ES2349631T5 - Procedimiento y sistema para eliminar materiales pesados del diluyente recirculado a un reactor de polimerización en suspensión - Google Patents

Procedimiento y sistema para eliminar materiales pesados del diluyente recirculado a un reactor de polimerización en suspensión Download PDF

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Description

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DESCRIPCION
Procedimiento y sistema para eliminar materiales pesados del diluyente recirculado a un reactor de polimerización en suspensión
Campo de la invención
La presente invención se refiere en general a un sistema de polimerización de olefina. Más particularmente, la presente invención se refiere a una polimerización de olefinas que incluye una forma mejorada de eliminar materiales pesados de un diluyente y/o monómero sin reaccionar retirado del, y recirculado al, reactor de polimerización.
Antecedentes de la invención
Los procedimientos de polimerización de olefinas pueden realizarse en condiciones de suspensión. Dichos procedimientos de polimerización se pueden llevar a cabo en un reactor de tipo bucle en el que los monómeros se polimerizan para formar una suspensión de partículas de polímero sólido en un medio líquido. Se retiran partes de la suspensión del reactor de tipo bucle a través de dispositivos de toma tales como ramas de sedimentación y tomas continuas.
La suspensión se procesa a continuación para separar el medio líquido (por ejemplo, un diluyente líquido) de las partículas de polímero sólido. Se han utilizado calentadores de tubería de evaporación y cámaras de evaporación para vaporizar el diluyente líquido mediante una combinación de ajustes de temperatura y de presión, separando de este modo el diluyente de las partículas de polímero sólido. Además, también se han utilizado otros tipos de equipos, tales como columnas de purga, tambores de separación y ciclones, para la separación y otros tratamientos aguas abajo.
Por lo general, los procedimientos de polimerización en suspensión eficaces recirculan la cantidad de diluyente que razonablemente pueden. Es decir, a medida que se vaporiza el diluyente, se procesa el diluyente para recircularlo de nuevo al reactor de tipo bucle. A medida que se vaporiza el diluyente líquido en diversas etapas del procedimiento de polimerización después de retirarse la suspensión del reactor de tipo bucle, también pueden vaporizarse diversos compuestos y contaminantes junto con el diluyente.
Los "materiales pesados" son componentes líquidos más pesados que el diluyente, y a menudo se vaporizan junto con el diluyente. Durante el procedimiento de recirculación, una corriente de vapor que contiene el diluyente y los materiales pesados se puede condensar y devolver al reactor de tipo bucle como una corriente de recirculado de diluyente y los materiales pesados. Los materiales pesados se pueden concentrar o acumular dentro del reactor de tipo bucle y disminuir la eficacia del reactor y/o causar daño dentro del reactor de tipo bucle. Por ejemplo, la acumulación de materiales pesados dentro del reactor puede degradar la calidad del producto y/o distorsionar el control del reactor, haciendo que los problemas de reactor y de bloqueo sean más probables.
Otra técnica de recirculación separa una corriente retrógrada que comprende diluyente y cantidades minoritarias de monómero de la masa de los componentes fluidos evaporados. La corriente retrógrada se somete a eliminación de olefinas para proporcionar una corriente esencialmente exenta de olefinas para su recirculación a un área de preparación de catalizador. Una o varias corrientes retrógradas se hacen pasar a una columna de eliminación de materiales pesados. La columna de eliminación de materiales pesados elimina materiales pesados de la corriente retrógrada, que posteriormente pueden utilizarse para preparar un lodo o suspensión de catalizador. La masa del diluyente recirculado que contiene monómeros se hace pasar a una cámara (depósito) de compensación de recirculado de diluyente, y se hace pasar de nuevo una corriente de recirculado al reactor. Si se desea, se pueden llevar a cabo otras etapas de purificación tal como eliminación de agua de esta corriente de recirculado.
Se desean un procedimiento y un sistema de recirculación eficaces del diluyente en un procedimiento de polimerización en suspensión. Además, se desean un procedimiento y un sistema de eliminación de materiales pesados mejorados, que eliminen materiales pesados del diluyente que va a recircularse al reactor.
Breve resumen de la invención
Como se describe en la presente memoria, se proporciona un procedimiento para recircular un medio líquido retirado de un reactor de polimerización en suspensión. El método comprende separar una primera corriente de vapor de una suspensión que comprende un medio líquido y partículas de polímero sólido, en el que la corriente de vapor comprende al menos el medio y los materiales pesados. Una primera parte de la primera corriente de vapor se hace pasar a una primera zona de condensación, y una primera parte de la primera corriente de vapor se condensa para formar un primer líquido. Una segunda parte de la primera corriente de vapor se hace pasar a una zona de recogida sin condensación sustancial. Un segundo líquido y una segunda corriente de vapor se separan en la zona de recogida. El segundo líquido se hace pasar a una zona de purificación de materiales pesados, y el medio se recircula desde la segunda corriente de vapor sin fraccionar para eliminar los materiales pesados.
De acuerdo con la presente invención, se proporciona un sistema de recuperación y purificación para un medio líquido a partir de una polimerización en suspensión. El sistema comprende un primer conducto de fluido conectado en un extremo a un reactor de polimerización en suspensión y conectado en un extremo opuesto a un separador de gas de evaporación, para separar una corriente de vapor que comprende el medio de partículas de polímero sólido. 5 El sistema también comprende una tubería de eliminación de vapor conectada en una parte superior del separador de gas de evaporación, para transportar la corriente de vapor desde el separador de gas de evaporación. La tubería de eliminación de vapor está conectada a un primer condensador y también a una tubería de derivación de vapor que proporciona una derivación alrededor del condensador. Una válvula de derivación controla el flujo del vapor a través de la tubería de derivación de vapor. La salida del condensador y el extremo opuesto de la tubería de 10 derivación están ambos conectados de manera fluida a un depósito de recogida de líquido. Una tubería de suministro de líquido está en una parte inferior del depósito de recogida de líquido, y una tubería de recirculado de vapor está en una parte superior del depósito de recogida de líquido. Un segundo condensador está conectado de forma fluida a la tubería de recirculado de vapor, y un segundo conducto de fluido conecta la salida del segundo condensador al reactor de polimerización en suspensión. Una columna de materiales pesados está conectada en un 15 extremo opuesto de la tubería de suministro de líquido.
