucle y en una sección recta
aumentará el porcentaje en peso de sólidos para que sea igual al de
una posición que aproveche la fuerza centrífuga para concentrar
sólidos.
Con el desarrollo de la capacidad de circulación
de un mayor porcentaje en peso de sólidos en el reactor de bucle y
dos etapas de destilación súbita, se reduce la necesidad de
concentrar sólidos en la descarga del reactor comparado con
operaciones convencionales de reactores de bucle que tienen menor
circulación de sólidos, una única etapa de destilación súbita,
tubería de descarga continua y descarga continua o de otro tipo. Por
tanto, las ramas de sedimentación de un reactor de bucle
convencional, que se diseñan para maximizar la concentración de
sólidos poliméricos antes de la descarga, se pueden reemplazar por
una tubería de descarga continua, que simplifica el sistema
mecánicamente, reduce el capital inmovilizado, mejora la seguridad,
reduce el mantenimiento y mejora el control del reactor. Las ramas
de sedimentación requieren un mantenimiento de rutina debido a su
tendencia a obstruirse y pueden formar material que obstruya el
equipo de manipulación del polímero corriente abajo. La
concentración máxima de etileno en el reactor de bucle está limitada
por las ramas de sedimentación debido a la tendencia del polímero a
acumularse en las ramas a elevadas concentraciones de etileno entre
descargas y por tanto a obstruir la rama. La descarga continua
elimina esta tendencia. Otra ventaja de la descarga continua es la
mejor respuesta a una brusca caída de presión en el reactor, que
puede producirse si se reduce el flujo de etileno rápidamente. En
estas condiciones, las ramas de sedimentación detendrán la descarga
y pueden obstruirse con el polímero en pocos minutos.
Un desarrollo que aumentará la eficiencia del
sistema de destilación súbita en dos etapas es el calentador en
línea de la destilación súbita continua. El calentador vaporizará
hasta el 100% del diluyente descargado desde el reactor con el
polímero que permitirá una mayor recuperación de diluyente por el
condensador de presión intermedia. La recuperación de diluyente a
través del primer recipiente de destilación súbita reducirá los
servicios auxiliares y el capital inmovilizado. Los sistemas de
recuperación de diluyente de una sola etapa a baja presión
convencionales incluyen compresión, destilación y tratamiento que
tienen un elevado coste de capital inmovilizado y de operación. El
calentador en línea de la etapa de destilación súbita aumentará la
temperatura del polímero en el sistema de secado corriente abajo y
posibilitará menores niveles de volátiles en el producto final, lo
cual reducirá los costes variables, mejora la seguridad y ayuda a
cumplir las normas medioambientales.
El primer recipiente de destilación súbita
proporciona una etapa de destilación súbita de presión intermedia
que permite la condensación simple de diluyente y su vuelta al
reactor. El calentador en línea de la etapa de destilación súbita
podrá aportar calor suficiente para vaporizar hasta el 100% del
diluyente en el primer recipiente de destilación súbita.
El vapor diluyente y catalizador sin
reaccionar/que ha reaccionado insuficientemente/finos poliméricos
sale por la cabeza de la columna desde el recipiente de destilación
súbita hasta el separador ciclónico. La mayor parte del polímero
sale por la parte inferior del primer recipiente de destilación
súbita a través de una cámara estanca hasta el segundo recipiente
de destilación súbita.
Conectada a la parte inferior del primer
recipiente de destilación súbita se encuentra la cámara estanca que
proporciona un área de flujo pistón con un bajo tiempo de residencia
para controlar el nivel de polímero y mantener la presión en el
primer recipiente de destilación súbita. La cámara estanca está
diseñada para acomodar un intervalo de formas poliméricas desde
suspensión concentrada hasta polímero seco.
La corriente de cabeza del primer recipiente de
destilación súbita es recibida por el separador ciclónico, que
separa la mayor parte de los finos poliméricos y los devuelve al
grueso de flujo de polímero en el segundo recipiente de destilación
súbita a través de un sistema de dos válvulas que permite que los
finos se acumulen entre las válvulas, descargando luego a través de
la válvula inferior mientras se mantiene la presión en el primer
sistema de destilación súbita. La corriente de cabeza del separador
ciclónico contiene algo de catalizador sin reaccionar/que ha
reaccionado insuficientemente y finos poliméricos. Estas partículas
son llevadas con el vapor diluyente al condensador, atrapadas con
el líquido diluyente después de la condensación, recogidas en el
acumulador y devueltas al reactor en el diluyente. Los sistemas de
condensación y acumulador están diseñados y operan para acomodar
los finos.
El condensador proporciona una licuación de
bajos costes variables e inmovilizados del diluyente extraído del
reactor con el polímero por medio del primer recipiente de
destilación súbita. Los sistemas de un único recipiente de
destilación súbita evaporan súbitamente el efluente de
polimerización hasta justo por encima de la presión ambiente, lo
que requiere la compresión para licuar el diluyente antes de
reciclarlo al reactor de bucle. Una etapa de destilación súbita
intermedia proporciona la condensación con un medio de refrigeración
disponible corrientemente, tal como agua de refrigeración de la
planta. El sistema condensador se llena con diluyente y se diseña
para que acomode un nivel de finos sin acumulación u obstrucción. El
condensador se enfría por un sistema de agua templada que controla
la temperatura de condensación para conseguir la presión de vapor
apropiada en el acumulador permitiendo un control eficiente de la
presión por la válvula de control de presión en el venteo del
acumulador. El sistema de agua templada del condensador es un bucle
de agua de refrigeración con recirculación, cuya temperatura está
controlada regulando el agua de refrigeración según sea
necesario.
