ES2257455T3 - Dispositivo para la alimentacion de los iniciadores de reactores. - Google Patents

Abstract

Un proceso para preparar el polietileno en reactores de tubo y/o en combinación con autoclaves, en el que se introduce un iniciador radical en un medio de flujo que contenga etileno y, opcionalmente, comonómeros, y que comprende al menos los siguientes pasos: - generación de la rotación mediante la mezcla de dos corrientes (61, 62) en un ángulo (66) o generación de rotación en el medio de flujo (61) mediante elementos de remolino, - previsión de un estrechamiento transversal (63, 67; 71) con una zona de admisión corriente arriba respecto al punto de alimentación (72, 81) para un iniciador libre hacia un tubo de reacción, - introducción del iniciador radical mediante un orificio de salida desplazado del centro (44) en el medio rotativo fluyente (61, 62; 70) y, - disposición de una zona de mezcla corriente abajo y de un ensanchamiento transversal con una salida.

Description

Dispositivo para la alimentación de los iniciadores de reactores.

La presente invención trata de un aparato para la alimentación de los iniciadores de reactores, por ejemplo, para alimentar reactores de alta presión con peróxido para dar lugar a LDPE.

El polietileno (PE) es uno de los plásticos más importantes y posee una alta resistencia frente a los ácidos acuosos y las lejías. El plástico presenta unas propiedades eléctricas buenas, así como una constante dieléctrica baja y una resistencia específica alta. Además, este plástico combina buenas propiedades mecánicas, como una elevada resistencia de impacto, con densidades bajas, lo que lo hace adecuado para su utilización en muchos campos industriales. Por ello, se fabrican aspas y artículos de consumo de uso doméstico e industrial a partir de PE; el polietileno también se utiliza para el aislamiento de cables y el revestimiento de tuberías. El polietileno de baja densidad (LDPE) presenta una transparencia elevada debido a su bajo contenido cristalino de sólo el 50-70% comparado con el polietileno de alta densidad (HDPE), cuyo contenido cristalino es del 70-90%, y esto favorece su empleo como un material de película. Un método extensamente usado para producir películas de polietileno es el calandrado, mediante el que se pueden fabricar películas de polietileno con grosores en el rango de 0,05 a 1 mm. Mediante el calandrado, el termoplástico es estirado por muchos rollos entre los que el termoplástico se moldea hasta dar lugar a una película cada vez más fina. Después de la salida de la calandra, la película se enfría en rollos de refrigeración y se enrolla posteriormente.

Un proceso para preparar LDPE es el proceso de reactor de tubo. Al comienzo de la polimerización, se introducen iniciadores de peróxido en forma líquida en el reactor de tubo. En comparación con la cantidad de etileno, el caudal másico del iniciador de peróxido resulta pequeño. Una característica del iniciador utilizado es que se descompone rápidamente en radicales libres en las condiciones que prevalecen en el reactor de tubo. Para alcanzar una eficacia alta de estos iniciadores, por ejemplo el peróxido, así como para garantizar una conversión elevada, propiedades mejoradas del polímero y un funcionamiento más estable del reactor, resulta ventajoso mezclar los reactivos muy rápidamente.

En la EP 0 980967 se da a conocer un proceso para preparar homopolímeros y copolímeros de etileno en un reactor de tubo en presiones por encima de los 1000 bares y temperaturas en el rango de 120ºC a 350ºC mediante polimerización radical. En primer lugar se introducen pequeñas cantidades de iniciadores de radicales libres en un medio de flujos compuesto por etileno, reguladores de masa molar y, opcionalmente, polietileno, después de lo cual tienen lugar la polimerización. Según este proceso, el medio de flujos se divide, en primer lugar, en dos elementos de volumen que fluyen separadamente el uno al otro y los elementos de volumen que fluyen por separado se disponen, luego, en contrarrotación relativa mediante los elementos de direccionamiento de flujo apropiados. A continuación, los elementos de volumen fluyentes de manera contrarrotatoria se recombinan para formar un medio de flujo y, al mismo tiempo o un poco después de la combinación de los elementos de volumen fluyentes de manera contrarrotatoria, se introduce el iniciador radical en la región de separación entre los elementos de volumen fluyentes de manera contrarrotatoria. En la EP 0 980 967 también se da a conocer un aparato para realizar este proceso. Mediante el incremento de la velocidad de flujo en la zona de mezclado se logró una mejora de la mezcla del iniciador introducido y, asociado a esto, una mejora de la calidad de producto.

La eficacia del iniciador radical escogido depende de la rapidez con la que se puede mezclar con el medio de reacción inicialmente presente en un caso individual. Para tal objetivo se utilizan en las plantas industriales los dedos de inyección para la fabricación de polietileno.

En la EP 0 449 092 A1 se describe la introducción de iniciadores radicales, mezclas de iniciadores o soluciones de iniciadores en solventes orgánicos mediante dedos de inyección en una pluralidad de puntos a lo largo de un reactor.

Se conoce por la US 4,135,044 y la US 4,175,169 que un diámetro de tubo relativamente pequeño en las zonas de iniciación y de reacción de un reactor de alta presión, en relación con el diámetro de tubo largo de la zona refrigerante, posibilita la producción de productos con propiedades ópticas muy buenas con altas prestaciones y con una caída de presión relativamente pequeña a lo largo de la longitud del reactor.

Por último, en la US 3,405,115 se da a conocer que una iniciación uniforme de la reacción de polimerización y una mezcla óptima de los componentes de reacción, resulta muy importante para la calidad del polietileno obtenido, para altas producciones del reactor y para lograr un funcionamiento uniforme del reactor. Según esta solución, los iniciadores se mezclan con subcorrientes de etileno frío en una cámara de mezcla especial, y solo entonces se introducen en el reactor real. En la cámara de mezclado, el fluido, en la que el iniciador no se descompone debido a las bajas temperaturas que se dan allí, se desvía múltiples veces y se pasa por los canales.