La presente invención puede incluir etapas o aparatos de control asociados con la válvula de derivación. Por ejemplo, la válvula de derivación puede estar en comunicación informativa con al menos un controlador de temperatura aguas abajo del depósito de recogida de líquido y un controlador de nivel situado dentro del depósito de recogida de líquido. La tubería de derivación es ventajosa porque es difícil hacer funcionar un condensador para 20 producir sólo una pequeña cantidad de líquidos. La presente invención puede producir una cantidad relativamente pequeña de líquidos porque la primera corriente de vapor (que es el gas de evaporación de la primera cámara de evaporación) se divide, pasando una primera parte a través de un condensador y circunvalando una segunda parte el condensador. El gas de evaporación que pasa a través del condensador puede condensarse en su totalidad o casi en su totalidad para formar un líquido, o puede condensarse una pequeña parte (por ejemplo, de aproximadamente 25 1-10%), o algunas otras proporciones.
Aguas abajo del condensador, el gas caliente de evaporación se combina con el líquido frío y se mezcla, dejándose que llegue a un equilibrio (al menos con respecto a la temperatura). Después de mezclar, el líquido que queda es más concentrado en los componentes más pesados. La cantidad deseada de líquido es establecida por el controlador de flujo en la tubería de líquido. El nivel en el depósito se controla ajustando el controlador de 30 temperatura, que a su vez ajusta la válvula de derivación de tal modo que una cantidad de vapor suficiente circunvale el condensador para generar suficiente líquido que satisfaga al controlador de flujo. Para lograr la cantidad deseada de eliminación de materiales pesados, de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 20% del gas de evaporación, alternativamente de aproximadamente 0,5% a aproximadamente 10%, alternativamente de aproximadamente 1% a aproximadamente 5%, será convertido en líquidos por el condensador. A veces puede ser 35 deseable no recoger líquidos. En otros momentos (por ejemplo, durante las transiciones de resina), puede ser deseable maximizar la generación de líquidos y recoger más de lo normal.
La presente invención incluye una columna de materiales pesados en un extremo opuesto de la tubería de suministro de materiales pesados. Se puede disponer un controlador de flujo y/o una bomba a lo largo de la tubería de suministro de materiales pesados.
40 Un mezclador estático puede conectarse de manera fluida al, y aguas abajo del, primer condensador, y el mezclador estático está aguas arriba del, y conectado de manera fluida al, depósito de recogida de líquido. El mezclador estático se emplea para acelerar la formación de una mezcla en equilibrio después de que se combinan el gas caliente de evaporación y el líquido frío. Es deseable tener condiciones en equilibrio antes de entrar en el depósito de recogida, al menos un equilibrio de temperatura. Se puede disponer un depósito de recirculado a lo largo de la 45 tubería de recirculado de diluyente aguas abajo del condensador de gas de evaporación.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es una representación de un sistema de polimerización en suspensión que incluye un nuevo sistema de eliminación de materiales pesados.
La Figura 2 es una representación del condensador de materiales pesados, mezclador estático y depósito de 50 recogida de líquido del sistema de la Figura 1, así como un nuevo esquema de control.
La Figura 3 es otra representación de un sistema de polimerización en suspensión que incluye un nuevo sistema de eliminación de materiales pesados.
Descripción detallada de la invención
En este documento se describen un sistema y un procedimiento de recuperación y purificación de un diluyente para 55 un reactor de polimerización en suspensión, especialmente para un reactor de polimerización de tipo bucle. El sistema y el procedimiento comprenden una cámara de evaporación o un separador de gas de evaporación, una tubería de eliminación de vapor, un condensador, y un depósito de recogida de líquido. La cámara de evaporación o separador de gas de evaporación recibe una suspensión extraída de un reactor de tipo bucle. El diluyente, el
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monómero sin reaccionar, y diversos materiales pesados se separan de las partículas de polímero sólido como una primera corriente de vapor. La tubería de eliminación de vapor recibe la primera corriente de vapor y transfiere una primera parte a un condensador que condensa al menos parte de la primera parte para formar un primer líquido. Puede ser una parte de cantidad relativamente pequeña, por ejemplo, de aproximadamente 2% de la primera corriente de vapor que se condensa. La segunda parte de la primera corriente de vapor circunvala el condensador pero a continuación se combina y se mezcla con el primer líquido para formar una corriente combinada. La corriente combinada se envía a un depósito de recogida de líquidos. A medida que el vapor y el líquido se mezclan en el dispositivo mezclador y/o en la tubería hacia el depósito de recogida de líquido, parte del líquido se vaporizará nuevamente, y la mezcla puede llegar a una temperatura de equilibrio. La corriente combinada se enfriará lo suficiente de tal modo que esté presente algo de líquido. El líquido que se acumula en el depósito de recogida de líquido tendrá una mayor concentración de los compuestos más pesados que el vapor que sale del depósito de recogida. La fase líquida de una mezcla en equilibrio será más rica en componentes más pesados que la fase de vapor porque los componentes más pesados son menos volátiles.
El líquido que contiene una mayor concentración de componentes más pesados se hace pasar desde el depósito de recogida de líquido a una tubería de suministro de materiales pesados, y el vapor se hace pasar a una tubería de recirculado de diluyente. El vapor se puede hacer pasar a un segundo condensador y a una cámara de compensación de recirculado. El vapor del depósito de recogida de líquido se puede condensar y recircular al reactor de polimerización en suspensión sin ningún otro tratamiento para eliminar los materiales pesados.