El acumulador recibe el diluyente condensado y
catalizador/finos poliméricos y bombea la mezcla de nuevo hasta el
reactor de bucle en base al control de nivel en el acumulador. El
acumulador tiene una forma en la parte inferior diseñada para
acomodar los finos. Un venteo en el acumulador purga el diluyente
acumulado de las corrientes de cabeza ligeras/no condensables y
controla la presión en el primer sistema de destilación súbita.
El segundo recipiente de destilación súbita, que
opera justo por encima de la presión ambiente, recibe polímero de
la cámara estanca del primer recipiente de destilación súbita. La
vaporización completa, si no se ha llevado a cabo ya en el primer
recipiente de destilación súbita, se producirá en el segundo
recipiente de destilación súbita. El polímero abandona la parte
inferior del segundo recipiente de destilación súbita hacia el
sistema de secado. El calentador en línea de la etapa de
destilación súbita aumentará la temperatura del polímero que
permite que el sistema de secado elimine los volátiles residuales de
forma más eficaz y efectiva. La corriente de cabeza del segundo
recipiente de destilación súbita será vapor diluyente no recuperado
en el primer sistema de destilación súbita y se filtrará y
comprimirá para devolverlo al reactor de bucle.
Aunque en la presente memoria se describe un
sistema con dos recipientes de destilación súbita, pueden usarse
tres o más recipientes de destilación súbita para vaporizar la
cantidad deseada de medio líquido y sustancialmente todo el medio
líquido se vaporizará cuando el efluente alcance el último
recipiente de destilación súbita.
Claims (13)
1. Un procedimiento para producir
polímero en un reactor de bucle en suspensión continuo que
comprende:
hacer reaccionar un monómero en un diluyente
hidrocarbonado para formar una suspensión de polimerización de
sólidos poliméricos en un medio líquido;
descargar una porción de la suspensión de
polimerización como efluente que comprende una suspensión de sólidos
poliméricos descargados en un medio líquido descargado, a través de
una abertura de descarga a un primer conducto de transferencia;
calentar el efluente con un primer calentador en
forma de un cambiador de calor en línea hasta una temperatura por
debajo de la temperatura de fusión del polímero;
destilar súbitamente el efluente en una primera
etapa de destilación súbita, en la que de 75% a 100% del medio
líquido en el efluente se vaporiza en un primer vapor de destilación
súbita en la primera etapa de destilación súbita formando un primer
vapor de destilación súbita y una primera suspensión de destilación
súbita;
condensar al menos una porción del primer vapor
de destilación súbita sin compresión;
descargar la primera suspensión de destilación
súbita de la primera etapa de destilación súbita a un segundo
conducto de transferencia;
calentar la primera suspensión de destilación
súbita con un segundo calentador; y
destilar súbitamente la primera suspensión de
destilación súbita en una segunda etapa de destilación súbita para
formar un segundo vapor de destilación súbita y segundos sólidos
poliméricos de destilación súbita vaporizando al menos al menos una
porción del primer líquido de destilación súbita en la segunda etapa
de destilación súbita.
2. Procedimiento según la
reivindicación 1, que comprende además condensar al menos una
porción del segundo vapor de destilación súbita de la segunda etapa
de destilación súbita.
3. Procedimiento según la
reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que de 95% a 100% del
medio líquido en el efluente se vaporiza a primer vapor de
destilación súbita en la primera etapa de destilación súbita.
4. Procedimiento según la
reivindicación 2 o la reivindicación 3, en el que al menos 95% del
primer medio líquido de destilación súbita se vaporiza a segundo
vapor de destilación súbita en la segunda etapa de destilación
súbita.
5. Procedimiento según la
reivindicación 1, en el que el reactor opera a
65,5-121,1ºC.
6. Procedimiento según la
reivindicación 5, en el que el reactor opera a
79,4-110ºC.
7. Procedimiento según la
reivindicación 6, en el que el reactor opera a
93,3-110ºC.
8. Procedimiento según la
reivindicación 1, en el que el reactor opera a una presión
manométrica de 27,6-45,5 x 10^{5} Pa.
9. Procedimiento según la
reivindicación 8, en el que el reactor opera a una presión
manométrica de 34,4-41,3 x 10^{5} Pa.
10. Procedimiento según la reivindicación
1 o la reivindicación 2, en el que la descarga al primer conducto de
transferencia es continua.
11. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, en el que la primera etapa de destilación
súbita opera a una presión manométrica de 9,6 a 21,7 x 10^{5}
Pa.
12. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, en el que la segunda etapa de destilación
súbita opera a una presión manométrica de 1,0-6,9 x
10^{5} Pa.
13. Procedimiento según la reivindicación
1, en el que
- al menos una porción del segundo vapor de
destilación súbita de la segunda etapa de destilación súbita se
condensa y en el que:
- al menos 50% del primer líquido de
destilación súbita se vaporiza a segundo vapor de destilación súbita
en la segunda etapa de destilación súbita;
- el reactor opera a
79,4-110ºC;
- el reactor opera a una presión manométrica de
34,4-41,3 x 10^{5} Pa;
- la primera etapa de destilación súbita opera
a una presión manométrica de 9,6 a 21,7 x 10^{5} Pa; y
- la segunda etapa de destilación súbita opera
a una presión manométrica de1,0-6,9 x 10^{5}
Pa.
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