CN102369055B - 用于过氧化物引发剂注射的低密度聚乙烯(ldpe)管状反应器 - Google Patents

用于过氧化物引发剂注射的低密度聚乙烯(ldpe)管状反应器 Download PDF

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Abstract

一种用于混合引发剂与处理流体的引发剂注射喷嘴，包括：本体，包括用于接收处理流体的入口、出口、和用于接收引发剂的注射器入口；处理流体流动通道，处理流体通过该处理流体流动通道沿中心处理流轴线在所述入口和出口之间行进，该处理流体流动通道还依次包括收缩部、喉部、和扩张部；引发剂流体流动通道，引发剂通过该引发剂流体流动通道沿注射器中心垂直轴线在注射器入口和注射器出口之间行进，其中引发剂流体流动通道与处理流体流动通道在收缩部相交；针突，至少部分地包括引发剂流体流动通道且还包括成形注射器尖端，该成形注射器尖端形成引发剂流体流动通道的注射器出口；其中，注射器出口位于处理流体流动通道的收缩部中且当沿中心处理流轴线确定时在喉部的上游一水平偏置量处；以及其中，当沿注射器中心垂直轴线确定时，注射器出口被定位为偏离中心处理流轴线一垂直偏置量。

Description

用于过氧化物引发剂注射的低密度聚乙烯(LDPE)管状反应器
技术领域
本发明涉及一种用于注射流体至处于提高的温度和压力下的另一流体中的设备，和包括至少一个该设备的系统。更具体地，本发明涉及用于注射有机过氧化物至处理流体中的设备，该处理流体包含乙烯且可选地包含一种或多种共聚单体，以形成自由基聚合乙烯基聚合物(free-radical polymerizedethylene-based polymer)产品。
背景技术
本领域熟知使用管状反应器由乙烯和可选地一种或多个共聚单体来形成低密度乙烯基聚合物(例如低密度聚乙烯(LDPE))的方法。整个处理是包含处理流体的管状反应器内的自由基聚合，其中处理流体部分地包括乙烯且乙烯在高度放热反应中被转变为乙烯基聚合物。反应在高操作压力(约1000巴至4000巴)下以约160℃至约360℃的最大温度发生于湍流处理流体流动条件状况中。反应启动温度，或其中单体(以及可选的共聚单体)至聚合物转变(或在其中沿反应管的多个反应点重新启动的情况)被启动的温度，是从约120℃至约240℃。管状反应器的典型的单次转换值是从约百分之20至约百分之40。
反应通过注射引发剂至反应器管中的至少一个区域中而被启动(或重新启动)。在热量(通常是潜热-处理流体通常已经处于适当的反应温度下)存在的情况下，引发剂被与处理流体混合，引发剂形成自由基分解产物。分解产物开始与乙烯(以及可选的共聚单体)自由基聚合反应，以形成乙烯基聚合物产品。
反应在反应区域中产生大量热。如果没有适当冷却，处理流体中的绝热温度上升(该处理流体现在包含吸收和保持热量的乙烯基聚合物产品)最终导致不适宜的和可能不可控制的反应。这种不期望的反应可包括乙烯分解(形成产品，例如碳、甲烷、乙炔和乙烷)，高分子量聚合物链的形成，和通过结合和交联的终止，这可导致分子量分布的加宽。由于变化的产品质量和一致性导致的这种不期望的反应范围的结果引起反应器系统关闭、通风和清理。
不期望的反应还可发生在处理流体中的引发剂的不适当分布时。在正常的处理操作条件下，在被注射至处理流体中后引发剂快速地分解为自由基产品。引发剂至处理流体中的分散通常导致处理流体流内的高引发剂浓度的局部区域。该局部引发剂区域促进了处理流体中的不平衡反应分布：在局部引发剂区域附件的较大量的聚合和热量产生，而在其它地方较小。
该不平衡反应分布可导致处理相关的问题，例如在引发剂注射点附件的高分子量材料形成，其可阻塞注射口或处理流体流动通道。其也可导致注射点附件或沿反应管的壁的高分子量材料的形成，其导致偶尔的“高分子量材料的抛弃”。如前所述，其也可导致乙烯分解。如果大浓度的新鲜引发剂在反应区段(其中温度被升高)接触反应器管的壁，引发剂可分解和快速地反应，开始局部反应“热点”，其可传播为遍及系统范围的分解。
已经进行了各种尝试以通过各种喷嘴构造和其它系统变化来增强被注入处理流体流中的材料的混合。英国专利NO.1,569,518(Kita等)描述了使用机械约束-静力管内混合器-来建立湍流。美国专利No.3,405,115(Schapert等)描述了喷头的同族物，其中气流被分裂，催化剂以一个流注射，且气流重新结合。
PCT专利公开No.WO 2005/065818(Hem等)描述了一种非圆形反应管造型。美国专利No.6,677,408(Mahling等)描述了一种狗骨头压缩件，其具有管内叶片，用于在引发剂点的上游产生两股相对旋转的气流。美国专利No.6,951,908(Groos等)具有“漩涡元件”用于把引发剂引入到反应器系统中。欧洲公开申请No.0449092(Koehler等)描述了常规注射喷嘴。
发明内容
在本发明的实施例中，一种用于混合引发剂与处理流体的引发剂注射喷嘴，可包括：本体，包括用于接收处理流体的入口、出口、和用于接收引发剂的注射器入口；处理流体流动通道，处理流体通过该处理流体流动通道沿中心处理流轴线在所述入口和出口之间行进，该处理流体流动通道还依次包括收缩部、喉部、和扩张部；引发剂流体流动通道，引发剂通过该引发剂流体流动通道沿注射器中心垂直轴线在注射器入口和注射器出口之间行进，其中引发剂流体流动通道与处理流体流动通道在收缩部相交；针突，至少部分地包括引发剂流体流动通道且还包括成形注射器尖端，该成形注射器尖端形成引发剂流体流动通道的注射器出口；其中，注射器出口位于处理流体流动通道的收缩部中且当沿中心处理流轴线确定时在喉部的上游一水平偏置量处；以及其中，当沿注射器中心垂直轴线确定时，注射器出口被定位为偏离中心处理流轴线一垂直偏置量。
在本发明的其它实施例中，水平偏置量对垂直偏置量的比例是从约1.0至约10。在其它实施例中，喉部的半径减去垂直偏置量后对喉部的半径的比例是从约0.45至约0.90。在其它实施例中，扩张部角度是从约23至约48度。在其它实施例中，扩张部角度对收缩部角度的比例是从约1.0至约3.0。
在本发明的其它实施例中，成形注射器尖端包括针状形状。在一些其它实施例中，成形注射器尖端包括方形针状形状。在一些其它实施例中，成形注射器尖端包括倒圆的或穹顶形状。在一些其它实施例中，成形注射器尖端包括。在一些其它实施例中，成形注射器尖端具有斜面。
