ES2280077T3 - Metodo y dispositivo para optimizar el suministro de catalizador a un reactor de polimerizacion. - Google Patents

Abstract

Método para optimizar el suministro de catalizador a un reactor de polimerización (1) que consta de los pasos siguientes: a) preparar en un recipiente (3) la suspensión de catalizador que tenga una concentración apropiado para el uso en una reacción de polimerización por dilución de un catalizador de Ziegler-Natta sólido que tiene la fórmula general MXn, en la que M es un compuesto de metal de transición elegido entre los grupos de IV a VII, en la que X es halógeno y en la que n es la valencia del metal, en un diluyente hidrocarburo, b) trasvasar dicha suspensión de catalizador de dicho recipiente (3) a un recipiente regulador (4), en el que se almacena dicha suspensión y en el que se mantiene sustancialmente constante el nivel de la suspensión en dicho recipiente regulador (4), c) bombear dicha suspensión de catalizador desde el recipiente regulador (4) a dicho reactor (1) a través del conducto (8) con un caudal apropiado, controlado determinando la concentración de un reactivo dentro de dicho reactor (1) y d) poner en contacto una cantidad adecuada de co-catalizador con la suspensión de catalizador en dicho conducto (8) antes de la introducción de dicha suspensión de catalizador en dicho reactor.

Description

Método y dispositivo para optimizar el suministro de catalizador a un reactor de polimerización.

Ámbito de la invención

Esta invención se refiere a reacciones catalíticas. En un primer aspecto, la invención se refiere a un método para optimizar el suministro de catalizador a un reactor de polimerización. En otro aspecto, la invención se refiere a un dispositivo para la obtener y suministrar un catalizador a un reactor de polimerización.

Antecedentes

El polietileno (PE) se sintetiza mediante la polimerización de monómeros de etileno (CH_{2}=CH_{2}). Debido a que el PE es barato, seguro, estable en la mayoría de ambientes y fácil de procesar, los polímeros de polietileno son útiles para muchas aplicaciones. En función del método de síntesis, el PE puede clasificarse en general en varios tipos, tales como el LDPE (polietileno de baja densidad), LLDPE (polietileno lineal de baja densidad) y HDPE (polietileno de alta densidad). Cada tipo de polietileno tiene propiedades y características diferentes.

Se sabe que la polimerización de olefinas, p. ej. etileno, implica la polimerización del monómero de olefina con intervención de un catalizador organometálico de Ziegler-Natta y de un co-catalizador. Los sistemas de catalizadores para la polimerización y co-polimerización de olefinas conocidas como sistemas de Ziegler-Natta constan por un lado, como catalizador, de compuestos de metales de transición pertenecientes a los grupos de IV a VII de la Tabla Periódica de los elementos, y, por otro lado, como co-catalizadores, de compuestos organometálicos de los metales de los grupos de I a III de dicha Tabla. Los catalizadores empleados con mayor frecuencia son los derivados halogenados del titanio y del vanadio, asociados con preferencia con compuestos de magnesio. Además, los co-catalizadores empleados con mayor frecuencia son compuestos orgánicos de aluminio o de cinc. Cuando el catalizador es muy activo, especialmente cuando se emplea en presencia de una cantidad grande de un co-catalizador, se puede observar la formación de aglomerados de polímero, que pueden ser considerables. En un sistema típico de catalizador de Ziegler-Natta, el monómero, p. ej. el etileno o el propileno, se hace burbujear en una suspensión del catalizador y el etileno o el propileno polimerizan rápidamente para formar un polietileno o un polipropileno lineal de peso molecular elevado. Una característica de los catalizadores de Ziegler-Natta es que todos ellos dan lugar a polímeros de cadena lineal.

El uso de los catalizadores de Ziegler-Natta en un método de polimerización se ha mejorado a lo largo de un buen número de generaciones después del trabajo inicial de Ziegler y Natta en la década de los años 1950. La fuerza que ha impulsado los trabajos de desarrollo ha sido la búsqueda del aumento tanto de la actividad como de la estereoselectividad del sistema catalítico. Además del material de soporte, este contiene como catalizador actual un compuesto de metal de transición, p. ej. un compuesto de titanio, que se activa únicamente por adición de un co-catalizador que contenga aluminio.

Empleando catalizadores de Ziegler-Natta es habitual inyectar el catalizador en suspensión en un diluyente en la zona de reacción del reactor e introducir también las olefinas que se van a polimerizar. En la técnica anterior se han descrito varios métodos para suministrar el catalizador al reactor de polimerización.

En la patente US-3,846,394 se describe un proceso para la introducción de la suspensión del catalizador de Ziegler-Natta en un reactor. El proceso consiste en la preparación de la suspensión del catalizador de Ziegler-Natta, la transferencia de la suspensión mediante un conducto de alimentación que va desde la zona de almacenaje a la zona de dosificación y la introducción de la suspensión en el reactor. Con el fin de evitar el retroceso del monómero y otros contenidos del reactor a los conductos del catalizador de Ziegler-Natta, el proceso proporciona un conducto de alimentación del catalizador que se quiere alimentar con un diluyente inerte para el catalizador de Ziegler-Natta, dicho diluyente se introduce en dicho conducto en una zona anterior a la zona de dosificación.

En el documento WO 2004/026455 se describe un conjunto para la alimentación del catalizador en suspensión en un reactor de polimerización. Se prepara la suspensión del catalizador en un tanque de mezcla y a continuación se trasvasa a uno o más tanques de almacenaje. Los tanques de almacenaje están dotados de agitadores, de modo que la suspensión del catalizador se mantiene con una proporción esencialmente homogénea entre sólidos y líquido. Desde los tanques de almacenaje se bombea la suspensión de catalizador al reactor de polimerización a lo largo de un paso de líquido provisto de un medidor de caudal. El caudal de suspensión de catalizador puede ser continuo y/o puede ajustarse en base a un parámetro medido. El principal inconveniente del sistema presentado consiste en que no prevé la introducción del catalizador en el reactor de polimerización que se ha puesto en contacto previo con un co-catalizador idóneo.

Es bien conocido de la reacción de polimerización es muy sensible a la cantidad de catalizador utilizada y se sabe además que la cantidad de catalizador que se añade al reactor se basa en el caudal del catalizador hacia el reactor. Sin embargo, uno de los principales problemas de la inyección de la suspensión del catalizador de Ziegler-Natta en un diluyente al reactor de los métodos de la técnica anterior estriba en que es difícil controlar la cantidad de catalizador de Ziegler-Natta que se inyecta. Además, el catalizador tiende a adherirse a los medios de inyección, por ejemplo bombas y similares, y a los conductos que transportan la suspensión. Por ejemplo, en US-3,726,845 se describe la alimentación y control de la cantidad de catalizador y el matenimiento de la limpieza de la tubería de catalizador y las bombas mediante la alimentación alternativa de suspensión de catalizador y de diluyente a la zona de reacción, permitiendo un control cuidadoso de la cantidad de catalizador y un control de la limpieza del equipo, por ejemplo las tuberías y bombas y la ausencia de material adherido a ellas.

En el documento GB-838,395 se describe un proceso y un aparato para la producción de una suspensión de un catalizador sólido en un diluyente hidrocarburo para uso en una reacción química. El proceso consiste en preparar una suspensión concentrada de catalizador en un diluyente hidrocarburo y en mezclar dicha suspensión concentrada con diluyente adicional e introducir dicha mezcla en una zona de reacción. Según este proceso, se determina en continuo la capacidad inductiva específica de la suspensión, antes de introducirla en dicha zona de reacción, la capacidad inductiva de la suspensión depende de la concentración de catalizador en la suspensión. El proceso consiste además en regular la proporción de suspensión concentrada y diluyente añadido, que es la causa de las variaciones de dicha capacidad inductiva específica, a partir de un valor predeterminado, de modo que se mantenga la suspensión en un valor dieléctrico sustancialmente constante.

