Chemical cleaning of a gel filled reactor

During a polymerization reaction, an insoluble gel, composed by long and branched chains, is formed. The gel sticking on the walls of the reactor, on the agitation system and all along the pipes, causes various problems for the smooth continuation of production and from an economic point of view. A premature shutdown and a cleaning of the installation is then necessary. The aim of this research is to find a method to degrade the gel and to chemically clean the reactor, avoiding operator interventions and limiting the downtime subtracted from production. In this study, three methods have been tested: the oxidative cleavage, the alkyl-lithium induced degradation and the catalysed cross-metathesis. All these methods have been steered in laboratory and the final products have been investigated through the Size-Exclusion Chromatography (SEC) to measure the ultimate molecular masses. The cross-metathesis is the best approach experimented so far: the final molar masses have been found to be very low, in particular in the case of Hoveyda-Grubbs and Grubbs of second-generation catalysts, thanks to their targeted action toward the double bonds and their activity. This method seems to be the most feasible dissolution type, but it is also the most expensive. Thus, the different choices that can be done in terms of types of catalyst and its exploitations have been compared on economic bases, in order to be able to select the best industrial approach. Techno-economic analysis has to be completed and more documented (CAPEX, OPEX) to evaluate the real feasibility of a such way to clean reactors.

Durante una reazione di polimerizzazione, si forma un gel insolubile, composto da catene lunghe e ramificate. Il gel che si attacca alle pareti del reattore, al sistema di agitazione e lungo tutte le tubature, causa diversi problemi per il buon proseguimento della produzione e da un punto di vista economico. Un arresto prematuro e una pulizia dell'impianto sono quindi necessari. Lo scopo di questa ricerca è trovare un metodo per degradare il gel e pulire chimicamente il reattore, evitando interventi dell'operatore e limitando il tempo di fermo sottratto alla produzione. In questo studio, sono stati testati tre metodi: la scissione ossidativa, la degradazione indotta da alchil-litio e la cross-metatesi catalizzata. Tutti questi metodi sono stati condotti in laboratorio e i prodotti finali sono stati studiati attraverso la cromatografia di esclusione della dimensione (SEC) per misurare le masse molecolari finali. La metatesi incrociata è il miglior approccio sperimentato finora: le masse molari finali sono risultate molto basse, in particolare nel caso dei catalizzatori Hoveyda-Grubbs e Grubbs di seconda generazione, grazie alla loro azione mirata verso i doppi legami e alla loro attività. Questo metodo sembra essere il tipo di dissoluzione più fattibile, ma è anche il più costoso. Così, le diverse scelte che si possono fare in termini di tipi di catalizzatori e dei loro sfruttamenti sono stati confrontati su basi economiche, al fine di poter selezionare il miglior approccio industriale. L'analisi tecnico-economica deve essere completata e più documentata (CAPEX, OPEX) per valutare la reale fattibilità di un tale modo di pulire i reattori.