ES2276387T3 - Proceso de polimerizacion de olefinas con descarga optiomizada de producto. - Google Patents
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Abstract
Reactor de bucle, idóneo para un proceso de polimerización de olefinas, que consta de: - una pluralidad de tuberías interconectadas que definen un camino de flujo para la suspensión de polímero, dicha suspensión consta esencialmente de un reactivo olefina, un catalizador de polimerización, un diluyente líquido y partículas sólidas de polímero de olefina, - un medio para la introducción del reactivo olefina, catalizador de polimerización y diluyente en dicho reactor, - una bomba idónea para mantener la suspensión de polímero en circulación en dicho reactor, - una o más patas de sedimentación conectadas a las tuberías de dicho reactor, - por lo menos un medio de medición idóneo para determinar el volumen de la suspensión sedimentada dentro de las patas de sedimentación y - por lo menos un medio para el control de la válvula, conectado a dicho medio de medición y a la válvula de dichas patas de sedimentación.
Description
Proceso de polimerización de olefinas con
descarga optimizada de producto.
La presente invención se refiere a mejoras en el
traslado o vaciado de una suspensión (slurry) de polímero de un
reactor de polimerización de olefinas en suspensión. La presente
invención se refiere además a un proceso de polimerización que
tiene lugar en un reactor de bucle, en el que se optimiza la
descarga de la suspensión de polímero sedimentado.
Las polimerizaciones de olefinas, tales como la
polimerización del etileno, se llevan a cabo a menudo utilizando
monómero, diluyente y catalizador y opcionalmente
co-monómeros en un reactor de bucle. La
polimerización se lleva a cabo por lo general en condiciones de
suspensión, en las que el producto está formado normalmente por
partículas sólidas y se halla en suspensión en un diluyente. El
contenido de la suspensión del reactor se hace circular
continuamente con una bomba para mantener una suspensión eficiente
de las partículas sólidas del polímero en el diluyente líquido, el
producto se saca a menudo mediante patas de sedimentación que
trabajan por un principio discontinuo para recuperar el producto.
Las patas de sedimentación se emplean para aumentar la
concentración de sólidos de la suspensión que se recupera finalmente
en forma de suspensión de producto. Después se transfiere el
producto a otro reactor o se descarga en el tanque de expansión
súbita, a través de tuberías de expansión súbita, en el que la
mayor parte del diluyente y los monómeros sin reaccionar se
evaporan y se reciclan. Este reciclado puede realizarse por
recompresión y reinyección en el reactor con o sin purificación
intermedia. Un coste operativo importante es el que conlleva este
reciclado del líquido efluente. Las partículas de polímero se
secan, se añaden los aditivos y finalmente el polímero se extruye y
se grancea. Esta técnica ha encontrado una gran aceptación
internacional, produciéndose cada año con ella millones de
toneladas de polímeros de etileno.
El comportamiento óptimo de las patas de
sedimentación se alcanza cuando la cantidad de polímero recuperado
se maximiza con respecto a la cantidad de líquido efluyente que
tiene que reciclarse, de modo que los costes de reciclado pueden
minimizarse para una cantidad de producción determinada. De forma
clásica, el trabajo de la planta se basa en intentar descargar la
misma cantidad de suspensión de todas las patas de sedimentación
con el fin de lograr gotas de presión equivalente cuando se descarga
cada pata, sin embargo esta operación puede distar mucho de ser
óptima.
Se conocen varias alternativas de las patas
convencionales de sedimentación. Por ejemplo, en el documento WO
01/05842 se describe un aparato para sacar la suspensión concentrada
de una suspensión en corriente circulante por un conducto,
caracterizado por un canal en la zona de salida del conducto, la
salida está adaptada a sacar la suspensión en continuo.
En el documento EP-0891990 se
describe un proceso de polimerización de olefinas, en el que la
suspensión de producto se recupera mediante una salida continua de
producto, más en particular, mediante un apéndice hueco alargado,
dispuesto en el reactor. Dicho apéndice hueco está en comunicación
fluida directa con una tubería calentada de evaporación y, de este
modo, se adapta al vaciado continuo del producto en suspensión.
Sin embargo, el aparato y proceso recién
descritos tienen el inconveniente de que la suspensión sacada del
reactor contiene todavía una gran cantidad de diluyente y de otros
reactivos, por ejemplo el monómero, que entonces es necesario
separar seguidamente de las partículas del polímero y tratarla con
el fin de reutilizarla en el reactor.
En el documento
US-A-3242150 se describe un reactor
de bucle que contiene una pata de sedimentación. Dicha pata está
provista de un controlador de nivel. La salida del dispositivo
medidor de nivel se emplea para controlar el trabajo de los motores
dentro del reactor. La válvula de la pata de sedimentación se abre
periódicamente.
Es, pues, objeto de la presente invención
proporcionar un proceso de polimerización que tenga lugar en un
reactor de bucle, en el que se optimiza la descarga del polímero en
suspensión sedimentado. Otro objeto de la invención es proporcionar
procesos, en los que se optimizan la eficacia de sedimentación del
polímero en suspensión y su ulterior descarga. Otro objeto más de
la presente invención consiste en disminuir la cantidad total de
líquido efluyente para una cantidad determinada de polímero
producido mediante el uso de una descarga optimizada. Otro objeto
consiste en proporcionar un reactor de bucle que tenga patas de
sedimentación optimizadas.
Los objetos presentes se logran mediante los
procesos y dispositivos según la presente invención.
