KR19980701235A - 쌍을 이루는 유체 노즐(twin fluid nozzle) - Google Patents

쌍을 이루는 유체 노즐(twin fluid nozzle)

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KR19980701235A
KR19980701235A KR1019970704624A KR19970704624A KR19980701235A KR 19980701235 A KR19980701235 A KR 19980701235A KR 1019970704624 A KR1019970704624 A KR 1019970704624A KR 19970704624 A KR19970704624 A KR 19970704624A KR 19980701235 A KR19980701235 A KR 19980701235A
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프리스 마이클
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Abstract

유동층내로 직접 액체를 주입하는 방법은 기체가 액체를 분무하는데 사용되는 쌍을 이루는 유체 노즐을 사용하는 것으로 이루어진다. 상기 노즐 (1) 의 형상은 상기 층내로의 액체의 향상된 분산을 허용한다. 상기 노즐 (1) 은 유동층반응기에서 올레핀의 중합반응을 위한 연속공정에서 사용하기에 적당하다.

Description

쌍을 이루는 유체노즐
본 발명은 올레핀의 기상 중합반응을 위한 연속공정에서 유동층내로 액체를 직접 주입하는 방법에서 사용하기에 적합한 노즐에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 상기 유동층내로의 액체의 제어 및 분배를 향상시킨 노즐에 관한 것이다.
기상으로 올레핀을 단독중합 및 공중합시키는 공정은 이 분야에서 공지되어 있다. 이러한 공정은 예를들어, 사전형성된 폴리올레핀과 중합반응을 위한 촉매로 이루어진 교반 및/또는 유동 층내로 기상 모노머를 도입함으로써 실시될 수 있다.
올레핀의 유동층 중합반응에 있어서 중합반응은 기상 반응모노머로 이루어진 상승가스흐름에 의해서 중합체입자층이 유동상태로 유지된 유동층반응기에서 실시된다. 이러한 중합반응의 개시는 일반적으로 제조될 중합체와 유사한 사전형성된 중합체입자층을 사용한다. 중합반응의 진행동안 초기중합체는 모노머의 촉매중합반응에 의해서 발생되고 중합체생성물은 대체로 일정한 부피에서 층을 유지하도록 회수된다. 산업적으로 유리한 공정은 이 층으로 유동가스를 분배하고 기체의 공급이 중단될 때 이 층을 위한 지지체로서 작용하도록 유동화 그리드를 사용한다. 생성된 중합체는 일반적으로 유동화그리드부근의 반응기의 하부부분에 배열된 배출관을 경유하여 반응기로부터 회수된다. 유동층은 성장중합체입자의 층, 중합체생성물입자 및 촉매입자로 이루어져 있다. 이 반응혼합물은 조성공급물과 함께 반응기의 상부로부터의 리사이클기체로 이루어진 유동기체의 반응기의 기부로부터의 연속상향흐름에 의해서 유동상태로 유지된다.
유동기체는 반응기의 바닥부로 들어가고, 그리고 바람직하게는, 유동화그리드를 통하여 유동층으로 통과된다.
올레핀의 중합반응은 발열반응이므로 중합반응열을 제거하기위하여 이 층을 냉각시키는 수단을 구비해야한다. 이러한 냉각수단이 없으면 이 층은 예를들어, 촉매가 불활성이 되거나, 또는 층이 융합될때까지 온도가 증가할 것이다. 올레핀의 유동층 중합반응에 있어서, 중합반응의 열을 제거하는 바람직한 방법은 원하는 중합반응온도보다 낮은 온도로 있는 기체, 바람직하게는 유동기체를 중합반응기로 공급하고, 중합반응열을 제거하기 위하여 이 기체를 유동층을 통하여 통과시키고, 이 기체를 반응기로부터 제거하여 이것을 외부열교환기를 통하여 통과시킴으로써 냉각시키고, 그리고 이것을 층으로 리사이클시키는 것이다. 리사이클기체의 온도는 열교환기에서 조정되어서 유동층을 원하는 중합반응온도로 유지할 수 있다. 알파올레핀을 중합반응시키는 이 방법에 있어서, 리사이클기체는 선택적으로 예를들어, 수소와 같은 희석 기체 또는 기상 사슬전이제와 함께 모노머올레핀을 포함하는 것이 바람직하다. 따라서, 리사이클기체는 이 모노머를 층으로 공급하고, 이 층을 유동화시키고, 그리고 이 층을 원하는 온도로 유지하는 역할을 한다. 중합반응에 의해서 소모된 모노머는 일반적으로 리사이클기체흐름에 조성기체를 첨가함으로써 대체될 수 있다.
