Procesos de producción de poliolefinas.

Un sistema de fabricación para producir una poliolefina, que comprende:

- un sistema de alimentación para un reactor de polimerización,

- un sistema de reactor de poliolefina que tiene un reactor de polimerización, en el que el reactor de polimerización comprende una descarga continua configurada para descargar una suspensión que comprende partículas de poliolefina y diluyente;

- un sistema de recuperación de diluyente/monómero configurado para recibir la suspensión descargada del reactor de polimerización y para dirigir el diluyente evaporado instantáneamente al sistema de alimentación de forma que el diluyente evaporado instantáneamente circunvala un sistema de fraccionamiento, en donde el sistema de recuperación diluyente/monómero comprende una vasija de evaporación instantánea de presión elevada y una columna de purga pero no comprende una vasija de evaporación instantánea de baja presión o un compresor de evaporación instantánea de baja presión;

- el sistema de fraccionamiento configurado para procesar una porción del diluyente recuperado en el sistema de recuperación monómero/diluyente; y

- un sistema de extrusión/descarga que tiene una extrusora/granuladora configurada para granular las partículas de poliolefina recuperadas en el sistema de recuperación diluyente/monómero.

en el que el sistema de fabricación está configurado para consumir menos de 325 Kilovatios-hora de electricidad por tonelada métrica de poliolefina producida.

Procesos de producción de poliolefinas

Campo técnico

La presente invención se refiere en general a la producción de poliolefinas y, más específicamente, a técnicas que incrementan la eficiencia energética de procesos de producción de poliolefinas.

Técnica anterior

Esta sección pretende introducir al lector aspectos de la técnica que pueden estar relacionados con aspectos de la presente invención, que se describen y/o reivindican a continuación. Se cree que esta discusión es útil para proporcionar al lector información básica que facilita un mejor conocimiento de los diversos aspectos de la presente invención. En consecuencia, se debe entender que se ha de leer esta exposición bajo este aspecto y no como reconocimiento de técnica anterior.

Como las tecnologías química y petroquímica han avanzado, cada vez están más extendidos en la sociedad los productos de estas tecnologías. En particular, como han avanzado las técnicas para unir bloques moleculares estructurales simples y formar cadenas más largas (o polímeros) , cada vez se están incorporando productos poliméricos, típicamente en forma de diversos plásticos, en diversos artículos de uso diario. Por ejemplo, se usan polímeros de poliolefinas, como polietileno, polipropileno y sus copolímeros, en envases para productos farmacéuticos y de venta al por menor, envases para productos alimenticios y bebidas (como botellas de zumos y bebidas no alcohólicas) , recipientes de uso doméstico (como cubos y cajas) , artículos de uso doméstico (como accesorios, muebles, alfombras y juguetes) , componentes del automóvil, tuberías, conductos y diversos productos industriales.

Tipos específicos de poliolefinas, como polietileno de alta densidad (HDPE) , tienen aplicaciones particulares en la fabricación de artículos moldeados por inyección y moldeados por soplado, como envases para bebidas y productos alimenticios, películas y tuberías de plástico. También son adecuados para aplicaciones similares otros tipos de poliolefinas, como polietileno de baja densidad (LDPE) , polietileno lineal de baja densidad (LLDPE) , polipropileno isotáctico (iPP) y polipropileno sindiotáctico (sPP) . Los requisitos mecánicos de la aplicación, como resistencia a la tracción y densidad, y/o los requisitos químicos, como estabilidad térmica, peso molecular y reactividad química, determinan típicamente qué tipo de poliolefina es adecuado.

Un beneficio estructural de las poliolefinas, como se puede deducir de la lista anterior de usos, es que en general no es reactiva con artículos y productos con los que está en contacto. Esto permite usar poliolefinas en aplicaciones residenciales, comerciales e industriales, incluidos almacenamiento y transporte de bebidas y productos alimenticios, productos electrónicos de consumo, agricultura, transporte y construcción de vehículos. La amplia diversidad de usos de las poliolefinas en aplicaciones residenciales, comerciales e industriales se ha traducido en una demanda sustancial de poliolefinas brutas que pueden ser extrudidas, inyectadas, sopladas o conformadas en productos o componentes finales consumibles.

Para satisfacer esta demanda, existen diversos procesos mediante los cuales se pueden polimerizar olefinas para formar poliolefinas. Típicamente, estos procesos se realizan en o cerca de plantas petroquímicas, que tienen fácil acceso a moléculas de olefinas de cadena corta (monómeros y comonómeros) , como etileno, propileno, buteno, penteno, hexeno, octeno, deceno y otros bloques estructurales de polímeros mucho más largos de poliolefinas. Estos monómeros y comonómeros se pueden polimerizar en reactores de polimerización de fase líquida y/o de fase gaseosa para formar un producto que comprende partículas sólidas de polímero (poliolefina) , denominadas típicamente gránulos o polvo. El polvo puede tener una o más propiedades de fusión, físicas, reológicas y/o mecánicas de interés, como densidad, índice de fusión (MI) , índice de fluidez en estado fundido (MFR) , contenido de copolímero, contenido de comonómero, módulo y cristalinidad. Se pueden seleccionar las condiciones de reacción en el reactor, como temperatura, presión, concentraciones de productos químicos, velocidad de producción del polímero, etc., para conseguir las propiedades deseadas del polvo.

