BE603542A

BE603542A -

Info

Publication number: BE603542A
Authority: BE

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



    "WERKWIJZE   TER BEREIDING VAN ACETYLEEN   BEVATTENDE  
GASMEN GSELS" 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 
De uitvinding heeft betrekking op de bereiding van acetyleen bevattende gasmengsels, zoals deze kunnen worden verkregen door geschikte koolwaterstoffen of koolwaterstof- mengsels te injecteren in hete verbrandingsgassen, waarna de verkregen acetyleen bevattende gasmengsels worden afgeschrikt. 



   Zo heeft de Belgische octrooiaanvrage No.   477,930   betrekking op een werkwijze ter bereiding van acetyleen bevattende gasmengsels, die 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 verbrandings- zone wordt gevoerd via een centrale opening in een eindwand van de genoemde 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 toroldale wervelvlam wordt gevormd, dat een koolwaterstof of' een mengsel van koolwaterstoffen wordt gemengd met de verkregen hete verbrandingsgassen in een daaropvolgende kraakzone,

   waarin de genoemde koolwaterstof of het mengsel van koolwaterstoffen althans gedeeltelijk wordt omgezet in acetyleen bij temperaturen van ten minste 1000 C, en dat het verkregen acetyleen bevattende gasmengsel wordt afgeschrikt. 



   Ten einde een maximaal thermisch nuttig effect van de werkwijze te verkrijgen dient een volledige verbranding van de brandstof zo dicht mogelijk te worden benaderd ;   dat in de hierboven genoemde aanvrage is vermeld, dat de   brandstof dient te worden verbrand met een althans nagenoeg stoechiometrische hoeveelheid zuurstof. 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 



   De temperatuur waaraan het koolwaterstofmateriaal wordt onderworpen dient zo hoog mogelijk te zijn, aangezien bij hogere temperaturen grotere acetyleenopbrengsten worden verkregen. Dit verklaart waarom de verbrandingsgassen waarmee het koolwaterstofmateriaal moet worden gemengd, in principe een zo hoog mogelijke temperatuur dienen te hebben. De bovenste temperatuurlimiet wordt voornamelijk bepaald door de bestendig- heid van het gebezigde constructiemateriaal in kwestie tegen hoge temperaturen en chemische aantasting, en het is derhalve gewenst de temperaturen waarop de verbrandingsgassen worden verkregen op een gewenste maximale waarde te houden. 



   De juiste temperatuur wordt gewoonlijk verkregen door aan de verbrandingsinrichting een voldoenae hoeveelheid stoom toe te voegen. Van het standpunt van thermisch nuttig effect gezien is deze toevoeging van stoom niet aantrekkelijk, aangezien thermische energie nodig is om deze stoom op de reactietemperatuur te brengen, terwijl de stoom na de kraak- reactie uit het reactiemengsel moet worden gecondenseerd. 



   Er is nu gevonden, dat het gebruik van een   verbranGings-   techniek in twee trappen een nagenoeg volledige verbranding van brandstoffen, waaronder waterstof en koolstofhoudende brandstoffen, mogelijk maakt, met een stoechiometrische hoeveelheid zuurstof en een minimale toevoeging van stoom. 



   De uitvinding heeft derhalve betrekking op een werkwijze voor de bereiding van acetyleen bevattende gas- mengsels, welke werkwijze hierdoor is gekenmerkt, dat een brandstof bevattende stroom met een zuurstof bevattende stroom gedeeltelijk wordt verbrand, waarbij de ene stroom in de vorm van een holle kegel in een cilindrische of nagenoeg cilindrische eerste verbrandingszone wordt gevoerd via een 

 <Desc/Clms Page number 4> 

 centrale opening in een eindwand van de genoemde 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 toroidale wervelvlam wordt gevormd, dat de aan de eerste verbrandingszone toegevoegde hoeveelheid zuurstof minder is dan   90%   van de voor volledige verbranding van de brandstof vereiste hoeveel- heid.

