DE1160844B - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Acetylen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Acetylen

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DE1160844B
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gases
reaction
suction boxes
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acetylene
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DEZ6758A
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Hans Hesky
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HJ Zimmer Verfahrenstechnik
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HJ Zimmer Verfahrenstechnik
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2/00Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms
    • C07C2/76Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms by condensation of hydrocarbons with partial elimination of hydrogen
    • C07C2/78Processes with partial combustion

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

  • Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Acetylen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herste3Sung von Acetylen durch unvollständige Verbrennung gesättigter Kohlenwasserstoffe mit Sauerstoff und Abschreckung der umgesetzten Gase in einem Reaktionsraum.
  • Es ist bekannt, zur Herstellung von Acetylen vorgewärmtes Methan und vorgewärmten Sauerstoff getrennt in einen Ofen einzublasen, wo sich die Gasströme mischen und das Gemisch nach einer gewissen Zeit und entsprechender Verlangsamung seiner Ge schwindigkeit abbrennt. Kurz nach der Reaktion werden die Verbrennungsgase abgeschreckt, so daß Acetylen und Wasserstoff anfallen, die einer beliebigen Weiterverarbeitung zugeführt werden.
  • Die für die Durchführung dieses Verfahrens bekannten Öfen weisen unterhalb der Einführungsleitungen für die Reaktionsteilnehmer einen sich diffusorartig erweiternden Raum auf, der gegen den Reaktionsraum durch einen Gasverteiler abgeschlossen ist, welcher die Form einer mit einer Vielzahl von im wesentlichen im gleichen Abstand angeordneten Löchern versehene Wandung aufweist. Unterhalb dieses Gasverteilers erfolgt die Reaktion durch Verbrennung der Reaktionsteilnehmer und anschließende Abschreckung der Verbrennungsgase.
  • Bei derartig konstruierten Öfen zeigt sich, daß neben dem erstrebten Acetylen auch vergleichsweise große Mengen von Ruß anfallen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß sich unterhalb des Gasverteilers eine ungleichmäßigeVerbrennungszone ausbildet, weil im Bereich der Löcher des Gasverteilers die durchtretenden Gase die Flamme zickzackförmig nach unten drücken. Dadurch entstehen zwischen den vorspringenden Zacken und den zurückspringenden Zacken unterschiedliche Verweilzeiten der Reaktionsteilnehmer unter vergleichsweise hohen Temperaturen, so daß in den zurückspringenden Zacken bereits wie der ein Zerfall des gebildeten Acetylens in Ruß und Wasserstoff auftritt, der zu der eingangs erwähnten unerwünschten verstärkten Rußbildung führt.
  • Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrensablaufes besteht darin, daß sich an der Unterseite des Gasverteilers Ansätze bilden, die zum Teil aus Ruß, zum Teil aber auch aus anderen festen oder zähflüssigen Substanzen bestehen. Um diese langsam in den Reaktionsraum in Richtung des Abschreckstrahles vorwachsenden Absetzungen zu beseitigen, ist es bei den bekannten Konstruktionen solcher Öfen erforderlich, kontinuierlich oder absatzweise tätige Kratzvorrichtungen vorzusehen, die den Aufbau des Ofens verkomplizieren und störungsanfällig sind.
  • Außerdem zeigt es sich bei der bekannten Verfah- rensführung, daß die Flamme infolge der unvermeidbaren Vezzogermg der Gasgesohwindigkeit an den Wandungen der Öffiaungen in diesem Bereich nach oben leicht zurückschlägt, was dann zum Abstellen des Ofens zwingt.