상술된 타입의 통상적인 기체유동층 반응기에서 생성율 (다시말해서, 단위시간당 반응기공간의 단위체적당 생성된 중합체의 중량으로 환산한 시공수득률) 은 열이 반응기로부터 제거될 수 있는 최대속도로 제한된다. 열제거속도는 예를들어, 리사이클기체의 속도를 증가시키고, 그리고/또는 리사이클기체의 온도를 감소시킴으로써 증가될 수 있다. 그러나, 통상적인 실시에서 사용될 수 있는 리사이클기체의 속도에 의해서 제한될 수 있다. 이 한계를 넘으면, 이 층은 불안정해지거나 또는 기체흐름중에서 반응기의 밖으로 리프트하기조차하므로 리사이클라인을 차단시키고 리사이클기체압축기 또는 블로워를 손상시킨다. 리사이클기체는 또한 실제로 냉각될 수 있는 정도로 제한될 수 있다. 이것은 먼저 경제적인 상황을 고려하여 결정되고, 실제로 현장에서 이용가능한 공업용 냉각수의 온도에 의해서 일반적으로 결정된다. 원한다면 냉동상태가 사용될 수 있지만 이것은 제조비용을 증가시킨다. 따라서, 통상적인 실시에서, 올레핀의 기체유동층 중합반응으로부터 중합반응열을 제거하는 유일한 수단으로서의 냉각된 리사이클기체의 사용은 획득할 수 있는 최대생성율을 제한하는 단점을 가지고 있다.
종래의 기술은 기체유동층 중합반응공정으로부터 열을 제거하는 여러 가지 방법을 제안하고 있다.
영국특허 제 1415442 호는 교반 또는 유동 층 반응기에서 비닐클로라이드의 기상 중합반응에 관한것이며, 이 중합반응은 비닐클로라이드의 끊는점보다 낮은 끊는점을 가지는 하나이상의 기상 희석제의 존재하에서 행해진다. 이 참고자료의 실시예 1 은 유동 폴리비닐클로라이드물질에 액체 비닐클로라이드의 단속적인 첨가에 의해서 중합반응의 온도를 제어하는 것을 개시하고 있다. 액체 비닐클로라이드는 층에서 즉시 증발되므로 중합반응열을 제거한다.
미국특허 제 3625932 호는 다단유동층 반응기내의 폴리비닐클로라이드입자의 비드가 반응기의 바닥부로 기상 비닐클로라이드모노머를 도입함으로써 유동되어지는 비닐클로라이드의 중합반응을 위한 공정을 개시하고 있다. 반응기내에서 생성된 중합반응열을 제거하기 위하여 비드가 유동되는 트레이보다 아래의 상승 가스흐름내로 액체 비닐클로라이드모노머를 분무함으로써 각각의 비드를 냉각시킨다.
프랑스특허 제 2215802 호는 예를들어, 에틸렌계 불포화 모노머의 기체유동층 중합반응에서 유동층내로 액체를 분무하기에 적합한 첵밸브타입의 분무노즐에 관한 것이다. 이 층을 냉각시키기 위하여 사용되는 액체는 중합반응되어질 모노머이거나, 또는 에틸렌이 중합반응되어 진다면 이 액체는 액체 포화탄화수소일 것이다. 분무노즐은 비닐클로라이드의 유동층 중합반응을 참고로 하여 설명될 것이다.