La presente invención se refiere por tanto a un
proceso de polimerización para producir polímeros de olefinas en un
reactor de bucle que consta de los pasos de: introducir en el
reactor de bucle uno o más reactivos olefina, catalizadores de
polimerización y diluyentes y, mientras circulan dichos reactivos,
catalizadores y diluyentes, polimerizar dichos uno o más reactivos
olefina para producir una suspensión de polímero que contiene
esencialmente el diluyente esencialmente líquido y partículas
sólidas de polímero de olefina, dicho proceso consta además de uno
o más ciclos de:
(a) permitir que sedimente dicha suspensión de
polímero en una o más patas de sedimentación conectadas a dicho
reactor,
(b) hacer el seguimiento del volumen de la
suspensión de polímero sedimentada en una pata de sedimentación
después de la descarga previa,
(c) descargar de dicha pata de sedimentación un
volumen predeterminado de la suspensión de polímero sustancialmente
igual al volumen de suspensión de polímero sedimentado en dicha pata
de sedimentación después de la descarga previa.
La presente invención se refiere también a un
reactor de bucle para el proceso de polimerización de olefinas que
consta de: una pluralidad de tuberías interconectadas que definen un
camino de flujo para la suspensión de polímero, dicha suspensión
consta esencialmente de un reactivo olefina, un catalizador de
polimerización, un diluyente líquido y partículas sólidas de
polímero de olefina, medios para la introducción del reactivo
olefina, catalizador de polimerización y diluyente en dicho reactor,
una bomba idónea para mantener la suspensión de polímero en
circulación en dicho reactor, una o más patas de sedimentación
conectadas a las tuberías de dicho reactor,
por lo menos un medio de medición idóneo para
determinar el volumen de la suspensión sedimentada dentro de las
patas de sedimentación, por ejemplo mediante técnicas matemáticas o
estadísticas de modelado, incluidas las redes neurales y
por lo menos un medio para el control de la
válvula, conectado a dicho medio de medición y a la válvula de
dichas patas de sedimentación.
El proceso y el reactor según la presente
invención presentan diversas ventajas con respecto a la técnica
anterior, por ejemplo la de permitir una descarga optimizada de la
suspensión sedimentada en las patas de sedimentación a una zona de
recuperación del producto. El volumen de la suspensión de polímero
que sedimenta en una pata de sedimentación puede ser diferente de
una pata de sedimentación a otra con arreglo a la posición de dicha
pata de sedimentación en el reactor de bucle y de sus
características geométricas. El presente proceso permite que las
patas de sedimentación se vacíen por completo del material
sedimentado en cada descarga, sin descargar sustancialmente nada de
suspensión no sedimentada, que supondría una grave sobrecarga para
la sección de reciclado de líquido para la producción mínima
adicional de producto. El presente proceso permite además que no
quede polímero sedimentado en la pata de sedimentación en el momento
en que esta se cierra. Esto disminuye además significativamente el
riesgo de taponamiento de la pata de sedimentación. Es cierto que
dicho taponamiento se debe a menudo a la polimerización en masa de
la suspensión sedimentada que queda en condiciones de polimerización
activa en la pata de sedimentación, que tiene malas características
de evacuación de calor.
La presente invención se describirá con detalle
a continuación. La descripción se facilita únicamente a título de
ejemplo y no limita la invención. Los números de referencia se
refieren a las figuras anexas.
En la figura 1 se representa esquemáticamente un
reactor de polimerización de un solo bucle, con arreglo a una forma
de ejecución de la presente invención.
En la figura 2 se representa esquemáticamente la
sección transversal de la vista lateral de una sección del reactor
de bucle de la figura 1, que presenta dos patas de sedimentación
posicionadas en dicha sección; su conexión a dicha sección tiene
diferentes ángulos alfa con respecto a la línea horizontal.
En la figura 3 se representa esquemáticamente un
reactor de polimerización de doble bucle, con arreglo a una forma
de ejecución de la presente invención.
Los procesos de polimerización según la presente
invención son idóneos para cualquier proceso que produzca un
efluyente que consta de una suspensión de sólidos divididos en
partículas suspendidos en un medio líquido. Dichos procesos de
reacción incluyen, pero no se limitan a los que han llegado a ser
conocidos en la técnica como polimerizaciones de formación de
partículas.
Esta invención es particularmente idónea para
los procesos de polimerización que tienen lugar en reactores de
bucle para la producción de polímeros, más en particular de
polietileno, en los que se forma un efluyente de polimerización que
es una suspensión de sólidos de polímero dividido en partículas,
suspendido en un medio líquido, por lo general el diluyente de la
reacción y reactivos sin reaccionar.
La presente invención es idónea para el proceso
de polimerización para la fabricación de polímeros de olefina
divididos en partículas, que consiste en la polimerización
catalítica o la copolimerización de una o de varias olefinas, por
ejemplo olefinas de C_{2} a C_{8}, en un diluyente que contiene
el monómero a polimerizar, la suspensión en polimerización se hace
circular en un reactor de bucle, al que se alimenta el material de
partida y del que se va sacando el polímero formado. Los ejemplos de
monómeros idóneos incluyen, pero no se limitan a los que tienen de
2 a 8 átomos de carbono por molécula, por ejemplo el etileno, el
propileno, el butileno, el penteno, el butadieno, el isopreno, el
1-hexeno y similares.
La reacción de polimerización puede llevarse a
cabo a una temperatura comprendida entre 50 y 120ºC, con preferencia
a una temperatura entre 70 y 115ºC, con mayor preferencia a una
temperatura entre 80 y 110ºC y a una presión entre 20 y 100 bar,
con preferencia a una presión entre 30 y 50 bar, con preferencia
especial entre 37 y 45 bar.
