專利名稱：用于向反應(yīng)器供給引發(fā)劑的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于將引發(fā)劑供給反應(yīng)器內(nèi)的裝置，例如將過氧化物供給用于制造LDPE的高壓反應(yīng)器內(nèi)。
聚乙烯(PE)是一種最重要的塑料，具有很高的耐受酸和堿水溶液的性質(zhì)。該塑料有良好的電特性，例如較低的介電常數(shù)和較高的電阻率。而且，該塑料還有良好的機(jī)械特性，例如很高的沖擊韌性和較低的密度，這使得它適用于很多技術(shù)領(lǐng)域。因此，用PE制造家庭用和工業(yè)用的薄膜和消費(fèi)品；聚乙烯也用于電纜絕緣和管道加護(hù)套。低密度聚乙烯(LDPE)具有很高透明性，因為與高密度聚乙烯(HDPE)的晶體含量(70-90％)相比，低密度聚乙烯的晶體含量為50-70％，這有利于將它用作薄膜材料。廣泛使用的、制造聚乙烯薄膜的方法是壓延加工，通過壓延加工，能夠生產(chǎn)出厚度范圍為0.05至1mm的聚乙烯薄膜。在壓延加工中，熱塑性塑料在多個輥子之間輥出，熱塑性塑料在這些輥子之間模制，以便形成甚至更薄的薄膜。在離開壓延機(jī)后，薄膜在冷卻輥上冷卻，隨后卷起。
用于制備LDPE的一種方法是管反應(yīng)器法。在開始聚合時，過氧化物引發(fā)劑以液體形式被引入管反應(yīng)器中。與乙烯的量相比，過氧化物引發(fā)劑的質(zhì)量流只有很小。所用的引發(fā)劑的一個特性是它在管反應(yīng)器中的條件下快速分解成自由基。為了實現(xiàn)這些引發(fā)劑例如過氧化物的高效率，以便保證較高的轉(zhuǎn)換率、提高聚合物特性和使反應(yīng)器更穩(wěn)定地工作，優(yōu)選是使反應(yīng)劑彼此很快混合。
EP0980967公開了一種用于在管反應(yīng)器中在高于1000巴壓力下和120℃至350℃范圍內(nèi)通過自由基聚合作用而制備乙烯均聚物和共聚物的方法。少量的自由基引發(fā)劑首先被引入包括乙烯、摩爾量調(diào)節(jié)劑和可選擇的聚乙烯的流動介質(zhì)中，然后產(chǎn)生聚合作用。根據(jù)該方法，流動介質(zhì)首先分成彼此分開流動的兩個容積元，再通過合適的流動定向元件而將該分開的流動容積元設(shè)置成相對反向轉(zhuǎn)動。該反向轉(zhuǎn)動的流動容積元隨后重新組合，以便形成流動介質(zhì)，且在反向轉(zhuǎn)動流動容積元進(jìn)行組合時或組合后很短時間內(nèi)，將自由基引發(fā)劑在反向轉(zhuǎn)動流動容積元之間引入剪切的邊界區(qū)域。EP0980967還公開了用于實現(xiàn)該方法的裝置。改善所引入的引發(fā)劑的混合以及改善產(chǎn)品質(zhì)量也能夠通過增加在混合區(qū)中的流速而實現(xiàn)。
所選的自由基引發(fā)劑的有效性取決于它與在各種情況下與初始存在的反應(yīng)介質(zhì)進(jìn)行混合的速度。為此，注入指被用于制造聚乙烯的工業(yè)設(shè)備中。
EP0449092A1公開了在沿反應(yīng)器的多個點處通過注入指而引入自由基引發(fā)劑、引發(fā)劑混合物或在有機(jī)溶劑中的引發(fā)劑溶液。
US4135044和US4175169公開了怎樣利用在高壓反應(yīng)器的引發(fā)和反應(yīng)區(qū)域中的相對較小管徑(相對于在冷卻區(qū)域中的放大管徑)來以很高產(chǎn)量和在反應(yīng)器長度上的相對較小壓降而生產(chǎn)具有非常好的光學(xué)特性的產(chǎn)品。
最后，US3405115公開了下列內(nèi)容對于所獲得的聚乙烯的質(zhì)量、對于較高反應(yīng)器產(chǎn)量和對于使反應(yīng)器均勻工作，最重要的是均勻引發(fā)聚合反應(yīng)和使反應(yīng)成分進(jìn)行最佳混合。根據(jù)該方法，引發(fā)劑在專門的混合腔室與冷乙烯子流進(jìn)行混合，然后再引入實際反應(yīng)器中。在混合腔室中，流體多次轉(zhuǎn)向，并通過槽道，在該流體中，引發(fā)劑不會分解，因為這里溫度較低。
本發(fā)明的目的是進(jìn)一步優(yōu)化自由基引發(fā)劑向流動介質(zhì)中的引入，以便產(chǎn)生盡可能高的混合速度。
該目的通過一種用于在管反應(yīng)器中和/或與高壓釜組合而制備聚乙烯的方法而實現(xiàn)，在該方法中，將自由基引發(fā)劑引入含有乙烯并可能含有共聚單體的流動介質(zhì)中，該方法至少包括以下步驟通過使兩個氣流以一定角度混合而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，或者通過渦流元件而在流動介質(zhì)中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)；在自由基引發(fā)劑供給反應(yīng)管的供給點上游的進(jìn)口區(qū)域提供有截面收縮部分；將自由基引發(fā)劑引入旋轉(zhuǎn)流動的流動介質(zhì)中；以及在下游混合區(qū)域提供加寬截面的出口。
