Aparatos y procedimientos de bombeo mejorado para reactores de bucle para polimerización en suspensión.

Un aparato de reactor de bucle que comprende:

una pluralidad de segmentos principales;

una pluralidad de segmentos secundarios;

en el que cada uno de los segmentos principales está conectado en un primer extremo a uno de los segmentossecundarios, y está conectado en un segundo extremo a otro de los segmentos secundarios, de tal modo que lossegmentos principales y secundarios forman un camino de flujo continuo adaptado para transportar una suspensiónfluida;

por lo menos dos bombas para impartir fuerza motora a la suspensión liquida dentro del reactor, cada bombaconectada operativamente a un impulsor dispuesto en el camino de flujo continuo;

en el que dos de los impulsores están uno frente al otro y rotan en sentidos opuestos y los dos impulsores estánseparados suficientemente cerca de modo que uno de los impulsores se beneficia de la energía rotacional del otrode los impulsores;

medios para introducir un monómero de olefina dentro del camino de flujo continuo;

medios para introducir un diluyente dentro del camino de flujo continuo;

medios para introducir un catalizador de polimerización dentro del camino de flujo continuo;

y

medios para retirar una porción de una suspensión fluida del camino de flujo continuo.

Aparatos y procedimientos de bombeo mejorado para reactores de bucle para polimerización en suspensión Campo de la invención Esta invención se refiere a polimerización en suspensión en un medio líquido. Más particularmente, la invención se refiere a aparatos y procedimientos de bombeo mejorado para un reactor de bucle de gran volumen usado para polimerización en suspensión.

Antecedentes de la invención Se pueden preparar poliolefinas tales como polietileno y polipropileno por polimerización en forma de partículas, denominada también polimerización en suspensión. En esta técnica, los materiales de alimentación tales como el monómero y el catalizador se alimentan a un reactor de bucle, y se saca o retira del reactor una suspensión de producto que contiene partículas sólidas de poliolefina en un medio líquido.

En una operación de polimerización en bucle, se hace circular una suspensión fluida alrededor del reactor de bucle usando una o más bombas, típicamente bombas de flujo axial que tienen impulsores dispuestos dentro del reactor. Las bombas proporcionan la fuerza motora para la circulación de la suspensión fluida. A medida que se incrementa el volumen del reactor y la concentración de sólidos de la suspensión fluida, también se incrementan las exigencias para las bombas. En general, se debe considerar el caudal, presión, densidad, y viscosidad de la suspensión fluida al seleccionar y hacer funcionar las bombas del reactor de bucle.

La polimerización en suspensión en una zona de reacción de bucle ha mostrado ser comercialmente exitosa. La técnica de polimerización en suspensión ha tenido éxito internacional siendo producidas de este modo anualmente billones de libras de polímeros de olefina. Sin embargo, es aún deseable diseñar y construir reactores más grandes. El tamaño de un reactor tiene un impacto significativo en los requerimientos de la bomba, particularmente con referencia a la cabeza (diferencia de presión en el impulsor de la bomba, expresada en metros de líquido) y flujo (velocidad multiplicada por el área de la sección transversal de la tubería, expresada en metros cúbicos por minuto, m3/min) desarrollados por la bomba.

Hasta bastante recientemente, las suspensiones fluidas de polímeros de olefina en un diluyente estaban generalmente limitadas a concentraciones relativamente bajas de sólidos en el reactor. Se usaron tramos de decantación para concentrar la suspensión a retirar, de modo que en la salida de los tramos de decantación, la suspensión tendría una más alta concentración de sólidos. Como da a entender su nombre, la decantación ocurre en los tramos de decantación para incrementar la concentración de sólidos de la suspensión que se va a retirar.

Además de la concentración de la suspensión, otro factor que afecta a la concentración de sólidos en el reactor es la velocidad de circulación de la suspensión fluida. Una más alta velocidad de la suspensión para un diámetro dado de reactor permite más alto contenido de sólidos, dado que la velocidad de la suspensión afecta a factores limitantes tales como la transferencia de calor y la obstrucción del reactor debido a la acumulación de polímero en el reactor.