在本发明的实施例中，包含处理流体的管状反应器系统包括至少一个新鲜供应源用于供应乙烯至处理流体中、主压缩机用于压缩处理流体至反应条件，其与该至少一个新鲜供应原和循环管道二者流体相通、与主压缩机流体相通的反应器管用于将一部分乙烯和可选地至少一种共聚单体在处理流体中转变为低密度乙烯基聚合物和剩余的部分乙烯、与反应器管流体相通的高压分离器用于将低密度乙烯基聚合物从剩余的部分乙烯中分离，且与高压分离器流体相通的循环管用于将剩余的部分乙烯传送至主压缩机；其中改进包括反应器管，该反应器管还包括与保护引发剂和处理流体的引发剂源流体相通的至少一个引发剂注射喷嘴，其中，该至少一个引发剂注射喷嘴包括本体，该本体还包括入口用于接收处理流体、出口、和引发剂入口用于接收引发剂，其中至少一个引发剂注射喷嘴还包括处理流体流动通道，处理流体通过该处理流体流动通道沿中心处理流轴线在所述入口和出口之间行进，该处理流体流动通道还依次包括收缩部、喉部、和扩张部；其中该至少一个引发剂注射喷嘴还包括引发剂流体流动通道，引发剂通过该引发剂流体流动通道沿注射器中心垂直轴线在注射器入口和注射器出口之间行进，其中引发剂流体流动通道与处理流体流动通道在收缩部相交；该至少一个引发剂注射喷嘴还包括针突，其至少部分地包括引发剂流体流动通道且还包括成形注射器尖端，该成形注射器尖端形成引发剂流体流动通道的注射器出口；其中，注射器出口位于处理流体流动通道的收缩部中且当沿中心处理流轴线确定时在喉部的上游一水平偏置量处；以及其中，当沿注射器中心垂直轴线确定时，注射器出口被定位为偏离中心处理流轴线一垂直偏置量。
附图说明
当结合附图阅读时，前面的综述以及下面的详细描述客观被更好地理解。但是应理解，本发明不限于所示的具体配置和手段。视图中的部件不必按比例，重点放在清楚地示出本发明的原理。而且，在视图中，相同的参考标号在多个视图中指示相应的零件。
图1(a)至(d)是实施例引发剂注射喷嘴的镜头T形座部的轴向横截面的前视图(a)、侧视图(b)、轴向截面图(c)和轴向横截面的放大部分(d)；
图2(a)和(b)是注射器部200或实施例引发剂注射喷嘴的部分横截面的示意性侧视图(a)，以及联接至实施例注射喷嘴的镜头T形座部100的轴向横截面的注射器部200的侧视图(b)；
图2(c)、(d)、(e)和(f)是各种形状的注射器端部221的示意性视图，包括针形(c)、方针形(d)、倒圆的或穹顶形(e)和带斜面的(f)；
图3是包括至少一个实施例引发剂注射喷嘴的实施例管状反应器系统300的示意图；
图4是可比拟系统在生产0.25MI乙烯基聚合物中使用用于第一引发剂注射喷嘴的实例和比较实例的引发剂注射喷嘴的相应条件下，温度对第一引发剂注射喷嘴至第二引发剂注射喷嘴的距离关系的图表；
图5是可比拟系统在生产2.3MI乙烯基聚合物中使用用于第一引发剂注射喷嘴的实例和比较实例的引发剂注射喷嘴的相应条件下，温度对第一引发剂注射喷嘴至第二引发剂注射喷嘴的距离关系的图表。
实施例引发剂注射喷嘴的其它方面和优点将从下面的说明和所附权利要求中显现。
具体实施方式
下面的讨论的提出是要使得本领域技术人员实施和使用披露在所附权利要求的范围内的发明。所述的一般原理可被用于下面详述的以外的实施例和应用而不离开由所附权利要求限定的本发明的精神和范围。本发明不是要限制于所示的实施例，而是要与披露的原理和特征一致的最宽范围相符。
没有现有技术对比文件指出使用喷嘴以建立在引发剂注射点的紧下游混合的湍流区域，以最大化引发剂混合。没有现有技术对比文件优化引发剂注射点位置相对于处理流体流的中心的定位来确保进入混合的湍流区域时处理流体流中的引发剂的最大分散。
实施例引发剂注射喷嘴使用文氏管形处理流体流通道以帮助提供引发剂在处理流体中的极快分散。在结合时，处理流体流通道的收缩和扩张部被设计用于通过压缩处理流体然后通过膨胀处理流体建立高度湍敛流(turbulent wake)而快速地将处理流体移动穿过引发剂喷射区。实施例引发剂注射喷嘴没有使用机械约束或设备以在处理流体流中建立阻力或湍流。处理流体流中的机械约束建立阻力，其允许高分子量聚合物的形成。高分子量聚合物形成在低处理流体流动的区域中，该区域包含相对较高水平的引发剂浓度和提高的温度。喉部的上游的收缩部、和喉部下游的扩张部被优选地优化以维持引发剂至处理流体中的混合能力同时提供最小的流动约束可能。
通常认为在管状反应器的内侧上的固体-流体界面处，例如管壁和处理流体之间，处理流体的粘度与平均处理流体粘度相比相对较低，这是由于表面摩擦或阻力。阻力还可是由管内物体导致，该物体导致不平衡的流体流动，例如通过喷射管或端口。参见Vliet，E.van，Derkesen，J.J.和van den Akker，H.E.A.的″Turbulent Mixing in a Tubular Reactor：Assessment of an FDF/LESApproach″，AICHE JOURNAL，725-39，Vol.51，No.3(March 2005)。管壁附近和管内物体后的低处理流体速度导致该壁或物体的表面附近的边界层的形成。在该边界层中，处理流体流变得分层(非湍流)且通常被称为粘性底层(viscous sublayer)。在粘性底层内，由于其缓慢运动且没有较好地混合(其不是湍流)，单体和新形成的聚合物链被暴露于较长的反应器驻留时间，这意味着额外暴露于提高的处理反应温度和化学引发剂。较长的反应器驻留时间导致该粘性底层中形成高分子量聚合物链的增加的可能性。以较高的平均处理流体粘度或通过引入湍流，粘性底层中的高粘性、高分子量聚合物链的形成可被最小化，因为管壁或管内物体附近的边界层更小且运动更快或被湍流扰动。参见McCabe，Warren L等人的Unit Operations of ChemicalEngineering，56-58，McGraw-Hill，Inc.(5th ed.，1993)。
通过压缩处理流体的膨胀产生的湍流抑制了混合区域中的管壁附近的层流层。这已经被发现在反应器管的存在引发剂最高相对浓度处是高度优选的。由实施例引发剂注射喷嘴建立的湍流显著地降低了基于不适当混合而发生不期望的化学反应的可能性。
现有技术的引发剂注射器，其中引发剂简单地穿过喷嘴的壁中的孔进入处理流体，其中引发剂喷嘴不突出足够远至处理流体流中，或其中喷嘴自身建立过高阻力(其影响下游的引发剂至处理流体的混合)，提供了引发剂在处理流体中的不均匀分布。在正常处理条件下引发剂的不均匀和不准确分布可导致低于预期的乙烯转换效率、产物聚合物的更宽的分子量分布、过多的高分子量聚合物形成，其导致系统结垢，和甚至由于失控反应和分解导致的处理混乱。
实施例引发剂注射喷嘴具有注射器管，其具有成形注射器尖端，该尖端突出至处理流中以注射引发剂至处理流体中。在实施例引发剂注射喷嘴中优选的是，成形注射器尖端被定位在处理流体流通道的收缩部中的喉部的上游。还优选的是，注射器管延伸至处理流体流中从而成形注射器尖端离收缩部的壁足够远以使得引发剂不与收缩部的壁相互作用，以及在排出时注射至处理流体中的引发剂接近处理流体流的中心，但是不会进入处理流体流中太远从而注射器管的下游尾流不显著影响处理流体流的方向。已经发现，通过延伸注射器管至处理流体流中足够远使得成形注射器尖端靠近但不是位于或经过处理流体流的中心，这些相互竞合的因素之间的平衡可被打破，且注射器管在喉部的上游足够远以当处理流体接近喉部时补偿其在处理流体上的阻力作用，但是又不是太远以允许引发剂在反应湍流混合区域前不分解和启动自由基聚合反应。注射器管的优选位置是沿处理流体流轴线在收缩部中的文氏管喷嘴的喉部的上游正距离处，且对于成形注射器尖端是接近但不处于或超过处理流体流的中心。
