DE1070167B - Method and apparatus for quenching hot gases - Google Patents

Description

C07CC07C

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

³ LU ι! ³ LU ι!

INTERNAT. KL C 07 CINTERNAT. KL C 07 C

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFT 1070167EXPLAINING PUBLICATION 1070167

S 58489 IVb/12 οS 58489 IVb / 12 ο

ANMELDETAG: 4. JUNI 1958REGISTRATION DATE: JUNE 4, 1958

BEKANNTMACHUNGNOTICE

DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEG E S CHRIFT:THE REGISTRATION
AND ISSUE OF THE
INTERPRET CHRIFT:

3. DEZEMBER 1959DECEMBER 3, 1959

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abschrecken heißer Gase, welche bei der Wärmespaltungsreaktion von Kohlenwasserstoffen in Azetylen und bzw. oder Olefine entstehen. The present invention relates to a method and an apparatus for quenching hot gases, which arise in the heat splitting reaction of hydrocarbons in acetylene and / or olefins.

Um Azetylen und bzw. oder Olefine aus höhergesättigten Kohlenwasserstoffen herzustellen, bringt man diese letzteren in gasförmigen oder verdampften Zustand auf hohe Temperaturen. Es ist jedoch außerordentlich wichtig, wenn man beträchtliche Ertragnisse an ungesättigten Kohlenwasserstoffen erhalten will, die Dauer der Erwärmung zu kontrollieren und sie zwischen sehr engen Grenzen aufrecht zu erhalten. Man hat z. B. bei der Pyrolyse des Methans gefunden, daß die Ausbeute an Äthylen fast verdoppelt wird, wenn die Dauer der Reaktion bei 1400° C von 0,014 auf 0,0023 Sekunden abfällt, und daß die Ausbeute an Azetylen sich um rund 8% vermehrt, wenn die Pyrolyse 0,0029 Sekunden an Stelle von 0,0085 Sekunden dauert, (britisches Patent 709 325). Bei diesen hohen Temperaturen schreitet die pyrolytische Reaktion fort, und sie übersteigt das Stadium der Bildung ungesättigter Kohlenwasserstoffe, insbesondere unter Bildung von Kohlenstoff, Wasserstoff usw.To produce acetylene and / or olefins from highly saturated hydrocarbons, brings the latter in a gaseous or vaporized state at high temperatures. However, it is extraordinary important when obtaining substantial unsaturated hydrocarbon yields wants to control the duration of the warming and maintain it between very narrow limits. One has z. B. found in the pyrolysis of methane that the yield of ethylene is almost doubled, when the duration of the reaction at 1400 ° C. drops from 0.014 to 0.0023 seconds and that the yield increases Acetylene increased by around 8% if the pyrolysis was 0.0029 seconds instead of 0.0085 seconds lasts, (British Patent 709 325). At these high temperatures the pyrolytic reaction proceeds, and it exceeds the stage of formation of unsaturated hydrocarbons, in particular with formation of carbon, hydrogen, etc.

Man begrenzt die Dauer der Pyrolyse, indem man die gebildeten Gase plötzlich auf eine niedere Temperatur von 500 bis 600⁰C abkühlt, also auf eine Temperatur bringt, bei wecher die ungesättigten Kohlenwasserstoffe beständiger sind.Limiting the duration of the pyrolysis, by cooling the gases formed suddenly to a low temperature of 500 to 600 ⁰ C, that is brought to a temperature at wecher the unsaturated hydrocarbons are stable.

Zahlreiche Verfahren wurden zu diesem Zwecke vorgeschlagen, namentlich die Querdurchstäubung des Pyrolysegases mit kaltem Wasser. Diese Methode ist die wirtschaftlich vorteilhafteste, aber sie befriedigt nicht immer vollkommen, wenn sie in industriellem Maßstab angewendet wird.Numerous methods have been proposed for this purpose, notably the transverse dusting of the Pyrolysis gas with cold water. This method is the most economically advantageous, but it is satisfactory not always perfect when applied on an industrial scale.

