<Desc/Clms Page number 1>
WERKWIJZE TER BEREIDING VAN ACETYLEEN-BEVATTENDE GASMENGSELS
<Desc/Clms Page number 2>
De uitvinding heeft betrekking op de bereiding van acetyleen-bevattende gasmengsels, zoals deze kunnen worden ver- kregen door geschikte koolwaterstoffen of koolwaterstof- mengsels te injecteren in hete verbrandingsgassen, waarna de verkregen acetyleen-bevattende gasmengsels worden afge- schrikt.
Het is bekend dat de temperatuur waaraan het koolwaterstofmateriaal wordt onderworpen zo hoo mogelijk dient te zijn, omdat bij hogere temperaturen een hogere acetyleenopbrengst wordt verkregen. Aan de mogelijke tempera- turen wordt echter een limiet gesteld door de constructie- materialen, aangezien de bestaande materialen in feite het gebruik van veel hogere temperaturen dan 2700 C niet toe- laten en temperaturen lager dan 2000 C in het algemeen de voorkeur verdienen. Dit verklaart de wenselijkheid de tempera- tuur, waarbij de verbrandingsgassen worden verkregen, te regelen. Deze temperatuur wordt o.a. bepaald door de bestendig- heid van het gebezigde constructiemateriaal in kwestie tegen hoge temperaturen en chemische aantasting.
De gewenste temperatuur wordt gewoonlijk verkregen door aan de verbrandingsinrichting een voldoende hoeveelheid stoom toe te voegen.
Ten einde een maximaal thermisch nuttig effect van de werkwijze te verkrijgen, dient bij de bereiding van de hete verbrandingsgassen volledige verbranding zo dicht mogelijk te worden benaderd.
Wanneer echter stoechiometrische hoeveelheden zuur- stof en brandstof werden toegepast is bij de tegenwoordig in verband met de acetyleenbereiding gebezigde verbrandingsmethoden toch onvolledige verbranding geconstateerd, in het bijzonder
<Desc/Clms Page number 3>
wanneer als verdunningsmiddel stoom werd toegepast. Dit verschijnsel is van uitgesproken belang gebleken in het geval van vloeibare koolstofhoudende brandstoffen, doch bleek ook aanwezig te zijn bij gasvormige brandstoffen., zoals waterstof.
Volledige verbranding daarentegen kon slechts worden verkregen, wanneer een overmaat aan zuurstof werd toegepast. Als gevolg van de verdunnende werking van deze overmaat aan zuurstof is de temperatuur van de verbrandings- gassen lager dan de in het geval van volledige verbranding met de stochiometrische hoeveelheid zuurstof verkregen temperatuur. Deze wijze van uitvoering leidt niet tot een maximaal thermisch nuttig effect en brengt bovendien het risico met zich mee, dat het acetyleen door de overtollige zuurstof wordt aangetast.
Er is nu gevonden, dat het gebruik van een speciale verbrandingstechniek een nagenoeg volledige verbranding van brandstoffen, waaronder waterstof en koolstofhoudende brand- stoffen, mogelijk maakt, terwijl een stoechiometrische hoe- veelheid zuurstof wordt toegepast, waardoor bij een bepaalde verbrandingstemperatuur het maximale thermische nuttig effect werd bereikt. Om deze reden is deze verbrandingsmethode bijzonder geschikt in verband met het in het voorgaande beschreven type werkwijze voor de acetyleenbereiding.
