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PT1542793E - Reactor de reciclo para suspensão utilizando na polimerização de poliolefina - Google Patents

Reactor de reciclo para suspensão utilizando na polimerização de poliolefina Download PDF

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PT1542793E
PT1542793E PT03750638T PT03750638T PT1542793E PT 1542793 E PT1542793 E PT 1542793E PT 03750638 T PT03750638 T PT 03750638T PT 03750638 T PT03750638 T PT 03750638T PT 1542793 E PT1542793 E PT 1542793E
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Description

1
DESCRIÇÃO
"REACTOR DE RECICLO PARA SUSPENSÃO UTILIZADO NA POLIMERIZAÇÃO DE POLIOLEFINA" A presente invenção refere-se à polimerização de monómeros de olefina num reactor de reciclo para suspensão espessa. 0 polietileno de alta densidade (HDPE) foi primeiro produzido por polimerização de adição levada a cabo num liquido que era um solvente para o polímero resultante. Aquele método foi rapidamente substituído por polimerização sob condições de suspensão espessa de acordo com Ziegler ou Phillips. Mais especificamente, a polimerização da suspensão foi levada a cabo continuamente num reactor de tubo de reciclo. É formado um efluente de polimerização que é uma suspensão espessa de sólidos de polímeros em partícula suspensos num meio líquido, normalmente o diluente da reacção e o monómero não reagido (ver, por exemplo, o documento US-A-2.285.721). É desejável separar o polímero e o meio líquido que compreende um diluente inerte e os monómeros não regidos sem expor o meio líquido à contaminação de modo que o referido meio líquido possa ser reciclado para a zona de polimerização com purificação mínima ou nenhuma. Segundo descrito no documento US-A-3.152.872, uma suspensão de polímero e o meio líquido são colhidos numa ou mais colunas de decantação do reactor de reciclo para suspensão das quais a suspensão é descarregada periodicamente para uma câmara de separação, deste modo, funcionando de uma maneira descontínua. 2 A mistura é separada com a finalidade de remover o meio liquido do polímero. Em seguida, é necessário recomprimir o diluente de polimerização vaporizado para o condensar numa forma de líquido para o reciclar como diluente líquido para a zona de polimerização depois da purificação, se necessário.
As colunas de decantação são muitas vezes necessárias para melhorar a concentração do polímero na suspensão extraída do reactor. No entanto, estas apresentam vários problemas, uma vez que as mesmas impõem uma técnica em descontínuo a um processo contínuo.
Os documentos EP-A-0.891.990 e US-A-6.204.344 descrevem dois métodos para diminuir o comportamento descontínuo das colunas de decantação e, deste modo, para aumentar a concentração de sólidos. Um método consiste em substituir a operação descontínua das colunas de decantação por uma recuperação contínua de suspensão enriquecida. Outro método consiste em utilizar uma bomba de circulação mais agressiva.
Os documentos EP-A-0307238 , US-A-5602216, EP-A-0516037 e DE-A-2639471 all descrevem reactores de reciclo de circulação adequados para a polimerização de monómeros de olefina. Estes métodos melhoram, ligeiramente, a continuidade da circulação e, deste modo, o teor de sólidos, mas ainda há amplo espaço para melhoramentos. De facto, os reactores de reciclo para suspensão não são reactores perfeitamente 3 mistos. A suspensão é composta de uma fase líquida e uma fase sólida. Em virtude das significativas diferenças entre as massas específicas do líquido e dos sólidos, e em virtude da viscosidade muito baixa do líquido, os componentes da suspensão são separadas por força centrífuga quando viajam por uma curva com os sólidos sendo empurrados no sentido da parte externa da curva. Deste modo, há um perfil de concentração na secção normal do reactor. A força centrífuga exercida pela bomba de circulação é também muito grande e diminui, de forma significativa, a concentração de sólidos no meio do reactor acumulando os sólidos próximos às paredes. Há inúmeras outras causas de heterogeneidade, tais como, por exemplo: a natureza da alimentação que vem do reactor que, sob condições padrão, é feita de fases líquida e fases gasosas misturadas; a alimentação catalisadora descontínua, ocorrendo no momento com catalisadores à base de crómio; a extracção descontínua das colunas de decantação.
Quando o reactor é levado ao seu limite de funcionalidade, o consumo de energia da bomba de circulação aumenta em média e torna-se menos estável e a temperatura do reactor torna-se instável. É um objectivo da presente invenção evitar o aparecimento das instabilidades descritas acima. 4 É outro objectivo da presente invenção produzir um polímero com uma densidade aparente melhorada e distribuição de peso molecular reduzida. É também uma finalidade da presente invenção melhorar a produtividade do catalisador e, deste modo, o rendimento do reactor. É outro objectivo da presente invenção melhorar a homogeneidade do fluxo no reactor de reciclo. É também um objectivo da presente invenção aumentar a concentração de sólidos no reactor. É ainda um objectivo da presente invenção aumentar a produção de polímero num reactor de reciclo para suspensão.
Em concordância, a presente invenção descreve um reactor de reciclo para suspensão tendo um ou mais circuitos e compreendendo em, pelo menos, um dos um ou mais circuitos uma linha de desvio (2) que liga dois pontos do mesmo circuito (1) por meio de uma rota alternativa tendo um tempo de trânsito diferente da rota principal, que melhora a homogeneidade da suspensão em circulação. 0 referido reactor de reciclo para suspensão é capaz de melhorar a mistura no interior do reactor. 5
Por toda a presente descrição os circuitos que formam o reactor de reciclo para suspensão podem ser em paralelo ou em série e, adicionalmente, cada circuito pode ser dobrado. A Figura 1 representa, de forma esquemática, o reactor de reciclo (1) com uma linha de desvio (2) inserida entre dois pontos do circuito principal. Inclui também as colunas de decantação (3) .
Opcionalmente, o desvio pode ser revestido.
Qualquer uma ou mais das modificações do reactor de reciclo acima mencionadas podem ser implementadas em qualquer de um ou mais dos circuitos do reactor. A linha de desvio transporta uma fracção da suspensão de 0,5 a 50% do caudal total, de preferência, de 1 a 15% do caudal total. O tempo de fluxo pela linha de desvio é diferente do tempo necessário para viajar pelo circuito principal, uma vez que as rotas têm comprimentos diferentes. Esta diferença em tempo de viagem resulta na mistura longitudinal que melhora a homogeneidade da suspensão no interior do reactor.
De preferência, a distância percorrida pela suspensão no desvio é mais curta do que a percorrida no circuito principal, e a suspensão é reinjectada no circuito principal a um ângulo de 1 a 90 graus, preferencialmente, a um ângulo 6 de 30 a 60 graus e, mais preferencialmente a um ângulo de cerca de 45 graus. O diâmetro do desvio é inferior ao do circuito principal e a proporção de DB/DL do diâmetro do desvio DB para o diâmetro do circuito DL é de 1:12 a 1:2, de preferência, de 1:6 a 1:3. A presente invenção descreve ainda a utilização de uma linha de desvio que liga dois pontos do circuito principal (1) por meio de uma rota alternativa tendo um tempo de trânsito diferente daquele da rota principal, para melhorar a homogeneidade do fluido em circulação num reactor de reciclo para suspensão.
Numa segunda forma de realização de acordo com a presente invenção, a homogeneidade do fluido em circulação por um reactor de reciclo para suspensão é melhorada por meio da modificação da bomba de circulação, de modo que a mesma funcione com um eficiência significativamente reduzida de 30 a 75%, significativamente inferior do que a eficiência obtida em reactores de reciclo para suspensão. A eficiência da bomba poderia, potencialmente, ser adicionalmente reduzida.
Isto é conseguido permitindo que de 0,5 a 50% do fluxo e, de preferência de 1 a 25% do fluxo, sejam recirculados do lado da pressão da lâmina do impulsor para o lado de sucção da mesma lâmina do impulsor. 7 A recirculação é levada a cabo deixando um espaço vazio entre uma ou mais lâminas do impulsor e o invólucro da bomba, o referido espaço sendo da ordem de 0,5 a 10% do raio da bomba e, de preferência, de 1 a 5% do raio da bomba.
Alternativamente, a recirculação pode ser conseguida por meio da presença de orifícios nas lâminas do impulsor. A superfície total dos orifícios é de 0,1 a 35% e, de preferência, de 0,5 a 15% da superfície da lâmina medida no seu plano central. Os orifícios podem ter qualquer formato e posição e podem estar ausentes de algumas lâminas.
Numa terceira forma de realização de acordo com a presente invenção, a homogeneidade radial do fluxo no reactor de reciclo para suspensão é melhorada pela inserção de obstáculos fixos no interior do reactor.
Os obstáculos podem ser maciços ou em forma de condutas.
As posições dos obstáculos são seleccionadas para reduzir as heterogeneidades e, deste modo, ficam localizadas onde as heterogeneidades têm mais probabilidade de ocorrer, tal como, por exemplo, nas curvas ou na descarga da bomba.
Os produtos poliméricos obtidos com o reactor de reciclo modificado de acordo com a presente invenção têm uma densidade aparente que é de 1 a 5% superior àquela dos produtos poliméricos obtidos com um reactor de reciclo não modificado. 8 A distribuição do peso molecular (MWD) é definida pelo índice de polidispersão D que é a proporção Mw/Mn do peso médio do peso molecular Mw para o número médio do peso molecular Mn. 0 mesmo é tipicamente reduzido em 5 a 15% nos produtos poliméricos obtidos com o reactor de reciclo modificado de acordo com a presente invenção. A produtividade do catalisador é substancialmente melhorada sem qualquer perda em produção. A produtividade do catalisador é, tipicamente, aumentada em 10 a 50%. A melhora na produtividade do catalisador é obtida graças a um aumento do tempo de permanência no reactor e à extensão da janela de funcionamento estável. Observou-se que o teor de sólidos, medido como a proporção do caudal de massa de partícula para o caudal de massa total é aumentado em, pelo menos, 1,5%, de preferência, em, pelo menos, 3%.
Exemplos O mesmo reactor de reciclo foi utilizado para polimerizar um certo grau de polietileno de alta densidade (HDPE) com e sem um desvio. As condições de funcionamento eram as mesmas e estão resumidas na Tabela I.
TABELA I
Sem desvio Com desvio Número de dados 414 296 Temperatura °C 107 107,6 % [C2] em peso 4,97 4,80 % [C6] em peso 0,04 0,04 Produtividade (g/g) 2652 3651 Produção (t/h) 7565 7704 HLMI g/10 min 2,10 2,07 9 0 HLMI foi medido seguindo o método de teste padrão ASTM D 1238 a 190°C e sob uma carga de 21,6 kg.
Conforme pode ser observado, a produtividade do catalisador foi substancialmente melhorada sem gualquer perda de produção.
Lisboa, 31 de Agosto de 2007

Claims (15)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Reactor de reciclo para suspensão tendo um ou mais circuitos e compreendendo em, pelo menos, um dos um ou mais circuitos, uma linha de desvio (2) que liga dois pontos do circuito (1) principal por meio de uma rota alternativa tendo um tempo de trânsito diferente daquele da rota principal que melhora a homogeneidade da suspensão em circulação.
2. Reactor de reciclo de acordo com a reivindicação 1, em que a linha de desvio transporta uma fracção da suspensão de 0,5 a 50% do caudal total.
3. Reactor de reciclo de acordo com a reivindicação 2, em que a linha de desvio transporta uma fracção da suspensão de 1 a 15% do caudal total.
4. Reactor de reciclo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, em que a suspensão que viaja na linha de desvio é reinjectada no circuito principal num ângulo de 1 a 90 graus.
5. Reactor de reciclo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, em que a proporção DB/DL do diâmetro do desvio DB para o do circuito principal DL é de 1:12 a 1:2.
6. Reactor de reciclo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, em que a proporção DB/DL do 2 diâmetro do desvio DB para o do circuito principal DL é de 1:6 a 1:3.
7. Reactor de reciclo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores capaz de melhorar a mistura longitudinal no interior do reactor, caracterizado por a bomba de circulação funcionar a uma eficiência entre 30 a 75%.
8. Reactor de reciclo de acordo com a reivindicação 7, em que a eficiência da bomba é reduzida deixando um espaço vazio entre uma ou mais lâminas do impulsor e o invólucro da bomba.
9. Reactor de reciclo de acordo com a reivindicação 7 ou reivindicação 8, em que a eficiência da bomba é reduzida pela presença de orificios nas lâminas do impulsor.
10. Reactor de reciclo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores tendo obstáculos fixados no interior do mesmo para melhorar a homogeneidade radial do fluxo na suspensão.
11. Reactor de reciclo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores para melhorar a produtividade do catalisador sem qualquer perda na produção de polimero. 3
12. Utilização do reactor de reciclo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 10 para aumentar a densidade aparente do produto polimérico.
13. Utilização do reactor de reciclo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 10 para aumentar a janela de funcionamento estável.
14. Utilização do reactor de reciclo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 10 para melhorar a homogeneidade do fluxo longitudinal no reactor.
15. Utilização do reactor de reciclo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 10 para aumentar o teor de sólidos no reactor por um factor de, pelo menos, 1,5%, o referido teor de sólido sendo definido como a proporção do caudal de massa de partícula para o caudal de massa total. Lisboa, 31 de Agosto de 2007
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