ES2621548T3 - Tubo de transferencia entre reactores de bucle - Google Patents

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Abstract

Un sistema de transferencia entre un primer y un segundo reactor en un reactor de bucle doble que comprende: - un conducto de derivación (11) en el segundo reactor de bucle (2) que tiene una longitud de por lo menos 1,5 veces la distancia entre los dos reactores de bucle con el fin de extenderse hasta la proximidad del primer reactor de bucle; - dos o más conductos de transferencia (14) dispuesto para transferir el producto desde el primer reactor de bucle al interior del citado conducto de derivación (11) en un punto próximo al citado primer reactor de bucle; - un mecanismo de regulación dispuesto para asegurar el barrido equivalente en cada conducto de transferencia, en el que el sistema de regulación comprende: i) un conducto principal de barrido (30) dispuesto para transportar isobutano, que conecta todos los conductos de transferencia y que está equipado con un rotámetro; ii) conductos secundarios de barrido (40, 41, 42) conectando cada uno el conducto principal de barrido a un conducto de transferencia (50, 51, 52); iii) en cada conducto secundario de barrido, un mecanismo de control (60, 61, 62) dispuesto para ser operado por la diferencia entre la presión de isobutano en flujo ascendente y la presión del conducto de transferencia en flujo descendente.

Description

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DESCRIPCION
Tubo de transferencia entre reactores de bucle
La presente invencion se refiere al campo de la polimerizacion de olefinas en reactores de bucle dobles y, espe- cialmente, a la polimerizacion de olefinas con sistemas cataliticos muy activos.
El polietileno de alta densidad (HDPE) fue producido inicialmente por polimerizacion de adicion realizada en un liqui- do que era un disolvente del polimero resultante. Ese procedimiento fue reemplazado rapidamente por polimerizacion bajo condiciones de suspension de acuerdo con Ziegler o Phillips. Mas especificamente, la polimerizacion de suspension se llevo a cabo continuamente en un reactor de bucle de tubo. Se formo un efluente de polimerizacion que es una suspension de solidos de polimero particulados suspendidos en un medio liquido, de ordinario el diluyen- te de reaccion y el monomero no reaccionado (vease, por ejemplo el documento US - A - 2.285.721). Es deseable separar el polimero y el medio liquido que comprende un diluyente inerte y monomeros sin reaccionar, sin exponer el medio liquido a la contaminacion para que el citado medio liquido pueda ser reciclado a la zona de polimerizacion con una purificacion minima o con ninguna. Como se describe en el documento US - A - 3.152.872, una suspension de polimero y el medio liquido se recoge en una o mas ramificaciones de decantacion del reactor de bucle de suspension desde el cual la suspension se descarga periodicamente a una camara de proyeccion que opera asi en forma por lotes. La mezcla se vaporiza con el fin de eliminar el medio liquido del polimero. Es necesario despues volver a comprimir el diluyente de polimerizacion vaporizado para condensarlo a una forma liquida antes de reciclar- lo como diluyente liquido a la zona de polimerizacion despues de la purificacion, si es necesario.
Las ramificaciones de decantacion tipicamente se requieren para aumentar la concentracion de polimero en la suspension extraida del reactor; sin embargo presentan varios problemas puesto que imponen una tecnica por lotes en un proceso continuo.
Los documentos EP - A - 0.891.990 y US - A - 6.204.344 revelan dos procedimientos para disminuir el comporta- miento discontinuo del reactor y al mismo tiempo aumentar la concentracion de solidos. Un procedimiento consiste en reemplazar la operacion discontinua de las ramificaciones de decantacion por una recuperacion continua de la suspension enriquecida. Otro procedimiento consiste en utilizar una bomba de circulacion mas agresiva.
Mas recientemente, el documento EP - A - 1410843 ha revelado un reactor de bucle de suspension que comprende en uno de los bucles un conducto de derivacion que conecta dos puntos del mismo bucle por una ruta alternativa que tiene un tiempo de transito diferente que el de la ruta principal, para mejorar la homogeneidad de la suspension circulante.
El documento EP - A - 1611948 revela un reactor de bucle de suspension que comprende al menos dos reactores de bucle conectados en serie y un conducto de derivacion, para conectar dos puntos del mismo reactor de bucle me- diante una ruta alternativa que tiene un tiempo de transito diferente que el de la ruta principal, recogiendo tambien el citado conducto de derivacion el polimero en crecimiento que sale del primer reactor de bucle y lo envia a un punto de entrada en el segundo reactor.