Durante la etapa de separación, se separan el vapor que comprende diluyente, monómeros/cornonórneros sin reaccionar y diversos compuestos inertes, tanto los más pesados como los más ligeros que el diluyente primario (por ejemplo, isobutano). Otros compuestos diversos asociados con las cargas de alimentación y la alimentación de diluyente, tales como otros compuestos con 4 átomos de carbono (por ejemplo, n-butano) y compuestos con seis átomos de carbono (por ejemplo, n-hexano), son inertes, que no se polimerizan y funcionan como un diluyente junto con el isobutano. Los materiales pesados incluyen compuestos adicionales con seis átomos de carbono junto con cualesquiera compuestos más pesados que puedan producirse en el reactor (tal como los oligómeros). Una parte de la corriente de vapor se hace pasar posteriormente a un condensador en una zona de eliminación de materiales pesados. El condensador sólo puede condensar una pequeña parte de la corriente o puede condensar la mayoría o esencialmente toda la primera parte. El líquido y el vapor luego se combinan, lo que les permite formar una corriente combinada. La corriente combinada se hace pasar a una zona de recogida de líquido, y el líquido y el vapor se separan en la zona de recogida, después de lo cual el vapor de diluyente se hace pasar a una tubería de recirculado de diluyente y el líquido se hace pasar a una tubería de suministro de materiales pesados.
El vapor de diluyente separado del líquido (es decir, el vapor de diluyente que sale de una parte superior del depósito de recogida de líquido) es adecuado para recircularlo al reactor de polimerización. El vapor de diluyente se hace pasar desde la tubería de recirculado de diluyente a un depósito de recirculado de diluyente. El vapor de diluyente se condensa por intercambio de calor. El diluyente puede luego recircularse a la zona de polimerización sin tener que eliminar materiales pesados adicionales. Además, el líquido se hace pasar desde la tubería de suministro de materiales pesados a una columna de materiales pesados.
La presente invención es aplicable a cualquier polimerización de olefinas en un reactor de tipo bucle que utiliza un medio líquido con el fin de producir una suspensión fluida de sólidos de polímero en el medio líquido. Los monómeros de olefina adecuados incluyen 1-olefinas que tienen hasta 8 átomos de carbono por molécula y sin ramificación más cerca del doble enlace que la posición 4. La presente invención es particularmente adecuada para la homopolimerización de etileno y copolimerización de etileno y una 1-olefina superior tal como buteno, 1-penteno, 1-hexeno, 1-octeno o 1-deceno.
Los diluyentes adecuados para usar como medio líquido son bien conocidos en la técnica e incluyen hidrocarburos, que sean inertes y líquidos en las condiciones de reacción. Los hidrocarburos adecuados incluyen isobutano, propano, n-pentano, i-pentano, neopentano y n-hexano, siendo el isobutano especialmente preferido. Se pueden encontrar detalles adicionales con respecto al aparato reactor de tipo bucle y los procedimientos de polimerización en las patentes de EE.UU. nos 4.674.290; 5.183.866; 5.455.314; 5.565.174; 5.624.877; 6.005.061; 6.045.661; 6.051.631; 6.114.501; 6.262.191; y 6.420.497.
Adicionalmente, las técnicas de la presente invención para controlar los materiales pesados se pueden emplear cuando el monómero es el medio líquido para la polimerización. Por ejemplo, las presentes técnicas se pueden utilizar para la polimerización de propileno, en donde el propileno es el medio líquido y un diluyente inerte no está presente en una cantidad sustancial. Un diluyente aún puede usarse para el catalizador. A modo de ilustración, pero no como limitación, la presente invención se describirá con respecto a un procedimiento de polietileno que utiliza un diluyente inerte como el medio líquido, pero debe entenderse que la presente invención también se puede emplear cuando el monómero se utiliza como el medio líquido y ocuparía el lugar del diluyente en las siguientes descripciones.
La Figura 1 es una representación de un sistema de polimerización en suspensión 10 de acuerdo con la presente invención. El sistema de polimerización en suspensión 10 incluye un depósito de alimentación de catalizador 12 (tal como, una cámara de lodo de catalizador o un depósito agitado) que contiene una mezcla de catalizador y diluyente.
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El catalizador y el diluyente procedentes del depósito de catalizador 12 se bombean a un reactor de tipo bucle 14. La Figura 1 también muestra calentadores de tubería de evaporación 16, un separador de gas de evaporación (también descrito como una cámara de evaporación a presión intermedia) 18, un sistema de eliminación de materiales pesados 20, una cámara de borras 22, una columna de purga 24, una unidad de tratamiento de recirculado 26, una unidad de recuperación de isobutano/nitrógeno (INRU, por sus siglas en inglés) 28, un depósito de recirculado 30, una columna de materiales pesados 32, una columna de materiales ligeros 34, una unidad de compensación exenta de olefinas 36, y una serie de conductos, bombas y condensadores. En aras de la simplicidad, algunos componentes no relacionados con los sistemas y procedimientos reivindicados y/o que están relacionados con la producción o detalles de rutina, tales como válvulas intervinientes y conductos/tuberías de conexión del sistema de polimerización en suspensión 10, no se muestran.
El catalizador o el catalizador y el diluyente procedentes del depósito de alimentación de catalizador 12 pasan a través del conducto 40 y se bombean al reactor de tipo bucle 14 mediante la bomba 42. Los catalizadores adecuados son bien conocidos en la técnica. Por ejemplo, se puede utilizar óxido de cromo sobre un soporte tal como sílice, como se describe en la patente de EE.UU. n° 2.825.721, expedida a Hogan y Banks. Adicionalmente, también se pueden utilizar otros catalizadores bien conocidos en la técnica (por ejemplo, catalizadores Ziegler, catalizadores metalocenos) para la polimerización de olefinas.
El sistema de polimerización en suspensión 10 también incluye una alimentación de monómero 38. Se introduce un monómero tal como etileno, por ejemplo, en el reactor de tipo bucle 14. Los conductos y tuberías adicionales pueden suministrar monómero y/o diluyente al interior del reactor de tipo bucle 14 o unirse en una tubería 46 para introducir una corriente combinada de recirculado de etileno y diluyente de nueva aportación como se muestra. El monómero, el diluyente, el catalizador y cualquier otro material de alimentación se pueden introducir en el reactor de tipo bucle 14 en uno o varios puntos.
