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ES2624858T3 - Sistema de control para un reactor en fase gaseosa, un reactor en fase gaseosa para la producción catalítica de poliolefinas, un método para producciones catalíticas de poliolefinas y un uso del sistema de control - Google Patents

Sistema de control para un reactor en fase gaseosa, un reactor en fase gaseosa para la producción catalítica de poliolefinas, un método para producciones catalíticas de poliolefinas y un uso del sistema de control Download PDF

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ES2624858T3 ES10166314.4T ES10166314T ES2624858T3 ES 2624858 T3 ES2624858 T3 ES 2624858T3 ES 10166314 T ES10166314 T ES 10166314T ES 2624858 T3 ES2624858 T3 ES 2624858T3
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Erno Elovainio
Samuli Zitting
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Borealis AG
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Abstract

Sistema de control para un reactor de fase gaseosa en lecho fluidizado (100) para la producción catalítica de poliolefinas, que tiene al menos un dispositivo de agitación (1) en un lecho fluidizado (10) en un reactor de fase gaseosa (100), caracterizado por un dispositivo de detección (30) para detectar un cambio (30) en al menos un parámetro operativo del dispositivo de agitación (1), en donde el cambio (30) se selecciona entre la vibración, el par y/o el consumo de energía del dispositivo de agitación (1), el dispositivo de detección (20) que comprende medios para generar al menos una señal de control (40) en función del cambio (30), la señal de control (40) que actúa sobre una variable manipulada del reactor de fase gaseosa (100) y/o el lecho fluidizado (10) para influir en la formación de aglomeraciones de partículas en el reactor de fase gaseosa (100) y/o la eliminación de aglomeraciones de partículas del reactor de fase gaseosa (100), en donde la señal de control (40) está acoplada funcionalmente a un caudal de una corriente de extracción (9a, 9b) del reactor de fase gaseosa (100), un procesador para el cierre del reactor de fase gaseosa, un caudal de un retardador de polimerización (41), un caudal de un agente antiestático (42) y un sistema de alarma (43) para un operador.

Description

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DESCRIPCION
Sistema de control para un reactor en fase gaseosa, un reactor en fase gaseosa para la produccion catalltica de poliolefinas, un metodo para producciones catallticas de poliolefinas y un uso del sistema de control
La invencion se refiere a un sistema de control para un reactor de fase gaseosa segun la reivindicacion 1, un reactor de fase gaseosa para la produccion catalltica de poliolefinas con un sistema de control segun la reivindicacion 5, un metodo para la produccion catalltica de poliolefinas de acuerdo con la reivindicacion 7 y un uso del sistema de control segun la reivindicacion 12.
En la operacion de procesos de produccion de poliolefina catalltica, con frecuencia supone un problema la formacion de aglomeraciones de partlculas, tambien denominadas grumos o trozos, en reactores en fase gaseosa. La aglomeracion de partlculas de pollmero da lugar a perturbaciones en el regimen de caudal hidrodinamico en el reactor en fase gaseosa que es perjudicial para la distribution del tamano de partlcula. Ademas, la aglomeracion da lugar a una distribucion de temperatura suboptima dentro del reactor en fase gaseosa que da como resultado partlculas de pollmero con propiedades muy diferentes. Otro posible problema es la formacion de partlculas de pollmero pegajosas que podrlan adherirse a las paredes del reactor de fase gaseosa, adherirse a una rejilla de fluidization en el reactor de fase gaseosa o adherirse a dispositivos en los reactores de fase gaseosa tales como agitadores. Si no se vigilan, los aglomerados opcionales crecen de tamano de manera que pueden tapar las llneas de extraction del producto y en el peor de los casos pueden llenar todo el reactor. En dichos casos, el reactor debe cerrarse. Por lo tanto, la detection y el control de la aglomeracion de partlculas dentro de los reactores de fase gaseosa es un problema.
En el presente documento las frases partlculas aglomeradas, grumos y trozos se usan sinonimamente y representan agregados que tienen un tamano en una dimension de aproximadamente 50 mm o mas. Son de forma irregular y pueden estar, por ejemplo, agregados en forma de disco de aproximadamente 50 x 50 x 10 mm. Se distinguen claramente de partlculas de pollmero que tienen un diametro de aproximadamente 0,05 a aproximadamente 2 mm.
En el documento EP 233 787 A1 se describen una serie de medidas para detectar aglomeraciones en reactores de lecho fluidizado. Una posibilidad es la deteccion visual de aglomeraciones a traves de ventanas en la pared del reactor de fase gaseosa que no es adecuado para el funcionamiento automatico del proceso. Otros metodos para detectar aglomeraciones utilizan marcadores radioactivos o dispositivos complejos para medir diferencias de presion diferencial en el reactor en fase gaseosa. El documento EP 1 106 629 A1 describe un metodo que utiliza una barra de deteccion insertada en el reactor de fase gaseosa para detectar fluctuaciones de caudal magnetico. Dada la complejidad operativa o estructural de estos metodos conocidos, se necesita un sistema eficiente para la deteccion y la reduction de aglomeraciones de partlculas.
Este problema se resuelve mediante el sistema de control segun la reivindicacion 1.
El sistema de control comprende un dispositivo de deteccion para detectar un cambio en al menos un parametro operativo de un dispositivo de agitation en el reactor de fase gaseosa. El parametro operativo se selecciona entre la vibration, el par y/o el consumo de energla del dispositivo de agitacion. El dispositivo de deteccion comprende ademas medios para la generation de al menos una senal de control dependiente del cambio, la senal de control que actua sobre una variable manipulada del reactor de fase gaseosa, un lecho fluidizado y/o el dispositivo de agitacion para influir (por ejemplo, retardar, detener) la formacion de aglomeraciones de partlculas en el reactor en fase gaseosa y/o la elimination de aglomeraciones de partlculas del reactor en fase gaseosa. Se ha encontrado que los cambios en el parametro operativo del dispositivo de agitacion indican la formacion de aglomeraciones de partlculas, por ejemplo, la formacion de trozos en torno al eje de un agitador. Estas mediciones se pueden utilizar como entrada al sistema de control que entonces automaticamente realiza una action para contrarrestar la aglomeracion ajustando una variable manipulada adecuada. Como alternativa, pueden activar automaticamente una alarma para que entonces un operador pueda iniciar manualmente acciones correctivas.