영국특허 제 1398965 호는 에틸렌계 불포화 모노머 특히, 비닐클로라이드의 유동층 중합반응을 개시하고 있으며, 여기서 중합반응의 열적제어는 반응기내의 유동물질의 높이의 0 과 75% 사이의 높이로 위치된 하나 이상의 분무노즐을 사용하여 층내로 액체 모노머를 주입함으로써 된다.
미국특허 제 4390669 호는 교반층반응기, 유동층반응기, 교반유동층반응기 또는 관형반응기에서 행해질 수 있는 다단기상공정에 의한 올레핀의 단독 또는 공 중합반응에 관한 것이다. 이 공정에서, 제 1 중합반응대로부터 획득된 중합체는 휘발성 액체 탄화수소의 중간대에서 현탁되고, 그리고 그렇게 획득된 현탁액은 액체 탄화수소가 증발한 제 2 중합반응대로 공급된다. 실시예 1 내지 5 에서, 제 2 중합반응대로부터의 기체는 냉각기 (열교환기) 를 통하여 운반되며, 여기서 약간의 액체 탄화수소는 (이것이 사용되면 코모노머와 함께) 응축한다. 휘발성 액체 응축물은 부분적으로 중합반응용기로 액체상태로 보내지며, 이 용기에서 응축물은 증발잠열에 의해서 중합반응열을 제거할때 이용되어 증발된다. 이 참고자료는 액체가 중합반응으로 도입되는 방법을 구체적으로 언급하고 있지 않다.
미국특허 제 5317036 호는 용해성 전이금속촉매를 이용하는 기상 중합반응공정에 관한 것이다. 이 용해성 촉매는 분무작용을 위한 보조물로서 불활성기체를 사용하는 분무노즐을 사용하여 반응기내로 도입된다.
유럽특허 제 89691 호는 유체모노머의 중합반응을 위한 연속 기체유동층공정에서 시공수득률을 증가시키기 위한 공정에 관한것이며, 이 공정은 이슬점이하에서 기체와 비말동반된 액체의 2 상 혼합물을 형성하도록 반응되지 않은 유체의 일부분 또는 모두를 냉각시키고, 그리고 상기 2 상 혼합물을 반응기내로 재도입하는 것으로 이루어진다. 이 기술은 응축모드 에서 작업과정으로서 언급된다. 유럽특허 제 89691 호에서는, 리사이클기체흐름이 이슬점이하에서 냉각될 수 있는 정도의 초기한계가 액체가 증발될때까지 2 상 유체혼합물중의 액상을 비말동반 또는 현탁 상태로 유지하도록 충분한 수준으로 가스 대 액체의 비율이 유지되어야 함을 언급하고 있고, 그리고 또한 기상에서의 액체의 양이 항상 2 상 리사이클흐름의 속도가 기체에서 현탁액중의 액상을 유지하고 반응기내로 유동층을 지지할 정도로 충분히 빠르다는 조건으로 대략 20 중량% 를 초과해서는 안되고, 그리고 바람직하게는 대략 10 중량% 를 초과해서는 안됨을 언급하고 있다. 유럽특허 제 89691 호는 또한 2 상흐름을 생기게 할 상태하에서 기체와 액체를 별개로 주입함으로써 주입지점에서 반응기내에서 2 상 유체흐름을 형성하는 것이 가능하나, 그러나 냉각후 기체와 액체를 분리하는 추가의, 그리고 불필요한 부담 및 비용으로 인하여 이런 식으로 작업할 때 이점이 거의 없음을 개시하고 있다.