Incrementando la cabeza y capacidad de flujo de la (s) bomba (s) de circulación del reactor de bucle, se puede hacer circular un mayor porcentaje en peso de sólidos en el reactor. El uso de dos bombas en serie puede permitir el doble de capacidad de cabeza de bombeo y un incremento de sólidos resultante. Las dos bombas pueden estar situadas en diferentes segmentos del reactor y puede ser deseable que cada bomba esté dedicada a un número par de tramos.

Breve sumario de la invención En un primer aspecto, se proporciona un aparato de reactor de bucle según la reivindicación 1. El aparato de reactor de bucle puede comprender una pluralidad de segmentos verticales, una pluralidad de segmentos horizontales superiores, y una pluralidad de segmentos horizontales inferiores. Cada uno de los segmentos verticales está conectado en un extremo superior a uno de los segmentos horizontales superiores, y está conectado en un extremo inferior a uno de los segmentos horizontales inferiores. Los segmentos horizontales y verticales forman un camino de flujo continuo adaptado para transportar una suspensión fluida. El aparato de reactor de bucle incluye también por lo menos dos bombas para impartir fuerza motora a la suspensión fluida dentro del reactor. Cada bomba está operativamente conectada a un impulsor dispuesto en el camino de flujo continuo. Dos impulsores están uno frente al otro y rotan en sentidos opuestos y los dos impulsores están separados suficientemente cerca de modo que uno de los impulsores se beneficia de la energía rotacional del otro impulsor. El aparato de reactor de bucle también incluye medios para introducir un monómero de olefina en el camino de flujo continuo; medios para introducir un diluyente dentro del camino de flujo continuo; medios para introducir un catalizador de polimerización dentro del camino de flujo continuo; y medios para retirar una porción de una suspensión fluida del camino de flujo continuo.

Se describe aquí un aparato de reactor de bucle que comprende una pluralidad de segmentos principales y una pluralidad de segmentos secundarios. Cada segmento secundario conecta dos de los segmentos principales entre sí, por lo que los segmentos principales y secundarios forman un camino de flujo continuo. El aparato de flujo en bucle incluye también una alimentación de monómero unida a uno de los segmentos, una alimentación de catalizador unida a uno de los segmentos; y una salida de producto unida a uno de los segmentos. El aparato de reactor de bucle también incluye una bomba aguas arriba y una bomba aguas abajo, en el que las bombas están unidas cada una a un impulsor dispuesto en el interior del camino de flujo continuo. Las bombas están dispuestas de modo que los impulsores rotan en direcciones opuestas y están suficientemente cerca de modo que la energía rotacional impartida por la bomba aguas arriba es por lo menos parcialmente recuperada por la bomba aguas abajo. Los impulsores están situados en por lo menos una sección ampliada de uno de los segmentos. Teniendo la sección ampliada y los impulsores diámetros mayores que el diámetro de los segmentos.

Cualquiera de estos aparatos de reactor de bucle puede incluir también dos impulsores dispuestos en el mismo segmento horizontal. Además, una porción del camino de flujo continuo aguas arriba de por lo menos uno de los impulsores puede alojar por lo menos un álabe guía dispuesto para impartir movimiento rotacional en un sentido opuesto al movimiento rotacional del impulsor.

En un segundo aspecto, se proporciona un aparato de reactor de bucle que comprende una pluralidad de segmentos principales y una pluralidad de segmentos secundarios. Cada segmento secundario conecta dos de los segmentos principales entre sí, por lo que los segmentos principales y secundarios forman un camino de flujo continuo. El aparato de reactor de bucle incluye también una alimentación de monómero unida a uno de los segmentos, una alimentación de catalizador unida a uno de los segmentos, y una salida de producto unida a uno de los segmentos. El aparato de reactor de bucle también incluye por lo menos una paleta guía dispuesta dentro del camino de flujo continuo y una bomba aguas abajo de la paleta guía. La bomba está unida a un impulsor dispuesto en el interior del camino de flujo y el impulsor está también aguas abajo de la paleta guía. La paleta guía y el impulsor imparten movimiento rotacional al camino de flujo en sentidos opuestos y están suficientemente cerca de modo que la suspensión participa del movimiento rotacional al entrar en contacto con la bomba aguas abajo.

