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Verfahren zur Herstellung von Acetylen Das bisherige Verfahren zur
Erzeugung von Acetylen aus Methan und Sauerstoff, das technische Anwendung gefunden
hat, beruht darauf, daß die beiden Gase getrennt aufgeheizt, in heißem Zustand gemischt
und die Mischung dem Reaktionsraum zugeführt wird. Bisher war man im allgemeinen
der Ansicht, daß eine gemeinsame Aufheizung, die an sich einfacher wäre, technisch
nicht durchführbar sei, da in Vorheizern aus metallischen Werkstoffen, auf die man
in der Praxis angewiesen ist, unerwünschte Nebenreaktionen auftreten.
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In der jüngeren Zeit wurde ein Verfahren bekannt, nach dem es möglich
ist, Methan und Sauerstoff zum Zweck der Acetylenherstellung gemeinsam aufzuheizen,
und zwar soll eine sehr hohe lineare Geschwindigkeit des Gasgemisches im Vorheizer
eingehalten werden, die beispielsweise 450 m/sec betragen soll. Die Anwendung so
hoher Strömungsgeschwindigkeiten hat indessen wesentliche Nachteile. Einmal wird,
da es sich um überschallgeschwindigkeiten bei einer Temperatur über Rotglut handelt,
die Lebensdauer des Vorheizers stark herabgesetzt. Sodann erfordert das Verfahren
einen beträchtlichen Druck, um das Gasgemisch bei dieser Geschwindigkeit durch die
Rohre des Vorheizers zu treiben. Da es sich hier um ein zündfähiges Gemisch handelt,
ist das Arbeiten unter Druck, insbesondere bei gelegentlichen Störungen, nicht ungefährlich,
abgesehen davon, daß die Kompression einen verteuernden Aufwand bedeutet.
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Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren, das von diesen Nachteilen
frei ist. Das Verfahren besteht darin, daß man die Ausgangsgase bei Temperaturen
unter 5000, zweckmäßig bei gewöhnlicher Temperatur, mischt und die Mischung unter
Einhaltung einer geringen, etwa bis zu 10 m/sec betragenden linearen Geschwindigkeit
in Vorheizern aus metallischen Werkstoffen auf Temperaturen über 600, vorteilhaft
700 bis 7500 erhitzt, wobei man dafür sorgt. daß die innere Wand des Vorheizers
mindestens in dem Teil, der auf Temperaturen über etwa 5500 erhitzt wird, glatt
ist, und daß man zwischen dem Eintritt der Mischung in den Vorheizer und ihren Austritt
eine sehr geringe, beispielsweise unter 0,1 at liegende Druckdifferenz einhält.
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Die Vorheizung erfolgt vorteilhaft in Rohren, deren Wand aus Stahl
mit einem Gehalt von mehr als 10, vorteilhaft mehr als 20°/o Chrom besteht. Diese
Rohre sollen eine glatte innere Oberfläche aufweisen, und deshalb werden sie, falls
sie nicht schon von der Herstellung her genügend glatt sind, geschliffen oder poliert.
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Es ist zweckmäßig, Vorheizer zu verwenden, die je Raumeinheit eine
verhältnismäßig große innere Wandfläche haben. Diese Fläche soll zweckmäßig je Liter
Heizraum mehr als 0,06, zweckmäßig mehr als 0,08 m2 betragen. Falls die Abmessungen
der Heizvorrichtung dieser Forderung nicht entsprechen, z. B. bei Verwendung dicker
Rohre oder Kanäle, kann die große Wandfläche dadurch erzielt werden, daß Verdrängerkörper
aus Metall oder aus keramischem Material, die auch hohl sein können, eingebaut werden.
Auch Vorheizer von der Form von Rohrbündelwärmeaustauschern können verwendet werden.
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Da bei dem gemeinsamen Aufheizen von Methan und Sauerstoff Schwierigkeiten
in der Hauptsache bei Temperaturen über 5500 zu erwarten sind, genügt es, bei diesen
Temperaturen Vorheizer mit glatter und großer innerer Oberfläche zu verwenden. Diese
Gestaltung des Vorheizers hat den Vorteil, daß der Strömungswiderstand im ersten,
kälteren Teil der Vorrichtung verhältnismäßig niedrig ist.