  • Die Erfindung will die Nachteile der bekannten Verfahrensführung beseitigen und schlägt zu diesem Zwecke vor, die Randschichten der bereits gemischten Gase vor der Reaktionszone abzusaugen. Auf diese Weise wird der sich auf den Gasverteiler zu bewegende Gasstrom in seinerVorwärtsbewegung durch den sich diffusorartig erweiternden Raum des Ofens vergleichrnäßigt, wodurch sich die eingangs erwähnten nachteiligen Erscheinungen bereits wesentlich abschwächen. Besonders zweckmäßig ist es aber, den Gasverteiler überhaupt wegzulassen, was ohne weiteres möglich ist, da sich durch die Absaugung der Randschichten eine gleichmäßige Geschwindigkeits verteilung der durch den sich diffusorartig erweiternden Raum strömenden Gase ergibt, die nach Erreichen der Reaktionszone, die bisher durch den Gasverteiler begrenzt war, automatisch mit im wesentlichen komischer Flammenfront abbrennen und nunmehr abgeschreckt werden.
  • Vorzugsweise wird man die vergleichsweise heißen, aus dem sich diffusorartig erweiternden Raum des Ofens abgesaugten Gase nach dem Austritt aus diesem Raum abschrecken, um sie derart zu kühlen und dann ohne Schwierigkeiten ihrer weiteren Verwendung zuführen zu können, da man die abgesaugten Gase im allgemeinen nicht verlorengeben wird. So kann man beispielsweise diese Gase verbrennen und zur Aufwärmung der an der Reaktion teilnehmenden Gase verwenden. Man kann die abgesaugten Anteile der Reaktionsgase aber auch wieder in den Prozeß einführen, wobei es besonders zweckmäßig ist, sie kurz vor der Reaktionszone an der Seitenwand des Reaktionsraumes in diesen einzublasen. Das Einblasen erfolgt zweckmäßig in Wandrichtung, um derart die sich an der Wand grundsätzlich ausbildende verzögerte Grenzschicht zu beschleunigen, wodurch man das Flammenbild weiter vorteilhaft beeinflussen kann.
  • Die Saugkästen werden vorzugsweise mit einer Abschreckflüssigkeit, vorzugsweise Wasser, über im Inneren angeordnete Sprühvorrichtungen beschickt.
  • Gegebenenfalls kann man in den Absaugkästen berieselte Füllkörper unterbringen.
  • Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßenVerfahrens besteht darin, daß sich nunmehr eine in der Mitte des Reaktionsraumes angeordnete Hohlkegelsprühdüse verwenden läßt, die man vorzugsweise zur Anpassung an den Reaktionsablauf höhenverstellbar ausbildet.
  • Da sich bei der Umsetzung solcher gesättigten Kohlenwasserstoffe in Anwesenheit von Sauerstoff zu ungesättigten Kohlenwasserstoffen im Bereich der Mischung der Kohlenwasserstoffe mit dem Sauerstoff Formaldehyd bildet, das selbstverständlich bei der Absaugung der Grenzschichten mit abgesaugt wird und die Bereitschaft der abgesaugten Gase zur Entzündung fördert, ist es zweckmäßig, dieses auch sonst als solches gut verwendbare Formaldehyd aus den abgesaugten Gasen abzuscheiden und einer weiteren getrennten Verwendung zuzuführen. Obwohl zweifellos durch das Absaugen der Grenzschichten ein vergleichsweise bemerkenswerter Anteil in der Größenordnung von 10°/o der eigentlichen Reaktionsgase aus dem Prozeß entnommen wird, wird doch dieser scheinbare Verlust durch geeignete Weiterverwendung der abgesaugten Gase und durch die Verminderung der Rußbildung und Vereinfachung der Verfahrensführung weitgehendst ausgeglichen. Außerdem ist es möglich, beim erfindungsgemäßen Verfahren die Vorwärmung zu steigern, da die Rückschlaggefahr vollständig ausgeschaltet ist, wodurch sich wiederum höhere Ausbeuten an dem zu gewinnenden Produkt ergeben. Der durch das Absaugen der Gase hervorgerufene scheinbare Verlust wird durch die Vorteile der erfindungsgemäßen Verfahrensführung mehr als ausgeglichen, wobei die Sicherheit des Betriebsablaufes und die Einsparung von Vorrichtungen zur Reinigung des Gasverteilers nicht unerheblich mit ins (3ewicht fallen und die durch das Rücksehlagen verursachten Abstellzeiten grundsätzlich in Wegfall kommen.
  • Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes, und zwar in F i g. 1 einen Schnitt durch einen gemäß der Erfindung ausgebildeten Ofen zur Herstellung von Acetylen und Fig. 2 eine Einzelheit des Ofens nach F i g. 1.
  • In der Zeichnung ist mit 1 die Wandung des Mischraumes bezeichnet, die an ihrem oberen Ende Löcher 2 aufweist und dort von einem Ringmantel 3 umgeben ist, in den das Zuführungsrohr 4 für das Methan einmündet. Ferner ist im oberen Teil des Mischraumes 1 zentral das Zuführungsrohr 5 für den Sauerstoff angeordnet.