   dat de hete verbrandingsgassen naar een tweede ver- brandingszone worden gevoerd waarin deze gassen worden ver- brand met een zuurstof bevattend gas dat met de hete ver- brandingsgassen wordt gemengd in een zodanige hoeveelheid, dat de totale hoeveelheid zuurstof die aan de eerste en tweede verbrandingszone wordt toegevoerd, tussen 80 en 100% bedraagt van de hoeveelheid die nodig is voor volledige ver- branding van de aan de eerste verbrandingszone toegevoerde brandstof, dat een koolwaterstof of een mengsel van kool- waterstoffen wordt gemengd met de verkregen hete verbran- dingsgassen in een daaropvolgende Kraakzone, waarin de ge- noemde koolwaterstof of het mengsel van koolwaterstoffen althans gedeeltelijk wordt omgezet in acetyleen bij tempe- raturen van ten minste 1000 C, en dat het verkregen acety- leen bevattende gasmengsel wordt afgeschrikt. 



   Een geschikte inrichting voor het uitvoeren van de gedeeltelijke verbrandingstrap is o.a. bekend uit het Britse   octrooischrift   No. 780.120. 



   Geschikte brandstoffen zijn waterstof en koolwater- stoffen of   koolwaterstofmengsels,   zoals aardoliefracties. 



  Gasvormige stoffen en laag-kokende aardoliefracties kunnen als brandstof worden toegepast, maar zelfs goedkope stoffen 

 <Desc/Clms Page number 5> 

 zoals asfalt, aardolieresiduen, ruwe olie en lichte en zware stookolie, kunnen bij de onderhavige werkwijze worden gebezigd. 



  De brandstof bevattende stroom kan ook andere bestanddelen, zoals bijvoorbeeld   stoom,bevatten,   die kunnen zijn toegevoegd om het verdampen en/of verstuiven van de brandstof te bevorderen. 



   De aan de eerste verbrandingszone toegevoerde zuurstof bevattende stroom kan technische   zuurstof, met   zuurstof verrijkte lucht of lucht zijn. Andere gassen of dampen, zoals bijvoorbeeld stoom, kunnen zijn toegevoegd. De aan de eerste verbrandingszone toegevoerde hoeveelheid zuurstof bedraagt minder dan 90% van de voor volledige verbranding van de brandstof benodigde hoeveelheid. Bij voorkeur wordt   35-50%   van deze hoeveelheid toegevoerd. 



   Het verdient aanbeveling althans een der beide, aan de eerste verbrandingszone toegevoerde, stromen tot een verhoogde temperatuur voor te verwarmen, bijvoorbeeld gelegen tussen 100 en   850 C.   



   Als regel wordt de brandstof bevattende stroom via de centrale opening in de eerste 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 de zuurstof bevattende stroom via de centrale opening en de brandstof bevattende stroom via de   ringvormige   opening toe te voeren. 



  Dit geldt in het bijzonder vcor die gevallen waarin de laatste stroom de verbrandingsruimte slechts in de vorm van gassen en/of dampen binnenkomt, hetgeen gewoonlijk het geval is wanneer als brandstof een normaliter gasvormige koolwaterstof of koolwaterstofmengsel of een benzinefractie wordt toegepast. 

 <Desc/Clms Page number 6> 

 



   De temperatuur van de in de eerste verbrandingszone verkregen hete verbrandingsgassen dient ten minste   1300 C   te bedragen, en bij voorkeur tussen 1400 C en   20000.   



   De hoeveelheid zuurstof bevattend gas die aan de tweede verbrandingszone wordt toegevoerd dient zodanig te 
 EMI6.1 
 ijn dat de totalz hceveclhaid ëa,.v.-..-..u...rs. \jLiL3 n de cer--te en de tweede verbrandingszone wordt toegevoerd gelijk is aan   80-100%   van de hoeveelheid die nodig is voor de volledige verbranding van de aan de eerste verbrandingszone toegevoerde brandstof. Hoeveelheden tussen 93% en   98%   verdienen de voorkeur. 