实施例引发剂注射喷嘴的结构的组合作用是，处理流体被收缩时，引发剂被注射到接近处理流体流的中心处。当处理流体与引发剂经过喉部时，引发剂在该流的中心被集中且远离注射喷嘴的壁。当处理流体在扩张段中膨胀时，该流的中心中的引发剂的浓度在湍流状态中沿所有方向快速分布开。
利用引发剂喷嘴导致的引发剂在处理流体中的湍流混合和快速分散具有在现有技术中未见的多个确实优点。通过最小化引发剂的高浓度附近的层流区域，高分子量聚合物链的形成被抑制。最小化高分子量聚合物链造成的聚合物的隔离层的形成改善了总体热传递效率。高分子量聚合物链倾向于“板结出”该处理和涂覆反应器管或处理容器在反应区域附近的内壁。乙烯基聚合物(例如LDPE)是非常好的热绝缘体。高分子量乙烯基聚合物的管状反应器或处理容器的内衬的形成将导致较低的散热能力(导致较高的绝热处理温度)或由于不得不使用更多能量来建立跨反应器的高温差(温差也被称为“δT”)(即较低的入口冷却温度以驱动较高的热流穿过绝热反应器管)而导致的较大的能量无效率。
协同热传递能力的改善，额外的引发剂可被通过引发剂注射喷嘴使用以改善处理的单次转换效率。出于处理安全的考虑，注射至系统内的引发剂的量基于峰值处理温度而被约束。该基于温度的约束导致可在处理流体单次穿过反应器系统过程中可被转换的乙烯总量的限制。当高分子量聚合物链的生成被最小化时，聚合物绝缘层的建立被抑制，由此改善了散热能力。被改善的散热能力允许更大量的引发剂被用于重新启动处理以及增加使用相同峰值处理温度限制的转换效率。
实施例引发剂注射喷嘴可采取一个部件或多个部件的组件的形式。为了凸显本发明的特征和方面，描述了两个部件(镜头T形座部100和注射器部200)制成的实施例引发剂注射喷嘴。本领域技术人员应理解，本发明的特征和方面可都被包括在披露的引发剂注射喷嘴的单个部件或多个部件的实施例中，且本发明的特征和方面可出现在描述以外的不同部件上。
在描述实施例引发剂注射喷嘴的各种属性时，所使用的术语“上游”和“下游”是参考穿过高压低密度聚乙烯生产系统(特别是管状反应器系统)的处理流体、流和产品的大致流动方向的空间相对术语。通常，“上游”以新鲜单体/共聚单体进料源开始且“下游”以成品聚合物储存设备结束，除非文中清楚地出现其它意思。处理流体从上游位置流动至下游位置，除非特别注明。上游和下游还可被用于描述在一件装备中的相对位置，其中处理流体、流和产品通过上游入口通道或端口进入且通过下游出口离开。
图1(a)-(c)分别示出了实施例引发剂注射喷嘴的镜头T形座部100的前部、侧部和轴向截面。镜头T形座部(lens tee portion)100可包括从侧视图观察的颠倒“T”形本体101，其该本体具有块状段103和杆状段105，尽管一般其它形状和构造也可被使用。本体101具有外壁107、块状段103内的块内壁109和杆状段105内的杆内壁111。外壁107与内壁109和111之间的本体101的厚度在镜头T形座部100的各个位置处可变化，且反映本体101的构造材料、镜头T形座部100的操作工作压力和温度、和由内壁109和111提供的服务。优选的是，本体101由单件金属制造。
如图1(c)所示，块内壁109形成沿中心处理流轴线115从本体101的块状段103的入口端117至出口端119的处理流体流动通道113。处理流体在入口端口121和出口端口123之间沿中心处理流轴线115穿过处理流体流动通道113。块内壁109具有圆形截面。
在一些实施例中，块内壁109包括入口配合缘125，其基本上为圆柱形且从入口端口121向下游延伸至块状段103中。入口配合缘125的尺寸可根据在该点处连接至镜头T形座部100的反应器管的外直径和厚度和连接方式(例如，焊接、法兰连接、螺纹联接，尽管焊接连接是优选的)而改变。在一些实施例中，块内壁109还包括出口配合缘127，其基本上为圆柱形且从出口端口123向上游延伸至块状段103中。出口配合缘的尺寸可出于与入口配合缘125类似的原因而变化。在一些实施例中，入口配合缘125和出口配合缘127的尺寸不同。
一些实施例中的块内壁109包括入口部129，其基本上为圆柱形且从入口配合缘125向下游延伸至块状段103中。在一些实施例中，块内壁109还包括出口部131，其基本上为圆柱形且从出口配合缘127向上游延伸至块状段103中。在一些实施例中，入口部129的直径基本上类似于入口反应器管的内直径，在接口处沿块内壁109提供均匀表面。在一些实施例中，出口部131的直径基本上类似于出口反应器管的内直径。
收缩部133从入口部129轴向地向下游延伸。在具有入口部129的实施例中，入口部129和收缩部133在第一圆形相交部135处相遇，该第一圆形相交部垂直于中心处理流轴线115。收缩部133优选地是截锥形的，其直径随其从入口部129轴向地向下游延伸而缩减。收缩部133具有当沿中心处理流轴线115从第一圆形相交部135至喉部143测量时从约40毫米至约60毫米的收缩长度137。收缩部133还具有收缩部角度139，其被作为收缩部133内的块内壁109的相对侧形成的角度测量时是从约15至约40度。
收缩部133与扩张部141在喉部143处相遇，该喉部垂直于中心处理流轴线115。喉部143的直径可从约15至约37毫米变化。第一圆形相交部135与喉部143的直径比是从约1.4至约2.7，且优选地从约2.0至约2.2。
扩张部141从喉部143轴向地向下游延伸。扩张部141也优选地为截锥形，其直径随其从喉部143轴向地向下游至出口部131延伸而增大。在具有出口部131的实施例中，出口部131和扩张部141在第二圆形相交部145处相遇，第二圆形相交部145垂直于中心处理流轴线115。扩张部141具有当沿中心处理流轴线115从喉部143至第二圆形相交部145测量时从约15毫米至约40毫米的扩张长度147。扩张部141还具有扩张部角度149，其可被作为扩张部141中的块内壁109的相对侧形成的角度测量时是从约23度至约48度。
在所有实施例中，处理流体流动通道113沿基于处理流体从相对于引发剂注射喷嘴的上游位置至下游位置流动的次序包括收缩部133、喉部143和扩张部141。
在一些实施例中，且如图1(c)的实施例所示，收缩部133和扩张部141是非对称的，其中它们沿喉部143的两侧不相同。在一些实施例中，如图1(c)的实施例所示，收缩长度137与扩张长度147不相同。在优选实施例中，收缩长度137大于扩张长度147。在这种实施例中，收缩长度137对扩张长度147的比例是从约1.3至约3.0，且更优选地是从约1.3至约1.8。在一些实施例中，如图1(c)的实施例所示，扩张部角度149大于收缩部角度139。扩张部角度149对收缩部角度139的比例可从约0.97至约3.0范围变化，且优选地从大于1.0至约3.0。