En vista de las soluciones señaladas, conocidas en el estado de la técnica, el objeto de la invención es el de optimizar más la introducción de un iniciador radical en un medio de flujo con el fin de proporcionar una velocidad de mezclado tan alta como sea posible.

Según la invención este objeto se consigue mediante un proceso para preparar el polietileno en reactores de tubo y/o en combinación con autoclaves, en el que se introduce un iniciador radical en un medio de flujo que contenga etileno y, opcionalmente, comonómeros, y que comprende al menos los siguientes pasos:

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generación de la rotación mediante la mezcla de dos corrientes en un ángulo o generación de rotación en el medio de flujo mediante elementos de remolino,

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previsión de un estrechamiento transversal con una zona de admisión corriente arriba respecto al punto de alimentación para un iniciador libre hacia un tubo de reacción,

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introducción del iniciador radical en el flujo rotativo del medio de flujo,

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disposición de una zona de mezcla corriente abajo y de un ensanchamiento transversal con una salida.

La ventaja particular del método acorde a la invención consiste en que se puede conseguir una introducción más ahorrativa de iniciador radical si se aumenta la eficacia del mezclado. La generación de rotación en el medio de flujo aumenta la turbulencia, lo que resulta per se en una mejora de la eficacia del mezclado mediante el intercambio de impulso transversal en los fluidos de mezcla. El proceso acorde a la invención posibilita la preparación de polietilenos que pueden utilizarse para producir películas con una considerable mejora de sus propiedades ópticas, especialmente en lo que respecta a la transparencia, debido a las reducidas proporciones de material de elevado peso molecular. La solución proporcionada por la invención y la mezcla rápida del medio de flujo que contiene polietileno con el iniciador radical, permite la consecución de un funcionamiento del reactor significativamente más estable bajo temperaturas máximas extraordinariamente altas sin que el producto final tienda a descomponerse. Además, se puede conseguir una subida más rápida de la temperatura del reactor y un mejor comportamiento de iniciación a baja temperatura de la polimerización al utilizar iniciadores que se descomponen a bajas temperaturas. Otra ventaja del proceso acorde a la invención es el extremadamente corto tiempo de mezcla comparado con la vida media del iniciador.

En otra ejecución de la idea subyacente de la invención, el punto de alimentación para el iniciador radical se encuentra corriente abajo del punto en el que se genera la rotación en el medio de fluido. Esto asegura que el iniciador radical introducido en el medio de flujo por el punto de alimentación, entre en un medio de flujo que ya esté en estado de turbulencia, de manera que se reduzca el tiempo de mezcla y se mejore de manera considerable la eficacia de mezcla.

La geometría del orificio de alimentación del elemento de alimentación para el iniciador radical en el interior del medio rotatorio fluyente, posibilita el control de la profundidad a la que el iniciador radical se inyecta en el medio de flujo. Si se escoge un orificio de introducción particularmente pequeño en el dedo de inyección para el iniciador radical, se puede inyectar con bastante profundidad un chorro fino del iniciador radical, en relación con la sección transversal del tubo, en el medio de flujo. Dependiendo de la velocidad de flujo del medio de flujo, la profundidad de inyección del iniciador radical, y por tanto la eficacia de mezclado que se puede lograr, puede influenciarse de manera positiva y emparejarse gracias a la geometría escogida para el orificio de alimentación.

En una variante de ejecución del proceso acorde a la invención, los dispositivos de alimentación para las subcorrientes del medio de flujo, se disponen en un ángulo de 90ºC respecto el uno al otro. Así se consigue generar un componente de flujo tangencial en la corriente resultante del medio de flujo, y dicho componente de flujo genera una rotación circunferencial en la corriente combinada del medio de flujo, que resulta apropiada para la consecución del flujo turbulento. Antes de que las subcorrientes del medio de flujo se combinen en un ángulo de 90ºC, cada una de ellas pueden pasar a través de una reducción del área transversal, de manera que la velocidad de flujo, dependiendo de la proporción de paso libre a reducido de flujo que se produzca en el área transversal, pueda doblarse. Si las subcorrientes del medio de flujo rotante se combinan dentro del tubo de reacción, se puede conseguir un aumento adicional de la turbulencia del medio de flujo si se prevé una reducción del área transversal adicional corriente arriba respecto al punto de alimentación para el iniciador radical, después del paso por un espacio anular.

La introducción del iniciador radical en el punto de alimentación se produce preferiblemente por una ranura de corte del medio de flujo rotante que gira en la dirección circunferencial en la sección transversal de flujo en relación con la posición del punto de alimentación para el iniciador radical.

Otra variante de la generación de un flujo rotativo comprende la previsión de elementos de remolino en la sección transversal de flujo libre por la que pasa el medio de flujo y en la que el medio de flujo se hace rotar en dirección circunferencial en la sección transversal de flujo, de manera que aparezcan ranuras de corte.

La rotación en el medio de flujo se puede generar, por un lado, de tal modo que una corriente principal se vea rodeada en su superficie cilíndrica externa imaginaria, es decir, la superficie de corte, por una corriente anular que haya sido puesta en rotación relativa a la corriente principal. La corriente anular que rodea la corriente principal puede girar, tanto en el sentido de las agujas del reloj como en el sentido contrario a las agujas del reloj, alrededor de la corriente principal. Por otro lado, también resulta viable hacer que la corriente principal rote y genere una rotación contraria a la rotación de la corriente principal en una corriente que rodee la corriente principal.