本發(fā)明的方法的優(yōu)點是通過增加混合效率，可以更加節(jié)約引入的自由基引發(fā)劑。在流動介質(zhì)中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)將增加湍流，該湍流自身將通過在要混合的流體中進(jìn)行橫向沖擊交換而提高混合效果。本發(fā)明的方法能夠制備聚乙烯，該聚乙烯可以用于制造明顯提高光學(xué)性能的薄膜，尤其是在透明度方面，因為高分子量重材料的比例更低。本發(fā)明的方法以及含聚乙烯的流動介質(zhì)與自由基引發(fā)劑的快速混合能夠在不會使最終產(chǎn)品分解的最高溫度下使反應(yīng)器更加穩(wěn)定地工作。而且，當(dāng)采用在低溫下分解的引發(fā)劑時，可以使反應(yīng)器更快升溫和獲得更好的聚合反應(yīng)低溫引發(fā)性能。本發(fā)明的方法的另一優(yōu)點是與引發(fā)劑的半衰期相比有極短的混合時間。
在本發(fā)明的另一實施例中，自由基引發(fā)劑的供給點位于在流動介質(zhì)中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的點的下游。這保證了在供給點供給流動介質(zhì)中的自由基引發(fā)劑總是進(jìn)入已經(jīng)處于湍流狀態(tài)的流動介質(zhì)內(nèi)，這樣，混合時間減少，混合效果明顯提高。
用于將自由基引發(fā)劑供給旋轉(zhuǎn)流動介質(zhì)內(nèi)的元件的供給孔的幾何尺寸可以影響自由基引發(fā)劑注入流動介質(zhì)中的深度。當(dāng)在注入指上的自由基引發(fā)劑的引入孔特別小時，自由基引發(fā)劑的細(xì)小射流可以相對于管的截面而非常深地注入到流動介質(zhì)內(nèi)。根據(jù)流動介質(zhì)的流速，通過選擇供給孔的幾何尺寸，可以確實影響自由基引發(fā)劑的注入深度和因此可獲得的混合效果。
在本發(fā)明的一個實施例中，流動介質(zhì)子流的供給裝置彼此成90°角。這能夠在流動介質(zhì)的合成流中產(chǎn)生切向流動分量，該流動分量在流動介質(zhì)的組合流中產(chǎn)生周向旋轉(zhuǎn)，這適于獲得湍流。在流動介質(zhì)的子流以90°角彼此組合之前，它們可以各自經(jīng)過截面收縮部分，這樣，根據(jù)自由截面與收縮流動截面之間的比例，流速可以增至兩倍。當(dāng)旋轉(zhuǎn)流動介質(zhì)的子流在反應(yīng)管中組合時，通過在經(jīng)過環(huán)形空間后在自由基引發(fā)劑的引入點上游提供使截面進(jìn)一步收縮的部分，可以進(jìn)一步增加組合流動介質(zhì)的湍流度。
優(yōu)選是，自由基引發(fā)劑在供給點被引入到旋轉(zhuǎn)流動介質(zhì)的剪切間隙(shear gap)內(nèi)，該旋轉(zhuǎn)流動介質(zhì)相對于自由基引發(fā)劑供給點的位置而在流動截面中沿周向旋轉(zhuǎn)。
產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流的另一變化形式包括在自由流截面中提供渦流元件，流動介質(zhì)經(jīng)過該渦流元件，且通過該渦流元件，流動介質(zhì)在流動截面中沿周向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而形成剪切間隙。
一方面，可以在流動介質(zhì)中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，這樣，芯部流在它的假想柱形外表面(即剪切表面)上由環(huán)形流包圍，該環(huán)形流相對于該芯部流而旋轉(zhuǎn)。環(huán)繞該芯部流的環(huán)形流既可以順時針也可以逆時針環(huán)繞該芯部流旋轉(zhuǎn)。另一方面，也可以使芯部流旋轉(zhuǎn)，并可以使芯流的旋轉(zhuǎn)方向與環(huán)繞該芯部流的介質(zhì)流的旋轉(zhuǎn)方向相反。
本發(fā)明的目的還可以通過一種用于在管反應(yīng)器中制備聚乙烯的裝置而實現(xiàn)，在該裝置中，將自由基引發(fā)劑引入含有乙烯并可能含有共聚單體的流動介質(zhì)中，且流動介質(zhì)通過具有變化流動截面的反應(yīng)管而被輸送，將自由基引發(fā)劑引入到反應(yīng)管的混合區(qū)域內(nèi)，既可以使流動介質(zhì)的子流彼此成特定角度而相互沖擊，也可以在流動截面中布置渦流產(chǎn)生元件，其中，自由基引發(fā)劑的供給元件有偏離中心的進(jìn)口孔，且該供給元件位于旋轉(zhuǎn)流中的收縮部分的下游。
