CN1236846C - 用于向反应器供给引发剂的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在有或没有高压釜的情况下在管反应器中制备聚乙烯的方法，其中，在有或没有冷乙烯的情况下，将包含乙烯和共聚单体的液体介质流供给自由基链反应器。在以一定角度(66)混合的两个气流(61、62)之间产生扭转，或者通过在流动截面(27、28)中提供涡流元件(20、80)而产生旋转。在自由基引发剂的供给点(72、81)区域中提供有截面收缩部分(63、67；71)，在该截面收缩部分，自由基引发剂通过供给指(40)的优化的偏离中心的出口孔(44)而被引入旋转流(61、62；70)中。

Description

用于向反应器供给引发剂的装置
本发明涉及一种用于将引发剂供给反应器内的装置，例如将过氧化物供给用于制造LDPE的高压反应器内。
聚乙烯(PE)是一种最重要的塑料，具有很高的耐受酸和碱水溶液的性质。该塑料有良好的电特性，例如较低的介电常数和较高的电阻率。而且，该塑料还有良好的机械特性，例如很高的冲击韧性和较低的密度，这使得它适用于很多技术领域。因此，用PE制造家庭用和工业用的薄膜和消费品；聚乙烯也用于电缆绝缘和管道加护套。低密度聚乙烯(LDPE)具有很高透明性，因为与高密度聚乙烯(HDPE)的晶体含量(70-90％)相比，低密度聚乙烯的晶体含量为50-70％，这有利于将它用作薄膜材料。广泛使用的、制造聚乙烯薄膜的方法是压延加工，通过压延加工，能够生产出厚度范围为0.05至1mm的聚乙烯薄膜。在压延加工中，热塑性塑料在多个辊子之间辊出，热塑性塑料在这些辊子之间模制，以便形成甚至更薄的薄膜。在离开压延机后，薄膜在冷却辊上冷却，随后卷起。
用于制备LDPE的一种方法是管反应器法。在开始聚合时，过氧化物引发剂以液体形式被引入管反应器中。与乙烯的量相比，过氧化物引发剂的质量流只有很小。所用的引发剂的一个特性是它在管反应器中的条件下快速分解成自由基。为了实现这些引发剂例如过氧化物的高效率，以便保证较高的转换率、提高聚合物特性和使反应器更稳定地工作，优选是使反应剂彼此很快混合。
EP0980967公开了一种用于在管反应器中在高于1000巴压力下和120℃至350℃范围内通过自由基聚合作用而制备乙烯均聚物和共聚物的方法。少量的自由基引发剂首先被引入包括乙烯、摩尔量调节剂和可选择的聚乙烯的流动介质中，然后产生聚合作用。根据该方法，流动介质首先分成彼此分开流动的两个容积元，再通过合适的流动定向元件而将该分开的流动容积元设置成相对反向转动。该反向转动的流动容积元随后重新组合，以便形成流动介质，且在反向转动流动容积元进行组合时或组合后很短时间内，将自由基引发剂在反向转动流动容积元之间引入剪切的边界区域。EP0980967还公开了用于实现该方法的装置。改善所引入的引发剂的混合以及改善产品质量也能够通过增加在混合区中的流速而实现。
所选的自由基引发剂的有效性取决于它与在各种情况下与初始存在的反应介质进行混合的速度。为此，注入指被用于制造聚乙烯的工业设备中。
EP0449092A1公开了在沿反应器的多个点处通过注入指而引入自由基引发剂、引发剂混合物或在有机溶剂中的引发剂溶液。
US4135044和US4175169公开了怎样利用在高压反应器的引发和反应区域中的相对较小管径(相对于在冷却区域中的放大管径)来以很高产量和在反应器长度上的相对较小压降而生产具有非常好的光学特性的产品。
最后，US3405115公开了下列内容：对于所获得的聚乙烯的质量、对于较高反应器产量和对于使反应器均匀工作，最重要的是均匀引发聚合反应和使反应成分进行最佳混合。根据该方法，引发剂在专门的混合腔室与冷乙烯子流进行混合，然后再引入实际反应器中。在混合腔室中，流体多次转向，并通过槽道，在该流体中，引发剂不会分解，因为这里温度较低。
