ES2291668T3 - Reactor de poliolefina de bucle de suspension. - Google Patents
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Abstract
Un reactor de bucle de suspensión que tiene uno o mas bucles y que comprende en por lo menos uno o mas de los bucles, un conducto de derivación (2) que conecta dos puntos del bucle principal (1) mediante una vía alternativa que tiene un tiempo de transito diferente que el de la vía principal, lo cual mejora la homogeneidad de la suspensión circulante.
Description
Reactor de poliolefina de bucle de
suspensión.
El presente invento se refiere a la
polimerización de monómeros olefínicos en un reactor de bucle de
suspensión.
Polietileno de alta densidad (HDPE) se produjo
por primera vez mediante polimerización de adición llevada a cabo
en un líquido que fue un disolvente para el polímero resultante. El
método se sustituyó rápidamente mediante polimerización bajo
condiciones de suspensión según Ziegler o Phillips. Mas
concretamente la polimerización de suspensión se llevó a cabo de
modo continuo en un reactor de bucle. Se forma un efluente de
polimerización que es una suspensión de sólidos de polímero en
partículas suspendidos en un medio líquido, normalmente el diluente
de reacción y monómero sin reaccionar (véase, por ejemplo,
US-A-2.285.721). Es deseable separa
el polímero y el medio líquido que comprende un diluente inerte y
monómeros sin reaccionar sin exponer el medio líquido a
contaminación de modo que dicho medio líquido pueda reciclarse a la
zona de polimerización con purificación mínima o sin purificación.
Como se describe en US-A-3.152.872
se recoge una suspensión de polímero y el medio líquido en una o
mas patas de sedimentación del reactor de bucle de suspensión desde
donde se descarga periódicamente la suspensión a una cámara flash
operando así en una forma de partidas.
La mezcla se somete a vaporización instantánea
con el fin de eliminar el medio líquido del polímero. Luego es
necesario recomprimir el diluente de polimerización vaporizado para
condensarlo a una forma líquida antes de reciclarlo como diluente
líquido a la zona de polimerización después de purificación de ser
necesario.
Se requiere con frecuencia patas de
sedimentación para mejorar la concentración de polímero en la
suspensión extraída del reactor. Sin embargo presentan varios
problemas ya que imponen una técnica de partidas en un proceso
continuo.
La EP-A-0 891
990 y US-A-6 204 344 describe dos
métodos para disminuir el comportamiento discontinuo de las patas
de sedimentación y así para aumentar la concentración de sólidos. Un
método consiste en sustituir la operación discontinua de las patas
de sedimentación mediante una retirada continua de la suspensión
enriquecida. Otro método comprende utilizar una bomba de
circulación mas agresiva.
La EP-A-0 307
238, US-A-5602216,
EP-A-0516037 y
DE-A-2635471 describen todas
reactores de bucle de circulación apropiados para polimerización de
monómeros olefínicos.
Estos métodos mejoran ligeramente la continuidad
de la circulación y por tanto el contenido de sólidos, pero existe
todavía un amplio espacio para mejora. Evidentemente, los reactores
de bucle de suspensión no son reactores de mezclado perfecto. La
suspensión se compone de una fase líquida y una fase sólida. Debido
a las diferencias significantes entre las masas específicas del
líquido y de los sólidos, y debido a la viscosidad muy baja del
líquido los componentes de la suspensión se separan por la fuerza
centrífuga cuando se desplazan a través de una curva siendo
empujados los sólidos hacia la parte exterior de la curva. Existe
así un perfil de concentración en la sección normal del reactor. La
fuerza centrífuga ejercida por la bomba de circulación es también
muy grande y disminuye de modo significante la concentración de
sólidos en la parte media del reactor acumulando los sólidos junto
a las paredes. Existen numerosas otras causas de heterogeneidad tal
como, por ejemplo:
- -
- la naturaleza de la alimentación procedente del reactor que, bajo condiciones normales, se compone de fases líquidas y gaseosas mezcladas;
- -
- alimentación de catalizador discontinua, que se produce corrientemente con catalizadores a base de cromo;
- -
- extracción de patas de sedimentación discontinua.
Cuando el reactor es empujado a sus límites de
operabilidad el consumo de energía de la bomba de circulación
aumenta de media y se vuelve menos estable y la temperatura del
reactor de vuelve inestable.
Constituye un objeto del presente invento evitar
la producción de las inestabilidades antes descritas.
Constituye otro objeto del presente invento el
producir un polímero con densidad de masa mejorada y reducida
distribución de peso molecular.
