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Verfahren zur thermischen Spaltung von Kohlenwasserstoffen zur Erzeugung
von weniger gesättigten Kohlenwassersboffen Die vorliegende Erfindung betrifft ein
Verfahren zur thermischen Spaltung von Kohlenwasserstoffen zur Herstellung ungesättigter
Kohlenwasserstoffe, hiervon im besonderen Acetylen und/oder andere Olefine.
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Es ist bekannt, daß ungesättigte Kohlenwasserstoff e dadurch hergestellt
werden können, daß höhergesättigte Kohlenwasserstoffe in heißen Gasen der Pyrolyse
unterworfen werden, Gase die von der Verbrennung gasförmiger oder flüssiger Brennstoffe
in Sauerstoff oder einem anderen die Verbrennung unterhaltenden Gas herrühren, wobei
diese heißen Gase vorzugsweise keinen freien Sauerstoff enthalten.
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Die Öfen, die zur Durchführung dieser Verfahren verwendet werden,
umfassen im wesentlichen: eine Verbrennungskammer, in welcher der Brennstoff und
der Sauerstoff, einzeln zugeführt, beim Austritt aus einem Brenner miteinander unter
Flammenbildung gemischt werden; eine Pyrolysekammer, welche in unmittelbarer Verbindung
mit der Verbrennungskammer steht, wobei der der Pyrolyse zu unterwerfende Kohlenwasserstoff
an der Trennstelle zwischen diesen beiden Kammern in die heißen Gase, die aus der
Verbrennungskammer austreten, eingeblasen wird und schließlich eine Vorrichtung
zum Abschrecken, d. h. zur plötzlichen Abkühlung der Pyrolysegase.
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Das Prinzip dieser Verfahrensweise ist darin gelegen, den der Pyrolyse
zu unterwerfenden Kohlenwasserstoff in einer praktisch keinen freien Sauerstoff
enthaltenden Atmosphäre sehr rasch auf eine entsprechend erhöhte Temperatur zu bringen.
Demgemäß handelt es sich also darum, innerhalb der Verbrennungskammer auf möglichst
kleinem Bereich hohe Temperaturen zu erhalten unter Bedingungen, welche adiabatischen
Verhältnissen so nahe wie möglich kommen, und Gase mit sehr hohen Temperaturen und
die praktisch keinen freien Sauerstoff enthalten, zu bilden, in welche dann der
der Pyrolyse zu unterwerfende Kohlenwasserstoff eingespritzt wird.
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Der Erfinder hat in seinem österreichischen Patent 2001.27 ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Konzentration der Energie der Verbrennungsflammen in einer
Verbrennungskammer unter praktisch adiabatischen Verhältnissen und bei kleinem Volumen
geschützt. Dort werden Sauerstoff und Brennstoff, voneinander getrennt, mit hoher
Geschwindigkeit mit im wesentlichen gleichen Bewegungsgrößen und in Richtungen,
die miteinander einen Winkel von etwa 90° einschließen, eingespritzt. Hierzu dienen
Öffnungen von geringem Durchmesser, die auf konzentrischen Kreisen liegen; wobei
jeder Öffnung zur Zuführung von Sauerstoff, in derselben Ebene liegend, eine Öffnung
zur Zufuhr von Brenngas entspricht. Auf diese Weise entsteht eine Serie von Elementarbrennern,
deren jeder -die Mischung in wirksamer Weise ausführt. Die von diesen Brennern ausgehenden,
sehr kurzen Flammen bilden zusammen einen ununterbrochenen Ring sehr kurzer und
in Richtung der Achse der Verbrennungskammer gerichteter Flammen.