En una realization, el cambio en al menos un parametro operativo es una desviacion absoluta o relativa de los datos operativos previamente medidos del dispositivo de agitacion por una cantidad predefinida. Como alternativa, el cambio tambien puede ser una desviacion absoluta o relativa de los datos operativos previamente medidos del dispositivo de agitacion por una cantidad predefinida dentro de un tiempo predefinido y/o una velocidad de cambio en los datos operativos del dispositivo de agitacion que excede un criterio predefinido. Por lo tanto, el dispositivo de deteccion no solo puede medir las diferencias entre los parametros operativos medidos y sus puntos de ajuste, sino tambien el desarrollo de parametros operativos a lo largo del tiempo, es decir, la velocidad de cambio. En una realizacion, el cambio en al menos un parametro operativo es un cambio de paso en el consumo de energla del dispositivo de agitacion de mas del 10 % durante un periodo de mas de 30 minutos. Un cambio de paso en este contexto no significa un cambio de paso en el sentido matematico (es decir, un cambio instantaneo) puesto que los datos medidos siempre incluiran ruido y algunas respuestas no instantaneas. Normalmente en procesos reales el paso en si no sera un incremento vertical absoluto sino un cambio que se considera rapido en comparacion con la dinamica general del proceso.
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En otras realizaciones, el cambio en un parametro operativo puede ser un impulso, es decir, un cambio repentino del parametro tambien con una calda repentina de ese cambio. Un impulso puede resultar en un aumento de mas del 30 % durante menos de 15 minutos, preferentemente menos de 5 minutos. Como alternativa, el cambio en un parametro operativo tambien puede ser una senal en pendiente, es decir, una acumulacion gradual (o ralentizacion) de un parametro sin nivelacion.
La naturaleza de los cambios de paso, los impulsos o las senales en pendiente en procesos reales se entiende bien en la ciencia de control.
Ademas, los datos operativos medidos del dispositivo de agitacion pueden ser filtrados, integrados, promediados y/o procesados por un procesador de datos de autoaprendizaje. El procesamiento de los parametros operativos medidos puede mejorar el rendimiento del sistema de control. Un procesador de datos de autoaprendizaje, tal como por ejemplo una red neural o una maquina vectorial de soporte, puede detectar automaticamente cuando un cambio en los datos medidos se empieza a diferir del funcionamiento normal.
La senal de control esta acoplada funcionalmente a un caudal de una corriente de extraction del reactor de fase gaseosa, un procesador para el cierre del reactor de fase gaseosa, un caudal de un retardador de polimerizacion, un caudal de un agente antiestatico y un sistema de alarma para el operador. Si el sistema de control detecta la formation de aglomeraciones de partlculas, puede extraer selectivamente material del reactor de fase gaseosa para evitar una aglomeracion adicional.
Las variables manipuladas tambien se podrlan denominar actuadores. Esas variables manipuladas (o actuadores) solas o en combination pueden influir en la aglomeracion de partlculas, es decir, la aglomeracion de partlculas se ve retardada.
El sistema de alarma por ejemplo puede comprender una senal visual y/o acustica en la pantalla de supervision o una impresion. El operador puede entonces actuar sobre la alarma, por ejemplo, iniciando el cierre del reactor, de modo que las aglomeraciones de partlculas se pueden extraer antes de que se vuelvan tan grandes que requieran una gran cantidad de trabajo para eliminarlas del reactor.
El problema tambien se resuelve mediante un reactor de fase gaseosa para la production catalltica de poliolefinas, en particular polietileno o polipropileno, que comprende un sistema de control segun las reivindicaciones 1 a 4. En una realization del reactor en fase gaseosa el dispositivo de agitacion comprende un agitador.
La alimentation de un retardador de polimerizacion puede comprender CO2, CO, oxlgeno, un gas que contiene oxlgeno y/o un gas que contiene azufre. Son posibles mezclas de retardadores de polimerizacion. La alimentacion de un agente antiestatico puede comprender una cetona (por ejemplo, hasta C7, tal como acetona, metilisobutilcetona), un alcohol (por ejemplo, alcoholes C1 a Ca tales como metanol, etanol, isopropanol), agua, una amina (por ejemplo, N-alquil-dietanolaminas de formula: CH3(CH)nCH2-N(CH2CH2OH)2, en la que n es superior a 2), una amida y/o un ester (por ejemplo un hidroxiester que tiene al menos dos grupos hidroxilo libres obtenidos a partir de acidos carboxllicos que tienen de 8 a 22 atomos de carbono y de polialcohol).
El problema tambien se resuelve mediante un metodo para la produccion catalltica de poliolefinas, en particular un proceso BORSTAR para producir polietileno o polipropileno que comprende al menos un reactor de fase gaseosa de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 5 y 6.
En una realizacion del metodo, la presion media en el al menos un reactor de fase gaseosa esta en el intervalo entre 10 y 40 bares (1-4 MPa) y la temperatura media esta en el intervalo entre 50 y 105 °C, preferentemente entre 60 y 100 °C.
En otra realizacion, el metodo se lleva a cabo usando al menos un reactor de bucle proporcionando al menos una corriente de alimentacion para el al menos un reactor de fase gaseosa.
En una realizacion adicional, el sistema de control se utiliza en una disposition para la produccion de poliolefina, en particular polietileno o polipropileno.
Las formas de realizacion mencionadas y otras realizaciones del sistema de control, el reactor de fase gaseosa, el metodo y el uso del sistema de control se describiran adicionalmente en las siguientes figuras que son ilustraciones de las realizaciones sin limitar el alcance de la presente invention.