De uitvinding heeft derhalve betrekking op een werk- wijze voor de bereiding van acetyleen-bevattende gasmengsels, welke werkwijze hierin bestaat, dat een brandstof-bevattende stroom met een zuurstof-bevattende stroom wordt verbrand, waarbij de ene stroom in de vorm van een holle kegel in een cilindrische of nagenoeg cilindrische verbrandingszone wordt
<Desc/Clms Page number 4>
gevoerd via een centrale opening in een eindwand van de ge- noemde zone terwijl de andere stroom via een ringvormige opening in dezelfde eindwand wordt toegevoerd met een om de hartlijn roterende beweging, een en ander zodanig dat een dubbele toroTdale wervelvlam wordt gevormd, dat een kool- waterstof of een mengsel van koolwaterstoffen wordt gemengd met de verkregen hete verbrandingsgassen in een daaropvolgende kraakzone,
waarin de genoemde koolwaterstof of mengsel van koolwaterstoffen althans gedeeltelijk wordt omgezet in acety- leen bij temperaturen van ten minste 1000 o C, en dat het ver- kregen acetyleen-bevattende gasmengsel wordt afgeschrikt.
De verbrandingstrap is o.a. bekend uit het Britse' Octrooischrift No. 703.721, waarin ook een daarvoor geschike inrichting wordt beschreven.
Geschikte brandstoffen zijn waterstof en koolwater- stoffen of koolwaterstofmengsels, zoals aardoliefracties.
Gasvormige stoffen en laagkokende aardoliefracties kunnen als brandstof worden toegepast, maar zelfs goedkope stoffen zoals asfalt, aardolieresidu, ruwe olie en lichte en zware stookolie, kunnen in de onderhavige werkwijze worden gebezigd. De brandstof- bevattende stroom kan ook andere bestanddelen, zoals bijvoorbeeld stoom, die kunnen zijn toegevoegd om het verdampen en/of ver- stuiven van de brandstof te bevorderen.
De zuurstof-bevattende stroom kan bijvoorbeeld zijn technische zuurstof, met zuurstof verrijkte lucht of lucht waaraan andere gassen of dampen, zoals bijvoorbeeld stoom, zijn toegevoegd.
De zuurstof en de brandstof worden het liefst in etoechiometrisohe hoeveelheden toegepast, waardoor het mogelijk is met de onderhavige verbrandingstechniek een nagenoeg volledige verbranding te bereiken. In verband echter met de moeilijk-
<Desc/Clms Page number 5>
heden die gepaard gaan met de nauwkeurige regeling van de hoeveelheden der beide stromen ligt het binnen het kader van de onderhavige uitvinding, enigszins grotere of kleinere hoeveelheden zuurstof toe te passen, gelegen tussen 90 en
103% van de stoechiometrische hoeveelheid zuurstof ; hoeveel-heden, gelegen tussen 93 en 101% worden bij voorkeur toege- past.
Zoals in het voorgaande reeds werd aangegeven, kunnen een of beide stromen stoom bevatten, waarbij de totale hoeveelheid stoom bij voorkeur Lussen 5 en 15 kg per kg brandstof bedraagt.
Het verdient aanbeveling althans een der beide stromen tot een verhoogde temperatuur voor te verwarmen, bijvoorbeeld gelegen tussen 150 en 850 C.
Als regel wordt de brandstof-bevattende stroom via de centrale opening in de verbrandingszone geleid, terwijl de zuurstof-bevattende stroom wordt ingevoerd via de ringvormige opening die de centrale opening omgeeft.
In bepaalde gevallen kan het van voordeel zijn het zuurstof- bevattende gas via de centrale opening en de brandstofbe- vattende stroom via de ringvormige opening toe te voeren.
Dit geldt in het bijzonder voor die gevallen waarin de laatste stroom de verbrandingsruimte slechts in de vorm van gassen en/of dampen binnenkomt, hetgeen gewoonlijk koolwaterstof of het geval is wanneer als brandstof een normaliter gasvormige A koolwaterstofmengsel of een benzinefractie wordt toegepast.
De temperatuur van de verkregen hete verbrandings- gassen dient ten minste 1300 C te bedragen, en bij voorkeur tussen 1400 en 2000 C.
<Desc/Clms Page number 6>
De koolwaterstof of het mengsel van koolwaterstoffen dat in de kraakzone met de hete verbrandingsgassen wordt gemengd, heeft bij voorkeur een kookpunt beneden 400 C; de stoffen die het meest de voorkeur genieten zijn die, welke een hoog gehalte aan paraffinen met rechte keten bevatten.
