PROCEDIMIENTO DE POLIMERIZACION EN FASE DE SUSPENSION.

Procedimiento que comprende polimerizar, en un reactor de tipo bucle de una construcción tubular continua,

un monómero olefínico opcionalmente junto con un comonómero olefínico en presencia de un catalizador de polimerización en un diluyente, para producir una suspensión espesa que comprende polímero olefínico sólido en partículas y el diluyente, en donde el diámetro interno de por lo menos el 50% de la longitud total del reactor es de al menos 700 mm, la concentración de sólidos en el reactor es de al menos 20% en volumen y el índice de Fraude se mantiene por debajo de 30

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/GB2005/004476.

Solicitante: INEOS MANUFACTURING BELGIUM NV.

Nacionalidad solicitante: Bélgica.

Dirección: SCHELDELAAN 482,2040 ANTWERPEN.

Inventor/es: LEE,STEPHEN KEVIN, MARISSAL,DANIEL, WALWORTH,BRENT,R.

Fecha de Publicación: .

Fecha Concesión Europea: 20 de Enero de 2010.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B01J19/18C8
  • C08F210/16 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C08 COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION O PRODUCCION QUIMICA; COMPOSICIONES BASADAS EN COMPUESTOS MACROMOLECULARES.C08F COMPUESTOS MACROMOLECULARES OBTENIDOS POR REACCIONES QUE IMPLICAN UNICAMENTE ENLACES INSATURADOS CARBONO - CARBONO (producción de mezclas de hidrocarburos líquidos a partir de hidrocarburos de número reducido de átomos de carbono, p. ej. por oligomerización, C10G 50/00; Procesos de fermentación o procesos que utilizan enzimas para la síntesis de un compuesto químico dado o de una composición dada, o para la separación de isómeros ópticos a partir de una mezcla racémica C12P; polimerización por injerto de monómeros, que contienen uniones insaturadas carbono-carbono, sobre fibras, hilos, hilados, tejidos o artículos fibrosos hechos de estas materias D06M 14/00). › C08F 210/00 Copolímeros de hidrocarburos alifáticos insaturados que tienen solamente un enlace doble carbono-carbono. › Copolímeros de eteno con alfa-alquenos, p. ej. cauchos EP.

Clasificación PCT:

  • B01J19/24 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B01 PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL.B01J PROCEDIMIENTOS QUIMICOS O FISICOS, p. ej. CATALISIS, QUIMICA DE LOS COLOIDES; APARATOS ADECUADOS (procedimientos o aparatos para usos específicos, ver las clases correspondientes a los procedimientos o al equipo, p. ej. F26B 3/08). › B01J 19/00 Procedimientos químicos, físicos o físico-químicos en general (tratamiento físico de las fibras, hilos, hilados, tejidos, plumas o artículos fibrosos hechos de estas materias, ver los lugares apropiados para dicho tratamiento, p. ej. D06M 10/00 ); Aparatos apropiados (accesorios, cargas o rejillas especialmente adaptadas para el tratamiento biológico del agua, agua residual o de alcantarilla C02F 3/10; placas o rejillas de chapoteo especialmente adaptadas para los enfriadores por chorreo F28F 25/08). › Reactores fijos sin elementos internos móviles (B01J 19/08, B01J 19/26 tienen prioridad; de partículas inmóviles B01J 8/02).
  • B01J8/20 B01J […] › B01J 8/00 Procedimientos químicos o físicos en general, llevados a cabo en presencia de fluidos y partículas sólidas; Aparatos para tales procedimientos (procedimientos o dispositivos para la granulación de sustancias B01J 2/00; hornos F27B). › el agente fluidificante es un líquido.
  • C08F10/00 C08F […] › Homopolímeros y copolímeros de hidrocarburos alifáticos insaturados que tienen solamente un enlace doble carbono-carbono.
  • C08F2/14 C08F […] › C08F 2/00 Procesos de polimerización. › medio orgánico.
  • C08F210/16 C08F 210/00 […] › Copolímeros de eteno con alfa-alquenos, p. ej. cauchos EP.

Fragmento de la descripción:

Procedimiento de polimerización en fase de suspensión espesa.

La presente invención se refiere a la polimerización de olefinas en reactores de tipo bucle en fase de suspensión espesa.

Es bien conocida la polimerización de olefinas en fase de suspensión espesa en donde un monómero olefínico y opcionalmente un comonómero olefínico se polimerizan en presencia de un catalizador en un diluyente en el cual el producto polimérico sólido es suspendido y transportado.

Esta invención se refiere concretamente a la polimerización en un reactor de tipo bucle en donde la suspensión espesa se hace circular por el reactor habitualmente por medio de una bomba o agitador. Los reactores de tipo bucle llenos de líquido son particularmente bien conocidos en la técnica y se describen, por ejemplo, en las Patentes US Nos. 3.152.872, 3.242.150 y 4.613.484.

La polimerización se efectúa normalmente a temperaturas del orden de 50-125ºC ya presiones del orden de 1-100 bares absolutos. El catalizador usado puede ser cualquier catalizador habitualmente empleado para la polimerización de olefinas, tales como catalizadores de óxido de cromo, catalizadores Ziegler-Natta o catalizadores de tipo metaloceno. La suspensión espesa de producto que comprende polímero y diluyente, y en la mayoría de los casos catalizador, monómero olefínico y comonómero, se puede descargar de manera intermitente o continua, empleando opcionalmente dispositivos de concentración tales como hidrociclones o columnas de sedimentación para reducir al mínimo la cantidad de fluidos extraídos con el polímero.

El reactor de tipo bucle es 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 disipa habitualmente empleando intercambio indirecto con un medio de enfriamiento, preferentemente agua, en camisas que rodean al menos parte del reactor tubular de tipo bucle. El volumen del reactor de tipo bucle puede variar pero normalmente es del orden de 20 a 120 m3; los reactores de tipo bucle de la presente invención son de este tipo genérico.

En el transcurso de los años han aumentado de manera constante las capacidades máximas de las plantas a escala comercial. La cada vez mayor experiencia operativa durante las últimas décadas ha llevado a que se trabaje, en los bucles de reacción, con concentraciones de suspensión espesa y monómero cada vez más altas. El incremento en las concentraciones de suspensión espesa se ha logrado normalmente con el uso de mayores velocidades de circulación conseguidas, por ejemplo, mediante una mayor carga de la bomba de circulación del reactor o mediante el uso de múltiples bombas de circulación, tal como se ilustra en EP 432555 y EP 891990. El incremento de la carga de sólidos es conveniente para aumentar el tiempo de residencia en el reactor para un volumen fijo del reactor y también para reducir el tratamiento del diluyente aguas abajo y las necesidades de reciclado. Sin embargo, el requisito de una velocidad y carga incrementadas del bucle ha conducido al incremento de los tamaños y complejidad del diseño de las bombas y a consumos de energía a medida que aumenta la concentración de suspensión espesa. Esto presenta implicaciones de costes tanto de capital como operativos.

Históricamente, la velocidad de circulación en el bucle de reacción se ha hecho que normalmente sea la máxima para asegurar el mantenimiento de una buena distribución térmica, composicional y de partículas de un lado a otro de la sección transversal del reactor, en particular para evitar la sedimentación de sólidos, características de flujo estable o excesivas concentraciones de sólidos en la pared tubular en lugar de ser reducida para minimizar la caída de presión/energía en el bucle de polimerización.

Una distribución inadecuada de la sección transversal podría conducir a un mayor ensuciamiento, a una menor transferencia de calor y a una menor productividad y homogeneidad del polímero. La construcción y puesta en servicio de nuevas plantas comerciales resulta muy costoso y, por tanto, se buscan nuevos diseños para evitar o reducir al mínimo los cambios en los parámetros operativos que se considera aumentan el riesgo para conseguir una operación con pleno éxito de la nueva unidad.

De acuerdo con la presente invención se proporciona un procedimiento que comprende polimerizar, en un reactor de tipo bucle de una construcción tubular continua, un monómero olefínico opcionalmente junto con un comonómero olefínico en presencia de un catalizador de polimerización en un diluyente, para producir una suspensión espesa que comprende polímero olefínico sólido en partículas y el diluyente, en donde el diámetro interno medio de por lo menos el 50% de la longitud total del reactor es de al menos 700 mm y la concentración de sólidos en el reactor es de al menos 20% en volumen.

Una de las ventajas de la presente invención es que se reduce el consumo específico de energía del reactor (es decir, la energía consumida por unidad de peso de polímero producido), mientras se mantiene un tiempo de residencia determinado en el reactor y se evita el ensuciamiento inaceptable del reactor. La invención resulta especialmente ventajosa cuando se desea diseñar y operar una planta con altas cargas de sólidos y cuando previamente se ha considerado necesario utilizar, lo que ahora se ha comprobado, velocidades de circulación en el bucle excesivamente eleva- das.

Esta invención se refiere a un método y aparato para la polimerización continua de olefinas, preferentemente a-monoolefinas, en una zona de reacción tubular, alargada, en bucle cerrado. La olefina u olefinas se añaden de manera continua a, y se ponen en contacto con, un catalizador en un hidrocarburo diluyente. El monómero o los monómeros polimerizan para formar una suspensión espesa de polímero sólido en partículas suspendido en el medio de polimerización o diluyente.

Habitualmente, en el procedimiento de polimerización de polietileno en suspensión espesa, esta última comprenderá, en el reactor, el polímero en partículas, el hidrocarburo o hidrocarburos diluyentes, el comonómero o comonómeros, catalizador, terminadores de cadena tal como hidrógeno y otros aditivos en el reactor. En particular, la suspensión espesa comprenderá 20-75, preferentemente 30-70% en peso basado en el peso total de la suspensión espesa del polímero en partículas, y 80-25, preferentemente 70-30% en peso basado en el peso total de la suspensión espesa de medio de suspensión, en donde el medio de suspensión es la suma de todos los componentes fluidos en el reactor y comprenderá el diluyente, monómero olefínico y cualesquiera aditivos; el diluyente puede ser un diluyente inerte o puede ser un diluyente reactivo, en particular un monómero olefínico líquido; cuando el diluyente principal es un diluyente inerte, el monómero olefínico constituirá normalmente el 2-20, preferentemente 4-10% en peso del peso total de la suspensión espesa.

La suspensión espesa se bombea alrededor del sistema de reacción en bucle sinfín de un recorrido relativamente uniforme a velocidades del fluido suficientes para (i) mantener el polímero en suspensión en la suspensión espesa y (ii) para mantener gradientes aceptables de concentración en sección transversal y de carga de sólidos.

Se ha comprobado ahora que, para altas cargas de sólidos, las distribuciones de la concentración de suspensión espesa en sección transversal (como se pone de manifiesto por el ensuciamiento, las variaciones de flujo y/o la transferencia de calor), se pueden mantener dentro de límites operativos aceptables, aumentando al mismo tiempo el diámetro interno del reactor tubular por encima de aquél que es considerado tradicionalmente como operativamente fiable. Esto va en contra de lo que el experto en la materia creía que era el caso a la luz de las condiciones de procesado convencionales en donde el diámetro interno del reactor no es mayor de 600 mm y habitualmente es de alrededor de 500 mm.

La concentración de sólidos en la suspensión espesa del reactor estará normalmente por encima de 20% en volumen, con preferencia alrededor de 30% en volumen, por ejemplo 20-40% en volumen, preferentemente 25-35% en volumen, en donde el % en volumen es [(volumen total de la suspensión espesa - volumen del medio de suspensión)/(volumen total de la suspensión espesa)] x 100. La concentración de sólidos, medida como el porcentaje en peso que es equivalente al medido como porcentaje en volumen,...

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento que comprende polimerizar, en un reactor de tipo bucle de una construcción tubular continua, un monómero olefínico opcionalmente junto con un comonómero olefínico en presencia de un catalizador de polimerización en un diluyente, para producir una suspensión espesa que comprende polímero olefínico sólido en partículas y el diluyente, en donde el diámetro interno de por lo menos el 50% de la longitud total del reactor es de al menos 700 mm, la concentración de sólidos en el reactor es de al menos 20% en volumen y el índice de Fraude se mantiene por debajo de 30.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en donde la concentración de sólidos en el reactor es del orden de 25-35% en volumen.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, en donde el diámetro interno de por lo menos el 50% de la longitud total del reactor es mayor de 750 mm.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, en donde el diámetro interno de por lo menos el 70% de la longitud total del reactor es mayor de 700 mm.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, en donde el diámetro interno de por lo menos el 85% de la longitud total del reactor es mayor de 700 mm.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el rendimiento en espacio-tiempo es del orden de 0,2-0,35 ton/hora/m3.

7. Reactor de tipo bucle de una construcción tubular continua que tiene al menos 2 secciones horizontales y al menos 2 secciones verticales, en donde el diámetro interno de por lo menos el 50% de la longitud total del reactor es de al menos 700 mm y la relación de la longitud del reactor al diámetro interno del mismo es menor de 500.

8. Reactor de tipo bucle según la reivindicación 7, en donde el diámetro interno de por lo menos el 50% de la longitud total del reactor es mayor de 750 mm.

9. Reactor de tipo bucle según la reivindicación 7, en donde el diámetro interno de por lo menos el 70% de la longitud total del reactor es de al menos 700 mm.

10. Reactor de tipo bucle según la reivindicación 7, en donde el diámetro interno de por lo menos el 85% de la longitud total del reactor es de al menos 700 mm.

11. Reactor de tipo bucle según la reivindicación 7, en donde la relación de la longitud al diámetro interno del reactor es menor de 250.

12. Reactor de tipo bucle según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, en donde el tamaño del reactor es mayor de 20 m3.

13. Reactor de tipo bucle según la reivindicación 12, en donde el tamaño del reactor es de 100-175 m3.


 

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