La Fig. 1 muestra esquematicamente una realizacion de un reactor de fase gaseosa para la produccion de
una poliolefina con una realizacion de un sistema de control para aglomeraciones de partlculas;
La Fig. 2 muestra un ejemplo para un parametro operativo medido de un dispositivo de agitacion, es decir, la
potencia de un agitador;
La Fig. 3 muestra esquematicamente una realizacion de un proceso de produccion de una poliolefina que
comprende un reactor de fase gaseosa con un sistema de control para aglomeracion de partlculas.
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En un reactor de fase gaseosa en lecho fluidizado 100, se polimeriza una olefina en presencia de un catalizador de polimerizacion en una corriente de gas que se mueve hacia arriba. El reactor normalmente contiene un lecho fluidizado 10 que comprende las partlculas de pollmero en crecimiento que contienen el catalizador activo situado por encima de una rejilla de fluidizacion.
El lecho de pollmero se fluidiza con la ayuda del gas de fluidizacion 2 que comprende el monomero de olefina, comonomero(s) opcional, controladores de crecimiento de cadena o agentes de transferencia de cadena opcionales, tales como hidrogeno y gas inerte opcional. El gas de fluidizacion se introduce en una camara de entrada en la parte inferior del reactor de fase gaseosa 100. Para asegurarse de que el caudal de gas esta distribuido uniformemente sobre el area superficial en la seccion transversal de la camara de entrada, el tubo de entrada puede estar equipado con un elemento de division del caudal como se conoce en la tecnica, por ejemplo de los documentos US-A- 4933149 y EP-A-684871.
A partir de la camara de entrada, el caudal de gas se pasa hacia arriba a traves de una rejilla de fluidizacion 3 en el lecho fluidizado 10. El fin de la rejilla de fluidizacion 3 es dividir el caudal de gas uniformemente a traves del area de la seccion transversal del lecho. A veces, la rejilla de fluidizacion 3 puede estar dispuesta para establecer una corriente de gas que barra a lo largo de las paredes del reactor, como se describe en el documento WO-A- 2005/087361. Otros tipos de rejillas de fluidizacion 3 se describen, entre otros, en los documentos US-A-4578879, EP 600414 y EP-A-721798. Una vision general se da en Geldart y The Design of Distributors for Gas-fluidized Beds, Powder Technology, Vol. 42, 1985.
El gas de fluidizacion pasa a traves del lecho fluidizado 10. La velocidad superficial del gas de fluidizacion debe ser mayor que la velocidad de fluidizacion minima de las partlculas contenidas en el lecho fluidizado 10, ya que de lo contrario no se produciria fluidizacion. Por otra parte, la velocidad del gas debe ser inferior a la velocidad de inicio del transporte neumatico, ya que de lo contrario el lecho entero seria arrastrado con el gas de fluidizacion. La velocidad de fluidizacion minima y la velocidad de inicio del transporte neumatico se pueden calcular cuando se conocen las caracteristicas de las partlculas mediante la practica de ingenieria comun. Cuando el gas de fluidizacion se pone en contacto con el lecho que contiene el catalizador activo, los componentes reactivos del gas, tales como monomeros y agentes de transferencia de cadena, reaccionan en presencia del catalizador para producir el producto polimero. Al mismo tiempo, el gas es calentado por el calor de reaccion.
El gas de fluidizacion que no ha reaccionado se elimina de la parte superior del reactor de fase gaseosa 100 y se enfria en un intercambiador de calor 6 para eliminar el calor de reaccion. El gas se enfria a una temperatura que es inferior a la del lecho 10 para evitar que el lecho 10 se caliente debido a la reaccion. Es posible enfriar el gas a una temperatura a la que una parte de el se condensa. Cuando las gotitas de liquido entran en la zona de reaccion, se vaporizan. El calor de vaporizacion contribuye entonces a la eliminacion del calor de reaccion. Este tipo de operacion se denomina modo condensado y sus variaciones se describen, entre otros, en los documentos WO-A-2007/025640, US-A-4543399, EP-A-699213 y Wo-A-94/25495. Tambien es posible anadir agentes de condensacion a la corriente de gas de reciclado, como se describe en el documento EP-A-696293. Los agentes de condensacion son componentes no polimerizables, tales como n-pentano, isopentano, n-butano o isobuteno, que son al menos parcialmente condensados en el refrigerador.
A continuacion, el gas se comprime y se recicla en la camara de entrada del reactor de fase gaseosa 100. Antes de la entrada en el reactor se introducen reactantes frescos en la corriente de gas de fluidizacion para compensar las perdidas causadas por la reaccion y la retirada del producto. Generalmente se sabe como analizar la composicion del gas de fluidizacion e introducir los componentes de gas para mantener la composicion constante. La composicion real se determina por las propiedades deseadas del producto y el catalizador utilizado en la polimerizacion.
El catalizador se puede introducir en el reactor de varias maneras, de forma continua o intermitente. Entre otros, los documentos WO-A-01/05845 y EP-A-499759 describen dichos metodos. Cuando el reactor de fase gaseosa es una parte de una cascada de reactores, normalmente el catalizador se dispersa dentro de las partlculas de polimero de la etapa de polimerizacion precedente. Las partlculas de pollmero pueden introducirse en el reactor en fase gaseosa como se describe en los documentos EP-A-1415999 y WO-A-00/26258.
El producto polimerico se puede retirar del reactor de fase gaseosa de forma continua o intermitente. Tambien se pueden utilizar combinaciones de estos metodos. La retirada continua se describe, entre otros, en el documento WO-A-00/29452. La retirada intermitente se describe, entre otros, en los documentos US-A-4621952, EP-A-188125, EP-A-250169 y EP-A-579426.
La parte superior del reactor de fase gaseosa 100 puede incluir una denominada zona de desacoplamiento. En una zona de este tipo se aumenta el diametro del reactor para reducir la velocidad del gas y permitir que las partlculas que se transportan desde el lecho con el gas de fluidizacion vuelvan a asentarse en el lecho.
