專利名稱：用于過氧化物引發(fā)劑注射的低密度聚乙烯(ldpe)管狀反應器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于注射流體至處于提高的溫度和壓力下的另一流體中的設備， 和包括至少一個該設備的系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及用于注射有機過氧化物至處理流體中的設備，該處理流體包含乙烯且可選地包含一種或多種共聚單體，以形成自由基聚合乙烯基聚合物(free-radical polymerized ethylene-based polymer)產(chǎn)品。
背景技術：
本領域熟知使用管狀反應器由乙烯和可選地一種或多個共聚單體來形成低密度乙烯基聚合物(例如低密度聚乙烯(LDPE))的方法。整個處理是包含處理流體的管狀反應器內(nèi)的自由基聚合，其中處理流體部分地包括乙烯且乙烯在高度放熱反應中被轉變?yōu)橐蚁┗酆衔铩７磻诟卟僮鲏毫?約1000巴至4000巴)下以約160°C至約360°C的最大溫度發(fā)生于湍流處理流體流動條件狀況中。反應啟動溫度，或其中單體(以及可選的共聚單體)至聚合物轉變(或在其中沿反應管的多個反應點重新啟動的情況)被啟動的溫度，是從約120°C至約240°C。管狀反應器的典型的單次轉換值是從約百分之20至約百分之40。反應通過注射引發(fā)劑至反應器管中的至少一個區(qū)域中而被啟動(或重新啟動)。 在熱量(通常是潛熱-處理流體通常已經(jīng)處于適當?shù)姆磻獪囟认?存在的情況下，引發(fā)劑被與處理流體混合，引發(fā)劑形成自由基分解產(chǎn)物。分解產(chǎn)物開始與乙烯(以及可選的共聚單體)自由基聚合反應，以形成乙烯基聚合物產(chǎn)品。反應在反應區(qū)域中產(chǎn)生大量熱。如果沒有適當冷卻，處理流體中的絕熱溫度上升 (該處理流體現(xiàn)在包含吸收和保持熱量的乙烯基聚合物產(chǎn)品)最終導致不適宜的和可能不可控制的反應。這種不期望的反應可包括乙烯分解(形成產(chǎn)品，例如碳、甲烷、乙炔和乙烷)，高分子量聚合物鏈的形成，和通過結合和交聯(lián)的終止，這可導致分子量分布的加寬。由于變化的產(chǎn)品質(zhì)量和一致性導致的這種不期望的反應范圍的結果引起反應器系統(tǒng)關閉、通風和清理。不期望的反應還可發(fā)生在處理流體中的引發(fā)劑的不適當分布時。在正常的處理操作條件下，在被注射至處理流體中后引發(fā)劑快速地分解為自由基產(chǎn)品。引發(fā)劑至處理流體中的分散通常導致處理流體流內(nèi)的高引發(fā)劑濃度的局部區(qū)域。該局部引發(fā)劑區(qū)域促進了處理流體中的不平衡反應分布在局部引發(fā)劑區(qū)域附件的較大量的聚合和熱量產(chǎn)生，而在其它地方較小。該不平衡反應分布可導致處理相關的問題，例如在引發(fā)劑注射點附件的高分子量材料形成，其可阻塞注射口或處理流體流動通道。其也可導致注射點附件或沿反應管的壁的高分子量材料的形成，其導致偶爾的“高分子量材料的拋棄”。如前所述，其也可導致乙烯分解。如果大濃度的新鮮引發(fā)劑在反應區(qū)段(其中溫度被升高)接觸反應器管的壁，引發(fā)劑可分解和快速地反應，開始局部反應“熱點”，其可傳播為遍及系統(tǒng)范圍的分解。已經(jīng)進行了各種嘗試以通過各種噴嘴構造和其它系統(tǒng)變化來增強被注入處理流體流中的材料的混合。英國專利NO. 1，569，518 (Kita等)描述了使用機械約束-靜力管內(nèi)混合器-來建立湍流。美國專利No. 3，405，115 (Schapert等)描述了噴頭的同族物，其中氣流被分裂，催化劑以一個流注射，且氣流重新結合。PCT專利公開No. WO 2005/065818 (Hem等)描述了一種非圓形反應管造型。美國專利No. 6，677，408 (Mahling等)描述了一種狗骨頭壓縮件，其具有管內(nèi)葉片，用于在引發(fā)劑點的上游產(chǎn)生兩股相對旋轉的氣流。美國專利No. 6，951，908 (Groos等)具有“漩渦元件”用于把引發(fā)劑引入到反應器系統(tǒng)中。歐洲公開申請No. 0449092 (Koehler等)描述了常規(guī)注射噴嘴。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的實施例中，一種用于混合引發(fā)劑與處理流體的引發(fā)劑注射噴嘴，可包括本體，包括用于接收處理流體的入口、出口、和用于接收引發(fā)劑的注射器入口 ；處理流體流動通道，處理流體通過該處理流體流動通道沿中心處理流軸線在所述入口和出口之間行進，該處理流體流動通道還依次包括收縮部、喉部、和擴張部；引發(fā)劑流體流動通道，引發(fā)劑通過該引發(fā)劑流體流動通道沿注射器中心垂直軸線在注射器入口和注射器出口之間行進，其中引發(fā)劑流體流動通道與處理流體流動通道在收縮部相交；針突，至少部分地包括引發(fā)劑流體流動通道且還包括成形注射器尖端，該成形注射器尖端形成引發(fā)劑流體流動通道的注射器出口 ；其中，注射器出口位于處理流體流動通道的收縮部中且當沿中心處理流軸線確定時在喉部的上游一水平偏置量處；以及其中，當沿注射器中心垂直軸線確定時，注射器出口被定位為偏離中心處理流軸線一垂直偏置量。在本發(fā)明的其它實施例中，水平偏置量對垂直偏置量的比例是從約1. 0至約10。 在其它實施例中，喉部的半徑減去垂直偏置量后對喉部的半徑的比例是從約0. 45至約 0.90。在其它實施例中，擴張部角度是從約23至約48度。在其它實施例中，擴張部角度對收縮部角度的比例是從約1. 0至約3. 0。在本發(fā)明的其它實施例中，成形注射器尖端包括針狀形狀。在一些其它實施例中， 成形注射器尖端包括方形針狀形狀。在一些其它實施例中，成形注射器尖端包括倒圓的或穹頂形狀。在一些其它實施例中，成形注射器尖端包括。在一些其它實施例中，成形注射器尖端具有斜面。在本發(fā)明的實施例中，包含處理流體的管狀反應器系統(tǒng)包括至少一個新鮮供應源用于供應乙烯至處理流體中、主壓縮機用于壓縮處理流體至反應條件，其與該至少一個新鮮供應原和循環(huán)管道二者流體相通、與主壓縮機流體相通的反應器管用于將一部分乙烯和可選地至少一種共聚單體在處理流體中轉變?yōu)榈兔芏纫蚁┗酆衔锖褪Ｓ嗟牟糠忠蚁⑴c反應器管流體相通的高壓分離器用于將低密度乙烯基聚合物從剩余的部分乙烯中分離，且與高壓分離器流體相通的循環(huán)管用于將剩余的部分乙烯傳送至主壓縮機；其中改進包括反應器管，該反應器管還包括與保護引發(fā)劑和處理流體的引發(fā)劑源流體相通的至少一個引發(fā)劑注射噴嘴，其中，該至少一個引發(fā)劑注射噴嘴包括本體，該本體還包括入口用于接收處理流體、出口、和引發(fā)劑入口用于接收引發(fā)劑，其中至少一個引發(fā)劑注射噴嘴還包括處理流體流動通道，處理流體通過該處理流體流動通道沿中心處理流軸線在所述入口和出口之間行進，該處理流體流動通道還依次包括收縮部、喉部、和擴張部；其中該至少一個引發(fā)劑注射噴嘴還包括引發(fā)劑流體流動通道，引發(fā)劑通過該引發(fā)劑流體流動通道沿注射器中心垂直軸線在注射器入口和注射器出口之間行進，其中引發(fā)劑流體流動通道與處理流體流動通道在收縮部相交；該至少一個引發(fā)劑注射噴嘴還包括針突，其至少部分地包括引發(fā)劑流體流動通道且還包括成形注射器尖端，該成形注射器尖端形成引發(fā)劑流體流動通道的注射器出口 ；其中，注射器出口位于處理流體流動通道的收縮部中且當沿中心處理流軸線確定時在喉部的上游一水平偏置量處；以及其中，當沿注射器中心垂直軸線確定時，注射器出口被定位為偏離中心處理流軸線一垂直偏置量。