Infolge einer unerwünschten Durchdringung der Pyrolysezone mit Wasser ergibt sich zum Nachteil der Ausbeute an ungesättigten Kohlenwasserstoffen eine teilweise vorzeitige Abkühlung des in Entstehung begriffenen Gases.An undesirable penetration of water into the pyrolysis zone results in a disadvantage the yield of unsaturated hydrocarbons a partial premature cooling of the in formation understood gas.

Dies ist insbesondere bei einem Zentralzerstäuber der Fall, welcher in der Achse der Pyrolysekammer angeordnet ist und wobei das herausgeschleuderte Wasser (dessen kinetische Energie ausreichend sein muß. um eine zu starke Ablenkung des Wasser-Schirmes durch den Gasstrom zu vermeiden) an der Aufprallstelle an der Wand des Ofens zur Bildung von nach allen Seiten sprühenden Strahlen Anlaß gibt. Andererseits verursachen die von Zerstäubern am Rande der Pyrolysezone im Gegenstrom ausgehenden Wasserstrahlen in ihrem Vereinigungspunkt beträchtliche Wirbelströmungen, von denen ein Teil in Form eines Wasserkegels oder von Nebeltröpfchen gegen die Pyrolysezone gelenkt wird, je nachdem, ob Verfahren und Vorrichtung zum Abschrecken, heißer GaseThis is particularly the case with a central atomizer which is in the axis of the pyrolysis chamber is arranged and where the ejected water (its kinetic energy be sufficient got to. too much deflection of the water umbrella by the gas flow) to form at the point of impact on the wall of the furnace gives rise to rays spraying in all directions. On the other hand, those caused by atomizers at the edge of the pyrolysis zone in countercurrent outgoing jets of water at their point of union are considerable Eddy currents, some of which are in the form of a water cone or mist droplets is directed against the pyrolysis zone, depending on whether the method and device for quenching, hot gases

Anmelder:Applicant:

Societe Beige de l'Azote et des ProduitsSociete Beige de l'Azote et des Produits

Chimiques du Marly Societe Anonyme,Chimiques du Marly Societe Anonyme,

Lüttich (Belgien)Liege (Belgium)

Vertreter: Dr. W. Schalk, Dipl.-Ing. P. Wirth,Representative: Dr. W. Schalk, Dipl.-Ing. P. Wirth,

Dipl.-Ing. G. E. M. DannenbergDipl.-Ing. G. E. M. Dannenberg

und Dr. V. Schmied-Kowarzik, Patentanwälte,and Dr. V. Schmied-Kowarzik, patent attorneys,

Frankfurt/M., Große Eschenheimer Str. 39Frankfurt / M., Große Eschenheimer Str. 39

Beanspruchte Priorität: Österreich vom 7. Juni 1957Claimed priority: Austria of June 7, 1957

Frederic Francois Albert Braconier, Plainevaux, und Jean Joseph Lambert Eugene Riga, LüttichFrederic Francois Albert Braconier, Plainevaux, and Jean Joseph Lambert Eugene Riga, Liège

(Belgien),
sind als Erfinder genannt worden(Belgium),
have been named as inventors

die Zerstäubung transversal oder leicht geneigt in bezug auf den Abfluß des Gasstromes erfolgt.the atomization takes place transversely or slightly inclined with respect to the outflow of the gas stream.

Bei den bis jetzt verwendeten Geräten werden die Wirbelströmungen keineswegs unterdrückt, wenn die Zerstäubung mit der Einführung des Wassers durch Öffnungen, die längs der Wand in der Pyrolysezone angeordnet sind, oder mit einem Wassergeriesel längs des äußersten Randes dieser Zone verbunden ist.In the devices used up to now, the eddy currents are by no means suppressed if the Atomization with the introduction of the water through openings along the wall in the pyrolysis zone are arranged, or connected to a sprinkle of water along the outermost edge of this zone.