Como se muestra en la Figura 1, el reactor de tipo bucle 14 puede comprender una pluralidad de elementos verticales 48 formados íntegramente con elementos horizontales 50 (o elementos de conexión curvados). Con el fin de maximizar la transferencia de calor dentro del reactor 14, la distancia entre los elementos verticales 48 se minimiza preferiblemente. Por lo tanto, los elementos horizontales 50 pueden ser de longitud mínima. Alternativamente, los elementos horizontales 50 pueden eliminarse de manera que los elementos verticales 48 estén conectados a través de elementos de conexión curvados. Alternativamente, el reactor de tipo bucle puede ser sustancialmente horizontal y no tener ningún elemento vertical. Los elementos más largos 48 tienen preferiblemente camisas de intercambio de calor 49. Los elementos verticales 48 y los elementos horizontales 50 (o elementos de conexión curvados) definen una zona de reacción de tipo bucle. La zona de reacción de tipo bucle puede incluir más o menos elementos verticales 48 y elementos horizontales correspondientes 50 como se muestra en la Figura 1. Además, el reactor de tipo bucle puede estar orientado vertical u horizontalmente (por ejemplo, girando el reactor 14 de la Figura 1 en 90 grados) o puede ser completamente horizontal, sin elementos verticales. Los elementos de conexión 50 pueden ser de cualquier manera o forma que conecte los segmentos verticales 48 y permita que el fluido fluya entre ellos.
Se sitúa un impulsor en el reactor de tipo bucle 14 para hacer circular la suspensión. El impulsor es accionado por un motor 47. El impulsor está situado en el interior de la zona de reacción de tipo bucle definida por los elementos verticales 48 y los elementos horizontales 50. El impulsor 47 es operable para hacer circular la suspensión fluida, que comprende diluyente líquido y partículas poliméricas de olefina sólidas, por el reactor de tipo bucle 14.
Una suspensión de producto intermedio, que comprende el medio líquido y las partículas de polímero sólido, se retira o se extrae del reactor de tipo bucle 14 por medio de los dispositivos de tomas continuas 52. En la patente de EE.UU. n° 6.239.235 se describe un dispositivo de tomas continuas 52. El sistema de polimerización en suspensión 10 puede incluir más o menos que los dispositivos de tomas continuas 52 (y los correspondientes conductos y calentadores de tubería de evaporación 16) mostrados en la Figura 1. Por ejemplo, se pueden utilizar uno, dos, tres o más dispositivos de tomas continuas 52. Además, los dispositivos de tomas continuas 52 pueden situarse de manera tangencial en elementos curvados. Los dispositivos de tomas continuas 52 pueden situarse en cualquier parte del reactor de tipo bucle 14. Alternativamente, las ramas de sedimentación pueden usarse junto con, o en lugar de, los dispositivos de tomas continuas 52.
A medida que se retira la suspensión fluida del reactor de tipo bucle 14 como suspensión de producto intermedio, la suspensión de producto intermedio se hace pasar desde el dispositivo de tomas continuas 52 a una tubería de evaporación 54, que forma un primer conducto de fluido para la parte retirada de la suspensión al aparato de procesamiento aguas abajo. La tubería de evaporación 54 puede estar provista de un calentador de evaporación 16 que rodea al menos una parte de la tubería de evaporación 54. El calentador de evaporación 16 contiene un fluido calentado (por ejemplo, vapor de agua) que proporciona calentamiento indirecto al contenido de la tubería de evaporación 54, de tal modo que se caliente la suspensión de producto intermedio que pasa a través de la tubería de evaporación 54. Preferiblemente, la suspensión de producto intermedio se calienta de tal modo que al menos la mayoría del diluyente líquido se vaporice, produciéndose así vapor de diluyente y una suspensión post-evaporación. La suspensión post-evaporación comprende las partículas de polímero sólido y una cantidad reducida de diluyente líquido (en comparación con la suspensión de producto intermedio). Alternativamente, la suspensión postevaporación puede calentarse de manera que se vaporice menos de la mayor parte del diluyente líquido.
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Preferiblemente, la suspensión de producto intermedio se calienta en la tubería de evaporación 54 de manera que, cuando ingresa al separador de gas de evaporación 18, esencialmente todo el diluyente líquido se ha vaporizado ("evaporado") dentro de la tubería de evaporación 54. La "evaporación" tiende a producirse a medida que la suspensión del producto intermedio pasa a través del dispositivo de tomas continuas 52 y la tubería de evaporación 54. Preferiblemente, la suspensión de producto intermedio se calienta en la tubería de evaporación 54 para vaporizar completamente los líquidos diluyentes de manera que los sólidos y los vapores que se descargan en el interior del separador de gas de evaporación 18 están exentos de líquidos.
En algunos sistemas que utilizan un calentador de tubería de evaporación 16, parte o todo el diluyente (u otro medio líquido) se evaporará en la tubería de evaporación 54 antes de introducirse en el separador de gas de evaporación 18, que puede denominarse "cámara de evaporación" o una "cámara de evaporación a presión intermedia". Estas expresiones todavía se usan con frecuencia para el depósito que sigue a la tubería de evaporación, en donde el diluyente vaporizado se separa de los sólidos de polímero. El "depósito de evaporación" o la "cámara de evaporación" todavía se utilizan aunque haya poca o ninguna evaporación en el depósito de evaporación si todo o sustancialmente todo el diluyente se vaporiza en la tubería de evaporación. En los diseños actuales que tienen tuberías de evaporación descargando a presiones más altas y sin dispositivos de secado aguas abajo, se pretende diseñar las tuberías de evaporación de tal modo que haya poca o ninguna caída de presión al ingresar en el depósito de evaporación, con vaporizándose esencialmente todos los líquidos antes de ingresar en el recipiente.