여기에 참고자료로써 구체화된 공개출원번호 WO 94/28032 호는 공정의 생산성이 액체와 기체를 형성하기에 충분한 온도로 리사이클기체흐름을 냉각시키고, 액체를 기체로부터 분리하고, 그리고 유동층으로 직접 분리된 액체를 공급함으로써 향상시킨 연속 기상유동층공정에 관한 것이다. 액체는 그 안에 배열된 하나 이상의 노즐에 의해서 유동층내로 적당하게 주입될수도 있다. 이제 액체의 주입을 촉진하도록 분무기체를 사용하고 일정하게 정의된 매개변수를 가지고 있는 특정디자인의 노즐을 사용함으로써 유동층내로의 액체의 향상된 분배 및 침투가 달성될 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면 하나 이상의 노즐을 사용하는 것으로 이루어진 유동층내로 직접 액체를 주입하는 방법이 제공되고, 각각의 노즐은
(a) 가압액체용 하나 이상의 입구,
(b) 분무기체용 하나 이상의 입구,
(c) 상기 액체와 기체를 혼합하는 혼합실, 및
(d) 상기 기체-액체혼합물이 상기 혼합실로부터 유동층내로 직접 송출되는 하나 이상의 출구로 이루어지며,
(ⅰ) 각각의 출구에서 유동층내로의 액체의 수평침투력은 250 내지 2500 ㎜ 범위내에 있고, 수평침투력은 다음 식으로부터 결정되고:
y = a + b F (X)
여기서,
a 및 b 는 a = 507.469 , b = 5400.409 인 상수이고
이고
, 그리고
(ⅱ) 혼합실을 가로지르는 압력강하는 0.8 내지 1.5 bar 범위내인 것을 특징으로 한다.
상기 액체의 수평침투력에 대한 바람직한 범위는 350 내지 1500 ㎜ 이다.
상기 혼합실을 가로지르는 압력강하는 혼합실에 딸린 입구와 상기 혼합실의 출구사이의 압력강하로서 정의되고, 그리고 상기 노즐안에 적당하게 위치된 차압변환기의 사용에 의해서 측정된다.
상기 변환기는 작동동안 분무성능의 결정에 도움이 되는 혼합실에서의 압력변동을 모니터하는데 사용될 것이다.
상기 혼합실을 가로지르는 바람직한 압력강하는 1.0 - 1.25 bar 범위내인 것이 바람직하다.
상기 혼합실을 가로지르는 압력강하는 혼합실의 크기, 기체/액체비율, 노즐치수 등을 포함하는 여러 가지 매개변수에 의해서 영향을 받게될 것이다. 이러한 매개변수를 조심스럽게 조정함으로써, 압력강하는 이것이 항상 필요한 범위내에 있도록 일정비율 증가 등으로 변환될 것이다.
상기 노즐을 관통하는 전체 액체흐름속도는 500 내지 50000 ㎏/hr 범위내이고, 바람직하게는 2000 내지 30000 ㎏/hr 범위내인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 상기 노즐은 액체의 물방울크기가 분무기체뿐 아니라 물방울크기의 양호한 제어와 정밀분배를 제공함으로써 제어되게 한다. 상기 노즐은 액체공급이 부족하더라도 분무기체는 입자가 유동층으로부터 진입하는 것을 방지하므로 이에따라 노즐이 막히는 위험을 감소시키는 이점을 더 가지고 있다.
본 발명에 따른 노즐의 특정이점은 일정비율 증가동안 출구면적과 흐름속도의 비율이 정의된 범위내에서 수평침투력을 유지하기 위하여 적당하게 조정될 수 있으므로 이에따라 최적성능을 허용하는 이점이 있다.
출구의 면적과 노즐을 관통하는 흐름속도간의 관계뿐 아니라 필요한 압력강하를 유지하는 것은 액체의 최적의 침투력과 분배를 달성하는데 중요하다.
가압액체 또는 분무기체의 공급과 노즐 (다시말해서, 유동층) 의 출구사이에서 측정된 각각의 노즐의 압력강하는 일반적으로 2 내지 7 bar, 바람직하게는 3 내지 5 bar 범위내이다.
본 발명에 따른 노즐의 사용에 의해서 액체는 시간당 세제곱미터의 층물질당 0.3 내지 4.9 세제곱미터의 액체 범위, 또는 그보다 더 큰 범위내에서 유동층내로 도입될 것이다.
상기 노즐을 경유하여 주입된 액체는 부텐, 헥센, 옥텐 등의 코모노머로부터 또는 부탄, 펜탄, 헥산 등의 불활성기체로부터 선택되는 것이 적당하다.