當結合附圖閱讀時，前面的綜述以及下面的詳細描述客觀被更好地理解。但是應理解，本發(fā)明不限于所示的具體配置和手段。視圖中的部件不必按比例，重點放在清楚地示出本發(fā)明的原理。而且，在視圖中，相同的參考標號在多個視圖中指示相應的零件。圖1(a)至(d)是實施例引發(fā)劑注射噴嘴的鏡頭T形座部的軸向橫截面的前視圖 (a)、側視圖(b)、軸向截面圖(c)和軸向橫截面的放大部分(d)；圖2(a)和(b)是注射器部200或?qū)嵤├l(fā)劑注射噴嘴的部分橫截面的示意性側視圖(a)，以及聯(lián)接至實施例注射噴嘴的鏡頭T形座部100的軸向橫截面的注射器部200 的側視圖(b)；圖2(c)、(d)、(e)和(f)是各種形狀的注射器端部221的示意性視圖，包括針形 (C)、方針形(d)、倒圓的或穹頂形(e)和帶斜面的(f)；圖3是包括至少一個實施例引發(fā)劑注射噴嘴的實施例管狀反應器系統(tǒng)300的示意圖；圖4是可比擬系統(tǒng)在生產(chǎn)0. 25MI乙烯基聚合物中使用用于第一引發(fā)劑注射噴嘴的實例和比較實例的引發(fā)劑注射噴嘴的相應條件下，溫度對第一引發(fā)劑注射噴嘴至第二引發(fā)劑注射噴嘴的距離關系的圖表；圖5是可比擬系統(tǒng)在生產(chǎn)2. 3MI乙烯基聚合物中使用用于第一引發(fā)劑注射噴嘴的實例和比較實例的引發(fā)劑注射噴嘴的相應條件下，溫度對第一引發(fā)劑注射噴嘴至第二引發(fā)劑注射噴嘴的距離關系的圖表。實施例引發(fā)劑注射噴嘴的其它方面和優(yōu)點將從下面的說明和所附權利要求中顯現(xiàn)。
具體實施例方式下面的討論的提出是要使得本領域技術人員實施和使用披露在所附權利要求的范圍內(nèi)的發(fā)明。所述的一般原理可被用于下面詳述的以外的實施例和應用而不離開由所附權利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍。本發(fā)明不是要限制于所示的實施例，而是要與披露的原理和特征一致的最寬范圍相符。沒有現(xiàn)有技術對比文件指出使用噴嘴以建立在引發(fā)劑注射點的緊下游混合的湍流區(qū)域，以最大化引發(fā)劑混合。沒有現(xiàn)有技術對比文件優(yōu)化引發(fā)劑注射點位置相對于處理流體流的中心的定位來確保進入混合的湍流區(qū)域時處理流體流中的引發(fā)劑的最大分散。實施例引發(fā)劑注射噴嘴使用文氏管形處理流體流通道以幫助提供引發(fā)劑在處理流體中的極快分散。在結合時，處理流體流通道的收縮和擴張部被設計用于通過壓縮處理流體然后通過膨脹處理流體建立高度湍斂流(turbulent wake)而快速地將處理流體移動穿過引發(fā)劑噴射區(qū)。實施例引發(fā)劑注射噴嘴沒有使用機械約束或設備以在處理流體流中建立阻力或湍流。處理流體流中的機械約束建立阻力，其允許高分子量聚合物的形成。高分子量聚合物形成在低處理流體流動的區(qū)域中，該區(qū)域包含相對較高水平的引發(fā)劑濃度和提高的溫度。喉部的上游的收縮部、和喉部下游的擴張部被優(yōu)選地優(yōu)化以維持引發(fā)劑至處理流體中的混合能力同時提供最小的流動約束可能。通常認為在管狀反應器的內(nèi)側上的固體-流體界面處，例如管壁和處理流體之間，處理流體的粘度與平均處理流體粘度相比相對較低，這是由于表面摩擦或阻力。阻力還可是由管內(nèi)物體導致，該物體導致不平衡的流體流動，例如通過噴射管或端口。參見Vliet， Ε. van, Derkesen, J. J.禾口 van den Akker, H. E. A.的"Turbulent Mixing in a Tubular Reactor-Assessment of an FDF/LES Approach “，AICHE JOURNAL,725-39, Vol. 51, No. 3 (March 2005)。管壁附近和管內(nèi)物體后的低處理流體速度導致該壁或物體的表面附近的邊界層的形成。在該邊界層中，處理流體流變得分層(非湍流)且通常被稱為粘性底層 (viscous sublayer) 0在粘性底層內(nèi)，由于其緩慢運動且沒有較好地混合(其不是湍流)， 單體和新形成的聚合物鏈被暴露于較長的反應器駐留時間，這意味著額外暴露于提高的處理反應溫度和化學引發(fā)劑。較長的反應器駐留時間導致該粘性底層中形成高分子量聚合物鏈的增加的可能性。以較高的平均處理流體粘度或通過引入湍流，粘性底層中的高粘性、高分子量聚合物鏈的形成可被最小化，因為管壁或管內(nèi)物體附近的邊界層更小且運動更快或被端流擾動° SilMcCabe, Warren L 等人的 Unit Operations of Chemical Engineering, 56-58，McGraw-Hill, Inc. (5th ed.，1993)。通過壓縮處理流體的膨脹產(chǎn)生的湍流抑制了混合區(qū)域中的管壁附近的層流層。這已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)在反應器管的存在引發(fā)劑最高相對濃度處是高度優(yōu)選的。由實施例引發(fā)劑注射噴嘴建立的湍流顯著地降低了基于不適當混合而發(fā)生不期望的化學反應的可能性。現(xiàn)有技術的引發(fā)劑注射器，其中引發(fā)劑簡單地穿過噴嘴的壁中的孔進入處理流體，其中引發(fā)劑噴嘴不突出足夠遠至處理流體流中，或其中噴嘴自身建立過高阻力(其影響下游的引發(fā)劑至處理流體的混合)，提供了引發(fā)劑在處理流體中的不均勻分布。在正常處理條件下引發(fā)劑的不均勻和不準確分布可導致低于預期的乙烯轉換效率、產(chǎn)物聚合物的更寬的分子量分布、過多的高分子量聚合物形成，其導致系統(tǒng)結垢，和甚至由于失控反應和分解導致的處理混亂。實施例引發(fā)劑注射噴嘴具有注射器管，其具有成形注射器尖端，該尖端突出至處理流中以注射引發(fā)劑至處理流體中。在實施例引發(fā)劑注射噴嘴中優(yōu)選的是，成形注射器尖端被定位在處理流體流通道的收縮部中的喉部的上游。還優(yōu)選的是，注射器管延伸至處理流體流中從而成形注射器尖端離收縮部的壁足夠遠以使得引發(fā)劑不與收縮部的壁相互作用，以及在排出時注射至處理流體中的引發(fā)劑接近處理流體流的中心，但是不會進入處理流體流中太遠從而注射器管的下游尾流不顯著影響處理流體流的方向。