Después de que la suspensión de producto intermedio pase a través de la tubería de evaporación 54, la borra postevaporación resultante y el diluyente vaporizado se hacen pasar al interior del depósito o cámara de separación de gas de evaporación 18. El separador de gases de evaporación 18 está preferiblemente a una presión intermedia, menor que la presión en el reactor pero mayor que la presión del aparato aguas abajo. Preferiblemente, el separador de gas de evaporación 18 está a una presión por la cual el gas de evaporación separado (o una parte mayoritaria u otra parte grande) se puede condensar por intercambio de calor sin compresión. En el separador de gas de evaporación 18, la mayor parte del diluyente, monómero sin reaccionar y materiales pesados forman una corriente de vapor (gas de evaporación) que se eleva hacia una parte superior del separador de gas de evaporación 18, mientras que la "borra" cae a una parte inferior del separador de gases de evaporación 18. La borra comprende un polímero sólido, que puede tener trazas u otras pequeñas cantidades de diluyente arrastrado en la misma.
La borra puede pasar a un segundo separador de gas de evaporación (por ejemplo, una cámara de evaporación de baja presión). En la patente de EE.UU. n° 4.424.341 se describe un sistema de evaporación de dos etapas. Alternativamente, la borra puede pasar desde una parte inferior de la primera cámara de evaporación a la columna de purga 24. (La columna de purga 24 puede seguir más bien a la segunda cámara de evaporación). Alternativamente, la borra se puede hacer pasar a través de un secador de cinta transportadora y luego a una columna de purga como se describe en la patente de EE.UU. n° 4.501.885. El diluyente arrastrado dentro de las partículas de polímero se separa de la borra en la columna de purga 24 haciendo pasar nitrógeno gaseoso a través de las partículas de polímero sólido (la borra). El nitrógeno extrae el diluyente arrastrado y/o el diluyente líquido, dejando de ese modo el polímero sólido esencialmente exento de diluyente arrastrado. A continuación, el polímero sólido se deposita, recoge, expulsa o retira de otro modo de una parte inferior de la columna de purga 24.
El nitrógeno y el diluyente extraído se hacen pasar a continuación desde una parte superior de la columna de purga 24 a una unidad de recuperación de isobutano/nitrógeno (INRU) 28. La INRU procesa los vapores eliminados de la borra en la columna de purga. La INRU separa el nitrógeno de los vapores de diluyente al condensar los vapores de diluyente para formar líquidos. En cierto sentido, la INRU funciona de forma similar al sistema de eliminación de materiales pesados condensando una cantidad relativamente pequeña del gas de evaporación y enviando un líquido a la columna de materiales pesados. La INRU 28 separa el nitrógeno del diluyente y otros hidrocarburos. El nitrógeno se hace pasar luego a la columna de purga 24 a través de una tubería de retorno de nitrógeno 60. El diluyente separado y otros hidrocarburos pueden devolverse al depósito de recirculado 30 y finalmente devolverse al reactor de tipo bucle 14. Alternativamente, algunos o todos los líquidos procedentes de la INRU 28 pueden enviarse a la columna de materiales pesados 32. La INRU está diseñada para producir un producto líquido que contiene sustancialmente todos los hidrocarburos (pero no las partículas de polímero sólido) eliminados en la columna de purga.
La corriente de vapor que se ha vaporizado ya sea en la tubería de evaporación 54 y/o en el separador de gas de evaporación 18, la cual también se denomina en este documento primera corriente de vapor, se hace pasar al sistema de eliminación de materiales pesados 20 por medio de la tubería de eliminación de vapor 56. La tubería de eliminación de vapor 56 puede incluir una serie de filtros y componentes, tal como filtros de bolsa, para filtrar partículas finas de polímero de la corriente de vapor con el fin de evitar que los finos entren en el sistema de eliminación de materiales pesados 20. Por ejemplo, para un procedimiento de polietileno adecuado, la corriente de vapor es principalmente diluyente de isobutano, pero el diluyente de corriente de vapor también contiene materiales pesados, tales como comonómeros 1-hexeno y otros hidrocarburos que tienen seis o más átomos de carbono. La corriente de vapor también puede contener hidrocarburos más ligeros, tales como etano y etileno.
La Figura 2 es una representación de un ejemplo de sistema de eliminación de materiales pesados 20. El sistema de eliminación de materiales pesados 20 está conectado de manera fluida a, y se comunica con, una parte superior del separador de gas de evaporación 18 a través de la tubería de eliminación de vapor 56. En el equipo mostrado en la
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Figura 2, el sistema de eliminación de materiales pesados 20 incluye un primer condensador 62, una tubería de derivación 63, una válvula de derivación 64, un mezclador estático 66, un depósito de recogida de líquido 68, un controlador de temperatura 70, un controlador de nivel 72, una bomba 74, un controlador de flujo 76 y una válvula de control de flujo 78.
El sistema de eliminación de materiales pesados 20 está diseñado y/o configurado para condensar una pequeña cantidad de líquido de la primera corriente de vapor. Se hace pasar una fracción de gas de evaporación (en otras palabras, una primera parte de la primera corriente de vapor) a través del condensador 62, que condensa parte de esa fracción formando un líquido. Cuando el líquido del condensador 62 entra en contacto con el gas de evaporación relativamente caliente que ha circunvalado el condensador 62 (en otras palabras, una segunda parte de la primera corriente de vapor), parte del líquido se vaporiza nuevamente, dejando una cantidad residual de líquido y una cantidad mayor de gas de evaporación. El líquido y el gas de evaporación se hacen pasar al depósito de recogida de líquido 68. Se puede utilizar un mezclador estático 66 para garantizar el contacto apropiado, la revaporización rápida y las condiciones en equilibrio en el depósito de recogida de líquido 68. El caudal puede ajustarse en el controlador de flujo 76. El nivel en el depósito de recogida de líquido 68 está determinado por la cantidad de líquido generado por el condensador 62. Si el nivel de líquido en el depósito de recogida 68 aumenta, el controlador de temperatura 70 se ajusta a una temperatura más alta para disminuir la cantidad de líquidos generados por el condensador 62. Por el contrario, si el nivel dentro del depósito de recogida de líquido 68 disminuye, el controlador de nivel 72 actúa para disminuir el punto de ajuste de temperatura en el controlador de temperatura 70, dirigiendo así más flujo a través del condensador 62 para generar más líquidos. En consecuencia, el controlador de nivel ajusta el controlador de temperatura para generar una cantidad de líquidos que coincida con la cantidad deseada de líquidos establecida por el controlador de flujo. Esto proporciona una manera eficaz y relativamente fácil de controlar la cantidad de líquido condensado procedente de la primera corriente de vapor.