本发明的目的是进一步优化自由基引发剂向流动介质中的引入，以便产生尽可能高的混合速度。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于在管反应器中制备聚乙烯或与高压釜组合而制备聚乙烯的方法，在该方法中，将自由基引发剂引入包括乙烯并可能有共聚单体的流动介质中，该流动介质被分成两个子流，该方法至少包括以下步骤：通过使待混合的两个子流以一定角度混合而产生旋转，或者通过涡流元件而在子流中产生旋转，所述两个子流混合后形成组合流，在管反应器中，在自由基引发剂进入管反应器的供给点上游的进口区域设有截面收缩部分，各个子流在混合之前流过截面收缩部分，在到达自由基引发剂供给点之前，旋转的子流经过截面收缩部分；将自由基引发剂通过一个出口孔而引入旋转的子流或组合流中，其中，该出口孔偏离用于引入自由基引发剂的引入元件的中心线并指向流动介质的流动方向；在自由基引发剂与流动介质混合的混合区域下游方向提供加宽截面的出口。
本发明的方法的优点是通过增加混合效率，可以更加节约引入的自由基引发剂。在流动介质中产生旋转将增加湍流，该湍流自身将通过在要混合的流体中进行横向冲击交换而提高混合效果。本发明的方法能够制备聚乙烯，该聚乙烯可以用于制造明显提高光学性能的薄膜，尤其是在透明度方面，因为高分子量重材料的比例更低。本发明的方法以及含聚乙烯的流动介质与自由基引发剂的快速混合能够在不会使最终产品分解的最高温度下使反应器更加稳定地工作。而且，当采用在低温下分解的引发剂时，可以使反应器更快升温和获得更好的聚合反应低温引发性能。本发明的方法的另一优点是与引发剂的半衰期相比有极短的混合时间。
在本发明的另一实施例中，自由基引发剂的供给点位于在流动介质中产生旋转的点的下游。这保证了在供给点供给流动介质中的自由基引发剂总是进入已经处于湍流状态的流动介质内，这样，混合时间减少，混合效果明显提高。
用于将自由基引发剂供给旋转流动介质内的元件的供给孔的几何尺寸可以影响自由基引发剂注入流动介质中的深度。当在注入指上的自由基引发剂的引入孔特别小时，自由基引发剂的细小射流可以相对于管的截面而非常深地注入到流动介质内。根据流动介质的流速，通过选择供给孔的几何尺寸，可以确实影响自由基引发剂的注入深度和因此可获得的混合效果。
在本发明的一个实施例中，流动介质子流的供给装置彼此成90°角。这能够在流动介质的合成流中产生切向流动分量，该流动分量在流动介质的组合流中产生周向旋转，这适于获得湍流。在流动介质的子流以90°角彼此组合之前，它们可以各自经过截面收缩部分，这样，根据自由截面与收缩流动截面之间的比例，流速可以增至两倍。当旋转流动介质的子流在管反应器中组合时，通过在经过环形空间后在自由基引发剂的引入点上游提供使截面进一步收缩的部分，可以进一步增加组合流动介质的湍流度。
优选是，自由基引发剂在供给点被引入到旋转的组合流的剪切间隙(shear gap)内，该旋转的组合流相对于自由基引发剂供给点的位置而在流动截面中沿周向旋转。
产生旋转流的另一变化形式包括在供给点上游的管反应器的流动截面中提供涡流元件，流动介质经过该涡流元件，且通过该涡流元件，流动介质在流动截面中沿周向进行旋转，从而形成剪切间隙。
一方面，可以在流动介质中产生旋转，这样，芯部流在它的假想柱形外表面(即剪切表面)上由环形流包围，该环形流相对于该芯部流而旋转。环绕该芯部流的环形流既可以顺时针也可以逆时针环绕该芯部流旋转。另一方面，也可以使芯部流旋转，并可以使芯流的旋转方向与环绕该芯部流的介质流的旋转方向相反。
本发明还提供了一种用于在管反应器中制备聚乙烯的装置，在该装置中，将自由基引发剂供给含有乙烯并可能含有共聚单体的流动介质中，该流动介质分为两个子流，且流动介质通过具有变化流动截面的管反应器而输送，将自由基引发剂引入到管反应器内自由基引发剂与流动介质混合的混合区域内，其中，流动介质的子流彼此成一定角度而相互冲击，或者在流动截面中布置涡流元件，且具有用于自由基引发剂的、偏离用于引入自由基引发剂的引入元件的中心线的出口孔的注入指位于旋转的组合流中的收缩部分的下游。