通過將自由基引發(fā)劑供給旋轉(zhuǎn)流的剪切間隙內(nèi)，可以使得用于制備聚乙烯的本發(fā)明裝置具有很好的混合效果，該旋轉(zhuǎn)流不僅有軸向流動分量，而且有周向流動分量。沿周向的流動分量起到橫切于流動方向的沖擊交換作用，因此，提供了使多種材料有效混合的基礎(chǔ)。
在本發(fā)明裝置的優(yōu)選實施例中，將供給元件設(shè)置成有利于流動的注入指，在供給元件的頂端處的出口孔優(yōu)選是相對于該指的軸線而以45°傾斜。根據(jù)孔的截面直徑，可以采用從0°到90°范圍內(nèi)的任意角度。布置在反應(yīng)管的自由流動截面中的渦流元件在它們外周上有渦流葉片，各個渦流葉片在反應(yīng)管的環(huán)形空間上沿周向延伸大約90°。在渦流元件的可選實施例中，渦流葉片布置在它的外周上，且各個渦流葉片在反應(yīng)管的環(huán)形空間上沿周向延伸大約120°。
通過使自由基引發(fā)劑的供給點區(qū)域的流動直徑減小到自由流動直徑的大約70％，可以進(jìn)一步提高混合效果。這能夠使流速增加到2倍，這同樣可以大大有利于混合效果。
為了避免“死水”區(qū)域，從收縮部分上游的自由流動截面向收縮部分過渡的過渡部分形成總體角度為20°至40°，這樣，可以避免突然轉(zhuǎn)變。特別優(yōu)選是，該總體角度為30°。為了提高混合性能，在大約10至20倍管徑(D)的混合部分長度上，保持著在自由基引發(fā)劑的供給點的下游的收縮部分的直徑，在該10-20倍管徑(D)的混合部分之后，該混合部分以小于20°的總體角度變寬，以便回到自由流動截面。為了防止在從較窄流動截面轉(zhuǎn)變到較寬流動截面時由于速度減小而產(chǎn)生分層現(xiàn)象，優(yōu)選是總體角度小于14°，這樣，形成混合部分截面從0.7×D到D的逐漸過渡。
下面將借助于附圖更詳細(xì)地介紹本發(fā)明附圖中

圖1表示了混合部分的基本草圖，其中有混合區(qū)域以及用于自由基引發(fā)劑的注入點；圖2表示了渦流產(chǎn)生部件；圖3表示了渦流元件的殼體；圖4和4.1表示了外部渦流元件；圖5和5.1表示了內(nèi)部渦流元件；圖6和6.1表示了有利于流動的注入指；圖7表示了位于渦流發(fā)生器的下游和混合部分上游的自由基引發(fā)劑注入點；圖8表示了T形連接件；圖9、9.1和9.2表示了在流動截面中的內(nèi)部渦流產(chǎn)生裝置，其中有在自由基引發(fā)劑的注入點上游的90°和120°葉片結(jié)構(gòu)。
圖1表示了混合部分的基本草圖，其中有混合區(qū)域以及用于自由基引發(fā)劑的注入點。
在示意圖1中表示的反應(yīng)管1可以是管反應(yīng)器的一部分，通過本發(fā)明所述的方法在該管反應(yīng)器中制備聚乙烯LDPE。反應(yīng)管1有進(jìn)口截面2和出口截面3。在進(jìn)口側(cè)，反應(yīng)管1通過管路系統(tǒng)與用于供應(yīng)反應(yīng)劑的系統(tǒng)相連。包括新鮮氣體和未反應(yīng)單體的氣流都被供給混合容器4內(nèi)，該未反應(yīng)單體通過高壓回路而重新循環(huán)，該混合容器4作為具有緩沖劑的波動阻尼器。節(jié)流閥元件5可以布置在混合容器的上游。在混合容器4的下游，反應(yīng)劑供給管路提供有壓縮機(jī)6，反應(yīng)劑(即通向反應(yīng)管1的流動介質(zhì))由該壓縮機(jī)6壓縮。
在供給區(qū)域11中，自由基引發(fā)劑通過自由基引發(fā)劑進(jìn)口管路7而供給到反應(yīng)管1內(nèi)部。為此，提供有供給管路系統(tǒng)7，自由基引發(fā)劑原料8通過節(jié)流閥元件9和位于該節(jié)流閥元件9下游的壓縮機(jī)10而供給到供給點，在該供給點處，引發(fā)聚合反應(yīng)的自由基引發(fā)劑被引入到反應(yīng)管1中的流動介質(zhì)內(nèi)?；旌蠀^(qū)域13沿流動方向12在供給區(qū)域11下游，優(yōu)選是，該混合區(qū)域13的長度從10×反應(yīng)管1的直徑(D)到20×該直徑(D)。以后面所述方式與被引入供給區(qū)域11內(nèi)的自由基引發(fā)劑混合的流動流體介質(zhì)通過該混合部分14。
反應(yīng)管1的流動截面由參考標(biāo)記16或D表示。反應(yīng)管1的出口端3與壓力保持閥15相連，所獲得的反應(yīng)混合物通過該壓力保持閥15而減壓。這導(dǎo)致相位分離。
在用于制備LDPE的工業(yè)設(shè)備中，在基本草圖1中所示的壓力保持閥15作為反應(yīng)閥和調(diào)節(jié)閥。在大規(guī)模生產(chǎn)中，通過該閥和下游的高壓分離器19.1，流動的、含有乙烯的介質(zhì)的一部分在冷卻后通過高壓回路19.3返回設(shè)備中，而獲得的LDPE通向高壓分離器19.1，隨后，產(chǎn)品19.2從該高壓分離器19.1中取出。