Como se ve en la Figura 1, el condensador 62 del sistema de eliminación de materiales pesados 20 está además del condensador de gas de evaporación 84. El sistema de eliminación de materiales pesados 20 se usará generalmente para condensar una cantidad relativamente pequeña del vapor total procedente de la tubería de eliminación de vapor (en otras palabras, de la primera corriente de vapor). Por ejemplo, el sistema de eliminación de materiales pesados 20 puede condensar (en otras palabras, formar un líquido a partir de) una cantidad tan pequeña como de aproximadamente 1% o menos de la corriente de vapor total de la primera cámara de expansión. Se puede desear establecer un máximo para la cantidad de la primera corriente de vapor condensada por el primer condensador. Por ejemplo, el sistema de eliminación de materiales pesados 20 puede ajustarse para condensar a lo sumo aproximadamente 10%, alternativamente como máximo aproximadamente 5%, alternativamente como máximo aproximadamente 4%, alternativamente como máximo aproximadamente 3% de la primera corriente de vapor. El condensador 62 puede condensar de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 15% del gas de evaporación. La cantidad de líquido condensado por el condensador 62 puede ser hasta 5 veces mayor que el líquido generado por el sistema de eliminación de materiales pesados 20.
El sistema de eliminación de materiales pesados 20 produce líquido con un mayor porcentaje de los componentes más pesados que el encontrado en la corriente de vapor. Por ejemplo, el líquido en el depósito de recogida 68 puede contener al menos aproximadamente 1%, alternativamente al menos aproximadamente 5%, alternativamente al menos aproximadamente 10%, de los materiales pesados en la corriente de vapor. En particular, se espera que el sistema de eliminación de materiales pesados sea particularmente eficaz en eliminar la mayor parte de los oligómeros, por ejemplo, al menos aproximadamente 2%, alternativamente al menos aproximadamente 10%, alternativamente aproximadamente 20% de los oligómeros en la corriente de vapor. Aunque el sistema de eliminación de materiales pesados no elimine todos los materiales pesados del medio líquido que se recircularán al reactor de polimerización, sigue proporcionando un beneficio importante al evitar una acumulación excesiva de materiales pesados en el medio recirculado.
El líquido concentrado en materiales pesados se puede denominar líquido de materiales pesados. El líquido de materiales pesados se dirige a una columna de materiales pesados en donde los componentes más pesados se pueden eliminar del procedimiento. Por lo tanto, la concentración de componentes más pesados en el gas de evaporación se reduce de niveles que de otro modo existirían.
El procedimiento y el sistema de la presente invención dan como resultado la generación de una corriente de diluyente recirculado que tiene menos materiales pesados de los que de otro modo se acumularían en la corriente de diluyente recirculado. Este sistema puede funcionar junto con un procedimiento de recirculación directo, permitiendo que la mayor parte del diluyente se condense y se recircule directamente de vuelta al reactor sin pasar por columnas de fraccionamiento que eliminen los componentes más pesados y ligeros. En el procedimiento de recirculado directo, es deseable enviar sólo una fracción del diluyente recirculado total a la columna de fraccionamiento, donde se pueden rechazar los componentes más pesados y se pueden eliminar los materiales ligeros y se puede generar un diluyente exento de olefinas. Con sólo una fracción del fraccionamiento de alimentación del diluyente recirculado, las columnas de fraccionamiento pueden ser relativamente pequeñas.
Como se muestra en la Figura 2, el condensador 62 está en conexión fluida con la tubería de eliminación de vapor 56 y está aguas arriba del mezclador estático 66. La válvula de derivación 64 está interpuesta dentro de la tubería de derivación 63 de manera que la válvula de derivación 64 pueda abrir y cerrar selectivamente la tubería de derivación
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63, controlando así el flujo de vapor a través de la tubería de derivación 63. El depósito de recogida de líquido 68 está aguas abajo del mezclador estático 66. Una tubería de recirculado de diluyente 80 está en comunicación fluida con el depósito de recogida de líquido 68 y conecta el depósito de recogida de líquido 68 a un depósito de recirculado 30. La válvula de derivación 64 puede estar en comunicación informativa con el controlador de temperatura 70, que está interpuesto dentro de la tubería de recirculado de diluyente 70. Además, o alternativamente, la válvula de derivación puede estar en comunicación informativa con el controlador de nivel 72, que está posicionado dentro del depósito de recogida de líquido 68. El controlador de temperatura 70 y el controlador de nivel 72 pueden ser asistidos por, o utilizados junto con, una unidad de procesamiento central u otra unidad lógica o controlador principal. El controlador de temperatura 70 y el controlador de nivel 72 transmiten señales a la válvula de derivación 64 para cerrar o abrir la tubería de derivación 63, dependiendo de las condiciones de temperatura y de nivel dentro del sistema de eliminación de materiales pesados 20. Este esquema de control permite el control automático para obtener la cantidad deseada de líquido en el depósito de recogida de líquido 68.
La parte inferior del depósito de recogida de líquido 68 está en comunicación fluida con una tubería de suministro de materiales pesados 82, que recibe un líquido concentrado en materiales pesados procedente del depósito de recogida de líquido 68. Una bomba 74 puede colocarse en la tubería de suministro de materiales pesados 82, que proporciona suficiente fuerza para mover el líquido concentrado en materiales pesados por la tubería de suministro de materiales pesados 82 a la columna de materiales pesados 32. Un controlador de flujo 76, que puede ser asistido por, o utilizado junto con, una unidad de procesamiento central o unidad lógica o un controlador principal, se coloca aguas abajo de la bomba 74 y está en comunicación informativa con la válvula de control de flujo 78, la cual puede abrir y cerrar selectivamente la tubería de suministro de materiales pesados 82. La válvula de control de flujo 78 puede funcionar junto con el controlador de flujo 76. Dependiendo del caudal de materiales pesados a través de la tubería de suministro de materiales pesados 82, el controlador de flujo 76 puede enviar una señal de comando a la válvula de control de flujo 78 para abrir o cerrar la tubería de suministro de materiales pesados 82.