Gemäß der Erfindung behebt man diese Nachteile mittels eines Verfahrens und eines einfachen, besonderen Gerätes, welches es gestattet, quer zur Flußrichtung der heißen Gase einen vollständig geschlossenen Wasserschleier, dessen obere Fläche homogen und gleichförmig ist, zu erzielen, durch Zusammenwirken aus einer ersten Wasserschicht, die aus Strahlen gebildet wird, welche gegen die Längsachse der Pyrolysezone gerichtet sind und die von Zerstäubern herrühren, die am äußersten Ende dieser Pyrolysezone angeordnet sind, und einer zweiten Wasserschicht, die sich über die vorhergehende ausbreitet.According to the invention, these drawbacks are overcome by means of a method and a simple, particular one Device, which allows a completely closed transverse to the flow direction of the hot gases A veil of water, the upper surface of which is homogeneous and uniform, to be achieved by working together from a first layer of water, which is formed from jets which are directed against the longitudinal axis of the pyrolysis zone directed and coming from atomizers at the extreme end of this pyrolysis zone are arranged, and a second layer of water spreading over the previous one.

Ein solches Ergebnis wird durch die Kombination gewisser Bedingungen erlangt, die notwendigerweise eingehalten werden müssen, damit das Verfahren zur raschen Abkühlung des Pyrolysegases seine volle Wirksamkeit entfaltet.Such a result is obtained by combining certain conditions that are necessarily must be followed so that the process for rapidly cooling the pyrolysis gas to its full potential Effectiveness unfolds.

Für einen vertikalen Ofen mit kreisförmiger Pyrolysekammer gelten für die Wasserzerstäuber folgende Bedingungen:For a vertical oven with a circular pyrolysis chamber, the following apply to the water atomizers Conditions:

1. Öffnungsschlitz für die Zerstäubung des Wassers in dünnen Streifen mit einem Öffnungswinkel von ungefähr 60° gegen die Achse der Reaktionszonc gerichtet.1. Opening slot for the atomization of the water in thin strips with an opening angle of directed about 60 ° against the axis of the reaction zone.

2. Anordnung längs des Umfanges eines kegelstumpfartigen Kranzes, von größerem Durchmesser als dem der Pyrolysekammer.2. Arrangement along the circumference of a frustoconical Wreath, of larger diameter than that of the pyrolysis chamber.

3. Neigung der Wand des Kranzes unter einem Winkel von 10 bis 15° in bezug auf die Achse des Ofens.3. Inclination of the wall of the rim at an angle of 10 to 15 ° with respect to the axis of the Furnace.

4. Neigung jedes Zerstäubers unter einen Winkel von 2 bis 5° in bezug auf die Horizontale.4. Inclination of each atomizer at an angle of 2 to 5 ° with respect to the horizontal.

Wenn diese Bedingungen eingehalten werden, bilden die Wasserstrahlen, die unter Druck von jedem Zerstäuber abgegeben werden und sich fächerförmig ausbreiten und sich in einer horizontalen Ebene überdecken, eine geschlossene und stabile Wasserdecke, die gegen den unteren Teil leicht konisch ist und dort, wo sie nach unten austritt, durch die Wiedervereinigung der verschiedenen Streifen einen Wasserkonus bildet, und die nach oben nur einen sehr leichten Nebel aus Wassertröpfchen aufweist, der praktisch ohne ungünstigen Einfluß auf die pyrolytische Reaktion ist.If these conditions are met, the jets of water form under pressure from Each atomizer dispensed and spread out in a fan shape and spread out in a horizontal manner Cover level, a closed and stable cover of water that easily touches the lower part is conical and where it exits downwards, due to the reunification of the various strips forms a water cone, and which has only a very light mist of water droplets upwards, which has practically no adverse effect on the pyrolytic reaction.