Además, otro problema que afecta al suministro de catalizador es la dificultad de controlar de forma adecuada el caudal de catalizador de Ziegler-Natta. El caudal de catalizador de Ziegler-Natta se fija en general para una cierta operación y los sistemas de alimentación no influyen en las variaciones del caudal de alimentación.

Se han publicado ciertos sistemas, en los que el caudal de catalizador puede controlarse y adaptarse. Por ejemplo, en US-5,098,667 se describe un sistema, en el que se suministra un caudal continuo de sólidos divididos en partículas a un reactor de polimerización mediante el bombeo continuo al reactor de una suspensión diluida de catalizador. El caudal de suspensión diluida se manipula continuamente con el fin de mantener el caudal deseado de partículas sólidas contenidas en la suspensión diluida a dicho reactor. En otro ejemplo, en el US-4,619,901 se describe un sistema, en el que la concentración del monómero sin reaccionar se mantiene en el líquido efluyente que sale del reactor de polimerización mediante la manipulación del caudal de catalizador alimentado al reactor de polimerización. Un inconveniente de los sistemas recién mencionados estriba en que estos sistemas son bastante complicados y se basan en una medición adecuada de las características de la suspensión del catalizador y de las condiciones de polimerización.

Otro problema relacionado con el ámbito del suministro de catalizador a un reactor consiste en el suministro de un co-catalizador durante la reacción de polimerización. Ya es conocido que la actividad de ciertos sistemas de catalizador de Ziegler puede mejorarse aumentando la cantidad de compuesto organometálico empleado como co-catalizador. En este caso, es necesario en general emplear como co-catalizadores en el medio de polimerización cantidades relativamente grandes de compuestos organometálicos. Sin embargo, esto conlleva inconvenientes tales como problemas de seguridad, debidos al hecho de que estos compuestos organometálicos se inflaman espontáneamente por contacto con el aire.

Se han propuesto ya un gran número de técnicas de introducción del co-catalizador. Por ejemplo, una técnica consiste en introducir directamente el co-catalizador en el reactor de polimerización. Sin embargo, tales métodos no permiten poner en contacto el co-catalizador con el catalizador de Ziegler-Natta antes de entrar en el reactor, a pesar de que este contacto previo sea particularmente deseable con el fin de proporcionar mezclas eficaces de catalizador de Ziegler-Natta y co-catalizador.

Otra técnica consiste en poner en contacto el catalizador y el co-catalizador antes de su introducción en el medio de polimerización. Por ejemplo, en US-3,726,845 se describe un sistema y un método, en el que el catalizador de Ziegler-Natta se pone en contacto con un co-catalizador de alquil-aluminio antes de suministrarse en forma de mezcla con un diluyente al reactor de polimerización. No obstante, en este último caso es difícil controlar el tiempo de contacto previo del catalizador con el co-catalizador. Además, un contacto previo insuficiente de un catalizador con su co-catalizador puede inducir la formación de ceras molestas.

Es, pues, un objeto general de esta invención el proporcionar un método mejorado para optimizar la introducción del catalizador en un reactor de polimerización. Es un objeto de la invención optimizar el suministro de un catalizador de Ziegler-Natta a un reactor de polimerización, en el que se fabrica polietileno. Más en particular, la presente invención tiene como objetivo el proporcionar un método que permite controlar eficazmente el caudal de un catalizador y, en particular, un catalizador de Ziegler-Natta, a un reactor de polimerización en el que se fabrica polietileno.

Otro objeto de la presente invención consiste en proporcionar un método para suministrar un catalizador y en particular un catalizador de Ziegler-Natta, en contacto previo con un co-catalizador, a un reactor de polimerización en el que se fabrica polietileno. La invención tiene también como objetivo proporcionar un método para preparar y suministrar una mezcla optimizada de catalizador de Ziegler-Natta y co-catalizador a un reactor de polimerización.

La presente invención tiene además como objetivo proporcionar un dispositivo para preparar una suspensión de catalizador, en particular un catalizador de Ziegler-Natta y para suministrar dicha suspensión de catalizador a un reactor de polimerización de un modo controlado y eficaz. Además, otro objetivo de la invención consiste en proporcionar un dispositivo para preparar una mezcla idónea de catalizador y co-catalizador y suministrar dicha mezcla a un reactor de polimerización en una forma controlada y eficaz.

Resumen

La presente invención se refiere en un primer aspecto a un método para la optimización del suministro de catalizador a un reactor de polimerización que consiste en los pasos de:

a) preparar la suspensión de catalizador en un recipiente, dicha suspensión consta de un catalizador de Ziegler-Natta sólido en un diluyente hidrocarburo, que tiene una concentración idónea para el uso en una reacción de polimerización,

b) proporcionar dicha suspensión de catalizador desde dicho reactor a un recipiente regulador, en el que se almacena dicha suspensión,

c) suministrar dicha suspensión de catalizador desde dicho recipiente regulador a dicho reactor a través de conductos con una caudal idóneo y

d) ponen en contacto una cantidad apropiada de un co-catalizador con dicha suspensión de catalizador antes de suministrar dicha suspensión de catalizador a dicho reactor.

La presente invención se caracteriza en particular porque se suministra una mezcla adecuada de catalizador y co-catalizador al reactor de polimerización. El método consiste en particular en poner una cantidad apropiada de co-catalizador en contacto con la suspensión de catalizador durante un período adecuado de tiempo antes de suministrar dicha suspensión de catalizador a dicho reactor. La presente invención proporciona un mejor contacto y formación de mezcla de co-catalizador y catalizador en el caso de que el co-catalizador se suministre directamente al reactor. El suministro de una mezcla adecuada de co-catalizador y catalizador al reactor proporciona un nivel más controlado y más uniforme de reactividad de polimerización en el reactor. Además, el contacto previo entre el catalizador y el co-catalizador influye positivamente en la granulometría del producto final de la polimerización y mejora la densidad aparente y la eficacia de sedimentación del producto de polimerización obtenido en el reactor de polimerización. Dicho método permite además un control más preciso de la proporción de inyección de catalizador y co-catalizador. De modo sorprendente, la adición de un co-catalizador a la suspensión de catalizador antes de la inyección al reactor de polimerización no induce la adhesión sobre los medios de inyección ni las tuberías que transportan la suspensión.

El presente método se caracteriza en particular porque el tiempo de contacto entre dicho co-catalizador y dicha suspensión de catalizador puede controlar y adaptarse de modo adecuado. El co-catalizador puede suministrar a la suspensión de catalizador en un recipiente regulador, lo cual es adecuado cuando se requiere un tiempo de contacto previo relativamente largo entre el catalizador y el co-catalizador. Como alternativa, el método consiste en poner en contacto el co-catalizador, con preferencia un co-catalizador ya definido antes, con dicha suspensión de catalizador presente en dichos conductos que comunican el recipiente regulador con el reactor de polimerización.

En una forma preferida de ejecución, el tiempo de contacto de dicho co-catalizador con dicha suspensión de catalizador en los conductos que comunican el recipiente regulador y el reactor de polimerización se amplía mediante la ampliación local del volumen de dichos conductos. Con arreglo al presente método, el tiempo de contacto previo entre el catalizador y el co-catalizador antes de la inyección en el reactor de polimerización puede controlarse bien y puede evitarse con eficacia la formación de ceras molestas, que podrían provocar la adhesión de la suspensión de catalizador a las tuberías de suministro y la interrupción del proceso de alimentación del catalizador.

La presente invención proporciona un método particular que permite suministrar suspensión de catalizador a un reactor con un caudal perfectamente controlable de suministro de catalizador. Por lo tanto, la presente invención proporciona en particular un método que consiste en controlar el nivel de suspensión de catalizador en dicho recipiente regulador. En una forma de ejecución todavía más preferida, la invención proporciona un método que consiste en mantener el nivel de la suspensión de catalizador en dicho recipiente regulador sustancialmente constante entre límites adecuados por encima de un cierto nivel idóneo y con preferencia entre el 80 y el 90% del volumen del recipiente. En la práctica, el nivel de la suspensión de catalizador en el recipiente regulador se mantiene sustancialmente constante comunicando el recipiente, en el que se prepara la suspensión y que contiene una cantidad fluctuante de suspensión, y el recipiente regulador. Esta comunicación permite transferir suspensión del recipiente al recipiente regulador, cuando el nivel de suspensión del recipiente regulador se empieza a situar por debajo de dicho nivel apropiado. Controlando el nivel de suspensión de catalizador que tiene una concentración idónea en el recipiente regulador en un nivel sustancialmente constante, el suministro de la suspensión de catalizador al reactor de polimerización quedará asegurar y podrá realizarse de modo controlado.