En una forma preferida de ejecución, la presente
invención es especialmente idónea para la polimerización de etileno
en un diluyente isobutano. Dicha polimerización de etileno incluye,
pero no se limita a la homopolimerización del etileno, a la
copolimerización de etileno y un co-monómero
olefínico superior, por ejemplo el 1-buteno, el
1-penteno, el 1-hexeno, el
1-octeno o el 1-deceno. En una forma
de ejecución de la presente invención, dicho
co-monómero es el 1-hexeno.
El etileno se polimeriza en un diluyente
líquido, en presencia de un catalizador, opcionalmente un
co-catalizador, opcionalmente un
co-monómero, opcionalmente hidrógeno y opcionalmente
otros aditivos, produciendo de este modo una suspensión en
polimerización.
Tal como se emplea aquí "suspensión de
polimerización" o "suspensión de polímero" o
"suspensión" (= slurry), significa una composición
multi-fase que incluye por lo menos partículas
sólidas del polímero y una fase líquida y que permite que una
tercera fase (gaseosa) esté presente por lo menos localmente en el
proceso; la fase líquida es la fase continua. Los sólidos incluyen
al catalizador y a la olefina polimerizada, por ejemplo el
polietileno. Los líquidos incluyen a un diluyente inerte, por
ejemplo el isobutano, con el monómero disuelto, por ejemplo el
etileno y opcionalmente uno o más co-monómeros,
agentes de control de peso molecular, por ejemplo el hidrógeno,
agentes antiestáticos, agentes antiincrustantes, eliminadores
(scavengers) y otros aditivos de proceso.
Los diluyentes idóneos son bien conocidos en la
técnica e incluyen a los hidrocarburos que son inertes o por lo
menos esencialmente inertes y líquidos en las condiciones de
reacción. Los hidrocarburos idóneos incluyen al isobutano,
n-butano, propano, n-pentano,
isopentano, neopentano, isohexano y n-hexano, siendo
preferido el isobutano.
Los catalizadores idóneos son bien conocidos en
la técnica. Los ejemplos de catalizadores idóneos incluyen, pero no
se limitan al óxido de cromo, por ejemplo los tipos soportados sobre
sílice, los catalizadores organometálicos, incluidos los conocidos
en la técnica como catalizadores de "Ziegler" o de
"Ziegler-Natta", los catalizadores metalocenos
y similares. El término "co-catalizador"
empleado aquí indica materiales que pueden utilizarse junto con un
catalizador con el fin de mejorar la actividad durante la reacción
de polimerización.
La suspensión de polimerización en circulación
en el reactor de bucle, que consta de una pluralidad de tuberías
interconectas, por ejemplo secciones de tubería vertical encamisada
conectadas mediante codos. El calor de reacción puede evacuarse
mediante el agua de enfriamiento que circula por el encamisado del
reactor. Dicha polimerización puede realizarse en reactores de
bucle único o reactores de dos o más bucles según la presente
invención, que pueden utilizarse en paralelo o en serie. Dichos
reactores está previsto que trabajen en un modo totalmente líquido.
Cuando se emplean en serie, pueden conectarse entre sí mediante por
ejemplo una o más patas de sedimentación del primer reactor. El
polímero producido puede sacarse del reactor de bucle junto con
algo de diluyente por lo menos de una de las patas de sedimentación,
en las que el contenido de sólido es mayor que su concentración en
el cuerpo del reactor.
Las patas de sedimentación pueden estar en
conexión líquida continua con la "zona de recuperación de
producto". Tal como se emplea aquí, "zona de recuperación de
producto" incluye pero no se limita a las tuberías calentadas y
no calentadas de evaporación rápida, el tanque de evaporación
rápida, los ciclones, los filtros y los sistemas asociados de
recuperación de vapor y de recuperación de sólidos o las tuberías de
transferencia a otro reactor o dicho otro reactor cuando son varios
los reactores que se hallan conectados en serie.
Cuando después de las patas de sedimentación no
existe reactor alguno, el suspensión extraída puede despresurizarse
y transferir por ejemplo a través de las tuberías calentadas o no
calentadas de evaporación rápida a un tanque de evaporación rápida,
donde se separan el polímero y los monómeros y/o
co-monómeros sin reaccionar. La degasificación del
polímero puede completarse además en una columna de purgado.
Cuando por lo menos un reactor está presente
después de las patas de sedimentación, la suspensión extraída se
transfiere a través de tuberías de transferencia al reactor
siguiente. La transferencia resulta posible por inyección de la
suspensión al reactor siguiente en un punto, en el que la presión es
inferior a la presión de la salida de las patas de
sedimentación.
La presente invención se refiere más en
particular a un proceso de polimerización para la producción de
polímeros de olefina en un reactor de bucle, ya descrito antes,
dicho proceso consta de uno o más ciclos de:
(a) dejar sedimentar dicha suspensión de
polímero en una o más patas de sedimentación conectadas a dicho
reactor,
(b) hacer el seguimiento del volumen de la
suspensión de polímero sedimentado en una pata de sedimentación
después de realizada la descarga anterior,
(c) descargar un volumen predeterminado de
suspensión de polímero de dicha pata de sedimentación,
sustancialmente igual al volumen de polímero de suspensión
sedimentada en dicha pata de sedimentación después de realizada la
descarga anterior.
Tal como se emplea aquí, el término
"sustancialmente igual" significa un volumen que es igual en
\pm 20% al volumen de suspensión sedimentada en una pata de
sedimentación dada.
Tal como se emplea aquí, "igual" significa
un volumen que es igual en \pm 5% al volumen de suspensión
sedimentada en una pata de sedimentación dada.