在工業(yè)設(shè)備中，管反應(yīng)器的反應(yīng)管1在混合區(qū)域13和隨后的混合部分14中提供有冷卻壁18。冷卻壁18通常設(shè)置成冷卻套，它除去了一部分在流動介質(zhì)和自由基引發(fā)劑之間的聚合反應(yīng)中放出的反應(yīng)熱。其余的反應(yīng)熱保留在流動介質(zhì)中。此外，當(dāng)本發(fā)明的方法大規(guī)模應(yīng)用時，分別形成反應(yīng)級的多個反應(yīng)管1可以串聯(lián)連接，混合部分14可以分別提供有冷氣體進(jìn)口管路17a、17b。在混合部分14的開始處混入冷氣流可以使在聚合反應(yīng)中放出的另一部分熱量在流動介質(zhì)和自由基引發(fā)劑的流動混合物中平衡，該流動混合物適于進(jìn)行轉(zhuǎn)換。而且，自由基引發(fā)劑可以通過泵10而被引入冷氣流17b中。
圖2表示了渦流產(chǎn)生部件的更詳細(xì)的視圖，該渦流產(chǎn)生部件例如可以安裝在圖1中示意表示的反應(yīng)管1中。
圖2中所示的渦流元件20裝于外管22中，該外管22再包圍內(nèi)管23。如圖2示意所示，在內(nèi)管23的外側(cè)布置有渦流產(chǎn)生外部葉片25，該渦流發(fā)生外部葉片25的渦流葉片區(qū)域36沿渦流元件20的出口截面28的方向減小。2、3、4或更多外部渦流葉片25可以彼此相對地布置在內(nèi)管23的外周上。如圖2中的實施例所示，內(nèi)管23的內(nèi)部可以提供有內(nèi)部渦流葉片26，這使得流過內(nèi)管23的內(nèi)部截面的氣流的一部分具有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，以便產(chǎn)生湍流，同時，流過在內(nèi)管23和外管22之間的環(huán)形空間的流體介質(zhì)部分通過位于內(nèi)管23外周上的2、4或更多外部葉片25而形成沿周向方向的流動分量。因此，在渦流葉片的點34附近的出口截面28處有旋轉(zhuǎn)流，該旋轉(zhuǎn)流有相對于中心線29的周向分量。
圖3表示了在圖2中示意表示的渦流元件的殼體。
渦流元件20的殼體基本由位于兩個凸緣21之間的外管22構(gòu)成。進(jìn)口截面27平行于渦流元件20的出口截面28，渦流元件20與中心線29同軸。外管22的內(nèi)壁30表示了形成于內(nèi)管23的外表面和外管22之間的環(huán)形間隙的外邊界，固定在內(nèi)管23的外周上的外部葉片25以螺旋方式通過該環(huán)形間隙。
圖4和4.1更詳細(xì)地表示了內(nèi)管23，該內(nèi)管23在圓周表面上彼此相對地布置有外部葉片。
在圖4中所示的實施例中，彼此相對地固定在內(nèi)管23外壁上的兩個外部葉片25沿安裝線35安裝在內(nèi)管23上。渦流葉片25以螺旋方式在內(nèi)管23的外表面上沿安裝線35延伸，同時這里所選的螺旋線有很大的節(jié)距。在內(nèi)管的外壁33上還可以提供有超過如圖4所示的兩個外部葉片25的更多葉片，例如相對于中心線29以90°對稱的四個甚至六個葉片。
圖4.1表示了內(nèi)管23的后部的平面圖。在圖4.1中，在內(nèi)管的外壁33上的外部葉片25由渦流元件20的外管22包圍。此外，在內(nèi)管的內(nèi)部中提供有內(nèi)部渦流葉片26，該內(nèi)部渦流葉片26沿內(nèi)管23的內(nèi)壁以扭曲方式在超過至少90°的區(qū)域上延伸。該區(qū)域也可以直到180°。還可以形成多個流動槽道。
圖5和5.1表示了內(nèi)部渦流葉片26的側(cè)視圖以及它的后視圖。相對于它的中心線29，內(nèi)部渦流葉片26有扭曲的內(nèi)部渦流葉片表面37，如圖5.1中所示，該內(nèi)部渦流葉片表面37覆蓋內(nèi)管23的內(nèi)表面的90°扇形部分。
外部葉片25和內(nèi)部葉片26的螺旋節(jié)距有相同的意義；有彼此不同節(jié)距的外部葉片25和內(nèi)部葉片26可以安裝在渦流元件上，如圖20所示。通過該結(jié)構(gòu)，流過內(nèi)管23內(nèi)部的流動介質(zhì)部分可以產(chǎn)生逆時針旋轉(zhuǎn)，同時在內(nèi)管的外壁33和外管22的內(nèi)表面30之間流動的流體部分(即在環(huán)形空間內(nèi)流動的流體部分)具有順時針旋轉(zhuǎn)分量。由圖5的詳圖可以看見，外部渦流葉片和內(nèi)部渦流葉片25和26的所有邊緣(指向流動方向或逆著流動方向)都分別為流線形，以避免形成渦旋。
圖6和6.1分別表示了用于自由基引發(fā)劑的引入元件的側(cè)視圖和平面圖，優(yōu)選是，該引入元件設(shè)置成有利于流動的注入指。