Los sistemas de doble bucle son muy deseables puesto que ofrecen la posibilidad de preparar poliolefinas produci- das a medida en gran medida, proporcionando diferentes condiciones de polimerizacion en cada reactor. El producto polimero se transfiere desde el primer al segundo bucle a traves de uno o varios conductos de transferencia. Sin embargo, a menudo es dificil encontrar el espacio adecuado para construir estos reactores de doble bucle puesto que en la configuracion actual necesitan estar cerca uno del otro con el fin de asegurar una transferencia adecuada de polimero en crecimiento de un bucle al otro. En una situacion practica, los conductos de transferencia son, por el contrario, generalmente bastante largos y la velocidad media del material que circula en los conductos es de menos de 1 m / s. Cuando se utiliza en el reactor de doble bucle un sistema catalitico muy activo, tal como, por ejemplo, un sistema catalitico de metaloceno, la longitud del conducto de transferencia se convierte en un problema. Debido a la alta reactividad de los sistemas cataliticos muy activos, hay un riesgo de polimerizacion en el conducto de transferencia y por lo tanto de obstruccion. Por tanto, estos conductos deben ser muy cortos con el fin de evitar la obstruccion producida por la polimerizacion en curso de los monomeros residuales.
Por tanto, existe una necesidad de proporcionar medios para conectar dos reactores existentes que puedan estar alejados uno del otro y asegurar un buen funcionamiento de la transferencia de producto polimero desde el primer al segundo reactor.
Un objetivo de la presente invencion es conectar dos reactores de bucle alejados.
Otro objetivo de la presente invencion es reducir el bloqueo o la obstruccion en los conductos de transferencia entre dos reactores de bucle.
Al menos uno de estos objetivos se logra, al menos en parte, con la presente invencion.
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Lista de figuras.
La figura 1 representa una configuracion de reactor de bucle doble de la presente invencion, en la que el conducto de transferencia del primer al segundo reactor de bucle esta conectado al conducto de derivacion que une dos puntos del segundo reactor.
La figura 2 representa el sistema de regulacion establecido para generar un barrido equivalente en cada conducto de transferencia.
En consecuencia, la presente invencion proporciona un sistema de transferencia que esta representado en la figura 1 y que comprende :
- un conducto de derivacion (11) en el segundo reactor de bucle (2) que tiene una longitud de aproximada- mente el doble de la distancia entre los dos reactores de bucle con el fin de extenderse a la proximidad del primer reactor de bucle;
- dos o mas conductos de transferencia (14) que transfieren el producto del primer reactor de bucle en el ci- tado conducto de derivacion al punto mas cercano al citado primer reactor de bucle;
- un mecanismo de regulacion que asegura el barrido equivalente en cada conducto de transferencia.
La configuracion tipica de un conducto de derivacion se describe en el documento EP - A - 1542793 : conecta dos puntos del mismo bucle por una ruta alternativa que tiene un tiempo de transito diferente que el de la ruta principal. El reactor de bucle de suspension, modificado de esta manera, proporciona una mejor mezcla en el interior del reactor.
En la presente descripcion los bucles que forman el reactor de bucle de suspension estan en serie y, ademas, cada bucle puede ser doblado.
El mecanismo de regulacion que asegura el barrido equivalente en cada conducto de transferencia se representa en la figura 2.
El mecanismo de regulacion comprende :
- un conducto de barrido principal (30) que transporta isobutano y que conecta todos los conductos de transferencia y esta equipado con un rotametro;
- conductos de barrido secundarios (40, 41, 42) conectando cada uno de los cuales el conducto de barrido principal a un conducto de transferencia (50, 51,52);
- en cada conducto de barrido secundario, un mecanismo de control (60, 61, 62) operado por la diferencia entre una presion de flujo ascendente de isobutano y la presion de flujo descendente del conducto de transferencia.
En una realizacion preferida de acuerdo con la presente invencion, el mecanismo de control consiste en una placa de orificios dispuesta perpendicular al eje del conducto de barrido secundario.
Tipicamente, el conducto de derivacion transporta una fraccion de la suspension del 0,5 al 50% del caudal total, preferiblemente de 1 a 15% del caudal total. El tiempo de flujo a traves del conducto de derivacion es diferente del tiempo necesario para desplazarse a traves del bucle principal puesto que las rutas tienen diferentes longitudes. Esta diferencia en el tiempo de desplazamiento resultan en mezcla longitudinal que mejora la homogeneidad de la suspension en el interior del reactor.
Preferiblemente, el punto de entrada en el conducto de derivacion se encuentra situado aguas arriba del punto de salida con el fin de beneficiarse de la diferencia de presion entre estos dos puntos y de esta manera producir una aceleracion natural.
Preferiblemente, la suspension se reinyecta al bucle principal con un angulo de 1 a 90 grados, preferiblemente con un angulo de 30 a 60 grados y mas preferiblemente con un angulo de aproximadamente 45 grados.