El sistema de eliminación de materiales pesados 20 se usa para producir una corriente de líquidos relativamente rica en componentes más pesados. Una vez que se eliminan los materiales pesados o una parte de los materiales pesados, el diluyente se puede recircular y devolver al reactor de tipo bucle 14. El sistema de eliminación de materiales pesados 20 no elimina necesariamente todos los materiales pesados. Más bien, el sistema de eliminación de materiales pesados 20 sólo puede eliminar una pequeña parte de los materiales pesados para limitar la acumulación potencial de materiales pesados a niveles relativamente bajos. En particular, el sistema de eliminación de materiales pesados puede limitar la acumulación de oligómeros.
El sistema de eliminación de materiales pesados 20 está configurado para producir líquidos relativamente concentrados en materiales pesados que estaban contenidos dentro de la primera corriente de vapor. Se contempla que al menos algunos de los materiales pesados procedentes de la primera corriente de vapor, o una parte importante de los mismos, se harán pasar a la tubería de suministro de materiales pesados 82. Por ejemplo, aproximadamente el 98% de la primera corriente de vapor puede permanecer en forma de vapor como resultado de circunvalar el primer condensador, en otras palabras, sólo se genera una pequeña cantidad de líquidos. Una parte de la primera corriente de vapor se envía al condensador donde toda o la mayoría de esa parte se convierte en líquido. Este líquido más frío se combina con los gases más calientes que circunvalaron el condensador y esta mezcla de líquido y vapor se envía al mezclador estático 66. El mezclador estático garantiza un buen mezclamiento de los líquidos y vapores de tal modo que puedan generarse rápidamente condiciones sustancialmente en equilibrio.
Condiciones sustancialmente en equilibrio significa que el líquido y el vapor en el depósito de recogida de líquido alcanzan sustancialmente la misma temperatura vaporizándose algunos de los líquidos para lograr esto. El gas puede luego pasar al depósito de recogida donde los líquidos y vapores se entremezclan inicialmente pero también se separan. A medida que el gas de evaporación se condensa y vuelve a evaporarse, los pesos materiales pesados se quedan detrás en el líquido en el fondo del depósito de recogida.
La cantidad de la primera corriente de vapor que se deriva al condensador 62 se controla para generar una cantidad deseada de líquidos en el depósito de recogida de líquido 68. El vapor caliente derivado y el líquido enfriado por condensador del condensador 62 se mezclan posteriormente mediante el mezclador estático 66. El controlador de temperatura 70 puede enviar señales a la válvula de derivación 64 para que se abra o se cierre en una medida deseada, dependiendo de la temperatura del vapor de diluyente en la tubería de recirculado de diluyente 80.
Después de que el vapor de gas de evaporación y el líquido condensado se mezclan para formar una mezcla, la mezcla pasa al depósito de recogida de líquido 68. El depósito de recogida de líquido 68 separa los líquidos que contienen una mayor concentración de los componentes más pesados del vapor de diluyente. Es deseable reducir o evitar los gradientes de presión o temperatura en el depósito de recogida de líquido.
El controlador de temperatura 70 puede ser reiniciado periódica u ocasionalmente por el controlador de nivel en el depósito de recogida. Si el nivel en el depósito de recogida cae por debajo del punto de ajuste de nivel, el controlador envía una señal para reducir el punto de ajuste del controlador de temperatura que a su vez envía una señal para cerrar la válvula de derivación en una medida deseada y forzar más flujo a través del condensador para generar más líquidos. Por el contrario, si el nivel en el depósito está por encima del punto de ajuste deseado, el controlador de nivel envía una señal para elevar el punto de ajuste del controlador de temperatura que a su vez
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envía una señal para abrir las válvulas de derivación en una medida deseada que disminuya el flujo a través del condensador para reducir la cantidad de líquidos formados. Cuando se cambia el punto de ajuste del controlador de flujo, la válvula de control de flujo se abre o se cierra para producir el flujo deseado, y este cambio de flujo se refleja como un cambio de nivel en el depósito, y el controlador de nivel reacciona para cambiar la cantidad de líquidos condensados.
El líquido concentrado en materiales pesados se hace pasar desde el depósito de recogida de líquidos 68 a través de la tubería de suministro de materiales pesados 82 y se bombea hacia la columna de materiales pesados 32 mediante la bomba 74. El controlador de flujo 76 monitorea y controla el flujo del líquido en la tubería de suministro de materiales pesados 82 enviando una señal a la válvula de control de flujo 78 para abrir o cerrar la válvula de control de flujo 78, dependiendo de la cantidad deseada de líquidos a generar. Por ejemplo, si los técnicos desean crear líquidos de 1.500 kg/h, es deseable que ese número se pueda ingresar como un punto de ajuste al controlador de flujo. Los líquidos se suministran en última instancia a la columna de materiales pesados 32.
Con referencia de nuevo a la Figura 1, la columna de materiales pesados 32 separa el medio líquido y los componentes más ligeros de los materiales pesados. El diluyente (en otras palabras, el medio líquido) extraído en la columna de materiales pesados 32 se hace pasar posteriormente a una columna de materiales ligeros 34, donde se retiran los materiales ligeros, produciéndose de este modo un diluyente esencialmente o sustancialmente puro, que luego pasa a través de la cámara de compensación exenta de olefinas 36 y se bombea al depósito de alimentación de catalizador 12 o al depósito de recirculado 30, y a continuación se bombea al reactor de tipo bucle 14.