通过将自由基引发剂供给旋转流的剪切间隙内，可以使得用于制备聚乙烯的本发明装置具有很好的混合效果，该旋转流不仅有轴向流动分量，而且有周向流动分量。沿周向的流动分量起到横切于流动方向的冲击交换作用，因此，提供了使多种材料有效混合的基础。
在本发明装置的优选实施例中，将供给元件设置成有利于流动的注入指，在供给元件的顶端处的出口孔优选是相对于该指的轴线而以45°倾斜。根据孔的截面直径，可以采用从0°到90°范围内的任意角度。布置在管反应器的自由流动截面中的涡流元件在它们外周上有涡流叶片，各个涡流叶片在管反应器的环形空间上沿周向延伸大约90°。在涡流元件的可选实施例中，涡流叶片布置在它的外周上，且各个涡流叶片在管反应器的环形空间上沿周向延伸大约120°。
通过使自由基引发剂的供给点区域的流动直径减小到自由流动直径的大约70％，可以进一步提高混合效果。这能够使流速增加到2倍，这同样可以大大有利于混合效果。
为了避免“死水”区域，从收缩部分上游的自由流动截面向收缩部分过渡的过渡部分形成总体角度为10°至70°，优选是20°至40°，这样，可以避免突然转变。特别优选是，该总体角度为30°。为了提高混合性能，在大约10至20倍管反应器直径(D)的混合部分长度上，保持着在自由基引发剂的供给点的下游的收缩部分的直径，在该10-20倍管反应器直径(D)的混合部分之后，该混合部分以小于20°的总体角度变宽，以便回到自由流动截面。为了防止在从较窄流动截面转变到较宽流动截面时由于速度减小而产生分层现象，优选是总体角度小于14°，这样，形成混合部分截面从管反应器直径D的0.7倍到管反应器直径D的逐渐过渡。
下面将借助于附图更详细地介绍本发明
附图中：
图1表示了混合部分的基本草图，其中有混合区域以及用于自由基引发剂的注入点；
图2表示了涡流产生部件；
图3表示了涡流元件的壳体；
图4和4.1表示了外部涡流元件；
图5和5.1表示了内部涡流元件；
图6和6.1表示了有利于流动的注入指；
图7表示了位于涡流发生器的下游和混合部分上游的自由基引发剂注入点；
图8表示了T形连接件；
图9、9.1和9.2表示了在流动截面中的内部涡流产生装置，其中有在自由基引发剂的注入点上游的90°和120°的叶片结构。
图1表示了混合部分的基本草图，其中有混合区域以及用于自由基引发剂的注入点。
在示意图1中表示的管反应器1可以是管反应器的一部分，通过本发明所述的方法在该管反应器中制备聚乙烯LDPE。管反应器1有进口截面2和出口截面3。在进口侧，管反应器1通过管路系统与用于供应反应剂的系统相连。包括新鲜气体的气流和未反应单体都被供给混合容器4内，该未反应单体通过高压回路而重新循环，该混合容器4作为具有缓冲剂的波动阻尼器。节流阀元件5可以布置在混合容器的上游。在混合容器4的下游，反应剂供给管路提供有压缩机6，反应剂(即通向管反应器1的流动介质)由该压缩机6压缩。
在供给区域11中，自由基引发剂通过自由基引发剂进口管路7而供给到管反应器1内部。为此，提供有供给管路系统7，自由基引发剂原料8通过节流阀元件9和位于该节流阀元件9下游的压缩机10而供给到供给点，在该供给点处，引发聚合反应的自由基引发剂被引入到管反应器1中的流动介质内。混合区域13沿流动方向12在供给区域11下游，优选是，该混合区域13的长度从管反应器1的直径(D)的10倍到20倍。以后面所述方式与被引入供给区域11内的自由基引发剂混合的流动流体介质通过该混合部分14。在所述管反应器1的直径D的10倍到100倍的长度之后，该混合部分13以小于20°(优选是小于14°)的总体角度而转变为管反应器1的直径D。
管反应器1的流动截面由参考标记D表示。管反应器1的出口端3与压力保持阀15相连，所获得的反应混合物通过该压力保持阀15而减压。这导致相位分离。
在用于制备LDPE的工业设备中，在基本草图1中所示的压力保持阀15作为反应阀和调节阀。在大规模生产中，通过该阀和下游的高压分离器19.1，流动的、含有乙烯的介质的一部分在冷却后通过高压回路19.3返回设备中，而获得的LDPE通向高压分离器19.1，随后，产品19.2从该高压分离器19.1中取出。