Bijzonder geschikte stoffen zijn normaliter vloeibare, door rechtstreekse destillatie verkregen, aard- oliefracties met een eindkookpunt lager dan 120 C, alsmede normaliter gasvormige koolwaterstoffen en mengsels daarvan.
Het is wederom aanbevelenswaardig dit koolwaterstof- materiaal, alvorens het in de hete verbrandingsgassen te voeren, voor te verwarmen, bij voorkeur tot een temperatuur van ongeveer 300 C tot 600 C, waardoor een enigszins aanzien- lijke cokesvorming wordt voorkomen. Bovendien verdient het sterk de voorkeur, dat het koolwaterstofmateriaal volledig in de dampvormige toestand verkeert, voordat het met de hete verbrandingsgassen in aanraking wordt gebracht.
De hoeveelheid koolwaterstofmateriaal, die in de kraakzone met de hete verbrandingsgassen wordt gemengd, bedraagt gewoonlijk tussen 0,5 en 4 kg per kg brandstof, en bij voorkeur tussen 1,0 en 3 kg per kg brandstof.
De koolwaterstoffen, die met de hete verbrandings- gassen zijn gemengd, worden, althans gedeeltelijk, gekraakt tot lager kokende koolwaterstoffen, waaronder acetyleen. Om een voldoend hoge concentratie aan acetyleen te garanderen dient de temperatuur niet beneden een waarde van 1000 C te dalen, en bovendien dienst de tijd, gedurende welke de kraakreacties op deze hoge temperaturen plaatsvinden, betrekkelijk kort te worden gehouden, bij voorkeur korter dan 5,10-3 seconden.
<Desc/Clms Page number 7>
De druk in de kraakzone dient bij voorkeur beneden 5 kg/cm2abs. te worden gehouden.
De reactie wordt onderbroken door het acetyleen- bevattende gasmengsel plotseling af te koelen, hetgeen tot stand kan worden gebracht door een geschikte koelvloeistof, zoals bijvoorbeeld water, te injecteren. Bij deze plotse- linge afkoeling dient de temperatuur zo snel mogelijk te dalen tot een waarde waarbij acetyleen meta-stabiel is.
De reactietijd kan worden beheerst door instellen van de afstand tussen het punt of de punten waarop het koolwater- sofmateriaal met de hete verbrandingsgassen wordt gemergd en het punt of de punten waarop de afschrikvloeistof wordt toegevoerd, en/of door de druk in de kraakzone op een ge- schikte waarde in te stellen.
De temperatuur dient na de afkoeling bij voorkeur minder dan 600 C te bedragen.
Het verkregen mengsel kan verder worden verwerkt voor de concentratie en winning van acetyleen daaruit.
De uitvinding wordt nader toegelicht door het volgende Voorbeeld.
VOORBEELD
Er werd een zware stookolie verbrand door de stook- olie in de vorm van een holle kegel in een nagenoeg cilin- drische verbrandingszone te voeren via'een centrale opening in een eindwand van genoemde zone, terwijl technische zuur- stof (95% O2) in althans nagenoeg stoechiometrische hoeveel- heden, tezamen met stoom, via een ringvormige opening in de- zelfde eindwand, met een om de hartlijn roterende beweging werd toegevoerd, een en ander zodanig, dat een dubbele toro dale wervelvlam werd gevormd.
<Desc/Clms Page number 8>
Een naftafractie met een kookpunt tussen 34 C en 110 C werd verhit tot 200 -300 C en de verkregen dampen werden gemengd met de hete verbrandingsgassen, die werden verkregen door de in het voorgaande beschreven verbranding van zware stook- olie. Het verkregen gasmengsel, dat een bepaalde hoeveelheid acetyleen bevatte dat was gevormd bij het kraken van de nafta bij de heersende hoge temperatuur, werd plotseling met water gekoeld tot een temperatuur van 400 C en vervolgens tot de omgevingstemperatuur afgekoeld.