본 발명에 따른 노즐의 사용에 의해서 액체는 하나 이상의 출구로부터 하나 이상의 액체와 기체의 분사로서 유동층내로 도입된다. 각각의 출구를 나가는 분무액의 액체속도는 일반적으로 대략 30 ㎧ 이다. 분무기체의 속도는 일반적으로 대략 2 - 3 ㎧ 범위내이다. 그러므로, 각각의 액체와 기체의 분사는 출구에서 액체물방울이 분무기체보다 더 빠른 속도로 이동할 것이기 때문에 조성이 균일하지 않다.
각각의 노즐에 공급된 액체에 대한 분무기체의 중량비는 5 : 95 내지 25 : 75 범위내이다.
분무기체는 에틸렌으로 제조하는 것이 적당하다.
각각의 출구는 노즐의 원주주위에 배열되는 것이 바람직하고 액체와 기체분사를 생기게 한다. 층내로의 액체/기체분사방향은 실질적으로 수평이지만, 그러나 45°보다 크지않은, 바람직하게는 20°보다 크지않은 각도로 수평이외의 방향일 수 있다. 바람직한 각도는 15°이다.
각각의 노즐은 일련의 출구가 적당하게 장치되어 있고 각각의 노즐의 출구의 수는 1 내지 40 범위내이고, 바람직하게는 3 내지 16 범위내인 것이 바람직하다. 출구의 바람직한 수는 4 이다.
상기 노즐상의 출구는 원주상으로 배열되어 있고, 바람직하게는 노즐주위에 서로가 등거리로 배열되어 있다. 4 개의 출구의 바람직한 배열에서 이 출구는 각각의 출구가 20 내지 80°범위나, 가장 바람직하게는 60°범위내에서 수평평면에서 각도를 가지는 기체/액체분사를 제공하도록 배열된다.
상기 출구는 슬롯형상이 바람직하나, 그러나 다른 형상이 사용될 수도 있다.
상기 슬롯은 일반적으로 10 x 50 ㎜ 또는 13 x 40 ㎜ 가 실례인 치수를 가진다. 상기 슬롯은 일반적으로 300 - 600 ㎟ 범위내의 면적을 가진다.
4 개의 출구를 가지는 바람직한 노즐배열은 관 (2) 으로부터 분무기체를 공급하고 도관 (3) 으로부터 가압액체를 공급하는 노즐 (1) 과 혼합실 (4) 을 도시하고 있는 첨부도면에서 도시되어 있다. 출구중 2 개는 아래의 도면에서 (5) 와 (6) 으로 도시되어 있다. 액체와 분무기체는 기체 (2) 와 가압액체 (3) 의 별개의 공급으로부터 입구를 통하여 상기 공급실 (4) 로 들어간다. 이 관은 분무기체가 액체를 운반하는 외부관 (3) 내에 위치된 중심관 (2) 을 통하여 흐르도록 외부관내에 중심관이 위치되어 있다.
수평방향으로 각각의 출구 (5) (6) 의 분사각도는 액체가 층의 실질적인 단면 (대략 240°/360°) 을 가로질러서 분산될 정도로 대략 60°이다. 액체분사의 수직편향도는 대략 15°(각각의 방향으로 7.5°) 이다.
첨부도면에서 도시된 바와 같이 상기 수평 및 수직분사프로파일은 층내로 분사액체분산으로부터 원추형대를 생기게 한다. 이러한 원추형 분사패턴은 층내로 액체의 침투력과 분산을 향상시키는데 도움을 주므로 이에따라 액체에 의한 층의 냉각효과를 향상시킨다.
