KR100787791B1 - 반응기 개시제 공급 장치 - Google Patents

반응기 개시제 공급 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR100787791B1
KR100787791B1 KR1020037007471A KR20037007471A KR100787791B1 KR 100787791 B1 KR100787791 B1 KR 100787791B1 KR 1020037007471 A KR1020037007471 A KR 1020037007471A KR 20037007471 A KR20037007471 A KR 20037007471A KR 100787791 B1 KR100787791 B1 KR 100787791B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
free
radical initiator
flow
medium
vortex
Prior art date
Application number
KR1020037007471A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20030061420A (ko
Inventor
게오르그 그루스
프랑크-올라프 맬링
안드레아스 다이스
디터 리트만
카스파 에버츠
Original Assignee
바젤 폴리올레핀 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 바젤 폴리올레핀 게엠베하 filed Critical 바젤 폴리올레핀 게엠베하
Publication of KR20030061420A publication Critical patent/KR20030061420A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100787791B1 publication Critical patent/KR100787791B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F10/00—Homopolymers and copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond
    • C08F10/02—Ethene
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/30—Injector mixers
    • B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
    • B01F25/314—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced at the circumference of the conduit
    • B01F25/3141—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced at the circumference of the conduit with additional mixing means other than injector mixers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
    • B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
    • B01F25/434—Mixing tubes comprising cylindrical or conical inserts provided with grooves or protrusions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/2415—Tubular reactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/26—Nozzle-type reactors, i.e. the distribution of the initial reactants within the reactor is effected by their introduction or injection through nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
    • B01J3/04—Pressure vessels, e.g. autoclaves
    • B01J3/042—Pressure vessels, e.g. autoclaves in the form of a tube
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F2025/91—Direction of flow or arrangement of feed and discharge openings
    • B01F2025/913—Vortex flow, i.e. flow spiraling in a tangential direction and moving in an axial direction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F2101/00—Mixing characterised by the nature of the mixed materials or by the application field
    • B01F2101/2805—Mixing plastics, polymer material ingredients, monomers or oligomers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/80—Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/836—Mixing plants; Combinations of mixers combining mixing with other treatments
    • B01F33/8362—Mixing plants; Combinations of mixers combining mixing with other treatments with chemical reactions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00628—Controlling the composition of the reactive mixture
    • B01J2208/00646—Means for starting up the reaction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00716—Means for reactor start-up
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00796—Details of the reactor or of the particulate material
    • B01J2208/00946—Features relating to the reactants or products
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00074—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
    • B01J2219/00087—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids with heat exchange elements outside the reactor
    • B01J2219/00094—Jackets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00121—Controlling the temperature by direct heating or cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00164—Controlling or regulating processes controlling the flow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00761—Details of the reactor
    • B01J2219/00763—Baffles
    • B01J2219/00765—Baffles attached to the reactor wall
    • B01J2219/0077—Baffles attached to the reactor wall inclined
    • B01J2219/00772—Baffles attached to the reactor wall inclined in a helix

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Polymerisation Methods In General (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
  • Transition And Organic Metals Composition Catalysts For Addition Polymerization (AREA)
  • Signal Processing For Digital Recording And Reproducing (AREA)

Abstract

본 발명은 오토클레이브(autoclave)를 갖거나 또는 갖지 않은 관형 반응기에서 폴리에틸렌을 제조하는 방법에 대한 것이며, 이 반응기에서 에틸렌과 공단량체를 포함하는 액체 매체 유동(current)이 저온의 에틸렌과 함께 또는 에틸렌없이 라디칼 연쇄반응 개시제(radical chain initiator)에 공급된다. 두 유동(61, 62) 사이에 토션(torsion)이 생겨 소정의 각도(66)로 혼합되거나, 또는 토션 부재(20, 80)가 유동 단면(27, 28)에 제공된다. 단면 수축부(63, 67, 71; contraction of cross-section)가 라디칼 연쇄반응 개시제의 공급 지점(72, 81)의 영역에 형성되며, 이 지점에서 라디칼 연쇄반응 개시제가 공급 핑거(40; feeding finger)의 최적화된 편심 출구(44)를 통해 토션을 갖는 유동(61, 62, 70)에 공급된다.
오토클레이브, 에틸렌, 공단량체, 라디칼, 반응기

