Proceso para la polimerización en fase de suspensión.

Procesos para producir un polietileno multimodal en al menos dos reactores conectados en serie,

en el cual 20-80% en peso de un polímero de alto peso molecular (HMW) se elabora en suspensión en un primer reactor y 20 -80% en peso de un polímero de bajo peso molecular (LMW) se elabora en suspensión en un segundo reactor, enpresencia del polímero de HMW, en donde:

la concentración de sólidos en el segundo reactor para LMW, definida como la masa de polímero dividida por lamasa total de la suspensión es al menos de 35% en peso, más preferiblemente entre 45% en peso y 60% en peso,y/o Ia relación de la concentración de sólidos en el primer reactor con respecto aquella en el segundo reactor semantiene menor 1,0, preferiblemente entre 0,6 y 0,8;

el volumen del segundo reactor es al menos 10%, preferiblemente al menos 30% y más preferiblemente al menos50% superior al volumen del primer reactor;

la relación de la actividad promedio en el reactor para LMW con respecto a la actividad promedio en el reactor paraHMW es de 0,25 y 1,5, en donde la actividad promedio en cada reactor se define como la tasa de polietilenoproducida en el reactor (kg PE/h) / [concentración de etileno en el reactor (% en moles) x tiempo de permanencia enel reactor (horas) x velocidad de alimentación del catalizador en el reactor (g/h)], siendo el tiempo de permanenciadefinido como la masa del polímero en el reactor (kg)/Ia velocidad de salida de polímero del reactor (kg/h); yen donde la relación de la concentración de etileno en la fase líquida (en % en moles) en el segundo reactor conrespecto a aquella en el primer reactor es de 5 o menos, la concentración de etileno en el segundo reactor es menora 8% en moles y el rendimiento promedio de espacio-tiempo (definido como la producción de polímero en kg/h porunidad de volumen del reactor) en todos los reactores combinados es superior a 100 kg/m3/h.

Proceso para la polimerización en fase de suspensión La presente invención se relaciona con la polimerización de olefinas en reactores en fase de suspensión y más particularmente con la polimerización en dos o más reactores dispuestos en serie.

Se conoce bien la polimerización en fase de suspensión de olefinas, en la que un monómero olefínico y opcionalmente un comonómero olefínico se polimerizan en presencia de un catalizador en un diluyente en el cual se suspende y transporta el producto polimérico sólido.

La polimerización se lleva a cabo típicamente a temperaturas en el intervalo de 50 -125°C y a presiones en el intervalo de 1 - 100 bares. El catalizador usado puede ser cualquier catalizador típicamente usado para la polimerización de olefinas, tal como óxido de cromo, catalizadores ZiegIer-Natta o de tipo metaloceno.

Muchos sistemas de múltiples reactores emplean reactores de circuito cerrado, que son de una construcción tubular continua que comprende al menos dos, por ejemplo cuatro, secciones verticales y al menos dos, por ejemplo cuatro, secciones horizontales. El calor de polimerización se retira típicamente usando intercambio indirecto con un medio de enfriamiento, preferiblemente agua, en camisas que rodean al menos parte del reactor tubular de circuito cerrado. El volumen de cada reactor de circuito cerrado de un sistema de múltiples reactores puede variar, pero está típicamente en el intervalo de 10 - 200 m3, más típicamente 50 - 120 m3. Los reactores de circuito cerrado empleados en la presente invención son de este tipo genérico.

Típicamente, en el proceso de polimerización en Suspensión de polietileno, por ejemplo, la suspensión en el reactor comprenderá el polímero en partículas, el diluyente o los diluyentes hidrocarbonados, el (co) monómero o los (co) monómeros, el catalizador, los terminadores de cadena, tales como hidrógeno, y otros aditivos del reactor. En particular, la suspensión comprenderá 20 - 75, preferiblemente 30 - 70, por ciento en peso (con base en el peso total de la suspensión) de polímero en partículas y 80 - 25, preferiblemente 70 - 30 por ciento en peso (con base en el peso total de la suspensión) del medio de suspensión, donde el medio de suspensión es la suma de todos los componentes fluidos en el reactor y comprenderá el diluyente, monómero olefínico y cualquier aditivo; el diluyente puede ser un diluyente inerte o puede ser un diluyente reactivo, en particular un monómero olefínico líquido; donde el principal diluyente es un diluyente inerte, el monómero olefínico comprenderá típicamente 2 - 20, preferiblemente 4 - 10 por ciento en peso de la suspensión.