El diametro de la derivacion es menor que el del bucle principal y la relacion DB / DL del diametro de derivacion DB al diametro del bucle DL es de 1 : 12 a 1 : 2, preferiblemente de 1 : 6 a 1 : 3.
Tipicamente, el diametro del conducto de derivacion es de 12 cm a 30 cm. Ademas, las curvas en el conducto de derivacion son preferiblemente curvas de radio largo : tipicamente tienen un radio de curvatura que es igual al me-
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nos a 10 veces el diametro del conducto de derivacion . La velocidad tipica de la suspension dentro del conducto de derivacion es superior a 10 m / s.
El conducto de derivacion puede tener una camisa para un medio de enfriamiento.
La distancia entre los dos bucles que deben ser conectados puede ser de hasta 30 m, preferentemente de hasta 20 m, mas preferiblemente de hasta 15 m, cuando se opera unicamente por la diferencia de presion entre el punto de entrada y el punto de salida del conducto de derivacion.
El sistema de transferencia de la presente invencion se puede operar con cualquier sistema catalitico conocido en la tecnica, pero es mas ventajoso para los sistemas cataliticos de metaloceno que son muy activos y por lo tanto puede inducir la polimerizacion dentro del conducto de transferencia produciendo de este modo la obstruccion del conducto. Se puede utilizar para la homopolimerizacion o copolimerizacion de olefinas. Preferiblemente, la olefina es etileno o una alfa - olefina, mas preferiblemente etileno o propileno, y de la manera mas preferible, etileno. La copolimerizacion se obtiene mediante la adicion de un comonomero, seleccionado preferiblemente entre las alfa - olefinas C4 a C8, mas preferiblemente hexeno.
En la presente invencion, la longitud del conducto de derivacion conectado al segundo reactor se incrementa con respecto a la configuracion original de manera que pase cerca del primer reactor. El conducto de transferencia se descarga en el conducto de derivacion anadido al segundo reactor en lugar de hacerlo directamente en el interior del segundo reactor. En esta configuracion, el conducto de transferencia es mucho mas corto que si estuviera conectado directamente al segundo reactor.
Preferiblemente, la salida de producto desde el primer reactor es operada por medio de una o mas ramificaciones de decantacion, cada una de las cuales tiene un conducto de transferencia descargado en el conducto de derivacion . Por otra parte, varios o todos los conductos de transferencia se pueden unir en una descarga comun antes de ser conectados a la derivacion.
La presente invencion produce las mismas ventajas que las obtenidas con el conducto de derivacion que se ha des- crito en el documento Ep - A - 1410843 :
- Los productos polimeros obtenidos con el reactor de bucle modificado con la derivacion tienen una densi- dad aparente que es de 1 a 5% mas grande que la de los productos polimeros obtenidos con el reactor de bucle no modificado;
- La productividad del catalizador se mejora sustancialmente sin ninguna perdida en la produccion. La pro- ductividad del catalizador tipicamente es incrementada de un 10% a un 50%. Esta mejora en la productividad del catalizador se obtiene gracias a un aumento del tiempo de residencia en el reactor y a la extension de la ventana de operacion estable. Se ha observado que el contenido de solidos, medido como la relacion del caudal masico de particulas con respecto al caudal masico total, se incrementa en al menos el 1,5%, preferiblemente en al menos el 3%.
Ademas de estas ventajas proporcionadas por la derivacion en un unico reactor, los conductos de transferencia que conectan el primer punto de salida del reactor al conducto de derivacion se pueden acortar. El riesgo de polimerizar la olefina sin reaccionar que sale del primer reactor en estos conductos de transferencia se disminuye de este modo. La concentracion de olefina en el primer reactor se puede aumentar a una concentracion de al menos el 6%, preferiblemente de aproximadamente el 8%. El riesgo de bloqueo se reduce aun mas asegurando el barrido equivalente en todos los conductos de transferencia.
Ejemplos.
Se evaluaron varios disenos de transferencia. Un diseno esquematico del sistema de transferencia se representa en la figura 2. Para todos los disenos, la caida de presion entre el punto de entrada y el punto de salida del conducto de derivacion controla por completo el flujo en el conducto.
Los parametros del reactor fueron los siguientes.