Description

반응기 개시제 공급 장치{Device for feeding reactor initiators}
본 발명은 반응기들에 개시제를 공급하기 위한, 예를 들어 LDPE를 제조하기 위해 고압 반응기들에 과산화물을 공급하는 장치에 대한 것이다.
폴리에틸렌(PE)은 가장 중요한 플라스틱 중의 하나이며, 수용성 산과 알칼리에 대해 높은 저항성을 갖는다. 이 플라스틱은 낮은 유전율 상수 및 높은 비저항과 같은 양호한 전기적 특성을 갖는다. 또한, 이러한 플라스틱은 높은 충격 인성(impact toughness)과 같은 양호한 기계적 특성들을 낮은 밀도와 결합하며, 이는 이러한 플라스틱을 많은 기술적 분야에 사용하기 적합하게 만든다. 그러므로, 가정용 및 산업용 용도의 필름과 소비자 물품들이 PE로 제조된다. 폴리에틸렌은 케이블 절연과 파이프 피복(sheathing)에도 사용된다. 저밀도 폴리에틸렌(LDPE; low density polyethylene)은 그 결정질 함유량이 70 내지 90%인 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)에 비해 50 내지 70%밖에 안되는 낮은 결정질 함유량 때문에 높은 투명도를 갖고, 이는 필름 재료로서 선호되게 한다. 폴리에틸렌 필름 제조에 널리 사용되는 방법은 캘린더 가공(calendering)이며, 이러한 수단에 의해 0.05 내지 1㎜ 범위의 두께를 갖는 폴리에틸렌 필름이 제조될 수 있다. 캘린더 가공에서, 열가소성 플라스틱이 다수의 롤러들 사이에서 압연되며, 이 롤러들 사이에서 열가소성 플라스틱이 성형되어 보다 얇은 필름을 형성하도록 성형된다. 캘린더 장치를 나온 후에, 필름은 냉각용 롤러에서 냉각되고, 이후에 권취된다.
LDPE를 준비하는 하나의 공정은 관형 반응기(tube reactor) 공정이다. 중합반응이 시작될 때, 과산화물 개시제가 액체 형태로 관형 반응기에 도입된다. 에틸렌의 양에 비하여, 과산화물 개시제의 유량은 매우 작다. 사용되는 개시제의 특성은 관형 반응기에서 보급되는 조건하에서 자유 라디컬로 빠르게 분해되는 것이다. 예를 들어 과산화물과 같은 이러한 개시제들의 높은 효율을 얻고, 높은 변환율(conversion), 개선된 중합체 특성, 및 보다 안정적인 반응기 작업을 보장하도록, 반응체들을 매우 빠르게 혼합하는 것이 유익하다.
EP 0 980 967호는 관형 반응기 내에서 약 1000 바아(bar) 이상의 압력 및 120 내지 350℃ 범위의 온도로 자유-라디칼 중합반응에 의해 에틸렌 동종중합체(homopolymer)와 공중합체를 제조하는 공정을 개시한다. 적은 양의 자유-라디칼 개시제들은 먼저 에틸렌, 몰 질량 조절제, 및 선택적으로 폴리에틸렌을 포함하는 유동 매체로 도입되고, 그 후에 중합반응이 일어난다. 이러한 공정에 따라서, 유동 매체는 먼저 서로 개별적으로 흐르는 두 개의 체적 부재(volume element)들로 분할되고, 그런 다음 개별적으로 흐르는 체적 부재들은 적절한 유동 안내 부재들에 의해 상대적인 역회전(contrarotation)으로 설정된다. 역회전하는 유동 체적 부재들은 이후에 다시 합쳐져 유동 매체를 형성하고, 역회전하는 유동 체적 부재들의 결합 후에 자유-라디칼 개시제가 역회전하는 유동 체적 부재들 사이의 전단 경계(sheared boundary) 영역으로 도입된다. EP 0 980 967호는 이러한 공정을 실시하기 위한 장치를 또한 개시한다. 또한, 계량된(metered in) 개시제의 혼합의 개선 및 이와 관련한 제품 품질의 개선이 혼합 영역들에서의 유속을 증가시켜 이루어질 수 있다.
선택된 자유-라디칼 개시제의 효율은 각각의 경우에 초기에 존재하는 반응 매체와 혼합될 수 있는 속도에 의존한다. 이러한 목적을 위해, 분사 핑거(injection finger)가 폴리에틸렌의 제조를 위한 산업 플랜트에 사용된다.
EP 0 449 092 A1호는 반응기를 따르는 다수의 지점들에 있는 분사 핑거들을 통해 유기 용매에서의 자유-라디칼 개시제, 개시제 혼합물, 또는 개시제의 용액의 도입을 개시한다.
US 4,135,044호 및 US 4,175,169호는 냉각 영역에서의 확장된 관 직경에 대해 고압 반응기의 개시(initiation) 및 반응 영역들의 비교적 작은 관 직경이 어떻게 반응기의 길이에 걸쳐 비교적 작은 압력 강하 및 높은 수율에서의 매우 양호한 광학적 특성들을 갖는 제품을 생산할 수 있는지를 설명한다.
마지막으로, US 3,405,115호는 반응 성분들의 최적의 혼합 및 중합 반응의 균일한 개시가, 얻어지는 폴리에틸렌의 품질과, 높은 반응기 수율과, 균일한 반응기 작동을 이루는데 매우 중요함을 설명한다. 이 방법에 따르면, 개시제들은 특수한 혼합실 내에서 저온의 에틸렌 서브 스트림과 혼합된 다음에야, 실제 반응기에 도입된다. 혼합실에서, 그 온도가 낮아 개시제가 분해되지 않는 유체는 채널들을 통해 다양하게 전환(diversion) 및 통과된다.
본 발명의 목적은 가능한 높은 혼합 속도를 주도록 유동 매체에 자유-라디칼 개시제를 도입하는 것을 더 최적화하는 것이다.
본 발명자들은 자유-라디칼 개시제가 유동하는 에틸렌- 및 공단량체(comonomer) 함유 매체에 도입되는 오토클레이브와 조합하여 및/또는 관형 반응기에서 폴리에틸렌을 제조하는 방법에 있어서,
- 혼합될 두 개의 스트림들을 일정 각도로 혼합하는 것에 의하여 회전을 발생시키거나 또는 와류 부재(swirl)들의 수단에 의하여 스트림에서의 회전을 발생시키는 단계,
삭제
- 반응 관으로의 자유-라디칼 개시제를 위한 공급 지점의 입구 영역 상류측에 단면 수축부를 제공하는 단계,
- 유동하는 회전 매체에 자유-라디칼 개시제를 도입하는 단계,
- 하류측 혼합 영역과 단면 확장부를 출구에 제공하는 단계를 포함하는 방법에 의해 이러한 목적이 이루어짐을 발견하였다.
본 발명에 따른 방법의 특정의 장점은 자유-라디칼 개시제의 보다 관대한(sparing) 도입이 혼합 효율을 증가시키는 것에 의하여 달성될 수 있다는 것이다. 유동 매체에서의 회전의 발생은 난류를 증가시키고, 이는 혼합되는 유체들의 횡방향 충격력의 교환(transverse impulse exchange)의 수단에 의해 혼합 효율에 있어서 개선이 본질적으로 따른다. 본 발명에 따른 공정은 분자량이 큰 재료의 비율이 낮기 때문에 특히 투명도에 관하여 상당히 개선된 광학 특성들을 갖는 필름을 제조하는데 사용될 수 있는 폴리에틸렌을 준비하는 것을 가능하게 한다. 본 발명에 따라 제공되는 방법(solution) 및 자유-라디칼 개시제와 폴리에틸렌 함유 유동 매체의 신속한 혼합은 최종 제품이 분해되는 경향이 없이 매우 높은 최대 온도에서 훨씬 안정적인 반응기 작동이 이루어지게 할 수 있다. 또한, 반응기에서의 온도 상승이 빠를수록 저온에서 분해되는 개시제를 사용할 때의 중합반응의 저온에의 개시 거동(initiation behavior)이 더 향상될 수 있다. 본 발명에 따른 공정의 다른 장점은 개시제의 반감기(half-life)에 비해 혼합 시간이 극히 짧다는 것이다.