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過延伸注射器管至處理流體流中足夠遠使得成形注射器尖端靠近但不是位于或經(jīng)過處理流體流的中心，這些相互競合的因素之間的平衡可被打破，且注射器管在喉部的上游足夠遠以當處理流體接近喉部時補償其在處理流體上的阻力作用，但是又不是太遠以允許引發(fā)劑在反應湍流混合區(qū)域前不分解和啟動自由基聚合反應。注射器管的優(yōu)選位置是沿處理流體流軸線在收縮部中的文氏管噴嘴的喉部的上游正距離處，且對于成形注射器尖端是接近但不處于或超過處理流體流的中心。實施例引發(fā)劑注射噴嘴的結構的組合作用是，處理流體被收縮時，引發(fā)劑被注射到接近處理流體流的中心處。當處理流體與引發(fā)劑經(jīng)過喉部時，引發(fā)劑在該流的中心被集中且遠離注射噴嘴的壁。當處理流體在擴張段中膨脹時，該流的中心中的引發(fā)劑的濃度在湍流狀態(tài)中沿所有方向快速分布開。利用引發(fā)劑噴嘴導致的引發(fā)劑在處理流體中的湍流混合和快速分散具有在現(xiàn)有技術中未見的多個確實優(yōu)點。通過最小化引發(fā)劑的高濃度附近的層流區(qū)域，高分子量聚合物鏈的形成被抑制。最小化高分子量聚合物鏈造成的聚合物的隔離層的形成改善了總體熱傳遞效率。高分子量聚合物鏈傾向于“板結出”該處理和涂覆反應器管或處理容器在反應區(qū)域附近的內(nèi)壁。乙烯基聚合物(例如LDPE)是非常好的熱絕緣體。高分子量乙烯基聚合物的管狀反應器或處理容器的內(nèi)襯的形成將導致較低的散熱能力(導致較高的絕熱處理溫度)或由于不得不使用更多能量來建立跨反應器的高溫差(溫差也被稱為“ S T”)(即較低的入口冷卻溫度以驅(qū)動較高的熱流穿過絕熱反應器管)而導致的較大的能量無效率。協(xié)同熱傳遞能力的改善，額外的引發(fā)劑可被通過引發(fā)劑注射噴嘴使用以改善處理的單次轉換效率。出于處理安全的考慮，注射至系統(tǒng)內(nèi)的引發(fā)劑的量基于峰值處理溫度而被約束。該基于溫度的約束導致可在處理流體單次穿過反應器系統(tǒng)過程中可被轉換的乙烯總量的限制。當高分子量聚合物鏈的生成被最小化時，聚合物絕緣層的建立被抑制，由此改善了散熱能力。被改善的散熱能力允許更大量的引發(fā)劑被用于重新啟動處理以及增加使用相同峰值處理溫度限制的轉換效率。實施例引發(fā)劑注射噴嘴可采取一個部件或多個部件的組件的形式。為了凸顯本發(fā)明的特征和方面，描述了兩個部件(鏡頭τ形座部100和注射器部200)制成的實施例引發(fā)劑注射噴嘴。本領域技術人員應理解，本發(fā)明的特征和方面可都被包括在披露的引發(fā)劑注射噴嘴的單個部件或多個部件的實施例中，且本發(fā)明的特征和方面可出現(xiàn)在描述以外的不同部件上。在描述實施例引發(fā)劑注射噴嘴的各種屬性時，所使用的術語“上游”和“下游”是參考穿過高壓低密度聚乙烯生產(chǎn)系統(tǒng)(特別是管狀反應器系統(tǒng))的處理流體、流和產(chǎn)品的大致流動方向的空間相對術語。通常，“上游”以新鮮單體/共聚單體進料源開始且“下游” 以成品聚合物儲存設備結束，除非文中清楚地出現(xiàn)其它意思。處理流體從上游位置流動至下游位置，除非特別注明。上游和下游還可被用于描述在一件裝備中的相對位置，其中處理流體、流和產(chǎn)品通過上游入口通道或端口進入且通過下游出口離開。圖l(a)_(c)分別示出了實施例引發(fā)劑注射噴嘴的鏡頭T形座部100的前部、側部和軸向截面。鏡頭T形座部(lens tee portion) 100可包括從側視圖觀察的顛倒“Τ”形本體101，其該本體具有塊狀段103和桿狀段105，盡管一般其它形狀和構造也可被使用。本體101具有外壁107、塊狀段103內(nèi)的塊內(nèi)壁109和桿狀段105內(nèi)的桿內(nèi)壁111。外壁107 與內(nèi)壁109和111之間的本體101的厚度在鏡頭T形座部100的各個位置處可變化，且反映本體101的構造材料、鏡頭T形座部100的操作工作壓力和溫度、和由內(nèi)壁109和111提供的服務。優(yōu)選的是，本體101由單件金屬制造。
如圖1 (c)所示，塊內(nèi)壁109形成沿中心處理流軸線115從本體101的塊狀段103 的入口端117至出口端119的處理流體流動通道113。處理流體在入口端口 121和出口端口 123之間沿中心處理流軸線115穿過處理流體流動通道113。塊內(nèi)壁109具有圓形截面。在一些實施例中，塊內(nèi)壁109包括入口配合緣125，其基本上為圓柱形且從入口端口 121向下游延伸至塊狀段103中。入口配合緣125的尺寸可根據(jù)在該點處連接至鏡頭T 形座部100的反應器管的外直徑和厚度和連接方式(例如，焊接、法蘭連接、螺紋聯(lián)接，盡管焊接連接是優(yōu)選的)而改變。在一些實施例中，塊內(nèi)壁109還包括出口配合緣127，其基本上為圓柱形且從出口端口 123向上游延伸至塊狀段103中。出口配合緣的尺寸可出于與入口配合緣125類似的原因而變化。在一些實施例中，入口配合緣125和出口配合緣127的尺寸不同。一些實施例中的塊內(nèi)壁109包括入口部129，其基本上為圓柱形且從入口配合緣 125向下游延伸至塊狀段103中。在一些實施例中，塊內(nèi)壁109還包括出口部131，其基本上為圓柱形且從出口配合緣127向上游延伸至塊狀段103中。在一些實施例中，入口部1 的直徑基本上類似于入口反應器管的內(nèi)直徑，在接口處沿塊內(nèi)壁109提供均勻表面。在一些實施例中，出口部131的直徑基本上類似于出口反應器管的內(nèi)直徑。收縮部133從入口部1 軸向地向下游延伸。在具有入口部129的實施例中，入口部1 和收縮部133在第一圓形相交部135處相遇，該第一圓形相交部垂直于中心處理流軸線115。收縮部133優(yōu)選地是截錐形的，其直徑隨其從入口部1 軸向地向下游延伸而縮減。收縮部133具有當沿中心處理流軸線115從第一圓形相交部135至喉部143測量時從約40毫米至約60毫米的收縮長度137。收縮部133還具有收縮部角度139，其被作為收縮部133內(nèi)的塊內(nèi)壁109的相對側形成的角度測量時是從約15至約40度。收縮部133與擴張部141在喉部143處相遇，該喉部垂直于中心處理流軸線115。 喉部143的直徑可從約15至約37毫米變化。第一圓形相交部135與喉部143的直徑比是從約1. 4至約2. 7，且優(yōu)選地從約2. 0至約2. 2。擴張部141從喉部143軸向地向下游延伸。擴張部141也優(yōu)選地為截錐形，其直徑隨其從喉部143軸向地向下游至出口部131延伸而增大。在具有出口部131的實施例中， 出口部131和擴張部141在第二圓形相交部145處相遇，第二圓形相交部145垂直于中心處理流軸線115。擴張部141具有當沿中心處理流軸線115從喉部143至第二圓形相交部 145測量時從約15毫米至約40毫米的擴張長度147。擴張部141還具有擴張部角度149， 其可被作為擴張部141中的塊內(nèi)壁109的相對側形成的角度測量時是從約23度至約48度。在所有實施例中，處理流體流動通道113沿基于處理流體從相對于引發(fā)劑注射噴嘴的上游位置至下游位置流動的次序包括收縮部133、喉部143和擴張部141。在一些實施例中，且如圖1 (c)的實施例所示，收縮部133和擴張部141是非對稱的，其中它們沿喉部143的兩側不相同。在一些實施例中，如圖1(c)的實施例所示，收縮長度137與擴張長度147不相同。在優(yōu)選實施例中，收縮長度137大于擴張長度147。在這種實施例中，收縮長度137對擴張長度147的比例是從約1. 3至約3. 0，且更優(yōu)選地是從約 1.3至約1.8。在一些實施例中，如圖1(c)的實施例所示，擴張部角度149大于收縮部角度 139。擴張部角度149對收縮部角度139的比例可從約0. 97至約3. 0范圍變化，且優(yōu)選地從大于1.0至約3.0。