En una forma de ejecución de la presente
invención puede descargarse un volumen predeterminado de suspensión
de polímero que es igual al volumen de suspensión de polímero
sedimentado en una pata de sedimentación dada después su descarga
previa. En otra forma de ejecución puede descargarse un volumen
predeterminado de una suspensión de polímero que es superior al
volumen de suspensión de polímero sedimentado en dicha pata de
sedimentación después su descarga previa.
El proceso según la invención presenta diversas
ventajas con respecto a la técnica anterior, como la de permitir
una descarga optimizada de la suspensión sedimentada de las patas de
sedimentación a la zona de recuperación de producto. El presente
proceso permite que se vacíen por completo los materiales
sedimentados en las patas de sedimentación en cada descarga sin
descargar sustancialmente suspensión no sedimentada que pudiera
conllevar una severa sobrecarga a la sección de reciclado de
líquido para la producción mínima adicional de producto. En una
forma de ejecución, el presente proceso se caracteriza además porque
consta de uno o varios ciclos de: (a) permitir que dicha suspensión
de polímero sedimente en una o más patas de sedimentación conectadas
a dicho reactor, (b) evaluar el tiempo T requerido para la
sedimentación de un volumen predeterminado de suspensión de
polímero en una pata determinada de sedimentación después del cierre
previo de dicha pata de sedimentación dada, (c) disparar la
descarga de dicho volumen predeterminado de suspensión de polímero
sedimentado de dicha pata de sedimentación dada a la zona de
recuperación de producto en dicho tiempo T después del cierre previo
de dicha pata y (d) descargar durante un período determinado de
tiempo \Deltat dicho volumen predeterminado de suspensión de
polímero sedimentado desde dicha pata de sedimentación; dicho
volumen predeterminado es sustancialmente igual al volumen de una
suspensión de polímero sedimentado en dicha pata de sedimentación
después de la descarga previa.
En otra forma de ejecución, el proceso presente
se caracteriza además porque consta de uno o más ciclos de: (a)
permitir que sedimente dicha suspensión de polímero en una o más
patas de sedimentación conectadas a dicho reactor; (b) evaluar el
volumen de polímero sedimentado en una pata después de su descarga
previa; (c) ajustar la velocidad de abertura de la válvula y/o la
abertura de un dispositivo de ajuste de caudal de modo que el
volumen descargado desde la pata sea sustancialmente igual al
volumen sedimentado evaluado.
Según una forma de ejecución de la presente
invención, dicho proceso consiste en la etapa de ajuste del tiempo
de abertura de una pata de sedimentación, de modo que el volumen de
suspensión de polímero a descargar desde dicha pata de
sedimentación sea sustancialmente igual al volumen de suspensión de
polímero sedimentada en dicha pata de sedimentación después de su
descarga previa.
Según otra forma de ejecución de la presente
invención, dicho proceso consta del paso de ajuste del tiempo entre
dos descargas para una pata de sedimentación, de modo que el volumen
de suspensión de polímero a descargar desde dicha pata de
sedimentación sea sustancialmente igual al volumen de suspensión de
polímero sedimentada en dicha pata de sedimentación después de su
descarga previa.
Según otra forma de ejecución más de la presente
invención, dicho proceso consta del paso de ajuste de la abertura
de descarga para una pata de sedimentación, de modo que el volumen
de suspensión de polímero a descargar desde dicha pata de
sedimentación sea sustancialmente igual al volumen de suspensión de
polímero sedimentada en dicha pata de sedimentación después de su
descarga previa.
Los procesos presentes pueden ejecutarse de modo
idóneo en un reactor convencional de bucle simple o de doble bucle.
En el caso del reactor de bucle simple, la presente invención
facilita el tratamiento de la corriente de reciclado. En el caso de
reactor de doble bucle, la presente invención minimiza la
transferencia de comonómero al segundo reactor. La presente
invención abarca además reactores de bucle simple y de doble bucle
provistos de medios de medición adecuados para determinar las
características de sedimentación de cada pata de sedimentación y el
volumen de la suspensión sedimentada dentro de dichas patas y un
medio para el control de la válvula que esté unido operativamente
con las patas de sedimentación de dicho reactor.
Abordando ahora las figuras: en la figura 1 se
representa esquemáticamente un ejemplo de reactor de bucle 1 para
el uso en la invención. Dicho reactor de bucle 1 consta de una
pluralidad de tuberías 9 interconectadas. Se da por supuesto que, a
pesar de que el reactor de bucle 1 se ilustra con seis tuberías
verticales, dicho reactor de bucle 1 puede estar equipado con menos
o más tuberías, por ejemplo con 4 ó más tuberías, por ejemplo entre
4 y 20 tuberías verticales. Las secciones verticales de los
segmentos de tubería 9 están provistas con preferencia de
encamisado calefactor 10. El calor de polimerización puede evacuarse
mediante agua de refrigeración que circula a través de este
encamisado del reactor. Los reactivos se introducen en el reactor 1
a través de la tubería 3. El catalizador, opcionalmente en
combinación con un co-catalizador o un agente de
activación, se inyecta en el reactor a través del conducto 17. Se
da por supuesto que la figura 1 es una representación simplificada
de un reactor de bucle y que dicho diluyente,
co-monómeros, monómeros, catalizadores y demás
aditivos pueden cargarse en el reactor por separado. En una forma
preferida de ejecución, ilustrada aquí, los catalizadores se
introducen en un punto inmediatamente anterior a la bomba de
circulación 2, el diluyente, el monómero, los
co-monómeros potenciales y los aditivos de la
reacción se introducen inmediatamente después de la bomba de
circulación 2.
La suspensión en polimerización se circula
direccionalmente a través del reactor de bucle 1, del modo ilustrado
con la flecha 6, por acción de una o más bombas, por ejemplo la
bomba de flujo axial 2. La bomba puede accionarse con un motor
eléctrico 5. Tal como se emplea aquí, el término "bomba"
incluye cualquier dispositivo de compresión, impulsión, aumento de
presión de un líquido mediante por ejemplo un pistón o un conjunto
de hélices rotatorias 4.
El reactor 1 está provisto además de una o
varias patas de sedimentación 7, conectadas a las tuberías 9 del
reactor 1. Aunque en la figura 1 solamente se representan cinco
patas de sedimentación, de 7A a 7E, el proceso presente comprende
un reactor de bucle que contiene una o varias patas de
sedimentación. En una forma de ejecución de la presente invención,
dicho reactor de bucle consta de 1 a 20 patas de sedimentación, con
preferencia de 4 a 12 patas de sedimentación y con preferencia
especial de 6 a 10 patas de sedimentación.
Las patas de sedimentación 7 están provistas con
preferencia de una válvula de aislamiento 19. Estas válvulas 19
pueden ser, por ejemplo, válvulas de bola. En condiciones normales,
estas válvulas 19 están abiertas y pueden cerrarse por ejemplo para
aislar la pata de sedimentación del resto del sistema operante.
Dichas válvulas pueden cerrarse, cuando la presión de reactor baja
hasta valores inferiores a un valor de consigna prefijado.
Las patas de sedimentación pueden proporcionarse
además de válvulas de descarga o vaciado 15. La válvula de descarga
15 puede ser cualquier tipo de válvula que permita la descarga
continua o periódica de la suspensión de polímero, cuando está
totalmente abierta. La suspensión de polímero sedimentada en las
patas de sedimentación 7 puede sacarse mediante una o varias
tuberías de recuperación de producto 8, p.ej. hacia la zona de
recuperación de producto.
La válvula de descarga 15 que puede utilizarse
en esta invención puede ser cualquier tipo de válvula que permita
la descarga continua o periódica de la suspensión de polímero,
cuando está totalmente abierta. Puede utilizarse de modo oportuna
una válvula de ángulo o una válvula de bola. La válvula puede, por
ejemplo, tener una estructura tal que impida la acumulación o la
precipitación del material sólido en la porción principal del cuerpo
de dicha válvula. Sin embargo, el experto en la materia sabrá
elegir un tipo y estructura de la válvula de descarga idóneos, si
fuera necesario.
Dicho reactor de bucle 1 consta además de un
medio de medición 21, uno o más, situado en la pata y/o en el
reactor, que permita determinar las características de sedimentación
en dicha pata de sedimentación y un medio de control de válvula 22
en comunicación operativa con dicho medio de medición 21 y con las
válvulas 15 de las patas de sedimentación 7. Para determinar el
volumen de la suspensión de polímero sedimentada en las patas de
sedimentación 7 puede utilizarse cualquier dispositivo de medición
convencional, que después transmite la señal al medio de control de
válvula 22 para, por ejemplo, descargar el volumen sedimentado,
cuando se ha alcanzado un volumen predeterminado en una pata de
sedimentación dada. Los ejemplos de dispositivos idóneos incluyen,
pero no se limitan a: calibre de densidad de rayos gamma,
dispositivos radiográficos de nivel o dispositivos de medición
sonométrica. Los resultados de la medición pueden transmitirse
directamente al medio de control de válvula o pueden utilizarse
como entrada para el modelo matemático o estadístico, cuya salida
se transmite al medio de control de válvula.
En la figura 2 se ilustra un reactor de bucle 1
de la figura 1. Se conectan a una sección de dicho reactor dos
patas de sedimentación 7A y 7B, la pata de sedimentación 7A con el
área de contacto 13A y la pata de sedimentación 7B con el área de
contacto 13B. Dichas patas de sedimentación se ilustran también con
los correspondientes volúmenes arbitrarios V1 y V2. La pata de
sedimentación 7A situada en la sección curvada 11 del reactor puede
tener un diámetro D1 idéntico al diámetro D2 de la pata de
sedimentación 7B situada en la sección recta de dicho reactor. Sin
embargo, debido a que su posición está caracterizada por el ángulo
alfa 16, delimitado desde la línea horizontal 12 por la línea 18,
la pata de sedimentación 7A tiene diferentes características de
sedimentación si se compara con la pata de sedimentación 7B. Su
ubicación en la porción curvada de la tubería 9 modifica la
cantidad de suspensión de polímero que sedimenta en la pata de
sedimentación 7A, si se compara con la pata de sedimentación 7B,
durante un tiempo determinado T. Debido al posicionado de la pata 7A
en la sección del codo del reactor, dicha pata de sedimentación no
es equivalente en términos de velocidad de sedimentación con las
demás patas de sedimentación. Más precisamente, la velocidad con la
que la suspensión sedimenta en la parte del fondo de una pata de
sedimentación no es igual para todas las patas.
Cuando se fijan los parámetros del presente
proceso, el volumen de la suspensión sedimentada en cada pata de
sedimentación puede determinarse empleando el medio de medición 21.
El medio de medición 21 puede indicar directamente o a través del
uso de un modelo matemático o estadístico, si la profundidad de la
suspensión de polímero sedimentado está fuera del intervalo
deseado, representado arbitrariamente con la línea 14. En tal
momento se transmite una señal al medio de control de válvula 22.
Entonces, el medio de control de válvula 22 actúa para descargar la
válvula 15 de dichas patas de sedimentación y, de este modo,
controlar la descarga de la suspensión de polímero sedimentada en
dichas patas de sedimentación.