본 발명의 기초를 이루는 개념의 다른 실시예에서, 자유-라디칼 개시제를 위한 공급 지점은 회전이 유동 매체에서 생성되는 지점의 하류에 위치된다. 이는 공급 지점에서 유동 매체에 공급되는 자유-라디칼 개시제가 이미 난류 상태인 유동 매체로 항상 들어가는 것을 보장하여, 혼합 시간이 감소되고, 혼합효율이 상당히 개선된다.
회전하는 유동 매체에 자유-라디칼 개시제를 공급하기 위한 부재의 공급 오리피스의 기하학적 형상은 자유-라디칼 개시제가 유동 매체에 분사되는 깊이에 영향을 미치게 한다. 분사 핑거 상의 자유-라디칼 개시제를 위한 도입 오리피스가 특히 작게 만들어지면, 미세하게 분사되는 자유-라디칼 개시제가 관형 단면에 대해 유동 매체로 매우 깊게 분사될 수 있다. 유동 매체의 유속에 따라, 자유-라디칼 개시제의 분사 깊이, 즉 얻을 수 있는 혼합 효율은 공급 오리피스를 위해 선택된 기하학적 형상의 수단에 의해 긍정적인 영향을 받을 수 있고 일치될(matching) 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 일 실시예에서, 유동 매체의 서브 스트림에 대한 공급 장치들은 서로에 대해 90° 각도로 있다. 이는 발생되는 유동 매체의 스트림에 접선방향 유동 성분이 발생될 수 있게 하고, 이러한 유동 성분은 난류를 형성하는데 필요한 유동 매체의 조합된 스트림에서의 원주방향 회전을 발생시킨다. 유동 매체의 서브 스트림들이 서로에 대해 90°의 각도로 합쳐지기 전에, 이것들이 단면적 수축부를 통과하여서, 유속은 수축된 유동 단면적 대한 수축되지 않은 유동 단면적의 비율에 따라 두 배로 될 수 있다. 회전하는 유동 매체의 서브 스트림들이 반응 관 내에서 합쳐지면, 합쳐진 유동 매체의 난류에서의 추가적인 증가는 환형 공간을 통과한 후의 자유-라디칼 개시제를 위한 공급 지점의 추가 단면 수축 상류측의 준비에 의하여 달성될 수 있다.
공급 지점에서의 자유-라디칼 개시제는 회전 유동 매체의 전단 틈새로 도입되며, 회전 유동 매체는 자유-라디칼 개시제의 공급 지점의 위치에 관한 유동 단면적에서 원주방향으로 회전한다.
회전 유동의 생성의 다른 변형예는 자유 유동 단면에 와류 부재들을 제공하는 단계를 포함하고, 자유 유동 단면에 걸쳐서, 유동 매체가 지나가고, 이에 의해 유동 매체가 유동 단면적에서 원주 방향으로 회전하게 되어, 전단 틈새가 발생한다.
한편, 유동 매체의 회전은 코어 스트림(core stream)이 가상 원통 외면, 즉 전단면 상에서 코어 스트림에 대해 회전하게 된 환형 스트림에 의해 둘러싸이는 방식으로 생성될 수 있다. 코어 스트림을 둘러싸는 환형 스트림은 코어 스트림 주위에서 시계방향 또는 반시계 방향 중의 어느 한 방향으로 회전할 수 있다. 다른 한편, 코어 스트림이 회전하는 것을 가능하게 하고, 코어 스트림을 둘러싸는 스트림에 코어 스트림의 회전에 대해 반대 방향으로 회전시키도록 만드는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 목적은 관형 반응기로 폴리에틸렌을 제조하는 장치에 의해 달성되며, 자유-라디칼 개시제가 유동하는 에틸렌- 또는 공단량체- 함유 매체에 공급되고, 유동 매체는 가변 유동 단면적을 갖는 반응 관을 통해 이송되고, 자유-라디칼 개시제는 반응 관의 혼합 영역에 도입되며, 유동 매체의 서브 스트림들은 특정한 각도에서 서로에 충돌하거나 또는 와류-생성 부재들은 유동 단면적에 위치되어, 자유-라디칼 개시제를 위한 편심(off-center) 입구 오리피스를 갖는 공급 부재는 회전 유동에서의 수축부의 하류측에 위치된다.
폴리에틸렌 제조를 위한 본 발명에 따른 장치는 회전 유동의 전단 틈새들로 공급되는 자유-라디칼 개시제에 의하여 매우 큰 혼합 효율이 주어지며, 상기 전단 틈새들은 축선 방향 성분뿐만 아니라 원주방향으로의 유동 성분을 갖는다. 원주방향 유동 성분은 유동 방향을 교차하는 충격 교환을 일으키므로, 다수의 재료들의 효과적인 혼합에 대한 근거를 제공한다.
본 발명의 장치의 바람직한 실시예에서, 유동에 적합한(flow-favorable) 분사 핑거로서 구성된 공급 부재의 선단(tip)에 있는 출구 오리피스는 바람직하게 핑거의 축선에 대해 45°로 경사진다. 오리피스의 단면 직경에 따라, 0 내지 90° 범위에 있는 어떠한 각도도 가능하다. 반응 관의 자유 유동 단면에 위치하는 와류 부재들은 그 외주면에 와류 블레이드(swirl blade)들을 가지며, 블레이드들은 각각의 경우에 원주방향으로 약 90° 만큼 반응관의 환형 공간 이상 연장한다. 와류 부재의 대안적인 실시예에서, 와류 블레이드들이 그 외주에 배치되어서, 이것들은 각각의 경우에 원주방향으로 약 120°만큼 반응관의 환형 공간 이상 연장한다.
혼합 효율의 추가적인 개선은 자유 유동 직경의 약 70%로 감소되는 자유-라디칼 개시제의 공급 지점의 영역에서의 유동 직경에 의하여 달성될 수 있다. 이는 유속이 2의 계수(factor)만큼 증가되도록 할 수 있고, 이는 마찬가지로 혼합 효율에 크게 기여한다.
"유동 정체(deadwater)" 영역을 피하도록, 수축부 상류측의 자유 유동 단면부로부터 수축부로의 천이부는 20 내지 40°의 전체 각도를 형성하여, 급격한 천이를 회피한다. 전체 각도는 바람직하게 약 30°이다. 혼합 거동을 개선하도록, 자유-라디칼 개시제의 공급 지점의 하류측인 수축부의 직경은 관 직경(D)의 약 10 내지 20배의 혼합부 길이에 걸쳐 유지된다. 관직경(D)의 10 내지 20배인 이러한 혼합부 이후에, 혼합부는 20°미만의 전체 각도로 다시 자유 유동 단면으로 넓어진다. 좁은 유동 단면적으로부터 넓은 유동 단면적으로의 천이시에 속도 감소로 인한 편석(demixing) 현상을 방지하기 위해, 전체 각도는 바람직하게는 14°미만이어서, 0.7D 내지 1D의 혼합부 단면적으로부터 점진적으로 천이가 일어난다.
본 발명은 도면을 참조하여 하기에 보다 상세히 설명된다.
도 1은 자유-라디칼 개시제용 분사 지점과 혼합 영역을 갖는 혼합부의 원리를 나타내는 개략도.