Además, según otra forma preferida de ejecución, la presente invención proporciona un método que consiste en controlar el caudal idóneo de dicha suspensión de catalizador a dicho reactor mediante la determinación de la concentración de un reactivo en dicho reactor. De modo ventajoso, la presente invención permite un control fino del suministro de catalizador al reactor en función de la reacción de polimerización en el reactor. La velocidad de producción de polimerización en el reactor puede controlar mediante el control del caudal de catalizador suministrado al reactor. Según este aspecto, se alimenta al reactor con una concentración adecuada y óptima de la suspensión de catalizador con un caudal idóneo y como consecuencia de ello pueden mejorarse de forma considerable la productividad en el reactor de polimerización y la consistencia del producto de la polimerización. Se evitan en gran manera las fluctuaciones de las propiedades y de la calidad del producto resultante de la reacción de polimerización. En la práctica, el ajuste fino del suministro de catalizador al reactor en función de la reacción de polimerización es posible montando un conducto que comunique el recipiente regulador con el reactor mediante un bombeo, que sea controlable y ajustable en función de la concentración de un reactivo en el reactor.

En otro aspecto, la presente invención se refiere a un dispositivo para preparar y suministrar catalizador a un reactor de polimerización, que consta de:

un recipiente para preparar una suspensión de catalizador, dicha suspensión consta de catalizador sólido en un diluyente hidrocarburo, que tenga una concentración idónea para el uso en una reacción de polimerización,

un recipiente regulador para el almacenaje de dicha suspensión de catalizador en una concentración idónea para el uso en una reacción de polimerización, dicho recipiente regulador está conectado a dicho recipiente mediante uno o más conductos y está dotado de uno o más conductos idóneos para trasvasar dicha suspensión de catalizador de dicho recipiente regulador a dicho reactor,

un medio de bombeo, dispuesto en cada uno de dichos conductos, para controlar la transferencia y el suministro de dicha suspensión de catalizador desde dicho recipiente regulador a dicho reactor y

consta además de un sistema de distribución del co-catalizador para poner en contacto una cantidad idónea de co-catalizador con la suspensión del catalizador antes de suministrar dicha suspensión de catalizador a dicho reactor; dicho sistema consta por lo menos de un recipiente de almacenaje de co-catalizador y un conducto conectado al mismo para transferir dicha co-catalizador desde dicho recipiente de almacenaje de co-catalizador a dicho recipiente regulador y/o a uno de dichos conductos que comunican el recipiente regulador con el reactor.

La presente invención proporciona un dispositivo que permite preparar suspensión de catalizador que tenga una concentración idónea para el uso en una reacción de polimerización. Dicho catalizador se prepara en el recipiente, donde se controla que se realice la adición de un diluyente hidrocarburo de tal manera que permite a la suspensión alcanzar una concentración adecuada, comprendida con preferencia entre el 0,1 y el 10% en peso.

El dispositivo permite además suministrar suspensión de catalizador de un modo controlado a un reactor de polimerización. Por lo tanto, el dispositivo está dotado en particular de un recipiente regulador, en el que la cantidad de suspensión se mantiene a un nivel sustancialmente constante, con preferencia entre el 80 y el 90% del volumen del recipiente, de manera que se eviten las fluctuaciones en la transferencia de suspensión desde el recipiente regulador al reactor. La cantidad de suspensión del recipiente regulador se mantiene a dicho nivel sustancialmente constante mediante el rellenado constante del recipiente regulador con suspensión preparada en el recipiente, después de que la cantidad de suspensión del recipiente regulador se haya situado por debajo de dicho nivel idóneo.

La presente invención proporciona además un dispositivo que permite ajustar el caudal de catalizador de dicho reactor en función de la concentración de reactivos y de este modo en función de la reacción de polimerización de dicho reactor. Por lo tanto, el presente dispositivo está dotado de un medio de bombeo en cada conducto para transferir y suministrar la suspensión de catalizador desde el recipiente regulador al reactor. Mediante un mecanismo de realimentación, el medio de bombeo es capaz de ajustarse y de ajuste fine del caudal de catalizador hacia el reactor en función de la concentración de un reactivo dentro de dicho reactor.

La presente invención proporciona un método para optimizar la reacción de polimerización en un reactor optimizando el proceso de suministro de catalizador a dicho reactor y proporcionando un dispositivo para efectuarlo, lo cual se fácil de diseñar, fácil de construir y económico de fabricar. La expresión "optimizar la reacción de polimerización" significa una mejora de la eficacia de la reacción de polimerización y/o una mejora de la calidad del producto de polimerización obtenido.

El método y el dispositivo según la invención son particularmente útiles para los procesos de polimerización de etileno y, con preferencia, un proceso para fabricar polietileno bimodal.

Las diversas propiedades que caracterizan la invención se describen en particular en las reivindicaciones adjuntas, que forman parte de esta solicitud. Para una mejor comprensión de la invención, sus ventajas operativas y sus objetos específicos que pueden obtenerse con su uso se remite a las figuras anexas y al contenido descriptivo, en los que se ilustran las formas de ejecución preferidas de la invención.

Descripción detallada de las figuras

La figura 1 es una representación esquemática de una forma preferida de ejecución de un dispositivo según la invención para preparar y suministrar catalizador a un reactor de polimerización.

La figura 2 es una representación detallada de un sistema para poner en contacto un co-catalizador con la suspensión de catalizador en un dispositivo según la presente invención.

Descripción detallada de la invención

Esta invención es aplicable especialmente a un proceso para suministrar un catalizador a un reactor de polimerización. La invención se describe en particular con referencia al suministro de catalizador a un reactor de polimerización, en el que se polimeriza etileno. El proceso de polimerización del etileno puede llevarse a cabo por ejemplo en reactores de bucle. La "polimerización de etileno" idónea incluye, pero no se limita a la homopolimerización del etileno, la copolimerización de etileno y una 1-olefina superior, por ejemplo el buteno, el 1-penteno, el 1-hexeno, el 1-octeno o el 1-deceno. La polimerización del etileno consiste en alimentar a un reactor los reactivos, incluidos el etileno monómero, un diluyente hidrocarburo ligero, un catalizador y, opcionalmente, un co-monómero e hidrógeno. En una forma de ejecución de la presente invención, dicho co-monómero es el hexeno y dicho diluyente es el isobutano.

En una forma de ejecución especialmente preferida, la invención se refiere a un proceso para suministrar un catalizador a un reactor de polimerización, en el que se fabrica polietileno bimodal. El término "PE bimodal" indica un PE que se fabrica empleando dos reactores, que están comunicados entre sí en serie. Sin embargo, el presente método para mejorar y optimizar el suministro de catalizador a un reactor de polimerización debería entenderse como aplicable a reactores, en los que pueden realizarse también otros tipos de reacciones de polimerización.

Según la presente invención, el término "catalizador" se define aquí como una sustancia que provoca un cambio en la velocidad de la reacción de polimerización sin que ella misma se consuma en la reacción. Según una forma preferida de ejecución, dicho catalizador es un catalizador de Ziegler-Natta. En la presente invención puede utilizarse cualquiera de los componentes catalizadores de compuestos de metales de transición de Ziegler-Natta suportados convencionales.