Diese Ergebnisse werden noch verbessert, wenn man über diese erste Wasserdecke eine zweite Decke legt, die durch einen dem Abschneiden analogen Effekt, die Bildung dieses Nebels verhindert. Diese zweite Decke wird am günstigsten von dem Wasserschirm abgeleitet, welcher die Innenseite der Wand in der Pyrolysezone gegen die Ablagerung von Kohlenstoff schützt.These results are even better if you put a second blanket on top of this first water blanket which prevents the formation of this fog by an effect analogous to the cutting off. These second ceiling is best derived from the water screen, which is the inside of the wall protects against carbon deposits in the pyrolysis zone.

Die Figuren zeigen die Anwendung der Erfindung auf die teilweise Verbrennung von Kohlenwasserstoffen zu Azetylen.The figures show the application of the invention to the partial combustion of hydrocarbons to acetylene.

Fig. 1 zeigt im Schnitt einen kreisförmigen Ofen zur Verwirklichung dieser teilweisen Verbrennung, mit der Vorrichtung zur raschen Abkühlung des Pyrolysegases;Fig. 1 shows in section a circular furnace for realizing this partial combustion, with the device for rapid cooling of the pyrolysis gas;

Fig. 2 ist eine Abwicklung eines Teiles des Mantels, längs welchem die Zerstäuber angeordnet sind;Fig. 2 is a development of part of the jacket along which the atomizers are arranged are;

Fig. 3 ist ein Querschnitt des Ofens der Fig. 1 bei x-y. Figure 3 is a cross-section of the furnace of Figure 1 at xy.

Der kreisförmige Ofen umfaßt einen Verteiler 1 in Form einer feuerfesten zylindrischen Scheibe, durchsetzt von parallelen Kanälen 2 zur Verteilung des reaktionsfähigen Gasgemisches in der Verbrennungskammer, welche durch die Wand 4 begrenzt ist. Längs seines äußeren Umfanges ist der Verteiler 1 mit einem hohlen metallischen Ring 5 versehen, in welchem eine Öffnung 6 in Form eines Schlitzes vorgesehen ist.The circular furnace comprises a manifold 1 in the form of a refractory cylindrical disc interspersed with it of parallel channels 2 for distributing the reactive gas mixture in the combustion chamber, which is limited by the wall 4. The distributor 1 is along its outer circumference a hollow metallic ring 5 is provided in which an opening 6 is provided in the form of a slot is.

Am äußersten Ende der Verbrennungskammer sind längs des Umfanges eines kegelstumpfförmigen Mantels 8, dessen mittlerer Durchmesser größer als derjenige der Verbrennungszone ist und der um einen Winkel von 15° in bezug auf die Achse des Pyrolyseofens geneigt ist, die Zerstäuber 7 angeordnet. Wie in Fig. 2 dargestellt, sind die Einspritzschlitze der Zerstäuber leicht geneigt, und zwar unter einem Winkel von 2 bis 5° in bezug auf die Horizontale.At the extreme end of the combustion chamber are along the circumference of a frustoconical Shell 8, the mean diameter of which is greater than that of the combustion zone and that of one The atomizer 7 is inclined at an angle of 15 ° with respect to the axis of the pyrolysis furnace. As in As shown in Fig. 2, the injection slots of the atomizers are slightly inclined, at an angle from 2 to 5 ° with respect to the horizontal.

