Procedimiento de polimerización en fase de suspensión espesa.

Procedimiento para la producción de un polietileno multimodal en al menos dos reactores de tipo bucle conectados en serie,

en donde, en un primer reactor, se prepara en suspensió.

Procedimiento de polimerización en fase de suspensión espesa La presente invención se refiere a la polimerización de olefinas en reactores con fase de suspensión espesa y, más particularmente, a la polimerización en dos o más reactores dispuestos en serie. La expresión “fase de suspensión espesa” se indicará de aquí en adelante como “slurr y ”.

En la polimerización de olefinas en slurr y , ya bien conocida, un monómero olefínico y opcionalmente un comonómero olefínico se polimerizan en presencia de un catalizador en un diluyente en donde el producto polimérico sólido es suspendido y transportado.

La polimerización se lleva a cabo habitualmente a temperaturas del orden de 50-125º C y a presiones del orden de 1-100 bares absolutos. El catalizador empleado puede ser cualquier catalizador utilizado habitualmente para la polimerización de olefinas tales como catalizadores de óxido de cromo, catalizadores Ziegler-Natta o catalizadores de tipo metaloceno.

Muchos sistemas de reactores múltiples utilizan reactores de tipo bucle, los cuales son de una construcción tubular continua y que comprenden al menos dos, por ejemplo cuatro, secciones verticales y al menos dos, por ejemplo cuatro, secciones horizontales. El calor de polimerización es disipado generalmente empleando intercambio indirecto con un medio de enfriamiento, con preferencia agua, en camisas que rodean al menos parte del reactor de bucle tubular. El volumen de cada reactor de tipo bucle de un sistema de múltiples reactores puede variar pero normalmente es del orden de 10-200 m3, más habitualmente 50-120 m3. Los reactores de bucle empleados en la presente invención son de este tipo genérico.

Habitualmente, en el procedimiento de polimerización de polietileno en slurr y por ejemplo, la slurr y en el reactor comprenderá el polímero en partículas, el diluyente o diluyentes hidrocarbonados, uno o más (co) monómeros, catalizador, terminadores de cadena tal como hidrógeno y otros aditivos en el reactor. En particular, la slurr y comprenderá 20-75, con preferencia 30-70% en peso (basado en el peso total de la slurr y ) de polímero en partículas y 80-25, con preferencia 70-30% en peso (basado en el peso total de la slurr y ) 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 inerte 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 comprenderá normalmente 2-20, con preferencia 4-10% en peso de la slurr y .

La slurr y es bombeada alrededor del sistema de reacción de tipo bucle sin fin de una trayectoria relativamente uniforme a velocidades del fluido suficientes para mantener el polímero en suspensión en la slurr y y para mantener una concentración en las secciones transversales y gradientes de carga de sólidos aceptables. La slurr y se extrae del reactor de polimerización que contiene el polímero junto con los reactivos e hidrocarburos inertes, los cuales comprenden principalmente diluyente inerte y monómero sin reaccionar. La slurr y producto que comprende polímero y diluyente y en la mayoría de los casos catalizador, monómero y comonómero olefínicos, puede descargarse de manera intermitente o continua, empleando opcionalmente dispositivos de concentración tales como hidrociclones o pies de sedimentación para reducir al mínimo la cantidad de fluidos extraídos con el polímero.

En las polimerizaciones en reactores múltiples, la composición de la slurr y extraída del reactor final depende de muchos factores, además de la composición del producto realmente polimerizado en el reactor final; también depende del producto final deseado y de las condiciones de reacción y proporciones relativas de productos en cualquiera de los reactores situados aguas arriba. Las condiciones de reacción requeridas en el reactor final se ven también afectadas por las condiciones de reacción en reactores aguas arriba, particularmente el impacto de la productividad del catalizador en reactores aguas arriba sobre el potencial de actividad media en las condiciones de reacción aguas abajo. De este modo, el control de la composición de la slurr y extraída del reactor final y también las condiciones del procedimiento asociadas con la misma, resulta más complejo que en el caso de un solo reactor.