본 발명에서 사용하기에 적당한 노즐은 또한 그 안에 배열된 출구를 통하여 송출된 액체의 양에 의하여 정의될 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 양태에 따르면 하나 이상의 노즐을 사용하는 것으로 이루어진 유동층내로 직접 액체를 주입하는 방법이 제공되고, 각각의 노즐은
(a) 가압액체용 하나 이상의 입구,
(b) 분무기체용 하나 이상의 입구,
(c) 상기 액체와 기체를 혼합하는 혼합실, 및
(d) 상기 기체-액체혼합물이 상기 혼합실로부터 유동층내로 직접 송출되는 하나 이상의 출구로 이루어지며,
(ⅰ) 각각의 출구로부터 송출된 액체의 속도 (R) 는 0.009 내지 0.130 ㎥/hr/㎟ 범위내에 있고, 여기서 R 은 다음 식으로부터 결정되고:
, 그리고
(ⅱ) 혼합실을 가로지르는 압력강하는 0.8 내지 1.5 bar 범위내인 것을 특징으로 한다.
액체의 바람직한 송출속도는 R 이 0.013 내지 0.03 ㎥/hr/㎟ 범위내에 있을 때이다.
각각의 출구를 통과하는 액체의 체적은 5.0 내지 20 ㎥/hr 가 적당하고, 6.0 내지 15 ㎥/hr 가 바람직하다.
본 발명에 따른 노즐은 올레핀중의 적어도 하나가 에틸렌 또는 프로필렌인 하나 이상의 올레핀의 중합반응에 의해서 기상으로 폴리올레핀의 제조를 위한 연속공정에서 사용하기에 가장 적당하다. 본 발명의 공정에서 사용하기위한 바람직한 알파올레핀으로는 3 내지 8 탄소원자를 가지는 것이다. 그러나, 8 탄소원자보다 많은, 예를들어 9 내지 18 탄소원자를 가지는 소량의 알파올레핀이 원하면 사용될 수 있다. 그러므로 하나 이상의 C3- C8알파올레핀으로 에틸렌 또는 프로필렌의 단독중합체 또는 에틸렌 또는 프로필렌의 공중합체를 제조할 수 있다. 바람직한 알파올레핀으로는 부트-1-엔, 펜트-1-엔, 헥스-1-엔, 4-메틸펜트-1-엔, 옥트-1-엔 및 부타디엔이 있다. 1차 에틸렌 또는 프로필렌모노머와 공중합될 수 있는, 또는 C3- C8모노머에 대한 부분적인 교체물로서 보다 큰 올레핀의 실례로는 데크-1-엔 및 에틸리덴 노르보넨이 있다.
이 공정이 알파올레핀과 에틸렌 또는 프로필렌의 공중합반응을 위하여 사용될 때 에틸렌 또는 프로필렌은 공중합체의 주성분으로서 존재하고, 바람직하게는 전체 모노머의 70% 이상의 양으로 존재한다.
이 공정은 다양한 중합체제품 예를들어, 부텐, 4-메틸펜트-1-엔 또는 헥센과 에틸렌의 공중합에 근거한 저밀도 폴리에틸렌 (LLDPE) 과 예를들어, 소량의 보다 큰 알파올레핀, 예를들어, 부텐, 펜트-1-엔, 헥스-1-엔 또는 4-메틸펜트-1-엔과 에틸렌의 공중합체, 또는 호모폴리에틸렌일 수 있는 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE) 을 제조하는데 사용될 수 있다.
노즐을 경유하여 주입된 액체는 리사이클흐름으로부터 분리되고, 그리고 응축가능한 모노머, 예를들어 LLDPE의 제조를 위하여 코모노머로서 사용된 부텐, 헥센, 옥텐일 수 있거나, 또는 불활성 응축가능한 액체, 예를들어 부탄, 펜탄, 헥산일 수도 있다.
이 공정은 0.5 와 6 ㎫ 사이의 압력과 30℃ 와 130℃ 사이의 온도에서 올레핀을 중합반응시키기에 특히 적당하다. 예를들어, LLDPE제조를 위하여 온도는 80 - 90℃ 범위내가 적당하고, 그리고 HDPE 에 대하여 온도는 일반적으로 사용된 촉매의 활성에 따라 85 - 105℃이다.