도 2는 와류-생성 부재의 도면.
도 3은 와류-생성 부재의 케이싱의 도면.
도 4 및 도 4.1은 외부 와류 부재의 도면.
도 5 및 도 5.1은 내부 와류 부재의 도면.
도 6 및 도 6.1은 유동에 적합한 분사 핑거의 도면.
도 7은 혼합부의 상류측과 와류 생성기의 하류측에 위치하는 자유-라디칼 개시제용 분사 지점의 도면.
도 8은 T자형의 연결 부재의 도면.
도 9 및 도 9.1 및 도 9.2는 자유-라디칼 개시제의 분사의 상류측에서 90° 및 120° 블레이드 구성을 갖는 유동 단면적의 와류를 생성하는 내부의 도면.
도 1은 자유-라디칼 개시제의 공급 지점과 혼합 영역을 갖는 혼합부의 원리를 나타내는 개략도이다.
도 1의 개략도에 예시된 반응관(1)은 폴리에틸렌 LDPE가 본 발명에 따라 제안된 방법에 의해 제조되는 관형 반응기의 일부일 수 있다. 반응관(1)은 입구 단부(2)와 출구 단부(3)를 갖는다. 입구측에서, 반응관(1)은 라인 시스템(line system)을 통해 반응물을 공급하는 시스템과 연결된다. 신선한 가스 및 고압 복귀 회로를 통해 재순환되는 미반응 단량체(monomer)를 포함하는 스트림이 완충기(buffer)를 갖는 변동 감쇠기(fluctuation damper)인 혼합 용기(4)에 공급된다. 스로틀 부재(5)는 혼합 용기의 상류측에 위치할 수 있다. 혼합 용기(4)의 하류측에 있는 반응물 공급 라인은 압축기(6)를 구비하며, 이 압축기에 의해 반응물들, 즉 반응관(1)으로 가는 유동 매체가 압축된다.
분사 영역(11)에서, 자유-라디칼 개시제가 자유-라디칼 개시제 입구 라인(7)을 통해 반응관(1) 내부로 공급된다. 이러한 목적을 위하여, 공급 라인 시스템(7)이 제공되며, 이 공급 라인 시스템을 통해 자유 라디칼 개시제의 재고량(8)이 스로틀 부재(9)를 통해 그리고 그 하류측에 위치하는 압축기(10)를 통해 공급 지점에 공급되며, 상기 공급 지점에서 중합반응을 일으키는 자유-라디칼 개시제가 반응관(1) 내의 유동 매체에 도입된다. 분사 영역(11)은 유동 방향으로 혼합 영역(13)까지 따르게 되며, 혼합 영역은 바람직하게 반응관(1)의 직경(D)의 10배 내지 20배인 길이를 갖는다. 분사 영역(11)에 도입되는 자유-라디칼 개시제와 후술하는 방식으로 혼합되는 유동 유체 매체는 혼합부(14)를 통과한다.
반응관(1)의 유동 단면적은 도면 부호 16 또는 D로 표기된다. 반응관(1)의 출구 단부(3)는 압력 유지 밸브(15)와 연결되며, 얻어진 반응 혼합물은 이 압력 유지 밸브에 의해 감압된다. 이는 상분리(phase separation)가 일어나게 한다.
LDPE 제조용 산업 플랜트에서, 도 1의 개략도에 도시된 압력 유지 밸브(15)는 응답 밸브(response valve) 및 조절 밸브로서 작용한다. 이 밸브와 하류측의 고압 분리기(19.1)에 의해, 유동하는 에틸렌 함유 매체의 일부가 냉각 후에 고압 회로(19.3)를 경유하여 산업적인 규모로 플랜트로 복귀되고, 얻어진 LDPE는 고압 분리기(19.1)에 보내지고, 제품(19.2)이 그 결과로서 분리기로부터 취해진다.
산업 플랜트에서, 관형 반응기의 반응관(1)은 벽 냉각부(18)를 갖는 혼합 영역(13)과 이어서 혼합부(14)에 제공된다. 벽 냉각부(18)는 통상적으로 냉각 자켓으로서 구성되고, 냉각 자켓은 유동 매체와 자유-라디칼 개시제 사이의 중합 반응에서 방출되는 반응열의 일부를 제거한다. 나머지 반응열은 유동 매체 내에 남는다. 추가하여, 본 발명의 공정이 산업용 규모로 채택될 때, 이 경우 각각 반응 스테이지를 형성하는 다수의 반응관(1)들이 일렬로 연결될 수 있고, 혼합부(14)는 각각 저온 가스 입구 라인(17a, 17b)들을 구비할 수 있다. 혼합부(14)의 초입부에서 저온 가스 스트림에서의 혼합은 중합 반응에서 방출된 열의 추가 부분이 변환과 관련된 자유-라디칼 개시제 및 유동 매체의 유동 혼합으로 보상될 수 있다. 또한, 자유-라디칼 개시제는 펌프(10)를 통해 저온 가스 스트림(17b)에 도입될 수 있다.
도 2는 예를 들어 도 1에 개략적으로 도시된 반응관(1)에 설치될 수 있는 와류-생성 부재의 보다 상세한 도면이다.
도 2에 예시된 와류 부재(20)는 외부 관(22)에 수용된다. 외부 관(22)은 순차적으로 내부 관(23)을 둘러싼다. 내부 관(23)의 외부에, 도 2에 개략적으로 도시한 바와 같이, 그 와류 블레이드 영역(36)이 와류 부재(20)의 출구 단부(28)의 방향으로 감소하는 와류-생성 외측 블레이드(25)들이 있다. 2, 3, 4 또는 그 이상의 외부 와류 블레이드(25)들이 내부 관(23)의 외주 상에서 서로 마주하여 위치될 수 있다. 내부 관(23)의 내부는 도 2의 실시예에서 도시된 바와 같이, 내측 와류 블레이드(26)를 구비할 수 있다. 이러한 것은 내부 관(23)의 내부 단면을 통과하는 스트림의 부분에 난류를 생성하기 위한 회전 운동을 제공하는 한편, 내부 관(23)과 외부 관(22) 사이의 환형 공간을 통과하는 유동 매체의 부분은 내부 관(23)의 외주 상에 위치하는 2, 4 또는 그 이상의 외부 블레이드(25)의 수단에 의해 원주 방향으로의 유동 성분을 구비한다. 따라서, 와류 블레이드의 지점(34)들의 영역에 있는 출구 단부(28)에, 중심선(29)에 대한 원주 방향 성분을 갖는 회전 유동이 있다.
도 3은 도 2에 개략적으로 예시된 와류 부재의 케이싱을 도시한다.
와류 부재(20)의 케이싱은 실질적으로 2개의 플랜지(21)들 사이에 위치된 외부 관(22)으로 이루어진다. 입구 단부(27)는 중심선(29)과 동축인 와류 부재(20)의 출구 단부(28)에 평행하다. 외부 관(22)의 내벽(30)은 환형 틈새의 외측 경계를 나타내며, 이 환형 틈새는 내부 관(23)의 외면과 외부 관(22) 사이에 형성되며, 이 환형 틈새를 통해 내부 관(23)의 외주에 체결된 외부 블레이드(25)들이 스크류와 같은 형태로 통과한다.
도 4 및 도 4.1은 외주면 상에 서로 마주하여 위치된 외부 블레이드들을 구비한 내부 관(23)을 보다 상세하게 도시한다.
도 4에 예시된 실시예에서, 2개의 외부 블레이드(25)들이 내부 관(23)의 외벽 상에 서로 마주하여 고정되는 외부 블레이드(25)들은 부착선(35)을 따라 내부 관(23)에 부착된다. 와류 블레이드(25)들은 내부 관(23)의 외면 상에서 부착선(35)을 따라 스크류와 같은 형태로 연장하며, 여기서 선택된 스크류 라인은 큰 피치(pitch)를 갖는다. 도 4에 도시된 두 개의 외부 블레이드보다 많은, 예를 들어 중심선(29)에 대해 90°에서 대칭으로 4개 또는 6개의 블레이드가 내부 관의 외벽(33) 상에 구비될 수 있다.