在工业设备中，管反应器的管反应器1在混合区域13和随后的混合部分14中提供有冷却壁18。冷却壁18通常设置成冷却套，它除去了一部分在流动介质和自由基引发剂之间的聚合反应中放出的反应热。其余的反应热保留在流动介质中。此外，当本发明的方法大规模应用时，分别形成反应级的多个管反应器1可以串联连接，混合部分14可以分别提供有冷气进口管路17a、17b。在混合部分14的开始处混入冷气流可以使在聚合反应中放出的另一部分热量在流动介质和自由基引发剂的流动混合物中平衡，该流动混合物适于进行转换。而且，自由基引发剂可以通过泵10而被引入冷气进口管路17b中。
图2表示了涡流产生部件的更详细的视图，该涡流产生部件例如可以安装在图1中示意表示的管反应器1中。
图2中所示的涡流元件20装于外管22中，该外管22再包围内管23。如图2示意所示，在内管23的外侧布置有涡流产生外部叶片25，该涡流发生外部叶片25的涡流叶片区域36沿涡流元件20的出口截面28的方向减小。2、3、4或更多外部涡流叶片25可以彼此相对地布置在内管23的外周上。如图2中的实施例所示，内管23的内部可以提供有内部涡流叶片26，这使得流过内管23的内部截面的流的一部分具有旋转运动，以便产生湍流，同时，流过在内管23和外管22之间的环形空间的流体介质部分通过位于内管23外周上的2、4或更多外部叶片25而形成沿周向方向的流动分量。因此，在涡流叶片的点34附近的出口截面28处有旋转流，该旋转流有相对于中心线29的周向分量。
图3表示了在图2中示意表示的涡流元件的壳体。
涡流元件20的壳体基本由位于两个凸缘21之间的外管22构成。进口截面27平行于涡流元件20的出口截面28，涡流元件20与中心线29同轴。外管22的内壁30表示了形成于内管23的外表面和外管22之间的环形间隙的外边界，固定在内管23的外周上的外部叶片25以螺旋方式通过该环形间隙。
图4和4.1更详细地表示了内管23，该内管23在圆周表面上彼此相对地布置有外部叶片。
在图4中所示的实施例中，彼此相对地固定在内管23外壁上的两个外部叶片25沿安装线35安装在内管23上。涡流叶片25以螺旋方式在内管23的外表面上沿安装线35延伸，同时这里所选的螺旋线有很大的节距。在内管的外壁33上还可以提供有超过如图4所示的两个外部叶片25的更多叶片，例如相对于中心线29以90°对称的四个甚至六个叶片。
图4.1表示了内管23的后部的平面图。在图4.1中，在内管的外壁33上的外部叶片25由涡流元件20的外管22包围。此外，在内管的内部中提供有内部涡流叶片26，该内部涡流叶片26沿内管23的内壁以扭曲方式在超过至少90°的区域上延伸。该区域也可以直到180°。还可以形成多个流动槽道。
图5和5.1表示了内部涡流叶片26的侧视图以及它的后视图。相对于它的中心线29，内部涡流叶片26有扭曲的内部涡流叶片表面37，如图5.1中所示，该内部涡流叶片表面37覆盖内管23的内表面的90°扇形部分。
外部叶片25和内部叶片26的螺旋节距有相同的意义；有彼此不同节距的外部叶片25和内部叶片26可以安装在涡流元件上，如图20所示。通过该结构，流过内管23内部的流动介质部分可以产生逆时针旋转，同时在内管的外壁33和外管22的内表面30之间流动的流体部分(即在环形空间内流动的流体部分)具有顺时针旋转分量。由图5的详图可以看见，外部涡流叶片和内部涡流叶片25和26的所有边缘(指向流动方向或逆着流动方向)都分别为流线形，以避免形成涡旋。
图6和6.1分别表示了用于自由基引发剂的引入元件的侧视图和平面图，优选是，该引入元件设置成有利于流动的注入指。
引入元件置于管反应器1的壁内，并有锥形顶端41。供给元件40有孔43，该孔43通过锥形且变窄的截面部分而转变为收缩孔，该收缩孔以角度45而与出口孔44连接。出口孔44的角度例如为与供给元件40的对称轴线成45°，该角度的范围也可以为0至180°。这样，可以将自由基引发剂倾斜引入到流动介质内。自由基引发剂透入旋转流动介质中的深度可以作为出口孔44的角度和截面面积以及冷气流17的流量的函数而进行调节，这样，自由基引发剂例如过氧化物透入流动介质的深度可以独立于所产生的湍流度而设置。在指形供给元件40的锥形顶端41处，用于自由基引发剂的出口孔44布置成这样，即，优选是使它的外周进入旋转的组合流的剪切间隙中。湍流和自由基引发剂的注入深度的参数使得在本发明的方法中以及在本发明的、用于制备聚乙烯的装置中能够高效地混合。在供给元件40的锥形顶端41上的出口孔44稍微偏离供给元件40的中心线。在供给元件(例如可以是注入指)40的顶端41处的出口孔44相对于该注入指的轴线而以从5°到80°(优选是45°)范围内的角度倾斜。当在没有冷气流17的情况下进行注入时，角度优选是从0至15°。当采用冷气流17时，该角度优选是45°，或者可以在30-60°的范围内选择，以防止引入的气流与壁接触。
其出口孔44指向流动介质的流动方向的、有利于流动的注入指防止在它的下游形成死水区域。这有利于防止由于流动中的涡流而形成的、具有相对较高自由基引发剂浓度的区域；否则，这样的高浓度将导致分解反应，该分解反应对LDPE的产品质量有严重的不利影响。
自由基引发剂也可以通过载体介质而被引入，而不是通过供给元件40而引入。因此，自由基引发剂例如过氧化物可以被引入在冷气进口管路17a、17b中的流动介质中，该流动介质再注入管反应器的注入区域11中，如图1所示。也可以不使用冷气作为自由基引发剂的载体介质，而是可以采用紧接在压缩机6下游分支出的冷乙烯作为自由基引发剂的载体介质。当利用冷气作为载体介质而引入自由基引发剂时，冷气和自由基引发剂可以在混合室中混合，该预混合流可以再在收缩处注入流动介质中，这样，当引入孔和引入角设计得合适时，在引入点获得很高冲力。
图7表示了自由基引发剂的注入点，该点位于涡流产生元件下游和混合部分的上游。
具有外部涡流叶片25的涡流元件20分配有孔51，该孔51凸出到收缩流动截面部分中，自由基引发剂通过该孔51被引入流动介质中。外部涡流叶片25布置在涡流元件20的外管22上，该涡流元件的长度为87，优选是大约为管反应器1的直径D的1到3倍。涡流元件20使流动介质旋转，该流动介质在经过收缩截面部分后以加速后的速度进入自由基引发剂的注入区域11。
在图7所示实施例中，孔51在管53的端部，该管由透镜(lens)形主体50包围，该透镜形主体50容纳于管反应器1的两部分之间。由于自由基引发剂的压力，它在不与管反应器的混合区域11的内壁52接触的情况下被注入流动介质中。在将自由基引发剂注入沿流动方向12、24流动的介质中后，反应混合物进入混合部分14中，该混合部分14可以随后增大流动截面(未示出)。
在图7所示的实施例中，引发剂也可以通过载体介质而引入(图1)，而代替纯自由基引发剂供给点72、81，该载体介质既可以是冷气17，也可以是在压缩机6上游分支的乙烯流。供给元件40的指形结构使得不会在下游的混合区域11中形成死水区域，因此，不会出现有相对较高自由基引发剂浓度的流动区域。
图8表示了在管反应器上的T形连接件，其中，两个反应剂流彼此混合。
在图8中所示的管反应器上，第一子流61和第二子流62以角度66流向在管反应器上的引入点。子流61、62的供给装置彼此所成的角度66为45°至135°，优选是90°。作为流动介质的反应剂的第一子流61经过第一截面收缩部分63，该第一截面收缩部分63设置成在管反应器上的锥形收缩部分64。反应剂的第二子流62与第一子流成90角沿垂直方向向下通过锥形部分67流向管反应器。在第二反应剂流在66处偏转90°并因此产生切向流69之前，作为流动介质的两个反应剂子流在经过相应的截面收缩部分63和67时产生加速。该切向流69在管反应器1的环形空间68内相对于第一子流61的流动方向沿周向产生。反应剂子流61、62由于以90°角度组合，因此，通过将切向流分量69引入沿管反应器流动的流体中而进行混合。
在管反应器的环形空间68中的、来自子流62的流体沿在管反应器内壁和插入元件65外壁之间的环形空间68流动，并在插入元件65端头处与子流61组合。组合流经过自由基引发剂例如过氧化物的供给点72，并进一步经过截面收缩部分71。优选是，该截面收缩部分71设置成这样，即，在自由基引发剂例如过氧化物的供给点72处的自由流动截面优选是管反应器直径D的0.7倍。因此，由反应剂子流61和62组成的旋转、加速和组合的组合流70进一步加速。当在管壁上的自由基引发剂的供给点72设置成指形的、有利于流动的注入元件40时，如图6和6.1所示，优选是自由基引发剂在剪切间隙处被引入具有剪切流分量69的旋转流中，这样，组合的反应剂流能够快速有效的混合。截面收缩部分71由原始的管反应器直径D转变为管反应器直径D的0.7倍处的总角度的范围为20°至40°，特别优选是总体角度为30°。
优选是，在自由基引发剂供给点72后面的混合部分的长度为管反应器直径D的10至20倍，但是也可以是管反应器直径D的100倍，在混合部分后面有过渡到原始管反应器直径D的过渡部分。从直径为管反应器直径D的0.7倍的混合部分到管反应器直径D的过渡部分优选是有类似于扩压器的结构，总体角度从10至20°，特别优选是，总体角度小于14°。
在图9.1和9.2中表示了用于制备聚乙烯的本发明装置的另一实施例。
在该实施例中，反应剂子流61作为单个子流输送到截面收缩部分41。在本实施例中，并不分成彼此成一定角度而进入进口点的子流61、62。
收缩部分71以30°的总体角度并以类似于图8所示实施例的方式转变为变窄的流动截面。在经过该收缩部分71之后，在管反应器中的流动截面为管反应器直径D的0.7倍，在自由基引发剂供给点81后面的整个混合部分上保持该值。混合部分的长度优选是管反应器直径D的10到20倍。收缩部分71的直径为管反应器1的直径D的大约0.2到0.95倍，优选是0.7倍。在收缩部分71上游的自由流动截面27以从10°至70°的总体角度而转变为收缩部分71。
在收缩部分71后面，涡流元件80安装在供给点81上游的管反应器的流动截面27中，在该收缩部分71处，流速增加到2倍。根据流动方向24，涡流元件80布置在自由基引发剂例如过氧化物的供给点81的上游。在图9.1所示的实施例中，两个涡流叶片82布置在涡流元件80的外周上。在该结构中，各涡流叶片环绕涡流元件80s的外周表面而延伸90，这样，以增大的流速进入的流体流产生旋转。安装在涡流元件80外表面上的涡流叶片82的端头与包围该涡流元件80的管反应器1的内部接触。在涡流元件80的外表面84上的叶片82的边缘85形成密封件，这样，迫使经过涡流元件80的流体通过在外表面84和管反应器内壁之间的环形空间，从而保证在通过涡流元件80的过程中产生沿周向的流动分量。
如图9.2所示，一个可选实施例包括在收缩部分71下游的管反应器区域中安装涡流元件80，同时涡流叶片82安装在涡流体80的外表面84上，这时该涡流叶片环绕涡流元件80的外周表面84而延伸120°，如参考标号88所示。在本发明的该实施例中，也使反应剂流旋转，自由基引发剂在引入点81处被引入该反应剂流中，因此，明显提高了自由基引发剂例如过氧化物在引入点31下游的混合状态。湍流度首先受到涡流叶片82的节距以及涡流元件的长度87的影响。其次，通过设计收缩部分71以加速反应剂流，可以优化所获得的混合效果。
涡流元件(20、80)在它们的外周上有涡流叶片(25、82)，各个涡流叶片在管反应器(1)的环形空间(68)中沿周向延伸45到360°，优选是90°。或者，各个涡流叶片在管反应器1的环形空间68中沿周向延伸45到360°，优选是120°。
除了混合参数，重要参数还有混合区域的长度以及流动介质的加速度。
图8以及图9.1和9.2所示实施例的公共方面是：首先，通过引入反应剂子流61和62可以产生旋转；其次，通过使子流成一定角度组合，可以获得旋转流；第三，通过位于流动截面中的涡流元件20、80可以使流体旋转，自由基引发剂将被引入该流体中。自由基引发剂可以不与冷乙烯一起引入，也可以与冷乙烯一起引入。
在稍微改变已有设备后，用于产生旋转的本发明内部结构也可以通过改型而用于该已有设备，以便增加它们的效率。
参考标号表
1.管反应器；2.进口；3.出口；4.混合容器；5.节流阀元件；6.压缩机；7.自由基引发剂的进口管路；8.引发剂储器；9.节流阀元件；10.压缩机；11.注入区域；12.流动方向；13.混合区域；14.混合部分；15.阀；16.流动截面；17a.冷气进口管路；17b.冷气进口管路；18.冷却壁19.新鲜气体供给；19.1分离器；19.2产品；19.3高压重新循环；20.涡流元件；21.凸缘；22.外管；23.内管；24.流动方向；25.外部涡流叶片；26.内部涡流叶片；27.进口截面；28.出口截面；29.中心线；30.内壁；31.外壁；32.；33.内管的外壁；34.涡流叶片点；35.安装线；36.；37.内部涡流叶片的表面；40.供给元件；41.锥形顶端；42.；43.孔；44.出口孔；45.角；50.注入透镜；51.孔；52.内壁；53.管；60.T形件；61.第一子流；62.第二子流；63.截面收缩部分；64.锥形部分；65.插入件；66.90o尺寸；67.锥形部分；68.环形空间；69.切向流；70.组合流；71.组合流的截面收缩部分；72.自由基引发剂的注入；73.剪切间隙；80.涡流元件；81.自由基引发剂的注入；82.涡流叶片；83.90o涡流叶片；84.涡流元件的外表面；85.叶片边缘；86.环形空间；87.涡流元件的长度；88.120°涡流叶片

Claims (28)

1.一种用于在管反应器(1)中制备聚乙烯或与高压釜组合而制备聚乙烯的方法，在该方法中，在供给点(72)处将自由基引发剂引入包括乙烯并可能有共聚单体的流动介质中，该流动介质被分成两个子流(61、62)，该方法至少包括以下步骤：
通过使待混合的两个子流(61、62)以一定角度(66)混合而产生旋转，所述两个子流(61、62)混合后形成组合流(70)，
在供给点(72)上游，在管反应器(1)中设有截面收缩部分(63、67)，所述子流(61、62)在混合之前流过截面收缩部分(63、67)；
将自由基引发剂通过在供给点(72)处的一个出口孔(44)而引入组合流(70)中，其中，该出口孔(44)偏离用于引入自由基引发剂的供给元件(40)的中心线并指向流动介质的流动方向；
在自由基引发剂与组合流(70)混合的混合区域下游方向提供加宽截面的出口。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：多个管反应器(1)串联连接，且管反应器(1)的混合部分(14)分别有冷气进口管路(17a)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中：通过冷却壁(18)和引入冷气流(17)而除去反应热。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中：将自由基引发剂通过载体介质、冷气流(17)或在压缩前分支的所述流动介质的一个冷的子流而供给注入区域(11)。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中：自由基引发剂的供给点(72)位于使子流(61、62)产生旋转的点的下游。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中：在供给元件(40)上的出口孔(44)的几何尺寸可以影响自由基引发剂注入子流(61、62)或组合流(70)中的深度。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中：子流(61、62)的供给装置彼此所成的角度(66)为45°至135°。
8.根据权利要求7所述的方法，其中：所述角度(66)为90°。
9.一种用于在管反应器(1)中制备聚乙烯或与高压釜组合而制备聚乙烯的方法，在该方法中，在供给点(81)处将自由基引发剂引入包括乙烯并可能有共聚单体的流动介质中，该方法至少包括以下步骤：
通过涡流元件(20)而在所述流动介质中产生旋转；