중합반응은 본질적으로 전이금속화합물로 이루어진 고체촉매와 금속의 유기화합물 (다시말해서, 유기금속화합물, 예를들어 알킬알루미늄화합물) 로 이루어진 촉매로 이루어진 치글러-나타 타입의 촉매시스템의 존재하에서 행해질 수도 있다. 고활성촉매시스템은 이미 수년에 걸쳐 알려져 왔고 상대적으로 짧은 시간안에 대량의 중합체를 제조할 수 있으므로, 이에따라 중합체로부터 촉매잔사를 제거하는 단계를 회피할 수 있다. 이 고활성촉매시스템은 일반적으로 본질적으로 전이금속, 마그네슘 및 할로겐의 원자로 이루어진 고체촉매로 이루어진다. 열처리에 의해서 활성화되고 내화성산화물에 근거한 그래뉼지지물과 결합된 크롬산화물로 본질적으로 이루어진 고활성촉매가 또한 사용될 수 있다. 이 공정은 또한 특히 실리카상에 지지된 메탈로센촉매와 치글러촉매를 사용하기에 적당하다. 이러한 메탈로센촉매는 예를들어, 유럽특허 제 129368 호, 제 206794 호, 제 416815 호 및 제 420436 호에서 개시된 문헌에서 공지되어 있다.
상기 촉매는 상술된 바와 같은 촉매의 도움으로 사전중합반응단계동안 앞서 제조된 전중합체파우더의 형태로 사용되는 것이 적당하다. 사전중합반응은 적당한 공정, 예를들어 배치공정, 반연속공정 또는 연속공정을 사용하여 액체 탄화수소희석물에서, 또는 기상으로 중합반응에 의해서 행해지게 될 수도 있다.
본 발명은 이제 하기의 실시예를 참고로 하여 한층 더 설명될 것이다.
실시예
노즐에서 사용된 다량의 액체때문에 분무기체는 폴리에틸렌의 유체층에서 증발될 수 없다.
그러므로, 시험장치가 본 발명에 따른 노즐의 사용에 의해서 액체의 도입을 시험하는데 사용된다. 시험장치의 배열은 알루미늄용기로 이루어져 있으며 그 안으로 쌍을 이루는 유체노즐이 용기의 상부로부터 아래쪽으로 돌출되어 있다 (노즐의 실례가 첨부도면에 도시됨). 상기 노즐은 분무기체와 액체 탄화수소가 공급되고, 그리고 용기내로 분무액체의 분무패턴과 분산은 X-선원, 이미지증폭관 및 출력이 비디오테입기록장치로 연속적으로 기록되는 CCD (하전 결합소자) 비디오 카메라로 이루어진 통상적으로 이용가능한 X-선 이미지화 장치를 사용하여 모니터되었다.
분무액체는 용기의 바닥에서 노즐아래에 위치된 수직 저장포트내로 배수되는 액체와 합치도록 용기의 벽으로 분무되었다. 노즐매개변수를 시험하는데 사용되는 액체는 4-메틸-1-펜텐이었고, 그리고 있음직한 노즐의 차단을 평가하기 위하여 리사이클액체흐름에서 존재하는 미세입자를 모의 실험하고자 대략 1 - 2 중량% 의 355 미크론보다 작은 폴리에틸렌미세입자를 함유한다.
액체가 연속적으로 노즐로 이송될 수 있게 하기위하여 폐쇄액체루프배열이 유지되었으며 이 액체를 저장포트/바이패스회로를 경유하여 리사이클시켰다. 액체는 눈금로터미터 (0.67 의 S.G., 3 - 36 ㎥/h 액체이다) , 그리고 펌프바이패스회로로부터 노즐까지 제어밸브에 의해서 측정되었다. 서로 다른 S.G.유체에 대하여 적절하게 보정되었다. 질소기체는 액체를 분무하는데 사용되었고, 그리고 X-선셀외부에 위치된 실린더뱅크로부터 눈금로터미터/오리피스플레이트에 의해서 노즐까지 측정되었다. 일반적으로 50 - 70 실린더는 연속/평행으로 연결되어서 노즐을 작동시키도록 충분한 기체의 흐름을 획득한다.