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Durch diese Konzentration der Energie, die durch die Flammen erzeugt
wird, die praktisch adiabatischen Verhältnisse und das geringe Volumen erzielt man
eine weitgehende Herabsetzung der Wärmeverluste, jedoch wird die Innenwand der Verbrennungskammer
einer
sehr starken Wärmestrahlung ausgesetzt. Man kann die Wand durch eine Schicht von
Wasserdampf schützen, welche als Schleier zwischen ihr und den Flammen wirkt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur thermischen Spaltung von Kohlenwasserstoffen
zur Erzeugung von weniger gesättigten Kohlenwasserstoffen, insbesondere von Acetylen
und/oder Äthylen oder anderer Olefine, durch Vermischen des zu spaltenden Kohlenwasserstoffes
mit heißen Verbrennungsgasen, die durch Verbrennung eines gasförmigen oder flüssigen
Brennstoffes mit einem die Verbrennung unterhaltenden Gas gebildet werden, wobei
die beiden Medien durch eine Serie von Öffnungen, die symmetrisch entlang zweier
konzentrischer Kreise angeordnet sind, austreten, unter einem Winkel von ungefähr
90° aufeinandertreffen und einen Kranz von parallel zur Achse des Pyrolyseofens
gerichteten Flammen bilden, ist nun dadurch gekennzeichnet, daß dieser Flammenkranz
unter Bildung einer Verbrennungszone von geringem Volumen in unmittelbarer Nähe
von zwei gegeneinanderlaufenden Dampfschirmen, die sich unter einem Winkel von 50
bis 120r treffen, völlig umschlossen wird, worauf der der Pyrolyse zu unterwerfende
Kohlenwasserstoff in das im Anschluß an die Verbrennungszone gebildete Gemisch von
Verbrennungsgasen und Wasserdampf eingespritzt wird, und daß die sich bei der Pyrolyse
ergebenden Produkte plötzlich abgekühlt werden.
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Die gegeneinanderlaufenden Dampfschirme, durch die die Verbrennungszone
umschlossen wird, bilden vorzugsweise einen Winkel von 70 bis 100°.
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Diese Anordnung bietet eine Anzahl von Vorteilen vom Standpunkt der
Ausbeute und der Wirtschaftlichkeit der Pyrolyse.
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Tatsächlich wirken die Dampfhüllen wie ein sehr wirksamer Schirm gegen
die Strahlung, welcher gestattet, die Wärmeverluste stark herabzusetzen. Weiter
umgeben sie die Flammenkrone vollständig und begrenzen dadurch eitle Verbrennungszone
von sehr geringem Volumen, so daß die Verbrennungsenergie stark konzentriert wird.
Anderseits bildet sich nach der ersten, sehr rasch vor sich gehenden Phase der Verbrennung
des Brennstoffes im praktisch reinen Sauerstoff mit sehr hoher Geschwindigkeit ein
inniges Gemisch aus dem Wasserdampf und den sehr heißen Verbrennungsgasen, wodurch
eine vollständige Verbrennung unter praktisch völligem Verschvcnndeh des Sauerstoffes
durch die Einstellung des Reaktionsgleichgewichtes infolge der Anwesenheit des Wasserdampfes
erreicht wird. Als Folge davon bildet sich in äußerst kurzer Zeit ein homogenes
Gemisch aus Wasserdampf und Verbrennungsgasen, welches praktisch keinen freien Sauerstoff
mehr enthält und praktisch frei ist von urverbrannten Bestandteilen, falls Brennstoff
und Sauerstoff od. dgl. in stöchiometrischem Verhältnis zugeführt worden sind. Innerhalb
dieses Gemisches ist die Temperatur gleichmäßig und sehr hoch, was den bei der Pyrolyse
erwünschten Verhältnissen bestens entspricht.
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Es ist schon vorgeschlagen worden, ein Hilfsgas, insbesondere Wasserdampf,
in die Verbrennungsgase (Abgase) einzuführen, bevor noch der der Pyrolyse zu unterwerfende
Kohlenwasserstoff eingespritzt wird, wobei die Verbrennungsabgase Wasserstoff, aber
keinen Sauerstoff enthielten. Zweck dieser Hilfsgaszuführung war es, größtenteils
den Sauerstoff und die durch die Dissoziation von Bestandteilen der Verbrennungsgase
entstandenen Sauerstoff enthaltenden Radikale während des anschließenden Krackens
in der Verbrennungskammer wieder zu verbinden.
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Beim Verfahren gemäß der Erfindung ist aber die Verbrennungszone,
die durch die Wasserdampfhüllen begrenzt ist, von so kleinem Volumen, daß sich vor
der Vermischung mit dem Wasserdampf lediglich die anfängliche Verbrennungsphase
ausbilden kann. Im Zuge dieser Anfangsphase, die insbesondere bei Verwendung von
Brennstoff und praktisch reinem Sauerstoff sehr rasch durchlaufen wird, vermag die
erreichte Temperatur nur eine unbedeutende Menge von freien Radikalen zu erzeugen.
Nach dieser Anfangsphase vermischen sich die an der Reaktion beteiligten Stoffe
sofort und in völlig homogener Weise mit Wasserdampf. Das Vorhandensein des Wasserdampfes
in der Schlußphase der Verbrennung führt zu einer Vervollständigung der Reaktion
bis zum Verschwinden praktisch des ganzen freien Sauerstoffes. Falls zur Verbrennung
die stöchiometrisch erforderlichen Mengen von Brennstoff und Sauerstoff zugeführt
werden, verbleibt überhaupt kein freier Sauerstoff in den Verbrennungsgasen zurück,
ebensowenig wie urverbrannter Brennstoff, wodurch die anschließenden Verfahrensschritte
des Abscheidens und Konzentrierens der ungesättigten Kohlenwasserstoffe, die durch
die Pyrolyse entstanden sind, wesentlich erleichtert und die Oxydation der der Pyrolyse
zu unterwerfenden Kohlenwasserstoffe auf ein Mindestmaß verringert wird.
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Es ist anderseits festgestellt worden, daß die Zuführung von Wasserdampf
als Beimischung zum Brennstoff und/oder zum Sauerstoff nicht die gleichen Vorteile
hervorbringt wie die getrennte Einführung des Wasserdampfes in Form einer den Flammenkranz
umgebenden Schicht.
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Damit sich die Reaktion der Verbrennung innerhalb einer Zone von sehr
kleinem Volumen, d. h. mit einer sehr hohen Geschwindigkeit abspielt, ist es notwendig,
daß zumindest die Anfangsphase der Verbrennung mit praktisch reinen Stoffen vor
sich geht. Die Verdünnung der Reaktionspartner durch den Wasserdampf verursacht
eine Verringerung der Reaktionsgeschwindigkeit, was wieder zu einer Erhöhung des
Volumens der Verbrennungszone führt und als Folge davon zu einer geringeren Konzentration
der Wärme.
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Das Wesen und die Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich
klarer an Hand der Beschreibung eines Ofens zur Durchführung der Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen,
wie sie schematisch und nur als Beispiel in der F i g. 1 gezeigt ist.
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Die F i g. 1 zeigt einen Schnitt durch einen zylindrischen Ofen zur
Erzeugung von ungesättigten Kohlenwasserstoffen durch Einführen des der Pyrolyse
zu unterziehenden Kohlenwasserstoffes in heiße Gase.
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Dieser Ofen umfaßt in seinen wesentlichen Teilen den Verteiler
1, die Verbrennungskammer 2 und die Pyrolysekammer 3. Er wird
vervollständigt durch die Leitungen 4, 5 und 6 zur Zuführung von Brenngas,
Sauerstoff bzw. dem der Pyrolyse zu unterwerfenden Kohlenwasserstoff und durch eine
Einrichtung zur plötzlichen Abkühlung der Pyrolysegase, welche
Vorrichtung
aus einem Kranz von Zerstäubern 7 zum Einspritzen kalten Wassers gebildet ist.
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Der Verteiler 1 besitzt an seiner der Verbrennungskammer zugewendeten
Seite eine umlaufende ut n trapezförmigem Querschnitt, deren Achse N '# vc mit
de--- LI ~!gsachse des Ofens zusammenfällt. An den geneigten Seitenwänden
dieser Nut 8 münden die konzentrischen Ringleitungen 9 und 10, deren Achsen
im rechten Winkel zu den Seitenwänden der Nut stehen. Die Ringleitungen 9 und 10
sind mit den Leitungen 4 bzw. 5 zur Zuführung von Brenngas bzw. Sauerstoff verbunden.
Die Seitenwände der Ringnut sind symmetrisch unter einem Winkel von jeweils 45°
zur Längsachse geneigt und besitzen die gleiche Anzahl von Löchern, welche symmetrisch
angeordnet sind und die Verbrennungskammer 2 mit den Ringleitungen 9 bzw.
10 verbinden.
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Der Durchmesser dieser Löcher ist so gewählt, daß erstens die Austrittsgeschwindigkeit
der beiden Medien verhältnismäßig hoch ist, etwa in der Größenordnung von 100 bis
200 m/Sek., und zweitens die Bewegungsgrößen der beiden Medien, die durch einander
gegenüberliegende Löcher austreten, im wesentlichen gleich sind.
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Der Verteiler 1 ist des weiteren mit einem Raum 11 versehen,
welcher als innerer Verteiler für den Wasserdampf wirkt und mit der Dampfzuleitung
12 verbunden ist. Durch den umlaufenden Schlitz 13 steht der Raum 11 in Verbindung
mit der Verbrennungskammer 2. Der Schlitz 13 ist gegenüber der Längsachse
des Ofens unter einem Winkel von 35 bis 50° geneigt. Am Rande des Verteilers ist
ein zweiter umlaufender Schlitz 14 vorgesehen, welcher ebenfalls unter einem
Winkel von 35 bis 50° geneigt ist und zur Einführung von Wasserdampf dient, der
als Umhüllung den Flammenkranz von außen her umgeben soll. Da diese umlaufenden
Schlitze unter Winkeln von 35 bis 50° geneigt sind, bilden die Wasserdampfstrahlen,
die aus ihnen austreten, zwei Hüllen, die sich unter einem Winkel von etwa 70 bis
100° treffen. Die umlaufende Vereinigungslinie dieser Hiillen und die Vereinigungspunkte
der an der Verbrennung beteiligten Stoffe liegen auf einem gedachten Zylinder, dessen
Achse mit der Längsachse des Pyrolyseofens zusammenfällt. Die Größe der Schlitze
für die Dampfzufuhr ist so gewählt, daß die Bewegungsgrößen der beiden Dampfstrahlen
praktisch gleich sind.
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Durch die Leitungen 4 und 5 und durch die konzentrischen Ringleitungen
9 und 10 werden, vorgeheizt oder nicht, Wasserstoff oder ein an Wasserstoff
reiches Gas und Sauerstoff in die Verbrermungskammer 2 eingespritzt. Diese gasförmigen
Medien, die mit hoher Geschwindigkeit und mit im wesentlichen gleichen Bewegungsgrößen
austreten, treffen mit entgegengesetzten Richtungen, die miteinander einen Winkel
von etwa 90° bilden, aufeinander, wodurch sich örtlich eine sofortige und innige
Vermischung und das Entstehen kurzer Flammen, die im wesentlichen parallel zur Längsachse
der Verbrennungskammer stehen, ergibt.
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Der Wasserdampf, der durch die Leitung 12 zugeführt worden
ist, geht durch den Hohlraum 11 des Verteilers 1 hindurch und schützt damit diesen
vor überhitzung. Der Dampf tritt sodann durch den umlaufenden Schlitz 13 in die
Verbrennungskammer 2 aus. Ebenso wird der Dampf, der durch die Leitung 15 kommt,
nach dem Hindurchgang durch den umlaufenden Schlitz 14 in die Verbrennungskammer
2 geführt. Die beiden Dampfhüllen treffen sich unter einem Winkel von 70 bis 100°
und umgeben den Flammenkranz vollständig, wodurch eine Verbrennungszone umgrenzt
wird, in der nur die erste Phase der Verbrennung des gewählten Brennstoffes vor
sich gehen kann. Die Dampfhüllen bilden eine Abschirmung gegen die Wärmestrahlung
und schützen die Wände der Verbrennungskammer 2 gegen die Wirkungen der strahlenden
Wärme.
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Am Ende der ersten Verbrennungsphase vereinigen sich die Dampfhüllen
und die durch die Verbrennung entstandenen Gase sehr rasch und in homogener Weise;
letzteres sowohl vom Standpunkt des Wärmeausgleichs als auch der Zusammensetzung
aus.
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In der Verbrennungszone von sehr geringem Volumen, die durch die Dampfhüllen
begrenzt ist, reagieren der Brennstoff Und der Sauerstoff nüteinander, jedoch geht
nur die erste Verbrennungsphase vor sich, und zwar unter Bildung eines Minimums
von freien Radikalen. Nach diesem Anfangsstadium geht die Vermischung der Produkte
dieser Verbrennung mit dem Wasserdampf und sodann die Endphase der Verbrennung,
das ist die Vollendung der Reaktion, vor sich, in deren Lauf praktisch der ganze
freie Sauerstoff verbraucht und der Brennstoff zur Gänze verbrannt wird.
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Am Ausgang der Verbrennungskammer 2 geht das Gemisch aus dem einhüllenden
Wasserdampf und den Verbrennungsgasen in die Pyrolysekammer 3 über. Durch die Ringleitung
6 wird der der Pyrolyse zu unterwerfende Kohlenwasserstoff eingeführt und zersetzt
sich infolge der Wirkung der hohen Temperaturen, wobei sich insbesondere Acetylen
und Äthylen ergeben. Die Pyralysegase werden sodann plötzlich abgekühlt, indem kaltes
Wasser durch den Kranz von Zerstäubern 7 in Richtung quer zur Längsachse eingespritzt
wird.
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Es ist bereits bekannt, das Brennstoffgas (z. B. Methan) und den Sauerstoff
tangential senkrecht zur Achse der Brennkammer einzuführen. Die eingespritzten Gase
bilden bei einer solchen Art der Einführung einen Wirbelstrom, bei dem es ausgeschlossen
ist, daß sich ein. Flammenkranz bildet, tierparallel zur Achse der Brennstoffkammer
liegt, wie dies im erfindungsgemäßen Verfahren der Fall ist. Bei dem bekannten Verfahren
ist es auch, ausgeschlossen, die Wände der Brennkammer vor einen': direkten Kontakt
mit der heißen Flamme zu schützen, selbst, wenn dabei Wasserdampf mit in die Brennkammer
eingeführt wird. Erfindungsgemäß ist es auf Grund der parallel zur Achse der Brennkammer
verlaufenden Flammen möglich, durch gleichzeitig eingefÜhrteü.Wasserdampf einen
wirksamen Schutz der Wände der Brennkammer zu bewirken. Beispiel Der Ofen, wie er
in der F i g. 1 gezeigt wird, wurde für die gleichzeitige Erzeugung von Acetylen
und Äthylen verwendet. Die Produktion betrug 1922 bzw. 4282 kg pro Tag.
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Die Verbrennungskammer 2 ist durch den Verteiler 1 aus feuerfestem
Stahl und durch die Seitenwand aus feuerfesten Steinen begrenzt. Die Wand der Pyrolysekammer
3 besteht aus Stahl. Die Wände der beiden Fern sind von außen her durch
fließendes
kaltes Wasser gekühlt. Die Verbrennungskammer hat einen Innendurchmesser von 140
mm und eine Höhe von 168 mm. Der Verteiler 1 besitzt eine umlaufende Nut 8, deren
Seitenwände unter je 45° geneigt sind. Diese Nut weist 24 Löcher von je 7 mm Durchmesser
auf, die auf einem Kreis von 104 mm Durchmesser liegen, und 24 Löcher von 4,5 mm
Durchmesser, die auf einem Kreis von 66 mm Durchmesser angeordnet sind. Weiter besitzt
der Verteiler 1 zwei umlaufende Schlitze 13 und 14, deren einer einen Durchmesser
von 52 mm (gemessen an der unteren Fläche des Verteilers) und eine Breite von 5,5
mm hat und unter 37° gegenüber der Seitenwand des Ofens geneigt ist; der andere
hat einen Durchmesser von 116 mm und eine Breite von 3 mm und ist unter 37° gegenüber
der Achse des Ofens geneigt. Koksofengas der folgenden Zusammensetzung: Wasserstoff
................ 59,8 Volumprozent Methan ................... 26,8
Volumprozent C2 Kohlenwasserstoffe ...... 2,1 Volumprozent Kohlenoxyd
............... 5,8 Volumprozent Sauerstoff ................. 0,2
Volumprozent Stickstoff .................. 3,4 Volumprozent Kohlansäureanhydrid
....... 1,9 Volumprozent wurde in einer Menge von 260 Nm3/h durch die Leitung
4 und über den Kranz 9 zugeführt, um in die Verbrennungskammer 2 zu gelangen.
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Durch die Leitung 5 und den Kranz 10 wurde Sauerstoff mit einem Reinheitsgrad
von 93,5% in einer Menge von 250 Nm3/h in die Verbrennungskammer eingeführt.
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Beim Eintritt in die Verbrennungskammer durchdringen sich die beiden
Medien, die unter einem Winkel von 90° aufeinandertreffen, entflammen sich sehr
rasch und ergeben einen Kranz von Flammen, die sich parallel zur Achse der Verbrennungskammer
2 erstrecken. Dieser Flammenkranz wird durch einen Schirm aus Wasserdampf von
6001C
völlig eingehüllt, der in einer Menge von 500 kg/h und unter einem Druck
von 2 kg/cm2 (vor dem nicht dargestellten Vorwärmer) durch die Schlitze 13 und 14
eingespritzt wird. Die Mengen und Geschwindigkeiten von Dampf sind an den beiden
Schlitzen praktisch gleich, und die beiden Dampfschirme treffen einander unter einem
Winkel von 74° auf einem gedachten vertikalen Zylinder durch die Vereinigungspunkte
der beiden an der Verbrennung beteiligten Medien.
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In das Gemisch der Verbrennungsgase und des den Schirm bildenden Wasserdampfes
wird Naphtha in einer Menge von 524 kg/h eingespritzt, dessen Temperatur an der
Eintrittsstelle in den Ofen 580° C beträgt. Die Eigenschaften dieses Naphthas sind
die folgenden: Tropfpunkt ............. 41° C Trockenpunkt ........... 130° C Aromatische
Kohlenwasserstoffe .... 10 Gewichtsprozent Naphthenische Kohlenwasserstoffe
.... 10,5 Gewichtsprozent Das durch die Pyrolyse erhaltene Gas besitzt die
folgende Zusammensetzung: H2 ........................ 30,3 Volumprozent N2
........................ 0,7 Volumprozent CO ....................... 15,9 Volumprozent
C02 ...................... 8,2 Volumprozent CH4 .................. . . .
. 11,9 Volumprozent C2H2 ..................... 8,3 Volumprozent C2H4
..................... 18,2 Volumprozent C2H8 .....................
0,7 Volumprozent Kohlenwasserstoffe mit mehr als 2 Kohlenstoffatomen einschließlich
aromatischer Kohlenwasserstoffe ....... 5,8 Volumprozent Der Winkel, unter
welchem sich die beiden Dampfschirme treffen, schwankt zwischen 70 und 100°. Die
Wahl der Größe dieses Winkels, ebenso wie jener des Abstandes zwischen den beiden
Schlitzen zum Einblasen der beiden Dampfschirme, ist im wesentlichen abhängig von
der Beschaffenheit des Brennstoffes, der zur Erzeugung der heißen Gase Verwendung
findet. Für jeden Brennstoff muß aber die von den beiden Dampfschirmen umgrenzte
Verbrennungszone ein solches Volumen haben, da.ß die erste Verbrennungsphase in
normaler Weise vor sich gehen kann und daß die erreichte Temperatur von der gleichen
Größenordnung ist wie jene, welche sich nach der Mischung mit dem die Schirme bildenden
Dampf und nach der Vollendung der Verbrennung einstellt.
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Die in F i g. 2 ersichtlichen Kurven I, 1I und IH zeigen die Änderung
der Temperatur T in Abhängigkeit vom Fortschreiten der Verbrennung oder, wie dies
praktisch gleichbedeutend ist, in Abhängigkeit von der Länge L der Verbrennungskammer.
Beim Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung (Kurve I) steigt die Temperatur
im Laufe der ersten Phase der Verbrennung rasch an (Teil 0-A), sodann, nach der
Vermischung mit dem Wasserdampf der beiden Schirme, bleibt die Temperatur praktisch
konstant, da die Wirkung der Abkühlung durch den Wasserdampf (Kurve I') durch die
Wärmeabgabe bei der Reaktion während der Vollendung der Verbrennung ausgeglichen
wird. Eine Verbrennungskammer von einer Länge von 168 mm (gemäß den Bedingungen
beim beschriebenen Beispiel) genügt vollauf, um ein bezüglich Wärmeausgleich und
Zusammensetzung homogenes Gemisch aus Wasserdampf und Verbrennungsgasen zu erlangen.
Bei einem Verfahren, bei dem sonst alle anderen Bedingungen gleich bleiben, jedoch
der Wasserdampf erst nach der Vollendung der Verbrennung eingeführt wird, erhöht
sich die Temperatur im Laufe dieser Verbrennung sehr stark (Kurve II, Teil 0-B)
und erniedrigt sich sodann infolge der Einführung des kühleren Wasserdampfes. Es
ist daher in diesem Falle erforderlich, eine längere Verbrennungskammer (mindestens
300 mm lang) vorzusehen, damit das Gemisch aus Wasserdampf und Verbrennungsgasen
homogen wird. Im Gegensatz zum Verfahren nach der Erfindung führt dieses Verfahren,
bei dem der Wasserdampf erst nach der völligen Verbrennung
eingebracht
wird, zu starken Wärmeverlusten, und zwar dadurch, daß a) in der Verbrennungskammer
wesentlich höhere Temperaturen vorhanden sind (0-B größer als 0-A) und b) daß die
Verbrennungskammer ein wesentlich größeres Volumen aufweist, wodurch sich eine viel
größere Fläche zum Wärmeaustausch gegenüber den Wänden des Ofens ergibt.
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Aus dem Vorhandensein der höheren Temperaturen ergibt sich außerdem
eine starke Bildung freier Radikale im Verlauf der Verbrennung. Die Kurve III zeigt
den Verlauf der Temperatur in der Verbrennungskammer in jenem Falle, in dem sowohl
das Brenngas als auch das die Verbrennung unterhaltende Gas (Sauerstoff od. dgl.)
mit Wasserdampf vermischt sind. Die Verbrennung nimmt ihren Ausgang von verdünnten
Verbrennungskomponenten und ist demgemäß langsam, wofür eine ziemlich lange Verbrennungskammer
erforderlich ist, woraus sich erhebliche Wärmeverluste ergeben.
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Es sind vergleichende Versuche unternommen worden mit einem Wasserdampf-Schirm
in Form zweier Hüllen, die einen Winkel von 74° miteinander einschließen und den
Flammenkranz umgeben bzw. mit einem Schirm aus Wasserdampf, welcher sich entlang
der Seitenwand der Verbrennungskammer erstreckte. Bei im übrigen gleichen Bedingungen
(Zusammensetzung und Mengen der am Vorgang beteiligten Stoffe, Verhältnis von Äthylen
zu Acetylen in den Pyrolysegasen), zeigten diese Versuche mit einem Schirm aus Wasserdampf
gemäß der vorliegenden Erfindung die folgenden Vorteile: a) Die Länge der Verbrennungskammer
konnte wesentlich verringert werden (von 300 auf 168 mm), woraus sich als Folge
eine Verringerung der Wärmeverluste um mehr als 50 0/0 ergab; b) das Ausmaß der
Oxydation des der Pyrolyse zu unterziehenden Kohlenwasserstoffes (Oxydation durch
den Sauerstoff und durch die freien Radikale, die in den Verbrennungsgasen enthalten
sind), wurde von 9 % auf 4,5 % reduziert.
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Das Verfahren nach der Erfindung ist ebenfalls anwendbar im Falle
der Anordnung mehrerer Flammenkränze, deren jeder von zwei Wasserdampfschirmen umgeben
wird. Eine solche Anordnung ist besonders zur Produktion von Kohlenwasserstoffen
in großem Ausmaße geeignet.