También se describe aquí un aparato de reactor de bucle que comprende un reactor de bucle de tubería adaptado para efectuar un procedimiento de polimerización de olefina que comprende polimerizar por lo menos un monómero de olefina en un diluyente líquido para producir una suspensión fluida que comprende diluyente líquido y partículas sólidas de polímero de olefina. El aparato de reactor de bucle puede comprender también una alimentación de monómero unida al reactor de bucle de tubería, una alimentación de catalizador unida al reactor de bucle de tubería, una salida de producto unida al reactor de bucle de tubería, y por lo menos una bomba de flujo mixta dispuesta dentro del reactor de bucle de tubería.

Cualquiera de estos aparatos de reactor de bucle puede tener un impulsor situado en una sección ampliada de uno de los segmentos secundarios u horizontales inferiores. La sección ampliada y el (los) impulsor (es) tiene (n) diámetros... [Seguir leyendo]

1. Un aparato de reactor de bucle que comprende: una pluralidad de segmentos principales; una pluralidad de segmentos secundarios; en el que cada uno de los segmentos principales está conectado en un primer extremo a uno de los segmentos

secundarios, y está conectado en un segundo extremo a otro de los segmentos secundarios, de tal modo que los segmentos principales y secundarios forman un camino de flujo continuo adaptado para transportar una suspensión fluida;

por lo menos dos bombas para impartir fuerza motora a la suspensión liquida dentro del reactor, cada bomba

conectada operativamente a un impulsor dispuesto en el camino de flujo continuo; en el que dos de los impulsores están uno frente al otro y rotan en sentidos opuestos y los dos impulsores están separados suficientemente cerca de modo que uno de los impulsores se beneficia de la energía rotacional del otro de los impulsores;

medios para introducir un monómero de olefina dentro del camino de flujo continuo; medios para introducir un diluyente dentro del camino de flujo continuo; medios para introducir un catalizador de polimerización dentro del camino de flujo continuo; y medios para retirar una porción de una suspensión fluida del camino de flujo continuo.

2. Un aparato de reactor de bucle según la reivindicación 1, en el que los dos impulsores están dispuestos en el mismo segmento.

3. Un aparato de reactor de bucle según la reivindicación 1, en el que una porción del camino de flujo continuo aguas arriba de por lo menos uno de los impulsores aloja por lo menos un álabe guía dispuesto para impartir movimiento rotacional en un sentido opuesto al movimiento rotacional del impulsor.

4. Un aparato de reactor de bucle según la reivindicación 1, en el que por lo menos un impulsor está situado en una sección ampliada de uno de los segmentos, y la sección ampliada y el por lo menos un impulsor tienen diámetros mayores que el diámetro de los segmentos.

5. Un aparato de reactor de bucle según la reivindicación 1, en el que los dos impulsores están situados en por lo menos una sección ampliada de uno de los segmentos, y la sección ampliada y los impulsores tienen diámetros mayores que el diámetro de los segmentos.

6. Un aparato de reactor de bucle según la reivindicación 1, en el que por lo menos un impulsor y el segmento que aloja el impulsor definen una separación, y la separación es 1, 6 mm o menos.

7. Un aparato de reactor de bucle según la reivindicación 1, en el que cada impulsor tiene un diámetro mayor que el diámetro medio de los segmentos.

8. Un aparato de reactor de bucle según la reivindicación 1, en el que cada impulsor es una masa sólida de metal que no tiene huecos sustanciales.

9. Un aparato de reactor de bucle según la reivindicación 1, en el que el aparato de reactor de bucle define un volumen de reactor, y el volumen de reactor es 114 m3 o más.

10. Un aparato de reactor de bucle según la reivindicación 1, en el que el aparato de reactor de bucle define un volumen de reactor, y el volumen de reactor es 125 m3 o más.