El objeto de la presente invención se logra también mediante un aparato para preparar el polietileno en reactores de tubo, en el que un iniciador radical se introduce en un medio de flujo que contenga etileno y, opcionalmente, comonómeros y en el que el medio de flujo se transporta a través de un tubo de reacción que posee una sección transversal de flujo cambiante y un iniciador radical se introduce en una región de mezclado del tubo de reacción, y las subcorrientes del medio de flujo inciden entre sí en un ángulo determinado o en el que en la sección transversal de flujo se ubican elementos generadores de remolinos, donde un elemento de alimentación presenta un orificio de admisión descentrado para un iniciador radical que se encuentra localizado corriente debajo respecto a una río abajo de una reducción en el flujo de rotación.

El aparato acorde a la invención para la preparación de polietileno ofrece una enorme eficacia de mezcla a causa de la introducción del iniciador radical mediante las ranuras de corte del flujo rotativo, que no solo tienen un componente de flujo axial, sino también componentes de flujo en la dirección circunferencial. Los componentes de flujo en el impulso de efecto de la dirección circunferencial, se intercambian transversalmente a la dirección de flujo y, de este modo, proporcionan la base para la mezcla eficaz de una pluralidad de materiales.

En una ejecución preferida del aparato acorde a la invención presente, el orificio de salida en el extremo del elemento de alimentación, configurado a modo de dedo de inyección apropiado para el flujo, se encuentra inclinado preferentemente en 45ºC respecto al eje del dedo. Dependiendo del diámetro transversal del orificio, resulta viable cualquier ángulo desde lo 0ºC a los 90ºC. Los elementos de remolino, ubicados en la sección transversal de flujo libre, en el tubo de reacción, presentan, sobre su circunferencia externa, aspas de remolino que se extienden sobre un espacio anular del tubo de reacción, en cada caso en unos 90ºC en la dirección circunferencial. En una ejecución alternativa de un elemento de remolino, las aspas de remolino se disponen sobre su circunferencia externa, de manera que se extienden sobre un espacio anular del tubo de reacción en, en cada caso, unos 120ºC en la dirección circunferencial.

Otro perfeccionamiento de la eficacia de mezclado se puede lograr reduciendo en un 70% el diámetro de flujo libre del diámetro de flujo en la región del punto de alimentación para el iniciador radical. Esto facilita el incremento de la velocidad de flujo en un factor de 2, lo que contribuye enormemente a la eficacia de mezclado.

Para evitar zonas de aguas muertas, la transición desde la sección transversal del flujo libre situada corriente arriba a la reducción del área de este último, forma un ángulo total de 20 a 40 grados, todo con el fin de evitar una transición abrupta. El ángulo total es, de manera particularmente preferente, de 30 grados. Para mejorar el comportamiento de mezclado, el diámetro de la reducción del área corriente abajo respecto al punto de alimentación para el iniciador radical, se mantiene a lo largo de una longitud de sección de mezclado de aproximadamente 10 a 20 diámetros de tubo (D). Después de esta sección de mezcla de 10 a 20 diámetros de tubo (D), la sección de mezcla se ensancha en un ángulo total de menos de 20 grados de vuelta hacia la sección transversal de flujo libre. Para prevenir fenómenos de desintegración en la transición desde la sección transversal de flujo más estrecha hasta la sección transversal de flujo más ancha como consecuencia de la disminución en la velocidad, el ángulo total es preferentemente de menos de 14 grados, de manera que tenga lugar una transición gradual desde la sección transversal de la sección de mezcla de 0,7xD a D.

La invención se describe a continuación en más detalle con la ayuda del gráfico.

Muestra:

Figura 1 un diagrama esquemático de una sección de mezcla con una región de mezcla y un punto de inyección para un iniciador radical.

Figura 2 un componente generador de remolino.

Figura 3 una cubierta del elemento de remolino.

Figura 4, 4.1 un elemento de remolino exterior.

Figura 5, 5.1 un elemento de remolino interior.

Figura 6, 6.1 un dedo de inyección apropiado para el flujo.

Figura 7 un punto de inyección para un iniciador radical localizado corriente abajo respecto a un generador de remolino y corriente arriba respecto a una sección de mezcla.

Figura 8 una pieza de conexión en forma de T.

Figuras 9, 9.1, 9.2 elementos internos generadores de remolino en una sección transversal del flujo con configuraciones de aspas de 90 y 120 grados corriente arriba respecto al alimentador de un iniciador radical.

En la figura 1 se representa un diagrama esquemático de una sección de mezcla con una región de mezcla y un punto de inyección para un iniciador radical.

El tubo de reacción 1 representado en el diagrama esquemático de la figura 1 puede ser la parte de un reactor de tubo en el que se prepara el polietileno LDPE mediante el proceso propuesto por la invención. El tubo de reacción 1 tiene una sección transversal de admisión 2 y una sección transversal de escape 3. Por el lado de admisión, el tubo de reacción 1 está conectado mediante un sistema de conductos a un sistema para suministrar reactantes. En el depósito de mezcla 4 se introduce una corriente que contiene gas fresco y un monómero no reaccionado recirculado a través del circuito de retorno de alta presión a modo de regulador de fluctuación con amortiguador. Se puede encontrar un elemento estrangulador 5 corriente arriba respecto al depósito de mezcla. Corriente abajo respecto al depósito de mezcla 4, el conducto de alimentación para reactantes presenta un compresor 6 mediante el cual los reactantes, es decir, el medio de flujo que se dirige hacia el tubo de reacción 1, se comprimen.

En la región de alimentación 11, un iniciador radical es introducido mediante un conducto de entrada de iniciador radical 7 en el interior del tubo de reacción 1. Para ello se prevé un sistema de conductos de alimentación 7 mediante el cual se proporciona una reserva 8 de un iniciador radical a través de un elemento estrangulador 9 y un compresor 10 ubicados corriente abajo respecto al punto de alimentación en el que el iniciador radical, que inicia la reacción de polimerización, se introduce en el medio de flujo en el tubo de reacción 1. A la región de alimentación 11 le sigue, en la dirección de flujo 12, una región de mezcla 13 que, preferentemente, posee una longitud de 10x a 20x el diámetro (D) del tubo de reacción 1. El medio de fluido fluyente que se mezcla de la manera indicada más abajo con el iniciador radical introducido en la región de alimentación 11, pasa a través de la sección de mezcla 14.