도 4.1은 내부 관(23)의 후방 부분의 평면도를 도시한다. 도 4.1에서, 내부 관의 외벽(33) 상의 외부 블레이드(25)들은 와류 부재(20)의 외부 관(22)에 의해 둘러싸인다. 또한, 내부 관(23)의 내벽을 따라서 적어도 90°의 영역에 걸쳐 비틀리는(twisting) 형태로 연장하는 내부 와류 블레이드(26)는 내부 관의 내부에 제공된다. 이러한 영역은 180°까지일 수도 있다. 다수의 유동 채널이 형성되는 것이 또한 가능하다.
도 5 및 도 5.1은 내부 와류 블레이드(26)의 측면도 및 그 배면도를 도시한다. 그 중심선(29)에 대하여, 내부 와류 블레이드(26)는 비틀린 내부 와류 블레이드면(37)을 구비하며, 이 블레이드면은 도 5.1에서 볼 수 있듯이 내부 관(23)의 내면의 90°의 구역을 커버한다.
외부 블레이드(25)들 및 내부 블레이드(26)들의 스크류형 피치들은 동일한 개념이며, 외부 블레이드(25) 및 내부 블레이드(26)들은 서로에 대해 상이한 피치로 도 2에 도시된 바와 같이 와류 부재에 끼워질 수 있다. 이러한 구성의 수단에 의하여, 내부 관(23)의 내부를 통하여 흐르는 유동 매체 성분은 반시계 방향으로 회전하는 한편, 외부 관(22)의 내면(30)과 내부 관의 외벽(33) 사이, 즉 환형 공간을 흐르는 유체 성분은 시계 방향 회전 성분을 가질 수 있다. 도 5의 상세도로부터 알 수 있는 바와 같이, 유동 방향의 또는 유동 반대 방향으로 뾰족하게 된 외부 및 내부 와류 블레이드(25, 26)의 모든 가장자리(edge)는 소용돌이(eddy) 형성을 방지하도록 유선형으로 된다.
도 6 및 도 6.1은 바람직하게는 유동에 적합한 분사 핑거로서 구성된 자유-라디칼 개시제용 도입 부재의 측면도 및 평면도를 각각 도시한다.
도입 부재는 반응관(1)의 벽에 넣어지며, 원추 첨단부(41; cone tip)를 구비한다. 도입 부재(40)는 구멍(43)을 가지며, 이 구멍은 단면적이 원추형으로 좁아져서 일정 각도(45)로 있는 출구 오리피스(44)에 의해 연결되는 수축된 구멍으로 간다. 출구 오리피스(44)의 각도는 0 내지 180° 범위의 각도가 가능한 것으로서 예를 들어 공급 부재(40)의 대칭축에 대해 45°이어서, 유동 매체로의 자유-라디칼 개시제를 비스듬하게 도입하는 것이 이루어질 수 있다. 회전하는 유동 매체로 자유-라디칼 개시제가 침투하는 깊이는 저온 가스 스트림(17)의 유동, 출구 오리피스(44)의 단면적, 및 각도의 함수로서 조정될 수 있어서, 자유-라디칼 개시제, 예를 들어 과산화물이 유동 매체로 침투하는 깊이는 발생되는 난류의 정도에 관계없이 설정될 수 있다. 핑거 형상의 공급 부재(40)의 원추 첨단부(41)에서, 자유-라디칼 개시제를 위한 출구 오리피스(44)는 그 외주가 바람직하게 회전 유동 매체에 있는 전단 틈새로 들어가도록 위치된다. 난류와 자유-라디칼 개시제의 분사 깊이와 같은 변수들은 본 발명에 따라 제안된 공정에서의 높은 혼합 효율과, 본 발명에 따라 제안된 폴리에틸렌의 제조 장치에 따른다. 공급 부재(40)의 원추 첨단부(41) 상의 출구 오리피스(44)는 공급 부재(40)의 중심선으로부터 약간 편심된다. 저온 가스 스트림(17)없이 분사가 실시될 때, 각도는 바람직하게는 0 내지 15°이다. 저온 가스 스트림(17)이 사용될 때, 각도는 바람직하게 45°이거나, 또는 도입된 스트림이 벽과 접촉하는 것을 방지하도록 30 내지 60°의 범위에서 선택될 수 있다.
그 출구 오리피스(44)가 유동 매체의 유동 방향으로 뾰족한 유동에 적합한 분사 핑거(40)는 그 하류측에 유동정체 영역이 형성되는 것을 방지한다. 이러한 것은 유익하게 유동에서의 소용돌이의 결과로서 비교적 높은 농도의 자유-라디칼 개시제 영역이 형성되는 것을 방지하며, 그렇지 않으면, 이러한 높은 농도는 LDPE의 제품 품질에 심각한 악영향을 일으키는 분해 반응을 일으킨다.
분사 핑거(40)를 통한 자유-라디칼 개시제를 도입하는 대신에, 개시제는 운반체 매체(carrier medium)에 의해 도입될 수도 있다. 그러므로, 자유-라디칼 개시제, 예를 들어 과산화물은 저온의 가스 입구 라인(17)에서 유동 매체에 도입될 수 있고, 그런 다음 도 1에 도시된 바와 같이 반응관의 분사 영역(11)으로 간다. 자유-라디칼 개시제의 운반체 매체로서 저온 가스 대신에, 자유-라디칼 개시제의 운반체 매체로서 압축 단계(6)의 바로 하류측에서 분기된 저온의 에틸렌을 사용하는 것이 가능하다. 자유-라디칼 개시제가 운반체 매체로서 저온의 가스를 사용하여 도입되면, 저온의 가스와 자유-라디칼 개시제는 혼합실에서 혼합될 수 있고, 그런 다음, 이러한 사전 혼합된 스트림은 수축부에서 유동 매체로 분사될 수 있어서, 도입 오리피스 및 도입 각도가 적절히 설계될 때, 높은 충격량이 도입 지점에서 달성될 수 있다.
도 7은 와류-생성 부재의 하류측 및 혼합부의 상류측에 위치된 자유-라디칼 개시제의 분사 지점을 도시한다.
외부 와류 블레이드(25)를 갖는 와류 부재(20)는 오리피스(51)로 할당되며, 오리피스는 수축된 유동 단면적으로 돌출하며, 이를 통해 자유-라디칼 개시제가 유동 매체로 도입된다. 외부 와류 블레이드(25)는 바람직하게 약 1D 내지 3D인 소정의 길이(87)를 갖는 와류 부재(20)의 외부 관(22) 상에 위치된다. 와류 부재(20)는 유동 매체에 회전을 부여하며, 이 유동 매체는 수축된 단면적을 통과한 후 가속하여 자유-라디칼 개시제를 위한 분사 영역(11)으로 들어간다.
도 7에 도시된 실시예에서, 오리피스(51)는 반응관(1)의 두 부분 사이에 수용된 렌즈 형상의 본체(50)에 의해 둘러싸인 관(53)의 단부에 있다. 자유-라디칼 개시제의 압력으로 인해, 반응 관의 혼합 영역(13)의 내벽(52)과 접촉하지 않고 유동 매체로 분사된다. 유동 방향(12, 24)으로 흐르는 매체로 자유-라디칼 개시제를 분사한 후, 반응 혼합물은 혼합부(14)로 들어가고, 이 영역은 이후에 유동 단면적이 확대될 수 있으며, 이는 도시되지 않았다.
순수한 자유-라디칼 개시제(72, 81)를 위한 공급 지점 대신에, 개시제는 도 7에 도시된 실시예에서 운반 매체, 저온의 가스(17) 또는 압축 단계(6; 도 1)의 상류측에서 분기된 에틸렌 스트림에 의해 도입될 수도 있다. 핑거 형상 구성인 도입 부재(40)는 혼합 영역(13) 하류 측에 유동정체 영역이 형성되지 않아서, 자유-라디칼 개시제의 농도가 비교적 높은 유동 영역이 형성되지 않도록 형성되게 된다.