   Het zuurstof bevattende gas dat aan de tweede verbrandingszone wordt toegevoerd dient bij voorkeur tot een verhoogde temperatuur te worden voorverwarmd, bijvoorbeeld tussen 100 C en 850 C. Het kan op een of meer punten in deze tweede zone worden ingevoerd. 



   Deze zuurstof bevattende stroom kan bijvoorbeeld technische zuurstof, met zuurstof verrijkte lucht of lucht zijn. 



   Zoals reeds in het voorgaande vermeld, kunnen de brandstof en/of de zuurstof bevattende stroom die aan de eerste verbrandingszone worden toegevoerd en/of het(de) aan de kraakzone toegevoerde (mengsel van) koolwaterstof(fen) stoom bevatten. De totale hoeveelheid stoom bedraagt bij voorkeur tussen 3 en 8 kg stoom per kg brandstof. 



   De koolwaterstof of het mengsel van koolwaterstoffen die (dat) in de kraakzone met de hete verbrandingsgassen wordt gemengd heeft bij voorkeur een kookpunt beneden 400 C; de stof- fen die het meest de voorkeur genieten zijn die, welke een hoog gehalte   aan.   paraifinen met rechte keten bevatten. 

 <Desc/Clms Page number 7> 

 



   Bijzonder geschikte stoffen zijn normaliter vloeibare, door rechtstreekse destillatie verkregen aardoliefracties met een eindkookpunt lager dan   12000,   alsmede normaliter gasvormige koolwater- stoffen en mengsels daarvan. 
 EMI7.1 
 



  Het is :nedsr cm bcvclcnG&Qrdi dit koolwaterstofmateriaal, alvorens het in de hete ver-   brandingsgassen   te voeren, voor te   verwarmen,   bij voorkeur tot een temperatuur van ongeveer   j00 C   tot 600 C,   waarbij   een enigszins aanzienlijke cokesvorming wordt voor-komen. Bovendien verdient het sterk de voor- keur, 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 kraaksone met de hete verbrandingsgassen wordt gemengd, bedraagt   gewoonlijk   tussen 1 en 5 kg per kg brandstof, en bij voorkeur tussen 2 en 4 kg per kg brandstof. 



   De koolwaterstoffen die in de kraakzone met de hete   verbrandingsgassen   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 dient de tijd, gedurende welke de kraakreacties op deze   hoge   temperaturen plaatsvinden, betrekkelijk kort te worden gehouden, bij voorkeur korter dan   5.10-3   seconden. de toevoeging van het 
 EMI7.2 
 koolwaterstofsateriaal aan de verbrandingsgassen Wa.= o een of meer punten in de kraakzone geschieden. 



   De druk in de kraakzone dient bij voorkeur beneden 5 kg/cm2 abs. te werden gehouden. 

 <Desc/Clms Page number 8> 

 



   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 plotselinge      afkoeling dient de temperatuur zo snel mogelijk te dalen tot een waarde waarbij acetyleen meta-stabiel is. De reactietijd kan worden beheerst door het instellen van de afstand tussen      het punt of de punten waarop het koolwaterstofmateriaal met de hete verbrandingsgassen wordt gemengd en het punt of de punten waarop de afschrikvloeistof wordt toegevoerd, en/of door de druk in de kraakzone op een geschikte waarde in te stellen. 



   De temperatuur dient na de   fkoeling   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 gedeeltelijk verbrand door de stookolie in de vorm van een holle kegel in een nagenoeg cilindrische verbrandingszone te voeren via een centrale opening in een eindwand van de genoemde zone, terwijl technische zuurstof (95% O2), tezamen met stoom, via een ringvormige opening in dezelfde eindwand, met een om de hartlijn roterende beweging werd toegevoerd, een en ander zodanig dat een dubbele   torotdale   wervelvlam werd gevormd. In de verkregen verbrandings- gassen werd in een buisvormige verbrandingszone een verdere hoeveelheid zuurstof gevoerd, waardoor een nagenoeg volledige verbranding van de primaire verbrandingsgassen werd verkregen. 