11. Un aparato de reactor de bucle según la reivindicación 1, en el que los segmentos principales son verticales.

12. Un aparato de reactor de bucle según la reivindicación 1, en el que los segmentos principales son horizontales.

13. Un aparato de reactor de bucle que comprende: una pluralidad de segmentos principales;

una pluralidad de segmentos secundarios, conectando cada segmento secundario dos de los segmentos principales entre sí, por lo que los segmentos principales y secundarios forman un camino de flujo continuo, una alimentación de monómero unida a uno de los segmentos; una alimentación de catalizador unida a uno de los segmentos; una salida de producto unida a uno de los segmentos;

por lo menos un álabe guía dispuesto dentro del camino de flujo continuo; y una bomba, en el que la bomba está unida a un impulsor dispuesto en el interior del camino de flujo aguas abajo del álabe guía, en el que el álabe guía y el impulsor imparten movimiento rotacional en el camino de flujo en sentidos opuestos y están suficientemente cerca de modo que la suspensión participa del movimiento rotacional al entrar en contacto con la bomba aguas abajo.

14. Un aparato de reactor de bucle según la reivindicación 13, en el que por lo menos un impulsor está situado en una sección ampliada de uno de los segmentos, y la sección ampliada y el por lo menos un impulsor tienen diámetros mayores que el diámetro de los segmentos.

15. Un aparato de reactor de bucle según la reivindicación 13, en el que cada impulsor tiene un diámetro mayor que el diámetro medio de los segmentos.

16. Un procedimiento de bucle de polimerización en suspensión que comprende: introducir monómero, y catalizador en un reactor de bucle; polimerizar el monómero para formar una suspensión que comprende partículas sólidas de poliolefina en un medio

líquido; hacer circular la suspensión usando dos impulsores; impartir un primer movimiento rotacional a la suspensión con el primero de los impulsores; y impartir un segundo movimiento rotacional a la suspensión con el segundo de los impulsores, en el que el segundo

movimiento rotacional es opuesto al primer movimiento rotacional y en el que el segundo de los impulsores está separado suficientemente cerca del primero de los impulsores de modo que el segundo de los impulsores se beneficia de la energía rotacional del primero de los impulsores.

17. El procedimiento de bucle de polimerización en suspensión de la reivindicación 16, que comprende adicionalmente pre-rotar la suspensión aguas arriba del primer impulsor, en un sentido opuesto al primer movimiento rotacional del primer impulsor.

18. El procedimiento de bucle de polimerización en suspensión de la reivindicación 16, que comprende adicionalmente post-rotar la suspensión aguas abajo del segundo impulsor, en el mismo sentido que el segundo movimiento rotacional del segundo impulsor.

19. Un procedimiento de bucle de polimerización en suspensión de la reivindicación 16, que comprende adicionalmente minimizar la separación entre por lo menos un impulsor y una porción del reactor de bucle que aloja el impulsor.

20. Un procedimiento de bucle de polimerización en suspensión de la reivindicación 16, en el que la suspensión tiene una concentración de partículas sólidas de poliolefina de por lo menos 45 por ciento en peso y como mucho de 75 por ciento en peso.

21. Un procedimiento de bucle de polimerización en suspensión según la reivindicación 16, en el que la suspensión se hace circular con un flujo de alrededor de 76 m3/min a alrededor de 189 m3/min.

22. Un procedimiento de bucle de polimerización en suspensión según la reivindicación 16, en el que el impulsor consigue una cabeza de alrededor de 36, 5 m a alrededor de 73, 0 m.

23. Un procedimiento de bucle de polimerización en suspensión que comprende: introducir monómero, diluyente, y catalizador en un reactor de bucle; polimerizar el monómero para formar una suspensión que comprende el diluyente y partículas sólidas de poliolefina;

hacer circular la suspensión usando por lo menos un impulsor;

impartir usando un álabe guía, un primer movimiento rotacional a la suspensión previamente a que la suspensión llegue al por lo menos un impulsor; y

impartir un segundo movimiento rotacional a la suspensión con por lo menos un impulsor, en el que el segundo movimiento rotacional es en un sentido opuesto al primer movimiento rotacional, y en el que el por lo menos un impulsor está separado suficientemente cerca del álabe guía de modo que la suspensión participa del movimiento rotacional al entrar en contacto con el por lo menos un impulsor.

24. Un procedimiento de bucle de polimerización en suspensión según la reivindicación 23, en el que el primer movimiento rotacional es impartido por álabes de pre-rotación.