En dichas patas de sedimentación 7, la
suspensión en polimerización se decanta de modo que la suspensión
existente en el reactor es más concentrada en sólidos que la
suspensión en circulación. Su concentración es actualmente lo más
alta que puede ser, porque en la fase sedimentada las partículas
sólidas de polímero están en contacto íntimo entre sí. La fase
líquida ocupa solamente los poros internos e intergranulares de los
sólidos. El proceso y reactor presentes permiten la descarga
optimizada de la suspensión sedimentada en dicha pata de
sedimentación y, de este modo, permiten limitar la cantidad de
diluyente que tendrá que tratarse y realimentarse al reactor. La
suspensión de polímero sedimentado contiene por ejemplo del 60 al
65% de partículas de polímero, mientras que la suspensión no
sedimentada en dicha pata contiene del 30 al 45% de partículas de
polímero.
Según una forma de ejecución de la presente
invención, cuando se alcanza un volumen predeterminado de suspensión
de polímero sedimentado en una pata de sedimentación da en un
tiempo T, entonces se dispara la descarga de dicha pata concreta.
La pata de sedimentación se vacía durante un tiempo \Deltat
requerido para permitir la descarga completa de dicho volumen
predeterminado.
Dicho volumen V puede descargarse de modo
eficiente ajustan el tiempo de abertura de dicha pata de
sedimentación dada. En otra forma de ejecución, dicho volumen V
puede descargarse eficazmente ajustando la abertura de descarga de
dicha pata de sedimentación dada, de modo que se limite el volumen
descargado de dicha pata a un volumen V. En una forma de ejecución
de la presente invención, la descarga de dicha suspensión de
polímero sedimentado desde las dichas patas de sedimentación se
dispara cuando dicha suspensión sedimentada ha alcanzado un volumen
óptimo predeterminado en dichas patas de sedimentación.
El ajuste de la abertura de descarga de una pata
de sedimentación dada incluye, pero no se limita a reducir o
aumentar el tamaño de la abertura de una válvula de descarga o
añadir después de dicha válvula de descarga otro dispositivo
regulador de flujo de abertura regulable más pequeña o una reducción
ajustable de una abertura más pequeña.
El proceso presente abarca cualquier medio de
medición capaz de determinar el volumen de suspensión sedimentada
en una pata de sedimentación en un tiempo T. El paso del seguimiento
puede realizarse empleando medios de medición seleccionados entre
un grupo formado por medios radiográficos de nivel y sondas de rayos
gamma o utilizando modelos.
La descarga de dicha suspensión de polímero
sedimentada en dichas patas de sedimentación a través de válvulas
de descarga a la zona de recuperación de producto se realiza de modo
que el volumen descargado de una pata de sedimentación sea
sustancialmente igual al volumen de suspensión de polímero
sedimentada en dicha pata de sedimentación después de la descarga
previa.
Según la presente invención, la actuación de la
válvula de descarga se controla con el medio de control de válvula
22, que puede conectarse operativamente con dicho medio de control
de volumen 21, por ejemplo. El medio de control de válvula 22
permite el ajuste y el control de la abertura periódica en
frecuencias y secuencia predeterminadas de las patas de
sedimentación para permitir la descarga continua o periódica de
dicha suspensión de polímero. Otros medios de control, como puedan
ser controladores de presión y controladores de flujo, transductores
de flujo y sensores de flujo, pueden utilizarse para el ajuste fino
de los procesos de descarga.
El proceso y el reactor según la invención
proporcionan la ventaja de optimizar la descarga de la suspensión
de polímero sedimentado desde una pata determinada de sedimentación
sin descargar más suspensión no sedimentada, con lo cual se reduce
la cantidad de diluyente a reciclar y se reducen también los costes
de producción.
En otra forma de ejecución, el reactor de bucle
según la presente invención comprende patas de sedimentación, el
área de contacto de dicha pata de sedimentación y dicho reactor
tubular forma un ángulo alfa comprendido entre 0º y 60º con
respecto a la línea horizontal.
La presente invención abarca además un reactor
de bucle idóneo para un proceso de polimerización de olefinas, que
comprende dos o más patas de sedimentación conectadas con los tubos
de dicho reactor; el volumen efectivo o la velocidad de
sedimentación de por lo menos una pata de sedimentación es
sustancialmente diferente del volumen efectivo o de la velocidad de
sedimentación de por lo menos otra pata de sedimentación.
Tal como se emplea aquí, el término "volumen
efectivo" indica el volumen de suspensión de polímero que puede
sedimentar en una pata de sedimentación si la sedimentación es
continua en las mismas condiciones de circulación del reactor. Este
volumen efectivo puede ser menor que el volumen total de la pata de
sedimentación, porque la turbulencia creada en la parte alta de la
pata puede impedir que la sedimentación alcance dicha parte alta de
la
pata.
pata.
Tal como se emplea aquí, el término "velocidad
de sedimentación" indica el volumen del polímero, que se está
produciendo actualmente, que puede sedimentar en una pata de
sedimentación dada por unidad de tiempo, cuando el volumen
sedimentado es del 50% del volumen efectivo recién definido.
Tal como se emplea aquí, el término
"sustancialmente diferente" indica una diferencia superior al
2%.
La presente invención comprende además un
reactor de bucle, descrito en párrafos anteriores, en el que las
patas de sedimentación están modificadas y/o diseñadas para obtener
una velocidad de sedimentación y/o una volumen de sedimentación
sustancialmente diferentes en cada pata de sedimentación.
En una forma de ejecución de la presente
invención, el reactor de bucle comprende patas de sedimentación que
tienen un diámetro interior comprendido entre 0,2 y 0,5 veces el
diámetro interior D_{3} de las tuberías de dicho reactor.