La sección transversal de flujo del tubo de reacción 1 se indica con los símbolos de referencia 16 o D. El extremo de salida 3 del tubo de reacción 1 se cierra gracias a una válvula de mantenimiento de presión 15 mediante la que la mezcla de reacción obtenida se despresuriza. Esto da lugar a la separación de fases.

En las plantas industriales para preparar LDPE, la válvula de mantenimiento de presión 15 mostrada en el diagrama esquemático de la figura 1 funciona a modo de válvula de respuesta y válvula de regulación. Mediante esta válvula y un separador de alta presión 19.1 colocado a continuación (corriente abajo), parte del medio fluyente con contenido de etileno, a escala industrial, devuelto, después de la refrigeración, a la planta por un circuito de alta presión 19.3, y el LDPE obtenido se pasa a un separador de alta presión 19.1 desde el que el producto 19.2 es posteriormente extraído.

En las plantas industriales, se prevé el tubo de reacción 1 de un reactor de tubo en la región de mezcla 13 y en la sección de mezcla 14 siguiente con pared de refrigeración 18. La pared de refrigeración 18 está configurada por lo general a modo de camisa de refrigeración que elimina parte del calor de reacción producido durante la reacción de polimerización entre el medio de flujo y el iniciador radical. El resto del calor de reacción permanece en el medio de flujo. Además, cuando el proceso acorde a la invención se aplica a escala industrial, en cuyo caso una pluralidad de tubos de reacción 1, cada uno de ellos formando una etapa de reacción, se puede conectar en serie, cada una de las secciones de mezcla 14 puede estar prevista de conductos de admisión de gas frío 17a, 17b. La mezcla en una corriente fría de gas al comienzo de las secciones de mezcla 14 permite que otra parte del calor desarrollado en la reacción de polimerización se compense en la mezcla fluyente del medio de flujo e iniciadores radicales, lo que resulta importante para la conversión. Además, el iniciador radical se puede introducir en la corriente fría de gas 17b mediante la bomba 10.

La figura 2 muestra una vista más detallada de un componente generador de remolino que, por ejemplo, puede instalarse en el tubo de reacción 1 mostrado esquemáticamente en la figura 1.

El elemento de remolino 20 representado en la figura 2 se encuentra montado en un tubo externo 22. El tubo externo 22 a su vez incluye un tubo interno 23. Sobre el exterior del tubo interno 23 se encuentran ubicadas, como se muestra en la figura 2 de manera esquemática, unas aspas exteriores generadoras de remolino 25 cuya superficie de aspa de remolino 36 disminuye en la dirección de la sección transversal de salida 28 del elemento de remolino 20. Sobre la circunferencia externa del tubo interno 23 pueden ubicarse, de manera opuesta las unas respecto a las otras, 2, 3, 4 o más aspas exteriores de remolino 25. El interior del tubo interno 23 puede, como se muestra en la variante de la forma de ejecución de la figura 2, estar previsto con un aspa interior de remolino 26. Esto e proporciona a la parte de la corriente que pasa por la sección transversal interior del tubo interno 23, un movimiento rotatorio para generar el flujo turbulento, mientras que la parte del medio fluido que pasa por el espacio anular entre el tubo interno 23 y el tubo externo 22, está provista con un componente de flujo en la dirección circunferencial mediante las 2, 4 o más aspas exteriores 25 ubicadas sobre la circunferencia externa del tubo interno 23. En la sección transversal de salida 28 en la región del extremo de las aspas de remolino 34, se encuentra, correspondientemente, un flujo rotativo que posee un componente circunferencial relativo al eje 29.

La figura 3 muestra la carcasa del elemento de remolino representado esquemáticamente en la figura 2.

La carcasa del elemento de remolino 20 consiste, esencialmente, del tubo externo 22, que se encuentra entre dos rebordes 21. La sección transversal de admisión 27 es paralela a la sección transversal de salida 28 del elemento de remolino 20 coaxial al eje 29. La pared interior 30 del tubo externo 22 representa el límite externo de un hueco anular que se forma entre la superficie externa del tubo interno 23 y el tubo externo 22 y por el cual pasan las aspas exteriores 25 en forma de hélice, que están sujetas a la circunferencia externa del tubo interno 23.

Las figuras 4 y 4.1 muestran con más detalle un tubo interno 23 equipado con aspas exteriores ubicadas de manera opuesta una respecto a la otra sobre la superficie circunferencial.

Las aspas exteriores 25, de las cuales, según la representación de la figura 4, dos se encuentran fijadas de manera opuesta entre sí sobre la pared externa del tubo interno 23, se encuentran unidas al tubo interno 23 a lo largo de una línea de intersección 35. Las aspas de remolino 25 se extienden a lo largo de la línea de intersección 35 sobre la superficie externa del tubo interno 23 en forma de hélice, con la línea de hélice seleccionada conformada por una pendiente alta. También cabe la posibilidad de equipar más de las dos aspas exteriores 25 mostradas en la figura 4 en la pared exterior 33 del tubo interno, por ejemplo, cuatro o hasta seis aspas simétricas a 90 grados respecto al
eje 29.

La figura 4.1 muestra una vista en planta de la parte trasera del tubo interno 23. En la figura 4.1, las aspas exteriores 25 sobre la pared exterior 33 del tubo interno se encuentran rodeadas por el tubo externo 22 del elemento de remolino 20. Además, se prevén, en el interior del tubo interno, un aspa de remolino interior 26 que se extiende de manera retorcida sobre una región de al menos 90 grados a lo largo de la pared interior del tubo interno 23. Esta región puede ser, también de hasta 180 grados. También cabe la posibilidad de formar una pluralidad de canales de flujo.