De toegepaste bedrijfsomstandigheden en de in een aantal proeven gevonden gassamenstellingen zijn in de bijgaande tabel aangegeven (proeven No. 1 en 2). Ter vergelijking bevat deze tabel ook gegevens (proef No. 3) over een proef, waarbij in de verbrandingstrap een overmaat zuurstof werd toegepast; deze proef was typerend voor die bedrijfsvoering, waarbij een overmaat zuurstof nodig is om een nagenoeg volledige verbrar.ding te verkrijgen.
Uit een vergelijking van de cijfers voor het acetyleengehalte en voor de opbrengsten blijkt duidelijk, dat de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding, waarbij een althans nagenoeg volledige verbranding wordt verkregen met althans nagenoeg stoechiometrische hoeveelheden stookolie en zuurstof (d.w.z. met een hoeveelheid zuurstof tussen 90 en 103% van de preciese sto chiometrische hoeveelheid) (proef No. 1 en 2) aanzienlijk beter is dan werkwijzen van het conventionele type; immers in de verbrandingsinrichtingen hiervan kan een nagenoeg volledige verbranding van de stookolie slechts worden verkregen door een overmaat zuurstof van ten minste ongeveer 3% van de sto chiometrische hoeveelheid toe teassen.
<Desc/Clms Page number 9>
EMI9.1
<tb>
PROEF <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Afwijking <SEP> van <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb> stoechiometrische <SEP> hoeveelheid
<tb>
<tb>
<tb> (overmaat <SEP> aan <SEP> zuurstof <SEP> in <SEP> %) <SEP> -6,6 <SEP> +0,9 <SEP> 45,4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Verbrandingstrap
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Viscositeit <SEP> van <SEP> de <SEP> brandstof
<tb>
<tb>
<tb> (sec.
<SEP> Redwood <SEP> I) <SEP> 3000 <SEP> 800 <SEP> 3000
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Verhouding <SEP> zuurstof <SEP> brandstof
<tb>
EMI9.2
Hnr"/kg 2,08 2,33 2,36
EMI9.3
<tb> Overmaat <SEP> aan <SEP> zuurstof <SEP> boven
<tb>
<tb> de <SEP> voor <SEP> volledige <SEP> verbranding
<tb>
<tb> vereiste <SEP> hoeveelheid
<tb>
<tb>
<tb> verels <SEP> -0,15 <SEP> +0, <SEP> 02 <SEP> +0,12
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Verhouding <SEP> stoom/brandstof
<tb>
<tb>
<tb> kg/kg <SEP> 9,45 <SEP> 10,45 <SEP> 10,27
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Vlamtemperatuur <SEP> C <SEP> 1450 <SEP> 1450 <SEP> 1450
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Analyse <SEP> van <SEP> (droog) <SEP> ver-
<tb>
<tb>
<tb> verbrandingsgas
<tb>
<tb>
<tb> (vol.) <SEP> 02 <SEP> - <SEP> 1,0 <SEP> 5,0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> CO2 <SEP> 82,0 <SEP> 98,
0 <SEP> 94,5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> CO <SEP> 4,7 <SEP> -
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> H2 <SEP> 12,4 <SEP> - <SEP> -
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> N2 <SEP> 0,9 <SEP> 0,2 <SEP> 0,5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Kraaktrap
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Verhouding <SEP> nafta/brandstof
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> kg/kg <SEP> 1,06 <SEP> 1,00 <SEP> 1,015
<tb>
EMI9.4
VoorverwarmingstemBera¯
EMI9.5
<tb> tuur <SEP> van <SEP> de <SEP> nafta <SEP> C <SEP> 300 <SEP> 200 <SEP> 230
<tb>
<tb>
<tb> Temperatuur <SEP> vÎÎr <SEP> de <SEP> afkoeling <SEP> C <SEP> 1050 <SEP> 1100 <SEP> 1175
<tb>
<tb>
<tb> Druk <SEP> kg/cm2 <SEP> (overdruk) <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> Reactietijd <SEP> 10-3 <SEP> sec.
<SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP>
<tb>
<Desc/Clms Page number 10>
EMI10.1
<tb> PROEF <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP>
<tb>
<tb> Analyse <SEP> van <SEP> (droog)
<tb> gasprodukt <SEP> (vol.%)
<tb>
EMI10.2
C02 54,7 58, 3 5, o
EMI10.3
<tb> CO <SEP> 4,0 <SEP> 2,1 <SEP> 5,4
<tb>
<tb> H2 <SEP> 17,5 <SEP> 13,5 <SEP> 15,8
<tb>
<tb> N2 <SEP> 0,3 <SEP> 0,6 <SEP> 2,0
<tb>
<tb> CH4 <SEP> 7,0 <SEP> 7,3 <SEP> 7,9
<tb>
<tb> C2H2 <SEP> 6,9 <SEP> 6,5 <SEP> 4,9
<tb>
EMI10.4
c2H4 $,'j 10,0 8, b
EMI10.5
<tb> C2H6 <SEP> 0,3 <SEP> 0,7 <SEP> 0,3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> C3H6 <SEP> 1,0 <SEP> 1,0 <SEP> 1,1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Verbruikscijfers
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Zuurstofverbruik <SEP> op
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> verkregen <SEP> acetyleen
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Nm <SEP> /kg <SEP> 8,1 <SEP> 10,
4 <SEP> 13,1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Brandstofverbruik <SEP> op
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> verkregen <SEP> acetyleen <SEP> kg/kg <SEP> 3,9 <SEP> 4,5 <SEP> 5,5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Opbrengst <SEP> (gew.%)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> op <SEP> gepyroliseerde <SEP> nafta
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> C2H2 <SEP> 28,8 <SEP> 25,3 <SEP> 22,0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> C2H4 <SEP> 37,3 <SEP> 42,0 <SEP> 41,6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Totaal <SEP> 66,1 <SEP> 67,3 <SEP> 63,6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> op <SEP> toegevoerde <SEP> nafta
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> C2H2 <SEP> 24,1 <SEP> 22,4 <SEP> 17,8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> C2H4 <SEP> 31,2 <SEP> 37,1 <SEP> 33,
6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Totaal <SEP> 55,3 <SEP> 59,5 <SEP> 51,4
<tb>
<Desc / Clms Page number 1>
PROCESS FOR PREPARING ACETYLENE-CONTAINING GAS MIXTURES
<Desc / Clms Page number 2>
The invention relates to the preparation of acetylene-containing gas mixtures, such as can be obtained by injecting suitable hydrocarbons or hydrocarbon mixtures into hot combustion gases, after which the resulting acetylene-containing gas mixtures are quenched.
It is known that the temperature to which the hydrocarbon material is subjected should be as high as possible because at higher temperatures a higher acetylene yield is obtained. However, the possible temperatures are limited by the construction materials, as the existing materials do not actually allow the use of much higher temperatures than 2700 C and temperatures below 2000 C are generally preferred. This explains the desirability of controlling the temperature at which the combustion gases are obtained. This temperature is determined, inter alia, by the resistance of the construction material in question to high temperatures and chemical attack.
The desired temperature is usually obtained by adding a sufficient amount of steam to the combustor.
In order to obtain maximum thermal efficiency from the process, complete combustion should be approached as closely as possible in the preparation of the hot combustion gases.
However, when stoichiometric amounts of oxygen and fuel were used, incomplete combustion has nevertheless been observed in the combustion methods currently used in connection with acetylene preparation, especially
<Desc / Clms Page number 3>
when steam was used as the diluent. This phenomenon has been found to be of particular importance in the case of liquid carbonaceous fuels, but has also been found to be present in gaseous fuels such as hydrogen.
On the other hand, complete combustion could only be achieved when an excess of oxygen was used. Due to the diluting action of this excess of oxygen, the temperature of the combustion gases is lower than the temperature obtained in the case of complete combustion with the stoichiometric amount of oxygen. This method of implementation does not lead to a maximum thermal efficiency and, moreover, entails the risk that the acetylene is attacked by the excess oxygen.
It has now been found that the use of a special combustion technique permits almost complete combustion of fuels, including hydrogen and carbonaceous fuels, while using a stoichiometric amount of oxygen, thereby maximizing thermal efficiency at a given combustion temperature. was achieved. For this reason, this combustion method is particularly suitable in connection with the type of acetylene preparation process described above.
The invention therefore relates to a process for the preparation of acetylene-containing gas mixtures, which process consists in combusting a fuel-containing stream with an oxygen-containing stream, the one stream in the form of a hollow cone. in a cylindrical or nearly cylindrical combustion zone
<Desc / Clms Page number 4>
passed through a central opening in an end wall of said zone while the other current is supplied through an annular opening in the same end wall with a rotational movement about the axis, such that a double toroidal vortex flame is formed, forming a coal. - hydrogen or a mixture of hydrocarbons is mixed with the resulting hot combustion gases in a subsequent cracking zone,
wherein said hydrocarbon or mixture of hydrocarbons is at least partially converted to acetylene at temperatures of at least 1000 ° C, and the resulting acetylene-containing gas mixture is quenched.
The combustion stage is known, inter alia, from British Patent Specification No. 703,721, which also describes a suitable device.
Suitable fuels are hydrogen and hydrocarbons or hydrocarbon mixtures, such as petroleum fractions.
Gaseous materials and low boiling petroleum fractions can be used as fuel, but even inexpensive materials such as asphalt, petroleum residue, crude oil, and light and heavy fuel oil can be used in the present process. The fuel-containing stream may also contain other components, such as, for example, steam, which may be added to aid vaporization and / or atomization of the fuel.
The oxygen-containing stream can be, for example, technical oxygen, oxygen-enriched air or air to which other gases or vapors, such as, for example, steam, have been added.
The oxygen and fuel are most preferably used in etoichiometric amounts, which makes it possible to achieve substantially complete combustion with the present combustion technique. However, due to the difficult-
<Desc / Clms Page number 5>
At present associated with the precise control of the amounts of both streams, it is within the scope of the present invention to use slightly larger or smaller amounts of oxygen, ranging from 90 DEG to 90 DEG C.
103% of the stoichiometric amount of oxygen; amounts ranging from 93 to 101% are preferably used.
As indicated above, one or both streams may contain steam, the total amount of steam preferably being between 5 and 15 kg per kg of fuel.
It is recommended to preheat at least one of the two streams to an elevated temperature, for instance between 150 and 850 C.
As a rule, the fuel-containing stream is directed into the combustion zone through the central opening, while the oxygen-containing stream is introduced through the annular opening surrounding the central opening.
In certain cases it may be advantageous to supply the oxygen-containing gas through the central opening and the fuel-containing stream through the annular opening.
This is especially true for those cases where the last stream enters the combustion space only in the form of gases and / or vapors, which is usually hydrocarbon or is the case when a normally gaseous A hydrocarbon mixture or a gasoline fraction is used as fuel.
The temperature of the hot combustion gases obtained should be at least 1300 ° C, and preferably between 1400 and 2000 ° C.
<Desc / Clms Page number 6>
The hydrocarbon or mixture of hydrocarbons that is mixed with the hot combustion gases in the cracking zone preferably has a boiling point below 400 ° C; the most preferred materials are those containing a high content of straight chain paraffins.
Particularly suitable materials are normally liquid straight-run petroleum fractions having a final boiling point below 120 ° C, as well as normally gaseous hydrocarbons and mixtures thereof.
It is again recommended, before introducing it into the hot combustion gases, to preheat this hydrocarbon material, preferably to a temperature of about 300 ° C to 600 ° C, thereby preventing somewhat significant coking. In addition, it is highly preferred that the hydrocarbon material be completely in the vapor state before it is brought into contact with the hot combustion gases.
The amount of hydrocarbon material mixed with the hot combustion gases in the cracking zone is usually between 0.5 and 4 kg per kg of fuel, and preferably between 1.0 and 3 kg per kg of fuel.
The hydrocarbons mixed with the hot combustion gases are, at least in part, cracked to lower boiling hydrocarbons, including acetylene. In order to ensure a sufficiently high concentration of acetylene, the temperature should not fall below a value of 1000 ° C and, moreover, the time during which the cracking reactions take place at these high temperatures should be kept relatively short, preferably less than 5. 10-3 seconds.
<Desc / Clms Page number 7>
The pressure in the cracking zone should preferably be below 5 kg / cm2abs. to be kept.
The reaction is stopped by suddenly cooling the acetylene-containing gas mixture, which can be accomplished by injecting a suitable cooling liquid such as, for example, water. With this sudden cooling, the temperature should drop as quickly as possible to a value at which acetylene is meta-stable.
The reaction time can be controlled by adjusting the distance between the point or points at which the hydrocarbon material is mixed with the hot combustion gases and the point or points at which the quench liquid is supplied, and / or by adjusting the pressure in the cracking zone to a suitable value.
The temperature should preferably be less than 600 ° C after cooling.
The resulting mixture can be further processed for the concentration and recovery of acetylene therefrom.
The invention is further illustrated by the following Example.
EXAMPLE
A heavy fuel oil was burned by introducing the fuel oil in the form of a hollow cone into a substantially cylindrical combustion zone through a central opening in an end wall of said zone, while technical oxygen (95% O2) was introduced. At least substantially stoichiometric quantities, together with steam, were supplied via an annular opening in the same end wall, with a rotating movement about the axis, all this such that a double toroidal swirl flame was formed.
<Desc / Clms Page number 8>
A naphtha fraction having a boiling point between 34 ° C and 110 ° C was heated to 200-300 ° C and the resulting vapors were mixed with the hot combustion gases obtained by the combustion of heavy fuel oil described above. The resulting gas mixture, which contained a certain amount of acetylene formed by cracking the naphtha at the prevailing high temperature, was suddenly cooled with water to a temperature of 400 DEG C. and then cooled to ambient temperature.
The operating conditions used and the gas compositions found in a number of tests are indicated in the accompanying table (Tests No. 1 and 2). For comparison this table also contains data (Run No. 3) on a run in which an excess of oxygen was used in the combustion stage; this test was typical of those operations where an excess of oxygen is required to achieve substantially complete combustion.
A comparison of the figures for the acetylene content and for the yields clearly shows that the process of the present invention, in which substantially complete combustion is obtained with at least substantially stoichiometric amounts of fuel oil and oxygen (i.e. with an amount of oxygen between 90 and 10 3). % of the exact stoichiometric amount) (Run No. 1 and 2) is significantly better than conventional type methods; after all, in their combustion devices, substantially complete combustion of the fuel oil can only be obtained by adding an excess of oxygen of at least about 3% of the stoichiometric amount.
<Desc / Clms Page number 9>
EMI9.1
<tb>
TEST <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Deviation <SEP> from <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb> stoichiometric <SEP> quantity
<tb>
<tb>
<tb> (<SEP> excess of <SEP> oxygen <SEP> in <SEP>%) <SEP> -6.6 <SEP> +0.9 <SEP> 45.4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Combustion stage
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Viscosity <SEP> of <SEP> the <SEP> fuel
<tb>
<tb>
<tb> (sec.
<SEP> Redwood <SEP> I) <SEP> 3000 <SEP> 800 <SEP> 3000
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ratio <SEP> oxygen <SEP> fuel
<tb>
EMI9.2
Hnr "/ kg 2.08 2.33 2.36
EMI9.3
<tb> Excess <SEP> of <SEP> oxygen <SEP> above
<tb>
<tb> the <SEP> for <SEP> complete <SEP> combustion
<tb>
<tb> <SEP> quantity required
<tb>
<tb>
<tb> verels <SEP> -0.15 <SEP> +0, <SEP> 02 <SEP> +0.12
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ratio <SEP> steam / fuel
<tb>
<tb>
<tb> kg / kg <SEP> 9.45 <SEP> 10.45 <SEP> 10.27
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Flame temperature <SEP> C <SEP> 1450 <SEP> 1450 <SEP> 1450
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Analysis <SEP> of <SEP> (dry) <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> combustion gas
<tb>
<tb>
<tb> (vol.) <SEP> 02 <SEP> - <SEP> 1.0 <SEP> 5.0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> CO2 <SEP> 82.0 <SEP> 98,
0 <SEP> 94.5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> CO <SEP> 4.7 <SEP> -
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> H2 <SEP> 12.4 <SEP> - <SEP> -
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> N2 <SEP> 0.9 <SEP> 0.2 <SEP> 0.5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Cracking stairs
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> <SEP> naphtha / fuel ratio
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> kg / kg <SEP> 1.06 <SEP> 1.00 <SEP> 1.015
<tb>
EMI9.4
Preheating voiceBerā
EMI9.5
<tb> ture <SEP> from <SEP> the <SEP> naphtha <SEP> C <SEP> 300 <SEP> 200 <SEP> 230
<tb>
<tb>
<tb> Temperature <SEP> before <SEP> the <SEP> cooling <SEP> C <SEP> 1050 <SEP> 1100 <SEP> 1175
<tb>
<tb>
<tb> Pressure <SEP> kg / cm2 <SEP> (overprint) <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> Response time <SEP> 10-3 <SEP> sec.
<SEP> 3 <SEP> 3 <SEP> 3 <SEP>
<tb>
<Desc / Clms Page number 10>
EMI10.1
<tb> TRIAL <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP>
<tb>
<tb> Analysis <SEP> of <SEP> (dry)
<tb> gas product <SEP> (vol.%)
<tb>
EMI10.2
CO 2 54.7 58.3 5, o
EMI10.3
<tb> CO <SEP> 4.0 <SEP> 2.1 <SEP> 5.4
<tb>
<tb> H2 <SEP> 17.5 <SEP> 13.5 <SEP> 15.8
<tb>
<tb> N2 <SEP> 0.3 <SEP> 0.6 <SEP> 2.0
<tb>
<tb> CH4 <SEP> 7.0 <SEP> 7.3 <SEP> 7.9
<tb>
<tb> C2H2 <SEP> 6.9 <SEP> 6.5 <SEP> 4.9
<tb>
EMI10.4
c 2 H 4 D, j 10.0 8, b
EMI10.5
<tb> C2H6 <SEP> 0.3 <SEP> 0.7 <SEP> 0.3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> C3H6 <SEP> 1.0 <SEP> 1.0 <SEP> 1.1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Consumption figures
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Oxygen consumption <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> obtained <SEP> acetylene
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Nm <SEP> / kg <SEP> 8.1 <SEP> 10,
4 <SEP> 13.1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Fuel consumption <SEP> on
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> obtained <SEP> acetylene <SEP> kg / kg <SEP> 3.9 <SEP> 4.5 <SEP> 5.5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Yield <SEP> (wt%)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> <SEP> pyrolized <SEP> naphtha
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> C2H2 <SEP> 28.8 <SEP> 25.3 <SEP> 22.0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> C2H4 <SEP> 37.3 <SEP> 42.0 <SEP> 41.6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Total <SEP> 66.1 <SEP> 67.3 <SEP> 63.6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> <SEP> naphtha fed on <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> C2H2 <SEP> 24.1 <SEP> 22.4 <SEP> 17.8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> C2H4 <SEP> 31.2 <SEP> 37.1 <SEP> 33,
6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Total <SEP> 55.3 <SEP> 59.5 <SEP> 51.4
<tb>