ES2828730T3 - Reactor tubular de polietileno de baja densidad (LDPE) para inyección de iniciador de peróxido - Google Patents

Abstract

Una boquilla de inyección de iniciador para mezclar un iniciador con un fluido de proceso, que comprende: un cuerpo (101) que comprende un puerto (121) de entrada para recibir el fluido del proceso, un puerto (123) de salida y una entrada (215) de inyector para recibir el iniciador; un paso (113) de flujo de fluido de proceso a través del cual el fluido de proceso atraviesa entre el puerto (121) de entrada y el puerto (123) de salida a lo largo de un eje (115) de flujo de proceso central, comprendiendo una parte (133) de constricción, una garganta (143) y una parte (141) de expansión en ese orden que forma un paso (113) de flujo con forma de tipo Venturi; un paso (219) de flujo de fluido iniciador a través del cual el iniciador atraviesa entre la entrada del inyector y una salida (231) del inyector a lo largo de un eje (213) central del inyector, el eje (213) central del inyector intersectando perpendicularmente el eje (115) central del flujo del proceso, donde el paso de flujo de fluido iniciador intersecta el paso de flujo de fluido de proceso en la parte de constricción; y un puntero (225) que contiene al menos parcialmente el paso de flujo de fluido iniciador, el puntero (225) sobresaliendo en el paso (113) de flujo de fluido de proceso y comprendiendo adicionalmente una punta (221) de inyector conformada que forma la salida del inyector del paso de flujo de fluido iniciador. en donde: el puntero (225) no se extiende a través del paso (113) de flujo de fluido de proceso más allá del eje (115) de flujo de proceso central; la salida (231) del inyector está ubicada en la parte (133) de constricción del paso de flujo de fluido de proceso y aguas arriba de la garganta (143) por un primer desplazamiento (161) según se determina a lo largo del eje (115) de flujo de proceso central; y la salida (231) del inyector está ubicada fuera del eje (115) flujo de proceso central mediante un segundo desplazamiento (229) determinado a lo largo del eje (123) central del inyector.

Description

DESCRIPCIÓN

Reactor tubular de polietileno de baja densidad (LDPE) para inyección de iniciador de peróxido

Campo

La presente divulgación se refiere a un aparato útil para inyectar un fluido en otro fluido a temperaturas y presiones elevadas, y un sistema que incorpora al menos uno de tales aparatos. Más específicamente, la presente divulgación se refiere a un aparato útil para inyectar peróxidos orgánicos en un fluido de proceso que contiene etileno y, opcionalmente, uno o más comonómeros, para formar un producto polimérico a base de etileno polimerizado por radicales libres.

Antecedentes

Los métodos son bien conocidos en la técnica para usar un reactor tubular para formar polímeros basados en etileno de baja densidad a partir de etileno y, opcionalmente, uno o más comonómeros, tales como polietileno de baja densidad (LDPE). El proceso general es una polimerización por radicales libres en un reactor de tubo que contiene un fluido de proceso, donde el fluido de proceso compuesto parcialmente de etileno y el etileno se convierte en un polímero a base de etileno en una reacción altamente exotérmica. La reacción se produce a alta presión de funcionamiento (aproximadamente 1000 bar a 4000 bar, 1*108 Pa a 4*108 Pa) en condiciones de flujo de fluido de proceso turbulento a temperaturas máximas de aproximadamente 160 °C a aproximadamente 360 °C. La temperatura de inicio de la reacción, o la temperatura a la que se inicia la conversión del monómero (y comonómero opcional) en polímero (o en el caso de que haya múltiples puntos de reacción a lo largo del tubo de reacción, se reinicia), es de aproximadamente 120 °C a aproximadamente 240 °C. Los valores normales de conversión de un único paso para un reactor tubular varían de aproximadamente 20 a aproximadamente 40 por ciento.

La reacción se inicia (y se reinicia) inyectando un iniciador en al menos una zona de reacción dentro del tubo del reactor. El iniciador se mezcla con el fluido del proceso y, en la presencia de calor (normalmente calor latente; el fluido del proceso normalmente ya se encuentra a una temperatura de reacción adecuada), el iniciador forma. Los productos de descomposición inician una reacción de polimerización radial libre con el etileno (y comonómeros opcionales) para formar el producto de polímero a base de etileno.

La reacción genera una gran cantidad de calor en las zonas de reacción. Sin un enfriamiento adecuado, el aumento de temperatura adiabático en el fluido del proceso (que ahora contiene un polímero a base de etileno que absorbe y retiene calor) eventualmente da como resultado reacciones desfavorables y posiblemente incontrolables. Tales reacciones indeseables pueden incluir descomposición de etileno (formando productos como carbono, metano, acetileno y etano), formación de cadenas poliméricas de peso molecular alto y terminación por combinación y reticulación, lo que puede conducir a una ampliación de la distribución del peso molecular. Los resultados de tales reacciones indeseables van desde una calidad del producto variable y problemas de consistencia hasta el apagado, ventilación y limpieza del sistema de reacción.

También pueden producirse reacciones indeseables cuando hay una distribución inadecuada del iniciador en el fluido del proceso. En condiciones normales de funcionamiento del proceso, el iniciador se descompone rápidamente en productos de radicales libres después de ser inyectado en el fluido del proceso. La dispersión del iniciador en el fluido del proceso a menudo da como resultado una zona localizada de alta concentración de iniciador dentro del flujo del fluido del proceso. Esta zona de iniciador localizada fomenta un perfil de reacción desequilibrado en el fluido del proceso: mayores cantidades de polimerización y generación de calor cerca de la zona de iniciador localizada y menos en otros lugares.

Este perfil de reacción desequilibrado puede conducir a problemas relacionados con el proceso, tales como la acumulación de material de alto peso molecular cerca del sitio de inyección del iniciador, que puede obstruir el puerto de inyección o el canal de flujo del fluido del proceso. También puede provocar una acumulación de material de alto peso molecular cerca del sitio de inyección o a lo largo de las paredes del tubo de reacción que da como resultado un "desprendimiento" ocasional de material de alto peso molecular. También puede conducir, como se mencionó anteriormente, a la descomposición del etileno. Si una concentración significativa de iniciador nuevo entra en contacto con la pared del tubo del reactor en la sección de reacción (donde las temperaturas son elevadas), el iniciador puede descomponerse y reaccionar rápidamente, iniciando un "punto caliente" de reacción localizado que puede propagarse hacia una descomposición completa de todo el sistema.

Se han realizado diversos intentos para mejorar la mezcla de un material inyectado en una corriente de fluido de proceso mediante varias configuraciones de boquillas y otros cambios del sistema. La patente de Gran Bretaña No. 1,569,518 (Kita, et al.) describe el uso de restricciones mecánicas (mezcladores en línea estáticos) para crear un flujo turbulento. La patente de EE.UU. No. 3,405,115 (Schapert, et al.) describe algo parecido a un burbujeador donde se dividen las corrientes de gas, se inyecta un catalizador en una corriente y las corrientes de gas se recombinan. La publicación de patente PCT No. WO 2005/065818 (Hem, et al.) describen un perfil de tubo de reacción no circular. La patente de EE.UU. No. 6,677,408 (Mahling, et al.) describe una constricción de hueso de perro con cuchillas en línea que se usan para generar dos flujos de gas en contragiro aguas arriba de un sitio de inyección de iniciador. La patente de EE.UU. No. 6,951,908 (Groos, et al.) tiene "elementos de remolino"para introducir iniciador en el sistema de reacción. La solicitud europea publicada No. 0449092 (Koehler, et al.) describe una boquilla de inyección general.

El documento WO 01/54219 A1 divulga un dispositivo atomizador para una mezcla de gas/líquido, especialmente para inyectar el mismo en un reformador químico usado para producir hidrógeno.

El documento WO 01/38219 A1 divulga un método y aparato para fabricar nanotubos de pared simple.

El documento GB 2 175708 A divulga un aparato de reacción para materias primas que están en estado gaseoso o que pueden formarse como un flujo sustancialmente gaseoso tal como partículas líquidas o sólidas suspendidas en gas, y en particular a un aparato de reacción equipado con una boquilla convergente-divergente.

El documento EP 0842896 A1 divulga un reactor para fabricar sales de amonio que comprende un tubo de extremo abierto con una sección de extremo de entrada que conduce a una sección convergente aguas arriba unida por una sección de diámetro uniforme a una sección divergente aguas abajo, la sección terminal de entrada que comprende una entrada axial para una primera fracción de reactivo de amoníaco y una entrada radial o tangencial para el reactivo ácido, mientras que al menos una entrada adicional para el amoniaco está ubicada cerca de la sección convergente.

El documento US 4931 225 A divulga un método y aparato para dispersar un gas en un líquido.

Compendio de la invención

Según la invención, se proporciona una boquilla de inyección de iniciador como se define en la reivindicación 1.

En realizaciones de la invención, una relación del primer desplazamiento al segundo desplazamiento es de 1,0 a 10. En otras realizaciones, una relación del radio de la garganta menos el segundo desplazamiento al radio de la garganta es de 0,45 a 0,90. En otras realizaciones, el ángulo de la parte de expansión es desde 23 a 48 grados. En otras realizaciones, una relación del ángulo de la parte de expansión al ángulo de la parte de contracción es de 1,0 a 3,0.

En otras realizaciones de la invención, la punta del inyector conformada comprende una forma similar a una aguja. En algunas otras realizaciones, la punta del inyector conformada comprende una forma cuadrada en forma similar a una aguja. En algunas otras realizaciones, la punta del inyector conformada comprende una forma redondeada o abovedada. En algunas otras realizaciones, la punta del inyector conformada está biselada.