在一些實施例中，桿內(nèi)壁111形成沿桿垂直軸線153至桿狀段105內(nèi)的注射器凹部151。桿垂直軸線153相交且垂直于中心處理流軸線115，且優(yōu)選地在桿狀段105內(nèi)居中。 這種注射器凹部151區(qū)域的例子在圖1(c)中示出且在圖1(d)中放大。注射器凹部151的尺寸和構造可根據(jù)與注射器部200連接的方式(例如，焊接、法蘭連接、螺紋聯(lián)接)和尺寸而變化。包括適用于操作工作壓力和溫度的螺紋聯(lián)接部155的注射器凹部151是優(yōu)選的。 在一些實施例中，注射器凹部151還包括墊圈間隙157以允許在桿狀段105和注射器部200 之間使用墊圈以將該處理從外部環(huán)境密封開來。如圖1(c)中示出的實施例所示，桿內(nèi)壁111形成沿桿垂直軸線153從桿狀段105 的注射器凹部151至塊狀段103的處理流體流動通道113的注射器通道159，從而注射器通道159和處理流體流動通道113流體連通。注射器通道159的長度從注射器通道159和注射器凹部151之間的連接部的下游點至注射器通道159和處理流體流動通道113之間的連接部的下游點(該點也是離喉部143最近的點)測量。桿內(nèi)壁111通常為圓形截面，盡管可以根據(jù)注射器部200的構造的需要使用其它形狀。如圖1(c)的實施例中所示，注射器通道159與處理流體流動通道113在收縮部 133處相交。在這種實施例中，桿垂直軸線153垂直地與中心處理流軸線115在喉部143的上游相交。圖2 (a)示出了注射器部200的部分側視圖。圖2 (b)示出了鏡頭T形座部100的軸向橫截面視圖(類似于圖1(c))結合注射器部200的側視圖以形成實施例引發(fā)劑注射噴嘴。注射器部200包括外表面201和內(nèi)表面203。優(yōu)選地，注射器部200被成形為與鏡頭T 形座部100聯(lián)接。注射器部200進一步包括連接器段205和針突段207，盡管通常其它形狀和構造也可被使用。注射器部200優(yōu)選地包括單件金屬制品；但是，其也可包括利用本領域技術人員已知的適用于操作工作壓力和溫度的接合技術固定在一起的兩個或多個材料。如圖2 (a)所示，注射器部200的內(nèi)表面203形成引發(fā)劑流體流動通道219，該通道沿注射器中心垂直軸線213從連接器段205中的注射器入口 215延伸至針突段207內(nèi)的成形注射器尖端221處的注射器出口 231。在所有實施例中，引發(fā)劑流體流動通道219與處理流體流動通道113在收縮部133中相交。引發(fā)劑流體流動通道219通常具有圓形截面，盡管可使用其它形狀。在其中引發(fā)劑流體流動通道219是圓形截面的實施例中，引發(fā)劑流體流動通道 219具有流體流動通道直徑223，其中可從約2至約3. 5毫米。流體流動通道直徑223優(yōu)選地足夠大以使得如果處理中斷(例如，乙烯分解)、開動、或關閉活動導致單體(或共聚單體)或聚合物部分地回流至成形注射器尖端221中(其可能還進入引發(fā)劑流體流動通道 219)，得到的材料可被容易地在重新啟動處理時松動和排出而不必首先拆解和清潔引發(fā)劑注射噴嘴。太小的流體流動通道直徑223更容易在處理發(fā)生故障狀況過程中變得阻塞，且由此不能將材料從引發(fā)劑流體流動通道219松動和排出。在一些實施例中，連接器段205的外表面201包括注射器座209，其用于把注射器部200密封抵靠在鏡頭T形座部100上以隔離處理。在一些實施例中，注射器座209處的外表面201具有斜面211，該斜面具有不垂直于注射器中心垂直軸線213的角度。注射器座209的構造和尺寸可根據(jù)與鏡頭T形座部100的注射器凹部151的連接的方式(例如， 焊接、法蘭連接、螺紋聯(lián)接)和尺寸而變化。
連接器段205的接近注射器入口 215的外表面201包括引發(fā)劑源配合連接部217。 引發(fā)劑源配合連接部217的尺寸可根據(jù)與引發(fā)劑源的連接的方式(例如，焊接、法蘭連接、 螺紋聯(lián)接)而變化。螺紋連接，如圖2(a)的實施例所示，是優(yōu)選的。在使用兩部件組件的實施例中，例如圖2所示的實施例，注射器部200的針突段 207中的內(nèi)表面203和外表面201形成針突225。針突225具有針突外直徑227，其允許針突225被自由地插入桿內(nèi)壁111中。針突外直徑227可從約6至約10毫米。優(yōu)選地，針突外直徑227被設置為使得針突225與鏡頭T形座部100的桿內(nèi)壁111摩擦聯(lián)接，從而鏡頭T 形座部100的本體101可提供機械穩(wěn)定性給針突225。在正常的和故障的處理事件過程中， 例如乙烯分解，處理流體流的速度施加了巨大的力在針突225的暴露部分上。優(yōu)選的是，針突225保持相對穩(wěn)定。在其中引發(fā)劑注射噴嘴是由單部件制造的實施例中，桿內(nèi)壁111可直接用作引發(fā)劑流體流動通道219。在這種實施例中，針突225可采取桿內(nèi)壁111的管狀延伸部的形式。 在這種情況下，針突225的流體流動通道直徑223可與桿內(nèi)壁111的直徑相同。在其它實施例中，針突225是管狀插入件，其與桿內(nèi)壁111結合或聯(lián)接。在這種實施例中，針突225 的端部處的注射器出口 231仍由成形注射器尖端221形成。返回參考例如圖2中所示的一個實施例，針突外直徑227與流體流動通道223的比例可從約1. 8至約3. 5，且優(yōu)選的是從2. 8至約3. 4。該比例指示針突225是相對于其內(nèi)直徑而言是相對較厚的管。優(yōu)選的是，與對于機械穩(wěn)定針突225而給出的原因相同，針突 225相對較厚，特別是針突225的直接暴露于處理流體流的部分。在所有實施例中，針突225 突出超過注射器通道159，從而成形注射器尖端221和針突225的一部分位于處理流體流動通道113中。外直徑對內(nèi)直徑較高的比例提供了額外的機械增強以抵抗長時間暴露于處理流體流以及沿處理流體攜帶的物體和碎屑的破壞。在系統(tǒng)可能遭受乙烯分解和引發(fā)劑注射噴嘴暴露于較高和變化壓力和溫度條件的情況下，針突225和成形注射器尖端211的設計以及由引發(fā)劑注射噴嘴的本體101給予的支撐是特別重要的。