Proceso Chevron-Phillips para PE - ingenieria industrial

Tecnología Seleccionada para producción de Polietileno y Polipropileno 

El Polietileno (PE) y el Polipropileno (PP) pertenecen a los polímeros con la demanda y las tarifas de crecimiento más alta en todo el mundo. Más de 50 % de todo el etileno producido se consumen en los procesos de la polimerización para la producción del PE y de los PP.

ABB Lummus trabaja con las tecnologías: 

• Chevron-Phillips para su proceso de PE 
• Novolen Technologies para su proceso de PP 

Son procesos de lecho fluido en fase gas, cada uno proporciona un máximo de seguridad y flexibilidad operacionales, combinado con la inversión de capitales baja debido a la simplicidad relativa de la tecnología que deriva del equipo confiable y condiciones de funcionamiento. La gama de productos de los procesos del PE y de los PP ofrece la oportunidad de producir una gran variedad de polímeros.

Descripción del Proceso Chevron-Phillips para PE

El proceso para la producción del polietileno lineal es una operación continua donde se polimeriza en la presencia de un catalizador. Un diluyente del hidrocarburo se utiliza para mantener el catalizador y el polímero en suspensión. La reacción es exotérmica. El reactor funciona en aproximadamente 4,140 kPa(g) y en el rango de 75°C a 109°C. El Sistema de Control Distribuido (DCS) y los Controladores Lógico Programados (PLC) controlan automáticamente la operación. Una vez formado el polímero debe de separarse del diluyente y los monómeros sin reaccionar. Esta operación consiste primero en calentar la mezcla y separar el diluyente por vaporización y posteriormente los monómeros son recuperados por medio de un sistema flash de baja presión. La corriente del hidrocarburo se envía a purificación y se recicla al reactor. El producto en forma de polvo es transferido por un sistema de transferencia de nitrógeno de lazo cerrado y acaba adicionándole cantidades pequeñas de aditivos químicos. El polvo después se funde en un Extrusor para producir pellets. Los pellets entonces se transportan a los mezcladores. De allí, los pellets pueden ser empaquetados.

El proceso se puede dividir en cinco secciones (Gráficos N°VI-2 y N°VI-3): 

• A) Activación del Catalizador 
• B) Tratamiento de la Materia Prima 
• C) Reactor 
• D) Reciclado directo y purificación 
• E) Composición del polímero, acabado, almacenaje y empaquetado.

A) Activación del Catalizador 

El proceso Chevron-Phillips de polietileno lineal utiliza varios tipos de catalizador para alcanzar la amplia gama de productos que produce. 

Un catalizador de base Cromo se utiliza para la producción del tipo de polímero PF (forma de la partícula) (Alta o baja densidad). Este tipo de catalizador requiere de activación. 

Un catalizador organometálico, Lynx-100, se utiliza para la producción de los polímeros del tipo de XPF (partícula de forma redondeada). La activación de este último catalizador es alcanzada entrando en contacto con el catalizador de base cromo del PF con aire seco caliente. El aire se seca a un punto de condensación de –80°C para su uso como aire de activación. El lugar de activación consiste en un vessel interno que contiene el catalizador y que es encapsulado totalmente por otro recipiente externo. El humo caliente de una hornilla externa atraviesa el espacio anular entre los dos recipientes. El catalizador es transportado parcialmente por el aire que fluye y es calentado a una temperatura especificada. 

El catalizador activado se enfría con aire seco y se purga con nitrógeno seco antes de ser descargado en un compartimiento para el almacenaje y el transporte al área del reactor.

B) Tratamiento de la Materia Prima 

Las materias primas tales como el etileno, isobutano, y 1-hexeno se deben tratar para retirar los elementos venenosos que puedan afectar el catalizador antes de ser cargada al reactor. El aire y el agua se quitan del 1-hexeno fresco. 75 La reacción del etileno (bajo en venenos tales como oxígeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono y compuestos orgánicos conteniendo sulfuro, oxígeno, o halógenos) se realiza en tratadores que contienen alúmina y tamices moleculares. El alúmina absorberá el CO2 mientras que el tamiz molecular quita el agua. El hidrógeno emitido debe estar libre de agua y de venenos tales como los antes mencionados. Se regeneran todos los lechos del tratador usando un sistema común de regeneración. 

El nitrógeno seco usado para purgar el catalizador es calentado, después se descarga al sistema del Flare para su disposición final.

C) Reactor 

Un reactor de cuatro, seis u ocho etapas se proporciona dependiendo de la capacidad de la planta. La mezcla de reacción en la tubería loop del reactor se impulsa con una bomba de circulación de polímero. Cada etapa vertical esta enchaquetada con agua que la refresca por circulación para quitar el calor exotérmico de la reacción (3,349 kJ/kg de polietileno). Durante el arranque, el agua de enfriamiento del reactor se calienta para mantener el reactor en la temperatura de funcionamiento. El sistema de DCS es diseñado para alcanzar los objetivos de seguridad y de la calidad del producto controlando todos los parámetros críticos incluyendo la temperatura del agua fresca que circula por la chaqueta del reactor. El Isobutano se utiliza para llevar el catalizador, para limpiar líneas, para enfriar y para mantener alta presión en la bomba de circulación del reactor. El polietileno se forma como partículas discretas en el catalizador en una mezcla del isobutano-polímero que circula rápidamente.