El nivel del lecho se puede observar mediante diferentes tecnicas conocidas en la tecnica. Por ejemplo, se puede registrar la diferencia de presion entre el fondo del reactor y una altura especifica del lecho en toda la longitud del
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reactor y se puede calcular el nivel del lecho sobre la base de los valores de diferencia de presion. Dicho calculo proporciona un nivel de tiempo medio. Tambien es posible utilizar sensores ultrasonicos o sensores radiactivos. Con estos metodos pueden obtenerse niveles instantaneos, que, por supuesto, pueden promediarse a lo largo del tiempo para obtener un nivel de lecho medido en el tiempo.
Si es necesario, tambien se pueden introducir agentes antiestaticos en el reactor de fase gaseosa. Los agentes antiestaticos adecuados y los metodos para usarlos se describen, entre otros, en los documentos US-A-5026795, US-A-4803251, US-A-4532311, US-A-4855370 y EP-A-560035. Habitualmente son compuestos polares e incluyen, entre otros, agua, cetonas, aldehldos y alcoholes.
El reactor tambien puede incluir un agitador mecanico 1 para facilitar adicionalmente la mezcla dentro del lecho fluidizado. En el documento EP-A-707513 se da un ejemplo de diseno de agitador adecuado.
En la Fig. 1, se muestra un reactor de fase gaseosa 100 con un lecho fluidizado 10 para fabricar una poliolefina tal como, por ejemplo, polietileno o polipropileno. El lecho fluidizado 10 esta situado en la parte inferior del reactor de fase gaseosa 100. Se inyecta una corriente de gas de fluidizacion 2 en el fondo del reactor de fase gaseosa 100 a traves de una rejilla de fluidizacion 3.
En la parte superior (en el presente documento con un espacio de desacoplamiento que tiene un diametro mayor que la parte inferior) del reactor de fase gaseosa 100, las partlculas solidas disminuyen su velocidad de modo que se separan en gran parte de la fase gaseosa.
Una corriente de alimentacion 4 al reactor de fase gaseosa 100 comprende, por ejemplo, un pollmero de peso molecular relativamente bajo de un reactor de bucle 210 (vease la figura 3). El reactor de fase gaseosa 100 comprende ademas salidas de producto 9a, 9b. Una salida de producto continua 9a tiene un diametro relativamente pequeno. La salida del producto discontinuo 9b tiene un diametro relativamente grande. La salida de producto continuo 9a mas pequena tiende a bloquearse primero con aglomeraciones. El diametro mayor de la salida del producto discontinuo 9b permite un vaciado rapido del reactor 100 en fase gaseosa, si fuera necesario.
La salida continua de producto 9a normalmente esta situada en el centro del lecho fluidizado 10 de manera que la distancia de la salida continua de producto 9a a la rejilla de fluidizacion 3 es aproximadamente el 50 % de la altura total del lecho fluidizado 10. La salida discontinua de producto 9b normalmente esta situada inmediatamente encima de la rejilla de fluidizacion 3. Como los aglomerados de partlculas son relativamente pesados tienden a caer a la rejilla de fluidizacion 3. Tanto 9a como 9b se usan en funcionamiento normal. A continuacion, la salida continua de producto 9a retira la parte principal del pollmero, mientras que 9b se utiliza para retirar grumos de la region de la rejilla de fluidizacion 3.
El tiempo de actuacion de la salida discontinuo del producto 9b se puede ajustar dependiendo de la cantidad de aglomeraciones de partlculas que se formen. Si no hay aglomeraciones presentes, entonces el caudal a traves de la salida del producto discontinuo 9b se puede ajustar para operar a una frecuencia baja, por ejemplo una vez cada hora.
El experto en la materia reconocera que la posicion de la corriente de alimentacion 4 y las salidas de producto 9a, 9b en el reactor de fase gaseosa 100 de la Fig. 1 es a modo de ejemplo; otras realizaciones tendran disposiciones diferentes.
En la parte superior del reactor 100 de fase gaseosa, se retira gas 100, que comprende algunas partlculas solidas, a traves de una llnea de circulacion de gas y se hace pasar a traves de un separador 5 de solido-gas (por ejemplo un ciclon), un intercambiador de calor 6 y un compresor de gas circulante 7. El gas presurizado y algo de gas de alimentacion fresco 8 comprenden entonces la corriente de gas de fluidizacion 2. El experto en la materia reconocera que esta descripcion estructural de un reactor de fase gaseosa 100 es a modo de ejemplo, de manera que son posibles otras configuraciones.
El lecho fluidizado 10 del reactor de fase gaseosa 100 comprende un dispositivo de agitacion 1 para conferir energla mecanica a la mezcla de solidos y gases del lecho fluidizado 10. El dispositivo de agitacion 1 en la realizacion representada es un agitador o mezclador con una pluralidad ce cuchillas. Otras realizaciones utilizan un tipo de dispositivo de agitacion diferente, por ejemplo, un impulsor con un solo conjunto de cuchillas o un anclaje en forma de H.
El dispositivo de agitacion 1 en la realizacion mostrada esta accionado por un motor electrico 11 tal como un impulsor. El dispositivo de agitacion 1 y/o el impulsor 11 del dispositivo de agitacion 1 estan acoplados a un dispositivo de deteccion 20 (por ejemplo, un ordenador con entradas para los datos medidos) que mide el al menos un parametro operativo del dispositivo de agitacion 1. En esta realizacion, es el consumo de energla del motor 11. En otras realizaciones, los parametros de funcionamiento del dispositivo de agitacion 1 se podrlan medir en el propio dispositivo de agitacion 1 (por ejemplo, velocidad de rotacion) o en el impulsor 11 del dispositivo de agitacion 1 (por ejemplo, el par). En general, cualquier parametro medible que permita evaluar el comportamiento o estado del
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dispositivo de agitacion 1, ya sea una medicion directa en el dispositivo de agitacion 1 o un dispositivo conectado tal como el impulsor 11, se considera un parametro operativo del dispositivo de agitacion 1.