引入元件置于反應(yīng)管1的壁內(nèi)，并有錐形頂端41。引入元件40有孔43，該孔43通過錐形且變窄的截面部分而轉(zhuǎn)變?yōu)槭湛s孔，該收縮孔以角度45而與出口孔44連接。出口孔44的角度例如為與供給元件40的對稱軸線成45°，該角度的范圍也可以為0至180°。這樣，可以將自由基引發(fā)劑傾斜引入到流動介質(zhì)內(nèi)。自由基引發(fā)劑透入旋轉(zhuǎn)流動介質(zhì)中的深度可以作為出口孔44的角度和截面面積以及冷氣流17的流量的函數(shù)而進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣，自由基引發(fā)劑例如過氧化物透入流動介質(zhì)的深度可以獨立于所產(chǎn)生的湍流度而設(shè)置。在指形供給元件40的錐形頂端41處，用于自由基引發(fā)劑的出口孔44布置成這樣，即，優(yōu)選是使它的外周進(jìn)入旋轉(zhuǎn)流動介質(zhì)的剪切間隙中。湍流和自由基引發(fā)劑的注入深度的參數(shù)使得在本發(fā)明的方法中以及在本發(fā)明的、用于制備聚乙烯的裝置中能夠高效地混合。在供給元件40的錐形頂端41上的出口孔44稍微偏離供給元件40的中心線。當(dāng)在沒有冷氣流17的情況下進(jìn)行注入時，角度優(yōu)選是從0至15°。當(dāng)采用冷氣流17時，該角度優(yōu)選是45°，或者可以在30-60°的范圍內(nèi)選擇，以防止引入的氣流與壁接觸。
其出口孔44指向流動介質(zhì)的流動方向的、有利于流動的注入指40防止在它的下游形成死水區(qū)域。這有利于防止由于流動中的渦流而形成的、具有相對較高自由基引發(fā)劑濃度的區(qū)域；否則，這樣的高濃度將導(dǎo)致分解反應(yīng)，該分解反應(yīng)對LDPE的產(chǎn)品質(zhì)量有嚴(yán)重的不利影響。
自由基引發(fā)劑也可以通過載體介質(zhì)而被引入，而不是通過注入指40而引入。因此，自由基引發(fā)劑例如過氧化物可以被引入在冷氣進(jìn)口管路17中的流動介質(zhì)中，該流動介質(zhì)再注入反應(yīng)管的注入?yún)^(qū)域11中，如圖1所示。也可以不使用冷氣作為自由基引發(fā)劑的載體介質(zhì)，而是可以采用緊接在壓縮級6下游分支出的冷乙烯作為自由基引發(fā)劑的載體氣體。當(dāng)利用冷氣作為載體氣體而引入自由基引發(fā)劑時，冷氣和自由基引發(fā)劑可以在混合室中混合，該預(yù)混合氣流可以再在收縮處注入流動介質(zhì)中，這樣，當(dāng)引入孔和引入角設(shè)計得合適時，在引入點獲得很高沖力。
圖7表示了自由基引發(fā)劑的注入點，該點位于渦流產(chǎn)生元件下游和混合部分的上游。
具有外部渦流葉片25的渦流元件20分配有孔51，該孔51凸出到收縮流動截面部分中，自由基引發(fā)劑通過該孔51被引入流動介質(zhì)中。外部渦流葉片25布置在渦流元件20的外管22上，該渦流元件的長度為87，優(yōu)選是從大約1×D到3×D。渦流元件20使流動介質(zhì)旋轉(zhuǎn)，該流動介質(zhì)在經(jīng)過收縮截面部分后以加速后的速度進(jìn)入自由基引發(fā)劑的注入?yún)^(qū)域11。
在圖7所示實施例中，孔51在管53的端部，該管由透鏡(lens)形主體50包圍，該透鏡形主體50容納于反應(yīng)管1的兩部分之間。由于自由基引發(fā)劑的壓力，它在不與反應(yīng)管的混合區(qū)域11的內(nèi)壁52接觸的情況下被注入流動介質(zhì)中。在將自由基引發(fā)劑注入沿流動方向12、24流動的介質(zhì)中后，反應(yīng)混合物進(jìn)入混合部分14中，該混合部分14可以隨后增大流動截面(未示出)。
在圖7所示的實施例中，引發(fā)劑也可以通過載體介質(zhì)而引入(圖1)，而代替純自由基引發(fā)劑供給點72、81，該載體介質(zhì)既可以是冷氣17，也可以是在壓縮級6上游分支的乙烯流。引入元件40的指形結(jié)構(gòu)使得不會在下游的混合區(qū)域11中形成死水區(qū)域，因此，不會出現(xiàn)有相對較高自由基引發(fā)劑濃度的流動區(qū)域。
圖8表示了在反應(yīng)管上的T形連接件，其中，兩個反應(yīng)劑流彼此混合。
在圖8中所示的反應(yīng)管上，第一子氣流61和第二子氣流62以角度66流向在反應(yīng)管上的引入點。作為流動介質(zhì)的反應(yīng)劑的第一子氣流61經(jīng)過第一截面收縮部分63，該第一截面收縮部分63設(shè)置成在反應(yīng)管上的錐形收縮部分64。反應(yīng)劑的第二子氣流62與第一子氣流成90角沿垂直方向向下通過錐形部分67流向反應(yīng)管。在第二反應(yīng)劑流在66處偏轉(zhuǎn)90°并因此產(chǎn)生切向流69之前，作為流動介質(zhì)的兩個反應(yīng)劑子流在經(jīng)過相應(yīng)的截面收縮部分63和67時產(chǎn)生加速。該切向流69在反應(yīng)管1的環(huán)形空間68內(nèi)相對于第一子氣流61的流動方向沿周向產(chǎn)生。反應(yīng)劑子氣流61、62由于以90°角度組合，因此，通過將切向流分量69引入沿反應(yīng)管流動的流體中而進(jìn)行混合。