  • Erfindungsgemäß wird der sich diffusorartig erweiternde Teil des Mischraumes 1 mit einer Saugkam- mer 6 umgeben, die einen Anschluß 7 für eine Unterdruckquelle aufweist. Im Bereich der Saugkammer 6 ist die Wandung der Mischkammer 1 mit Löchern oder Schlitzen 8 versehen, so daß das Innere des Mischraumes 1 mit de-r Saugkammer 6 in Verbindung steht. Unterhalb dieses eine durchlöcherte Wandung aufweisenden Teiles des Mischraumes 1 schließt der Reaktionsraum 9 an, der eine Austrittsöffnung 10 für das erzeugte Acetylen und die übrigen Spaltgase aufweist. Mit lt ist der Behälter für die Abschreckflüssigkeit, vorzugsweise Wasser, bezeichnet. 12 deutet das Abzugsrohr an, durch welches die Abschreckflüssigkeit entleert wird. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich durch das Abzugsrohr 12 eine Leitung 13, die an ihrem oberen Ende eine Sprühdüse 14 aufweist, die einen schirmartigen Sprühstrahl 15 gegen die Flammenfront 16 des aus der Mischkammer 1 austretenden und entzündeten Gemisches aus Methan und Sauerstoff richtet und derart die Reaktion abschreckt. Bei 17 sind in der Saugkammer 6 Rohrleitungen für ein die Außenwand der Mischkammer 1 beaufschlagendes und die abgesaugten Gase abschreckendes Medium, vorzugsweise Wasser. vorgesehen.
  • In Fig. 2 bezeichnet 1' wiederum die Wand des Mischraumes, während mit 6 die Saugkammer bezeichnet ist. Bei 18 befindet sich ein Anschluß, der bei 19 in den Reaktionsraum 9 einmündet. Auf diese Weise können die über die Saugkammer 6 abgezogenen Gase ganz oder teilweise längs der Wandung des Reaktionsraumes 9 in diesen eingeblasen werden, wodurch die Grenzschichten an der Wandung beschleunigt werden und sich eine weitere Verbesserung des Bildes der Flamme 16 ergibt.
  • Die im vorstehenden erwähnten Vorrichtungen zur Abscheidung des gebildeten Formaldehyds und zur allenfallsigen Rückführung der abgesaugten Gase in den Oberteil der Mischkammer über die Methan-oder Sauerstoffzuführung sind in den Zeichnungen nicht dargestellt.
  • Beispiel 1 In einem Reaktionsofen nach F i g. 1 mit der erfindungsgemäßen Einrichtung wurden pro Sekunde 1,74 m3 Methan und 1,14 m3 Sauerstoff mit einer Vorwärmtemperatur von 6000 C und etwa unter Normaldruck in den Mischraum mit anschließendem Diffusor eingedüst. Der Diffusor hatte einen Öffnungswinkel von 200 und eine Länge von 1,32 m bei einem anfänglichen Durchmesser von 0,15 m. Die bei kontinuierlicher Absaugung erforderliche Absaugegeschwindigkeit zur Absaugung der verzögerten Strömungsteilchen in der Unterschicht der Grenzschicht betrug am Anfang des Diffusors 0,82 nils und am Ende des Diffusors 0,08 mls. Das entspricht einer Absaugmenge von 0,4 m8/s, das sind 13,9°/o des gesamten Gemisches. Das nach der Flammreaktion erhaltene und mit Hilfe der verstellbaren Hohlkegeldüse abgeschreckte Spaltgas enthielt 8,5 Voiumprozent Acetylen. Störende Rußablagerungen traten nicht auf, da kein Gasverteilerblock vorhanden war. Es zeigte sich, daß weit weniger Ruß gebildet wurde als in den Reaktionsöfen mit Gasverteiler. Die Rußmenge betrug nur noch 30 g Ruß pro Kilogramm Acetylen gegenüber 40 bis 50 g Ruß pro Kilogramm Acetylen bei Öfen mit Gasverteiler. Flammrückschläge in den Diffusor wurden nicht festgestellt. Die Vorrichtung wies auch nach einer Versuchszeit von etwa 800 Stunden keinerlei Beschädigungen und Rußverkrustungen auf.
  • Beispiel 2 Die dem Reaktionsofen nach F i g. 1 gelmäß Beispiel 1 zugeführten Methan- und Sauerstoffmengen wurden auf 7000 C vorgewärmt. Die im Beispiel 1 angegebene Absaugegeschwindigkeit wurde nicht geändert. Die abgeschreckten Reaktionsgase enthielten 9,2 Volumprozent Acetylen. Die entstandene Rußmenge betrug 30 g Ruß pro Kilogramm Acetylen.
  • Flammrückschläge in den Diffusor wurden nicht beobachtet. Nach einer Versuchszeit von etwa 1000 Stunden wies der Reaktionsofen noch keine Besohädigúngen und Rußablagerungen auf.