Durch die Kanäle 2 führt man das vorgewärmte Gemisch aus Kohlenwasserstoffen und Sauerstoff in die Verbrennungszone 3 ein, wo es sich entzündet. Durch den hohlen metallischen Ring 5 und den Schlitz 6 wird unter Druck Wasser längs der W^rand 4 der \erbrennungszone eingespritzt. Andererseits zerstäubt man Wasser durch die Düsen 7 in Form dünner Streifen, die einen öffnungswinkel von 60° aufweisen und die in Richtung des Abflusses der Pyrolysegase leicht geneigt sind. Bei richtiger Wahl der Zahl der Zerstäuber, zweckmäßigerweise aK Funktion des Durchmessers der Pyrolysezone und des Abstandes zwischen der Wand und dem Mantel 8. überdecken sich die Wasserflächen und bilden eineThe preheated mixture of hydrocarbons and oxygen is introduced through the channels 2 into the combustion zone 3, where it ignites. Through the hollow metal ring 5 and the slit 6 is supplied under pressure along the water W ^r and injected 4 \ erbrennungszone. On the other hand, water is atomized through the nozzles 7 in the form of thin strips which have an opening angle of 60 ° and which are slightly inclined in the direction of the outflow of the pyrolysis gases. With the correct choice of the number of atomizers, expediently aK function of the diameter of the pyrolysis zone and the distance between the wall and the jacket 8, the water surfaces overlap and form one

ίο vollständig geschlossene und homogene Schicht, deren Durchschnitt mindestens jenem der Pyrolysezone gleich ist, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Auf dieser Schicht breitet sich das Wasser des Schutzschirmes der Wand 4 aus, und man erhält so, als Resultante dieser beiden Schichten, einen stabilen Wasserschleier mit einer gleichförmigen oberen Fläche größter Wirksamkeit. ίο completely closed and homogeneous layer whose Average is at least equal to that of the pyrolysis zone, as shown in FIG. On this Layer spreads the water of the protective screen of the wall 4, and one obtains as a resultant of these two layers, a stable veil of water with a uniform upper surface of greatest effectiveness.

Bei der Anwendung dieses Verfahrens zur raschen Abkühlung des Pyrolysegases hat man bei der teilweisen Verbrennung von Methan ein Pyrolysegas erhalten, welches einen Gehalt von 8,4°/oAzetylen aufwies (bezogen auf das trockene Gas), während bei der Verwendung anderer Verfahren und Geräte, die bis jetzt bekanntgeworden sind, der Gehalt nur 8°/o betrug.When using this method for rapid cooling of the pyrolysis gas you have in the partial Combustion of methane obtained a pyrolysis gas which had a content of 8.4% acetylene (based on the dry gas), while when using other methods and devices that up it has now become known that the salary was only 8 ° / o.

Claims (4)