El catalizador de Ziegler-Natta tiene con preferencia la fórmula general MX_{n}, en la que M es un compuesto de metal de transición elegido entre los grupos de IV a VII, X es un halógeno y n es la valencia del metal. M es con preferencia un metal del grupo IV, del grupo V o del grupo VI, con mayor preferencia es el titanio, cromo o vanadio y con preferencia especial es el titanio. X es con preferencia cloro o bromo y con preferencia especial cloro. Los ejemplos ilustrativos de compuestos de metales de transición abarcan pero no se limitan a: TiCl_{3}, TiCl_{4}. En una forma especialmente preferida de ejecución de la invención, dicho catalizador es un catalizador de tetracloruro de titanio (TiCl_{4}).

Los catalizadores de Ziegler-Natta se suministran en general sobre un soporte, es decir, depositados sobre un soporte cristalino sólido. El suponer debería ser un sólido inerte, que sea químicamente no reactivo con uno cualquiera de los componentes de un catalizador convencional de Ziegler-Natta. El soporte es con preferencia un compuesto de magnesio. Los ejemplos de compuestos de magnesio que pueden utilizarse para proporcionar una fuente de soporte para el componente catalizador son los haluros de magnesio, los dialcoximagnesios, los haluros de alcoximagnesio, los oxihaluros de magnesio, los dialquilmagnesios, el óxidos de magnesio, el hidróxido de magnesio y los carboxilatos de magnesio.

El término "co-catalizador" empleado aquí indica un catalizador que puede utilizarse en combinación con otro catalizador con el fin de mejor la actividad y la disponibilidad del otro catalizador en una reacción de polimerización. En una forma preferida de ejecución, dicho co-catalizador es un catalizador idóneo para utilizarse en combinación con un catalizador de Ziegler-Natta. El co-catalizador se emplea para promover la actividad de polimerización del catalizador de Ziegler-Natta. En sentido amplio pueden utilizarse como co-catalizadores según la presente invención los compuestos organometálicos de los grupos de I a III de la Tabla Periódica. En una forma especialmente preferida de ejecución, dicho co-catalizador es un catalizador idóneo para utilizarse en combinación con un catalizador de Ziegler-Natta y es un compuesto orgánico de aluminio, que está opcionalmente halogenado, que tiene la fórmula general AlR_{3} o AlR_{2}Y, en la que R es un alquilo que tiene de 1 a 16 átomos de carbono y R puede ser el mismo o diferente y en el que Y es hidrógeno o un halógeno. Los ejemplos de co-catalizadores incluyen pero no se limitan a: trimetil-aluminio, trietil-aluminio, hidruro de diisobutil-aluminio, triisobutil-aluminio, tri-hexil-aluminio, cloruro de dietil-aluminio o etóxido de dietil-aluminio. Un co-catalizador especialmente preferido para el uso en la presente invención es el triisobutil-aluminio (TIBAL).

La invención se describirá a continuación con referencia a un método y un dispositivo para suministrar un catalizador de Ziegler-Natta, en particular un catalizador de tetracloruro de titanio (TiCl_{4}) a un reactor de polimerización, en el que se esté polimerizando el etileno. Como co-catalizador para el catalizador de Ziegler-Natta se alude al co-catalizador de tri-isobutil-aluminio. Sin embargo, deberá entenderse que el presente dispositivo es aplicable también a otros tipos de catalizadores y co-catalizadores.

Tal como se emplea aquí, el término "suspensión de catalizador" indica una composición que contiene partículas de catalizador sólido en suspensión en un diluyente. Según una forma preferida de ejecución de esta invención, las partículas de catalizador sólido son partículas de catalizador sólido de Ziegler-Natta y el diluyente es el isobutano.

El dispositivo que se describe a continuación corresponde al equipo requerido para la preparación e inyección de un catalizador. Si se tienen que alimentar dos o más catalizadores (diferentes) al reactor, entonces se proporcionarán dos o más dispositivos según la presente invención o se preparará una mezcla de catalizadores y se suministrará empleando el dispositivo según la presente invención. Se da por supuesto también que en caso de emplearse dos o más reactores, se podrán emplear uno o más dispositivos según la invención en los dos o más reactores.

Con respecto a la figura 1, en ella se ilustra una forma preferida de ejecución de un dispositivo según la presente invención. En general, el dispositivo según la invención consta de un recipiente 3 para preparar la suspensión de catalizador y un recipiente regulador 4 para almacenar dicha suspensión de catalizador en una concentración idónea para el uso en una reacción de polimerización. La suspensión de catalizador se bombea en continuo desde el recipiente regulador 4 al reactor 1 a través de uno o varios conductos 8. Los detalles de ingeniería de las válvulas, bombas, etc. se han omitido en las figuras por razón de claridad, pero los expertos en la materia ya saben cuales son sus versiones apropiadas.

El catalizador de Ziegler-Natta TiCl_{4} es sólido y se suministra en general en forma seca en bidones comerciales 20. En general, dichos bidones que contienen el catalizador seco en polvo no son capaces de soportar presiones elevadas. Por ejemplo, la presión en dichos bidones puede situarse entre 1,1 y 1,5 bar, con preferencia en 1,3 bar. Empleando sistemas apropiados, el catalizador se transfiere con preferencia de dichos bidones a un recipiente contenedor 2, que es idóneo para soportar presiones más elevadas, si fueran necesarias para el diluyente. En función del diluyente empleado, puede ser necesario transferir el catalizador a presión elevada al recipiente contenedor 2. Tal es el caso, por ejemplo, cuando se emplea el isobutano, ya que este diluyente solamente es líquido a una presión elevada. En el caso de emplear por ejemplo el hexano como diluyente, entonces no se requiere el recipiente contenedor 2, porque el diluyente es líquido a presiones bajas.

El recipiente contenedor 2 en general tiene una capacidad mayor que los bidones 20 y es idóneo para soportar niveles más elevados de presión que los bidones, con preferencia entre 1,1 y 16 bar. El purgado de tal recipiente contenedor 2 se realiza con preferencia mediante nitrógeno y la salida de los gases se dirige a la antorcha.

Según una forma preferida de ejecución, el catalizador de Ziegler-Natta se suministra de los bidones 20 al recipiente contenedor 2. Sin embargo, en una forma de ejecución alternativa, el catalizador de Ziegler-Natta puede suministrarse también en un contenedor comercial que sea idóneo para soportar presiones elevadas, comprendidas entre 1,1 y 16 bar, y con preferencia 6 bar. En tal caso no se requiere el uso del recipiente contenedor 2 y el catalizador puede alimentarse directamente desde el contenedor comercial al recipiente de preparación 3.

La suspensión de catalizador con una concentración idónea se prepara con arreglo a la invención en el recipiente 3. La suspensión de catalizador consta de un catalizador sólido en un diluyente hidrocarburo. Cuando se emplea el TiCl_{4} como catalizador pueden utilizarse hidrocarburos, tales como el hexano o el isobutano, para diluir el catalizador y obtener una suspensión de catalizador. Sin embargo, el principal inconveniente de emplear hexano como diluyente para preparar el catalizador es que una porción de hexano por lo general queda incluido en el producto polimerizado final, lo cual no es deseable. Por otro lado, el isobutano es más fácil de manejar, de purificar y de reciclar al proceso de polimerización que el hexano. Por ejemplo, desde que en el proceso de polimerización del etileno se emplea el isobutano como diluyente en la reacción, el isobutano empleado como diluyente del catalizador puede reciclarse fácilmente al proceso de polimerización. Por lo tanto, en una forma preferida de ejecución se emplea el isobutano como diluyente para el catalizador de TiCl_{4}. En una forma de ejecución especialmente preferida se emplea el isobutano puro para preparar el catalizador. El isobutano está presente en general en forma de gas a temperatura ambiente y presión atmosférica. Con el fin de obtener isobutano líquido para preparar la suspensión de catalizador se tienen que aplicar presiones mayores. Por tanto, las partículas de catalizador sólido se suministran al recipiente contenedor 2 y después al recipiente 3, en el que puede aplicarse una presión mayor, con preferencia entre 7 y 16 bar, y con preferencia especial de 8 bar.