La medicion y el procesamiento de parametros operativos, tales como el consumo de energla, permite evaluar la aglomeracion de partlculas dentro del reactor de fase gaseosa 100, en particular el lecho fluidizado 10. En la Fig. 2 se muestra el consumo de energla medido del impulsor 11 del dispositivo de agitacion 1 en un reactor de fase gaseosa 100 como se ha descrito anteriormente en relacion con la Fig. 1 durante aproximadamente 14 dlas (entre el 16 de marzo y el 31 de marzo). En este caso, los datos de consumo de energla estan sin filtrar.
Aproximadamente hasta el 26 de marzo, el consumo de energla promedio es de aproximadamente 5 kW. Las fluctuaciones alrededor de este valor medio son de aproximadamente el 10 %. El 27 de marzo, el consumo de energla muestra un cambio 30, es decir, un aumento en un tiempo relativamente corto (aproximadamente 4 h) a 7,3 kW (promediado) y permanece en este nivel durante aproximadamente dos dlas. Se trata de un aumento del 38 % por encima del nivel promedio del consumo de energla. El aumento relativamente repentino en forma de cambio de paso ha de ser debido a algunos cambios internos dentro del lecho fluidizado 10. La inspeccion del reactor de fase gaseosa 100 mostro aglomeracion de partlculas.
Despues de dos dlas a un nivel de 7,3 kW, el consumo de energla disminuyo, debido a que algunas aglomeraciones de partlculas se eliminaron a traves de la salida del producto discontinuo 9b, pero no al nivel anterior. El 29 de marzo, el consumo de energla aumento a 7,6 kW y el proceso se tuvo que detener, es decir, el reactor de fase gaseosa 100 se apago para su limpieza. Se demostro que las salidas de productos 9a, 9b estaban obstruidas con aglomeraciones y se hablan formado aglomeraciones alrededor del eje del dispositivo de agitacion 1 que requerla la limpieza del equipo.
Esto muestra que un cambio relativamente repentino en el consumo de energla del dispositivo de agitacion 1 es un indicador eficaz de la formacion de aglomeracion.
En otros casos se observo el mismo comportamiento, indicado por los siguientes datos:
Fecha
Nivel basico de consumo de energla Consumo de energla despues del cambio Cambio
09.03.
5 kW 6,5 kW + 30 %
07.04.
5 kW 6,5 kW + 30 %
29.04.
5,5 kW 6,7 kW + 22 %
21.05.
5 kW 6,7 kW + 34 %
Un cambio, como se describe en este contexto, no se limita a un cambio de paso. En otras realizaciones, el cambio en un parametro operativo puede ser un impulso, es decir, un cambio repentino del parametro tambien con una calda repentina de ese cambio. Un impulso puede resultar en un aumento de mas del 30 % durante menos de 15 minutos. Como alternativa, el cambio en un parametro operativo tambien puede ser una senal en pendiente, es decir, una acumulacion gradual (o ralentizacion) de un parametro sin nivelacion.
En algunos casos, los cambios en el consumo de energla se detectaron durante un cambio de grado (es decir, un cambio en el tipo de pollmero fabricado) y/o un cambio en el catalizador.
Por lo tanto, una realizacion de un reactor de fase gaseosa 100 como se muestra en la Fig. 1 esta acoplado a un dispositivo de deteccion 20 para detectar un cambio 30 en al menos un parametro operativo del dispositivo de agitacion 1, en este caso el consumo de energla del dispositivo de agitacion 1. El dispositivo de deteccion 20 periodicamente recibe mediciones, por ejemplo del consumo de energla, y se calcula un valor medio. Cuando se detecta un cambio 30 en el consumo de energla de, por ejemplo, mas del 10 % por encima de la llnea basal media del parametro operativo, se genera una senal 40 de control que se utiliza para operar una o mas variables manipuladas para influir (por ejemplo, retardar o detener) en la aglomeracion en el reactor 100 en fase gaseosa. El dispositivo de deteccion 20 comprende medios para la generacion de al menos una senal de control 40 que depende del cambio detectado 30 de manera que la al menos una senal 40 de control influya en el estado del reactor 100 en fase gaseosa, en el lecho fluidizado 10 y/o el dispositivo de agitacion 1. La influencia esta dirigida hacia la reduccion de aglomeraciones en el reactor de fase gaseosa 100 como se explicara a continuacion.
Como alternativa, la senal de control 40 se puede generar si el cambio 30 medido con respecto a un punto fijado predeterminado excede un determinado valor de umbral. En esta realizacion no es necesario el promediado de los datos medidos.
En una realizacion adicional, el dispositivo de deteccion 20 comprende medios de autoaprendizaje, tales como por ejemplo una red neural o una maquina de vectores de soporte para distinguir el funcionamiento normal de un funcionamiento anormal.
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El cambio 30 en el parametro operativo puede ser una diferencia entre dos valores, como se ha mencionado anteriormente. Pero tambien podrla ser un cambio en las velocidades de los parametros operacionales. Un ejemplo serla si el consumo de energla aumentase en un determinado porcentaje relativo predeterminado durante un cierto tiempo predeterminado. Este aumento del consumo de energla tambien es un indicador para la aglomeracion de partlculas. En otras realizaciones se mide la vibracion, el par y/o la velocidad de rotacion del dispositivo de agitacion 1. Las mediciones pueden comprender el calculo de mediciones promediadas o mediciones integradas, tales como el error cuadratico integral. Con estas mediciones, puede evaluarse la importancia de cambios grandes pero cortos o cambios relativamente pequenos pero duraderos segun las demandas de la situation.
Como en el caso del consumo de energla, los cambios 30 en la vibracion, el par y/o la velocidad de rotacion son indicadores de aglomeraciones en el reactor de fase gaseosa 100.
El dispositivo de detection 20 es parte de un sistema de control para el reactor de fase gaseosa 100. En una realization simple, la senal de control generada 40 activa automaticamente un cierre del reactor de fase gaseosa 100 para la limpieza, es decir, las aglomeraciones han superado un cierto umbral que requiere la interruption del proceso.
En otra realizacion, la senal de control generada 40 activa automaticamente un sistema de alarma 43 que comprende una notification (por ejemplo, luz de aviso, impresion y/o senal acustica) para un operador. El operador puede tomar entonces las medidas apropiadas, por ejemplo, cerrando el reactor de fase gaseosa 100 para su limpieza.
Otra posibilidad es utilizar los caudales a traves de las salidas de producto 9a, 9b como variables manipuladas, que pueden utilizarse solas o en combination con otras variables manipuladas.
En otra realizacion, la senal de control 40 actua sobre un caudal de un retardador de polimerizacion 41, tal como CO2 y/o CO. Ademas, como retardadores tambien se puede usar oxlgeno, un gas que contiene oxlgeno y/o un gas que contiene azufre. Son posibles mezclas de retardadores de polimerizacion.
Dado que el cambio, es decir, el incremento de paso en el consumo de energla es un indicador de aumento de la aglomeracion, el sistema de control contrarresta esto introduciendo un retardador de polimerizacion e inhibiendo de este modo la aglomeracion de partlculas de pollmero. Una vez que el consumo de energla medida se reduce al nivel de punto fijado, el retardador de polimerizacion se reduce o se desconecta mediante el sistema de control.
Ademas, o como alternativa, un caudal de un agente antiestatico 42, que comprende una cetona (por ejemplo, hasta C7, tal como acetona, metilisobutilcetona), un alcohol (por ejemplo alcoholes C1 a Ca tales como metanol, etanol, isopropanol), agua, una amina (por ejemplo, N-alquil-dietanolaminas de formula: CH3(CH)nCH2-N(CH2CH2OH)2, en la que n es mayor que 2), una amida y/o un ester (por ejemplo un hidroxiester que tiene al menos dos grupos hidroxilo libres, obtenidos a partir de acidos carboxllicos que tienen de 8 a 22 atomos de carbono y de polialcohol) se pueden usar como variable manipulada para contrarrestar la aglomeracion no deseada de partlculas.
En principio, pueden acoplarse funcionalmente otras variables manipuladas o combinaciones de variables manipuladas a la senal de control 40 siempre que dichas variables manipuladas influyan (por ejemplo, detengan, retarden) la aglomeracion de partlculas en el reactor de fase gaseosa 100, en particular dentro del lecho fluidizado 10.
Una realizacion adicional es un proceso para la production catalltica de poliolefinas, en particular un proceso BORSTAR para producir polietileno o polipropileno, en el que esta presente por lo menos una realizacion de un reactor 100 en fase gaseosa.
Los reactores de fase gaseosa 100 se utilizan en muchos procesos de produccion de poliolefina. Como ejemplo para dicho uso, en la Fig. 3 se describe un proceso BORSTAR con dicho reactor de fase gaseosa 100 como ejemplo no limitante. En la tecnica, el proceso BORSTAR es bien conocido, de modo que, en aras de la brevedad, no es necesaria una description detallada.
En la Fig. 3 se muestra una realizacion de un proceso BORSTAR para fabricar polietileno. Este diagrama de flujo y la siguiente descripcion del diagrama de flujo son ilustrativos. Un experto en la materia reconocera que son posibles variaciones del proceso con respecto al producto (por ejemplo polipropileno), al equipo y/o a las condiciones de funcionamiento.
Las etapas de polimerizacion pueden estar precedidas por una etapa de prepolimerizacion. El fin de la prepolimerizacion es polimerizar una pequena cantidad de pollmero sobre el catalizador a una baja temperatura y/o una baja concentration de monomero. Mediante prepolimerizacion es posible mejorar el rendimiento del catalizador en suspension y/o modificar las propiedades del pollmero final. La etapa de prepolimerizacion se puede realizar en suspension o en fase gaseosa. Preferentemente, la prepolimerizacion se lleva a cabo en suspension.
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De este modo, la etapa de prepolimerizacion se puede llevar a cabo en un reactor de bucle 200. La prepolimerizacion entonces se lleva a cabo preferentemente en un diluyente inerte, normalmente un diluyente hidrocarbonado tal como metano, etano, propano, n-butano, isobutano, pentanos, hexanos, heptanos, octanos, etc., o sus mezclas. Preferentemente, el diluyente es un hidrocarburo de bajo punto de ebullicion que tiene de 1 a 4 atomos de carbono o una mezcla de dichos hidrocarburos. La temperatura en la etapa de prepolimerizacion normalmente es de 0 a 90 °C, preferentemente de 20 a 70 °C.
Se utiliza un reactor de prepolimerizacion 200 para iniciar el proceso de polimerizacion catalltica as! como para desarrollar las partlculas deseadas. Las corrientes de alimentacion al reactor de prepolimerizacion 200 son catalizadores de un almacenamiento 201 y el material de alimentacion 202 para la produccion de poliolefina, por ejemplo etileno, diluyente, un comonomero opcional e hidrogeno. Las condiciones operativas tlpicas del reactor de prepolimerizacion 200 son presiones entre 50 y 100 bares (5-10 MPa), temperaturas entre 50 y 100 °C y tiempos de residencia entre 10 y 50 minutos.
El producto de la prepolimerizacion 200 es la corriente de alimentacion de un reactor de bucle 210 que generalmente produce un pollmero de bajo peso molecular con una distribution de peso molecular relativamente estrecha. Se utiliza propano supercrltico como diluyente, dando como resultado una baja solubilidad del polietileno en el diluyente.
La polimerizacion en una primera zona de polimerizacion puede llevarse a cabo en suspension. A continuation, las partlculas de pollmero formadas en la polimerizacion, junto con el catalizador fragmentado y dispersado dentro de las partlculas, se suspenden en el hidrocarburo fluido. La suspension se agita para permitir la transferencia de reactivos desde el fluido a las partlculas.
La polimerizacion habitualmente tiene lugar en un diluyente inerte, normalmente un diluyente hidrocarbonado tal como metano, etano, propano, n-butano, isobutano, pentanos, hexanos, heptanos, octanos, etc., o sus mezclas. Preferentemente, el diluyente es un hidrocarburo de bajo punto de ebullicion que tiene de 1 a 4 atomos de carbono o una mezcla de dichos hidrocarburos. Un diluyente especialmente preferido es el propano, que posiblemente contiene una menor cantidad de metano, etano y/o butano.
El contenido de etileno en la fase fluida de la suspension puede ser del 2 a aproximadamente el 50 % en moles, preferentemente de aproximadamente el 3 a aproximadamente el 20 % en moles y en particular de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 15 % en moles. La ventaja de tener una alta concentration de etileno es que se incrementa la productividad del catalizador pero el inconveniente es que entonces se tiene que reciclar mas etileno que si la concentracion fuera menor.
La temperatura en la polimerizacion en suspension normalmente es de 50 a 115 °C, preferentemente de 60 a 110 °C y en particular de 70 a 100 °C. La presion es de 1 a 150 bares (100-15.000 kPa), preferentemente de 10 a 100 bares (1-10 MPa).
La polimerizacion en suspension puede llevarse a cabo en cualquier reactor conocido utilizado para polimerizacion en suspension. Dichos reactores incluyen un reactor continuo de tanque agitado y un reactor de bucle 210. Es especialmente preferido llevar a cabo la polimerizacion en el reactor de bucle 210. En dichos reactores la suspension se hace circular a alta velocidad a lo largo de una tuberla cerrada utilizando una bomba de circulation. Los reactores de bucle son conocidos de forma general en la tecnica y se dan ejemplos, por ejemplo, en los documentos US-A-4582816, US-A-3405109, US-A-3324093, EP-A-479186 y US-A-5391654.
A veces es ventajoso llevar a cabo la polimerizacion en suspension por encima de la temperatura y presion crlticas de la mezcla de fluidos. Dicha operation se describe en el documento US-A-5391654. En dicha operation, la temperatura normalmente es de 85 a 110 °C, preferentemente de 90 a 105 °C y la presion es de 40 a 150 bares (415 MPa), preferentemente de 50 a 100 bares (5-10 MPa).
La suspension puede retirarse del reactor de forma continua o intermitente. Una forma preferida de extraction intermitente es el uso de patas de sedimentation en las que la suspension se deja concentrar antes de retirar un lote de la suspension concentrada del reactor. El uso de patas de sedimentacion se describe, entre otros, en los documentos US-A-3374211, US-A-3242150 y EP-A-1310295. La retirada continua se describe, entre otros, en los documentos EP-A-891990, EP-A-1415999, EP A-1591460 y WO-A-2007/025640. La extraccion continua se combina ventajosamente con un metodo de concentracion adecuado, como se describe en los documentos EP-A-1310295 y EP-A-1591460.
Normalmente, el reactor de bucle 210 en esta realization funciona de 50 a 100 bares (5-10 MPa) y a temperaturas entre 70 y 105 °C. El tiempo de residencia en el reactor de bucle 210 esta comprendido entre 0,5 y 1 h.
El producto del reactor de bucle 210 a continuacion se hace pasar a traves de un separador de gas-solido 220. El diluyente gaseoso se devuelve al reactor de bucle 210 despues de llevarlo de nuevo al estado supercrltico.
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Los solidos procedentes del separador 220 son alimentados al reactor de fase gaseosa 100 en el que se produce un pollmero de alto peso molecular con una distribucion exacta de peso molecular. El reactor de fase gaseosa 100 con realizaciones alternativas y el dispositivo de detection 20 se describen en relation con la Fig. 1 de manera que se haga referencia a dicha description.
La realization del reactor de fase gaseosa 100 mostrada en la Fig. 3 normalmente opera a una presion mas baja que el reactor de bucle 210, por ejemplo, entre 10 y 35 bares (1-3,5 MPa). Las temperaturas estan en el mismo intervalo que en el reactor de bucle 210, por ejemplo, entre 70 y 90 °C. El tiempo de residencia es de 1 a 3 h.
En las realizaciones mostradas en la Fig. 3, el reactor de fase gaseosa 100 esta integrado en el proceso BORSTAR. El dispositivo de deteccion 20 se utiliza para medir un parametro operativo del dispositivo de agitation 1, es decir, el consumo de energla. Esta information se utiliza para generar una senal de control que puede actuar sobre las llneas de alimentation 41, 42 para diferentes sustancias que controlan el comportamiento de aglomeracion de partlculas dentro del reactor de fase gaseosa 100. La senal de control 40 tambien puede actuar sobre dos corrientes de salida 9a, 9b que extraen el producto de pollmero desde el reactor de fase gaseosa 100. El experto en la materia reconocera que el esquema de control del reactor de fase gaseosa 100 puede utilizar una o mas variables manipuladas. Tambien es posible que el dispositivo de deteccion 20 este acoplado a un modelo matematico del proceso que permita el control predictivo del modelo.
En cualquier caso, como indicador para la aglomeracion de partlculas se utiliza un cambio 30 en el consumo de energla. Las senales de control 40 proporcionan medidas para actuar contra esta aglomeracion de partlculas.
1 Dispositivo de agitacion
2 Corriente de gas de fluidification
3 Rejilla de fluidization
4 Corriente de alimentacion al reactor de fase gaseosa
5 Separador de gas-solido
6 Intercambiador de calor
7 Compresor de gas de circulation
8 Llnea de suministro de gas fresco
9a Salida de producto continuo
9b Salida de producto discontinuo
10 Lecho fluidizado
11 Motor para el dispositivo de agitacion
20 Dispositivo de deteccion
30 Cambio del parametro operativo del dispositivo de agitacion
40 Senal de control
41 Caudal del retardador de polimerizacion
42 Caudal del agente antiestatico
43 Sistema de alarma
100 Reactor en fase gaseosa
200 Reactor de prepolimerizacion
202 Caudal de alimentacion al reactor de prepolimerizacion
201 Almacenamiento catalizador
210 Reactor en bucle
220 Separador gas-solido

Claims (12)

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    REIVINDICACIONES
    1. Sistema de control para un reactor de fase gaseosa en lecho fluidizado (100) para la produccion catalltica de poliolefinas, que tiene al menos un dispositivo de agitacion (1) en un lecho fluidizado (10) en un reactor de fase gaseosa (100), caracterizado por
    un dispositivo de deteccion (30) para detectar un cambio (30) en al menos un parametro operativo del dispositivo de agitacion (1), en donde el cambio (30) se selecciona entre la vibracion, el par y/o el consumo de energla del dispositivo de agitacion (1),
    el dispositivo de deteccion (20) que comprende medios para generar al menos una senal de control (40) en funcion del cambio (30),
    la senal de control (40) que actua sobre una variable manipulada del reactor de fase gaseosa (100) y/o el lecho fluidizado (10) para influir en la formacion de aglomeraciones de partlculas en el reactor de fase gaseosa (100) y/o la eliminacion de aglomeraciones de partlculas del reactor de fase gaseosa (100),
    en donde la senal de control (40) esta acoplada funcionalmente a un caudal de una corriente de extraccion (9a, 9b) del reactor de fase gaseosa (100), un procesador para el cierre del reactor de fase gaseosa, un caudal de un retardador de polimerizacion (41), un caudal de un agente antiestatico (42) y un sistema de alarma (43) para un operador.
  2. 2. Sistema de control segun la reivindicacion 1, en el que el cambio (30) en al menos un parametro operativo es una desviacion absoluta o relativa de los datos operativos previamente medidos del dispositivo de agitacion (1) por una cantidad predefinida o una desviacion absoluta o relativa de los datos operativos previamente medidos del dispositivo de agitacion (1) por una cantidad predefinida dentro de un tiempo predefinido y/o una velocidad de cambio en los datos operativos del dispositivo de agitacion (1) excediendo el cambio (30) un criterio predefinido.
  3. 3. Sistema de control segun las reivindicaciones 1 o 2, en el que el cambio (30) en al menos un parametro operativo es un cambio de paso en el consumo de energla del dispositivo de agitacion (1) de mas del 10 % durante un periodo de mas de 30 minutos, un impulso o una senal en pendiente.
  4. 4. Sistema de control segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los datos operativos medidos del dispositivo de agitacion (1) son filtrados, integrados, promediados y/o procesados por un procesador de datos de autoaprendizaje.
  5. 5. Reactor en fase gaseosa para la produccion catalltica de poliolefinas, en particular polietileno o polipropileno, que tiene al menos un dispositivo de agitacion (1) en un lecho fluidizado (10) y que comprende un sistema de control segun al menos una de las reivindicaciones 1 a 4.
  6. 6. Reactor de fase gaseosa segun la reivindicacion 5, en el que el dispositivo de agitacion (1) comprende un agitador.
  7. 7. Un metodo para una produccion catalltica de poliolefinas, en donde el metodo se lleva a cabo en al menos un reactor de fase gaseosa (100) que tiene al menos un dispositivo de agitacion (1) en un lecho fluidizado (10) en el reactor de fase gaseosa (100) y que comprende un sistema de control, comprendiendo el metodo las etapas de:
    - detectar un cambio (30) en al menos un parametro operativo del dispositivo de agitacion (1) mediante un dispositivo de deteccion (20), en donde el cambio (30) se selecciona entre la vibracion, el par y/o el consumo de energla del dispositivo de agitacion (1),
    - generar al menos una senal de control (40) en funcion del cambio (30) mediante el dispositivo de deteccion (20), en donde la senal de control (40) actua sobre una variable manipulada del reactor de fase gaseosa (100) y/o sobre el lecho fluidizado (10) para influir en la formacion de aglomeraciones de partlculas en el reactor de fase gaseosa (100) y/o la eliminacion de aglomeraciones de partlculas del reactor de fase gaseosa (100), y
    - en donde la senal de control (40) esta acoplada funcionalmente a un caudal de una corriente de extraccion (9a, 9b) del reactor de fase gaseosa (100), un procesador para el cierre del reactor de fase gaseosa, un caudal de un retardador de polimerizacion (41), un caudal de un agente antiestatico (42) y un sistema de alarma (43) para un operador.
  8. 8. Metodo segun la reivindicacion 7, en el que la presion media en al menos un reactor de fase gaseosa (100) esta entre 10 y 40 bares (1-4 MPa) y la temperatura media esta en el intervalo entre 60 y 110 °C.
  9. 9. Metodo segun las reivindicaciones 7 u 8, en el que el proceso se lleva a cabo utilizando al menos un reactor de bucle (210) que proporciona al menos una corriente de alimentacion para el al menos un reactor de fase gaseosa (100).
  10. 10. Metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 7 a 8, en el que el retardador de polimerizacion comprende CO2, CO, oxlgeno, un gas que contiene oxlgeno y/o un gas que contiene azufre.
  11. 11. Metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, en el que el agente antiestatico (42) comprende una cetona, un alcohol, agua, una amina, una amida y/o un ester.
  12. 12. Uso de un sistema de control en la production catalltica de poliolefinas en un reactor de fase gaseosa en lecho 5 fluidizado (100) que tiene al menos un dispositivo de agitation (1) en un lecho fluidizado (10), en el que el sistema de
    control comprende
    un dispositivo de detection (20) para detectar un cambio (30) en al menos un parametro operativo del dispositivo de agitacion (1), en donde el cambio (30) se selecciona entre la vibration, el par y/o el consumo de energla del 10 dispositivo de agitacion (1),
    el dispositivo de deteccion (20) que comprende medios para generar al menos una senal de control (40) en funcion del cambio (30),
    la senal de control (40) que actua sobre una variable manipulada del reactor de fase gaseosa (100) y/o el lecho fluidizado (10) para influir en la formation de aglomeraciones de partlculas en el reactor de fase gaseosa (100) 15 y/o la elimination de aglomeraciones de partlculas del reactor de fase gaseosa (100), en donde la senal de control (40) esta acoplada funcionalmente a un caudal de una corriente de extraction (9a, 9b) del reactor de fase gaseosa (100), un procesador para el cierre del reactor de fase gaseosa, un caudal de un retardador de polimerizacion (41), un caudal de un agente antiestatico (42) y un sistema de alarma (43) para un operador.
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