En un ejemplo, un sistema de reactor de tubo que contiene un fluido de proceso, comprende al menos una fuente de alimentación nueva para suministrar etileno a un fluido de proceso, un compresor primario para presurizar el fluido de proceso a las condiciones de reacción en comunicación fluida con la al menos una alimentación nueva fuente y un conducto de reciclaje, un tubo del reactor para convertir una parte del etileno y opcionalmente al menos un comonómero dentro del fluido del proceso en un polímero a base de etileno de baja densidad y una parte restante de etileno en comunicación fluida con el compresor primario, un separador de alta presión para separar el polímero a base de etileno de baja densidad de la parte restante de etileno en comunicación fluida con el tubo del reactor, y el conducto de reciclaje en comunicación fluida con el separador de alta presión para transportar la parte restante de etileno al compresor primario; donde la mejora comprende un tubo del reactor que comprende adicionalmente al menos una boquilla de inyección de iniciador en comunicación fluida con una fuente de iniciador que contiene el iniciador y el fluido del proceso, donde la al menos una boquilla de inyección de iniciador comprende un cuerpo que comprende adicionalmente un puerto de entrada para recibir el fluido de proceso, un puerto de salida y una entrada de inyector para recibir iniciador; donde la al menos una boquilla de inyección de iniciador comprende adicionalmente un paso de flujo de fluido de proceso a través del que el fluido de proceso atraviesa entre el puerto de entrada y el puerto de salida a lo largo de un eje de flujo de proceso central, que comprende adicionalmente una parte de constricción, una garganta y una parte de expansión en ese orden; donde la al menos una boquilla de inyección de iniciador comprende adicionalmente un paso de flujo de fluido iniciador a través del que el iniciador atraviesa entre la entrada del inyector y una salida del inyector a lo largo de un eje vertical central del inyector, donde el paso de flujo de fluido iniciador intersecta el paso de flujo de fluido de proceso en la parte de constricción; y donde la al menos una boquilla de inyección de iniciador comprende adicionalmente un puntero que contiene al menos parcialmente el paso de flujo de fluido iniciador y que comprende adicionalmente una punta de inyector conformada que forma la salida del inyector del paso de flujo de fluido iniciador; donde la salida del inyector está ubicada en la parte de constricción del paso de flujo de fluido de proceso y aguas arriba de la garganta mediante un desplazamiento horizontal determinado a lo largo del eje de flujo de proceso central; y donde la salida del inyector está ubicada fuera del eje de flujo del proceso centra mediante un desplazamiento vertical determinado a lo largo del eje vertical central del inyector.

Figuras

El compendio anterior, así como la siguiente descripción detallada se comprenderán mejor cuando se lean junto con las figuras adjuntas. Debe comprenderse, sin embargo, que la invención no se limita a las disposiciones e instrumentos precisos mostrados. Los componentes de los dibujos no están necesariamente a escala, sino que se hace énfasis en ilustrar claramente los principios de la presente invención. Además, en los dibujos, los mismos números de referencia designan piezas correspondientes en las diversas vistas.

Las Figuras 1 (a) a (d) son vistas esquemáticas de (a) frontal, (b) lado, (c) una sección transversal axial y (d) una parte ampliada de la sección transversal axial de una parte 100 en T de una lente de una boquilla de inyección de iniciador de la realización.

Las Figuras 2(a) y (b) son vistas esquemáticas de (a) un lado con una sección transversal parcial de una parte 200 de inyector o una boquilla de inyección de iniciador de la realización, y (b) una vista lateral de una parte 200 de inyector acoplada a una sección transversal axial de la parte 100 en T de la lente de una boquilla de inyección de iniciador de la realización. Las Figuras 2 (c), (d), (e) y (f) son vistas esquemáticas de varias puntas 221 de inyector de conformada, que incluyen (c) forma similar a una aguja, (d) forma similar a una aguja cuadrada, (e) redondeada o abovedada, y (f) biselada.

La Figura 3 es un diagrama de un sistema 300 de reactor de tubo que comprende al menos una boquilla de inyección de iniciador de la realización.

La Figura 4 es un gráfico de temperatura en función de la distancia desde una primera boquilla de inyección de iniciador a una segunda boquilla de inyección de iniciador para un sistema análogo en las condiciones correspondientes usando un Ejemplo y una boquilla de inyección de iniciador de Ejemplo Comparativo para una primera boquilla de inyección de iniciación para producir 0,25 MI. de polímero a base de etileno.

La Figura 5 es un gráfico de la temperatura del sistema en función de la distancia desde una primera boquilla de inyección de iniciador a una segunda boquilla de inyección de iniciador para un sistema análogo en las condiciones correspondientes usando un Ejemplo y una boquilla de inyección de iniciador de Ejemplo Comparativo para una primera boquilla de inyección de iniciación para producir 2,3 MI. de polímero a base de etileno.

Otros aspectos y ventajas de las boquillas de inyección del iniciador de la realización serán evidentes a partir de la siguiente descripción y las reivindicaciones adjuntas.

Descripción detallada

La siguiente deliberación se presenta para permitir que una persona experta y con creatividad en la técnica realice y use la invención divulgada dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. No se pretende que la presente invención esté limitada a las realizaciones mostradas, sino que se le concederá el alcance más amplio de acuerdo con los principios y características divulgados.

Ninguna de las referencias de la técnica anterior indica el uso de una boquilla para establecer una zona turbulenta de mezcla inmediatamente aguas abajo de un sitio de inyección de iniciador para maximizar la mezcla de iniciador. Ninguna de las referencias de la técnica anterior optimiza la posición de un sitio de inyección del iniciador con respecto al centro del flujo del fluido del proceso para asegurar la máxima dispersión del iniciador en el flujo del fluido del proceso al entrar en la zona turbulenta de mezcla.

Las boquillas de inyección del iniciador de la realización usan un canal de flujo de fluido de proceso con forma de tipo Venturi para ayudar a proporcionar una dispersión del iniciador extremadamente rápida en el fluido del proceso. En combinación, una parte de constricción y de expansión de un canal de flujo de fluido de proceso están diseñadas para mover rápidamente el fluido de proceso a través del área de inyección del iniciador mediante la compresión del fluido de proceso y a continuación la creación de una estela muy turbulenta mediante la expansión del fluido de proceso. Ninguna de las boquillas de inyección del iniciador de la realización usa restricciones mecánicas o dispositivos para crear arrastre o turbulencia en el flujo del fluido del proceso. Las restricciones mecánicas en el flujo del fluido del proceso crean un arrastre que permite la formación de polímeros de alto peso molecular. Los polímeros de alto peso molecular se forman en áreas de flujo de fluido de proceso bajo que contienen niveles relativamente altos de concentración de iniciador y temperaturas elevadas. La parte de constricción aguas arriba de la garganta y la parte de expansión aguas abajo de la garganta se optimizan preferiblemente para mantener la capacidad de mezcla del iniciador en el fluido del proceso mientras se proporciona la menor restricción de flujo posible.

Se cree que, en la interfaz sólido-fluido en el interior de un reactor tubular, tal como entre la pared del tubo y el fluido del proceso, la velocidad del fluido del proceso es relativamente baja en comparación con la velocidad media del fluido del proceso debido a la fricción superficial o arrastre. El arrastre también puede ser provocado por objetos en línea que dan como resultado un flujo de fluido desequilibrado, como por un tubo o puerto de inyección. Ver Vliet, E. van, Derkesen, J.J. y van den Akker, H.E.A., "Turbulent Mixing in a Tubular Reactor: Assessment of an FDF/LES Approach", AICHE JOURNAL, 725-39, vol. 51, No. 3 (marzo de 2005). La baja velocidad del fluido del proceso cerca de las paredes del tubo o detrás de los objetos en línea da como resultado la formación de capas límite cerca de la superficie de las paredes u objetos. En esta capa límite, el flujo del fluido del proceso se vuelve laminar (no turbulento) y se denomina normalmente como una subcapa viscosa. Dentro de la subcapa viscosa, debido a su movimiento lento y no bien mezclada (no es turbulenta), el monómero y las cadenas de polímero recién formadas están expuestas a tiempos de residencia en el reactor más prolongados, lo que significa una exposición adicional a temperaturas de reacción de proceso elevadas e iniciadores químicos. Los tiempos de residencia del reactor más prolongados dan como resultado una mayor probabilidad de formar cadenas de polímero de alto peso molecular en esta subcapa viscosa. A velocidades medias altas del fluido del proceso o mediante la introducción de flujo turbulento, la acumulación de cadenas de polímero de alto peso molecular muy viscosas en una subcapa viscosa puede minimizarse ya que la capa límite cerca de la pared del tubo o el objeto en línea es más pequeño y se mueve más rápido o interrumpido turbulentamente. Ver McCabe, Warren L, et al., Operaciones unitarias de ingeniería química, 56-58, McGraw-Hill, Inc. (5a ed., 1993).

La turbulencia generada por la expansión de un fluido de proceso comprimido proporciona la supresión de las capas de flujo laminar cerca de la pared del tubo en la zona de mezcla. Se ha descubierto que esto es muy preferido en el área del tubo del reactor donde existe la concentración relativa de iniciador más alta. La turbulencia creada por la boquilla de inyección del iniciador de la realización reduce significativamente la probabilidad de que se produzcan reacciones químicas indeseables basadas en una mezcla inadecuada.

Inyectores de iniciador de la técnica anterior donde el iniciador simplemente se pasa a través de un orificio en la pared de la boquilla hacia el fluido del proceso, donde una boquilla del iniciador no sobresale lo suficiente lejos en el flujo del fluido del proceso, o proporciona una distribución desigual del iniciador en el fluido del proceso donde la boquilla en sí crea un arrastre excesivo que afecta la mezcla aguas abajo del iniciador en el fluido del proceso. La distribución desigual e inexacta del iniciador en condiciones normales de proceso puede conducir a una eficiencia de conversión de etileno más baja de la esperada, distribución de peso molecular más amplia del polímero resultante, formación excesiva de polímero de alto peso molecular que da como resultado un ensuciamiento del sistema e incluso alteraciones del proceso por reacciones y descomposiciones fuera de control.

Las boquillas de inyección del iniciador de la realización tienen un tubo inyector con una punta de inyector conformada que sobresale hacia el flujo del proceso para inyectar iniciador en el fluido del proceso. La punta del inyector conformada se posiciona aguas arriba de la garganta en la parte de constricción del canal de flujo del fluido del proceso. El tubo inyector se extiende hacia el canal de flujo de fluido del proceso de modo que la punta del inyector conformada esté lo suficientemente lejos de la pared de la parte de constricción para que el iniciador no interactúe con la pared de la parte de constricción y que el iniciador inyectado en el proceso sea próximo al centro del flujo de fluido de proceso al descargar, pero no tan lejos en el flujo de fluido de proceso de modo que una estela aguas abajo del tubo inyector no impacte significativamente la dirección del flujo de fluido de proceso. Se ha descubierto que se puede alcanzar un equilibrio entre estos intereses en competencia extendiendo el tubo inyector lo suficiente lejos en el flujo del fluido del proceso para que la punta del inyector conformada esté cerca, pero no sobre o más allá, del centro del flujo del fluido del proceso y que el tubo inyector está aguas arriba de la garganta lo suficientemente lejos como para compensar su efecto de arrastre en el fluido del proceso cuando el fluido del proceso se acerca a la garganta, pero no tan lejos como para permitir que el iniciador se descomponga e inicie la reacción de polimerización por radicales libres antes reaccionando la zona de mezcla turbulenta. El tubo inyector está aguas arriba de la garganta de la boquilla Venturi en la parte de constricción a lo largo del eje del flujo del fluido del proceso a una distancia positiva, y la punta del inyector conformada debe estar próxima a, pero no dentro o más allá del centro del flujo del fluido del proceso.