Constituye también un objeto del presente
invento mejorar la productividad catalítica y por consiguiente el
rendimiento del reactor.
Constituye otro objeto del presente invento
mejorar la homogeneidad del flujo en el reactor de bucle.
Constituye otro objeto del presente invento
mejorar la concentración de sólidos en el reactor.
Constituye todavía otro objeto del presente
invento aumentar la producción de polímero en un reactor de bucle
de suspensión.
Así pues, el presente invento describe un
reactor de bucle de suspensión que tiene uno o mas bucles y
comprende en por lo menos uno del uno o mas bucles un conducto de
derivación (2) que conecta dos puntos del mismo bucle (1) mediante
una vía alternativa que tiene un tiempo de transito diferente que el
de la vía principal lo cual mejora la homogeneidad de la suspensión
circulante. Este reactor de bucle de suspensión es apto para mejorar
la mezcla dentro del reactor.
A través de la presente descripción los bucles
que forman el reactor de bucle de suspensión pueden estar en
paralelo o en serie y adicionalmente cada bucle puede estar
doblado.
La figura 1 representa esquemáticamente el
reactor de bucle (1) con un conducto de derivación (2) insertado
entre dos puntos del bucle principal. Incluye también la patas de
sedimentación (3).
Opcionalmente la derivación puede tener
camisa.
Cualquiera de una o mas de las modificaciones
del reactor de bucle antes expuestas pueden implementarse en
cualquiera o cada uno de los bucles del reactor.
El conducto de derivación comporta una fracción
de la suspensión de entre 0,5 y 50% del ratio de flujo total, de
preferencia de 1 a 15% del caudal de flujo total.
El tiempo de flujo a través del conducto de
derivación es diferente del tiempo necesario para desplazarse a
través del bucle principal ya que las vías tienen longitudes
diferentes. Esta diferencia en el tiempo de desplazamiento resulta
en mezclado longitudinal que mejora la homogeneidad de la suspensión
dentro del reactor.
De preferencia la distancia por la que se
desplaza la suspensión en la derivaciones mas corta que la que se
desplaza en el bucle principal, y la suspensión se
re-inyecta en el bucle principal en un ángulo de 1 a
90 grados, de preferencia en un ángulo de 30 a 60 grados y mas
preferentemente a un ángulo de unos 45 grados.
El diámetro de la derivación es inferior a la
del bucle principal y la relación DB/DL del diámetro de derivación
DB frente al diámetro del bucle DL es de 1:12 a 1:2, de preferencia
de 1:6 a 1:3.
El presente invento describe además el empleo de
un conducto de derivación que conecta dos puntos del bucle
principal (1) mediante una vía alternativa que tiene un tiempo de
transito diferente que el de la vía principal, para mejorar la
homogeneidad del fluido circulante en un reactor de bucle de
suspensión.
En una segunda modalidad de conformidad con el
presente invento la homogeneidad del fluido que circula a través
del reactor de bucle de suspensión se mejora modificando la bomba de
circulación de modo que opere con una eficacia significantemente
reducida, de 30 a 75%, significantemente inferior a la eficacia
obtenida con reactores de bucle de suspensión corrientes. La
eficacia de la bomba puede adicionalmente reducirse de forma
potencial.
Esto se obtiene permitiendo que del 0,5 al 50%
del flujo, y de preferencia de 1 a 25% del flujo recircule del
lateral de presión de la paleta impulsora al lateral de succión de
la misma paleta impulsora.
La re-circulación se lleva a
cabo dejando un espacio vacío entre una o mas paletas del impulsor y
la carcasa de la bomba, siendo dicho espacio del orden de 0,5 a 10%
del radio de la bomba y de preferencia de 1 a 5% del radio de la
bomba.
Alternativamente la recirculación puede
obtenerse mediante la presencia de orificios en las paletas
impulsoras. La superficie total de los orificios es de 0,1 a 35% y,
de preferencia, de 0,5 al 5%, de la superficie de la paleta medido
en su plano central. Los orificios pueden tener cualquier forma y
posición y pueden estar ausentes en algunas paletas.
En una tercera modalidad de conformidad con el
presente invento la homogeneidad radial del flujo en el reactor de
bucle de suspensión se mejora mediante la inserción de obstáculos
fijados dentro del reactor.
Los obstáculos pueden ser masivos o en forma de
conductos.
Las posiciones de los obstáculos se eligen para
reducir las heterogeneidades y se sitúan así donde es mas posible
que se produzcan heterogeneidades tal como, por ejemplo, en la
curvas o en la descarga de la bomba.