在反應(yīng)管的環(huán)形空間68中的、來自子氣流62的流體沿在反應(yīng)管內(nèi)壁和插入元件65外壁之間的環(huán)形空間68流動，并在插入元件65端頭處與子氣流61組合。組合氣流經(jīng)過自由基引發(fā)劑例如過氧化物的供給點72，并進(jìn)一步經(jīng)過截面收縮部分71。優(yōu)選是，該截面收縮部分71設(shè)置成這樣，即，在自由基引發(fā)劑例如過氧化物的供給點72處的自由流截面優(yōu)選是0.7×D(自由管直徑)。因此，由反應(yīng)劑子氣流61和62組成的旋轉(zhuǎn)、加速和組合的氣流70進(jìn)一步加速。當(dāng)在管壁上的自由基引發(fā)劑的供給點72設(shè)置成指形的、有利于流動的注入元件40時，如圖6和6.1所示，優(yōu)選是自由基引發(fā)劑在剪切間隙處被引入具有剪切流分量69的旋轉(zhuǎn)流中，這樣，組合的反應(yīng)劑流能夠快速有效的混合。截面收縮部分71由原始流截面D轉(zhuǎn)變?yōu)?.7×D處的總角度的范圍為20°至40°，特別優(yōu)選是總體角度為30°。
優(yōu)選是，在自由基引發(fā)劑供給點72后面的混合部分的長度為10×D至20×D(D＝管徑)，但是也可以是100×D，在混合部分后面有過渡到原始流動直徑D的過渡部分。從直徑為0.7×D的混合部分到直徑D的過渡部分優(yōu)選是有類似于擴(kuò)壓器的結(jié)構(gòu)，總體角度從10至20°，特別優(yōu)選是，總體角度小于14°。
在圖9.1和9.2中表示了用于制備聚乙烯的本發(fā)明裝置的另一實施例。
在該實施例中，反應(yīng)劑流61作為單個氣流輸送到截面收縮部分41(原文如此)。在本實施例中，并不分成彼此成一定角度而進(jìn)入進(jìn)口點的子氣流61、62。
收縮部分71以30°的總體角度并以類似于圖8所示實施例的方式轉(zhuǎn)變?yōu)樽冋牧鲃咏孛妗Ｔ诮?jīng)過該收縮部分71之后，在反應(yīng)管中的流動截面為0.7×D，在自由基引發(fā)劑供給點81后面的整個混合部分上保持該值。混合部分的長度優(yōu)選是從10×D到20×D(D＝初始反應(yīng)管直徑)。
在收縮部分71后面，渦流元件80安裝在反應(yīng)管的自由流動截面部分中，在該收縮部分71處，流速增加到2倍。根據(jù)流動方向24，渦流元件80布置在自由基引發(fā)劑例如過氧化物的供給點81的上游。在圖9.1所示的實施例中，兩個渦流葉片82布置在渦流元件80的外周上。在該結(jié)構(gòu)中，各渦流葉片環(huán)繞渦流元件80s的外周表面而延伸90，這樣，以增大的流速進(jìn)入的流體流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。安裝在渦流元件80外表面上的渦流葉片82的端頭與包圍該渦流元件80的反應(yīng)管1的內(nèi)部接觸。在渦流元件80的外表面84上的葉片82的邊緣85形成密封件，這樣，迫使經(jīng)過渦流元件80的流體通過在外表面84和反應(yīng)管內(nèi)壁之間的環(huán)形空間，從而保證在通過渦流元件80的過程中產(chǎn)生沿周向的流動分量。
如圖9.2所示，一個可選實施例包括在收縮部分71下游的反應(yīng)管區(qū)域中安裝渦流元件80，同時渦流葉片82安裝在渦流體80的外表面84上，這時該渦流葉片環(huán)繞渦流元件80的外周表面84而延伸120°，如參考標(biāo)號88所示。在本發(fā)明的該實施例中，也使反應(yīng)劑流旋轉(zhuǎn)，自由基引發(fā)劑在引入點81處被引入該反應(yīng)劑流中，因此，明顯提高了自由基引發(fā)劑例如過氧化物在引入點31下游的混合狀態(tài)。湍流度首先受到渦流葉片82的節(jié)距以及渦流元件的長度87的影響。其次，通過設(shè)計收縮部分71以加速反應(yīng)劑流，可以優(yōu)化所獲得的混合效果。
除了混合參數(shù)，重要參數(shù)還有混合區(qū)域的長度以及流動介質(zhì)的加速度。
圖8以及圖9.1和9.2所示實施例的公共方面是首先，通過引入反應(yīng)劑子流61和62可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)；其次，通過使子流成一定角度組合，可以獲得旋轉(zhuǎn)流；第三，通過位于流動截面中的渦流元件20、80可以使流體旋轉(zhuǎn)，自由基引發(fā)劑將被引入該流體中。自由基引發(fā)劑可以不與冷乙烯一起引入，也可以與冷乙烯一起引入。
在稍微改變已有設(shè)備后，用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的本發(fā)明內(nèi)部結(jié)構(gòu)也可以通過改型而用于該已有設(shè)備，以便增加它們的效率。
參考標(biāo)號表1.反應(yīng)管；2.進(jìn)口；3.出口；4.混合容器；5.節(jié)流閥元件；6.壓縮機(jī)；7.自由基引發(fā)劑的進(jìn)口管路；8.引發(fā)劑儲器；9.節(jié)流閥元件；10.壓縮機(jī)；11.注入?yún)^(qū)域；12.流動方向；13.混合區(qū)域；14.混合部分；15.閥；16.流動截面；17a.冷氣進(jìn)口管路；17b.冷氣進(jìn)口管路；18.冷卻壁19.新鮮氣體供給；19.1分離器；19.2產(chǎn)品；19.3高壓重新循環(huán)；20.渦流元件；21.凸緣；22.外管；23.內(nèi)管；24.流動方向；25.外部渦流葉片；26.內(nèi)部渦流葉片；27.進(jìn)口截面；28.出口截面；29.中心線；30.內(nèi)壁；31.外壁；32.；33.內(nèi)管的外壁；34.渦流葉片點；35.安裝線；36.；37.內(nèi)部渦流葉片的表面；40.注入指；41.錐形頂端；42.；43.孔；44.出口孔；45.角；50.注入透鏡；51.孔；52.內(nèi)壁；53.管；60.T形件；61.第一氣流；62.第二氣流；63.截面收縮部分；64.錐形部分；65.插入件；66.90°尺寸；67.錐形部分；68.環(huán)形空間；69.切向流；70.61、62的收縮部分；71.組合氣流的截面收縮部分；72.自由基引發(fā)劑的注入；73.剪切間隙；80.渦流元件；81.自由基引發(fā)劑的注入；82.渦流葉片；83.90°渦流葉片；84.渦流元件的外表面；85.葉片邊緣；86.環(huán)形空間；87.渦流元件的長度；88.120°渦流葉片
權(quán)利要求
1.一種用于在管反應(yīng)器中和/或與高壓釜組合而制備聚乙烯的方法，在該方法中，將自由基引發(fā)劑引入包括乙烯并可能有共聚單體的流動介質(zhì)中，該方法至少包括以下步驟通過使兩個氣流(61、62)以一定角度(66)混合而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，或者通過渦流元件(20)而在氣流(61)中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)；在自由基引發(fā)劑進(jìn)入反應(yīng)管(1)的供給點(72、81)上游的進(jìn)口區(qū)域設(shè)有截面收縮部分(63、67；71)；將自由基引發(fā)劑通過偏離中心的出口孔(44)而引入旋轉(zhuǎn)流動介質(zhì)(61、62；70)中；以及在混合區(qū)域下游方向提供加寬截面的出口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中多個反應(yīng)管(1)串聯(lián)連接，且它們的混合部分(14)分別有主冷氣進(jìn)口管路(17a)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中通過冷卻壁(18)和引入冷氣(17)而除去反應(yīng)熱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一個或多個所述的方法，其中將自由基引發(fā)劑通過載體氣體、冷氣主流(17a)或在壓縮前分支的流動介質(zhì)冷子流而供給注入?yún)^(qū)域(11)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一個或多個所述的方法，其中 自由基引發(fā)劑的供給點(72、81)位于使流動介質(zhì)(61、62)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的點的下游。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一個或多個所述的方法，其中在引入指(40)上的出口孔(44)的幾何尺寸可以影響自由基引發(fā)劑注入流動介質(zhì)(61、62；70)的深度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一個或多個所述的方法，其中流動介質(zhì)(61、62)的供給裝置彼此所成的角度(66)為45°至135°，但優(yōu)選是90°。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任意一個或多個所述的方法，其中各個流動介質(zhì)(61、62)在它們組合之前流過截面收縮部分(63、67)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任意一個或多個所述的方法，其中在到達(dá)自由基引發(fā)劑供給點(72)之前，旋轉(zhuǎn)流動介質(zhì)(61、62)經(jīng)過環(huán)形空間(68)下游的截面收縮部分(71)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任意一個或多個所述的方法，其中將自由基引發(fā)劑在供給點(72)處供給旋轉(zhuǎn)流動介質(zhì)(70)的剪切間隙(73)內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任意一個或多個所述的方法，其中在流動介質(zhì)(61、62、70)中的旋轉(zhuǎn)通過位于供給點(72、80)上游的流動截面(27、28)中的渦流元件(20、80)而產(chǎn)生。
12.一種用于在管反應(yīng)器中制備聚乙烯的裝置，在該裝置中，將自由基引發(fā)劑供給含有乙烯并可能含有共聚單體的流動介質(zhì)(61、62)中，且流動介質(zhì)(61、62)通過具有變化流動截面(27)的反應(yīng)管(1)而輸送，將自由基引發(fā)劑引入到混合區(qū)域(13)內(nèi)，其中，流動介質(zhì)的子流(61、62)彼此成一定角度(66)而相互沖擊，或者在流動截面(27、28)中布置渦流元件(20、80)，且具有用于自由基引發(fā)劑的、偏離中心的進(jìn)口孔(44)的供給指(40)位于旋轉(zhuǎn)流(70)中的收縮部分(71)的下游。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中在供給指(40)的頂端(41)處的出口孔(44)相對于該指的軸線而以從5°到80°范圍內(nèi)的角度傾斜，優(yōu)選是45°。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的裝置，其中渦流元件(20、80)在它們外周上有渦流葉片(25、82)，各個渦流葉片在反應(yīng)管(1)的環(huán)形空間(68)中沿周向延伸45到360°，優(yōu)選是90°。
15.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的裝置，其中渦流元件(20、80)在它們外周上有渦流葉片(25、82)，各個渦流葉片在反應(yīng)管(1)的環(huán)形空間(68)中沿周向延伸45到360°，優(yōu)選是120°。
16.根據(jù)權(quán)利要求12至15中任意一個或多個所述的裝置，其中收縮部分(71)的直徑為自由流動截面(27、28)的直徑D的大約0.2到0.95倍，優(yōu)選是0.7倍。
17.根據(jù)權(quán)利要求12至16中任意一個或多個所述的裝置，其中在收縮部分(71)上游的自由流動截面(27)以從10°至70°的總體角度而轉(zhuǎn)變?yōu)槭湛s部分(71)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中特別優(yōu)選是該總體角度為30°。
19.根據(jù)權(quán)利要求12至18中任意一個或多個所述的裝置，其中在10×D到100×D長度的混合部分上，在自由基引發(fā)劑的供給點(71、82)的下游的收縮部分(71)的直徑0.7×D保持不變。
20.根據(jù)權(quán)利要求12至19中任意一個或多個所述的裝置，其中在10×D到100×D之后，該混合部分(13)以小于20°的總體角度而轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂闪鲃咏孛嬷睆紻，優(yōu)選是總體角度小于14°。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在有或沒有高壓釜的情況下在管反應(yīng)器中制備聚乙烯的方法，其中，在有或沒有冷乙烯的情況下，將包含乙烯和共聚單體的液體介質(zhì)流供給自由基鏈反應(yīng)器。在在以一定角度(66)混合的兩個氣流(61、62)之間產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，或者通過在流動截面(27、28)中提供渦流元件(20、80)而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。在自由基引發(fā)劑的供給點(72、81)區(qū)域中提供有截面收縮部分(63、67；71)，在該截面收縮部分，自由基引發(fā)劑通過供給指(40)的優(yōu)化的偏離中心的出口孔(44)而被引入旋轉(zhuǎn)流(61、62；70)中。
文檔編號C08F2/01GK1479752SQ01820117
公開日2004年3月3日 申請日期2001年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月5日
發(fā)明者格奧爾格·格羅斯, 弗蘭克－奧拉夫·梅爾林, 安德烈亞斯·戴斯, 迪特爾·利特曼, 卡斯帕·埃弗茨, 利特曼, 埃弗茨, 亞斯 戴斯, -奧拉夫 梅爾林, 格奧爾格 格羅斯 申請人:巴塞爾聚烯烴有限公司