La transferencia del catalizador de Ziegler-Natta del recipiente contenedor 2 al recipiente 3 se efectúa con preferencia por gravedad. Antes de transferir el catalizador de Ziegler-Natta desde el recipiente contenedor 3 al recipiente 3 se introduce el isobutano en el recipiente 3. El recipiente 3 está dotado de un sistema de entrada 15 para el suministro del diluyente. El diluyente se introduce en el recipiente 3 y se vacía el recipiente contenedor 2. Para evitar que quede catalizador residual en el recipiente contenedor 2, se enjuaga el recipiente con isobutano de manera que el catalizador residual se transfiera al recipiente de preparación 3. El recipiente de preparación 3 se agita mediante un dispositivo agitador o mezclador 12, montado en dicho recipiente, para mantener la homogeneidad de la suspensión de catalizador.

La suspensión de catalizador consta con preferencia de catalizador sólido en un diluyente hidrocarburo y se prepara para que tenga una concentración comprendida entre el 0,1 y el 10% en peso, con mayor preferencia se prepara para que tenga una concentración comprendida entre el 0,5 y el 5% en peso, con preferencia especial entre el 3 y el 4% en peso. La preparación de suspensiones de catalizador diluido que tengan estas concentraciones permite con ventaja el uso posterior de las bombas de diafragma 5 para inyectar la suspensión de catalizador en el reactor 1, del modo descrito a continuación con mayor detalle. En el caso de aplicarse otras concentraciones de la suspensión de catalizador, es obvio que tendrán que utilizarse otros tipos de dispositivos de bombeo.

Después de haberse preparado en el recipiente 3 la suspensión homogénea de catalizador de Ziegler-Natta se transfiere la suspensión de catalizador del recipiente 3 al recipiente regulador 4 a través de uno o más conductos 7 que comunican el recipiente 3 con el recipiente regulador 4. En la transferencia del recipiente 3 al recipiente regulador 4 interviene una válvula de control 16. La transferencia puede efectuarse manual o automáticamente. La transferencia de la suspensión de catalizador del recipiente 3 al recipiente regulador 4 se efectúa con preferencia a través de los tubos 7 controlados por dispositivos de bombeo. Dichos dispositivos de bombeo constan con preferencia de bombas sumergidas. La cantidad de suspensión de catalizador en el recipiente regulador 4 se mantiene en un nivel sustancialmente constante mediante el bombeo de suspensión de catalizador preparada en el recipiente 3 al recipiente regulador 4, una vez que la cantidad de suspensión de catalizador haya descendido por debajo de un cierto nivel en el recipiente regulador 4.

Según una forma preferida de ejecución, la cantidad de suspensión de catalizador en el recipiente 3 fluctúa. En una forma preferida de ejecución, el recipiente 3 se suministra con catalizador de Ziegler-Natta desde el recipiente contenedor 2 en el momento en el que el nivel del recipiente 3 se sitúa por debajo del 20% y de modo incluso más preferido por debajo del 35%. Los valores más bajos pueden conducir a fluctuaciones no deseadas de la concentración de la suspensión de catalizador en el recipiente 3 y pueden provocar la interrupción de la transferencia de suspensión de catalizador al recipiente regulador 4, en el que se mantiene un nivel sustancialmente constante de la suspensión de catalizador, lo cual conduce también a niveles fluctuantes de suspensión de catalizador en el recipiente regulador 4, lo cual no es deseable según la presente invención.

No obstante, a pesar de que la cantidad de suspensión de catalizador en el recipiente 3 pueda variar, el nivel de suspensión de catalizador en el recipiente regulador 4 se mantiene sustancialmente constante, es decir, por encima de un cierto nivel y entre ciertos límites idóneos. El nivel de suspensión de catalizador en el recipiente regulador 4 se mantiene sustancialmente constante entre el 40 y el 100% de la capacidad del recipiente, y con mayor preferencia entre el 60 y el 95% y incluso con mayor preferencia entre el 80 y el 90%. Con el fin de mantener dicho nivel sustancialmente constante de suspensión de catalizador en el recipiente regulador, se transfiere suspensión desde el recipiente 3 al recipiente regulador 4 desde el momento en el que el nivel de suspensión de catalizador del recipiente regulador 4 se sitúa por debajo de un nivel del 40% y con más preferencia por debajo de un nivel del 60 % o con mayor preferencia todavía por debajo de un nivel del 80%.

En un ejemplo, el nivel de suspensión de catalizador en el recipiente regulador puede determinarse por medición de la presión, p. ej. midiendo la presión en la parte inferior del recipiente y en la parte superior del recipiente.

El recipiente regulador 4 tiene con preferencia una capacidad grande para contener suficiente suspensión de catalizador, que sea suficientemente grande, de modo que la capacidad del recipiente diaria sea equivalente al tiempo que se necesita para preparar una nueva partida. Esto permite asegurar la producción continua y la disponibilidad del catalizador en la reacción de polimerización. Además, en otra forma preferida de ejecución, la presión en el recipiente regulador 4 se mantiene con preferencia entre 6 y 16 bar y en especial a 7 bar.

Los restos de catalizador pueden transportarse a través de un conducto, que está provisto de una válvula de control 21, a uno o más recipientes de vaciado 10. El recipiente de preparación 3 y el recipiente regulador 4 pueden vaciarse a un recipiente común o separado de vaciado 10. Dicho recipiente de vaciado 10 es con preferencia de mayor capacidad que el recipiente 3 y que el recipiente regulador 4. En el caso de preparación de un catalizador no idóneo, este puede vaciarse desde los recipientes 3 ó 4 a estos recipientes de vaciado 10. El recipiente de vaciado 10 es con preferencia un recipiente calefactado, que tiene un encamisado para el paso del vapor, en el que se evapora el diluyente, es decir, el isobutano. El encamisado de vapor es preferido para desorber el isobutano. El diluyente evaporado se envía a la destilación o a la antorcha. Con el fin de evitar la transferencia de fragmentos de catalizador, cuando se transfiere el diluyen te evaporado, se montan filtros de protección en los recipientes de vaciado 10. Los recipientes de vaciado 10 están dotados además de dispositivos para controlar la presión en dichos recipientes. Los restos de catalizador que quedan después de la evaporación del diluyente se eliminan de los recipientes 10, con preferencia mediante un sistema de drenaje, dispuesto en el fondo del recipiente 10 y se descargan los residuos eliminados en bidones y después se destruyen.

A continuación se transfiere la suspensión del catalizador de Ziegler-Natta desde el recipiente regulador 4 al reactor 1 a través de uno o más conductos 8. Los conductos 8 tienen con preferencia un diámetro comprendido entre 0,3 y 2 cm y con preferencia especial entre 0,6 y 1 cm. Cada conducto 8 está dotado de dispositivos de bombeo 5, que controlan la transferencia e inyección de la suspensión del catalizador de Ziegler-Natta a los reactores 1. En una forma especialmente preferida de ejecución, dichos dispositivos de bombeo son bombas de diafragma.

Tal como se representa en la figura 2, los conductos 8 salen con preferencia del recipiente regulador 4 en dirección vertical, formando un ángulo con preferencia superior a 10º y con mayor preferencia superior a 30º. Además, el conducto montado después del medio de bombeo 5 conduce la suspensión de catalizador hacia abajo, en un ángulo con preferencia superior a 10º. Esta configuración mejora la acción del medio de bombeo 5 y permite además evitar el taponamiento del medio de bombeo 5, ya que en esta configuración la suspensión de catalizador tiende a sedimentar fuera de las bombas 5 en caso de que las bombas 5 estén paradas.

Los conductos 8 están dotados además de un amortiguador de pulsaciones, válvulas de seguridad y medio de descarga del isobutano 17, ya sea en la entrada, ya sea en la salida, o a ambos lados de las bombas de diafragma 5, tal como se ilustra en la figura 2. El medio de descarga del isobutano 17 permite que fluya suficiente isobutano a través del conducto 8 para mantener limpios el conducto 8 y el medio de bombeo 5. Cuando se montan diferentes conductos 8 para comunicar el recipiente regulador 4 con el reactor 1, en general un conducto tiene un medio de bombeo activo 5, que estará operativo, mientras que los demás conductos 8 y el medio de bombeo 5 que no están operativos permanecerán en modo de espera. En este último caso, el conducto 8 permanece abierto y por el medio de bombeo 5 circulará con preferencia de forma constante una corriente idónea de diluyente.