PatentansprücheClaims 1. Verfahren zur Abschreckung heißer Gase, welche bei der Wärmespaltung von Kohlenwasserstoffen in Azetylen und bzw. oder Olefine in einer kreisförmigen Reaktionszone entstehen, dadurch gekennzeichnet, daß man den Strom der heißen Gase durch einen geschlossenen Wasserschleier hindurchführt, dessen obere Fläche homogen und gleichförmig ist und der durch die Zusammenwirkung einer ersten Wasserdecke in einer Ebene quer zur Richtung des Flusses der heißen Gase, welche aus Wasserstrahlen in Form dünner Streifen gebildet wird, die gegen die Achse der Reaktionszone gerichtet sind und die von Einspritzschlitzen ausgehen, die am äußersten Ende der Reaktionszone längs des Umfanges eines Mantels angeordnet sind, dessen Durchmesser größer als jener der Reaktionszone ist, mit einer zweiten Wasserdecke,1. Process for the quenching of hot gases, which occur in the thermal splitting of hydrocarbons in acetylene and / or olefins arise in a circular reaction zone, thereby characterized in that the flow of hot gases is passed through a closed water veil passes through, the upper surface of which is homogeneous and uniform and which through the interaction a first water cover in a plane transverse to the direction of the flow of hot gases, which is formed from jets of water in the form of thin strips that are directed against the axis of the reaction zone are directed and proceed from injection slots which are arranged at the extreme end of the reaction zone along the circumference of a jacket the diameter of which is greater than that of the reaction zone, with a second cover of water, ⁴^ welche sich über die erste ausbreitet, entstanden ist. ⁴ ^ which spreads over the first, arose. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Wasserdecke, die zur Ausbreitung über die erste gelangt, von einem Wasserschirm stammt, welcher die Wand der kreisförmigen Reaktionszonc schützt.2. The method according to claim 1, characterized in that the second water cover, which is to spread The first comes from a water screen that protects the wall of the circular reaction zone. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Herstellung der ersten Wasserdecke Wasserstrahlen gegen die Achse der Reaktionszone richtet, welche einen öffnungswinkel von ungefähr 60° haben und von Einspritzschlitzen ausgehen, die längs des Umfanges eines kegelstumpfförmigen Mantels angeordnet sind, der unter einem Winkel von 10 bis 15° in bezug auf die Achse der Reaktionszone geneigt ist, und dessen mittlerer Durchmesser größer als jener der Reaktionszone ist, wobei die Einspritzschlitze selbst unter einem Winkel von 2 bis 5° in bezug auf eine senkrechte Ebene zur Wand der Reaktionszone geneigt sind. 3. The method according to claim 1, characterized in that one for the production of the first Water blanket directs water jets against the axis of the reaction zone, which have an opening angle of about 60 ° and starting from injection slots that run along the circumference of a frustoconical shell are arranged at an angle of 10 to 15 ° with respect to the axis of the reaction zone is inclined, and its mean diameter is greater than that of the The reaction zone is with the injection slots themselves at an angle of 2 to 5 ° with respect to each other are inclined on a plane perpendicular to the wall of the reaction zone. ^eö ^e ö 4. Vorrichtung zur plötzlichen Abkühlung heißer4. Device for sudden cooling hot Gase, welche bei der thermischen Spaltung von Kohlenwasserstoffen in Azetylen und bzw. oder Olefine in einer kreisförmigen Reaktionszone (3) entstehen, gekennzeichnet durch Wasserzerstäuber in Form von Schlitzen (7), welche längs des Um-Gases, which in the thermal splitting of hydrocarbons in acetylene and / or Olefins are formed in a circular reaction zone (3), characterized by water atomizers in the form of slots (7), which along the circumference fanges eines kegelstumpfförmigen Mantels (8) angeordnet sind, der unter einem Winkel von 10 bis 15° in bezug auf die Achse der Reaktionszone geneigt ist, und dessen mittlerer Durchmesser größer als jener der Reaktionszone ist, wobei die Schlitze (7) unter einem Winkel von 2 bis 5° in bezug auf eine senkrechte Ebene zur Wand (4) der Reaktionszone geneigt sind und gegen die Achse der Reaktionszone gerichtete Wasserstrahlen mit einemcatch of a frustoconical shell (8) are arranged at an angle of 10 to 15 ° with respect to the axis of the reaction zone is inclined, and its mean diameter is larger than that of the reaction zone, the slits (7) at an angle of 2 to 5 ° with respect to a plane perpendicular to the wall (4) of the reaction zone and inclined against the axis of the reaction zone directed water jets with a öffnungswinkel von etwa 60° liefern, wobei die Strahlen sich zu einer Wasserschicht überdecken, und eine Wassereinspritzvorrichtung (5, 6), die am Umfang des oberen Endes der Reaktionszone angeordnet ist, um längs der Wand dieser Zone einen Wasserschirm zu bilden, welcher sich über der Wasserschicht, die sich aus der Überdeckung der Wasserstrahlen der Zerstäuber ergibt, ausbreitet. provide an opening angle of about 60 °, whereby the rays overlap to form a layer of water, and a water injection device (5, 6) mounted on the periphery of the upper end of the reaction zone is arranged to form a water screen along the wall of this zone, which extends over the layer of water that results from the overlap of the water jets from the atomizers spreads. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings © 909 687/412 11.59 © 909 687/412 11:59