La suspensión se bombea alrededor del sistema de reacción de circuito cerrado sin fin de trayectoria relativamente suave con velocidades del fluido suficientes para mantener el polímero en suspensión en la suspensión y para mantener una concentración en Ia sección transversal y gradientes de carga de sólidos aceptables. La suspensión se extrae del reactor de polimerización que contiene el polímero junto con los reactivos e hidrocarburos inertes, todos los cuales comprenden principalmente diluyente inerte y monómero sin reaccionar. La suspensión del producto que comprende polímero y diluyente y, en la mayoría de los casos catalizado, monómero y comonómero olefínico pueden descargarse en forma intermitente o continua, opcionalmente usando dispositivos concentradores tales como hidrociclones o ramas de sedimentación para minimizar la cantidad de fluidos extraídos con el polímero.

En las polimerizaciones de múltiples reactores, la composición de la suspensión extraída del reactor final depende de muchos factores aparte de la composición del producto realmente polimerizado en el reactor final: también depende del producto final deseado, y las condiciones de reacción y las proporciones relativas de los productos en cualquiera de los reactores corriente arriba. Las condiciones de reacción requeridas en el reactor final también se ven afectadas por las condiciones de reacción en reactores corriente arriba, particularmente el impacto de la productividad del catalizador en reactores corriente arriba sobre el potencial de actividad medio bajo las condiciones de reacción corriente abajo. Así, el control de la composición de la suspensión extraída del reactor final y también las condiciones del proceso asociadas con el mismo es más complejo que en el caso de un solo reactor.

Un problema que puede afectar a todos los factores anteriores es el tamaño relativo de los dos reactores. Hay muchos requisitos en conflicto que afectan la optimización del volumen y las dimensiones de los dos reactores. En una polimerización de múltiples reactores, el segundo reactor y cualquiera de los reactores posteriores debe ser lo suficientemente grande para manejar no solo el polímero producido en ese reactor, sino también el polímero transferido desde el reactor o los reactores previos. Esto implicaría que el segundo reactor y los reactores posteriores deban ser más grandes que los reactores corriente arriba con el fin de mantener rendimientos similares de espacio-tiempo. La desventaja con esto, sin embargo, es que el requisito de remoción de calor, a menudo una restricción en la producción, de los reactores más grandes corriente abajo sería mayor que aquella de los reactores corriente arriba. De acuerdo con esto, no es obvio cuál debe ser la relación óptima de tamaño de los reactores. En particular, cuando se diseña un sistema reactor para funcionar con diferentes tipos de catalizador (p. ej. Ziegler-Natta, cromo y/o metaloceno) o un sistema catalítico en el que la relación de actividad o producción media requerida varía significativamente entre reactores bajo diferentes regímenes de funcionamiento, la relación ideal de tamaños para los reactores en cada caso es probable que sea diferente, haciendo difícil seleccionar un perfil de tamaños ideal. El perfil de actividad bajo condiciones de reacción constantes también varía significativamente entre sistemas catalíticos Ziegler-Natta, de cromo, de metaloceno y/o de metales de transición tardíos.

El documento EP 0057420 se refiere a un proceso de múltiples etapas para la producción de un polímero de etileno en suspensión, preferiblemente en dos reactores de circuito cerrado conectados en serie. El catalizador es un catalizador soportado de Ziegler. En la primera etapa, se produce un polímero HMW con una viscosidad intrínseca de 2 a 10 dl/g y en la segunda etapa, se produce un polímero LMW con una viscosidad intrínseca de 0, 2 a 1, 5 dl/g. La cantidad de polímero formada en la primera etapa es de 5 a 80% en peso del polímero total.

Se ha encontrado que la relación de tamaño más óptima del reactor es una en la cual el segundo reactor es al menos 10% en volumen mayor que el primer reactor.

Por lo tanto, en su primer aspecto, la presente invención proporciona un proceso para producir un polietileno multimodal en al menos dos reactores conectados en serie, en el que 20 - 80% en peso de un polímero de alto peso molecular (HMW) se elabora en suspensión en un primer reactor y 20 - 80% en peso de un polímero de bajo peso molecular (LMW) se elabora en suspensión en un segundo reactor en presencia del polímero HMW, en donde la concentración de sólidos en el segundo reactor para LMW, definida como la masa de polímero dividida por la masa total de suspensión, es al menos de 35% en peso, lo más preferible entre 45% en peso y 60% en peso, y/o la relación de la concentración de sólidos en el primer reactor con respecto a aquella en el segundo reactor se mantiene menor que 1, 0, preferiblemente entre o, 6 y 0, 8, y además en donde el volumen del segundo reactor es al menos 10%, preferiblemente al menos 30% y más preferiblemente al menos 50% mayor que el volumen del primer reactor, siendo dicho proceso de acuerdo con la reivindicación 1.

Se encontró que un sistema reactor en el cual el volumen del segundo reactor es al menos 10% mayor que el volumen del primer reactor permite minimizar el volumen total del reactor mientras que proporciona suficiente flexibilidad para manejar diferentes condiciones de funcionamiento y catalizadores. En polimerizaciones en las cuales el polímero HMW se elabora en el primer reactor, la actividad del catalizador en el primer reactor es usualmente mucho mayor que aquella en el segundo reactor. Sin embargo es generalmente deseable que tenga una tasa de producción relativamente balanceada en los dos reactores. Se encontró que esto se puede lograr en una forma eficiente y controlable incrementando el tiempo de permanencia en el segundo reactor para LMW con relación al primero. Esto se puede hacer ya sea incrementando el volumen del segundo reactor (LMW)... [Seguir leyendo]

1. Procesos para producir un polietileno multimodal en al menos dos reactores conectados en serie, en el cual 2080% en peso de un polímero de alto peso molecular (HMW) se elabora en suspensión en un primer reactor y 20 80% en peso de un polímero de bajo peso molecular (LMW) se elabora en suspensión en un segundo reactor, en presencia del polímero de HMW, en donde:

la concentración de sólidos en el segundo reactor para LMW, definida como la masa de polímero dividida por la masa total de la suspensión es al menos de 35% en peso, más preferiblemente entre 45% en peso y 60% en peso,

y/o Ia relación de la concentración de sólidos en el primer reactor con respecto aquella en el segundo reactor se mantiene menor 1, 0, preferiblemente entre 0, 6 y 0, 8;

el volumen del segundo reactor es al menos 10%, preferiblemente al menos 30% y más preferiblemente al menos 50% superior al volumen del primer reactor;

la relación de la actividad promedio en el reactor para LMW con respecto a la actividad promedio en el reactor para HMW es de 0, 25 y 1, 5, en donde la actividad promedio en cada reactor se define como la tasa de polietileno producida en el reactor (kg PE/h) / [concentración de etileno en el reactor (% en moles) x tiempo de permanencia en el reactor (horas) x velocidad de alimentación del catalizador en el reactor (g/h) ], siendo el tiempo de permanencia definido como la masa del polímero en el reactor (kg) /Ia velocidad de salida de polímero del reactor (kg/h) ; y

en donde la relación de la concentración de etileno en la fase líquida (en % en moles) en el segundo reactor con respecto a aquella en el primer reactor es de 5 o menos, la concentración de etileno en el segundo reactor es menor a 8% en moles y el rendimiento promedio de espacio-tiempo (definido como la producción de polímero en kg/h por unidad de volumen del reactor) en todos los reactores combinados es superior a 100 kg/m3/h.

2. Proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la concentración de sólidos en el primer reactor para HMW está entre 20% en peso y 50% en peso, más preferiblemente entre 25% en peso y 35% en peso.

3. Proceso de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en donde el rendimiento promedio de espaciotiempo (definido como la producción de polímero en kg/h por unidad de volumen del reactor) en todos los reactores combinados es superior a 200 kg/m3/h.

4. Proceso de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en donde el catalizador empleado en el proceso es un catalizador de ZiegIer-Natta, la relación en peso del polímero de LMW con respecto a HMW es de 40 : 60 a 60 : 40, y el rendimiento de espacio-tiempo (definido como producción de polímero en Kg/h por unidad de volumen de reactor) es al menos de 150, preferiblemente al menos de 200, lo más preferible al menos de 250.

5. Proceso de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en donde la relación de longitud con respecto al diámetro (L/D) del primer reactor para HMW es superior a 500, preferiblemente entre 750 y 3000, y lo más preferible superior a 800, por ejemplo 800 - 1500.

6. Proceso de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en donde la relación de longitud con respecto al diámetro (L/D) del segundo reactor para LMW es superior a 200, preferiblemente entre 200 - 1000, y lo más preferible 250 - 750, por ejemplo 300 - 550.

7. Proceso de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en donde la relación de longitud con respecto al diámetro del primer reactor para HMW, L/D (1) , es superior a aquella del segundo reactor para LMW, L/D (2) , y preferiblemente al menos 20% superior.

8. Proceso de acuerdo con la reivindicación 7, en donde la relación de L/D (1) con respecto a L/D (2) es superior a 1, 5, preferiblemente superior a 2.

9. Proceso de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en donde la relación de la concentración de etileno en la fase líquida (en % en moles) en el segundo reactor con respecto a aquella en el primer reactor es de 3 o menos, y preferiblemente de 2, 5 o menos.

10. Proceso de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en donde la concentración de etileno en el segundo reactor está entre 1, 5% en moles y menos de 8% en moles.

11. Proceso de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en donde la temperatura del primer reactor se mantiene entre 60 y 80°C, y preferiblemente es menor a 75°C.

12. Proceso de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en donde se transfiere una suspensión que contiene al polietileno multimodal desde el segundo de los dos reactores hasta un tanque de evaporación instantánea que opera a una presión y temperatura de tal manera que al menos 50% en moles, preferiblemente al menos 80% en moles, más preferiblemente 90% en moles, y lo más preferible 95% en moles del componente líquido de la suspensión se extrae del tanque de evaporación instantánea como un vapor.