Con el fin de reducir el riesgo de derrame, el catalizador debería almacenarse a una presión menor que el reactor, que está en general en torno a 43 bar, p. ej. se almacenará en el recipiente regulador en torno a 7 bar.

La presión en los conductos 8 se situará con preferencia entre 45 y 65 bar. Esta presión elevada, si se compara con los valores de presión existentes en el recipiente 3 y en el recipiente regulador 4, es necesaria para introducir el catalizador con una presión suficiente dentro del reactor.

Es importante controlar correctamente el flujo de catalizador al reactor y bombear la suspensión de catalizador al reactor en un caudal controlado y limitado. Un caudal inesperado hacia el reactor podría conducir a una reacción de embalamiento. Un caudal fluctuante hacia el reactor podría conducir a una menor eficacia y a fluctuaciones en la calidad del producto. Por lo tanto, en una forma de ejecución especialmente preferida, los caudales que arroja la bomba 5 se controlarán con la actividad del reactor 1. El medio de bombeo es controlable en especial en función de la concentración de un reactivo de dicho reactor. Dicho reactivo es con preferencia la concentración de monómero, es decir, etileno, en el reactor. Sin embargo, es obvio que los medios de bombeo deberán controlarse también en función de la concentración de otros reactivos, p. ej. las concentraciones de co-monómero o de hidrógeno en el reactor. Empleando medios de bombeo 5, la invención proporciona un segundo control eficaz del caudal de catalizador. En particular, el caudal del catalizador de Ziegler-Natta hacia el reactor se controla ajustando la carrera y/o la frecuencia de las bombas de diafragma. Además, los caudales se controlan por la concentración de etileno en el reactor. En el caso de que la concentración de etileno sea alta en el reactor, se podrá añadir más catalizador al reactor y viceversa. De este modo se toman en consideración las variaciones de la velocidad de polimerización del etileno y la productividad actual y las propiedades del producto no fluctúan de modo significativo.

Además, los conductos 8 están dotados de medios de medición de caudal 9 para medir rápidamente el caudal de catalizador que circula en los conductos 8. Estos medios de medición de caudal 9 son con preferencia caudalímetros de Coriolis, que están montados con preferencia después de dicho medio de bombeo 5.

El dispositivo presente constituye un sistema de distribución del co-catalizador, para poner el co-catalizador en contacto con dicha suspensión de catalizador antes de suministrar dicha suspensión de catalizador a dicho reactor. Cuando se emplea un catalizador de Ziegler-Natta, es preferido como co-catalizador el tri-isobutil-aluminio (TIBAL). Tal co-catalizador actúa como un auténtico catalizador, lo cual significa que el co-catalizador participa en la reacción de polimerización que tiene lugar en el reactor.

El sistema de distribución del co-catalizador 13 puede constar de dos recipientes de almacenaje del co-catalizador, en los que se prepara y se almacena el co-catalizador. Un recipiente contiene un nivel elevado de co-catalizador y está comunicado a través del conducto 14 con el recipiente de preparación 3 para suministra el co-catalizador a este último. Este recipiente puede comunicarse también con el conducto 8 para entregar co-catalizador a este último. Otro recipiente está comunicado con el conducto 8 a través del conducto 14, para transferir dicho co-catalizador al conducto 8, del modo ilustrado en la figura 2.

El tiempo de contacto del catalizador de Ziegler-Natta con el co-catalizador TIBAL y la proporción entre el catalizador de Ziegler-Natta y el co-catalizador TIBAL tienen una influencia importante en la granulometría y también en la actividad del producto final de la polimerización. Empleando un co-catalizador TIBAL pueden obtenerse partículas de polietileno de mayor tamaño y actividad. Además, el contacto previo del co-catalizador TIBAL con el catalizador de Ziegler-Natta mejora la densidad aparente y la eficacia de sedimentación del polietileno obtenido en el reactor de polimerización. En función del tiempo de contacto previo deseado se inyectará una cantidad idónea de co-catalizador TIBAL ya sea al recipiente 3, en el caso de que se requiere un tiempo prolongado de contacto previo entre el catalizador de Ziegler-Natta y el co-catalizador TIBAL; o a los conductos 8, después de las bombas de diafragma 5, antes de entrar en el reactor 1, en el caso de que se requiere un tiempo corto de contacto previo entre el catalizador de Ziegler-Natta y el co-catalizador TIBAL.

Los co-catalizadores se suministran en general en bidones comerciales. En un recipiente de almacenaje del sistema de distribución de co-catalizador 13, el co-catalizador TIBAL se distribuye en general en forma de una solución en hexano, pero puede distribuirse también en forma pura. El co-catalizador TIBAL se trasvasa del recipiente de almacenaje a través del conducto de inyección de co-catalizador 14, al conducto 8, que comunica el recipiente regulador 4 con el reactor 1. El conducto 14 intersecta con el conducto 8 después de las bombas de diafragma 5 y antes del reactor 1. En el caso de que exista un medidor de caudal 9 en los conductos 8, el conducto de alimentación de co-catalizador 14 intersecta con el conducto 8 con preferencia después de dicho medidor de caudal 9.

En el caso de que se inyecte el co-catalizador TIBAL al conducto 8, el punto de inyección estará situado a una distancia del reactor que permita un cierto tiempo de contacto previo con el catalizador antes de la entrada de este en el reactor. Con el fin de disponer de un tiempo suficiente de contacto previo, con preferencia entre 5 segundos y 2 minutos y por ejemplo entre 5 segundos y 1 minutos entre el catalizador de Ziegler-Natta y el co-catalizador TIBAL, se instalan recipientes pequeños de contacto 11 en los conductos 8, después del punto de inyección del sistema de distribución del co-catalizador. Dichos recipientes de contacto 11 están posicionados con preferencia en sentido vertical en dichos conductos 8. Los recipientes de contacto pueden estar agitados o no.

Dichos recipientes de contacto contienen con preferencia un conducto que tiene un diámetro por lo menos de 1,5 a 50 veces mayor, por ejemplo 2, 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 ó 50 veces mayor que el diámetro de dichos conductos 8. En una forma preferida de ejecución, los conductos 8 tienen un diámetro comprendido entre 0,3 y 2 cm y con preferencia entre 0,6 y 1 cm, mientras que el diámetro de los recipientes de contacto se sitúa entre 1 y 15 cm y con preferencia entre 6 y 9 cm.

En otra forma de ejecución, cuando se trabaja con arreglo a la presente invención, todas las tuberías, recipientes, bombas, válvulas, etc. pueden mantenerse limpias de material adherido mediante la circulación o el purgado con nitrógeno o un diluyente, es decir, isobutano. Se da por supuesto que cuando es necesario, el dispositivo de la invención dispone de medios y tuberías de limpieza y purgado con el fin de mantener el taponamiento o el bloqueo.

En un ejemplo, empleando un dispositivo de la presente invención se diluye un bidón de 80 kg que contiene el catalizador de Ziegler-Natta sólido en aproximadamente 2000 kg de diluyente isobutano. Esta cantidad de catalizador permite obtener 1.000.000 kg de polietileno y el catalizador preparado es idóneo para alimentarse en el reactor con un caudal bajo durante 4 ó 5 días.

En otra forma de ejecución, la suspensión de catalizador se inyecta con un caudal controlado al reactor. Los conductos 8 para transferir la suspensión de catalizador al reactor están equipados con una o más válvulas, con preferencia con válvulas de pistón 18. Las válvulas de pistón 18 son capaces de sellar el orificio que comunica el conducto 8 con el reactor 1, tal como se ilustra en la figura 2. Cuando se emplean conductos diferentes 8 para trasvasar la suspensión de catalizador a un reactor, solamente en un conducto 8 el medio de bombeo bombea activamente suspensión al reactor, mientras que en otros conductos 8 las bombas no están activas y los conductos se limpian con preferencia mediante la circulación de isobutano.