在分解過程中，處理系統(tǒng)的一些部分，特別是靠近分解開始的區(qū)域附近，可被暴露于非常高的內(nèi)部溫度(1000至2000°C )、壓力波動(4000至5000巴)，以及停滯的處理流體流(壓縮機可脫機)。當安全系統(tǒng)自動地接合且處理被“泄壓”時(通常通過泄壓裝置)，依賴于位置，還沒有被系統(tǒng)分解影響的處理流體的部分被牽引通過受影響的區(qū)域并用于冷卻受影響的區(qū)域。還依賴于位置，處理流體可包含分解得到的固體碎屑，例如碳顆粒、或生產(chǎn)的各種階段中的聚合物(其還沒有達到分離或精煉)。在泄壓過程中，處理流體可沿相反方向行進或從其正常流動路徑旁路開。在其中處理流體沿相反方向行進且在泄壓裝置處的接近大氣壓力和高于正常系統(tǒng)壓力的壓力梯度的影響下的情況下，處理流體可以非常高的速度行進(亞音速)穿過系統(tǒng)。分解時間可能持續(xù)若干秒至若干分鐘，這依賴于安全和控制系統(tǒng)的功能以及人的干預。基于前面給出的分解情況，針突225的在處理流體流中的部分和成形注射器尖端 221可被暴露于下面一系列極端條件。首先，針突225的在處理流體流中的部分和成形注射器尖端221可受到來自于一個或多個反應區(qū)域中的系統(tǒng)寬度范圍的乙烯分解的開始的初始壓力波(壓力“尖峰”)的影響。接著，引發(fā)劑注射噴嘴附近的處理流體的溫度可快速上升至分解溫度水平，特別是如果處理流體流中斷和停滯。在最壞的情況下，系統(tǒng)寬度范圍的分解可發(fā)生在反應器管中，其方式是整個反應器管被隔離且不泄壓，中斷流遍及整個反應器管且允許反應器管中大部分乙烯在停滯的環(huán)境中分解。引發(fā)劑注射噴嘴至這些溫度的暴露可持續(xù)若干秒至若干分鐘，這依賴于接下來的一系列事件。接下來，系統(tǒng)泄壓裝置激活， 建立了跨該系統(tǒng)的壓力梯度。在“泄壓”被啟動之后，處理流體(現(xiàn)在包含分解碎屑和固體聚合物顆粒)以高速朝向泄壓裝置流動。依賴于泄壓的速度(也就是說系統(tǒng)有多快被完全減壓)和相對方向，處理流體流中的針突225的部分和成形注射器尖端221可被暴露于處理流體(其中溫度從正常操作值至分解水平變化(且可能從一個極端至另一個交替))，該流體包含固體聚合物顆粒和分解碎屑，并以高速經(jīng)過持續(xù)高達若干分鐘。優(yōu)選的是，針突 225的該部分和成形注射器尖端221的設計能經(jīng)受這樣的流動力和溫度漂移而不顯著變形或破壞(例如，彎曲或斷裂針突；顆粒阻塞注射器出口)。高度優(yōu)選的是，引發(fā)劑注射噴嘴的設計不要求在這種分解事件之后去除或維護引發(fā)劑注射噴嘴。成形注射器尖端221可采取各種形式，但是，成形注射器尖端221的優(yōu)選設計是有助于降低阻力和防止通過注射器出口 231回流至針突225的那種設計。降低阻力和防止回流阻止了針突225的部分中或部分上的高分子量聚合物的形成。優(yōu)選的設計還通過流體力學抵抗高分子聚合物的顯著聚集，允許處理流體流平順地繞針突225和成形注射器尖端 221運動且在處理流體流中的最大引發(fā)劑濃度點處(在成形注射器尖端221處的注射器出口 231處)具有最小的流動中斷。通過防止處理流體流中的顯著中斷，該點處的高濃度引發(fā)劑被快速地移動遠離注射器出口 231和不允許打散、啟動和輔助在針突225或注射器出口 231上或周圍高分子量聚合物的形成。這防止了多個不期望的作用，包括由于針突225 和成形注射器尖端221阻塞導致的引發(fā)劑供給中斷，由于過度的高分子量聚合物形成導致的最終產(chǎn)品的較差質(zhì)量控制，以及與高分子量聚合物“大塊物”的形成和脫落導致的系統(tǒng)機械問題，其可進一步導致處理流體中斷(如果它們阻塞在系統(tǒng)中)。通過可靠的引發(fā)劑供給流，系統(tǒng)操作更穩(wěn)定且可更容易地避免如乙烯分解的不可預測系統(tǒng)故障。在一些實施例中，例如圖2(a)中所示，成形注射器尖端221是扁平的，例如管或管道的端部。在一些實施例中，例如圖2(c)中所示，成形注射器尖端221可以成角度平面形狀，例如注射“針頭”的形狀。在一些實施例中，如圖2(d)所示，成形注射器尖端221可以為部分成角度平面，其中成形尖端的前部如圖2(c)中討論的針頭，且其余部分可以是非斜面形狀，例如階梯或方切口。在一些實施例中，例如圖2(e)中所示，成形注射器尖端221可被 “倒圓”或是穹頂形。在一些實施例中，例如圖2(f)中所示，成形注射器尖端221可被帶有斜面(beveled)。成形注射器尖端221的各種其它形狀對于本領域技術人員是可設想的。當使用所述部件(鏡頭T形座部100和注射器部200)且把它們聯(lián)接在一起時，則形成了實施例引發(fā)劑注射噴嘴。這些部件可使用用于該處理的壓力和溫度條件的已知的聯(lián)接技術聯(lián)接在一起。例如，如圖2(b)的實施例中所示，壓緊螺母250可被構造為螺紋連接至鏡頭T形座部100，摩擦地連接至注射器部200，且張緊連接注射器部200至鏡頭T形座部100。對于圖2(b)中所示的實施例，在注射器通道159和注射器凹部151的相交部處使用注射器座209形成的張緊連接將該處理從外界環(huán)境密封開來。對于圖2(b)中所示的實施例引發(fā)劑注射噴嘴，注射器中心垂直軸線213和桿垂直軸線153彼此重疊且基本相同。在所有實施例中，針突225 (其至少部分地包含引發(fā)劑流體流動通道219且進一步包括成形注射器尖端221(該尖端形成引發(fā)劑流體流動通道219的注射器入口 231))突出至處理流體流動通道113中，以使得注射器出口 231位于處理流體流動通道113的收縮部 133中。針突225沿注射器中心垂直軸線213突出足夠遠，從而注射器出口 231被定位為偏離中心處理流軸線115 —垂直偏置量229，該垂直偏置量沿注射器中心垂直軸線213確定。 針突225突出至收縮部133 —突出距離，其通過沿注射器中心垂直軸線213從注射器出口 231至針突225與收縮部133的壁的相交部的距離測量。在所有實施例引發(fā)劑注射器噴嘴中，突出距離小于注射器中心垂直軸線213處的收縮部133的半徑(從中心處理流軸線115 測量)。喉部143的半徑減去垂直偏置量229與喉部143的半徑(以術語喉部半徑表示) 之間的比例提供了實施例引發(fā)劑注射器噴嘴設計之間的無量綱度量，其可示出延伸至處理流體流中的針突225在喉部143上的潛在影響。由于針突225不延伸穿過處理流體流動通道113超過中心處理流軸線115，這種比例的數(shù)值不會為0(這表示注射器出口 231在中心處理流軸線115上)或負(這表示針突25延伸超過中心處理流軸線115)。對于實施例引發(fā)劑注射噴嘴，該比例為約0. 45至約0. 90，且更優(yōu)選地為從約0. 75至約0. 90，表示幾乎不能看到注射器出口 231超過喉部143(如果沿中心處理流軸線115從實施例引發(fā)劑注射器噴嘴的下游側觀察)。在所有實施例中，注射器出口 231位于處理流體流動通道113的收縮部133中且在喉部143的上游一水平偏置量161(沿中心處理流軸線115確定)處。該水平偏置量161 可從約6至約15毫米。