在一些实施例中，杆内壁111形成沿杆垂直轴线153至杆状段105内的注射器凹部151。杆垂直轴线153相交且垂直于中心处理流轴线115，且优选地在杆状段105内居中。这种注射器凹部151区域的例子在图1(c)中示出且在图1(d)中放大。注射器凹部151的尺寸和构造可根据与注射器部200连接的方式(例如，焊接、法兰连接、螺纹联接)和尺寸而变化。包括适用于操作工作压力和温度的螺纹联接部155的注射器凹部151是优选的。在一些实施例中，注射器凹部151还包括垫圈间隙157以允许在杆状段105和注射器部200之间使用垫圈以将该处理从外部环境密封开来。
如图1(c)中示出的实施例所示，杆内壁111形成沿杆垂直轴线153从杆状段105的注射器凹部151至块状段103的处理流体流动通道113的注射器通道159，从而注射器通道159和处理流体流动通道113流体连通。注射器通道159的长度从注射器通道159和注射器凹部151之间的连接部的下游点至注射器通道159和处理流体流动通道113之间的连接部的下游点(该点也是离喉部143最近的点)测量。杆内壁111通常为圆形截面，尽管可以根据注射器部200的构造的需要使用其它形状。
如图1(c)的实施例中所示，注射器通道159与处理流体流动通道113在收缩部133处相交。在这种实施例中，杆垂直轴线153垂直地与中心处理流轴线115在喉部143的上游相交。
图2(a)示出了注射器部200的部分侧视图。图2(b)示出了镜头T形座部100的轴向横截面视图(类似于图1(c))结合注射器部200的侧视图以形成实施例引发剂注射喷嘴。注射器部200包括外表面201和内表面203。优选地，注射器部200被成形为与镜头T形座部100联接。注射器部200进一步包括连接器段205和针突段207，尽管通常其它形状和构造也可被使用。注射器部200优选地包括单件金属制品；但是，其也可包括利用本领域技术人员已知的适用于操作工作压力和温度的接合技术固定在一起的两个或多个材料。
如图2(a)所示，注射器部200的内表面203形成引发剂流体流动通道219，该通道沿注射器中心垂直轴线213从连接器段205中的注射器入口215延伸至针突段207内的成形注射器尖端221处的注射器出口231。在所有实施例中，引发剂流体流动通道219与处理流体流动通道113在收缩部133中相交。引发剂流体流动通道219通常具有圆形截面，尽管可使用其它形状。
在其中引发剂流体流动通道219是圆形截面的实施例中，引发剂流体流动通道219具有流体流动通道直径223，其中可从约2至约3.5毫米。流体流动通道直径223优选地足够大以使得如果处理中断(例如，乙烯分解)、开动、或关闭活动导致单体(或共聚单体)或聚合物部分地回流至成形注射器尖端221中(其可能还进入引发剂流体流动通道219)，得到的材料可被容易地在重新启动处理时松动和排出而不必首先拆解和清洁引发剂注射喷嘴。太小的流体流动通道直径223更容易在处理发生故障状况过程中变得阻塞，且由此不能将材料从引发剂流体流动通道219松动和排出。
在一些实施例中，连接器段205的外表面201包括注射器座209，其用于把注射器部200密封抵靠在镜头T形座部100上以隔离处理。在一些实施例中，注射器座209处的外表面201具有斜面211，该斜面具有不垂直于注射器中心垂直轴线213的角度。注射器座209的构造和尺寸可根据与镜头T形座部100的注射器凹部151的连接的方式(例如，焊接、法兰连接、螺纹联接)和尺寸而变化。
连接器段205的接近注射器入口215的外表面201包括引发剂源配合连接部217。引发剂源配合连接部217的尺寸可根据与引发剂源的连接的方式(例如，焊接、法兰连接、螺纹联接)而变化。螺纹连接，如图2(a)的实施例所示，是优选的。
在使用两部件组件的实施例中，例如图2所示的实施例，注射器部200的针突段207中的内表面203和外表面201形成针突225。针突225具有针突外直径227，其允许针突225被自由地插入杆内壁111中。针突外直径227可从约6至约10毫米。优选地，针突外直径227被设置为使得针突225与镜头T形座部100的杆内壁111摩擦联接，从而镜头T形座部100的本体101可提供机械稳定性给针突225。在正常的和故障的处理事件过程中，例如乙烯分解，处理流体流的速度施加了巨大的力在针突225的暴露部分上。优选的是，针突225保持相对稳定。
在其中引发剂注射喷嘴是由单部件制造的实施例中，杆内壁111可直接用作引发剂流体流动通道219。在这种实施例中，针突225可采取杆内壁111的管状延伸部的形式。在这种情况下，针突225的流体流动通道直径223可与杆内壁111的直径相同。在其它实施例中，针突225是管状插入件，其与杆内壁111结合或联接。在这种实施例中，针突225的端部处的注射器出口231仍由成形注射器尖端221形成。
返回参考例如图2中所示的一个实施例，针突外直径227与流体流动通道223的比例可从约1.8至约3.5，且优选的是从2.8至约3.4。该比例指示针突225是相对于其内直径而言是相对较厚的管。优选的是，与对于机械稳定针突225而给出的原因相同，针突225相对较厚，特别是针突225的直接暴露于处理流体流的部分。在所有实施例中，针突225突出超过注射器通道159，从而成形注射器尖端221和针突225的一部分位于处理流体流动通道113中。外直径对内直径较高的比例提供了额外的机械增强以抵抗长时间暴露于处理流体流以及沿处理流体携带的物体和碎屑的破坏。
在系统可能遭受乙烯分解和引发剂注射喷嘴暴露于较高和变化压力和温度条件的情况下，针突225和成形注射器尖端211的设计以及由引发剂注射喷嘴的本体101给予的支撑是特别重要的。在分解过程中，处理系统的一些部分，特别是靠近分解开始的区域附近，可被暴露于非常高的内部温度(1000至2000℃)、压力波动(4000至5000巴)，以及停滞的处理流体流(压缩机可脱机)。当安全系统自动地接合且处理被“泄压”时(通常通过泄压装置)，依赖于位置，还没有被系统分解影响的处理流体的部分被牵引通过受影响的区域并用于冷却受影响的区域。还依赖于位置，处理流体可包含分解得到的固体碎屑，例如碳颗粒、或生产的各种阶段中的聚合物(其还没有达到分离或精炼)。在泄压过程中，处理流体可沿相反方向行进或从其正常流动路径旁路开。在其中处理流体沿相反方向行进且在泄压装置处的接近大气压力和高于正常系统压力的压力梯度的影响下的情况下，处理流体可以非常高的速度行进(亚音速)穿过系统。分解时间可能持续若干秒至若干分钟，这依赖于安全和控制系统的功能以及人的干预。