El dispositivo según la invención puede utilizarse para alimentar a un solo reactor de polimerización. En una forma preferida de ejecución, el dispositivo según la invención se utiliza para alimentar un reactor de polimerización que consta de dos reactores de buche llenos de líquido, que consta de un primer reactor y un segundo reactor comunicados en serie por de una o más patas de sedimentación del primer reactor que permiten la descarga de suspensión del primer reactor a dicho segundo reactor. Estos reactores conectados en serie son particularmente idóneos para la fabricación de polietileno bimodal. El presente dispositivo, que consta de un recipiente contenedor 2, el recipiente 3, el recipiente regulador 4 y el sistema de almacenaje y distribución del co-catalizador 13 y opcionalmente uno o más recipientes de vaciado 10, puede utilizarse en ambos reactores. El número de conductos 8 puede dividirse entre el primer reactor y el segundo reactor. Es posible además utilizar un dispositivo para la preparación y la inyección de dos catalizadores, p. ej. cuando se emplean dos catalizadores diferentes.

Queda claro por la presente descripción que los números de las dimensiones de los diferentes componentes del dispositivo se refieren al tamaño del reactor de polimerización y que pueden cambiarse en función de los tamaños de reacción.

En otra forma de ejecución, la presente invención se refiere a un método para optimizar el suministro de catalizador a un reactor de polimerización 1 que consiste en los pasos siguientes:

a) preparar una suspensión de catalizador en un recipiente 3, dicha suspensión consta del catalizador de Ziegler-Natta sólido, con preferencia un catalizador de Ziegler-Natta definido antes, en un diluyente hidrocarburo que tiene una concentración idónea para el uso en una reacción de polimerización,

b) trasvasar dicha suspensión de catalizador de dicho recipiente 3 al recipiente regulador 4, en el que se almacena la suspensión,

c) suministrar dicha suspensión de catalizador desde dicho recipiente regulador 4 a dicho reactor 1 a través de los conductos 8 con un caudal apropiado y

d) poner en contacto una cantidad idónea de co-catalizador con la suspensión de catalizador en dichos conductos 8 antes de suministrar dicha suspensión de catalizador a dicho reactor.

Dicho método es con preferencia un método para optimizar el suministro de catalizador a un reactor de polimerización 1, en el que se fabrica polietileno y, con preferencia, polietileno bimodal.

En ciertos casos puede ser necesario o ventajoso poner el catalizador en contacto con un co-catalizador, tal como se ha indicado antes. Por lo tanto, el presente método se caracteriza en especial porque consta del paso de poner en contacto el co-catalizador con dicha suspensión de catalizador antes de suministrar la suspensión de catalizador a dicho reactor. El co-catalizador es con preferencia un compuesto de aluminio, ya definido antes.

El método consiste en poner en contacto un co-catalizador, con preferencia un co-catalizador ya definido antes, con dicha suspensión de catalizador presente en el conducto 8. El sistema de distribución del co-catalizador consta con preferencia de un recipiente de almacenaje y un conducto 14 que intersecta con el conducto 8. En otra forma preferida de ejecución, el método consiste además en ampliar el tiempo de contacto de dicho co-catalizador con dicha suspensión de catalizador en los conductos 8, mediante la ampliación local del volumen de dichos conductos 8. Ampliando localmente el volumen de los conductos se consigue un mejor contacto previo entre el co-catalizador y el catalizador. El contacto previo entre el catalizador y el co-catalizador influye positivamente en la granulometría del producto final de la polimerización y mejora la densidad aparente y la eficacia de sedimentación del producto de polimerización obtenido en el reactor de polimerización. Durante el proceso de activación, si es demasiado grande la cantidad de co-catalizador que entra en contacto con las partículas del catalizador, no solo se reduce la actividad catalítica, sino que puede producirse un auténtico daño. El presente método permite además con ventaja controlar con mayor precisión la proporción de inyección de catalizador y co-catalizador.

La suspensión de catalizador se prepara en general a partir del catalizador sólido, que se suspende en un diluyente hidrocarburo. El catalizador sólido se suministra en general en bidones comerciales, en condiciones que no permiten la preparación de la suspensión del catalizador, p. ej. los bidones comerciales son demasiado pequeños o no permiten que se les aplique una presión elevada, como es la requerida por el diluyente utilizado. En función del diluyente utilizado, puede que sea necesario aplicar una presión elevada al catalizador. Por lo tanto, en una forma preferida de ejecución, dicho método consiste además en un paso adición de trasvase del catalizador sólido desde el recipiente contenedor 2 al recipiente 3, en el que se prepara una suspensión diluida de catalizador, de una concentración apropiada. Como alternativa, el catalizador de Ziegler-Natta puede suministrarse también en un contenedor comercial que sea capaz de aguantar presiones elevadas. En tal caso no se requiere el uso del recipiente contenedor 2 y la suspensión concentrada del catalizador se alimenta directamente desde el contenedor comercial al recipiente de preparación 3.

El método consiste con preferencia en controlar el nivel de suspensión de catalizador en dicho recipiente regulador 4. Con mayor preferencia todavía, la invención se refiere a un método para mantener sustancialmente constante el nivel de la suspensión de catalizador en dicho recipiente regulador 4. Esto es posible en particular montando dos recipientes, un recipiente 3, en el que se prepara la suspensión y que puede contener cantidades fluctuantes de suspensión de catalizador, y un recipiente regulador 4, que contiene un nivel sustancialmente constante de suspensión de catalizador, con preferencia entre el 40 y el 100% y con mayor preferencia entre el 60 y el 95% y con preferencia especial entre el 80 y el 90%. El nivel de suspensión de catalizador en el recipiente regulador 4 se mantiene constante comunicando el recipiente regulador 4 con el recipiente 3 mediante tubos 7, en particular mediante tubos que están bajo el control del medio de bombeo. A través de estos tubos 7 se bombea la suspensión de catalizador desde el recipiente 3 al recipiente regulador 4, cuando el nivel de suspensión de catalizador en el recipiente regulador 4 se ha situado por debajo de los valores de consigna indicados antes. Con este mecanismo se asegura un suministro continuo de suspensión de catalizador sin fluctuaciones importantes al reactor de polimerización. De este modo, el reactor de polimerización recibe continuamente la suspensión de catalizador en una concentración idónea, lo cual aumentará la eficacia de la reacción de polimerización en el reactor.

En otra forma de ejecución, el método según la invención permite controlar el caudal apropiado de suspensión de catalizador al reactor 1 determinando la concentración de un reactivo en dicho reactor 1. Dicho reactivo es con preferencia la concentración del monómero, es decir, el etileno, en el reactor. No obstante, es obvio que la determinación de otros reactivos, p. ej. las concentraciones de co-monómero o de hidrógeno en el reactor está también contemplada dentro del alcance de la presente invención. En la práctica, este mecanismo se consigue montando medios de bombeo en cada conducto para la transferencia y suministro de suspensión de catalizador desde el recipiente regulador al reactor, dicho medio de bombeo es capaz de ajustar y regular el caudal de catalizador en función de la concentración de un reactivo en dicho reactor.

En ciertos casos puede ser necesario o ventajoso poner el catalizador en contacto con un co-catalizador, tal como se ha indicado antes. Por lo tanto, la presente invención proporciona un método que consiste en el paso de poner en contacto un co-catalizador con dicha suspensión de catalizador antes de introducir la suspensión de catalizador en dicho reactor. El co-catalizador es con preferencia compuesto de aluminio, ya definido antes.