Primer reactor
volumen : 19 m3
numero de ramificaciones de decantacion : 3
diametro interno de las ramificaciones de decantacion : 19,37 cm (tubo estandar de 8”) volumen de las ramificaciones de decantacion : 30 litros cada una
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diametro interno del reactor: 45,56 cm (tuberia estandar de 20”) produccion de polietileno : 6,5 toneladas / hora concentracion de etileno : 6% en peso concentracion de solidos : 42%
Segundo reactor
volumen : 19 m3
numero de ramificaciones de decantacion : 4
diametro interno de las ramificaciones de decantacion : 19,37 cm (tubo estandar de 8”)
volumen de las ramificaciones de decantacion : 30 litros cada una
diametro interno del reactor : 45,56 cm (tuberia estandar de 20”)
produccion de polietileno : 4,5 toneladas / hora
concentracion de etileno : 7% en peso
concentracion de solidos : 42%.
Los parametros del sistema de transferencia se seleccionaron como sigue.
Conducto de derivacion.
- angulo en la separacion de flujo = 33 grados
- angulo en el reencuentro de flujo = 45 grados
- longitud del conducto de derivacion = 18 m
- diametro interno del conducto de derivacion = 14,64 cm (tuberia estandar de 6”)
- el conducto de derivacion tiene 5 curvas: 3 curvas con un angulo de 90 grados, 1 curva con un angulo de deflexion de 33 grados y 1 curva con un angulo de deflexion de 23 grados.
En la salida del primer reactor se recogio el producto polimero en tres ramificaciones de decantacion, cada una con un diametro de 19,37 cm (tubo estandar 6”) y un volumen de 30 l. Cada ramificacion de decantacion estaba equipa- da con una valvula de rotacion que se abria ciclicamente a un conducto de transferencia. Los conductos de transferencia tenian un diametro de 7,37 cm (tuberia estandar de 3”) y una longitud de 2 a 3 metros. Se establecio un barri- do de los conductos de transferencia con isobutano para mantener un caudal minimo continuo en los conductos de transferencia
Todas los conductos de barrido, los conductos principal y secundarios, tenian un diametro de 2,54 cm (1 pulgada) y transportaban un flujo de isobutano. Cada conducto de barrido secundario estaba equipado con una placa de orifi- cios colocada perpendicular al flujo de isobutano y detectaba de este modo la presion del flujo ascendente de isobutano y la presion del flujo descendente del conducto de transferencia. Su papel era el de regular e igualar los cauda- les de barrido en los tres conductos de transferencia.
Este sistema suprimia con exito la obstruccion en los conductos de transferencia.

Claims (9)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un sistema de transferencia entre un primer y un segundo reactor en un reactor de bucle doble que comprende :
    - un conducto de derivacion (11) en el segundo reactor de bucle (2) que tiene una longitud de por lo me- nos 1,5 veces la distancia entre los dos reactores de bucle con el fin de extenderse hasta la proximidad del primer reactor de bucle;
    - dos o mas conductos de transferencia (14) dispuesto para transferir el producto desde el primer reactor de bucle al interior del citado conducto de derivacion (11) en un punto proximo al citado primer reactor de bucle;
    - un mecanismo de regulacion dispuesto para asegurar el barrido equivalente en cada conducto de transferencia, en el que el sistema de regulacion comprende :
    i) un conducto principal de barrido (30) dispuesto para transportar isobutano, que conecta todos los conductos de transferencia y que esta equipado con un rotametro;
    ii) conductos secundarios de barrido (40, 41,42) conectando cada uno el conducto principal de barrido a un conducto de transferencia (50, 51,52);
    iii) en cada conducto secundario de barrido, un mecanismo de control (60, 61, 62) dispuesto para ser operado por la diferencia entre la presion de isobutano en flujo ascendente y la presion del conducto de transferencia en flujo descendente.
  2. 2. El sistema de transferencia de la reivindicacion 1 en el que el conducto de derivacion en el segundo reactor de bucle tiene una longitud de por lo menos el doble de la distancia entre los dos reactores de bucle.
  3. 3. El sistema de transferencia de la reivindicacion 1 o la reivindicacion 2, en el que el producto polimero se recoge en dos o mas ramificaciones de decantacion antes de ser vertido en el interior de los dos o mas conductos de transferencia.
  4. 4. El sistema de transferencia de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que dos o mas conductos de transferencia se unen unos a los otros antes de ser conectados al conducto de derivacion .
  5. 5. El sistema de transferencia de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el mecanismo de control es una placa de orificios colocada perpendicular a los conductos de flujo en los conductos secundarios de barrido.
  6. 6. El uso del sistema de transferencia de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los sistemas cataliticos de polimerizacion incluyen un componente catalitico muy activo, tal como un componente catalitico de metaloceno.
  7. 7. El uso del reactor de bucle de suspension de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 para homopolimerizacion o copolimerizacion de olefinas.
  8. 8. El uso de la reivindicacion 7 para incrementar la concentracion en olefina en el primer reactor a una concentra- cion de al menos el 6%.
  9. 9. El uso de una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en el que la olefina es etileno.
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