 <Desc/Clms Page number 9> 

 



   Een naftafractie met een kookpunt tussen 34 C en 110 C werd verhit tot   200 C -     300 C,   en de verkregen dampen alsmede stoom werden gemengd met de hete ver- brandingsgassen die werden verkregen door de in het voorgaande beschreven verbranding in twee trappen van de zware stookolie. 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 omgevings- temperatuur afgekoeld. 



   De toegepaste   bedrijfsomstandigheden   en de ge- vonden gassamenstellingen zijn in de bijgaande tabel aangegeven (proef No. l). Ter vergelijking bevat deze tabel ook gegevens (proef No. 2) over een proef, waarbij een nagenoeg stoechiometrische hoeveelheid zuurstof werd toegepast in één verbrandingstrap in plaats van in twee. 



  Uit een vergelijking van de cijfers voor deze proeven blijkt   duideli jk,   dat de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding vrijwel dezelfde acetyleenopbrengst geeft op gepyrolyseerde nafta, met zeer   aanzienlijk   lagere ver- bruikscijfers aan zuurstof, stoom en brandstof. Bovendien heeft het volgens de uitvinding verkregen gas slechts een betrekkelijk gering gehalte aan ongewenst CO2, doch een zeer hoog gehalte aan acetyleen en de waardevolle componenten CO en H2. 



  Troef   Verbrandingstrap   I 1 2   Viscositeit van de brandstof (Sec. Redwood I bij 38 C) 3000 3000   Verhouding zuurstof/brandstof, Nm3/kg 2,00 2,24 Verhouding stoom/brandstof, kg/kg 6,6 10,25   Vlamtemperatuur, C   1450 1450 

 <Desc/Clms Page number 10> 

 
 EMI10.1 
 , "".... 's ¯ , . ¯ , -.-; -oio. ;-"''';'1';f::'ii'-<');Y/..t:''''f''''-(''',f''--''-r....- .:

   Verbranáing8tra II /""" .' "'¯'T''I'Ó#Ïfl" '2"' ' .- Verhouding   zuurstof/brandstof,     Nm3/kg   0,23 
 EMI10.2 
 V2.,-,mtemperatuur, 00 1685   Kraaktrap   
 EMI10.3 
 Verhouding j2af -'V ar/brandstof kg/kg 1,50 0,49    Verhouding stoom/nafta, kg/kg 0,25 0,25 Voorverwarmingstemperatuur van de nafta, 0 255 210   Druk, kg/cm2 (overdruk) 2 2 Reactietijd, 10-3 sec.

   3 3 Proef Analyse van (droog) gasprodukt   (vol.%)   
CO2 39,8 67,6 
CO 8,6 2,6 
H2 24,9 14,0 
N2 0,3 0,6 
CH4 10,7 5,0 
C2H2 7,5 4,5 
C2H4 7,8 4,7 
C2H6 0,4 0,5   C3H6+   1,5 0,5 
O2 0,0 0,0   Verbruikscijfers   Zuurstofverbruik op verkregen acetyleen, 6,45 17,8 Nm3/kg Brandstofverbruik op verkregen acetyleen, kg/kg 2,9 7,9 Stoomverbruik op verkregen acetyleen, 20,2 82,0 kg/kg Opbrengst   (gew.%)   op gepyroliseerde   nafta:   
C2H2 27,5 30,9 
C2H4 31,0 34,7 totaal 58,5 65,6 

 <Desc/Clms Page number 11>

Claims

op toegevoerde nafta: C2H2 23,1 25,8 02H4 26,0 29.0 49,1 54,8 C O N C L U S I E S 1. Werkwijze voor de bereiding van acetyleen bevattende gasmengsels, met het kenmerk, dat een 'brandstof bevattende stroom gedeeltelijk werdt verbrand met een zuurstof bevattende stroom, door de ene stroom in de vorm van een holle kegel in een cilindrische of nagenoeg cilindrische eerste verbrandings- zone te voeren via een centrale opening in een eindwand van deze zone, terwijl , andere stroom door een ringvormige opening in dezelfde eindwand worat toegevoerd met een om de hartlijn roterende beweging, een en ander zodanig dat een dubbele toroidale wervelvlam wordt gevormd,

