Procedimiento para optimizar la eficiencia energética en un proceso de polimerización.

Procedimiento de refrigeración de una reacción de polimerización para la producción de poliolefina,

que comprende las etapas de:

(a) poner en contacto térmicamente dicha reacción de polimerización con agua, de manera que el agua elimine la energía térmica de dicha reacción,

(b) poner en contacto térmicamente dicha agua con un fluido de trabajo, recuperando de esta manera dicha energía térmica a partir de dicha agua en dicho fluido de trabajo, en el que la etapa (b) comprende:

(b1) evaporar dicho fluido de trabajo en un gas a través de la absorción de energía térmica, presurizar dicho fluido de trabajo gaseoso, liberando la entalpía de dicho fluido operante presurizado mediante la condensación de dicho fluido de trabajo, y reduciendo la presión de dicho fluido de trabajo condensado térmicamente antes de poner en contacto dicho fluido de trabajo con dicha agua, o en el que la etapa (b) comprende:

(b2) evaporar dicho fluido de trabajo en un gas a través de la absorción de energía térmica, con lo que dicho fluido de trabajo se convierte en un vapor saturado sobrecalentado, expandiendo dicho vapor sobrecalentado para generar entalpía, y condensar dicho vapor y refrigerar dicho vapor para dar un líquido saturado, y presurizar dicho fluido de trabajo condensado antes de reciclarlo para poner en contacto térmicamente dicho fluido de trabajo con dicha agua, y

(c) poner en contacto térmicamente el agua obtenida en la etapa (b) con la reacción de polimerización refrigerando de ese modo dicha reacción, en el que el fluido de trabajo se convierte en fase proporcionando de este modo energía en forma de calor y/o electricidad y/o energía mecánica de retorno al procedimiento de producción de poliolefina, y en el que el fluido de trabajo es seleccionado del grupo que comprende n-pentano, isopentano, n-butano, isobutano, propano, isopropano, y mezclas de los mismos.

Procedimiento para optimizar la eficiencia energïtica en un proceso de polimerizaciïn Campo de la invenciïn La presente invenciïn se refiere, en general, a la polimerizaciïn de olefinas. La presente tambiïn se refiere a un procedimiento para la recuperaciïn de energïa en un proceso de polimerizaciïn. Mïs particularmente, la presente invenciïn se refiere a la recuperaciïn eficiente de energïa del calor producido por el sistema de refrigeraciïn del reactor.

Antecedentes de la invenciïn Las poliolefinas, tales como polietileno y polipropileno, pueden prepararse por polimerizaciïn en forma de partïculas, tales como polimerizaciïn en suspensiïn o polimerizaciïn en fase gaseosa.

Las polimerizaciones de olefinas se llevan a cabo con frecuencia usando un monïmero, un diluyente y un catalizador y comonïmeros y opcionalmente hidrïgeno en un reactor. La polimerizaciïn se realiza generalmente bajo condiciones de suspensiïn, en las que el producto se compone por lo general de partïculas sïlidas y estï en suspensiïn en un diluyente. El contenido de suspensiïn del reactor se hace circular continuamente con una bomba para mantener una suspensiïn eficiente de las partïculas sïlidas del polïmero en el diluyente lïquido. El producto se descarga por medio de patas de sedimentaciïn, que funcionan en un principio de lotes para recuperar el producto. La sedimentaciïn en las patas se utiliza para aumentar la concentraciïn de sïlidos de la suspensiïn finalmente recuperado como suspensiïn del producto. El producto se descarga ademïs a un tanque de expansiïn, a travïs de lïneas de expansiïn, donde la mayor parte del diluyente y los monïmeros sin reaccionar son evaporados y reciclados. Alternativamente, la suspensiïn de producto se puede alimentar a un segundo reactor de bucle conectado en serie al primer reactor de bucle, donde se puede producir una segunda fracciïn del polïmero. Normalmente, cuando dos reactores en serie se emplean de esta manera, el producto de polïmero resultante, el cual comprende una primera fracciïn de polïmero producida en el primer reactor y una segunda fracciïn de polïmero producida en el segundo reactor, tiene una distribuciïn de peso molecular bimodal.

La polimerizaciïn de la suspensiïn en una zona de reacciïn en bucle ha demostrado ser un ïxito comercial. La tïcnica de polimerizaciïn de la suspensiïn ha disfrutado de un ïxito internacional con miles de millones de kilogramos de poliolefinas siendo producidas anualmente de esta forma.