如圖2(b)中所示，水平偏置量161和垂直偏置量的非零數(shù)值使得注射器出口 231 定位在喉部143的上游且稍微偏離中心處理流軸線115。注射器出口 231被定位在實施例引發(fā)劑注射噴嘴中，其方式是穿過成形注射器尖端221的引發(fā)劑流入處理流體且被處理流體掃過，其方式是在處理流體進過喉部143前的短時間期間內(nèi)，高濃度引發(fā)劑位于處理流體的中心(即，中心處理流軸線115)附近。用于確定水平偏移量161和垂直偏移量229的尺寸的因素包括但不限于注射器出口 231處和喉部143處的處理流體速度、注射器出口 231 處的引發(fā)劑流體速度、處理流體的溫度、在該處理流體溫度下從有機過氧化物至攜帶自由基分子的分解率、以及引發(fā)劑注射噴嘴(例如鏡頭T形座部100和注射器部200)的物理特征。水平偏移量161對垂直偏移量229的比例是從約1. 0至約10，且優(yōu)選地為從約1. 1至約 7. 0。實施例引發(fā)劑注射噴嘴的總體結構使得它們比現(xiàn)有技術噴嘴操作更可靠且清潔和維護更容易。由于僅一個部件(針突)直接進入處理流體流中，除非系統(tǒng)自身正常所作之外，不需要在處理關閉或故障后去除、維修、和重組實施例引發(fā)劑注射噴嘴。如前所述，實施例引發(fā)劑注射噴嘴中的針突通過噴嘴自身的本體而被部分地增強且優(yōu)選地為厚規(guī)格的管道以經(jīng)受處理流體流動力，包括故障狀況。引發(fā)劑注射噴嘴的各種構造材料可被適當?shù)厥褂靡越?jīng)受嚴酷的高操作壓力和乙烯基聚合物產(chǎn)品的最大反應器溫度。優(yōu)選的是，引發(fā)劑注射噴嘴的部分和部件在被組裝之后能經(jīng)受和容忍劇烈乙烯分解反應的分解產(chǎn)物和處理。優(yōu)選的是，用在引發(fā)劑注射噴嘴中的材料能不僅能經(jīng)受正常的操作溫度和壓力而且能經(jīng)受劇烈的溫度和壓力波動，例如在乙烯分解過程中觀察到的。優(yōu)選的構造材料包括但不限于鉻鋼合金、鈦、鎳、M0NEL 和INCONEL (Specialty Metals Corp.，新哈特福德，紐約)。一實施例系統(tǒng)包括至少一個實施例引發(fā)劑注射噴嘴，其與其它部件組合以支撐高壓、自由基引發(fā)的使用乙烯(和可選的至少一種共聚單體)的聚合處理，以形成低密度乙烯基聚合產(chǎn)品。實施例系統(tǒng)可使用多個物理手段以將反應物轉換為聚合物產(chǎn)品，例如且不限于串聯(lián)或順序操作的一個或多個高壓容器和管狀反應器的組合，或單個管狀反應器系統(tǒng)。為了描述本發(fā)明在實施例系統(tǒng)中的使用的目的，非限定性地描述了實施例系統(tǒng)中的自由基引發(fā)的低密度乙烯基聚合反應(管狀反應器處理)。本領域技術人員應理解，不同類型的反應器部件，例如高壓容器和管，可被以各種構造(即，串聯(lián)、并聯(lián))彼此組合，以生產(chǎn)聚合物產(chǎn)品。除了給管狀反應器供給乙烯和可選的至少一種共聚單體外，其它組分(例如反應引發(fā)劑、催化劑、溶劑和鏈轉移劑)被供給至反應器，以啟動和支持乙烯基聚合物產(chǎn)品被形成時的自由基反應。用于使用部分包括管狀反應器的系統(tǒng)來形成高壓、低密度乙烯基聚合物產(chǎn)品的方法是本領域熟知的。在這種系統(tǒng)中，部分包括乙烯的處理流體在管狀反應器內(nèi)在高發(fā)熱反應中被自由基聚合，以形成乙烯基聚合物產(chǎn)品。該反應發(fā)生在湍流處理流體流動過程中的高操作壓力下(1000巴至4000巴)(由此低密度乙烯基聚合物也被稱為“高壓”聚合物)。管狀反應器中的最大溫度通常從160°C至約360°C且反應引發(fā)溫度是從約120°C至約240°C。 通常處理流體在引發(fā)前被預熱且在引發(fā)后被冷卻。對于管狀反應器處理的單次乙烯轉換值是從約百分之20至約百分之40?，F(xiàn)代管狀反應器系統(tǒng)還包括至少一個單體循環(huán)回路以進一步改善轉換效率。為了描述使用實施例引發(fā)劑注射噴嘴的系統(tǒng)的目的，非限制性實施例管狀反應器系統(tǒng)被示出與圖3中。包含處理流體的實施例管狀反應器系統(tǒng)300可包括至少一個新鮮供給源306用于供應乙烯和可選的至少一種共聚單體至處理流體中、與該至少一個新鮮供給源306流體地連通的主壓縮機304用于壓縮處理流體至反應條件、與主壓縮機304流體連通的反應器管302用于轉換處理流體中的部分乙烯和可選的至少一種共聚單體為低密度乙烯基聚合物和乙烯和可選的至少一種共聚單體的其余部分、與反應器管302流體連通的高壓分離器320用于把低密度乙烯基聚合物從乙烯和可選的至少一種共聚單體的其余部分分離、和與主壓縮機304和高壓分離器320 二者流體連通的循環(huán)管322用于將乙烯和可選的至少一種共聚單體的其余部分從高壓分離器320傳送至主壓縮機304。但是，通?，F(xiàn)代系統(tǒng)使用附加處理部件來實現(xiàn)對于全球規(guī)模的高壓低密度聚乙烯生產(chǎn)所需的溫度、壓力、 吞吐量和效率。附加系統(tǒng)部件包括(如圖3所示)但不限于低壓系統(tǒng)循環(huán)管329、副或“超” 壓縮機305、鏈轉移劑源307、上游處理供給流管312和下游處理供給管314、引發(fā)劑管309、 反應器管出口 316、高壓下降閥317、噴射泵318、噴射泵循環(huán)管319、低壓分離器328、外循環(huán)冷凝器324、高壓循環(huán)凈化系統(tǒng)326、和高壓系統(tǒng)凈化排出部325。包括關于所述部件和它們在高壓低密度聚乙烯生產(chǎn)方面信息的參考文獻包括美國專利申請No.61/103374(Karjala 等人，2008 年 10 月 7 日提交)和 PCT 專利公開 No. WO 2007/1；34671 (Cornelissen 等人)。本領域技術人員應理解，管狀反應器系統(tǒng)300的各部件將通過管直接連接以適于材料在它們之間流動。這些管可包括輔助裝備，例如閥、熱交換器和傳感器(未示出)。參考部分在圖1和2中示出且在前面描述的實施例引發(fā)劑注射噴嘴，處理流體被從反應器管302的上游部分(如圖3所示)傳送、從入口端117穿過形成注射噴嘴310的部分的鏡頭T形座部分100的本體101、穿過收縮部133和擴張部141 二者、穿出出口端119 返回反應器管302的下游部分。當處理流體行進穿過收縮部133時，處理流體被壓縮且處理流體速度增加。當處理流體經(jīng)過注射噴嘴時，自由基引發(fā)劑被連續(xù)地注射至處理流體。引發(fā)劑被從引發(fā)劑源308使用傳統(tǒng)已知的手段經(jīng)由注射器入口 215傳送至注射器部200中。引發(fā)劑運動穿過引發(fā)劑流體流動通道219、穿過成形注射器尖端221、且在喉部143的上游點處進入處理流體。當處理流體(現(xiàn)在具有引發(fā)劑)穿過喉部143且進入擴張部141，處理流體快速地解壓、導致高度湍流的沒有層流的混合區(qū)域(該區(qū)域從注射噴嘴的喉部143向下游延伸且進入反應器管30 。