도 8은 2개의 반응 스트림들이 서로 혼합되는 반응 관의 T자형 연결 부품을 도시한다.
도 8에 도시된 반응 관에서, 제 1 서브 스트림(61)과 제 2 서브 스트림(62)은 소정의 각도(66)로 반응관 상의 도입 지점으로 흐른다. 유동 매체로 존재하는 반응물의 제 1 서브 스트림(61)은 반응 관의 원추형 수축부로 구성된 제 1 단면적 수축부(63)를 통과한다. 제 1 서브 스트림에 대해 90°의 각도로, 반응물의 제 2 서브 스트림(62)이 원추형 부분(67)을 통해 수직 방향으로 하향하여 반응 관을 향해 유동한다. 유동 매체로 존재하는 반응물의 두 서브 스트림들은 각각의 단면적 수축부(63,67)들을 통과하는 동안 그리고 제 2 반응물 스트림이 90°굴절(66)을 경험하기 전에 가속을 경험하고, 따라서, 접선 유동(69)을 발생시킨다. 접선 유동(69)은 반응 관(1)의 환형 공간(68)에서 제 1 서브 스트림(61)의 유동 방향에 대해 원주방향으로 일어난다. 반응물의 제 1 서브 스트림(61, 62)들은 90°의 각도로 합쳐짐으로 인해 반응 관을 따라서 흐르는 유체로 접선방향 유동 성분(69)의 도입에 의하여 혼합된다.
반응 관의 환형 공간(68)에서 서브 스트림(62)의 유체는 삽입 부재(65; insert element)의 외벽과 반응 관의 내벽 사이의 환형 공간(68)을 따라서 흐르고, 삽입 부재(65)의 단부에서 서브 스트림(61)과 합쳐진다. 합쳐진 스트림은 자유-라디칼 개시제, 예를 들어 과산화물의 공급 지점(72)과 추가의 단면 수축부(71)를 통과한다. 단면 수축부(71)는 바람직하게 자유-라디칼 개시제, 예를 들어 과산화물을 위한 공급 지점(72)에서의 자유 유동 단면적이 바람직하게는 0.7 ×D(자유 관 직경)이 되도록 구성된다. 그 결과, 반응물의 서브 스트림(61, 62)으로 만들어진 회전중인 가속의 합쳐진 스트림(70)은 더욱 가속된다. 관 벽 상의 자유-라디칼 개시제를 위한 공급 지점(72)이 도 6 및 도 6.1에 도시된 바와 같이 핑거 형상의 유동에 적합한 분사 부재(40)로서 구성되면, 자유-라디칼 개시제는 바람직하게는 접선 유동 성분(69)을 갖는 회전 유동으로 전단 틈새로 도입되어서, 그 합쳐진 반응물 스트림의 신속하고 효과적인 혼합이 달성된다. 단면적 수축부가 원래의 유동 단면적 D로부터 0.7 × D로 천이하는 전체 각도는 20° 내지 40°범위이고, 바람직하게는 30°의 전체 각도이다.
자유 유동 개시제용 공급 지점(72) 이후의 혼합부는 바람직하게는 10 × D 내지 20 × D(D = 관 직경)의 길이를 가지지만, 원래의 유동 직경 D로의 천이부(transition) 전에, 혼합부 이후에, 100 × D일 수도 있다. 확산기(diffuser)의 구성과 유사한, 0.7 × D의 혼합부 직경으로부터 D로의 천이는 바람직하게 10 내지 20°의 전체 각도, 바람직하게는 14°미만의 전체각도를 가진다.
폴리에틸렌의 제조를 위한 본 발명에 따른 장치의 다른 실시예는 도 9.1 및 도 9.2에 도시되어 있다.
이들 실시예에서, 반응물 스트림(61)은 단면적 수축부(71)로의 단일 스트림(single stream)으로서 운송된다. 서로에 대해 일정 각도로 입구 지점들에 들어가는 서브 스트림(61, 62)들로의 분할은 이 실시예에는 제공되지 않는다.
수축부(71)는 도 8에 예시한 실시예와 유사한 방식으로 전체 각도 30°에서 좁은 유동 단면적으로 천이한다. 수축부(71)를 통과한 후에, 반응관의 유동 단면적은 0.7×D이며, 이는 혼합부에 걸쳐 유지되며, 이후에 자유-라디칼 개시제용 공급 지점(81)이 있다. 혼합부의 길이는 바람직하게는 10 × D 내지 20 ×D(D = 원래의 반응관 직경)이다.
유속이 2 이하의 계수만큼 증가하는 수축부(71) 이후에, 와류 부재(80)들은 반응관의 자유 유동 단면적에 설치된다. 와류 부재(80)들은 유동 방향(24)에 근거하여 과산화물과 같은 자유-라디칼 개시제를 위한 공급 지점(81)의 상류측에 위치한다. 도 9.1에 예시된 실시예에서, 2개의 와류 블레이드(82)들은 와류 부재(80)들의 외주 상에 위치된다. 이 구성에서, 각각의 와류 블레이드는 와류 부재(80)의 외주면 둘레에서 90° 연장하여, 증가된 속도로 들어오는 유체 스트림에 회전이 부여된다. 와류 부재(80)의 외면에 장착된 와류 블레이드(82)의 단부들은 와류 부재(80)를 수용하는 반응관(1)의 내측과 접촉한다. 와류 부재(80)의 외면(84) 상의 블레이드(82)의 가장자리(85)가 밀봉부(seal)를 형성하여, 와류 부재(80)를 지나가는 유체는 반응관(1)의 내벽과 외면(84) 사이의 환형 공간에 강요되어, 와류 부재(80)를 지나가는 동안 원주방향으로 유동 성분의 발생을 보장한다.
다른 가능한 실시예에서는 도 9.2에 개략적으로 도시한 바와 같이, 와류 부재(80)를 수축부(71)의 하류측의 반응관의 영역에 설치하며, 와류 부재(80)의 외면에 장착된 와류 블레이드(82)는 도면 부호 88로 나타낸 바와 같이, 와류 부재(80)의 외주면(84) 둘레에서 120° 연장한다. 본 발명의 이 실시예에서 역시, 자유-라디칼 개시제가 도입 지점(81)에서 도입되는 반응물 유동에 회전이 부여되며, 이 결과 자유-라디칼 개시제, 예를 들어 과산화물용 도입 지점(81)의 하류측의 혼합 조건이 상당히 개선된다. 난류의 정도는 우선, 와류 부재들의 길이(87) 및 와류 블레이드(82)의 피치에 의해 영향을 받는다. 다음으로, 얻을 수 있는 혼합 효율은 반응물 스트림의 가속에 관한 수축부(71)의 디자인에 의해 최적화될 수 있다.
중요한 매개변수들은 혼합 매개변수와는 별도로, 혼합 영역의 길이와, 유동 매체의 가속도가 있다.
도 8 및 도 9.1 및 도 9.2에 도시된 실시예들에 공통적인 특징은 먼저 회전의 발생이 반응물의 서브 스트림(61, 62)의 도입부에서 실시될 수 있고, 다음으로, 회전 유동이 서브 스트림들이 일정한 각도로 합쳐지는 것에 의하여 달성될 수 있고, 3번째로 자유-라디칼 개시제가 유동 단면적에 위치된 와류 부재(20, 80)의 수단에 의해 도입되는 유체에 회전이 부여될 수 있다는 것이다. 자유-라디칼 개시제의 도입은 저온의 에틸렌과 함께 실시되거나 또는 저온의 에틸렌없이 실시될 수 있다.
회전을 생성하기 위해 본 발명에 따라 사용되는 내부 부재(internal)들은 그 효율을 증가시키기 위해 약간의 수정을 가한 후에 기존의 플랜트들에 다시 장착될 수 있다.