Una variedad de equipos y operaciones dentro de un procedimiento de fabricaciïn de poliolefina puede consumir energïa. Unos consumidores notables de la electricidad dentro de una planta de poliolefina, por ejemplo, pueden incluir las bombas que hacen circular la mezcla de reacciïn lïquida en los reactores de polimerizaciïn (por ejemplo, reactores de suspensiïn de bucle) , las bombas que hacen circular el medio de refrigeraciïn (por ejemplo, agua tratada) a travïs de la polimerizaciïn camisas de reactores, los compresores que presurizan y devuelven diluyente reciclado (y/o monïmero) al reactor de polimerizaciïn, los sopladores utilizados para transportar pelusa y grïnulos, y los extrusores que convierten la pelusa de poliolefina en grïnulos de poliolefina. Importantes usuarios de vapor en una planta tïpica de poliolefina pueden incluir calentadores de lïquido que evaporan lïquido en el efluente del reactor de polimerizaciïn, y columnas de fraccionamiento que procesan diluyente y/o monïmero recuperados. Consumidores relativamente grandes de gas combustible pueden incluir procedimientos de activaciïn (que puede utilizar un calor alto) del catalizador de polimerizaciïn, y las operaciones que mantienen el contenido de combustible adecuado en el cabezal de la antorcha de la planta (en la alimentaciïn a la antorcha) . En general, se requiere una energïa considerable para polimerizar el monïmero y comonïmero a pelusa de poliolefina, para procesar efluente reciclado del reactor, y para convertir la pelusa de poliolefina en grïnulos.

Por lo tanto, la producciïn de poliolefina es un procedimiento de alto consumo energïtico, que consume electricidad, vapor, gas combustible, y asï sucesivamente. Tal consumo de energïa generalmente contribuye al coste significativo de la producciïn de poliolefinas, asï como a los productos intermedios construidos de poliolefinas distribuidos al cliente.

El documento WO 2006/026493 describe un procedimiento de fabricaciïn para la producciïn de poliolefinas configurado para consumir menos de alrededor de 445 kilovatios-hora de electricidad por tonelada mïtrica de poliolefina producida.

El documento GB 2 095 688 divulga un procedimiento de preparaciïn de una sustancia polimïrica o un producto lïquido que contiene una sustancia polimïrica, que comprende al menos dos etapas unitarias de polimerizaciïn de monïmeros en las cuales el calor frïo se utiliza para al menos otra etapa de unidad que requiere enfriamiento por debajo de temperatura ambiente normal.

Sin embargo, todavïa existe la necesidad de mejorar la eficiencia energïtica de los procedimientos de producciïn de poliolefinas.

Sumario de la invenciïn Los inventores han encontrado, sorprendentemente, que la eficiencia energïtica en la producciïn de poliolefina puede aumentarse. La presente invenciïn permite la recuperaciïn de la energïa tïrmica producida en un sitio de polimerizaciïn, en particular, con el sistema de refrigeraciïn del reactor de polimerizaciïn, y el uso de esta energïa tïrmica para la producciïn de vapor y/o electricidad y/o energïa mecïnica que se recicla de nuevo al sitio de polimerizaciïn. Dicho vapor se puede utilizar en calentadores de lïquido que se encienden en el efluente del reactor de polimerizaciïn, y columnas de fraccionamiento que procesan el diluyente y/o monïmero recuperados. La recuperaciïn de una parte del calor de polimerizaciïn es un paso mïs en la direcciïn para reducir al mïnimo el consumo de energïa de la producciïn de poliolefinas.

La presente invenciïn proporciona un procedimiento de refrigeraciïn de una reacciïn de polimerizaciïn para la producciïn de poliolefina que comprende las etapas de:

(a) poner en contacto tïrmicamente dicha reacciïn de polimerizaciïn con agua tal que el agua elimine la energïa tïrmica a partir de dicha reacciïn,

(b) poner en contacto tïrmicamente dicha agua con un fluido de trabajo recuperando de esta manera dicha energïa tïrmica a partir de dicha agua en dicho fluido de trabajo,

en el que la etapa (b) comprende:

(b1) evaporar dicho fluido de trabajo en un gas a travïs de la absorciïn de energïa tïrmica, presurizar dicho fluido de trabajo gaseoso, la liberaciïn de la entalpïa de dicho fluido operante presurizado mediante la condensaciïn de dicho fluido de trabajo, y la reducciïn de la presiïn de dicho fluido de trabajo condensado tïrmicamente antes de poner en contacto dicho fluido de trabajo con dicha agua, o en el que la etapa (b) comprende:

(b2) evaporar dicho fluido de trabajo en un gas a travïs de la absorciïn de energïa tïrmica, por lo que dicho fluido de trabajo se convierte en un vapor saturado sobrecalentado, expandir dicho vapor sobrecalentado para generar entalpïa, y condensar dicho vapor y refrigerar dicho vapor para convertirlo en un lïquido saturado, y presurizar dicho fluido de trabajo condensado antes de reciclarlo al poner en contacto tïrmicamente dicho fluido de trabajo con dicha agua,

y (c) poner en contacto tïrmicamente el agua obtenida en la etapa (b) con la reacciïn de polimerizaciïn enfriando de ese modo dicha reacciïn,

en el que el fluido de trabajo es convertido en fase proporcionando de este modo energïa en forma de calor y/o electricidad y/o energïa mecïnica de nuevo al procedimiento de producciïn de poliolefina, y en el que el fluido de trabajo se selecciona del grupo que comprende n-pentano, isopentano, n-butano, isobutano, propano, isopropano, y mezclas de los mismos.

La presente invenciïn tambiïn se refiere a un procedimiento de optimizaciïn de energïa del consumo de energïa en un proceso de polimerizaciïn para la producciïn de poliolefinas que comprende la etapa de: recuperar al menos una parte de la energïa tïrmica producida por dicha reacciïn de polimerizaciïn en un fluido de trabajo, en el que dicho fluido de trabajo es convertido en fase proporcionando de este modo energïa en forma de calor y/o electricidad y/o energïa mecïnica de nuevo al procedimiento de producciïn de poliolefina, preferentemente utilizando dicho calor para producir vapor, en el que una parte de la energïa tïrmica del agua se recupera usando un ciclo de calor de compresiïn que comprende:

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1. Procedimiento de refrigeraciïn de una reacciïn de polimerizaciïn para la producciïn de poliolefina, que comprende las etapas de:

(a) poner en contacto tïrmicamente dicha reacciïn de polimerizaciïn con agua, de manera que el agua elimine la energïa tïrmica de dicha reacciïn,

(b) poner en contacto tïrmicamente dicha agua con un fluido de trabajo, recuperando de esta manera dicha energïa tïrmica a partir de dicha agua en dicho fluido de trabajo,

en el que la etapa (b) comprende:

(b1) evaporar dicho fluido de trabajo en un gas a travïs de la absorciïn de energïa tïrmica, presurizar dicho fluido de trabajo gaseoso, liberando la entalpïa de dicho fluido operante presurizado mediante la condensaciïn de dicho fluido de trabajo, y reduciendo la presiïn de dicho fluido de trabajo condensado tïrmicamente antes de poner en contacto dicho fluido de trabajo con dicha agua,

o en el que la etapa (b) comprende:

(b2) evaporar dicho fluido de trabajo en un gas a travïs de la absorciïn de energïa tïrmica, con lo que dicho fluido de trabajo se convierte en un vapor saturado sobrecalentado, expandiendo dicho vapor sobrecalentado para generar entalpïa, y condensar dicho vapor y refrigerar dicho vapor para dar un lïquido saturado, y presurizar dicho fluido de trabajo condensado antes de reciclarlo para poner en contacto tïrmicamente dicho fluido de trabajo con dicha agua,

y (c) poner en contacto tïrmicamente el agua obtenida en la etapa (b) con la reacciïn de polimerizaciïn refrigerando de ese modo dicha reacciïn,

en el que el fluido de trabajo se convierte en fase proporcionando de este modo energïa en forma de calor y/o electricidad y/o energïa mecïnica de retorno al procedimiento de producciïn de poliolefina, y en el que el fluido de trabajo es seleccionado del grupo que comprende n-pentano, isopentano, n-butano, isobutano, propano, isopropano, y mezclas de los mismos.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicaciïn 1, en el que el fluido de trabajo se selecciona de isobutano, npentano, o propano.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicaciïn 1, en el que dicho calor se utiliza para producir vapor, preferentemente vapor a baja presiïn.

4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicaciïn 3, en el que, cuando la etapa (b) comprende (b1) , dicho vapor es presurizado adicionalmente para aumentar la temperatura.

5. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que, cuando la etapa (b) comprende (b1) , una porciïn de la energïa tïrmica a partir de dicha agua se recupera utilizando un ciclo de calor de compresiïn.

6. Procedimiento de acuerdo con la reivindicaciïn 1, en el que dicha energïa se utiliza para producir electricidad y/o energïa mecïnica.

7. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 ï 6, en el que, cuando la etapa (b) comprende (b2) , una porciïn de la energïa tïrmica a partir de dicha agua se recupera en un ciclo de potencia, preferentemente un ciclo de Rankine orgïnico.

8. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la reacciïn de polimerizaciïn se realiza en un reactor y comprende las etapas de

-introducir en dicho reactor uno o mïs reactivos de olefina, catalizadores de polimerizaciïn y diluyentes, y mientras circulan dicho reactivos, catalizadores y diluyentes,

-polimerizar dichos uno o mïs reactivos de olefina para producir una suspensiïn de polïmero que comprende esencialmente diluyente lïquido y partïculas de polïmero de olefina sïlidas,

-controlar la temperatura del reactor utilizando el agua y recuperando al menos una porciïn de la energïa tïrmica a partir de dicha agua mediante el fluido de trabajo en contacto tïrmico con dicha agua,

-dejar que dicha suspensiïn de polïmero sedimente, y

-descargar la suspensiïn de polïmero sedimentado fuera de dicho reactor.

9. Procedimiento de acuerdo con la reivindicaciïn 8, en el que al menos el 10% de la energïa tïrmica del agua se recupera, preferentemente se recupera al menos el 20%, al menos el 30%, al menos el 40% o al menos el 50% de la energïa tïrmica del agua.

10. Procedimiento de optimizaciïn de energïa del consumo de energïa en un proceso de polimerizaciïn para la producciïn de poliolefinas que comprende la etapa de: recuperar al menos una porciïn de la energïa tïrmica producida por dicha reacciïn de polimerizaciïn en un fluido de trabajo, en el que dicho fluido de trabajo se convierte en fase proporcionando de este modo energïa en forma de calor y/o electricidad y/o energïa mecïnica de nuevo al procedimiento de producciïn de poliolefina, utilizïndose preferentemente dicho calor para producir vapor, en el que una porciïn de la energïa tïrmica del agua que se utiliza como fluido de refrigeraciïn se recupera mediante un ciclo de calor de compresiïn, que comprende:

poner en contacto tïrmicamente dicha agua con dicho fluido de trabajo, evaporando asï dicho fluido de trabajo en un gas a travïs de la absorciïn de energïa tïrmica,

presurizar dicho fluido de trabajo gaseoso, y

liberar la entalpïa de dicho fluido de trabajo presurizado por condensaciïn de dicho fluido de trabajo, y

reducir la presiïn de dicho fluido de trabajo condensado antes de poner en contacto tïrmicamente dicho fluido de trabajo con dicha agua, y en el que el fluido de trabajo se selecciona del grupo que comprende npentano, isopentano, n-butano, isobutano, propano, isopropano, y mezclas de los mismos.

11. Procedimiento de optimizaciïn de energïa del consumo de energïa en un proceso de polimerizaciïn para la producciïn de poliolefinas que comprende la etapa de: recuperar al menos una porciïn de la energïa tïrmica producida por dicha reacciïn de polimerizaciïn en un fluido de trabajo, en el que dicho fluido de trabajo se convierte en fase proporcionando de este modo energïa en forma de calor y/o electricidad y/o energïa mecïnica de nuevo al procedimiento de producciïn de poliolefina, utilizïndose preferentemente dicho calor para producir vapor, en el que una porciïn de la energïa tïrmica del agua, que se utiliza como un fluido de refrigeraciïn, se recupera utilizando un ciclo de potencia, que comprende preferentemente un ciclo de Rankine orgïnico:

poner en contacto tïrmicamente dicha agua con dicho fluido de trabajo, con lo que dicho fluido de trabajo se convierte en un vapor saturado sobrecalentado,

expandir dicho vapor sobrecalentado para generar entalpïa,

condensar dicho vapor y refrigerar dicho vapor para convertirse en un lïquido saturado, y

presurizar dicho fluido de trabajo condensado antes de reciclarlo para poner en contacto tïrmicamente dicho fluido de trabajo con dicha agua, y en el que el fluido de trabajo se selecciona del grupo que comprende n-pentano, isopentano, n-butano, isobutano, propano, isopropano, y mezclas de los mismos.