El efecto combinado de la estructura de las boquillas de inyección del iniciador de la realización es que cuando el fluido del proceso se contrae, el iniciador se inyecta cerca del centro del flujo del fluido del proceso. A medida que el fluido del proceso con el iniciador atraviesa la garganta, el iniciador se concentra en el centro del flujo y lejos de las paredes de la boquilla de inyección. A medida que el fluido del proceso se expande en la sección de expansión, la concentración de iniciador en el centro del flujo se distribuye rápidamente dentro de un régimen de flujo turbulento en todas las direcciones.

La mezcla turbulenta y la rápida dispersión del iniciador en el fluido del proceso usando la boquilla de inyección del iniciador tiene varios beneficios positivos no vistos en la técnica anterior. Minimizando las zonas laminares cerca de la alta concentración de iniciador, se restringe la formación de cadenas de polímero de alto peso molecular. Minimizar la formación de capas aislantes de polímero hechas de cadenas de polímero de alto peso molecular mejora la eficiencia general de transferencia de calor. Las cadenas de polímeros de alto peso molecular tienden a "depositado" del proceso y revestir el interior de los tubos del reactor o los recipientes del proceso cerca de las zonas de reacción. Los polímeros a base de etileno como el LDPE son muy buenos aislantes térmicos. La formación de un revestimiento interno de un reactor tubular o un recipiente de proceso de polímero a base de etileno de peso molecular alto dará como resultado una menor capacidad de eliminación de calor (lo que da como resultado temperaturas de proceso adiabáticas más altas) o una mayor ineficiencia energética al tener que usar más energía para crear un diferencial de temperatura más alto (el diferencial de temperatura también conocido como "delta T" o "AT") a través del reactor (es decir, temperatura de enfriamiento de entrada más baja para accionar un flujo de calor más alto a través del tubo del reactor aislado).

Junto con la mejora en la capacidad de transferencia de calor, se puede usar un iniciador adicional con la boquilla de inyección del iniciador para mejorar la eficiencia de conversión de un único paso del proceso. Por consideraciones de seguridad del proceso, la cantidad de iniciador inyectado en el sistema está restringida en función de las temperaturas máximas del proceso. Esta restricción basada en la temperatura da como resultado una limitación de la cantidad total de etileno que se puede convertir en un único paso de fluido de proceso a través del sistema de reacción. Cuando se minimiza la producción de cadenas de polímero de alto peso molecular, se restringe la acumulación de capas de aislamiento de polímero, mejorando de ese modo la capacidad de eliminación de calor. La capacidad mejorada de eliminación de calor permite usar una mayor cantidad de iniciador para reiniciar el proceso y aumentar la eficiencia de conversión usando las mismas limitaciones de temperatura máxima del proceso.

Las boquillas de inyección del iniciador de la realización pueden adoptar la forma de un componente o como un conjunto de varios componentes. Con el fin de resaltar características y aspectos de la invención, se describe una boquilla de inyección de iniciador de la realización hecha de dos componentes: una parte 100 en T de la lente y una parte 200 de inyector. Un experto y creativo en la técnica comprenderá que todas las características y aspectos de la invención pueden incluirse en un único componente o una realización multicomponente de la boquilla de inyección de iniciador divulgada, y que las características y aspectos de la invención pueden aparecer en componentes diferentes a los descritos.

Al describir los diversos atributos de las boquillas de inyección del iniciador de la realización, los términos "aguas arriba" y "aguas abajo", tal como se utilizan, son términos espacialmente relativos que hacen referencia a la dirección general del flujo de los fluidos, corrientes y productos del proceso a través de un sistema de producción de polietileno de baja densidad y alta presión, especialmente un sistema de reactor tubular. Normalmente, "aguas arriba" comienza con una fuente de alimentación nueva de monómero/comonómero y "aguas abajo" termina a través de las instalaciones de almacenamiento de polímero terminado, a menos que otro significado esté claro desde el contexto. El fluido de proceso fluye desde una posición aguas arriba a una posición aguas abajo, a menos que se indique lo contrario. Aguas arriba y aguas abajo también se pueden usar para describir la posición relativa en una pieza de equipo, donde los fluidos, corrientes y productos del proceso entran a través de una entrada o puerto aguas arriba y salen a través una evacuación aguas abajo.

Las Figuras 1(a)-(c) muestran una sección transversal frontal, lateral y axial, respectivamente, de una parte 100 en T de la lente de una boquilla de inyección de iniciador de la realización. La parte 100 en T de la lente puede estar compuesta por un cuerpo 101 en forma de "T" invertida según se ve desde la vista lateral con una sección 103 de bloque y una sección 105 de árbol, aunque generalmente se pueden usar otras formas y configuraciones. El cuerpo 101 tiene una pared 107 exterior, una pared 109 interior de bloque en la sección 103 de bloque y una pared 111 interior de eje en la sección 105 de árbol. El espesor del cuerpo 101 entre la pared 107 exterior y las paredes 109 y 111 interiores en diversas posiciones de la parte 100 en T de la lente variarán y reflejan el material de construcción del cuerpo 101, las presiones y temperaturas del servicio funcional, la parte 100 en T de la lente y el servicio proporcionado por las paredes 109 y 111 internas. Se prefiere que el cuerpo 101 se fabrique a partir de una única pieza de metal.

Como se ve usando la Figura 1 (c), la pared 109 interior de bloque forma un paso 113 de flujo de fluido de proceso a lo largo de un eje 115 de flujo del proceso central desde un extremo 117 de entrada hasta un extremo 119 de salida de la sección 103 de bloque del cuerpo 101. El fluido de proceso atraviesa el paso 113 de flujo de fluido de proceso entre un puerto 121 de entrada y un puerto de salida 123 a lo largo del eje 115 de flujo del proceso central. La pared 109 interior de bloque tiene una sección circular.

En algunas realizaciones, la pared 109 interior de bloque incluye un labio 125 de ajuste de entrada que es sustancialmente cilíndrico y que se extiende aguas abajo en la sección 103 de bloque desde el puerto 121 de entrada. Las dimensiones del labio 125 de ajuste de entrada pueden variar según el diámetro exterior y el espesor del tubo del reactor conectado a la parte 100 en T de la lente en ese punto y la forma de conexión (por ejemplo, soldadura, brida, acoplamiento de rosca), aunque se prefiere una conexión soldada. En algunas realizaciones, la pared 109 interior de bloque también incluye un labio 127 de ajuste de salida que es sustancialmente cilíndrico y que se extiende aguas arriba en la sección 103 del bloque desde el puerto 123 de salida. Las dimensiones del labio 127 de ajuste de salida pueden variar por razones similares a las del labio 125 de ajuste de entrada. En algunas realizaciones, las dimensiones del labio 125 de ajuste de entrada y del labio 127 de ajuste de salida son diferentes.

La pared 109 interior de bloque en algunas realizaciones incluye una parte 129 de entrada que es sustancialmente cilíndrica y se extiende aguas abajo en la sección 103 de bloque desde un labio 125 de ajuste de entrada. En algunas realizaciones, la pared 109 interior de bloque también incluye una parte 131 de salida que es sustancialmente cilíndrica y se extiende aguas arriba hacia la sección 103 de bloque desde un labio 127 de ajuste de salida. En algunas realizaciones, el diámetro de la parte 129 de entrada es sustancialmente similar al diámetro interno del tubo del reactor de entrada, proporcionando una superficie uniforme a lo largo de la pared 109 interior de bloque en la interfaz. En algunas realizaciones, el diámetro de la parte 131 de salida es sustancialmente similar al diámetro interno del tubo del reactor de salida.

Una parte 133 de constricción se extiende axialmente aguas abajo desde la parte 129 de entrada. En realizaciones con una parte 129 de entrada, la parte 129 de entrada y la parte 133 de constricción se encuentran en una primera intersección 135 circular, que es normal al eje 115 de flujo del proceso central. La parte 133 de constricción es preferentemente troncocónica, con un diámetro que disminuye a medida que se extiende axialmente aguas abajo desde la parte 129 de entrada. La parte 133 de constricción tiene una longitud 137 de constricción medida a lo largo del eje 115 de flujo del proceso central desde la primera intersección 135 circular a una garganta 143 de aproximadamente 40 milímetros a aproximadamente 60 milímetros. La parte 133 de constricción también tiene un ángulo 139 de parte de constricción, que puede medirse como el ángulo formado por lados opuestos de la pared 109 interior de bloque en la parte 133 de constricción, de aproximadamente 15 a aproximadamente 40 grados.

La parte 133 de constricción se encuentra con una parte 141 de expansión en la garganta 143, que es normal al eje 115 de flujo del proceso central. El diámetro de la garganta 143 puede variar de aproximadamente 15 a aproximadamente 37 milímetros. La relación del diámetro de la primera intersección 135 circular a la garganta 143 es aproximadamente 1,4 a aproximadamente 2,7, y preferiblemente de aproximadamente 2,0 a aproximadamente 2,2.

La parte 141 de expansión se extiende axialmente aguas abajo desde la garganta 143. La parte 141 de expansión también es preferentemente troncocónica, con un diámetro que aumenta a medida que se extiende axialmente aguas abajo desde la garganta 143 hasta la parte 131 de salida. La parte 131 de salida y la parte 141 expansión se encuentran en una segunda intersección 145 circular, que es normal al eje 115 de flujo del proceso central, en realizaciones que tienen una parte 131 de salida. La parte 141 de expansión tiene una longitud 147 de expansión medida a lo largo del eje 115 de flujo del proceso central desde la garganta 143 hasta la segunda intersección 145 circular de aproximadamente 15 milímetros hasta aproximadamente 40 milímetros. La parte 141 de expansión también tiene un ángulo 149 de parte de expansión, que puede medirse como el ángulo formado por lados opuestos de la pared 109 interior de bloque en la parte 141 de expansión, de aproximadamente 23 hasta aproximadamente 48 grados.

En todas las realizaciones, el paso 113 de flujo de fluido de proceso comprende una parte 133 de constricción, una garganta 143 y una parte 141 de expansión en ese orden basado en el flujo del fluido de proceso desde una posición aguas arriba a una posición aguas abajo con respecto a la boquilla de inyección del iniciador.

En algunas realizaciones, y como se muestra en la realización de la Figura 1 (c), la parte 133 de constricción y la parte 141 de expansión son asimétricas ya que no son similares a lo largo de ambos lados de la garganta 143. En algunas realizaciones, como en la realización como se muestra en la Figura 1 (c), la longitud 137 de constricción no es la misma que la longitud 147 de expansión. En realizaciones preferidas, la longitud 137 de constricción es mayor que la longitud 147 de expansión. En tales realizaciones, la relación de la longitud 137 de constricción a la longitud 147 de expansión es aproximadamente 1,3 a aproximadamente 3,0, y más preferiblemente de aproximadamente 1,3 a aproximadamente 1,8. En algunas realizaciones, como en la realización que se muestra en la Figura 1(c), el ángulo 149 de la parte de expansión es mayor que el ángulo 139 de la parte de constricción. La relación del ángulo 149 de la parte de expansión al ángulo 139 de la parte de constricción puede variar de aproximadamente 0,97 hasta aproximadamente 3,0 y preferiblemente desde más de 1,0 hasta aproximadamente 3,0.

En algunas realizaciones, la pared 111 interior del árbol forma un rebaje 151 del inyector a lo largo de un eje 153 vertical de árbol en la sección 105 del árbol. El eje 153 vertical del árbol intersecta y es perpendicular al eje 115 de flujo del proceso central, y está preferentemente centrado en la sección 105 del árbol. En la Figura 1 (c) se muestra un ejemplo de tal área del rebaje 151 del inyector y se amplía en la Figura 1(d). Las dimensiones y configuración del rebaje 151 del inyector pueden variar según las dimensiones y forma de conexión (por ejemplo, soldadura, brida, acoplamiento de rosca) con la parte 200 de inyector. Se prefiere un rebaje 151 del inyector que comprende un acoplamiento 155 roscado adecuado para la presión y temperatura de servicio funcional. En algunas realizaciones, el rebaje 151 del inyector también comprende un espacio 157 de junta para permitir el uso de una junta entre la sección 105 de árbol y la parte 200 de inyector para sellar el proceso del entorno externo.

Como se ve en la realización mostrada en la Figura 1 (c), la pared 111 interior del árbol forma un paso 159 del inyector a lo largo del eje 153 vertical del árbol desde el rebaje 151 del inyector de la sección 105 del árbol hasta el paso 113 de flujo de fluido del proceso de la sección 103 de bloque de modo que el paso 159 del inyector y el paso 113 de flujo de fluido de proceso estén en comunicación fluida. La longitud del paso 159 del inyector se mide desde el punto de conexión aguas abajo entre el paso 159 del inyector y el rebaje 151 del inyector hasta el punto de conexión aguas abajo entre el paso 159 del inyector y el paso 113 de flujo de fluido de proceso, que también es el punto más cercano a la garganta 143. La pared 111 interior del árbol es normalmente de sección circular, aunque se pueden usar otras formas según sea necesario según dependa de la configuración de la parte 200 de inyector.

Como se muestra en la realización de la Figura 1 (c), el paso 159 del inyector intersecta el paso 113 de flujo de fluido del proceso en la parte 133 de constricción. En tales realizaciones, el eje 153 vertical del eje interseca perpendicularmente el eje 115 central del flujo de proceso aguas arriba de la garganta 143.

La Figura 2(a) muestra una vista lateral parcial de una parte 200 de inyector. La Figura 2(b) muestra una vista en sección transversal axial de la parte 100 de lente en T (similar a la Figura 1(c)) acoplada con una vista lateral de la parte 200 de inyector para formar una boquilla de inyección de iniciador de la realización. La parte 200 de inyector comprende una superficie 201 exterior y una superficie 203 interior. Preferiblemente, la parte 200 de inyector está conformada para acoplarse con la parte 100 de lente en T. La parte 200 de inyector está compuesta adicionalmente por una sección 205 de conector y una sección 207 de puntero, aunque generalmente se pueden usar otras formas y configuraciones. La parte 200 de inyector se compone preferiblemente de una única pieza de metal; sin embargo, también puede estar compuesto por dos o más materiales sujetos entre sí usando técnicas de unión conocidas por un experto en la técnica apropiadas para presiones y temperaturas de servicio de funcionamiento.

Como se ve en la Figura 2(a), la superficie 203 interior de la parte 200 de inyector forma un paso 219 de flujo de fluido iniciador a lo largo de un eje 213 vertical central del inyector que se extiende desde una entrada 215 de inyector en la sección 205 de conector hasta una salida 231 de inyector en una punta 221 de inyector conformada en la sección 207 de puntero. En todas las realizaciones, el paso 219 de flujo de fluido iniciador interseca con el paso 113 de flujo de fluido de proceso en la parte 133 de constricción. El paso 219 de flujo de fluido iniciador es normalmente de sección circular, aunque se pueden usar otras formas.

En realizaciones donde el paso 219 de flujo de fluido iniciador tiene una sección circular, el paso 219 de flujo de fluido iniciador tiene un diámetro 223 de paso de flujo de fluido, que puede ser de aproximadamente 2 a aproximadamente 3,5 milímetros. Se prefiere que el diámetro 223 del paso del flujo de fluido sea lo suficiente ancho como para que si una interrupción del proceso (por ejemplo, una descomposición de etileno), el inicio o las actividades de parada provoquen un reflujo parcial de monómero (o comonómero) o polímero en la punta 221 del inyector conformado. (y posiblemente más adentro hacia paso 219 de flujo de fluido iniciador), el material resultante puede ser fácilmente desalojado y expulsado al reiniciar el proceso sin tener que desmontar y limpiar primero la boquilla de inyección del iniciador. Un diámetro 223 de paso de flujo de fluido que es demasiado pequeño es más probable que se obstruya durante las condiciones de alteración del proceso y, por lo tanto, no pueda desalojar o expulsar a continuación material del paso 219 de flujo de fluido iniciador.

En algunas realizaciones, la superficie 201 exterior de la sección 205 de conector incluye un asiento 209 de inyector útil para sellar la parte 200 de inyector contra la parte 100 de lente en T para aislar el proceso. En algunas realizaciones, la superficie 201 exterior en el asiento 209 de inyector tiene un bisel 211 en un ángulo no perpendicular al eje 213 vertical central del inyector. La configuración y dimensiones del asiento 209 de inyector pueden variar según las dimensiones y forma de conexión (por ejemplo, soldadura, brida, acoplamiento de rosca) con el rebaje 151 del inyector de la parte 100 en T de la lente.

La superficie 201 exterior de la sección 205 de conector próxima a la entrada 215 del inyector incluye una conexión 217 de ajuste de fuente de iniciador. Las dimensiones de la conexión 217 de ajuste de fuente de iniciador pueden variar según la forma de conexión con una fuente de iniciador (p. ej., soldadura, brida, acoplamiento de rosca). Se prefiere una conexión roscada, como se muestra en la realización en la Figura 2(a).

En realizaciones que utilizan un conjunto de dos componentes, tal como la realización mostrada en la Figura 2, la superficie 203 interior y la superficie 201 exterior en la sección 207 de puntero de la parte 200 de inyector forman un puntero 225. El puntero 225 tiene un diámetro 227 exterior del puntero que permite que el puntero 225 se inserte libremente en la pared 111 interior del árbol. El diámetro 227 exterior del puntero puede ser de aproximadamente 6 a aproximadamente 10 milímetros. Preferiblemente, el diámetro 227 exterior del puntero es tal que el puntero 225 se acopla por fricción con la pared 111 interior del árbol de la parte 100 en T de la lente de modo que el cuerpo 101 de la parte 100 en T de la lente pueda proporcionar estabilización mecánica al puntero 225. La velocidad del flujo del fluido del proceso ejerce una fuerza enorme sobre las piezas expuestas del puntero 225 durante eventos normales y alterados del proceso, tales como descomposiciones de etileno. Se prefiere que el puntero 225 permanezca relativamente inmóvil.

En realizaciones en las que la boquilla de inyección del iniciador está hecha de un único componente, la pared 111 interior del árbol puede actuar directamente como el paso 219 de flujo del fluido iniciador. En tales realizaciones, el puntero 225 puede adoptar la forma de una extensión en forma de tubo de la pared 111 interior del árbol. En tales casos, el diámetro 223 del paso de flujo de fluido en el puntero 225 puede tener el mismo diámetro que la pared 111 interior del árbol. En otras realizaciones, el puntero 225 es un inserto en forma de tubo que está unido o acoplado con la pared 111 interior del eje. En tales realizaciones, la salida 231 del inyector en el extremo del puntero 225 todavía está formada por la punta 221 del inyector conformada.

Volviendo a las realizaciones tales como la que se muestra en la Figura 2, la relación del diámetro 227 exterior del puntero al diámetro 223 del paso del flujo de fluido puede ser de aproximadamente 1,8 a aproximadamente 3,5, y preferiblemente de 2,8 a aproximadamente 3,4. La relación indica que el puntero 225 es un tubo relativamente grueso frente a su diámetro interno. Se prefiere que el puntero 225 sea relativamente grueso por las mismas razones que se dan para estabilizar mecánicamente el puntero 225, especialmente partes del puntero 225 que están directamente expuestas al flujo de fluido del proceso. En todas las realizaciones, el puntero 225 sobresale más allá del paso 159 del inyector, de modo que la punta 221 del inyector conformada y pieza del puntero 225 se ubican en el paso 113 de flujo de fluido de proceso. Una relación mayor entre un diámetro exterior y diámetro interior proporciona refuerzo mecánico adicional ante el daño por exposición prolongada al flujo de fluido de proceso, así como a objetos y residuos potencialmente arrastrados por el fluido de proceso.

El diseño del puntero 225 y la punta 211 del inyector conformada y el soporte dado por el cuerpo 101 de la boquilla de inyección del iniciador es especialmente importante en situaciones donde el sistema puede sufrir descomposición de etileno y la boquilla de inyección del iniciador está expuesta a unas condiciones de presión y temperatura altas y variables. Durante la descomposición de etileno, partes del sistema de proceso, especialmente cerca del área donde se inicia la descomposición, pueden estar expuestas a temperaturas internas muy altas (1000 a 2000 °C), picos de presión (4000 a 5000 bar) y flujo de fluido de proceso estancado (compresores puede salir de línea). Como los sistemas de seguridad se activan automáticamente y el proceso se "ventila" (generalmente a través de dispositivos de alivio de presión), dependiendo la ubicación, las partes del fluido del proceso que aún no se ven afectadas por la descomposición del sistema pasan a través de las áreas afectadas y actúan para enfriar las áreas afectadas. También dependiendo de la ubicación, el fluido de proceso puede contener residuos sólidos como resultado de la descomposición, tales como partículas de carbono, o polímero en diversas etapas de producción que no ha alcanzado la separación o refinado. Durante la ventilación, el fluido del proceso puede desplazarse en la dirección opuesta o a través de un desvío de su trayectoria de flujo normal. En tal situación donde el fluido del proceso se desplaza en una dirección contraria y bajo la influencia de un gradiente de presión cercano a la presión atmosférica en los dispositivos de alivio de presión y presiones del sistema por encima de lo normal, el fluido del proceso puede desplazarse a una velocidad muy alta (subsónico) a través del sistema. Un evento de descomposición puede durar desde varios segundos hasta varios minutos, dependiendo de la función de los sistemas de control y seguridad e intervención humana.

Basado en el escenario de descomposición dado anteriormente, la parte del puntero 225 en el flujo de fluido del proceso y la punta 221 del inyector conformada pueden estar expuestas a la siguiente serie de condiciones extremas. Primero, la parte del puntero 225 en el flujo de fluido del proceso y la punta 221 del inyector conformada pueden verse impactadas por una onda de presión inicial (un pico de presión) desde el inicio de una descomposición de etileno en todo el sistema en uno o más de las zonas de reacción. A continuación, la temperatura del fluido del proceso cerca de la boquilla de inyección del iniciador puede elevarse rápidamente a niveles de temperatura de descomposición, especialmente si el flujo del fluido del proceso se detiene y se estanca. En el peor de los escenarios, puede producirse una descomposición en todo el sistema en el tubo del reactor de tal manera que todo el tubo del reactor esté aislado y no ventilado, deteniendo el flujo a lo largo de todo el tubo del reactor y permitiendo que la mayor parte del etileno en el tubo del reactor se descomponga en un ambiente estancado. La exposición de la boquilla de inyección del iniciador a estas temperaturas puede durar desde varios segundos hasta varios minutos, dependiendo de la siguiente serie de eventos. A continuación, se activan los dispositivos de alivio de presión del sistema, creando un gradiente de presión en todo el sistema. Una vez que ha comenzado la "ventilación", el fluido de proceso, que ahora contiene residuos de descomposición y partículas sólidas de polímero, fluye hacia los dispositivos de alivio de presión a alta velocidad. Dependiendo de la dirección y la velocidad relativa de la ventilación (es decir, qué tan rápido se despresuriza completamente el sistema), la parte del puntero 225 en el flujo de fluido de proceso y la punta 221 del inyector conformada pueden estar expuestas a un fluido de proceso donde la temperatura varía desde los valores funcionales normales hasta niveles de descomposición (y posiblemente alternando de un extremo al otro), contiene partículas sólidas de polímero y residuos de descomposición, y pasa a altas velocidades durante varios minutos. Es preferible que el diseño de la parte del puntero 225 y la punta 221 del inyector conformada sea capaz de resistir tales fuerzas de flujo y variaciones de temperatura sin deformaciones o daños significativos (por ejemplo, una aguja doblada o rota; una salida del inyector obstruida por partículas). Es muy preferible que el diseño de la boquilla de inyección del iniciador no requiera la retirada o mantenimiento de la boquilla de inyección del iniciador después de tal evento de descomposición.

La punta 221 del inyector conformada puede adoptar diversas formas; sin embargo, los diseños preferidos de la punta 221 del inyector conformada son los que ayudan a reducir el arrastre y evitan el reflujo hacia el puntero 225 a través de la salida 231 del inyector. Reducir el arrastre y evitar el reflujo impide la formación de polímeros de alto peso molecular en o en partes del puntero 225 Los diseños preferidos también resisten la agregación significativa de polímeros de alto peso molecular al ser hidrodinámicos, lo que permite que el flujo del fluido del proceso se mueva suavemente alrededor del puntero 225 y la punta 221 del inyector conformada con una interrupción mínima del flujo en el punto de mayor concentración de iniciador en el flujo del fluido del proceso. (en la salida 231 del inyector en la punta 221 del inyector conformada). Al evitar una interrupción significativa en el flujo del fluido del proceso, la alta concentración de iniciador en este punto se aleja rápidamente de la salida 231 del inyector y no se permite que se descomponga, inicie y ayude a formar polímeros de alto peso molecular en y alrededor del puntero 225 o la salida 231 del inyector. Esto evita varios efectos indeseables, que incluyen interrupciones en la alimentación del iniciador debido a la obstrucción del puntero 225 o la punta 221 del inyector conformada, control de calidad deficiente del producto final debido a la formación excesiva de polímero de alto peso molecular y problemas mecánicos del sistema con la formación y desprendimiento de "trozos" de polímero de alto peso molecular, que pueden provocar interrupciones adicionales en el flujo del fluido del proceso si se alojan en el sistema. Con un flujo de alimentación de iniciador fiable, las funciones del sistema son más constantes y las alteraciones impredecibles del sistema, como descomposiciones de etileno, se pueden evitar más fácilmente.

En algunas realizaciones, tales como se muestra en la Figura 2(a), la punta 221 del inyector conformada es plana, tal como el extremo de un tubo o tubería. En algunas realizaciones, tales como las que se muestran en la Figura 2(c), la punta 221 del inyector conformada puede tener una forma de plano angular como la de una "aguja" de inyección. En algunas realizaciones, tales como se muestra en la Figura 2(d), la punta 221 del inyector conformada puede ser un plano angular parcial, donde la parte delantera de la punta conformada es como una aguja como se comenta en la Figura 2(c), y el resto puede ser una forma no biselada, como un escalón o una muesca cuadrada. En algunas realizaciones, tales como se muestra en la Figura 2(e), la punta 221 del inyector conformada puede ser "redondeada" o tiene forma de cúpula. En algunas realizaciones, tales como se muestra en la Figura 2(f), la punta 221 del inyector conformada puede estar biselada. Una variedad de otras formas de la punta 221 de inyector conformada son imaginables para un experto y creativo en la técnica.

Cuando se utilizan los componentes descritos y se acoplan juntos (la parte 100 en T de la lente y una parte 200 de inyector) se forma una boquilla de inyección de iniciador de la realización. Los componentes pueden acoplarse entre sí utilizando técnicas de acoplamiento conocidas para las condiciones de presión y temperatura del proceso. Por ejemplo, como se muestra en la realización de la Figura 2(b), una tuerca 250 de casquillo puede configurarse para conectarse de manera roscada a la parte 100 en T de la lente, conectarse por fricción a la parte 200 de inyector y conectar se de manera tensional la parte 200 de inyector a la parte 100 de lente en T. Para la realización mostrada en la Figura 2(b), la conexión de tensión directa realizada usando el asiento 209 de inyector en la intersección del paso 159 del inyector y el rebaje 151 del inyector sella el proceso del entorno externo.

Para la boquilla de inyección de iniciador de la realización mostrada en la Figura 2(b), el eje 213 vertical central del inyector y el eje 153 vertical del árbol se superponen entre sí y son esencialmente iguales.

En todas las realizaciones, el puntero 225 que contiene al menos parcialmente el paso 219 de flujo de fluido iniciador y que comprende adicionalmente una punta 221 de inyector conformada que forma la salida 231 del inyector del paso 219 de flujo de fluido iniciador sobresale hacia el paso 113 de flujo de fluido de proceso de modo que la salida 231 del inyector está ubicada en la parte 133 de constricción del paso 113 de flujo de fluido de proceso. El puntero 225 sobresale lo suficiente lejos a lo largo del eje 213 vertical central del inyector de modo que la salida 231 del inyector está ubicada fuera del eje 115 de flujo del proceso central por un segundo desplazamiento 229 (vertical) según se determina a lo largo del eje 213 vertical central del inyector. El puntero 225 sobresale hacia la parte 133 de constricción en una distancia de saliente, que se mide mediante la distancia a lo largo del eje 213 vertical central del inyector desde la salida 231 del inyector hasta la intersección del puntero 225 con la pared de la parte 133 de constricción. En todas las boquillas de inyector de iniciador de la realización, la distancia del saliente es menor que el radio de la parte 133 de constricción en el eje 213 vertical central del inyector medido desde el eje 115 de flujo del proceso central.

La relación entre el radio de la garganta 143 menos el desplazamiento 229 vertical y el radio de la garganta 143, expresada en términos del radio de la garganta, ofrece una medida adimensional entre los diseños de boquilla de inyector de iniciador de la realización que puede mostrar el impacto potencial del puntero 225 que se extiende en el flujo de fluido de proceso en la garganta 143. Dado que el puntero 225 no se extiende a través del paso 113 de flujo de fluido de proceso más allá del eje 115 de flujo del proceso central, el valor de tal relación nunca es 0 (lo que indicaría que la salida 231 del inyector está en el eje 115 de flujo del proceso central) o negativo (lo que indicaría que el puntero 225 se extiende más allá del eje 115 de flujo del proceso central). Para las boquillas de inyección de iniciador de la realización, la relación es aproximadamente 0,45 a aproximadamente 0,90, y preferiblemente de aproximadamente 0,75 a aproximadamente 0,90, lo que indicaría que la salida 231 del inyector es apenas visible más allá de la garganta 143 si se ve desde el lado aguas abajo de una boquilla de inyector de iniciador de la realización a lo largo del eje 115 de flujo del proceso central.

En todas las realizaciones, la salida 231 del inyector está ubicada en la parte 133 de constricción del paso 113 de flujo de fluido de proceso aguas arriba de la garganta 143 mediante un primer desplazamiento 161 (horizontal) determinado a lo largo del eje 115 de flujo del proceso central. El desplazamiento 161 horizontal puede ser de aproximadamente 6 a aproximadamente 15 milímetros.

Como puede verse en la Figura 2(b), los valores distintos de cero para tanto el desplazamiento 161 horizontal y el desplazamiento vertical posicionan la salida 231 del inyector aguas arriba de la garganta 143 y ligeramente fuera del eje 115 de flujo del proceso central. La salida 231 del inyector se posiciona en las boquillas de inyección del iniciador de la realización de tal manera que el iniciador que pasa a través de la punta 221 del inyector conformada fluye hacia y es arrastrado a lo largo por el fluido del proceso de tal manera que una alta concentración de iniciador está ubicado cercano al centro del fluido del proceso (es decir, el eje 115 de flujo del proceso central) durante un corto período de tiempo antes de que el fluido del proceso atraviese la garganta 143. Los factores que se usan para determinar las dimensiones necesarias para el desplazamiento 161 horizontal y el desplazamiento 229 vertical incluyen, pero no están limitados a, velocidad del fluido del proceso en la salida 231 del inyector y en la garganta 143, velocidad del fluido de iniciador en la salida 231 del inyector, la temperatura del fluido del proceso, la velocidad de descomposición desde peróxidos orgánicos hasta moléculas portadoras de radicales libres a la temperatura del fluido del proceso, y las características físicas de la boquilla de inyección del iniciador, como la parte 100 en T de la lente y la parte 200 de inyector. La relación entre el desplazamiento 161 horizontal y el desplazamiento 229 vertical es de aproximadamente 1,0 a aproximadamente 10, y preferiblemente de aproximadamente 1,1 a aproximadamente 7,0.

La estructura general de las boquillas de inyección de iniciador de la realización las hace mucho más funcionalmente fiables y más fáciles de limpiar y mantener que las boquillas de la técnica anterior. Debido a que solo hay una pieza, la aguja, que se extiende directamente hacia el flujo del fluido del proceso, no es necesario retirar, reparar y volver a montar las boquillas de inyección del iniciador de la realización después de una parada o alteración del proceso que no sea lo que se hace normalmente con el sistema en sí mismo. Como se comentó anteriormente, la aguja en la boquilla de inyección de iniciador de la realización está parcialmente reforzada por el cuerpo de la propia boquilla y es preferiblemente una tubería de calibre grueso para resistir las fuerzas del flujo del fluido del proceso, incluidas las condiciones de alteración.

Se pueden usar diversos materiales de construcción de la boquilla de inyección del iniciador según sea apropiado para resistir los rigores de las altas presiones funcionales y las temperaturas máximas del reactor de la producción de polímero a base de etileno. Se prefiere que las piezas y componentes de la boquilla de inyección de iniciador, cuando se ensamblan, puedan resistir y contener el proceso y los productos de descomposición de una reacción aguda de descomposición de etileno. Es preferible que los materiales usados en la boquilla de inyección del iniciador sean capaces de resistir no solo las temperaturas y presiones funcionales normales, sino también las variaciones agudas de temperatura y presión, tales como aquellas que se observan durante una descomposición de etileno. Los materiales de construcción preferibles incluyen, pero no están limitados a, aleaciones de acero al cromo, titanio, níquel, MONEL™ e INCONEL™ (Specialty Metals Corp.; New Hartford, NY).

Un sistema ejemplar incorpora al menos una boquilla de inyección de iniciador de la realización en combinación con otros componentes para soportar un proceso de polimerización iniciada por radicales libres a alta presión usado etileno y, opcionalmente, al menos un comonómero, para formar un producto polimérico a base de etileno de baja densidad. Tal sistema puede usar varios medios físicos para convertir los reactivos en el producto polimérico, tales como, y sin limitación de, una combinación de uno o más autoclaves y un reactor tubular, que funcionan en serie y en orden secuencial, o un único sistema de reactor tubular.

Con el fin de describir el uso de la invención en un sistema, se describe una descripción no limitativa de una reacción de polimerización a base de etileno de baja densidad iniciada por radicales libres en un sistema (un proceso de reactor tubular). Un experto y creativo en la técnica comprenderá que se pueden usar diferentes tipos de componentes del reactor, tales como autoclaves y tubos, en combinación entre sí en diversas configuraciones (es decir, en serie, en paralelo) para producir el producto polimérico. Además de alimentar un reactor de tubo con etileno y, opcionalmente, al menos un comonómero, se alimentan otros componentes al reactor para iniciar y soportar la reacción de radicales libres a medida que se forma el producto polimérico a base de etileno, tales como iniciadores de reacción, catalizadores, disolventes y agentes de transferencia en cadena.

Los métodos son bien conocidos en la técnica para usar un sistema que comprende parcialmente un reactor tubular para formar un producto polimérico a base de etileno de baja densidad y alta presión. En tales sistemas, un fluido de proceso que comprende parcialmente etileno se polimeriza por radicales libres dentro de un reactor tubular en una reacción altamente exotérmica para formar un producto polimérico basado en etileno. La reacción se produce a alta presión de funcionamiento (1000 bar a 4000 bar, 1*108 Pa a 4*108 Pa) durante el flujo de fluido de proceso turbulento (por lo tanto, los polímeros a base de etileno de baja densidad también denominados polímeros de "alta presión"). Las temperaturas máximas en el reactor de tubo son normalmente de aproximadamente 160 °C a aproximadamente 360 °C y la temperatura de inicio de la reacción es aproximadamente 120 °C a aproximadamente 240 °C. Normalmente se produce el precalentamiento del fluido del proceso antes del inicio y el enfriamiento del fluido del proceso después del inicio. Los valores de conversión de etileno de una única etapa para un proceso de reactor de tubo varían de aproximadamente 20 a aproximadamente 40 por ciento. Los sistemas de reactores tubulares modernos también incluyen al menos un circuito de reciclado de monómeros para mejorar adicionalmente la eficiencia de conversión.

Con el fin de describir un sistema que usa las boquillas de inyección del iniciador de la realización, se muestra en la Figura 3 un sistema de reactor de tubo no limitante. Un sistema 300 de reactor de tubo que contiene un fluido de proceso puede comprender al menos una fuente 306 de alimentación nueva para suministrar etileno y opcionalmente al menos un comonómero hacia un fluido de proceso, un compresor 304 primario para presurizar el fluido de proceso a las condiciones de reacción en comunicación fluida con la al menos una fuente 306 de alimentación nueva, un tubo 302 reactor para convertir una parte del etileno y opcionalmente al menos una comonómero dentro del fluido de proceso en un polímero a base de etileno de baja densidad y una parte restante de etileno y opcionalmente al menos un comonómero en comunicación fluida con el compresor 304 primario, un separador 320 de alta presión para separar el polímero a base de etileno de baja densidad de la parte restante de etileno y opcionalmente al menos un comonómero en comunicación fluida con el tubo 302 reactor, y un conducto 322 en comunicación fluida con el compresor 304 primario y el separador 320 de alta presión para transportar la parte restante de etileno y opcionalmente al menos un comonómero desde el separador 320 de alta presión al compresor 304 primario. Sin embargo, normalmente, los sistemas modernos usan componentes de proceso adicionales para lograr las temperaturas, presiones, rendimiento y eficiencia necesarios para la producción de polietileno de alta presión y baja densidad a escala mundial. Los componentes adicionales del sistema incluyen, y como se muestra en la Figura 3, pero están limitados a, un conducto 329 de reciclaje del sistema de baja presión, un compresor 305 secundario o "hiper" , una fuente 307 de agente de transferencia de cadena, conductos 312 de corriente de alimentación de proceso aguas arriba y conductos 314 de alimentación de proceso aguas abajo, conductos 309 de iniciador, una salida 316 de tubo del reactor, una válvula 317 de bajada de alta presión, una bomba 318 de chorro , un conducto 319 de reciclado de bomba de chorro, un separador 328 de baja presión, un condensador 324 de reciclado externo, un sistema 326 de purificación de reciclaje a presión, y una ventilación 325 de purga de sistema de alta presión. Las referencias que incluyen información adicional sobre los componentes descritos y su uso en la producción de polietileno de alta presión y baja densidad incluyen la solicitud provisional de EE.UU. No. 61/103374 (Karjala, et al.; presentada el 7 de octubre de 2008) y la publicación de patente PCT No. WO 2007/134671 (Cornelissen, et al.).

Un experto y creativo en la técnica comprenderá que los diversos componentes del sistema 300 de reactor de tubo estarán conectados mediante conductos apropiados para el flujo de material entre ellos. Los conductos pueden incluir equipos auxiliares tales como válvulas, intercambiadores de calor y sensores, no mostrados.

Con referencia a la boquilla de inyección de iniciador de la realización descrita anteriormente y mostrada en parte en las Figuras 1 y 2, el fluido de proceso se transporta desde una pieza aguas arriba del tubo 302 reactor, como se muestra en la Figura 3, a través del cuerpo 101 de la parte 100 en T de la lente que forma parte de una boquilla 310 de inyección desde el extremo 117 de entrada, a través de la parte 133 de constricción y la parte 141 de expansión, y hacia fuera a través del extremo 119 de salida de regreso a una parte aguas abajo del tubo 302 reactor. A medida que el fluido del proceso atraviesa la parte 133 de constricción, el fluido del proceso se comprime y la velocidad del fluido del proceso aumenta.

A medida que el fluido del proceso atraviesa la boquilla de inyección, el iniciador de radicales libres se inyecta continuamente en el fluido del proceso. El iniciador se transporta desde la fuente 308 de iniciador usando medios convencionalmente conocidos a la parte 200 de inyector a través de la entrada 215 del inyector. El iniciador se mueve a través del paso 219 de flujo de fluido iniciador, a través de la punta 221 del inyector conformada, y hacia el fluido de proceso en un punto aguas arriba de la garganta 143.

A medida que el fluido del proceso (ahora con iniciador) atraviesa la garganta 143 y hacia la parte 141 de expansión, el fluido del proceso se descomprime rápidamente, lo que da como resultado una zona de mezcla no laminar altamente turbulenta que se extiende aguas abajo desde la garganta 143 de la boquilla de inyección y hacia el tubo 302 del reactor. Dentro de esta zona de mezcla turbulenta, el iniciador se distribuye rápidamente en el fluido del proceso en un ambiente de mezcla puro, rompiendo cualquier alta concentración localizada de iniciador que sale de la punta 215 del inyector conformada antes de atravesar la garganta 143. Esta rápida dispersión del iniciador usando medios no mecánicos y minimizando el impacto de arrastre de fluido del inyector 100 sobre el flujo del fluido de proceso ayuda a evitar cualquier acumulación localizada de peróxidos orgánicos altamente reactivos cerca del punto de distribución del iniciador. Como se indicó anteriormente, la acumulación de peróxidos orgánicos altamente reactivos puede desencadenar una descomposición de etileno., bajo ciertas condiciones de reacción (y especialmente más abajo de la boquilla de inyección, donde la temperatura del sistema 300 de reactor de tubo sube rápidamente de reacciones previas de polimerización de radicales libres)

La zona de mezcla no laminar, altamente turbulenta, no solo tiene el efecto de distribuir rápidamente el iniciador de peróxido orgánico altamente reactivo por todo el flujo del proceso, sino que también afecta la producción de polímeros de alto peso molecular al reducir la capa de flujo laminar cerca de la pared en la zona expansión donde la concentración de iniciador es alta. Debido a que el flujo del fluido del proceso es turbulento después de atravesar la garganta 143, la capa de flujo laminar que se forma contra las paredes interiores de la zona de expansión por los efectos de arrastre del fluido se interrumpe significativamente. Sin un régimen de flujo laminar de movimiento más lento y espeso en un área con alta concentración de iniciador, se impide la formación inicial de polímeros de alto peso molecular. Esto da como resultado un producto polimérico que tiene mejores propiedades ópticas generales debido a que se sabe en la técnica que los polímeros de alto peso molecular provocan propiedades ópticas negativas tales como turbidez y turbiedad. La prevención de formación de polímeros de alto peso molecular también da como resultado un proceso con una mejor capacidad de transferencia de calor ya que no se forma una capa aislante de producto polimérico, lo que puede resultar en una eliminación de calor más eficiente, mejor uso del iniciador aguas abajo y mejor primer paso general de etileno (y comonómero) eficientemente.

Los ejemplos no limitantes de iniciadores de radicales libres que se pueden usar en el sistema 300 de reactor de tubo incluyen iniciadores basados en oxígeno tales como peróxidos orgánicos (PO). Los iniciadores preferidos son peroxipivalato de t-butilo, peróxido de di-t-butilo, peroxiacetato de t-butilo y peroxi-2-etilhexanoato de t-butilo, y mezclas de los mismos. Estos iniciadores de peróxido orgánico se usan en cantidades convencionales de entre 0,01 y 2 por ciento en peso, y preferiblemente de 0,1 a 1 por ciento en peso basado en el peso total de la alimentación de monómero nuevo.

En algunos ejemplos, los iniciadores de radicales libres se disuelven en disolventes orgánicos. Los disolventes adecuados son, por ejemplo, hidrocarburos alifáticos tales como octano o benceno, o disolventes inertes tales como clorobenceno, ciclohexano o metanol. Los ejemplos de disolventes orgánicos incluyen un disolvente de hidrocarburo n-parafina (intervalo de ebullición de 90-240 °C), un disolvente de hidrocarburo de isoparafina (intervalo de ebullición de 90-240 °C) y disolventes a base de aceite mineral. La concentración de las soluciones de iniciador orgánico puede ser de aproximadamente 1 a aproximadamente 90 por ciento en peso, y preferiblemente de aproximadamente 5 a aproximadamente 50 por ciento en peso basado en el peso total de iniciadores de radicales libres y disolventes orgánicos juntos.

En algunos sistemas, tales como el que se muestra en la Figura 3, se puede usar más de una boquilla 310 de inyección de iniciador de la realización para iniciar la polimerización de radicales libres en el tubo 302 reactor. Se conocen en la técnica múltiples boquillas de inyección de iniciación para mejorar la eficiencia de conversión en sistemas de polimerización de polietileno de alta presión y baja densidad en condiciones de radicales libres. En algunos sistemas en los que se usa más de una boquilla de inyección de iniciador, las más de una boquilla de inyección de iniciador pueden estar en comunicación fluida con más de una fuente de iniciador, como, a modo de ejemplo, una primera fuente de iniciador y una segunda fuente de iniciador. En algunos otros sistemas donde se usa más de una boquilla de inyección de iniciador, una boquilla de inyección de iniciador está en comunicación fluida con una primera fuente de iniciador exclusivamente. Un ejemplo de tal disposición se encuentra en la solicitud provisional de EE.UU. No.

61/103374 (Karjala, et al.; presentada el 7 de octubre de 2008).

En sistemas que utilizan al menos una boquilla de inyección de iniciador de la realización, la ganancia de eficiencia de conversión de etileno de un único paso en comparación con un sistema análogo en las condiciones correspondientes es mayor que 0,5%, preferiblemente mayor que 1,0%, más preferiblemente mayor que 1,5% e incluso más preferiblemente mayor que 2,0% y lo más preferiblemente mayor que 3,0%.

El término "composición" describe una mezcla íntima de materiales, así como productos de reacción y productos de descomposición formados a partir de la interacción y reacción entre materiales que forman parte de la composición.

El término "polímero a base de etileno" se refiere a un polímero que contiene más del 50 por ciento en moles de monómero de etileno polimerizado (basado en la cantidad total de monómeros polimerizables) y, opcionalmente, puede contener al menos un comonómero. Un homopolímero de etileno es un polímero a base de etileno.

El término "interpolímero" se refiere a polímeros preparados mediante la polimerización de al menos dos tipos diferentes de monómeros. El término interpolímero incluye copolímeros, normalmente empleados para referirse a polímeros preparados a partir de dos monómeros diferentes, y polímeros preparados a partir de más de dos tipos diferentes de monómeros, tales como terpolímeros.

El término "LDPE" también puede denominarse "polímero de etileno de alta presión" o "polietileno altamente ramificado" y se define como que el polímero se polimeriza parcial o totalmente en autoclave o reactores tubulares a presiones por encima de 13.000 psig con el uso de iniciadores de radicales libres, como peróxidos (ver, por ejemplo, patente de EE.UU. No. 4,599,392 (McKinney, et al.)).

El término "polímero" se refiere a un compuesto preparado polimerizando monómeros, ya sean del mismo tipo o de un tipo diferente de monómero. El término polímero abarca los términos "homopolímero" e "interpolímero".

Los términos "estado estable" y "condición(es) de estado estable" son una condición donde las propiedades de cualquier pieza de un sistema son constantes durante un proceso. Ver Lewis, Richard J., Sr., Condensed Chemical Dictionary de Hawley, Wiley-Interscience (15a ed., 2007); también Himmelblau, David M., Basic Principies and Calculations in Chemical Engineering, Prentice Hall (5a ed., 1989).

El término "correspondiente" significa como en un sentido conforme. Para un proceso de polímero basado en etileno de baja densidad de radicales libres dado, las ejecuciones de proceso "correspondientes" significa que para dos o más ejecuciones de proceso que utilizan equipos o sistemas de proceso análogos, la diferencia entre el valor de temperatura máxima para cada zona de reacción análoga (p. ej., la temperatura máxima de la primera zona de reacción del Ejemplo 1 y la temperatura máxima de la primera zona de reacción del Ejemplo 1 Comparativo) en condiciones de estado estable está dentro del 5%, preferiblemente dentro del 3%, más preferiblemente dentro del 1% y lo más preferiblemente dentro de 1°C.

Un experto en la técnica comprenderá que al evaluar el proceso correspondiente se ejecuta en procesos o sistemas análogos que procesan variables que se controlan y se establecen en valores particulares (las denominadas variables "maestras", como la presión del sistema, ratios de división de alimentación del agente de transferencia en cadena a etileno, índice de fusión del producto (I2) objetivo, velocidad de alimentación de etileno, velocidades de flujo del medio de enfriamiento y temperaturas de entrada), a menos que se especifique lo contrario, se mantienen en valores equivalentes durante las funciones en estado estable entre las correspondientes ejecuciones del proceso. También se entiende que las variables de proceso no controladas y las variables de proceso que están subordinadas a las variables de proceso controladas y establecidas (las denominadas variables "esclavas") pueden fluctuar en reacción a las condiciones cambiantes del proceso o para mantener las variables de proceso controladas y establecidas en sus valores de objetivo.

La base para comparar las ejecuciones de procesos correspondientes es durante un período de al menos 24 horas de condiciones de estado estable usando datos promedio de 1 hora (a diferencia de los "datos puntuales", que son lecturas de datos individuales en puntos específicos en el tiempo).

El índice de fusión, o "MI" o I2, se mide de acuerdo con la norma ASTM D 1238, condición 190 °C/2,16 kg.

Ejemplos

Se muestran las ejecuciones del proceso correspondiente que comparan el rendimiento entre una boquilla de inyección de iniciador de la realización (el Ejemplo) y una boquilla de inyección de iniciador de la técnica anterior (el Ejemplo Comparativo) en un sistema de reactor de tubo. Los datos del sistema de reacción y los criterios de rendimiento calculados se comparan basándose en el funcionamiento de sistemas de reactor de tubo análogos en condiciones de estado estable usando las ejecuciones de procesos correspondientes.

Se usa la misma configuración general del sistema de reactor de tubo para tanto las ejecuciones correspondientes del Ejemplo y del Ejemplo Comparativo. El sistema de reactor de tubo se modifica entre las ejecuciones del proceso del Ejemplo y del Ejemplo Comparativo cambiando solo la primera boquilla de inyección del iniciador de la zona de reacción; no se realizan otras modificaciones físicas. Durante las ejecuciones del proceso del Ejemplo, la boquilla de inyección del iniciador del Ejemplo se utiliza para la primera boquilla del inyector del iniciador de la zona de reacción. Para las ejecuciones del proceso del Ejemplo Comparativo, se usa la boquilla de inyección del iniciador del Ejemplo Comparativo para la primera boquilla del inyector del iniciador de la zona de reacción. Los sistemas, por tanto, son análogos.

El sistema de reactor de tubo es similar en estructura general al sistema que se muestra en la Figura 3. El sistema de reactor de tubo para los Ejemplos y Ejemplos Comparativos contiene un fluido de proceso y comprende una fuente de alimentación nueva de etileno, un compresor primario, un compresor secundario o "hiper", una fuente de alimentación de iniciador, una fuente de alimentación de agente de transferencia de cadena, un tubo del reactor, una válvula de bajada de alta presión, un separador de alta presión, un conducto de reciclaje, un separador de baja presión, un conducto de reciclaje del sistema de baja presión, una ventilación de purga del sistema, y todos los conductos y conexiones necesarios para interconectar los componentes del sistema entre sí. El tubo del reactor tiene al menos dos boquillas de inyección del iniciador a lo largo de la longitud del tubo del reactor y las correspondientes zonas de reacción que se extienden aguas abajo de cada boquilla de inyección de iniciador.

La longitud del tubo del reactor entre la primera boquilla de inyección de iniciador y la segunda boquilla de inyección de iniciador es 1540 pies (469,4 metros). El diámetro interior (de trabajo) del tubo del reactor en el extremo de entrada de la primera boquilla de inyección de iniciador es 2 pulgadas (50,8 milímetros). El diámetro interior del tubo del reactor en el extremo de salida de la primera boquilla de inyección de iniciador a la segunda boquilla de inyección de iniciador es 1,75 pulgadas (44,5 milímetros).

La boquilla de inyección del iniciador del Ejemplo Comparativo tiene las características físicas enumeradas en la Tabla 1. La boquilla de inyección del iniciador del Ejemplo Comparativo puede describirse como un inserto con un canal de flujo de proceso de combinación de una parte cilíndrica aguas arriba de un único puntero que sobresale en el canal de flujo de proceso y una parte de constricción troncocónica aguas abajo. La parte cilíndrica tiene 2,0 pulgadas (50,8 milímetros) de diámetro. La parte de constricción tiene 2,0 pulgadas (50,8 milímetros) de diámetro en el puntero y se encoge hasta 1,75 pulgadas (44,5 milímetros) de diámetro. El puntero sobresale de la pared lateral hacia un eje de flujo de proceso central en el punto de intersección entre las secciones cilíndrica y de constricción. El puntero tiene una punta de inyector, y la punta del inyector está ubicada lejos del eje de flujo del proceso central mediante un desplazamiento vertical. La boquilla de inyección de iniciador del Ejemplo Comparativo no tiene una parte de expansión después de la parte de constricción o de la aguja. La boquilla de inyección de iniciador del Ejemplo Comparativo no tiene garganta ni placa de orificio u otro limitador de flujo.

Tabla 1: Dimensiones de la boquilla de inyección de iniciador del Ejemplo Comparativo en pulgadas (milímetros)

La boquilla de inyección de iniciador de ejemplo tiene las características físicas enumeradas en la Tabla 2. Puede describirse como un inserto con un canal de flujo de fluido de proceso que tiene partes troncocónicas de constricción y expansión que se encuentran en una garganta circular común con un único puntero que sobresale desde la pared lateral en la parte del canal troncocónico de constricción hacia el eje de flujo del proceso central. El puntero está aguas arriba de la garganta de la boquilla de inyección mediante un desplazamiento horizontal. El puntero tiene una salida de inyección formada por una punta de inyector conformada que es plana. La salida del inyector está ubicada alejada del eje central del flujo de proceso mediante un desplazamiento vertical.

Tabla 2: Dimensiones de la boquilla de inyección de iniciador de ejemplo en pulgadas (milímetros) y grados

Según los valores dados en la Tabla 2, la relación entre el radio de la garganta menos el desplazamiento vertical y el radio de la garganta es 0,80, y la relación entre el desplazamiento horizontal y el desplazamiento vertical es 2,54.

Las ejecuciones de proceso correspondientes del Ejemplo 1 y del Ejemplo 1 Comparativo se ejecutan en sistemas de proceso análogos usando un Ejemplo y una boquilla de inyección de iniciador de Ejemplo Comparativo para la primera boquilla de inyección de iniciación para producir un polímero a base de etileno de 0,25 MI. Las condiciones de funcionamiento y proceso se encuentran en la Tabla 3.

"TPO" significa peroxi-2 etilhexanoato de t-butilo, un iniciador de peróxido orgánico comúnmente usado en la producción de polímeros a base de etileno por radicales libres. "DTBP" significa peróxido de di-t-butilo, también un iniciador de peróxido orgánico comúnmente usado en la producción de polímeros a base de etileno de radicales libres. El disolvente de iniciador usado es un disolvente de hidrocarburo n-parafina, un disolvente con un intervalo de ebullición de 90-240 °C.

Los perfiles de temperatura para las ejecuciones del proceso correspondientes del Ejemplo 1 y el Ejemplo 1 Comparativo se muestran en la Figura 4. Como puede verse en la Figura 4, la disminución de temperatura para el Ejemplo 1 desde la temperatura máxima de la primera zona de reacción hasta el segundo punto de inyección del iniciador es significativamente más pronunciada que el descenso de temperatura para el Ejemplo 1 Comparativo en las condiciones correspondientes. Las correspondientes temperaturas de inyección del iniciador, que reflejan la temperatura del flujo del fluido del proceso en el punto de inyección del iniciador, en la segunda zona de reacción muestran una diferencia significativa de casi 40 °C (207,7 °C para el Ejemplo 1 frente a 245,7 °C para el Ejemplo 1 Comparativo). La diferencia significativa en los perfiles de temperatura del proceso que se ven en la Figura 4 y las temperaturas de inyección del iniciador de la segunda zona de reacción en la Tabla 3 son atribuibles a una mayor eliminación de calor del sistema de proceso para el Ejemplo 1 frente al Ejemplo 1 Comparativo. Debido a que la boquilla del Ejemplo proporciona una mejor mezcla de fluido de proceso después de la inyección del iniciador que la boquilla del Ejemplo Comparativo, hay menos formación de polímero aislante a base de etileno de alto peso molecular en la zona de reacción aguas abajo de la primera boquilla de inyección del iniciador.

Como también se puede ver al examinar los datos de la Tabla 3, debido a que la eliminación de calor del proceso del Ejemplo 1 es mayor (y, por lo tanto, la temperatura del sistema del proceso es más baja en el segundo punto de inyección del iniciador) que durante la ejecución del proceso del Ejemplo 1 Comparativo, es posible que se use más iniciador para lograr la misma temperatura pico del segundo reactor (~300 °C) para la segunda zona de reacción. La cantidad de TPO y DTBP usada en la ejecución del proceso del Ejemplo 1 para reiniciar la reacción en la segunda zona de reacción es significativamente mayor (0,65 gal/h de TPO y 0,47 gal/h de DTBP) que la usada para el punto análogo en la ejecución del proceso del Ejemplo 1 Comparativo (0,54 gal/h de TPO y 0,24 gal/h de DTBP). La capacidad de usar más iniciadores orgánicos puede dar como resultado una mejora general en la conversión de etileno de un único paso.

Las ejecuciones de proceso correspondientes del Ejemplo 2 y del Ejemplo 2 Comparativo se ejecutan en sistemas de proceso análogos usando un Ejemplo y una boquilla de inyección de iniciador de Ejemplo Comparativo para la primera boquilla de inyección de iniciación para producir 2,3 MI de polímero basado en etileno. Las condiciones de funcionamiento y proceso se encuentran en la Tabla 4.

Los perfiles de temperatura para las ejecuciones del proceso correspondientes del Ejemplo 2 y el Ejemplo 2 Comparativo se muestran en la Figura 5. Como puede verse en la Figura 5, la diferencia de disminución de temperatura en la primera zona de reacción entre el Ejemplo 1 y el Ejemplo 1 Comparativo es similar a la disminución observada entre el Ejemplo 2 y el Ejemplo 2 Comparativo. Las temperaturas de inyección del iniciador correspondientes, que reflejan la temperatura del flujo del fluido del proceso en el punto de inyección del iniciador, en la segunda zona de reacción muestran una diferencia significativa de casi 20 °C (177,3 °C para el Ejemplo 2 frente 196,3 °C para el Ejemplo 2 Comparativo). La cantidad de TPO y DTBP usado en la ejecución del proceso del Ejemplo 2 para reiniciar la reacción en la segunda zona de reacción es significativamente mayor (0,97 gal/h de TPO y 0,20 gal/h de DTBP) que la usado para el punto análogo en la ejecución del proceso del Ejemplo 2 Comparativo (0,26 gal/h de TPO y 0,09 gal/h de DTBP). La capacidad de usar más iniciadores orgánicos puede dar como resultado una mejora general en la conversión de etileno de un único paso.

Se indica que para las ejecuciones del Ejemplo 2/Ejemplo 2 Comparativo, la temperatura del agua de la camisa, que es la temperatura del agua usada para eliminar el calor del proceso, es significativamente más fría para la ejecución del Ejemplo 2 que para la ejecución del Ejemplo 2 Comparativo. Aunque intuitivamente parecería que se favorecería un proceso con una agua de la camisa más fría (es decir, un medio de eliminación de calor más frío creando un mayor flujo de corriente a través de la pared del tubo; absorción de más calor del proceso; temperaturas más bajas del fluido del proceso en el punto de reinicio; se pueden usar mayores cantidades de iniciador; ganancia de eficiencia de etileno), se sabe que las temperaturas más bajas del agua de la camisa provocan incrustaciones ,a veces en cuestión de horas, en el tubo del reactor. Se cree que la mezcla mejorada de la boquilla de inyección del iniciador de la realización evitó la formación de una cantidad significativa de polímeros de alto peso molecular en el Ejemplo 2 que normalmente se habrían “depositado” a esas temperaturas del agua de la camisa en condiciones de funcionamiento prolongadas.

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. Una boquilla de inyección de iniciador para mezclar un iniciador con un fluido de proceso, que comprende: un cuerpo (101) que comprende un puerto (121) de entrada para recibir el fluido del proceso, un puerto (123) de salida y una entrada (215) de inyector para recibir el iniciador;

un paso (113) de flujo de fluido de proceso a través del cual el fluido de proceso atraviesa entre el puerto (121) de entrada y el puerto (123) de salida a lo largo de un eje (115) de flujo de proceso central, comprendiendo una parte (133) de constricción, una garganta (143) y una parte (141) de expansión en ese orden que forma un paso (113) de flujo con forma de tipo Venturi;

un paso (219) de flujo de fluido iniciador a través del cual el iniciador atraviesa entre la entrada del inyector y una salida (231) del inyector a lo largo de un eje (213) central del inyector, el eje (213) central del inyector intersectando perpendicularmente el eje (115) central del flujo del proceso, donde el paso de flujo de fluido iniciador intersecta el paso de flujo de fluido de proceso en la parte de constricción; y

un puntero (225) que contiene al menos parcialmente el paso de flujo de fluido iniciador, el puntero (225) sobresaliendo en el paso (113) de flujo de fluido de proceso y comprendiendo adicionalmente una punta (221) de inyector conformada que forma la salida del inyector del paso de flujo de fluido iniciador.

en donde:

el puntero (225) no se extiende a través del paso (113) de flujo de fluido de proceso más allá del eje (115) de flujo de proceso central;

la salida (231) del inyector está ubicada en la parte (133) de constricción del paso de flujo de fluido de proceso y aguas arriba de la garganta (143) por un primer desplazamiento (161) según se determina a lo largo del eje (115) de flujo de proceso central; y

la salida (231) del inyector está ubicada fuera del eje (115) flujo de proceso central mediante un segundo desplazamiento (229) determinado a lo largo del eje (123) central del inyector.

2. La boquilla de inyección de iniciador de la reivindicación 1, donde una relación del primer desplazamiento (161) al segundo desplazamiento (229) es de 1,0 a 10.

3. La boquilla de inyección de iniciador de la reivindicación 1, donde una relación del radio de la garganta (143) menos el segundo desplazamiento al radio de la garganta (143) es de 0,45 a 0,90.

4. La boquilla de inyección de iniciador de la reivindicación 1, donde el ángulo de la parte (141) de expansión es de 23 a 48 grados.

5. La boquilla de inyección de iniciador de la reivindicación 1, donde una relación del ángulo de la parte (141) de expansión al ángulo de la parte de constricción es de 1,0 a 3,0.

6. La boquilla de inyección de iniciador de la reivindicación 1, donde la punta (221) de inyector conformada comprende una forma de aguja.

7. La boquilla de inyección de iniciador de la reivindicación 1, donde la punta (221) del inyector conformada comprende una forma de aguja cuadrada.

8. La boquilla de inyección de iniciador de la reivindicación 1, donde la punta (221) de inyector conformada comprende una forma redondeada o abovedada.

9. La boquilla de inyección de iniciador de la reivindicación 1, donde la punta (221) del inyector conformada está biselada.