Una situación que puede afectar a todos los factores anteriores es el tamaño relativo de los dos reactores de tipo bucle. En una polimerización en múltiples reactores, el segundo reactor y cualesquiera reactores posteriores necesitan ser suficientemente grandes para manipular no solo el polímero producido en el reactor, sino también el polímero transferido desde el reactor o reactores previos. De este modo, es deseable lógicamente construir el segundo reactor y posteriores reactores de tipo bucle de manera que sean más grandes que el primero. Sin embargo, cuando se diseña un sistema de reactores para trabajar con diferentes tipos de catalizadores (por ejemplo, catalizadores Ziegler-Natta, catalizadores de cromo y/o catalizadores de metalocenos) , o con un sistema catalítico en donde la actividad media o la tasa de producción requeridas varían de manera importante entre los reactores bajo diferentes regímenes operativos, la relación ideal de tamaños para los reactores en cada caso es probable que sea diferente, dificultando ello la selección de un perfil de tamaño ideal. La relación de actividad en cada reactor bajo condiciones de reacción constantes también varía de manera significativa entre sistemas catalíticos de Ziegler-Natta, de cromo, de metalocenos y/o de metales de transición tardíos. Finalmente, las necesidades de enfriamiento de los reactores pueden ser diferentes, por ejemplo, cuando se emplean catalizadores de cromo en ambos reactores, la necesidad de enfriamiento es más grande en el primer reactor, mientras que en una disposición estándar o bimodal en donde el segundo reactor contiene todo el polímero producido en el primer reactor, la necesidad de enfriamiento es más grande en el segundo reactor.

La entidad solicitante ha comprobado que puede conseguirse una máxima flexibilidad para sistemas que comprenden al menos dos reactores en serie si los dos reactores son aproximadamente del mismo tamaño.

De este modo, en su primer aspecto, la presente invención proporciona un procedimiento para la producción de un polietileno multimodal en al menos dos reactores de tipo bucle conectados en serie, en donde, en un reactor, se prepara en suspensión 20-80% en peso de un polímero de alto peso molecular (HMW) y, en otro reactor, se prepara en suspensión 20-80% en peso de un polímero de bajo peso molecular (LMW) , preparándose uno de los polímeros en presencia del otro en cualquier orden, en donde la relación de la actividad media en el reactor LMW a la actividad media en el reactor HMW es de 0, 25 a 1, 5, en donde la actividad media en cada reactor se define como la cantidad de polietileno producido en el reactor (kgPE) /[concentración de etileno en el reactor (moles%) x tiempo de residencia en el reactor (horas) x peso de catalizador en el reactor (g) ], definiéndose el tiempo de residencia como la masa del polímero en el reactor (kg) /la tasa de producción de polímero (kg/h) , y los dos volúmenes de los dos reactores difieren en menos de 10%.

En general es preferible que la totalidad del volumen, longitud y diámetro de los reactores utilizados difieran cada uno de ellos independientemente en menos de 10%. En dicho caso, también es preferible que la relación de longitud a diámetro de los dos reactores, L/D, difiera en menos de 10%. Sin embargo, en ciertas modalidades de la invención, es más apropiado que el volumen, la longitud y el diámetro de los reactores empleados varíe en más de 10%.

Normalmente, cada uno de los reactores tiene un volumen interno mayor de 10 m3, más comúnmente mayor de 25 m3 y en particular mayor de 50 m3. Intervalos típicos son de 75-200 m3 y más particularmente de 100-175 m3.

La entidad solicitante ha comprobado que empleando reactores de aproximadamente el mismo tamaño (significando ello que sus volúmenes difieren en menos de 10%) , es posible operar una gama relativamente amplia de procedimientos de polimerización utilizando diferentes catalizadores y condiciones de reacción, con el fin de obtener polímeros multimodales que tienen la relación de bloques deseada. Además, utilizando dos reactores del... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la producción de un polietileno multimodal en al menos dos reactores de tipo bucle conectados en serie, en donde, en un primer reactor, se prepara en suspensió.

2. 80% en peso de un polímero de alto peso molecular (HMW) y, en un segundo reactor, se prepara en suspensió.