Las figuras 5 y 5.1 muestran una vista lateral de un aspa de remolino interior 26, así como una vista trasera de esta. En relación con su eje 29, el aspa de remolino interior 26 presenta una superficie interior torcida del aspa de remolino 37 que, como se puede ver en el Figura 5.1, cubre un sector de 90 grados de la superficie interior del tubo interno 23.

Las pendientes en forma de hélice de las aspas exteriores 25 y las aspas interiores 26 siguen pendientes contrarias; las aspas exteriores 25 y las aspas interiores 26 pueden montarse, unas respecto a las otras, en un elemento de remolino, conforme a la figura 20, con diferentes pendientes entre ellas. Gracias a esta configuración, el componente del medio de flujo que fluye por el interior del tubo interno 23 puede adoptar una rotación en sentido contrario a las agujas del reloj, mientras el componente de fluido que fluye entre la pared exterior 33 del tubo interno y la superficie interior 30 del tubo externo 22, es decir, en el espacio anular, presenta un componente de rotación en el sentido de las agujas del reloj. En los detalles de la figura 5, se puede observar que todos los bordes de las aspas de los remolinos exteriores e interiores 25 y 26, respectivamente, ya señalen en la dirección de flujo o en la dirección contraria al flujo, son aerodinámicos para evitar la formación de remolinos.

Las figuras 6 y 6.1 muestran una vista lateral y una vista en planta, respectivamente, de un elemento de alimentación para los iniciadores radicales, que, preferentemente, está configurado a modo de dedo de inyección apropiado para el flujo.

El elemento de alimentación se empotra en la pared del tubo de reacción 1 y está previsto con una punta cónica 41. El elemento de alimentación 40 presenta un agujero 43 que, mediante un estrechamiento cónico de la sección transversal, se transforma en un agujero estrechado, conectado por un orificio de salida 44 en un ángulo 45. El ángulo del orificio de salida 44 es, por ejemplo, de 45 grados respecto al eje de simetría del elemento de alimentación 40, donde existe la posibilidad de una gama angular de 0 a 180 grados, de manera que se pueda lograr una introducción oblicua de un iniciador radical en un medio de flujo. La profundidad a la que penetra el iniciador radical en el medio de flujo que gira puede ajustarse en función del ángulo y el área de la sección transversal del orificio de salida 44 y el flujo de la corriente fría de gas 17, de manera que la profundidad a la que penetra el iniciador radical, por ejemplo el peróxido, en el medio de flujo pueda ajustarse independientemente del grado de turbulencia generado. En la punta cónica 41 del elemento de alimentación en forma de dedo 40, el orificio de salida 44 para el iniciador radical está colocado de manera que su circunferencia entre preferentemente en una ranura de corte en el medio de flujo rotante. La turbulencia de parámetros y la profundidad de inyección del iniciador radical dan lugar a la alta eficacia de mezcla en el proceso propuesto según la invención y el aparato para la preparación de polietileno propuesto según la invención. El orificio de salida 44 en la punta cónica 41 del elemento de alimentación 40 está ligeramente fuera del eje del elemento de alimentación 40. Cuando se lleva a cabo la inyección sin una corriente fría de gas 17, el ángulo es de, preferentemente, 0 a 15 grados. Cuando se utiliza una corriente fría de gas 17, el ángulo es de, preferentemente, 45 grados, o se puede seleccionar dentro de la gama de 30 a 60 grados con el fin de impedir que la corriente introducida entre en contacto con la pared.

El dedo de inyección apropiado para el flujo 40, cuyo orificio de salida 44 apunta en dirección al flujo del medio de flujo evita la formación de zonas de aguas muertas corriente abajo respecto a este. De este modo se evita de manera ventajosa la formación de zonas en las que se produzcan concentraciones relativamente elevadas del iniciador radical como resultado de los remolinos en el flujo; de otra forma, tales concentraciones elevadas darían lugar a reacciones de descomposición que tienen un severo efecto adverso en la calidad de producto del LDPE.

En lugar de la introducción del iniciador radical a través del dedo de inyección 40, el iniciador también puede introducirse mediante un medio portador. Así, el iniciador radical, por ejemplo el peróxido, puede introducirse en el medio de flujo en el conducto de admisión de gas frío 17, que luego tendría que se trasladado, como se muestra en la figura 1, en la región de inyección 11 del tubo de reacción. En lugar de gas frío como el medio portador para el iniciador radical, también es posible utilizar etileno frío bifurcado inmediatamente después de la etapa de compresión 6 como gas portador para el iniciador radical. Si el iniciador radical se introduce usando gas frío como gas portador, el gas frío y el iniciador radical pueden mezclarse en una cámara de mezcla para luego inyectar tal corriente premezclada en el medio de flujo en un área estrechada, de modo que, con un diseño apropiado de los orificios de alimentación y los ángulos de alimentación, se logre un impulso alto en el momento de la introducción.

La figura 7 muestra un punto de inyección para un iniciador radical, ubicado corriente abajo respecto a un elemento generador de remolino y corriente arriba respecto a una sección de mezcla.

Un elemento de remolino 20 con aspas de remolino exteriores 25 se asigna a un orificio 51 que se proyecta hacia una sección transversal estrechada de flujo y por el que se introduce un iniciador radical en el medio de flujo. Las aspas de remolino exteriores 25 están ubicadas sobre el tubo externo 22 del elemento de remolino 20 que tiene una longitud 87, preferentemente de aproximadamente 1 a 3xD. El elemento de remolino 20 imparte una rotación al medio de flujo que, después de pasar por una sección transversal estrechada, entra en la región de inyección 11 para el iniciador radical a una velocidad acelerada.