분무실로부터 상류로 향하는 기체와 액체노즐입구압력은 드렁크 압력변환기 (Drunk pressure transducers) 를 사용하여 연속적으로 모니터되고 기록되었다 (0 - 30 barg 범위, 0.05 bar 까지 정확하게 계측됨). 분무압력강하는 드렁크차압변환기에 의해서 모니터되었다 (0 - 10 barg 범위, 0.01 bar 까지 정확하게 계측됨). 모든 시스템압력은 작동동안 데이터 로거에 의해서 기록되었다.
내부흐름패턴은 다음의 분석을 위하여 비디오포맷안에 직접 기록되었다.
실시예 1 의 분석은 액체가 약간 똑똑 떨어지는 것으로부터 불규칙한 흐름, 다시말해서 때때로 액체, 그리고 때때로 기체가 흐르는 패턴까지의 범위를 정하는 흐름패턴에서 광범위한 진동이 있음을 나타내었다. 실시예 2 에서는 최대한의 분산을 확보하기 위하여 필요한 분사프로파일 및 압력강하를 유지하는 것에 대한 중요성을 나타내는 발달된 완전한 분사프로파일이 획득되었다.
표

Claims (10)

  1. 각각의 노즐이
    (a) 가압액체용 하나 이상의 입구,
    (b) 분무기체용 하나 이상의 입구,
    (c) 상기 액체와 기체를 혼합하는 혼합실, 및
    (d) 상기 기체-액체혼합물이 상기 혼합실로부터 유동층내로 직접 송출되는 하나 이상의 출구로 이루어진 하나 이상의 노즐을 사용하는 것으로 이루어진 유동층내로 직접 액체를 주입하는 방법에 있어서,
    (ⅰ) 각각의 출구에서 유동층내로의 액체의 수평침투력은 250 내지 2500 ㎜ 범위내에 있고, 수평침투력은 다음 식으로부터 결정되고:
    y = a + b F (X)
    여기서,
    a 및 b 는 a = 507.469 , b = 5400.409 인 상수이고
    이고
    , 그리고
    (ⅱ) 혼합실을 가로지르는 압력강하는 0.8 내지 1.5 bar 범위내인 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 수평침투력은 350 내지 1500 ㎜ 범위내인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 압력강하는 1.0 - 1.25 bar 범위내인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 각각의 노즐이
    (a) 가압액체용 하나 이상의 입구,
    (b) 분무기체용 하나 이상의 입구,
    (c) 상기 액체와 기체를 혼합하는 혼합실, 및
    (d) 상기 기체-액체혼합물이 상기 혼합실로부터 유동층내로 직접 송출되는 하나 이상의 출구로 이루어진 하나 이상의 노즐을 사용하는 것으로 이루어진 유동층내로 직접 액체를 주입하는 방법에 있어서,
    (ⅰ) 각각의 출구로부터 송출된 액체의 속도 (R) 는 0.009 내지 0.130 ㎥/hr/㎟ 범위내에 있고, 여기서 R 은 다음 식으로부터 결정되고:
    , 그리고
    (ⅱ) 혼합실을 가로지르는 압력강하는 0.8 내지 1.5 bar 범위내인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 액체의 송출속도는 0.013 내지 0.03 ㎥/hr/㎟ 범위내인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 각각의 출구를 통과하는 액체의 체적은 5.0 내지 20 ㎥/hr 범위내인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 출구는 슬롯형상인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 각각의 출구는 300 - 600 ㎟ 범위내의 면적을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. (a) 가압액체용 하나 이상의 입구,
    (b) 분무기체용 하나 이상의 입구,
    (c) 상기 액체와 기체를 혼합하는 혼합실, 및
    (d) 각각의 출구가 300 - 600 ㎟ 범위내의 면적을 가지는 슬롯형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는, 상기 기체-액체혼합물이 상기 혼합실로부터 유동층내로 직접 송출되는 노즐주위 원주상으로 배열된 하나 이상의 출구로 이루어진 것을 특징으로 하는 유동층내로 액체를 직접 주입하는 노즐.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 출구의 수가 4 개 인 것을 특징으로 하는 노즐.
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