2. 80% en peso de un polímero de bajo peso molecular (LMW) , preparándose uno de los polímeros en presencia del otro en cualquier orden, en donde la relación de la actividad media en el reactor LMW a la actividad media en el reactor HMW es de 0, 25 a 1, 5, en donde la actividad media en cada reactor se define como la cantidad de polietileno producido en el reactor (kgPE/h) /[concentración de etileno en el reactor (moles%) x tiempo de residencia en el reactor (horas) x velocidad de alimentación de catalizador al reactor al reactor (g/h) ], definiéndose el tiempo de residencia como la masa del polímero en el reactor (kg) /la tasa de producción de polímero (kg/h) , y los volúmenes de los dos reactores difieren en menos de 10%.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en donde la relación de longitud a diámetro del primer reactor HMW, L/D (1) , es mayor que aquella del segundo reactor LMW, L/D (2) .

3. Procedimiento según la reivindicación 1, en donde la relación de longitud a diámetro del primer reactor HMW, L/D (1) , difiere en menos de 10% de la relación de longitud a diámetro del segundo reactor LMW, L/D (2) .

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde en el primer reactor se prepara en suspensión un polímero de alto peso molecular (HMW) y en el segundo reactor se prepara en suspensión un polímero de bajo peso molecular (LMW) en presencia del primer polímero.

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el catalizador empleado es un catalizador Ziegler-Natta, la relación en peso de polímero LMW a polímero HMW es de 40:60 a 60:40, y el rendimiento en espacio-tiempo (definido como la producción de polímero en kg/h por m3 del reactor) es de al menos 150 kg/m3/h, con preferencia de al menos 200 kg/m3/h y con suma preferencia de al menos 250 kg/m3/h.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el polímero de alto peso molecular (HMW) se prepara en el primer reactor y el polímero de bajo peso molecular (LMW) se prepara posteriormente en suspensión en el segundo reactor en presencia del polímero HMW, en donde la relación de la concentración de etileno (en moles%) en el segundo reactor a aquella en el primer reactor es de 5 o menos.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el polímero de alto peso molecular (HMW) se prepara en el primer reactor y el polímero de bajo peso molecular (LMW) se prepara posteriormente en suspensión en el segundo reactor en presencia del polímero HMW, en donde la concentración de etileno en el segundo reactor es menor de 8 moles%, basado en el total de líquido en el reactor.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el polímero de alto peso molecular (HMW) se prepara en el primer reactor y el polímero de bajo peso molecular (LMW) se prepara posteriormente en suspensión en el segundo reactor en presencia del polímero HMW, en donde la temperatura del primer reactor se mantiene entre 60 y 80º C.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el polímero de alto peso molecular (HMW) se prepara en el primer reactor y el polímero de bajo peso molecular (LMW) se prepara posteriormente en suspensión en el segundo reactor en presencia del polímero HMW, en donde la relación de la concentración de sólidos en el primer reactor a aquella en el segundo reactor se mantiene en menos de 1, 0, en donde la concentración de sólidos es el peso de polímero con respecto al peso total de la slurr y .

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde una slurr y que contiene el polietileno multimodal se transfiere desde el segundo de los reactores a un tanque de vaporización instantánea que opera a una presión P y a una temperatura tales que al menos 50 moles%, preferentemente al menos 80 moles%, más preferentemente 90 moles%, con suma preferencia 95 moles% del componente líquido de la slurr y se extrae del tanque de vaporización instantánea como un vapor.

11. Procedimiento según la reivindicación 12, en donde la concentración en el segundo reactor de componentes que tienen un peso molecular por debajo de 50 satisface la ecuación Cligeros < 7 + 0, 07 (40 -Tc) + 4, 4 (Pc -0, 8) 7 (CH2/CEt) , en donde Cligeros, CH2 y CEt en este caso son las concentraciones molares de componentes que tienen un peso molecular por debajo de 50, de hidrógeno y de etileno respectivamente en el segundo reactor, Tc es la temperatura de condensación (º C) de dicho vapor y Pc es la presión (MPa g) en el punto en donde se condensa el vapor extraído del tanque de vaporización instantánea.

12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los reactores están llenos de

líquido.

13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el polietileno multimodal se produce empleando un catalizador de tipo Ziegler, un catalizador de cromo o un catalizador de metaloceno.