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Ein weiteres Hilfsmittel. um das gemeinsame Aufheizen von Methan
und Sauerstoff zu erleichtern, besteht darin, daß man eine geringe Temperaturdifferenz
zwischen der Wand des Vorheizers und der den Vorheizer durchströmenden Mischung
einhält, wobei im Bereich der Höchsttemperatur der Mischung diese Temperaturdifferenz
nicht mehr als etwa 500 betragen soll. Auch dies ist insbesondere in dem Temperaturgebiet
über 5500 von Bedeutung.
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Um zu verhindern, daß Eisenoxyd die Reaktion vorzeitig katalytisch
beeinflußt, sorgt man dafür. z. B. durch Filter, daß aus den Zuleitungen Eisenoxyd
nicht in den Vorheizer gelangen kann.
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Im übrigen wird die Umsetzung der vorerhitzten Mischung zu Acetylen
in bekannter Weise durchgeführt. Dabei können fremde Gase oder Dämpfe, z. B.
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Stickstoff oder Wasserdampf, dem Methan-Sauerstoff-Gemisch zugesetzt
werden. Die Zuführung des heißen Gasgemisches zum Reaktionsraum geschieht ebenfalls
in der üblichen Weise. Es ist jedoch nicht notwendig.
besonders
konstruierte Brenner zu verwenden, sondern man kann die Gemische auch durch Rohre
oder Lochplatten unmittelbar in den Reaktionsraum einführen.
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Dabei ist es zweckmäßig, die Rohre in der Nähe der Mündung zu kühlen.
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Beispiel 1 Ein Gemisch aus 1001 Methan und 50 1 Sauerstoff wird stündlich
in einem innen glatten Rohr von 15 mm lichter Weite und 1,6 mm Wandstärke, das aus
einem Stahl mit 18 0/o Chromgehalt besteht, mit Hilfe einer elektrischen Heizung
erhitzt. Die Heizung ist so bemessen, daß auf einer Strecke von 36 cm die Höchsttemperatur
des Gasgemisches 6900 beträgt, während an der Außenwand des Rohres eine Höchsttemperatur
von 7200 herrscht. Der Sauerstoffgehalt des Gemisches ist beim Passieren des Rohres
nur um 0,2 0/o zurückgegangen, d. h., es ist praktisch keine Oxydation eingetreten.
Aus dem Vorheizer gelangt das Gasgemisch in einen üblichen Reaktionsofen, in dem
es zu Acetylen umgesetzt wird. Man erhält Acetylen in einer Ausbeute, die um etwa
3 0/o höher liegt als jene, die bei Verwendung des gleichen Methans und Sauerstoffs
bei getrenntem Vorheizen und Mischen der Gase bei etwa 6400 nach bekannten Verfahren
erhalten wird.
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Beispiel 2 Man leitet stündlich ein Gemisch aus 100 1 Nieflian und
50 1 Sauerstoff durch ein Rohr von den gleichen Abmessungen, wie es im Beispiel
1 beschrieben ist, das aus einem Stahl mit einem Chromgehalt von 23 0/( besteht
und dessen innere Oberfläche poliert ist. Die Erhitzung des Gemisches kann in diesem
Rohr bis zu einer Gastemperatur von 7400 bei einer Wandtemperatur von 7800 durchgeführt
werden, ohne daß mehr als 0,2 0/o des Sauerstoffs verbraucht werden. Auch wenn man
die Temperatur im Gas auf 7600 und in
der Wand auf 800° steigen läßt. ist der Sauerstoffverbrauch
nur etwa 0,9 0/o. Das erhitzte Gemisch wird in eine Reaktionskammer geführt, in
der die Acetylenbildung erfolgt.
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PATTNSPCCCHE: 1. Verfahren zur Herstellung von Acetylen durch Umsetzung
von Methan mit zur vollständigen Verbrennung ungenügenden Mengen Sauerstoff unter
Mischung der Ausgangsgase bei Temperaturen unter 5000, zweckmäßig bei gewöhnlicher
Temperatur und Voflieizung des Gasgemisches in Voflieizern aus metallischem \NTerkstoff
auf Temperaturen über 600'. dadurch gekennzeichnet, daß man in dem Vorheizer geringe,
etwa bis zu l 0 mlsec betragende lineare Geschwindigkeiten einhält, wohei man dafür
sorgt, daß die innere Wand des Vorheizers mindestens in dem Teil, der auf Temperaturen
über etwa 5500 erhitzt wird, glatt ist, und daß man zwischen dem Eintritt der Mischung
in den Vorbeizer und ihrem Austritt eine sehr geringe, beispielsweise unter 0,1
at liegende Druckdifferenz einhält.