La línea enchaquetada usa baja presión de vapor o agua caliente para calentar la mezcla que ha sido enviada desde el reactor a la Cámara Flash. El vapor en la Cámara Flash fluye a un ciclón y a un filtro bolsa. El polímero quitado se descarga a la Columna de Purga. El polímero con el hidrocarburo residual en la Cámara Flash se descarga a través de unas válvulas al completar un ciclo en la Columna de Purga. Nitrógeno caliente fluye por el fondo de la Columna de Purga y desplaza hidrocarburo residual en el polímero. El vapor de los topes de la Columna de Purga fluye, a través del filtro del ciclón y de bolso de la Columna de Purga para quitar partículas del polímero y para reciclarlas a la Columna de Purga. Los vapores salen de la bolsa de filtro de la Columna de Purga y fluyen a una Unidad de Recuperación del Nitrógeno del Isobutano (INRU) que utiliza una membrana (o sistema PSA) para separar el hidrocarburo del nitrógeno. El nitrógeno se calienta y se recicla a una Columna de Purga. El hidrocarburo se recupera en el INRU. El polímero de la Columna de Purga lo descarga en un lazo cerrado de Nitrógeno y que transfiere el polímero en polvo al silo y al filtro receptor de la alimentación del Extruder.

D) Reciclado directo y purificación 

Consiste en el reciclaje directo al sistema para recuperar etileno, isobutano, y 1- hexeno de la Cámara Flash, de los treaters de la corriente de la alimentación, y del INRU para recuperar los hidrocarburos del nitrógeno del Vapor de la Columna de Purga. Los hidrocarburos recuperados de la Cámara Flash se alimentan hacia un lecho de desoxidación. Allí pasan a través del Knockout Condenser de pesados, donde el vapor se condensa parcialmente. Este condensado se desvía (by-pass) al Tanque de Almacenaje del Isobutano Reciclado y se envía directamente a una Columna de Remoción de Pesados. Los topes de la Columna del Remoción de Pesados son condensados parcialmente por un Condensador y enviados al acumulador de esta Columna para su separación. La corriente del vapor fluye a una Columna del Remoción de Ligeros como alimentación. El líquido de los Topes de la Columna de Remoción de Pesados se bombea como reflujo a la Columna del Remoción de Pesados y a la Columna de Remoción de Ligeros como alimentación. Los fondos de la Columna de Remoción de Pesados se condensa y se enfria antes de ser encaminado al Tanque de Reciclado de Hexeno. La Columna de Remoción de Pesados contiene los hidrocarburos más pesados que el 1-hexeno y se envían al Flare para su disposición.

La Columna del Remoción de Ligeros quita extremos ligeros tales como hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, metano, y etano. La corriente de topes también contiene etileno y el isobutano y se recicla generalmente a una planta próxima del etileno para la recuperación. Los fondos de la columna de remoción de Ligeros son isobutane. El propósito principal de la Columna de Remoción de Ligeros es proveer a la planta de isobutano que es una olefina libre. El etileno residual y otras impurezas ligeras se eliminan y se envían a una planta de 77 etileno, o al Flare. El Isobutano se recoge en el Tanque de Isobutano situado en el fondo de la columna. La INRU separa el hidrocarburo del nitrógeno en la corriente del vapor de la Columna de Purga.

E) Composición del polímero, acabado, almacenaje y empaquetado.

Antes de que el polvo de polímero se descarge al Tanque de Alimentación del Extruder se separa del Nitrógeno. El Tanque de Alimentación del Extruder descarga el polvo en el Alimentador Principal que controla la alimentación al Mezclador del Extruder por el principio de pérdida en peso (Loss In Weight LIW). Hay tres alimentadores aditivos de LIW que miden los añadidos en el mezclador de la alimentación del Extruder. El mezclador de la alimentación del Extruder mezcla el polvo de polímero y aditivos, entonces las alimentaciones por gravedad se mezclan y son dirigidos al canal inclinado de la alimentación del Extruder. El Extruder derrite y homogeneiza el polímero y lo transporta fundido a través de la bomba de engranaje, screen pack, y vapor caliente para finalizar la pelletización. El sistema de pelletización de láminas de cuchilla corta el polímero y es extruido en pellets. El sistema de pelletización incluye el Pelletizador, un tanque de agua, la bomba de agua, el vapor de agua, el sistema de refrigeración de agua y el sistema de secado. Una mezcla de pellets y agua de la Cámara del pelletizador fluye al secador de pellets. El secador de pellets separa el agua de los pellets y quita el agua superficial de los pellets por fuerza centrífuga y una corriente del aire. Los pellets se descargan sobre un Tamiz que quita pellets de gran tamaño y de tamaño insuficiente para que estén en especificación.

El producto en especificación se muestrea y se lleva en una fase densa por un sistema de transportación neumática hacia los mezcladores del producto. El producto fuera de especificaciones se envía al Silo de Arranque o al Silo de Producto Fuera de Especificaciones.