Además de la una o más olefinas usadas como monómeros, se debe añadir al reactor un catalizador para facilitar la polimerización de los monómeros. Por ejemplo, el catalizador puede ser un catalizador en partículas añadido como corriente de alimentación al reactor y, una vez añadido, suspendido en el medio fluido presente en el reactor. Un ejemplo de dicho catalizador es un óxido de cromo que contiene cromo hexavalente sobre un soporte de sílice. También se puede introducir en el reactor un diluyente. El diluyente puede ser un hidrocarburo inerte que sea líquido en las condiciones de la reacción, como isobutano, propano, n-pentano, i-pentano, neopentano y n-hexano. Sin embargo, algunos procesos de polimerización pueden no emplear un diluyente distinto, como en el caso de ejemplos seleccionados de producción de polipropileno en los que el propio monómero de propileno actúa como diluyente.

La descarga del reactor incluye típicamente el polvo del polímero así como componentes no poliméricos, como monómero (y comonómero) de olefina que no ha reaccionado, diluyente, etc. En el caso de la producción de polietileno, los componentes no poliméricos comprenden típicamente diluyente, como isobutano, que tiene una cantidad pequeña (por ejemplo, 5% en peso) de etileno que no ha reaccionado. Generalmente, esta corriente de descarga se procesa, como por un sistema de recuperación de diluyente/monómero, para separar del polvo de polímero los componentes no poliméricos. El diluyente recuperado, monómero que no ha reaccionado y otros componentes no poliméricos procedentes del sistema de recuperación se pueden tratar, como por lechos de tratamiento y/o un sistema de fraccionamiento, y retornar finalmente al reactor como alimentación purificada o tratada. Algunos de los componentes se pueden quemar o retornar al suministrador, como a una planta de fabricación de olefinas o refinería de petróleo. Lo mismo que el polímero recuperado (sólidos) , el polímero puede ser tratado para desactivar el catalizador residual, retirar hidrocarburos contenidos, secar el polímero y granular el polímero en una extrusora, etc., antes de enviar el polímero al consumidor.

El negocio competitivo de la producción de poliolefinas lleva continuamente a los fabricantes a mejorar sus procesos para reducir costes de producción. En una industria en la que se producen anualmente billones de kilogramos de poliolefinas, pequeñas mejoras incrementales, por ejemplo, en actividad del catalizador, rendimiento de monómero, eficiencia energética, recuperación de diluyente, etc., pueden generar ahorros importantes de costes en la fabricación de poliolefinas. Afortunadamente, los avances tecnológicos de los últimos años en materias primas, diseño y funcionamiento de los equipos, etc., han proporcionado grandes progresos en reducción de costes fijos, de inversión y operativos de sistemas de fabricación de poliolefinas. Por ejemplo, investigaciones sobre catalizadores han producido catalizadores comerciales con valores de actividad de órdenes de magnitud mayores que los de hace dos a tres décadas, originando una reducción notable de la cantidad de catalizador consumido por kilogramo de polímero producido y reduciendo también la cantidad de tratamiento (y equipo) usado corriente abajo para desactivar y/o retirar catalizador residual en el polímero producido. Además, ventajas en el diseño y funcionamiento del equipo han incrementado también la recuperación de diluyente por lo que se utiliza menos reposición de diluyente. Los avances tecnológicos han mejorado también el rendimiento de monómero, que es una medida de la conversión de monómero, como etileno o propileno, en un polímero o poliolefina, como polietileno o polipropileno. Adicionalmente, los avances han incrementado también la eficiencia energética en la fabricación de poliolefinas.