En otra forma de ejecución de la presente
invención, las patas de sedimentación conectadas a una sección de
dicho reactor de bucle pueden tener un diámetro interior comprendido
entre 0,3 y 0,5 veces el diámetro interior de dicha sección de
tubería de reactor.
La presente invención es particularmente idónea
para la descarga de reactores de bucle múltiple conectados en
serie.
En la figura 3 se representa un reactor de doble
bucle 100/116, que consta de dos reactores de bucle simple 100 y
116, que están interconectados en serie. Ambos reactores 100 y 116
constan de una pluralidad de tuberías 104 interconectadas. Las
secciones verticales de los segmentos de tubería 104 están provistas
con preferencia de encamisados calefactores 105. Los reactivos se
introducen en los reactores 100 mediante la tubería 107. El
catalizador, opcionalmente en combinación con un
co-catalizador o un agente activador, pueden
inyectarse en uno o en ambos reactores 100 y 116 mediante el
conducto 106. La suspensión en polimerización se hace circular
direccionalmente a través de los reactores de bucle 100 y 116, del
modo ilustrado por las flechas 108 por una o más bombas, por
ejemplo la bomba de flujo axial 101. Las bombas son accionadas por
un motor eléctrico 102. Las bombas pueden estar dotadas de un grupo
de hélices rotatorias 103. Los reactores 100 y 116 están dotados
además de una o más patas de sedimentación 109, conectadas a las
tuberías 104 de los reactores 100 y 116. Las patas de sedimentación
109 están provistas con preferencia de una válvula de aislamiento
110. Además, las patas de sedimentación pueden estar provistas de
válvulas 111 para la descarga o vaciado del producto o pueden estar
en comunicación directa con la sección posterior. Después de la
salida de la pata de sedimentación 109 del reactor 100 existe una
tubería de transferencia 112 que permite la transferencia de la
suspensión de polímero sedimentado en la pata de sedimentación 109
a otro reactor 116, con preferencia a través de la válvula de
pistón 115. A lo largo de la tubería de transferencia 112 existe una
válvula de tres vías 114 que dirige el caudal a una zona de
recuperación de producto, si el reactor de bucle múltiple tiene que
utilizarse en una configuración paralela. La suspensión de polímero
sedimentado en las patas de sedimentación 109 del reactor 116 puede
vaciarse mediante una o más tuberías de recuperación de producto
113, p.ej. hacia la zona de recuperación de producto.
Los dos reactores 100 y 116 y/o sus respectivas
patas de sedimentación están además conectados operativamente al
medio de medición 210, que está en comunicación operativa directa o
mediante modelos matemáticos o estadísticos con el medio de control
de válvula 220.
La presente invención abarca diferentes tipos de
medios de medición y medios de control de válvula, que pueden
satisfacer los fines de la invención. La invención es aplicable
además a medios mecánicos, hidráulicos o de otro tipo para la
transmisión de información. En casi todos los sistemas de control se
utiliza algún tipo de combinación de señales eléctricas,
neumáticas, mecánicas o hidráulicas. Sin embargo, el uso de otros
tipos de transmisión de señales, compatibles con el proceso y
equipo utilizado, está contemplado también dentro del alcance de la
invención.
La actuación y el control de un proceso de
descarga periódica pueden efectuarse empleando un equipo eléctrico
analógico, electrónico digital, neumático, hidráulico, mecánico o de
otro tipo o combinaciones de uno o más de dichos tipos de equipo.
Un medio computerizado se emplea en la forma preferida de ejecución
para operar y controlar los parámetros del proceso. En la presente
invención pueden emplearse ordenadores y otros tipos de
dispositivos computerizados.
La presente invención se refiere además a medios
computerizados que comprenden un controlador de proceso conectado
operativamente a las válvulas de descarga de dichas patas de
sedimentación.
Los procesos y reactores presentes permiten la
descarga de cada pata de sedimentación en un tiempo diferente y
durante un período de tiempo diferente, con lo cual se controla el
volumen de la suspensión de polímero que se descarga de cada pata,
de modo que el volumen descargado sea sustancialmente igual al
volumen de suspensión de polímero sedimentado en dicha pata de
sedimentación después de la descarga previa de dicha pata sin
descargar sustancialmente nada de suspensión no sedimentada.
El ajuste de la duración de la abertura de la
válvula de descarga de cada pata de sedimentación puede ser una
función de (a) la posición de cada pata de sedimentación en el
reactor de bucle y/o (b) las características geométricas de cada
pata de sedimentación y/o (c) el volumen de suspensión de polímero
sedimentado en cada pata de sedimentación.
Esto proporciona la ventaja de optimizar la
descarga de la suspensión de polímero sedimentado en una pata de
sedimentación concreta sin descargar otra suspensión no sedimentada,
reduciendo la cantidad de diluyente a reciclar y reduciendo también
los costes de fabricación.
Aunque la presente invención se ha descrito con
detalle considerable en referencia a las ciertas variantes
preferidas de la misma, son también posibles otras variantes. Por lo
tanto, el espíritu y el alcance de las reivindicaciones adjuntas no
deberían limitarse a las variantes preferidas descritas en la
presente solicitud.
Claims (14)
1. Reactor de bucle, idóneo para un proceso de
polimerización de olefinas, que consta de:
- una pluralidad de tuberías interconectadas que
definen un camino de flujo para la suspensión de polímero, dicha
suspensión consta esencialmente de un reactivo olefina, un
catalizador de polimerización, un diluyente líquido y partículas
sólidas de polímero de olefina,
- un medio para la introducción del reactivo
olefina, catalizador de polimerización y diluyente en dicho
reactor,
- una bomba idónea para mantener la suspensión
de polímero en circulación en dicho reactor,
- una o más patas de sedimentación conectadas a
las tuberías de dicho reactor,
- por lo menos un medio de medición idóneo para
determinar el volumen de la suspensión sedimentada dentro de las
patas de sedimentación y
- por lo menos un medio para el control de la
válvula, conectado a dicho medio de medición y a la válvula de
dichas patas de sedimentación.