El método consiste en poner en contacto un co-catalizador, con preferencia un co-catalizador ya definido antes, con dicha suspensión de catalizador que se halla en los conductos 8. El sistema de distribución de co-catalizador 13 consta con preferencia de un nivel de almacenaje y un conducto 14 que intersecta con el conducto 8. En otra forma preferida de ejecución, el método consiste además en ampliar el tiempo de contacto de dicho co-catalizador con dicha suspensión de catalizador en el conducto 8 mediante la ampliación local del volumen de dicho conducto 8. Con la ampliación local del volumen del conducto se consigue un mejor contacto previo entre el co-catalizador y el catalizador. El contacto previo entre el catalizador y el co-catalizador influye positivamente en la granulometría del producto final de la polimerización y mejora la densidad aparente y la eficacia de sedimentación del producto obtenido en reactor de polimerización. Durante el proceso de activación, si es excesiva la cantidad de co-catalizador que entra en contacto con las partículas del catalizador, la actividad del catalizador no solo se reduce, sino que puede sufrir una auténtica merma. El presente método permite también con ventaja controlar de modo más preciso la proporción de inyección de catalizador y co-catalizador.

En otra forma preferida de ejecución, la presente invención proporciona un método para el suministro continuo de suspensión de catalizador desde el recipiente regulador 4 al reactor 1 a través del conducto 8 en un caudal apropiado. En una forma preferida de ejecución, la presente invención proporciona en particular un método que permite el suministro continuo de catalizador a un reactor, sin interrupción del caudal del catalizador.

En otra forma preferida de ejecución, la invención se refiere a un método, en el que el caudal de catalizador al reactor se mide cuidadosamente, mediante medición del caudal líquido, empleando un medio de medición de caudal, por ejemplo y con preferencia un medidor de caudal de Coriolis.

Claims (21)

1. Método para optimizar el suministro de catalizador a un reactor de polimerización (1) que consta de los pasos siguientes:

a) preparar en un recipiente (3) la suspensión de catalizador que tenga una concentración apropiado para el uso en una reacción de polimerización por dilución de un catalizador de Ziegler-Natta sólido que tiene la fórmula general MX_{n}, en la que M es un compuesto de metal de transición elegido entre los grupos de IV a VII, en la que X es halógeno y en la que n es la valencia del metal, en un diluyente hidrocarburo,

b) trasvasar dicha suspensión de catalizador de dicho recipiente (3) a un recipiente regulador (4), en el que se almacena dicha suspensión y en el que se mantiene sustancialmente constante el nivel de la suspensión en dicho recipiente regulador (4),

c) bombear dicha suspensión de catalizador desde el recipiente regulador (4) a dicho reactor (1) a través del conducto (8) con un caudal apropiado, controlado determinando la concentración de un reactivo dentro de dicho reactor (1) y

d) poner en contacto una cantidad adecuada de co-catalizador con la suspensión de catalizador en dicho conducto (8) antes de la introducción de dicha suspensión de catalizador en dicho reactor.

2. Método según la reivindicación 1, que consiste en ampliar el tiempo de contacto de dicho co-catalizador con dicha suspensión de catalizador en el conducto (8) mediante la ampliación del volumen de dicho conducto (8).

3. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho co-catalizador es un compuesto orgánico de aluminio, que está opcionalmente halogenado y tiene la fórmula general AlR_{3} o AlR_{2}Y, en las que R es un alquilo que tiene de 1 a 16 átomos de carbono y R puede ser igual o diferente y en las que Y es hidrógeno o halógeno.

4. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que consiste además en mantener el nivel de suspensión de catalizador en dicho recipiente regulador (4) entre el 80 y el 90% del volumen del recipiente.

5. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que consiste además en el paso de trasvasar catalizador sólido del recipiente contenedor (2), en el que se almacena dicho catalizador sólido a una presión idónea, al recipiente (3).

6. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que consiste en suministrar de modo continuo dicha suspensión de catalizador desde el recipiente regulador (4) a dicho reactor (1) a través del conducto (8) con un caudal apropiado.

7. Dispositivo para preparar y suministrar catalizador a un reactor de polimerización (1), que consta de:

- un recipiente (3) para preparar la suspensión de catalizador, dicha suspensión contiene catalizador sólido en un diluyente hidrocarburo, que tiene una concentración idónea para el uso en una reacción de polimerización,

- un recipiente regulador (4) para almacenar dicha suspensión de catalizador en una concentración adecuada para el uso en una reacción de polimerización, dicho recipiente regulador (4) está comunicado con dicho recipiente (3) mediante uno o más conductos (7) y está dotado de uno o más conductos (8) para el trasvase de la dicha suspensión de catalizador desde dicho recipiente regulador (4) a dicho reactor (1),

- un medio de bombeo (5), montado en cada uno de dichos conductos (8), para controlar la transferencia y el suministro de dicha suspensión de catalizador desde dicho recipiente regulador (4) a dicho reactor (1) y

- consta además de un sistema de distribución del co-catalizador (13) para poner en contacto una cantidad adecuada del co-catalizador con la suspensión del catalizador antes de introducir la suspensión de catalizador en el dicho reactor, dicho sistema consta por lo menos de un recipiente de almacenaje del co-catalizador y un conducto (14) conectado al miso para el trasvase de dicho co-catalizador desde dicho recipiente de almacenaje de co-catalizador a uno o más conductos (8).

8. Dispositivo según la reivindicación 7, en el que dicho conducto (8) está dotado de recipiente de contacto (11) para ampliar el tiempo de contacto de dicho co-catalizador con dicha suspensión de catalizador en dicho conducto (8).

9. Dispositivo según las reivindicaciones 7 ú 8, en el que dicho recipiente de contacto (11) está situado en el conducto (8) después del punto de inyección del sistema de distribución del co-catalizador (13).

10. Dispositivo según las reivindicaciones 7 ú 8, en el que dicho recipiente de contacto (11) está situado en el conducto (8) en posición vertical.

11. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones de 7 a 10, en el que el recipiente de contacto (11) está agitado.

12. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones de 7 a 11, en el que el recipiente de contacto (11) contiene un conducto que tiene un diámetro que es por lo menos de 1,5 a 50 veces mayor que el diámetro de dicho conducto (8).

13. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones de 7 a 12, en el que dichos conductos (7) que comunican dicho recipiente (3) con dicho recipiente regulador (4) constan de tubos controlados por un medio de bombeo.

14. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones de 7 a 13, en el que dichos medios de bombeo (5) provistos de dicho conducto (8) están controlados en función de la concentración de un reactivo en dicho reactor (1).

15. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones de 7 a 14, que contiene además medios de medición de caudal (9) en dicho conducto (8) para medir el caudal del catalizador.

16. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones de 7 a 15, que consta además de un recipiente contenedor (2) para almacenar catalizador sólido a una presión adecuada y para transferir dicho catalizador sólido al recipiente (3), dicho recipiente contenedor (2) está conectado a dicho recipiente (3) mediante un conducto (6).

17. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones de 7 a 16, en el que dicho reactor de polimerización (1) es idóneo para la fabricación de polietileno y con preferencia para fabricar polietileno bimodal.

18. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones de 7 a 17, en el que dicho catalizador es un catalizador de Ziegler-Natta que tiene la fórmula general MX_{n}, en la que M es un compuesto de metal de transición elegido entre el grupo de IV a VII, en la que X es halógeno, y en la que n es la valencia del
metal.

19. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones de 7 a 18, en el que dicho co-catalizador es un compuesto orgánico de aluminio, que está opcionalmente halogenado y tiene la fórmula general AlR_{3} o AlR_{2}Y, en la que R es un alquilo que tiene de 1 a 16 átomos de carbono y R puede ser el mismo o diferente y en la que Y es hidrógeno o halógeno.

20. Uso de un dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones de 7 a 19 para preparar y optimizar el suministro de un catalizador de Ziegler-Natta a un reactor de polimerización (1), en el que se fabrica polietileno, con preferencia polietileno bimodal.

21. Uso de un dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones de 7 a 19 para preparar una mezcla de catalizador y co-catalizador y para optimizar el suministro de dicha mezcla a un reactor de polimerización (1), en el que se fabrica polietileno, con preferencia polietileno bimodal.