基于前面给出的分解情况，针突225的在处理流体流中的部分和成形注射器尖端221可被暴露于下面一系列极端条件。首先，针突225的在处理流体流中的部分和成形注射器尖端221可受到来自于一个或多个反应区域中的系统宽度范围的乙烯分解的开始的初始压力波(压力“尖峰”)的影响。接着，引发剂注射喷嘴附近的处理流体的温度可快速上升至分解温度水平，特别是如果处理流体流中断和停滞。在最坏的情况下，系统宽度范围的分解可发生在反应器管中，其方式是整个反应器管被隔离且不泄压，中断流遍及整个反应器管且允许反应器管中大部分乙烯在停滞的环境中分解。引发剂注射喷嘴至这些温度的暴露可持续若干秒至若干分钟，这依赖于接下来的一系列事件。接下来，系统泄压装置激活，建立了跨该系统的压力梯度。在“泄压”被启动之后，处理流体(现在包含分解碎屑和固体聚合物颗粒)以高速朝向泄压装置流动。依赖于泄压的速度(也就是说系统有多快被完全减压)和相对方向，处理流体流中的针突225的部分和成形注射器尖端221可被暴露于处理流体(其中温度从正常操作值至分解水平变化(且可能从一个极端至另一个交替))，该流体包含固体聚合物颗粒和分解碎屑，并以高速经过持续高达若干分钟。优选的是，针突225的该部分和成形注射器尖端221的设计能经受这样的流动力和温度漂移而不显著变形或破坏(例如，弯曲或断裂针突；颗粒阻塞注射器出口)。高度优选的是，引发剂注射喷嘴的设计不要求在这种分解事件之后去除或维护引发剂注射喷嘴。
成形注射器尖端221可采取各种形式，但是，成形注射器尖端221的优选设计是有助于降低阻力和防止通过注射器出口231回流至针突225的那种设计。降低阻力和防止回流阻止了针突225的部分中或部分上的高分子量聚合物的形成。优选的设计还通过流体力学抵抗高分子聚合物的显著聚集，允许处理流体流平顺地绕针突225和成形注射器尖端221运动且在处理流体流中的最大引发剂浓度点处(在成形注射器尖端221处的注射器出口231处)具有最小的流动中断。通过防止处理流体流中的显著中断，该点处的高浓度引发剂被快速地移动远离注射器出口231和不允许打散、启动和辅助在针突225或注射器出口231上或周围高分子量聚合物的形成。这防止了多个不期望的作用，包括由于针突225和成形注射器尖端221阻塞导致的引发剂供给中断，由于过度的高分子量聚合物形成导致的最终产品的较差质量控制，以及与高分子量聚合物“大块物”的形成和脱落导致的系统机械问题，其可进一步导致处理流体中断(如果它们阻塞在系统中)。通过可靠的引发剂供给流，系统操作更稳定且可更容易地避免如乙烯分解的不可预测系统故障。
在一些实施例中，例如图2(a)中所示，成形注射器尖端221是扁平的，例如管或管道的端部。在一些实施例中，例如图2(c)中所示，成形注射器尖端221可以成角度平面形状，例如注射“针头”的形状。在一些实施例中，如图2(d)所示，成形注射器尖端221可以为部分成角度平面，其中成形尖端的前部如图2(c)中讨论的针头，且其余部分可以是非斜面形状，例如阶梯或方切口。在一些实施例中，例如图2(e)中所示，成形注射器尖端221可被“倒圆”或是穹顶形。在一些实施例中，例如图2(f)中所示，成形注射器尖端221可被带有斜面(beveled)。成形注射器尖端221的各种其它形状对于本领域技术人员是可设想的。
当使用所述部件(镜头T形座部100和注射器部200)且把它们联接在一起时，则形成了实施例引发剂注射喷嘴。这些部件可使用用于该处理的压力和温度条件的已知的联接技术联接在一起。例如，如图2(b)的实施例中所示，压紧螺母250可被构造为螺纹连接至镜头T形座部100，摩擦地连接至注射器部200，且张紧连接注射器部200至镜头T形座部100。对于图2(b)中所示的实施例，在注射器通道159和注射器凹部151的相交部处使用注射器座209形成的张紧连接将该处理从外界环境密封开来。
对于图2(b)中所示的实施例引发剂注射喷嘴，注射器中心垂直轴线213和杆垂直轴线153彼此重叠且基本相同。
在所有实施例中，针突225(其至少部分地包含引发剂流体流动通道219且进一步包括成形注射器尖端221(该尖端形成引发剂流体流动通道219的注射器入口231))突出至处理流体流动通道113中，以使得注射器出口231位于处理流体流动通道113的收缩部133中。针突225沿注射器中心垂直轴线213突出足够远，从而注射器出口231被定位为偏离中心处理流轴线115一垂直偏置量229，该垂直偏置量沿注射器中心垂直轴线213确定。针突225突出至收缩部133一突出距离，其通过沿注射器中心垂直轴线213从注射器出口231至针突225与收缩部133的壁的相交部的距离测量。在所有实施例引发剂注射器喷嘴中，突出距离小于注射器中心垂直轴线213处的收缩部133的半径(从中心处理流轴线115测量)。
喉部143的半径减去垂直偏置量229与喉部143的半径(以术语喉部半径表示)之间的比例提供了实施例引发剂注射器喷嘴设计之间的无量纲度量，其可示出延伸至处理流体流中的针突225在喉部143上的潜在影响。由于针突225不延伸穿过处理流体流动通道113超过中心处理流轴线115，这种比例的数值不会为0(这表示注射器出口231在中心处理流轴线115上)或负(这表示针突25延伸超过中心处理流轴线115)。对于实施例引发剂注射喷嘴，该比例为约0.45至约0.90，且更优选地为从约0.75至约0.90，表示几乎不能看到注射器出口231超过喉部143(如果沿中心处理流轴线115从实施例引发剂注射器喷嘴的下游侧观察)。
在所有实施例中，注射器出口231位于处理流体流动通道113的收缩部133中且在喉部143的上游一水平偏置量161(沿中心处理流轴线115确定)处。该水平偏置量161可从约6至约15毫米。
如图2(b)中所示，水平偏置量161和垂直偏置量的非零数值使得注射器出口231定位在喉部143的上游且稍微偏离中心处理流轴线115。注射器出口231被定位在实施例引发剂注射喷嘴中，其方式是穿过成形注射器尖端221的引发剂流入处理流体且被处理流体扫过，其方式是在处理流体进过喉部143前的短时间期间内，高浓度引发剂位于处理流体的中心(即，中心处理流轴线115)附近。用于确定水平偏移量161和垂直偏移量229的尺寸的因素包括但不限于注射器出口231处和喉部143处的处理流体速度、注射器出口231处的引发剂流体速度、处理流体的温度、在该处理流体温度下从有机过氧化物至携带自由基分子的分解率、以及引发剂注射喷嘴(例如镜头T形座部100和注射器部200)的物理特征。水平偏移量161对垂直偏移量229的比例是从约1.0至约10，且优选地为从约1.1至约7.0。
实施例引发剂注射喷嘴的总体结构使得它们比现有技术喷嘴操作更可靠且清洁和维护更容易。由于仅一个部件(针突)直接进入处理流体流中，除非系统自身正常所作之外，不需要在处理关闭或故障后去除、维修、和重组实施例引发剂注射喷嘴。如前所述，实施例引发剂注射喷嘴中的针突通过喷嘴自身的本体而被部分地增强且优选地为厚规格的管道以经受处理流体流动力，包括故障状况。
引发剂注射喷嘴的各种构造材料可被适当地使用以经受严酷的高操作压力和乙烯基聚合物产品的最大反应器温度。优选的是，引发剂注射喷嘴的部分和部件在被组装之后能经受和容忍剧烈乙烯分解反应的分解产物和处理。优选的是，用在引发剂注射喷嘴中的材料能不仅能经受正常的操作温度和压力而且能经受剧烈的温度和压力波动，例如在乙烯分解过程中观察到的。优选的构造材料包括但不限于铬钢合金、钛、镍、MONELTM和INCONELTM(Specialty Metals Corp.，新哈特福德，纽约)。