在該湍流混合區(qū)域中，引發(fā)劑在處于完全混合環(huán)境中被快速地分布于處理流體中，把在穿過喉部143前離開成形注射器尖端的任意局部高濃度引發(fā)劑打散。 使用非機械手段和通過最小化注射器100在處理流體的流動上的流體阻力影響而實現(xiàn)的引發(fā)劑快速分散有助于防止在引發(fā)劑分配點附近的高反應性有機過氧化物的任意局部堆積。如前所述，高反應性有機過氧化物的形成可在特定反應條件下(且特別注射噴嘴的更下游，在那里管狀反應器系統(tǒng)300溫度由于前面的自由基聚合反應而快速上升)觸發(fā)乙烯分解。高度湍流的非層流混合區(qū)域不僅具有將高反應性有機過氧化物引發(fā)劑快速地分布在整個處理流體流中的作用還通過降低擴張區(qū)域中的壁附近(其中引發(fā)劑的濃度高)的層流層來影響高分子量聚合物的生產(chǎn)。由于處理流體流在橫過喉部143后呈湍流，通過流體阻力作用形成在擴張區(qū)域的內(nèi)壁上的層流層被顯著地打斷。在高引發(fā)劑濃度區(qū)域中沒有較厚的較慢移動的層流狀況，高分子量聚合物的初始形成被阻止。這導致聚合物產(chǎn)物具有更好的總體光學性能，因為本領域已知高分子量聚合物導致負面的光學性能，例如模糊和渾濁。高分子量聚合物形成的防止還導致該處理具有更好的熱傳遞能力，因為聚合物產(chǎn)品的絕熱層沒有形成，其可進一步導致更有效的散熱、更好的下游引發(fā)劑利用、和更好的總體單次乙烯(和共聚單體)效率?？杀挥迷诠軤罘磻飨到y(tǒng)300中的自由基引發(fā)劑的非限制性示例包括氧基引發(fā)劑，例如有機過氧化物(Po)。優(yōu)選的引發(fā)劑是叔丁基過氧化特戊酸酯(t-butyl peroxy pivalate)、二叔丁基過氧化物(di-t-butyl peroxide)、叔丁基過氧化醋酸酯(t-butyl peroxy acetate)禾口過氧化乙基己酸叔丁酉旨(t-butyl peroxy-2-ethylhexanoate), 其混合物。這些有機過氧化物引發(fā)劑被以傳統(tǒng)的重量百分比為0. 01至2之間的量使用，且優(yōu)選地是從重量百分比為0. 1至2，該重量百分比是基于新鮮單體供給物的總重量。在一些實施例中，自由基引發(fā)劑被溶解在有機溶劑中。適當?shù)娜軇├缡侵咀鍩N，例如辛烷或苯，或交溶溶劑(intert solvent)，例如氯苯(cholorbenzene)、環(huán)乙烷 (cyclohexane)，或甲醇(methanol)。有機溶劑的例子包括n_烷屬烴溶劑(n-paraffin hydrocarbon solvent)(90-240 °C 沸騰范圍)、異構烷屬烴溶劑(iso-paraffin hydrocarbon solvent) (90-240 °C 沸騰范圍)和礦物油基溶劑(mineral oil-based solvents)。有機引發(fā)劑溶液的濃度可從重量百分比為約1至約90，且優(yōu)選地是從重量百分比約5至約50，該重量百分比是基于自由基引發(fā)劑和有機溶劑的總重量。在一些實施例系統(tǒng)中，例如圖3中所示的，多于一個的實施例引發(fā)劑注射噴嘴310可被用于引發(fā)反應器管內(nèi)的自由基聚合。多個引發(fā)注射噴嘴在本領域熟知用于增強自由基高壓低密度聚乙烯聚合系統(tǒng)中的轉換效率。在一些實施例系統(tǒng)中，其中多于一個的引發(fā)劑注射噴嘴被使用，該多于一個的引發(fā)劑注射噴嘴可被與多于一個的引發(fā)劑源流體連通，例如，出于示例的目的，是第一引發(fā)劑源和第二引發(fā)劑源。在一些其他實施例系統(tǒng)中，其中多于一個的引發(fā)劑注射噴嘴被使用，一個引發(fā)劑注射噴嘴專門與第一引發(fā)劑源流體連通。這種配置的例子見于美國臨時申請NO.61/103374(Karjala等人，2008年10月7日提交)。在使用至少一個實施例引發(fā)劑注射噴嘴的實施例系統(tǒng)中，單次通過乙烯轉換效率與在相應條件下的可比擬系統(tǒng)相比增大0. 5%，優(yōu)選地大1. 0%，更優(yōu)選地大1. 5%，且甚至更優(yōu)選地大2.0%，且最優(yōu)選地大3.0%。術語“組分”描述材料的均勻混合物以及由作為組分的部分的材料之間的相互作用和反應形成的反應產(chǎn)物和分解產(chǎn)物。術語“乙烯基聚合物”是指包含多于50摩爾百分比的聚合乙烯單體(基于可聚合單體的總量)，且可選地，可包含至少一種共聚單體。乙烯的均聚物是乙烯基聚合物。術語“互聚物”是指由至少兩種不同類型的單體聚合制備的聚合物。術語互聚物包括共聚物，通常用于指由兩種不同單體制備的聚合物，和由多于兩種的不同類型的單體制備的聚合物，例如三元共聚物。術語“LDPE”也可稱為“高壓乙烯聚合物”或“高支鏈聚乙烯”且被定義為表示該聚合物是在高壓容器或管狀反應器中在高于13000Psig的壓力下使用自由基引發(fā)劑(例如過氧化物)而被部分或全部聚合(例如參見美國專利No. 4，599，392 (McKinney等人))。術語“聚合物”是指通過聚合單體而制備的化合物，無論是相同或不相同類型的單體。術語聚合物涵蓋術語“均聚物”和“互聚物”。術語“穩(wěn)態(tài)”和“穩(wěn)態(tài)條件”是其中系統(tǒng)的任一部分的性質(zhì)在處理過程中是恒定的。參見 Lewis, Richard J.，Sr.，Hawley ‘ s Condensed Chemical Dictionary, Wiley-Interscience (15th ed.，2007)；還有 Himmelblau，David Μ.，Basic Principles and Calculations in Chemical Engineering, Prentice Hall(5th ed·，1989)。術語“可比擬”表示在一些方面類似或相等，盡管其它方面不同。如使用的，在非特定順序的比較中，除了在至少一個相應處理運行中使用實施例裝置和在至少一個其它相應運行中使用對比的現(xiàn)有技術裝置，“可比擬”處理和系統(tǒng)使用相同的處理裝備或系統(tǒng)以使得相應的處理運行。出于在該申請中的示例的目的，可比擬處理和系統(tǒng)不同之處在于使用實施例的或現(xiàn)有技術的第一反應區(qū)域引發(fā)劑注射噴嘴。術語“相應”表示在一致方面的相同。對于給定的自由基低密度乙烯基聚合物處理，“相應”處理運行表示使用可比擬處理裝備或系統(tǒng)的兩個或多個處理運行，對于在穩(wěn)態(tài)條件下的每個可比擬反應區(qū)域的峰值溫度數(shù)值(例如，實例1的第一反應區(qū)域峰值溫度和比較例1的第一反應區(qū)域峰值溫度)之間的差異是在5%內(nèi)，優(yōu)選地在3%內(nèi)，更優(yōu)選地在