En la ejecución mostrada en la figura 7, el orificio 51 se encuentra en el extremo de un tubo 53 que está rodeado por un cuerpo lenticular 50 que se encuentra ubicado entre dos secciones del tubo de reacción 1. Debido a la presión del iniciador radical, se inyecta en el medio de flujo sin que entre en contacto con la pared interior 52 en la región de mezcla 11 del tubo de reacción. Después de la inyección del iniciador radical en el medio que fluye en la dirección de flujo 12, 24, la mezcla de reacción entra en una sección de mezcla 14 que puede estar seguida por un ensanchamiento de la sección transversal de flujo no mostrada aquí.

En lugar de un punto de alimentación para el iniciador radical puro 72, 81, el iniciador puede, en la ejecución mostrada en la figura 7, introducirse también mediante un medio portador, ya sea gas frío 17 o una corriente de etileno bifurcada corriente arriba respecto a la etapa de compresión 6 (figura 1). La configuración en forma de dedo del elemento de alimentación 40 da lugar a la no formación de zonas de aguas muertas corriente abajo respecto a la región de mezcla 11, de modo que no se presenten regiones de flujo con una concentración de iniciador radical relativamente alta.

La figura 8 muestra una pieza de conexión en forma de T sobre un tubo de reacción en el que dos corrientes de reactante se mezclan entre sí.

Sobre el tubo de reacción mostrado en la figura 8, una primera subcorriente 61 y una segunda subcorriente 62 fluyen hacia un punto de alimentación en el tubo de reacción en un ángulo 66. La primera subcorriente la que 61 del reactante presente a modo de medio de flujo pasa por un primer estrechamiento transversal 63 que está configurado a modo de estrechamiento cónico 64 en el tubo de reacción. En un ángulo de 90 grados, la segunda subcorriente 62 de reactantes fluye corriente abajo en dirección vertical a través de una sección cónica 67 hacia el tubo de reacción. Ambas subcorrientes de reactantes presentes a modo de medios de flujo experimentan una aceleración durante el paso por los estrechamientos transversales 63 y 67 respectivos antes de que la segunda corriente de reactante experimente una desviación 66 de 90 grados y, consecuentemente, genere un flujo tangencial 69. El flujo tangencial 69 tiene lugar en la dirección circunferencial en relación con la dirección de flujo de la primera subcorriente 61, dentro de un espacio anular 68 en el tubo de reacción 1. Las subcorrientes 61, 62 del reactante experimentan, debido a la combinación en un ángulo de 90 grados, un mezclado por introducción de un componente de flujo tangencial 69 en el fluido que fluye a lo largo del tubo de reacción.

El fluido de la subcorriente 62 en el espacio anular 68 en el tubo de reacción, fluye a lo largo del espacio anular 68 entre la pared interior del tubo de reacción y la pared externa de un elemento de inserción 65 y se combina con la subcorriente 61 al final del elemento de inserción 65. La corriente combinada pasa el punto de alimentación 72 para el iniciador radical, por ejemplo el peróxido, y un estrechamiento adicional transversal 71. El estrechamiento adicional transversal 71 está preferentemente configurado de manera que la sección transversal de flujo al final del punto de alimentación 72 para el iniciador radical, por ejemplo el peróxido, sea preferentemente 0,7xD (diámetro del diámetro del tubo). Por consiguiente la corriente combinada, rotante y acelerada 70 formada a partir de las subcorrientes 61 y 62 del reactante se somete a una aceleración adicional. Si el punto de alimentación 72 para el iniciador radical en la pared del tubo se configura a modo de un elemento de inyección 40 en forma de dedo y apropiado para el flujo como se muestra en la figura 6 y 6.1, se introduce preferentemente un iniciador radical por ranuras de corte en el flujo rotante previsto con un componente de flujo tangencial 69 de manera que se produzca una rápida y eficaz mezcla de la corriente de reactante combinada. El ángulo total en el que el estrechamiento transversal 71 pasa de la sección transversal D original a 0,7xD está en el rango de los 20 a los 40 grados, de manera particularmente preferente un ángulo total de 30 grados.

La sección de mezcla que sigue el punto de alimentación 72 para el iniciador radical posee, preferentemente, una longitud de 10xD a 20xD (D = diámetro del tubo), pero también puede ser de 100xD; antes hay, después de la sección de mezcla, una transición al diámetro de flujo original D. La transición del diámetro de sección de mezcla de 0,7xD a D, presente, preferentemente, de manera similar a una configuración de difusor, un ángulo total de 10 a 20 grados, de manera particularmente preferente un ángulo total de menos de 14 grados.

En las figuras 9.1 y 9.2 se muestra otra variante de la ejecución del aparato propuesto según la invención para la preparación de polietileno en las figuras.

En estas variantes de ejecución, la corriente de reactante 61 es transportada como una corriente única hasta un estrechamiento transversal 41. En esta variante de ejecución no se ha previsto una división en puntos de admisión de subcorrientes 61, 62, que se extienden de forma angular entre sí.

El estrechamiento 71 pasa de un ángulo total de 30 grados a una sección transversal estrechada de flujo libre análoga a la de la ejecución representada en la figura 8. Después del paso por el estrechamiento 71, la sección transversal de flujo en el tubo de reacción es 0,7xD, y se mantiene a lo largo la sección de mezcla que sigue al punto de alimentación 81 para el iniciador radical. La longitud de la sección de mezcla es preferentemente de 10xD a 20xD (D = diámetro original del tubo de reacción).

Después del estrechamiento 71, en el que la velocidad de flujo se incrementa en un factor de hasta 2, se instalan los elementos de remolino 80 en la sección transversal de flujo libre del tubo de reacción. Los elementos de remolino 80 están ubicados, basados en la dirección de flujo 24, corriente arriba respecto al punto de alimentación 81 para un iniciador radical como el peróxido. En la ejecución representada en la figura 9.1, se encuentran dos aspas de remolino 82 sobre la circunferencia externa de los elementos de remolino 80. En esta configuración, cada una de las aspas de remolino se extiende 90 grados alrededor de la superficie circunferencial externa del elemento de remolino 80, de manera que se imparte una rotación en la corriente de fluido que entra a una velocidad incrementada. Los extremos de las aspas de remolino 82 empotrados en la superficie externa de los elementos de remolino 80, tocan el interior del tubo de reacción 1 que encajona los elementos de remolino 80. El borde 85 de las aspas 82 sobre la superficie externa 84 de los elementos de remolino 80, forman un sello, de manera que el fluido que pasa por el elemento de remolino 80 se ve forzado a través del espacio anular entre la superficie externa 84 y la pared interior del tubo de reacción, asegurando así la generación de un componente de flujo en la dirección circunferencial durante el paso por el elemento de remolino 80.

Una posible ejecución alternativa comprende, como se muestra de manera esquemática en la figura 9.2, la instalación de un elemento de remolino 80 en la región del tubo de reacción corriente abajo respecto al estrechamiento 71, con las aspas de remolino 82 empotradas en la superficie externa 84 del cuerpo de remolino 80 extendiéndose 120 grados alrededor de la superficie circunferencial 84 del elemento de remolino 80, como se indica mediante el símbolo de referencia 88. En esta ejecución de la invención, además, la rotación se imparte al flujo de reactante en el que se va a introducir un iniciador radical en el punto de alimentación 81, que como consecuencia, da lugar a una mejora sustancial de las condiciones de mezcla corriente abajo respecto al punto de alimentación 31 para el iniciador radical, por ejemplo el peróxido. El grado de turbulencia puede verse influenciado, en primer lugar, por la pendiente de las aspas de remolino 82 y por la longitud 87 de los elementos de remolino; en segundo lugar, la eficacia de mezcla que se puede alcanzar se puede optimizar gracias al diseño del estrechamiento 71 mediante la aceleración de la corriente de reactante.

Los parámetros significativos son, aparte de los parámetros de mezcla, la longitud de la zona de mezcla y la aceleración del medio de flujo.

Un aspecto común a las ejecuciones mostradas en la figura 8 y las figuras 9.1 y 9.2, es que, en primer lugar, la generación de rotación puede llevarse a cabo durante la introducción de las subcorrientes 61 y 62 del reactante; en segundo lugar, se puede lograr un flujo rotativo mediante la combinación angulada de las subcorrientes; y en tercer lugar, la rotación se le puede impartir al fluido en el que se va a introducir un iniciador radical mediante el elemento de remolino 20, 80 localizado en la sección transversal de flujo. La introducción del iniciador radical puede realizarse tanto con etileno frío como sin él.

Las partes internas utilizadas según la invención para generar la rotación, también puede ser montadas en reajuste en plantas existentes después de realizar pequeñas modificaciones con el fin de aumentar su eficacia.

Lista de símbolos de referencia

1

Tubo de reacción

2

Admisión

3

Salida

4

Depósito de mezcla

5

Elemento estrangulador

6

Compresor

7

Conducto de entrada de iniciador radical

8

Reserva de iniciador

9

Elemento estrangulador

10

Compresor

11

Región de alimentación

12

Dirección de flujo

13

Región de mezcla

14

Sección de mezcla

15

Válvula

16

Sección transversal de flujo

17a

Conducto de admisión de gas frío

17b

Conducto de admisión de gas frío

18

Pared de refrigeración

19

Alimentador de gas fresco

19.1

Separador

19.2

Producto

19.3

Circuito de alta presión

20

Elemento de remolino

21

Reborde

22

Tubo externo

23

Tubo interno

24

Dirección de flujo

25

Aspa exterior de remolino

26

Aspa interior de remolino

27

Sección transversal de admisión

28

Sección transversal de salida

29

Eje

30

Pared interior

31

Pared exterior

32

33

Pared exterior del tubo interno

34

Extremo de las aspas de remolino

35

Línea de intersección

36

37

Superficie interior del aspa de remolino

40

Dedo de inyección

41

Punta cónica

42

43

Agujero

44

Orificio de salida

45

Ángulo

50

Inyección lenticular

51

Orificio

52

Pared interior

53

Tubo

60

Pieza en forma de T

61

Primera corriente

62

Segunda corriente

63

Estrechamiento transversal

64

Estrechamiento cónico

65

Elemento de inserción

66

Desviación de 90 grados

67

Sección cónica

68

Espacio anular

69

Flujo tangencial

70

Estrechamientos 61, 62

71

Estrechamiento transversal para la corriente combinada

72

Punto de alimentación para el iniciador radical

73

Ranura de corte

80

Elemento de remolino

81

Punto de alimentación para el iniciador radical

82

Aspa de remolino

83

Extensión de 90 grados del aspa de remolino

84

Superficie externa de elemento de remolino

85

Borde de aspa

86

Espacio anular

87

Longitud de elemento de remolino

88

Extensión de 120 grados del aspa de remolino

Claims (20)

1. Un proceso para preparar el polietileno en reactores de tubo y/o en combinación con autoclaves, en el que se introduce un iniciador radical en un medio de flujo que contenga etileno y, opcionalmente, comonómeros, y que comprende al menos los siguientes pasos:

-

generación de la rotación mediante la mezcla de dos corrientes (61, 62) en un ángulo (66) o generación de rotación en el medio de flujo (61) mediante elementos de remolino,

-

previsión de un estrechamiento transversal (63, 67; 71) con una zona de admisión corriente arriba respecto al punto de alimentación (72, 81) para un iniciador libre hacia un tubo de reacción,

-

introducción del iniciador radical mediante un orificio de salida desplazado del centro (44) en el medio rotativo fluyente (61, 62; 70) y,

-

disposición de una zona de mezcla corriente abajo y de un ensanchamiento transversal con una salida.