一实施例系统包括至少一个实施例引发剂注射喷嘴，其与其它部件组合以支撑高压、自由基引发的使用乙烯(和可选的至少一种共聚单体)的聚合处理，以形成低密度乙烯基聚合产品。实施例系统可使用多个物理手段以将反应物转换为聚合物产品，例如且不限于串联或顺序操作的一个或多个高压容器和管状反应器的组合，或单个管状反应器系统。
为了描述本发明在实施例系统中的使用的目的，非限定性地描述了实施例系统中的自由基引发的低密度乙烯基聚合反应(管状反应器处理)。本领域技术人员应理解，不同类型的反应器部件，例如高压容器和管，可被以各种构造(即，串联、并联)彼此组合，以生产聚合物产品。除了给管状反应器供给乙烯和可选的至少一种共聚单体外，其它组分(例如反应引发剂、催化剂、溶剂和链转移剂)被供给至反应器，以启动和支持乙烯基聚合物产品被形成时的自由基反应。
用于使用部分包括管状反应器的系统来形成高压、低密度乙烯基聚合物产品的方法是本领域熟知的。在这种系统中，部分包括乙烯的处理流体在管状反应器内在高发热反应中被自由基聚合，以形成乙烯基聚合物产品。该反应发生在湍流处理流体流动过程中的高操作压力下(1000巴至4000巴)(由此低密度乙烯基聚合物也被称为“高压”聚合物)。管状反应器中的最大温度通常从160℃至约360℃且反应引发温度是从约120℃至约240℃。通常处理流体在引发前被预热且在引发后被冷却。对于管状反应器处理的单次乙烯转换值是从约百分之20至约百分之40。现代管状反应器系统还包括至少一个单体循环回路以进一步改善转换效率。
为了描述使用实施例引发剂注射喷嘴的系统的目的，非限制性实施例管状反应器系统被示出与图3中。包含处理流体的实施例管状反应器系统300可包括至少一个新鲜供给源306用于供应乙烯和可选的至少一种共聚单体至处理流体中、与该至少一个新鲜供给源306流体地连通的主压缩机304用于压缩处理流体至反应条件、与主压缩机304流体连通的反应器管302用于转换处理流体中的部分乙烯和可选的至少一种共聚单体为低密度乙烯基聚合物和乙烯和可选的至少一种共聚单体的其余部分、与反应器管302流体连通的高压分离器320用于把低密度乙烯基聚合物从乙烯和可选的至少一种共聚单体的其余部分分离、和与主压缩机304和高压分离器320二者流体连通的循环管322用于将乙烯和可选的至少一种共聚单体的其余部分从高压分离器320传送至主压缩机304。但是，通常现代系统使用附加处理部件来实现对于全球规模的高压低密度聚乙烯生产所需的温度、压力、吞吐量和效率。附加系统部件包括(如图3所示)但不限于低压系统循环管329、副或“超”压缩机305、链转移剂源307、上游处理供给流管312和下游处理供给管314、引发剂管309、反应器管出口316、高压下降阀317、喷射泵318、喷射泵循环管319、低压分离器328、外循环冷凝器324、高压循环净化系统326、和高压系统净化排出部325。包括关于所述部件和它们在高压低密度聚乙烯生产方面信息的参考文献包括美国专利申请No.61/103374(Karjala等人，2008年10月7日提交)和PCT专利公开No.WO 2007/134671(Cornelissen等人)。
本领域技术人员应理解，管状反应器系统300的各部件将通过管直接连接以适于材料在它们之间流动。这些管可包括辅助装备，例如阀、热交换器和传感器(未示出)。
参考部分在图1和2中示出且在前面描述的实施例引发剂注射喷嘴，处理流体被从反应器管302的上游部分(如图3所示)传送、从入口端117穿过形成注射喷嘴310的部分的镜头T形座部分100的本体101、穿过收缩部133和扩张部141二者、穿出出口端119返回反应器管302的下游部分。当处理流体行进穿过收缩部133时，处理流体被压缩且处理流体速度增加。
当处理流体经过注射喷嘴时，自由基引发剂被连续地注射至处理流体。引发剂被从引发剂源308使用传统已知的手段经由注射器入口215传送至注射器部200中。引发剂运动穿过引发剂流体流动通道219、穿过成形注射器尖端221、且在喉部143的上游点处进入处理流体。
当处理流体(现在具有引发剂)穿过喉部143且进入扩张部141，处理流体快速地解压、导致高度湍流的没有层流的混合区域(该区域从注射喷嘴的喉部143向下游延伸且进入反应器管302)。在该湍流混合区域中，引发剂在处于完全混合环境中被快速地分布于处理流体中，把在穿过喉部143前离开成形注射器尖端的任意局部高浓度引发剂打散。使用非机械手段和通过最小化注射器100在处理流体的流动上的流体阻力影响而实现的引发剂快速分散有助于防止在引发剂分配点附近的高反应性有机过氧化物的任意局部堆积。如前所述，高反应性有机过氧化物的形成可在特定反应条件下(且特别注射喷嘴的更下游，在那里管状反应器系统300温度由于前面的自由基聚合反应而快速上升)触发乙烯分解。
高度湍流的非层流混合区域不仅具有将高反应性有机过氧化物引发剂快速地分布在整个处理流体流中的作用还通过降低扩张区域中的壁附近(其中引发剂的浓度高)的层流层来影响高分子量聚合物的生产。由于处理流体流在横过喉部143后呈湍流，通过流体阻力作用形成在扩张区域的内壁上的层流层被显著地打断。在高引发剂浓度区域中没有较厚的较慢移动的层流状况，高分子量聚合物的初始形成被阻止。这导致聚合物产物具有更好的总体光学性能，因为本领域已知高分子量聚合物导致负面的光学性能，例如模糊和浑浊。高分子量聚合物形成的防止还导致该处理具有更好的热传递能力，因为聚合物产品的绝热层没有形成，其可进一步导致更有效的散热、更好的下游引发剂利用、和更好的总体单次乙烯(和共聚单体)效率。
可被用在管状反应器系统300中的自由基引发剂的非限制性示例包括氧基引发剂，例如有机过氧化物(PO)。优选的引发剂是叔丁基过氧化特戊酸酯(t-butyl peroxy pivalate)、二叔丁基过氧化物(di-t-butyl peroxide)、叔丁基过氧化醋酸酯(t-butyl peroxy acetate)和过氧化-2-乙基己酸叔丁酯(t-butylperoxy-2-ethylhexanoate)，及其混合物。这些有机过氧化物引发剂被以传统的重量百分比为0.01至2之间的量使用，且优选地是从重量百分比为0.1至2，该重量百分比是基于新鲜单体供给物的总重量。
在一些实施例中，自由基引发剂被溶解在有机溶剂中。适当的溶剂例如是脂肪族烃，例如辛烷或苯，或交溶溶剂(intert solvent)，例如氯苯(cholorbenzene)、环乙烷(cyclohexane)，或甲醇(methanol)。有机溶剂的例子包括n-烷属烃溶剂(n-paraffin hydrocarbon solvent)(90-240℃沸腾范围)、异构烷属烃溶剂(iso-paraffin hydrocarbon solvent)(90-240℃沸腾范围)和矿物油基溶剂(mineral oil-based solvents)。有机引发剂溶液的浓度可从重量百分比为约1至约90，且优选地是从重量百分比约5至约50，该重量百分比是基于自由基引发剂和有机溶剂的总重量。
在一些实施例系统中，例如图3中所示的，多于一个的实施例引发剂注射喷嘴310可被用于引发反应器管内的自由基聚合。多个引发注射喷嘴在本领域熟知用于增强自由基高压低密度聚乙烯聚合系统中的转换效率。在一些实施例系统中，其中多于一个的引发剂注射喷嘴被使用，该多于一个的引发剂注射喷嘴可被与多于一个的引发剂源流体连通，例如，出于示例的目的，是第一引发剂源和第二引发剂源。在一些其他实施例系统中，其中多于一个的引发剂注射喷嘴被使用，一个引发剂注射喷嘴专门与第一引发剂源流体连通。这种配置的例子见于美国临时申请No.61/103374(Karjala等人，2008年10月7日提交)。
在使用至少一个实施例引发剂注射喷嘴的实施例系统中，单次通过乙烯转换效率与在相应条件下的可比拟系统相比增大0.5％，优选地大1.0％，更优选地大1.5％，且甚至更优选地大2.0％，且最优选地大3.0％。
术语“组分”描述材料的均匀混合物以及由作为组分的部分的材料之间的相互作用和反应形成的反应产物和分解产物。
术语“乙烯基聚合物”是指包含多于50摩尔百分比的聚合乙烯单体(基于可聚合单体的总量)，且可选地，可包含至少一种共聚单体。乙烯的均聚物是乙烯基聚合物。
术语“互聚物”是指由至少两种不同类型的单体聚合制备的聚合物。术语互聚物包括共聚物，通常用于指由两种不同单体制备的聚合物，和由多于两种的不同类型的单体制备的聚合物，例如三元共聚物。
术语“LDPE”也可称为“高压乙烯聚合物”或“高支链聚乙烯”且被定义为表示该聚合物是在高压容器或管状反应器中在高于13000Psig的压力下使用自由基引发剂(例如过氧化物)而被部分或全部聚合(例如参见美国专利No.4,599,392(McKinney等人))。
术语“聚合物”是指通过聚合单体而制备的化合物，无论是相同或不相同类型的单体。术语聚合物涵盖术语“均聚物”和“互聚物”。
术语“稳态”和“稳态条件”是其中系统的任一部分的性质在处理过程中是恒定的。参见Lewis，Richard J.，Sr.，Hawley′s Condensed ChemicalDictionary，Wiley-Interscience(15th ed.，2007)；还有Himmelblau，David M.，Basic Principles and Calculations in Chemical Engineering，Prentice Hall(5th ed.，1989)。
术语“可比拟”表示在一些方面类似或相等，尽管其它方面不同。如使用的，在非特定顺序的比较中，除了在至少一个相应处理运行中使用实施例装置和在至少一个其它相应运行中使用对比的现有技术装置，“可比拟”处理和系统使用相同的处理装备或系统以使得相应的处理运行。出于在该申请中的示例的目的，可比拟处理和系统不同之处在于使用实施例的或现有技术的第一反应区域引发剂注射喷嘴。
术语“相应”表示在一致方面的相同。对于给定的自由基低密度乙烯基聚合物处理，“相应”处理运行表示使用可比拟处理装备或系统的两个或多个处理运行，对于在稳态条件下的每个可比拟反应区域的峰值温度数值(例如，实例1的第一反应区域峰值温度和比较例1的第一反应区域峰值温度)之间的差异是在5％内，优选地在3％内，更优选地在1％内，且最优选地在1℃内。
本领域技术人员应理解，在评估可比拟处理或系统中的相应处理运行中，被控制且设定为特定数值的处理变量(所谓的“主”变量，例如系统压力、乙烯对链转移剂供给的比例、产品熔化指数(I2)目标、乙烯供给速率、冷却介质流动速率和入口温度)，除非另有规定，在相应处理运行之间的稳态操作过程中被保持相等数值处。还应理解，不受控制的处理变量和从属于受控和被设定处理变量的处理变量(所谓的“从属”变量)可在反应中波动，以改变处理条件或保持该受控和被设定处理变量处于它们的目标数值处。
用于比较相应处理的基础是对于至少24小时周期的稳态条件使用1小时平均数据(与在特定时间点读取的单个数据的“点数据”相对，)。
熔化指数，或“MI”或I2是根据ASTM D 1238测量，条件为190℃/2.16Kg。
实例
在管状反应器系统中的在实施例引发剂注射喷嘴(实例)和现有技术引发剂注射喷嘴(比较例)之间的相应处理运行性能被示出。反应系统数据和被计算的性能标准基于使用相应处理运行在稳态条件下操作可比拟管状反应器系统而被比较。
相同的总体管状反应器系统装备被用于相应的实例和比较例运行的二者。管状反应器系统在实例和比较例处理运行之间通过仅换掉第一反应区域引发剂注射喷嘴而被修正，没有进行其他物理修正。在实例处理运行过程中，实例引发剂注射喷嘴被用于第一反应区域引发剂注射器喷嘴。对于比较例处理运行，比较例引发剂注射喷嘴被用于第一反应区域引发剂注射器喷嘴。该系统由此是可比拟的。
管状反应器系统在总体结构上类似于图3中所示的实施例系统。用于示例和比较例的管状反应器系统容纳处理流体且包括乙烯的新鲜供给源、主压缩机、副压缩机或“超”压缩机、引发剂供给源、链转移剂供给源、反应器管、高压下降阀、高压分离器、循环管、低压分离器、低压系统循环管、系统净化排出部、以及用于将系统部件彼此互连的所有必须的管道和连接件。反应器管沿反应器管的长度具有至少两个引发剂注射喷嘴和向每个引发剂注射喷嘴的下游延伸的相应反应区域。
第一引发剂注射喷嘴和第二引发剂注射喷嘴之间的反应器管的长度是1540英尺(469.4米)。反应器管在第一引发剂注射喷嘴的入口端处的内(工作)直径是2英寸(50.8毫米)。反应器管在第一引发剂注射喷嘴的出口端至第二引发剂注射喷嘴处的内直径为1.75英寸(44.5毫米)。
比较例引发剂注射喷嘴具有表1中所列的物理特性。比较例引发剂注射喷嘴可被描述为插入件，其具有突出至处理流体通道中的单个针突的上游圆柱形部分的处理流体通道与下游收缩截锥形部分的组合。圆柱形部分的直径是2.0英寸(50.8毫米)。收缩部在针突处的直径是2.0英寸(50.8毫米)且收缩为1.75英寸(44.5毫米)的直径。针突在圆柱形和收缩段之间的相交点处从侧壁向中心处理流轴线突出。针突具有注射器尖端，且注射器尖端被定位为离开中心处理流轴线一垂直偏置量。比较例引发剂注射喷嘴不在收缩部或针突后具有扩张部。比较例引发剂注射喷嘴不具有喉部或孔板或其它流动抑制部。
表1：以英寸(毫米)计的比较例引发剂注射喷嘴的尺寸
示例引发剂注射喷嘴具有表2中所列的物理特性。其可被描述为插入件，插入件具有处理流体流动通道，该通道具有在公共圆形喉部处相遇的收缩和扩张截锥形部分，单个针突从收缩截锥形通道部分中的侧壁朝向中心处理流轴线突出。针突在注射喷嘴的喉部上游一水平偏置量处。针突具有由成形注射器尖端(其为扁平的)形成的注射出口。注射器出口被定位为离开中心处理流轴线一垂直偏置量。
表2：以英寸(毫米)计的实例引发剂注射喷嘴的尺寸。
基于表2给出的数值，喉部的半径减去垂直偏置量对喉部的半径的比为0.80，且水平偏置量对垂直偏置量的比为2.54。
相应的处理运行实例1和比较例1在使用用于第一引发剂注射喷嘴的实例和比较例引发剂注射喷嘴的可比拟处理系统中运行，以生产0.25MI乙烯基聚合物。操作和处理条件在表3中。