En general, la producción de poliolefinas es un proceso intensivo energéticamente, que consume electricidad, vapor de agua, gas combustible, etc. Una manera común de expresar el consumo de energía en una tecnología o proceso conocido de fabricación es en unidades de energía por masa de poliolefina producida. En una planta típica de polietileno, el consumo eléctrico puede ser 460 kilowatios.hora por tonelada métrica (kWh/t) de polietileno o más. En el caso de vapor de agua, el consumo puede ser mayor que 8 kilogramos por tonelada métrica (kg/t) de polietileno,... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de fabricación para producir una poliolefina, que comprende:

– un sistema de alimentación para un reactor de polimerización,

– un sistema de reactor de poliolefina que tiene un reactor de polimerización, en el que el reactor de polimerización comprende una descarga continua configurada para descargar una suspensión que comprende partículas de poliolefina y diluyente;

– un sistema de recuperación de diluyente/monómero configurado para recibir la suspensión descargada del reactor de polimerización y para dirigir el diluyente evaporado instantáneamente al sistema de alimentación de forma que el diluyente evaporado instantáneamente circunvala un sistema de fraccionamiento, en donde el sistema de recuperación diluyente/monómero comprende una vasija de evaporación instantánea de presión elevada y una columna de purga pero no comprende una vasija de evaporación instantánea de baja presión o un compresor de evaporación instantánea de baja presión;

– el sistema de fraccionamiento configurado para procesar una porción del diluyente recuperado en el sistema de recuperación monómero/diluyente; y

– un sistema de extrusión/descarga que tiene una extrusora/granuladora configurada para granular las partículas de poliolefina recuperadas en el sistema de recuperación diluyente/monómero.

en el que el sistema de fabricación está configurado para consumir menos de 325 Kilovatios-hora de electricidad por tonelada métrica de poliolefina producida.

2. El sistema de fabricación de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el sistema de alimentación tiene seis o menos purificadores de la alimentación configurados para eliminar los venenos del catalizador de las corrientes de alimentación del reactor de polimerización.

3. El sistema de fabricación de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el reactor de polimerización comprende una bomba de circulación de suspensión que tiene álabes de guía.

4. El sistema de fabricación de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el sistema reactor de poliolefina comprende una bomba refrigerante configurada para hacer circular agua a través de una camisa del reactor de polimerización, en donde una temperatura de salida del agua que sale de la camisa es 15ºF (8, 3ºC) a 45ºF (25ºC) mayor que una temperatura de entrada del agua que entra en la camisa.

5. El sistema de fabricación de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el sistema de extrusión/descarga está configurado para recibir las partículas de poliolefina descargadas de dicha columna de purga en el sistema de recuperación diluyente/monómero sin retención intermedia de las partículas de poliolefina.

6. El sistema de fabricación de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el sistema de extrusión/descarga comprende una bomba de agua de gránulos para facilitar el transporte de los gránulos de poliolefina descargados del extrusor/granulador a un almacén de gránulos.

7. Un método para hacer funcionar un proceso de fabricación de una poliolefina, que comprende:

– alimentar un monómero, un diluyente y un catalizador a un reactor de polimerización,

– polimerizar el monómero en el reactor de polimerización para formar partículas de poliolefina,

– descargar en continuo del reactor de polimerización una suspensión, en la que la suspensión comprende monómero, diluyente y partículas de poliolefina,

– recuperar de la suspensión partículas de poliolefina separando de la suspensión por lo menos la mayor parte del diluyente, en donde separar el diluyente y separar las partículas de poliolefina comprende:

o someter la suspensión a una evaporación instantánea a presión elevada para generar una corriente de evaporación instantánea que comprende diluyente y una corriente de sólidos que comprende partículas de poliolefina y diluyente residual; y

o purgar la corriente de sólidos para eliminar el diluyente residual de las partículas de poliolefina, en donde la corriente de sólidos no está sometida a una evaporación instantánea de baja presión intermedia;

-reciclar una primera porción del diluyente separado al reactor de polimerización son fraccionar la primera porción;

– fraccionar una segunda porción del diluyente separado, para proporcionar diluyente sustancialmente exento de monómero,

– extruir y granular las partículas de poliolefina recuperada, para formar gránulos de poliolefina,

– transportar los gránulos de poliolefina a una zona de descarga, y

– consumir menos de 325 kilovatios-hora de electricidad por tonelada métrica de gránulos de poliolefina producida.

8. El método de acuerdo con la reivindicación 7, que comprende operar un purificador de agua como un repuesto para tanto eliminar los venenos del catalizador en la alimentación de monómero al reactor de polimerización y para eliminar los venenos del catalizador en la alimentación de diluyente al reactor de polimerización.

9. El método de acuerdo con la reivindicación 7, que comprende hacer circular un refrigerante a través de una camisa del reactor de polimerización y mantener un aumento de temperatura del refrigerante a través de la camisa en el intervalo de 15ºF (8, 3ºC) a 45ºF (25ºC) .

10. El método de acuerdo con la reivindicación 7, que comprende transportar las partículas de poliolefina separadas de la suspensión a un depósito de alimentación de la extrusora sin retención intermedia de las partículas de poliolefina transportadas.

11. El método de acuerdo con la reivindicación 7, en donde el transporte de los gránulos de poliolefina a un área de descarga comprende transportar los gránulos de poliolefina a un almacén de gránulos mediante una bomba de 15 gránulos de agua dispuesta en una descarga de una extrusora/granuladora aguas arriba.

PF