Claims (20)

  1. 자유-라디칼 개시제가 유동하는 에틸렌- 및 공단량체 함유 매체에 도입되는 오토클레이브와 조합하여 및/또는 관형 반응기에서 폴리에틸렌을 제조하는 방법으로서,
    - 혼합될 두 개의 스트림(61,62)들을 일정 각도(66)로 혼합하는 것에 의하여 회전을 발생시키거나 또는 와류 부재(20)들에 의하여 스트림(61)에서의 회전을 발생시키는 단계,
    - 반응 관(1)으로의 자유-라디칼 개시제를 위한 공급 지점(72, 81)의 입구 영역 상류측에 단면 수축부(63, 67; 71)를 제공하는 단계,
    - 유동하는 회전 매체(61, 62; 70)에 편심 출구 오리피스(44)를 통하여 자유-라디칼 개시제를 도입하는 단계,
    - 혼합 영역의 하류측 방향으로 단면적 확장부를 출구에 제공하는 단계를 포함하는 폴리에틸렌 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    다수의 반응관(1)들이 직렬로 연결되고, 그 혼합부(14)들은 주 저온 가스 입구 라인(17a)에 각각 할당되는 폴리에틸렌 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    반응열이 벽 냉각부(18)와 저온 가스(17)의 도입에 의해 제거되는 폴리에틸 렌 제조 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 자유-라디칼 개시제는 압축 전에 분기된 유동 매체의 저온 가스 주 스트림(17a) 또는 저온의 서브 스트림, 운반체 가스(carrier gas)에 의해 분사 영역(11)으로 공급되는 폴리에틸렌 제조 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 자유-라디칼 개시제를 위한 공급 지점(72, 81)들은 상기 유동 매체(61, 62)에 회전이 부여되는 지점의 하류측에 위치되는 폴리에틸렌 제조 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 자유-라디칼 개시제가 상기 유동 매체(61, 62; 70)로 분사되는 깊이는 도입 핑거(40) 상의 상기 출구 오리피스(44)의 기하학적 형상에 의해 영향을 받을 수 있는 폴리에틸렌 제조 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유동 매체(61, 62)의 공급 시설들은 서로에 대해 45 내지 135°의 각도(66)를 이루는 폴리에틸렌 제조 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유동 매체(61, 62)는 이들이 합쳐지기 전에 각각 단면적 수축부(63, 67)를 통과하는 폴리에틸렌 제조 방법.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 회전 유동 매체(61, 62, 70)는 상기 자유-라디칼 개시제를 위한 상기 공급 지점(72)에 도달하기 전에 환형 공간(68)의 하류측의 단면적 수축부(71)를 통과하는 폴리에틸렌 제조 방법.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 자유-라디칼 개시제는 상기 공급 지점(72)에서 상기 회전 유동 매체(70)의 전단 틈새(73)로 공급되는 폴리에틸렌 제조 방법.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유동 매체(61, 62, 70)의 회전은 상기 공급 지점(72, 80)의 상류측의 유동 단면적(27, 28)에 위치된 와류 부재(20, 80)의 수단에 의해 발생되는 폴리에틸렌 제조 방법.
  12. 관형 반응기에서 폴리에틸렌을 제조하기 위한 장치로서,
    자유-라디칼 개시제는 유동 에틸렌- 및 공단량체- 함유 매체(61, 62)에 공급되며, 상기 유동 매체(61, 62)는 변화하는 유동 단면적(27)을 갖는 반응관(1)을 통과하고, 자유-라디칼 개시제가 혼합 영역(13)에 도입되며,
    유동 매체의 서브 스트림(61, 62)은 일정 각도(66)로 서로 충돌하거나, 또는 와류 부재(20, 80)들은 유동 단면적(27, 28)에 위치되고, 자유-라디칼 개시제를 위한 편심 출구 오리피스(44)를 갖는 공급 핑거(40)는 회전 유동 매체(70)의 수축부(71)의 하류측에 위치되는 폴리에틸렌 제조 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 공급 핑거(40)의 첨단부(41)에서의 상기 출구 오리피스(44)는 공급 핑거의 축선에 대해 5 내지 80°의 각도로 경사진 폴리에틸렌 제조 장치.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 와류 부재(20, 80)들은 그 외주 상에 와류 블레이드(25, 82)들이 제공되고, 상기 와류 블레이드들은 각각 상기 반응관(1)의 환형 공간(68)의 원주 방향으로 45 내지 360°에 걸쳐 연장하는 폴리에틸렌 제조 장치.
  15. 삭제
  16. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 수축부(71)의 직경은 상기 자유 유동 단면적(27, 28)의 직경(D)의 약 0.2 내지 0.95배인 폴리에틸렌 제조 장치.
  17. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 수축부(71) 상류측의 상기 자유 유동 단면적(27)은 수축부(71)로 10° 내지 70°의 전체 각도로 천이하는 폴리에틸렌 제조 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    전체 각도는 30°인 폴리에틸렌 제조 장치.
  19. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 자유-라디칼 개시제를 위한 공급 지점(71, 82)의 하류측의 수축부(71)의 직경 0.7 × D는 10 × D 내지 100 × D의 혼합영역(13) 길이에 걸쳐 변하지 않고 유지되는 폴리에틸렌 제조 장치.
  20. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    혼합영역(13)는 20° 미만의 전체 각도로 10 × D 내지 100 × D를 지나 자유 유동 단면적의 직경 D로 천이하는 폴리에틸렌 제조 장치.
KR1020037007471A 2000-12-05 2001-11-27 반응기 개시제 공급 장치 KR100787791B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10060372.6 2000-12-05
DE10060372A DE10060372A1 (de) 2000-12-05 2000-12-05 Vorrichtung zur Initiatoreinspeisung an Reaktoren
PCT/EP2001/013788 WO2002048214A2 (de) 2000-12-05 2001-11-27 Vorrichtung zur initiatoreinspeisung an reaktoren