“TPO”代表过氧化-2-乙基己酸叔丁酯(t-butyl peroxy-2ethylhexanoate)，一种通常用于自由基乙烯基聚合物生产中的有机过氧化物引发剂。“DTBP”表示二叔丁基过氧化物(di-t-butyl peroxide)，也是一种通常用于自由基乙烯基聚合物生产中的有机过氧化物引发剂。使用的引发剂溶剂是n-烷属烃(n-paraffin hydrocarbon)溶剂，其为具有90-240℃沸腾范围的溶剂。
表3：使用用于第一引发剂注射喷嘴的实例和比较例引发剂注射喷嘴以生产0.25MI乙烯基聚合物的相应处理运行实例1和比较例1
相应处理运行实例1和比较例1的温度曲线图在图4中示出。如图4所示，实例1的温度从第一反应区域峰值温度至第二引发剂注射点的下降比在相应条件下比较例1的温度下降要显著地陡峭。相应引发剂注射温度，反映引发剂注射点处的处理流体流温度，其在第二反应区域处示出了几乎40℃的显著差异(实例1的207.7℃对比较例1的245.7℃)。对于实例1对比比较例1的处理系统，表3中的第二反应区域引发剂注射温度和图4中观察到的处理温度曲线中的显著差别有助于热量从处理系统的更好散热。由于实例喷嘴比比较例喷嘴提供了引发剂注射后更好的处理流体混合，在第一引发剂注射喷嘴的下游反应区域中的绝缘性高分子量乙烯基聚合物的形成更少。
通过检查表3中的数据还可看到，由于从实例1处理运行中的散热比比较例1处理运行过程中更大(且由此处理系统温度在第二引发剂注射点处更低)，更多的引发剂可被用于实现用于第二反应区域的相同第二峰值反应器温度(约300℃)。实例1运行处理中使用的用于重新启动第二反应区域中的反应的TPO和DTBP的量(0.65gal/hr TPO和0.47gal/hr DTBP)显著大于比较例1处理运行中可比拟点使用的量(0.54gal/hr TPO和0.24gal/hr DTBP)。使用更多有机引发剂的能力可导致单次乙烯转换中的总体改善。
相应的处理运行实例2和比较例2运行于使用用于第一引发剂注射喷嘴的实例和比较例引发剂注射喷嘴以生产2.3MI乙烯基聚合物的可比拟处理系统上。操作和处理条件在表4中。
表4：使用用于第一引发剂注射喷嘴的实例和比较例引发剂注射喷嘴以生产2.3MI乙烯基聚合物的相应的处理运行实例2和比较例2。
相应处理运行实例2和比较例2的温度曲线被在图5中示出。如图5所示，实例1和比较例1之间的在第一反应区域中的温度下降差类似于实例2和比较例2之间观察到的下降。相应的引发剂注射温度，反映引发剂注射点处的处理流体流温度，在第二反应区域处示出了几乎20℃的显著差异(实例2的177.3℃对比较例2的196.3℃)。实例2处理运行中使用的用于重新启动第二反应区域中的反应的TPO和DTBP的量(0.97gal/hr TPO和0.20gal/hrDTBP)显著大于比较例2处理运行中可比拟点所使用的量(0.26gal/hr TPO和0.09gal/hr DTBP)。使用更多有机引发剂的能力可导致单次乙烯转换中的整体改善。
注意，对于实例2/比较例2运行，其套筒水温度(即用于从该处理散热的水的温度)，对于实例2运行，对比比较例2运行，其显著地更冷。尽管直观地似乎是具有更冷的套筒水处理更好(即，更冷的散热介质形成穿过管壁的更大的通量流，吸收更多的处理热量；重新启动点处的更低的处理流体温度；可使用更多量的引发剂；乙烯效率增益)，更低的套管水温已知导致反应器管中的结垢的发生-有时在几小时内发生。确信实施例引发剂注射喷嘴的改善的混合防止实例2中的大量高分子量聚合物的形成，其使得在延长的操作条件下在这些套筒水温下具有正常的“积垢”。
所有专利、试验程序、和引用的其它文献，包括优先权文献，通过引用而被完全并入，其范围是这种披露不与本发明冲突且这种并入的权限被允许。
虽然已经具体描述了本发明的披露的实施例，但是应理解，各种其它修改对于本领域技术人员来说是明显的且容易实施的，而不离开本发明的精神和范围。因此，所附权利要求的范围不是要限制到所提出的实例和说明，而是权利要求被理解为包括本发明内所有可专利新颖的特征，包括本发明所述的本领域技术人员当做等效物的所有特征。
当数值下限和数值上限被列出时，从任意下限至任意上限的范围都在考虑之内。
依赖于其中数值被描述的文字，除非特别陈述，这种数值可从百分之1、百分之2、百分之5、或有时百分之10至20变化。当具有下限RL和上限RU的数值范围被披露时，落在该范围内的任意数字都被具体公开。特别地，该范围内的下面的数字(R)被具体地公开：R＝RL+K*(RU-RL)，其中K是从0.01至1.00具有0.01增量的变量，即，K是0.01或0.02或0.03至0.99或1.00。而且，如上限定的由两个R数值限定的数值范围也被具体地公开。如使用的且在权利要求中，术语“包括”是包含性的或端部开放的且不排除附加的没有引用的元件、组成成分、或方法步骤。因此，这种术语具有同义词“具有(has、have、having)”、“包括(includes、including)”以及这些词的任意派生。

Claims (8)

1.一种用于将引发剂与处理流体混合的引发剂注射喷嘴，包括：
本体，包括用于接收处理流体的入口、出口、和用于接收引发剂的注射器入口；
处理流体流动通道，处理流体通过该处理流体流动通道沿中心处理流轴线在所述入口和出口之间行进，该处理流体流动通道沿基于处理流体从相对于引发剂注射喷嘴的上游位置至下游位置流动的次序还依次包括收缩部、喉部、和扩张部；
引发剂流体流动通道，引发剂通过该引发剂流体流动通道沿注射器中心垂直轴线在注射器入口和注射器出口之间行进，其中引发剂流体流动通道与处理流体流动通道在收缩部相交；
针突，至少部分地包括引发剂流体流动通道且还包括成形注射器尖端，该成形注射器尖端形成引发剂流体流动通道的注射器出口；
其中，注射器出口位于处理流体流动通道的收缩部中且当沿中心处理流轴线确定时在喉部的上游一水平偏置量处；
其中，当沿注射器中心垂直轴线确定时，注射器出口被定位为偏离中心处理流轴线一垂直偏置量；以及
其中，水平偏置量对垂直偏置量的比例是从1.0至10。
2.如权利要求1所述的引发剂注射喷嘴，其中，喉部的半径减去垂直偏置量后与喉部的半径的比例是从0.45至0.90。
3.如权利要求1所述的引发剂注射喷嘴，其中，扩张部角度是从23至48度。
4.如权利要求1所述的引发剂注射喷嘴，其中，扩张部角度对收缩部角度的比例是从1.0至3.0。
5.如权利要求1所述的引发剂注射喷嘴，其中，成形注射器尖端包括针状形状。
6.如权利要求1所述的引发剂注射喷嘴，其中，成形注射器尖端包括方形针状形状。
7.如权利要求1所述的引发剂注射喷嘴，其中，成形注射器尖端包括倒圆的或穹顶状的形状。
8.如权利要求1所述的引发剂注射喷嘴，其中，成形注射器尖端具有斜面。
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