內(nèi)，且最優(yōu)選地在1°C內(nèi)。本領域技術人員應理解，在評估可比擬處理或系統(tǒng)中的相應處理運行中，被控制且設定為特定數(shù)值的處理變量(所謂的“主”變量，例如系統(tǒng)壓力、乙烯對鏈轉移劑供給的比例、產(chǎn)品熔化指數(shù)(1 目標、乙烯供給速率、冷卻介質(zhì)流動速率和入口溫度)，除非另有規(guī)定，在相應處理運行之間的穩(wěn)態(tài)操作過程中被保持相等數(shù)值處。還應理解，不受控制的處理變量和從屬于受控和被設定處理變量的處理變量(所謂的“從屬”變量)可在反應中波動，以改變處理條件或保持該受控和被設定處理變量處于它們的目標數(shù)值處。用于比較相應處理的基礎是對于至少M小時周期的穩(wěn)態(tài)條件使用1小時平均數(shù)據(jù)(與在特定時間點讀取的單個數(shù)據(jù)的“點數(shù)據(jù)”相對，)。熔化指數(shù)，或“Ml”或12是根據(jù)ASTM D 1238測量，條件為190°C /2. 16Kg。實例在管狀反應器系統(tǒng)中的在實施例引發(fā)劑注射噴嘴(實例)和現(xiàn)有技術引發(fā)劑注射噴嘴(比較例)之間的相應處理運行性能被示出。反應系統(tǒng)數(shù)據(jù)和被計算的性能標準基于使用相應處理運行在穩(wěn)態(tài)條件下操作可比擬管狀反應器系統(tǒng)而被比較。相同的總體管狀反應器系統(tǒng)裝備被用于相應的實例和比較例運行的二者。管狀反應器系統(tǒng)在實例和比較例處理運行之間通過僅換掉第一反應區(qū)域引發(fā)劑注射噴嘴而被修正，沒有進行其他物理修正。在實例處理運行過程中，實例引發(fā)劑注射噴嘴被用于第一反應區(qū)域引發(fā)劑注射器噴嘴。對于比較例處理運行，比較例引發(fā)劑注射噴嘴被用于第一反應區(qū)域引發(fā)劑注射器噴嘴。該系統(tǒng)由此是可比擬的。管狀反應器系統(tǒng)在總體結構上類似于圖3中所示的實施例系統(tǒng)。用于示例和比較例的管狀反應器系統(tǒng)容納處理流體且包括乙烯的新鮮供給源、主壓縮機、副壓縮機或“超” 壓縮機、引發(fā)劑供給源、鏈轉移劑供給源、反應器管、高壓下降閥、高壓分離器、循環(huán)管、低壓分離器、低壓系統(tǒng)循環(huán)管、系統(tǒng)凈化排出部、以及用于將系統(tǒng)部件彼此互連的所有必須的管道和連接件。反應器管沿反應器管的長度具有至少兩個引發(fā)劑注射噴嘴和向每個引發(fā)劑注射噴嘴的下游延伸的相應反應區(qū)域。第一引發(fā)劑注射噴嘴和第二引發(fā)劑注射噴嘴之間的反應器管的長度是1540英尺 (469. 4米)。反應器管在第一引發(fā)劑注射噴嘴的入口端處的內(nèi)(工作)直徑是2英寸(50. 8 毫米)。反應器管在第一引發(fā)劑注射噴嘴的出口端至第二引發(fā)劑注射噴嘴處的內(nèi)直徑為 1. 75英寸(44. 5毫米)。比較例引發(fā)劑注射噴嘴具有表1中所列的物理特性。比較例引發(fā)劑注射噴嘴可被描述為插入件，其具有突出至處理流體通道中的單個針突的上游圓柱形部分的處理流體通道與下游收縮截錐形部分的組合。圓柱形部分的直徑是2.0英寸(50.8毫米)。收縮部在針突處的直徑是2. 0英寸(50. 8毫米)且收縮為1. 75英寸5毫米)的直徑。針突在圓柱形和收縮段之間的相交點處從側壁向中心處理流軸線突出。針突具有注射器尖端，且注射器尖端被定位為離開中心處理流軸線一垂直偏置量。比較例引發(fā)劑注射噴嘴不在收縮部或針突后具有擴張部。比較例引發(fā)劑注射噴嘴不具有喉部或孔板或其它流動抑制部。
注射器入注射器出垂直偏置量-英寸 (mm)針突-英寸(mm)比較例噴嘴口直徑-英寸 (mm)口內(nèi)直徑 -英寸 (mm)ODID2.01.750.6250.3750.0625反應區(qū)域1(50.8)(44.5)(15.8)(9.5)(1-6)
表1 以英寸(毫米)計的比較例引發(fā)劑注射噴嘴的尺寸示例引發(fā)劑注射噴嘴具有表2中所列的物理特性。其可被描述為插入件，插入件具有處理流體流動通道，該通道具有在公共圓形喉部處相遇的收縮和擴張截錐形部分，單個針突從收縮截錐形通道部分中的側壁朝向中心處理流軸線突出。針突在注射噴嘴的喉部上游一水平偏置量處。針突具有由成形注射器尖端(其為扁平的)形成的注射出口。注射器出口被定位為離開中心處理流軸線一垂直偏置量。
權利要求
1.一種用于將引發(fā)劑與處理流體混合的引發(fā)劑注射噴嘴，包括本體，包括用于接收處理流體的入口、出口、和用于接收引發(fā)劑的注射器入口 ；處理流體流動通道，處理流體通過該處理流體流動通道沿中心處理流軸線在所述入口和出口之間行進，該處理流體流動通道還依次包括收縮部、喉部、和擴張部；引發(fā)劑流體流動通道，引發(fā)劑通過該引發(fā)劑流體流動通道沿注射器中心垂直軸線在注射器入口和注射器出口之間行進，其中引發(fā)劑流體流動通道與處理流體流動通道在收縮部相交；針突，至少部分地包括引發(fā)劑流體流動通道且還包括成形注射器尖端，該成形注射器尖端形成引發(fā)劑流體流動通道的注射器出口；其中，注射器出口位于處理流體流動通道的收縮部中且當沿中心處理流軸線確定時在喉部的上游一水平偏置量處；以及其中，當沿注射器中心垂直軸線確定時，注射器出口被定位為偏離中心處理流軸線一垂直偏置量。
2.如權利要求1所述的引發(fā)劑注射噴嘴，其中，水平偏置量對垂直偏置量的比例是從約1. 0至約10。
3.如權利要求1所述的引發(fā)劑注射噴嘴，其中，喉部的半徑減去垂直偏置量后與喉部的半徑的比例是從約0. 45至約0. 90。
4.如權利要求1所述的引發(fā)劑注射噴嘴，其中，擴張部角度是從約23至約48度。
5.如權利要求1所述的引發(fā)劑注射噴嘴，其中，擴張部角度對收縮部角度的比例是從約1. 0至約3. 0。
6.如權利要求1所述的引發(fā)劑注射噴嘴，其中，成形注射器尖端包括針狀形狀。
7.如權利要求1所述的引發(fā)劑注射噴嘴，其中，成形注射器尖端包括方形針狀形狀。
8.如權利要求1所述的引發(fā)劑注射噴嘴，其中，成形注射器尖端包括倒圓的或穹頂狀的形狀。
9.如權利要求1所述的引發(fā)劑注射噴嘴，其中，成形注射器尖端具有斜面。
全文摘要
一種用于混合引發(fā)劑與處理流體的引發(fā)劑注射噴嘴，包括本體，包括用于接收處理流體的入口、出口、和用于接收引發(fā)劑的注射器入口；處理流體流動通道，處理流體通過該處理流體流動通道沿中心處理流軸線在所述入口和出口之間行進，該處理流體流動通道還依次包括收縮部、喉部、和擴張部；引發(fā)劑流體流動通道，引發(fā)劑通過該引發(fā)劑流體流動通道沿注射器中心垂直軸線在注射器入口和注射器出口之間行進，其中引發(fā)劑流體流動通道與處理流體流動通道在收縮部相交；針突，至少部分地包括引發(fā)劑流體流動通道且還包括成形注射器尖端，該成形注射器尖端形成引發(fā)劑流體流動通道的注射器出口；其中，注射器出口位于處理流體流動通道的收縮部中且當沿中心處理流軸線確定時在喉部的上游一水平偏置量處；以及其中，當沿注射器中心垂直軸線確定時，注射器出口被定位為偏離中心處理流軸線一垂直偏置量。
文檔編號B01J19/26GK102369055SQ201080014447
公開日2012年3月7日 申請日期2010年2月4日 優(yōu)先權日2009年2月5日
發(fā)明者G.霍默索姆, J.基廷, L.莫斯, O.伯比, W.茲肖赫 申請人:陶氏環(huán)球技術有限責任公司