在供给点(81)上游，在管反应器(1)中设有截面收缩部分(71)，在到达自由基引发剂供给点(81)之前，所述流动介质经过截面收缩部分(71)；
将自由基引发剂通过一个出口孔(44)而引入所述流动介质中，其中，该出口孔(44)偏离用于引入自由基引发剂的供给元件(40)的中心线并指向流动介质的流动方向；
在自由基引发剂与流动介质混合的混合区域下游方向提供加宽截面的出口。
10.根据权利要求9所述的方法，其中：多个管反应器(1)串联连接，且管反应器(1)的混合部分(14)分别有冷气进口管路(17a)。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中：通过冷却壁(18)和引入冷气流(17)而除去反应热。
12.根据权利要求9或10所述的方法，其中：将自由基引发剂通过载体介质、冷气流(17)或在压缩前分支的所述流动介质的一个冷的子流而供给注入区域(11)。
13.根据权利要求9或10所述的方法，其中：自由基引发剂的供给点(81)位于使所述流动介质产生旋转的点的下游。
14.根据权利要求9或10所述的方法，其中：在供给元件(40)上的出口孔(44)的几何尺寸可以影响自由基引发剂注入所述流动介质中的深度。
15.一种用于在管反应器中制备聚乙烯的装置，在该装置中，将自由基引发剂供给含有乙烯并可能含有共聚单体的流动介质中，该流动介质分为两个子流(61、62)，且流动介质通过具有变化流动截面(27)的管反应器(1)而输送，将自由基引发剂引入到管反应器(1)内自由基引发剂与流动介质混合的混合区域(13)内，其中，流动介质的子流(61、62)彼此成一定角度(66)而相互冲击，或者在流动截面(27、28)中布置涡流元件(20、80)，且具有用于自由基引发剂的、偏离用于引入自由基引发剂的供给元件(40)的中心线的出口孔(44)的注入指位于旋转的组合流(70)中的收缩部分(71)的下游。
16.根据权利要求15所述的装置，其中：在注入指的顶端(41)处的出口孔(44)相对于该注入指的轴线而以从5°到80°范围内的角度倾斜。
17.根据权利要求16所述的装置，其中：所述角度是45°。
18.根据权利要求15至17之一所述的装置，其中：涡流元件(20、80)在它们的外周上有涡流叶片(25、82)，各个涡流叶片在管反应器(1)的环形空间(68)中沿周向延伸45到360°。
19.根据权利要求18所述的装置，其中：所述涡流叶片(25、82)在环形空间(68)中沿周向延伸90°。
20.根据权利要求15至17之一所述的装置，其中：涡流元件(20、80)在它们的外周上有涡流叶片(25、82)，各个涡流叶片在管反应器(1)的环形空间(68)中沿周向延伸45到360°。
21.根据权利要求20所述的装置，其中：所述涡流叶片(25、82)在环形空间(68)中沿周向延伸120°。
22.根据权利要求15至17之一所述的装置，其中：收缩部分(71)的直径为管反应器(1)的直径D的0.2到0.95倍。
23.根据权利要求22所述的装置，其中：收缩部分(71)的直径为管反应器(1)的直径D的0.7倍。
24.根据权利要求15至17之一所述的装置，其中：在收缩部分(71)上游的自由流动截面(27)以从10°至70°的总体角度而转变为收缩部分(71)。
25.根据权利要求24所述的装置，其中：该总体角度为30°。
26.根据权利要求15至17之一所述的装置，其中：在所述管反应器(1)的直径D的10倍到100倍的长度的混合部分(13)上，在自由基引发剂的供给点(72、81)的下游的收缩部分(71)的直径为管反应器(1)的直径D的0.7倍且保持不变。
27.根据权利要求15至17之一所述的装置，其中：在所述管反应器(1)的直径D的10倍到100倍的长度之后，该混合部分(13)以小于20°的总体角度而转变为管反应器(1)的直径D。
28.根据权利要求27所述的装置，其中：所述总体角度小于14°。
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