Procesos de producción de poliolefinas.

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

- un sistema de alimentación que comprende un caudalímetro de masa configurado para medir el caudal de una alimentación de monómero al reactor de polimerización,

- un sistema de reactor de poliolefina que tiene un reactor de polimerización, en el que el reactor de polimerización comprende una salida continua,

- un sistema de recuperación de diluyente/monómero configurado para procesar el efluente descargado del reactor de polimerización, en el que el efluente comprende partículas de poliolefina y diluyente y en el que el sistema de recuperación de diluyente/monómero está configurado para facilitar el reciclado directo de por lo menos el 80% en peso de diluyente recuperado en el sistema de recuperación de diluyente/monómero al reactor de polimerización sin fraccionamiento,

- un sistema de fraccionamiento configurado para procesar una porción del diluyente, y

- un sistema de extrusión/descarga que tiene una extrusora,

en el que el sistema de fabricación que está configurado para consumir menos de 144 kilogramos de vapor de agua 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.

Antecedentes 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, separar 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 separar 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, equivalente... [Seguir leyendo]

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

– un sistema de alimentación que comprende un caudalímetro de masa configurado para medir el caudal de una alimentación de monómero al reactor de polimerización,

– un sistema de reactor de poliolefina que tiene un reactor de polimerización, en el que el reactor de polimerización comprende una salida continua,

– un sistema de recuperación de diluyente/monómero configurado para procesar el efluente descargado del reactor de polimerización, en el que el efluente comprende partículas de poliolefina y diluyente y en el que el sistema de recuperación de diluyente/monómero está configurado para facilitar el reciclado directo de por lo menos el 80% en peso de diluyente recuperado en el sistema de recuperación de diluyente/monómero al reactor de polimerización sin fraccionamiento,

– un sistema de fraccionamiento configurado para procesar una porción del diluyente, y

– un sistema de extrusión/descarga que tiene una extrusora,

en el que el sistema de fabricación que está configurado para consumir menos de 144 kilogramos de vapor de agua por tonelada métrica de poliolefina producida.

2. El sistema de fabricación de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el monómero es etileno.

3. El sistema de fabricación de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el reciclado directo comprende condensar el diluyente, pasar el diluyente por un purificador y retornar el diluyente al reactor de purificación.

4. 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,

– medir el caudal de monómero alimentado al reactor de polimerización con un caudalímetro de masa,

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

– descargar en continuo del reactor de polimerización una suspensión que 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,

– reciclar directamente al reactor de polimerización una primera porción que comprende por lo menos el 80% en peso del diluyente separado, sin fraccionar la primera porción,

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

– extrudir 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 144 kilogramos de vapor de agua por tonelada métrica de gránulos de poliolefina producida.

5. El método de acuerdo con la reivindicación 4, en el que el monómero alimentado al reactor de polimerización es etileno.

6. El método de acuerdo con la reivindicación 4, en el que reciclar directamente al reactor de polimerización una primera porción que comprende por lo menos el 80% en peso del diluyente separado, sin fraccionar la primera porción, comprende condensar la primera porción, pasar la primera porción por un purificador y retornar la primera porción al reactor de polimerización.