Los productos de polímero obtenidos con el
reactor de bucle modificado de conformidad con el presente invento
tienen una densidad de masa que es de 1 a 5% superior a la de los
productos poliméricos obtenidos con el reactor de bucle sin
modificar.
La distribución de peso molecular (MWD) se
define por el índice de polidispersidad D que es la relación Mw/Mn
del peso molecular medio ponderal Mw frente al número peso molecular
medio Mn. Se reduce típicamente del 5 al 15% en los productos
poliméricos obtenidos con el reactor de bucle modificado de
conformidad con el presente invento.
La productividad del catalizador se obtiene
merced a un aumento del tiempo de residencia en el reactor y a la
extensión de la ventana de operación estable. Se ha observado que el
contenido de sólidos, medido como la relación del ratio de flujo de
masa de partículas frente al ratio de flujo de masa total, aumenta
en por lo menos 1,5%, de preferencia en por lo menos 3%.
Se ha utilizado el mismo reactor de bucle para
polimerizar un grado dado de polietileno de alta densidad (HDPE)
con derivación y sin derivación. Las condiciones operativas fueron
las mismas y se resumen en la Tabla 1.
El HLMI se midió siguiendo el método de la norma
ASTM D 1238 a 190ºC y bajo una carga de 21,6 kg.
Como puede observarse la productividad del
catalizador se mejoró sustancialmente sin ninguna pérdida de
producción.
Claims (15)
1. Un reactor de bucle de suspensión que tiene
uno o mas bucles y que comprende en por lo menos uno o mas de los
bucles, un conducto de derivación (2) que conecta dos puntos del
bucle principal (1) mediante una vía alternativa que tiene un
tiempo de transito diferente que el de la vía principal, lo cual
mejora la homogeneidad de la suspensión circulante.
2. El bucle de suspensión, de conformidad con la
reivindicación 1, en donde el conducto de derivación comporta una
fracción de la suspensión de 0,5 a 50% del caudal de flujo
total.
3. El bucle de suspensión, de conformidad con la
reivindicación 2, en donde el conducto de derivación comporta una
fracción de la suspensión de 1 a 15% del caudal de flujo total.
4. El bucle de suspensión, de conformidad con
cualquiera de las reivindicaciones precedentes en donde la
suspensión que se desplaza en el conducto de derivación se
re-inyecta en el bucle principal a un ángulo de 1 a
90 grados.
5. El bucle de suspensión, de conformidad con
cualquiera de las reivindicaciones precedentes en donde la relación
DB/DL del diámetro de la derivación DB frente a la del bucle
principal DL es de 1:12 a 1:2.
6. El bucle de suspensión, de conformidad con
cualquiera de las reivindicaciones precedentes en donde la relación
DB/DL del diámetro de la derivación DB frente a la del bucle
principal DL es de 1:6 a 1:3.
7. El reactor de bucle de suspensión, de
conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes
capaz de mejorar la mezcla longitudinal dentro del reactor,
caracterizado porque la bomba de circulación opera a una
eficacia entre 30 y 75%.
8. El reactor de bucle de suspensión, de
conformidad con la reivindicación 7, en donde la eficacia de la
bomba se reduce dejando un espacio vacío entre una o mas paletas del
propulsor y la carcasa de la bomba.
9. El reactor de bucle de suspensión, de
conformidad con la reivindicación 7 o reivindicación 8, en donde la
eficacia de la bomba se reduce mediante la presencia de orificios en
las paletas propulsoras.
10. El reactor de bucle de suspensión, de
conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes que
tiene obstáculos fijados para mejorar la homogeneidad radial del
flujo en la suspensión.
11. Uso del reactor de bucle de suspensión, de
conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes para
mejorar la productividad catalítica sin ninguna pérdida de
producción de polímero.
12. Uso del reactor de bucle de suspensión, de
conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 para
aumentar la densidad de masa del producto polimérico.
13. Uso del reactor de bucle de suspensión, de
conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 para
aumentar la ventana de operación estable.
14. Uso del reactor de bucle de suspensión, de
conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 para
mejorar la homogeneidad del flujo longitudinal en el reactor.
15. Uso del reactor de bucle de suspensión, de
conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 para
aumentar el contenido de sólidos en el reactor según un factor de
por lo menos 1,5%, definiéndose dicho contenido de sólidos como la
relación del caudal de flujo de masa de partículas frente al caudal
de flujo de masa total.
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