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20030061420A KR20030061420A (ko) 2003-07-18
KR100787791B1 true KR100787791B1 (ko) 2007-12-21

Family

ID=7665834

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020037007471A KR100787791B1 (ko) 2000-12-05 2001-11-27 반응기 개시제 공급 장치

Country Status (12)

Country Link
US (1) US6951908B2 (ko)
EP (1) EP1339762B1 (ko)
JP (1) JP4270867B2 (ko)
KR (1) KR100787791B1 (ko)
CN (1) CN1236846C (ko)
AT (1) ATE316537T1 (ko)
BR (1) BR0115916B1 (ko)
CA (1) CA2430679A1 (ko)
DE (2) DE10060372A1 (ko)
ES (1) ES2257455T3 (ko)
RU (1) RU2272816C2 (ko)
WO (1) WO2002048214A2 (ko)

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10064752A1 (de) 2000-12-22 2002-07-04 Basell Polyolefine Gmbh Geruchlose Polyethylenhomo- und copolymere mit guten mechanischen Eigenschaften
EP1752434A1 (en) * 2005-08-10 2007-02-14 Linde AG Improved method for preparation of linear alpha-olefins and reactor system therefore
ES2828730T3 (es) * 2009-02-05 2021-05-27 Dow Global Technologies Llc Reactor tubular de polietileno de baja densidad (LDPE) para inyección de iniciador de peróxido
CA2874466C (en) * 2012-06-15 2017-10-24 Chemineer, Inc. Static mixer
RU2544693C1 (ru) * 2013-10-31 2015-03-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт металлургической теплотехники" (ОАО "ВНИИМТ") Способ перемешивания химически агрессивных сред с абразивными частицами и устройство для его осуществления
CN112778445B (zh) * 2014-09-02 2023-07-21 尤尼威蒂恩技术有限责任公司 使用铬类催化剂的聚烯烃制造
US10010857B2 (en) * 2014-09-22 2018-07-03 Kureha Corporation Polyarylene sulfide production device provided with supply tube
WO2017106940A1 (pt) 2015-12-22 2017-06-29 Braskem S.A. Dispositivo injetor de iniciador de polimerização em reator tubular, reator tubular para polimerização contínua de olefinas, e processo de produção de polímeros e copolímeros de etileno
CN106512871B (zh) * 2016-12-16 2023-01-20 阳煤集团青岛恒源化工有限公司 一种管道反应器和利用管道反应器碳化丙二醇粗品的方法
EP3565659B1 (en) * 2017-01-06 2022-01-26 SABIC Global Technologies B.V. Device for injecting and mixing a reactive fluid in high pressure ldpe processes
KR20190041308A (ko) 2017-10-12 2019-04-22 주식회사 엘지화학 슈트 타입 모노머 디스펜서
CN109954475A (zh) * 2017-12-25 2019-07-02 中核建中核燃料元件有限公司 一种干法制备uo2粉末工艺过程中的喷嘴
US10787564B2 (en) * 2018-01-11 2020-09-29 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Polyethylene compositions and articles manufactured therefrom
CN108249393B (zh) * 2018-03-28 2024-03-08 邓惠荣 采用超临界过热蒸汽水与煤浆热裂解制氢气的设备和方法
EP3808438B1 (en) 2019-10-16 2023-12-20 Borealis AG Device for mixing process fluid with initiator in a ldpe reactor
EP3808439B1 (en) 2019-10-16 2023-10-04 Borealis AG Initiator injection nozzle
CN110774554B (zh) * 2019-12-13 2024-08-27 汤臣(江苏)材料科技股份有限公司 一种压克力板材一次反应挤出成型生产线
CN111068583A (zh) * 2019-12-23 2020-04-28 爱文思控制系统工程(上海)有限公司 一种用于过氧化物与溶剂低温混合的系统机柜
CN111420605B (zh) * 2020-04-22 2022-11-22 重庆冷泉科技有限公司 一种碳酸泉制备装置
US11684904B2 (en) 2021-10-14 2023-06-27 Chevron Phillips Chemical Company Lp Initiator injection into high pressure LDPE reactors
EP4389775A1 (en) * 2022-12-20 2024-06-26 ExxonMobil Chemical Patents Inc. Initiator injection line for high pressure polymerization

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4238453A (en) 1978-12-04 1980-12-09 National Distillers And Chemical Corporation Catalyst spray nozzle
DE19634450A1 (de) * 1996-08-26 1998-03-05 Basf Ag Vorrichtung zur kontinuierlichen Durchführung chemischer Reaktionen
DE19829399A1 (de) * 1998-07-01 2000-02-03 Buna Sow Leuna Olefinverb Gmbh Verfahren zur Herstellung von Ethylenhomo- und Ethylencopolymerisaten niederer Dichte
US6096839A (en) 1995-11-23 2000-08-01 Bp Chemicals Limited Atomizer nozzle

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3405115A (en) 1964-02-26 1968-10-08 Koppers Co Inc Liquid catalyst injection
US4175169A (en) 1971-03-19 1979-11-20 Exxon Research & Engineering Co. Production of polyethylene
US4135044A (en) 1977-08-08 1979-01-16 Exxon Research & Engineering Co. Process for achieving high conversions in the production of polyethylene
DE4010271A1 (de) 1990-03-30 1991-10-02 Basf Ag Verfahren zur herstellung von ethylenpolymerisaten bei druecken oberhalb von 500 bar in einem rohrreaktor mit einspritzfinger
DK0824368T3 (da) 1995-05-09 2000-07-03 Labatt Brewing Co Ltd Statisk indretning til strømningsblanding af fluider
JP3761335B2 (ja) 1998-08-19 2006-03-29 トヨタ自動車株式会社 触媒劣化検出装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4238453A (en) 1978-12-04 1980-12-09 National Distillers And Chemical Corporation Catalyst spray nozzle
US6096839A (en) 1995-11-23 2000-08-01 Bp Chemicals Limited Atomizer nozzle
DE19634450A1 (de) * 1996-08-26 1998-03-05 Basf Ag Vorrichtung zur kontinuierlichen Durchführung chemischer Reaktionen
DE19829399A1 (de) * 1998-07-01 2000-02-03 Buna Sow Leuna Olefinverb Gmbh Verfahren zur Herstellung von Ethylenhomo- und Ethylencopolymerisaten niederer Dichte

Also Published As

Publication number Publication date
RU2003120067A (ru) 2005-02-10
RU2272816C2 (ru) 2006-03-27
CN1479752A (zh) 2004-03-03
KR20030061420A (ko) 2003-07-18
EP1339762A2 (de) 2003-09-03
US20040010098A1 (en) 2004-01-15
WO2002048214A3 (de) 2002-09-19
BR0115916A (pt) 2003-12-02
JP2004520458A (ja) 2004-07-08
WO2002048214A2 (de) 2002-06-20
ES2257455T3 (es) 2006-08-01
DE10060372A1 (de) 2002-06-06
EP1339762B1 (de) 2006-01-25
BR0115916B1 (pt) 2011-04-05
DE50108808D1 (de) 2006-04-13
CA2430679A1 (en) 2002-06-20
CN1236846C (zh) 2006-01-18
US6951908B2 (en) 2005-10-04
ATE316537T1 (de) 2006-02-15
JP4270867B2 (ja) 2009-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100787791B1 (ko) 반응기 개시제 공급 장치
US4633909A (en) Apparatus for the rapid in-line mixing of two fluids
EP1035912B1 (en) Mixer-injectors
US3436792A (en) Apparatus for producing strands or granules from liquid material
KR100691574B1 (ko) 반응물 흐름의 혼합 시 부산물 감소를 위한 방법 및 장치
US20100193607A1 (en) Ldpe tubular reactor peroxide mixer
US6037439A (en) Process for continuous production of polyacetal resin
PT1861434E (pt) Um processo para a preparação de um copolímero de etileno num reator tubular
US4019720A (en) Method and apparatus for mixing viscous materials
US4013744A (en) Process for the manufacture of fibrids of thermoplastics materials
JP2004520458A5 (ko)
KR20120053503A (ko) 반응성 플라스틱으로 이루어진 분사 적용물의 제조 방법 및 장치
US4210615A (en) Manufacture of thermoplastics fibrids
CN1669631A (zh) 一种液液快速混合反应器
CN1143726C (zh) 混合和接着喷射液体的设备
JPS5825495B2 (ja) 流体製品を滅菌および（または）均質化する装置
WO1999002271A1 (en) Infusion nozzle
US3891562A (en) Arrangement in a reactor for plasma-chemical processes
CN114502265B (zh) 引发剂注射喷嘴
CN114555217B (zh) 用于在ldpe反应器中混合工艺流体与引发剂的装置
SU994285A1 (ru) Крошкообразователь дл полимерных материалов
RU2617753C1 (ru) Вихревой пеногенератор
CN216005714U (zh) 一种乳化炸药静态敏化装置
GB1469443A (en) Apparatus for organic sulphonation
SU939102A1 (ru) Центробежна форсунка

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee