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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Saugkästen werden vorzugsweise mit einer Abschreckflüssigkeit,
vorzugsweise Wasser, über im Inneren angeordnete Sprühvorrichtungen beschickt.
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Gegebenenfalls kann man in den Absaugkästen berieselte Füllkörper
unterbringen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Flammrückschläge in den Diffusor wurden nicht beobachtet. Nach einer
Versuchszeit von etwa 1000 Stunden wies der Reaktionsofen noch keine Besohädigúngen
und Rußablagerungen auf.