Claims (11)

  1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von Acetylen durch unvollständige Verbrennung gesattigter Kohlenwasserstoffe mit Sauerstoff und Abschrekkung der gebildeten Gase im Reaktionsraum, d a -durch gekennzeichnet, daß die Randschichten der bereits gemischten Gase vor deren Eintritt in die Reaktionszone abgesaugt werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase frei in die Reaktionszone brennen.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die abgesaugten Gase abgeschreckt werden.
  4. 4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die abgesaugten Gase zur Aufwärmung der an der Reaktion teilnehmenden Gase verbrannt werden.
  5. 5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die abgesaugten Gase wieder in den Prozeß eingeführt werden.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die wieder in den Prozeß einzuführenden Gase längs der Außenwand des Reaktionsraumes eingeführt werden.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der sich bei der Mischung der Kohlenwasserstoffe mit dem Sauerstoff bildende Formaldehyd aus den abgesaugten Gasen abgetrennt wird.
  8. 8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche mit einem diffusorartig sich erweiternden Mischraum und einem daran anschließenden Rectionsraum sowie einer unterhalb der Re aktionszone angeordneten Abschreckvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß unter Wegfall des Gasverteilers die WandutDgen des Mischraumes in Absaugkästen einmündende Öffnungen (8) aufweisen.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dachiroh gekerinzeichnet, daß oberhalb der mit Offnungen versehenen Wandungen in den Absaugkästen Sprühvorrichtungen (17) für ein Abschreckmedium angeordnet sind.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in den Absaugkästen berieselte Füllkörper angeordnet sind.
  11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gelnannzeichnet, daß unterhalb der in die Saugkästen ausmündenden Öffnungen (8) EintLihwöi3nungen für die RüiiiNg der abgesaugten Gase (18) vorgesehen sind.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1009 617; belgische Patentschrift Nr. 563427.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE563427A (de) *
DE1009617B (de) * 1954-07-15 1957-06-06 Belge Produits Chimiques Sa Vorrichtung zur Waermespaltung von Kohlenwasserstoffen

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE563427A (de) *
DE1009617B (de) * 1954-07-15 1957-06-06 Belge Produits Chimiques Sa Vorrichtung zur Waermespaltung von Kohlenwasserstoffen

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