2. Reactor de bucle según la reivindicación 1,
en el que el medio de control actúa en el intervalo entre dos
aberturas de la válvula.
3. Reactor de bucle según la reivindicación 1,
en el que el medio de control actúa en la duración de la abertura
de la válvula.
4. Reactor de bucle según la reivindicación 1,
en el que el medio de control actúa en la abertura de descarga de
la válvula.
5. Reactor de bucle según las reivindicaciones
1-4, en el que la suspensión que sale de la pata de
sedimentación se inyecta directamente a un segundo reactor de
bucle.
6. Proceso de polimerización para producir
polímeros de olefinas en un reactor de bucle, que consta de los
pasos de:
introducir en el reactor de bucle uno o más
reactivos olefina, catalizadores de polimerización y diluyentes y,
mientras circulan dichos reactivos, catalizadores y diluyentes,
polimerizar dichos uno o más reactivos olefina
para producir una suspensión de polímero que contiene esencialmente
el diluyente esencialmente líquido y partículas sólidas de polímero
de olefina,
dicho proceso consta además de uno o más ciclos
de:
(a) permitir que sedimente dicha suspensión de
polímero en una o más patas de sedimentación conectadas a dicho
reactor,
(b) descargar de una pata de sedimentación un
volumen predeterminado de suspensión de polímero, correspondiente
al volumen de suspensión de polímero sedimentado en dicha pata
previa después de la descarga previa, dicho volumen predeterminado
difiere en \pm 20%, con preferencia en \pm 15%, con mayor
preferencia en \pm 10% y con preferencia especial en \pm 5% del
volumen de suspensión de polímero sedimentado en dichas patas de
sedimentación desde su descarga previa.
7. Proceso según la reivindicación 6, que consta
de uno o más ciclos de:
(a) permitir que sedimente dicha suspensión de
polímero en una o más patas de sedimentación conectadas a dicho
reactor,
(b) hacer el seguimiento del volumen de la
suspensión de polímero sedimentada en una pata de sedimentación
después de la descarga previa,
(c) descargar de dicha pata de sedimentación un
volumen predeterminado de la suspensión de polímero sustancialmente
igual al volumen de suspensión de polímero sedimentado en dicha pata
de sedimentación después de la descarga previa.
8. Un proceso según la reivindicación 6, que
consta de uno o más ciclos de:
(a) permitir que dicha suspensión de polímero
sedimente en una o más patas de sedimentación conectadas a dicho
reactor,
(b) evaluar el tiempo T requerido para la
sedimentación de un volumen predeterminado de suspensión de polímero
en una pata determinada de sedimentación después del cierre previo
de dicha pata de sedimentación dada,
(c) disparar la descarga de dicho volumen
predeterminado de suspensión de polímero sedimentado de dicha pata
de sedimentación dada a la zona de recuperación de producto en dicho
tiempo T después del cierre previo de dicha pata y
(d) descargar durante un período determinado de
tiempo \Deltat dicho volumen predeterminado de suspensión de
polímero sedimentado desde dicha pata de sedimentación; dicho
volumen predeterminado es sustancialmente igual al volumen de una
suspensión de polímero sedimentado en dicha pata de sedimentación
después de la descarga previa.
9. Proceso según una cualquiera de las
reivindicaciones de 6 a 8, que comprende el paso de ajuste de tiempo
de abertura de una pata de sedimentación, de modo que el volumen de
suspensión de polímero que se descargue de dicha pata de
sedimentación sea sustancialmente igual al volumen de suspensión de
polímero que ha sedimentado en dicha pata de sedimentación después
de la descarga previa.
10. Proceso según una cualquiera de las
reivindicaciones de 6 a 9, que consta del paso de ajuste del tiempo
entre dos descargas para una pata de sedimentación, de modo que el
volumen de suspensión de polímero que se descargue de dicha pata de
sedimentación sea sustancialmente igual al volumen de suspensión de
polímero sedimentado en dicha pata de sedimentación después de su
descarga previa.
11. Proceso según una cualquiera de las
reivindicaciones de 6 a 10, que consta del paso de ajuste de la
abertura de carga de una pata de sedimentación, de modo que el
volumen de polímero a descargar de dicha pata de sedimentación sea
sustancialmente igual al volumen de suspensión de polímero
sedimentado en dicha pata de sedimentación después de su descarga
previa.
12. Proceso según una cualquiera de las
reivindicaciones de 6 a 11, que comprende el paso de evaluar el
volumen de polímero sedimentado en una pata después de su descarga
previa y de ajustar la velocidad de abertura de la válvula y/o la
abertura de un dispositivo de ajuste de caudal de modo que el
volumen descargado de una pata sea sustancialmente igual al volumen
sedimentado evaluado.
13. Proceso según una cualquiera de las
reivindicaciones de 6 a 12, que comprende la etapa de descarga de
una pata de sedimentación de un volumen predeterminado de suspensión
de polímero, igual al volumen de suspensión de polímero sedimentado
en dicha pata de sedimentación después de su descarga previa.
14. Proceso según una cualquiera de las
reivindicaciones de 6 a 12, que comprende la etapa de descarga de
una pata de sedimentación de un volumen predeterminado de suspensión
de polímero, superior al volumen de suspensión de polímero
sedimentado en dicha pata de sedimentación después de su descarga
previa.
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