2. Un proceso, según la reivindicación 1, caracterizado por la conexión de una pluralidad de tubos de reacción (1) en serie y porque sus secciones de mezcla (14) tienen asignadas cada una un conducto de admisión de gas frío (17a).

3. Un proceso, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el calor de reacción se elimina mediante la pared de refrigeración (18) y la introducción de gas frío (17).

4. Un proceso, según una o más de las reivindicaciones de la 1 a la 3, caracterizado porque el iniciador radical se introduce en una región de inyección (11) mediante un gas portador, una corriente principal de gas frío (17a) o una subcorriente fría del medio fluyente que se ha bifurcado antes de la compresión.

5. Un proceso, según una o más de las reivindicaciones de la 1 a la 4, caracterizado porque el punto de alimentación (72, 81) para el iniciador radical se ubica corriente abajo respecto al punto en el que se imparte la rotación al medio de flujo (61, 62).

6. Un proceso, según una o más de las reivindicaciones de la 1 a la 5, caracterizado porque la profundidad a la que se inyecta el iniciador radical en el medio de flujo (61, 62; 70) se puede ver influenciada por la geometría del orificio de salida (44) en el dedo de inyección (40).

7. Un proceso, según una o más de las reivindicaciones de la 1 a la 6, caracterizado porque los medios de alimentación para el medio de flujo (61, 62) se encuentran en un ángulo (66), uno respecto al otro, de 45 a 135 grados, pero preferentemente de 90 grados.

8. Un proceso, según una o más de las reivindicaciones de la 1 a la 7, caracterizado porque cada uno de los medios de flujo (61, 62) pasan por estrechamientos transversales (63, 67) antes de ser combinados.

9. Un proceso, según una o más de las reivindicaciones de la 1 a la 8, caracterizado porque el medio de flujo rotante (61, 62, 70) pasa por un estrechamiento transversal (71) corriente abajo respecto a un espacio anular (68) antes de alcanzar el punto de alimentación (72) para el iniciador radical.

10. Un proceso, según una o más de las reivindicaciones de la 1 a la 9, caracterizado porque el iniciador radical es introducido en una ranura de corte (73) del medio de flujo rotante (70) en el punto de alimentación (72).

11. Un proceso, según una o más de las reivindicaciones de la 1 a la 10, caracterizado porque la rotación en el medio de flujo (61, 62, 70) es generada mediante elementos de remolino (20, 80) localizados en la sección transversal de flujo (27, 28) corriente arriba respecto al punto de alimentación (72, 80).

12. Un aparato para preparar el polietileno en reactores de tubo, en el que un iniciador radical se introduce en un medio de flujo que contiene etileno y, opcionalmente, comonómeros (61, 62) y el medio de flujo (61, 62) pasa por un tubo de reacción (1) que presenta una sección transversal cambiante de flujo (27) y se introduce un iniciador radical en una región de mezcla (13), caracterizado porque las subcorrientes (61, 62) del medio de flujo inciden entre sí en un ángulo (66) o en el que los elementos de remolino (20, 80) se ubican en la sección transversal de flujo (27, 28) y en el que un dedo de inyección (40) con un orificio de salida desplazado del centro (44) para un iniciador radical, se encuentra localizado corriente abajo respecto a un estrechamiento (71) en el flujo rotante (70).

13. Un aparato, según la reivindicación 12, caracterizado porque el orificio de salida (44) en la punta (41) del dedo de inyección (40) está inclinado respecto al eje de este último en un ángulo de 5 a 80 grados, preferentemente de 45 grados.

14. Un aparato, según la reivindicación 12 ó 13, caracterizado porque los elementos de remolino (20, 80) se proporcionan sobre su circunferencia externa con aspas de remolino (25, 82) que se extienden a lo largo de 45 a 360 grados, preferentemente de 90 grados, en la dirección circunferencial en un espacio anular (68) del tubo de reacción (1).

15. Un aparato, según la reivindicación 12 ó 13, caracterizado porque los elementos de remolino (20, 80) están previstos sobre su circunferencia externa con aspas de remolino (25, 82) que se extienden a lo lardo de 45 a 360 grados, preferentemente de 120 grados, en la dirección circunferencial en un espacio anular (68) del tubo de reacción (1).

16. Un aparato, según una o más de las reivindicaciones de la 12 a la 15, caracterizado porque el diámetro del estrechamiento (71) es de aproximadamente 0,2 a 0,95 veces, preferentemente 0,7 veces, el diámetro D de la sección transversal de flujo libre (27, 28).

17. Un aparato, según una o más de las reivindicaciones de la 12 a la 16, caracterizado porque la sección transversal de flujo libre (27) corriente arriba respecto al estrechamiento (71) pasa de un ángulo total de 10 grados a 70 grados en el estrechamiento (71).

18. Un aparato, según la reivindicación 17, caracterizado porque el ángulo total es de manera particularmente preferente de 30 grados.

19. Un aparato, según una o más de las reivindicaciones de la 12 a la 18, caracterizado porque el diámetro 0,7xD del estrechamiento (71) corriente abajo respecto al punto de alimentación (71, 82) para el iniciador radical, permanece inalterado a lo largo de una longitud de sección de mezcla (13) de 10xD a 100xD.

20. Un aparato, según una o más de las reivindicaciones de la 12 a la 19, caracterizado porque la sección de mezcla (13) pasa de 10xD a 100xD después del diámetro de sección transversal de flujo libre D, a un ángulo total de menos de 20 grados, preferentemente de menos de 14 grados.