El vapor de diluyente dentro de la tubería de recirculado de diluyente 80 se hace pasar a través de un condensador de gas de evaporación 84, que puede condensar, o licuar, el diluyente. Algunos diluyentes con una concentración relativamente alta de componentes más ligeros pueden permanecer como vapor. La corriente se hace pasar al depósito de recirculado 30, que sirve como tambor de separación vapor-líquido y los líquidos se hacen pasar directamente de vuelta al reactor de tipo bucle 14 a través de la unidad de tratamiento de recirculado 26. El vapor que tiene una concentración relativa más alta de los componentes más ligeros se hace pasar por la columna de fraccionamiento donde se rechazan los componentes ligeros, y se recuperan o se rechazan 1-hexeno y hexanos, se rechazan el octano y los compuestos más pesados, y el diluyente (generalmente isobutano) se recupera exento de olefinas.
La Figura 3 es una representación esquemática de otro sistema de polimerización en suspensión 11, que incluye un nuevo sistema de eliminación de materiales pesados. Como se muestra en la Figura 3, la tubería de eliminación de materiales ligeros 86 puede ser una tubería de vapor que ingresa por el lado de la columna de materiales pesados 32. Dado que la tubería de vapor 86 contendrá pequeñas cantidades de hexano, es deseable que entre en la columna de materiales pesados porque deben excluirse todos los hexanos procedentes de la columna de materiales ligeros. Además, hay una tubería de producto líquido 90 que se extiende desde la INRU 28. La INRU está diseñada para recuperar nitrógeno e hidrocarburos (diluyente) en forma de líquido. La tubería de producto líquido 90 puede dividirse conectándose una rama a la columna de materiales pesados 32 y otra rama que se conecta al depósito de recirculado 30. De esta manera, los líquidos pueden dirigirse a la columna de materiales pesados 32 y/o al depósito de recirculado 30. También, el producto exento de olefina que se hace pasar desde la unidad de compensación exenta de olefina 36 se puede bombear de vuelta al depósito de recirculado 30 además de al depósito de mezcla de catalizador 12.
Por lo tanto, en la presente memoria se describen un sistema y un procedimiento más eficaces de recircular el medio líquido en un procedimiento de polimerización en suspensión. La presente invención proporciona un sistema mejorado de eliminación de materiales pesados, que elimina una mayor cantidad de materiales pesados, en comparación con los sistemas anteriores, del medio líquido que se va a recircular al reactor. Se proporciona un sistema de recirculación directa en el que la mayor parte o la totalidad del líquido en el efluente del reactor (diluyente y otros hidrocarburos) se separa de la borra; se condensa y recircula de vuelta al reactor sin pasar por etapas de purificación (fraccionamiento). Otros sistemas hacen pasar sustancialmente todo el vapor de diluyente (efluente del reactor) por una columna de fraccionamiento (etapas de purificación) donde se pueden separar todos los compuestos más pesados. En un sistema de recirculación directa existe el deseo de rechazar los componentes más pesados, así como los componentes más ligeros, de tal modo que no se concentren en el procedimiento y dañen el reactor o el producto. Por lo tanto, en el procedimiento de recirculación directa, algunos diluyentes de recirculado (en otras palabras, hidrocarburos efluentes del reactor) se procesan en una pequeña sección de purificación (fraccionamiento) para generar un diluyente puro (exento de olefinas) para usar como diluyente catalítico, y para rechazar algunos componentes pesados y ligeros con el fin de evitar la acumulación o la concentración anormal de los mismos. Al fraccionar sólo una pequeña parte del recirculado de diluyente, los fraccionadores pueden ser más pequeños. Los fraccionadores de recirculado directo pueden alimentarse desde una corriente retrógrada de líquido recirculado o mediante un producto líquido procedente de la INRU pero al crear líquidos con el presente sistema de eliminación de materiales pesados, la concentración de materiales pesados se controla mejor, en otras palabras, para la misma velocidad de alimentación de fraccionamiento, la concentración de materiales pesados en el recirculado es baja.
En el sistema y el procedimiento descritos en la presente invención también se pueden alimentar secciones de fraccionamiento (columnas de materiales pesados y ligeros) cuando la INRU no está operativa, de manera que se pueda generar diluyente libre de olefina para suspender el catalizador.

Claims (5)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un sistema de purificación y recuperación para un medio líquido de una polimerización en suspensión, comprendiendo el sistema:
    un primer conducto de fluido conectado en un extremo a un reactor de polimerización en suspensión;
    un separador de gas de evaporación conectado a un extremo opuesto del primer conducto de fluido, para separar una corriente de vapor que comprende partículas de polímero sólido en un medio líquido;
    una línea de eliminación de vapor conectada en una parte superior del separador de gas de evaporación, para transportar la corriente de vapor del separador de gas de evaporación;
    un primer condensador aguas abajo de la tubería de eliminación de vapor;
    un depósito de recogida aguas abajo del primer condensador;
    una línea de derivación de vapor que proporciona una derivación para una parte de la corriente de vapor alrededor del condensador hacia el depósito de recogida;
    una válvula de derivación para controlar el flujo de vapor a través de la línea de derivación de vapor;
    una línea de suministro de líquido en una parte inferior del depósito de recogida;
    una línea de recirculado de vapor en una parte superior del depósito de recogida;
    un segundo condensador conectado de manera fluida a la línea de recirculado de vapor; y
    un segundo conducto de fluido que conecta la salida del segundo condensador con el reactor de polimerización en suspensión, y
    además comprendiendo una columna de materiales pesados conectada en un extremo opuesto de la línea de suministro de líquido.
  2. 2. El sistema de purificación y recuperación de la reivindicación 1, en el que la válvula de derivación está en
    comunicación informativa con al menos uno de un controlador de temperatura aguas abajo del depósito de recogida
    y un controlador de nivel situado dentro del depósito de recogida.
  3. 3. El sistema de purificación y recuperación de la reivindicación 2, en el que el controlador de nivel está en
    comunicación informativa con el controlador de temperatura, y el controlador de temperatura está en comunicación
    informativa con la válvula de derivación.
  4. 4. El sistema de purificación y recuperación de la reivindicación 1, que comprende un depósito de recirculado dispuesto a lo largo de la línea de recirculado de diluyente aguas abajo del segundo condensador.
  5. 5. El sistema de purificación y recuperación de la reivindicación 1, que comprende una columna de purga conectada de manera fluida para recibir partículas de polímero sólido del separador de gas de evaporación.
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