dat de aan de eerste verbrandingszone toegevoerde hoeveelheid zuurstof minder dan 90% bedraagt van de voor volledige verbranding van de brandstof benodigde hoeveelheid, dat de hete verbrandings- gassen naar een tweede verbrandingszone worden gevoerd waarin deze gassen worden verbrand met een zuurstof bevattend gas dat met de hete verbrandingsgassen wordt gemengd in een zodanige hoeveelheid, dat de totale hoeveelheid zuurstof die aan de eerste en tweede verbrandingszone wordt toegevoerd, tussen 80% en 100% bedraagt van de hoeveelheid die nodig is voor de volledige verbranding van de aan de eerste verbrandingszone toegevoerde brandstof, dat een koolwaterstof of een mengsel van koolwaterstoffen wordt gemengd met de verkregen hete verbrandingsgassen in een daaropvolgende kraakzone,

waarin de genoemde koolwaterstof of het mengsel van koolwaterstoffen althans gedeeltelijk wordt omgezet in acetyleen bij tempe- raturen van ten minste 1000 C, en dat het verkregen acetyleen bevattende gasmengsel wordt afgeschrikt. <Desc/Clms Page number 12> 2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de hoeveelheid zuurstof in de aan ds eerste ver- brandingszone toegevoerde zuurstof bevattende stroon ongeveer 35 - 50% bedraagt van de voor volledige ver- EMI12.1 t=ldil1g vsn do rt0f beno4#±4a hoeveelheid.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de totale hoeveelheid zuurstof die aan de eerste en tweede verbrandingszone wordt toegevoegd, ongeveer 93 - 98% bedraagt van de voor volledige ver- branding van de aan de eerste verbrandingszone toege- voerde brandstof benodigde hoeveelheid.

4. Werkwijze volgens een of meer der conclusies 1 - 3, met het kenmerk, dat de brandstof bevattende stroom en/of de eerste zuurstof bevattende stroom en/of het koolwaterstofmateriaal stoom bevatten, bij voorkeur in een totale hoeveelheid van ongeveer 3 - 8 kg per kg brandstof.

5. Werkwijze volgens een of meer der conclusies 1 - 4, met het kenmerk, dat de brandstof bevattende stroom en/of een of meer der zuurstof bevattende stromen die naar de eerste en/of de tweede verbran- dingszone moeten worden gevoerd, tot een verhoogde temperatuur worden voorverwarmd, bij voorkeur tot ongeveer 100 - 850 C.

6. Werkwijze volgens een of meer der conclusies 1 - 5, met het kenmerk, dat de temperatuur van de hete verbrandingsgassen ten minste 130000 en bij voorkeur ongeveer 1400 - 2000 C bedraagt.

7. Werkwijze volgens een of meer der voorgaande <Desc/Clms Page number 13> conclusier, net het kenmerk, dat de koolwaterstof of het menjsel van koolwaterstoffen, dat naar de kraak- zone moet worden gevoerd, kookt beneden 400 C.

8. Werkwijze volgens een of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de koolwaterstof of het mengsel van koolwaterstoffen dat naar de kraak- zone moet worden gevoerd, een hoog gehalte aan paraffinen met rechte keten bevat.

9. Werkwijze volgens een of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de naar de kraak- zone te voeren koolwaterstof of het mengsel van koolwaterstoffen een normaliter vloeibare, door rechtstreekse destillatie verkregen aardoliefractie is, met een eindkookpunt beneden 120 C.

10. Werkwijze volgens een of meer der conclusies 1- 9, met het kenmerk, dat de naar de kraakzone te voeren koolwaterstof of mengsel van koolwaterstoffen een normaliter gasvormige koolwaterstof of een mengsel van zulke koolwater- stoffen is.

11. Werkwijze volgens een of meer der voor- gaande conclusies, met het kenmerk, dat de naar de kraak zone te voeren koolwaterstof of het mengsel van koolwaterstoffen alvorens in de hete verbrandingsgassen te worden geleid, tot een ver- hoogde temperatuur wordt voorverwarmd, bij voor- keur tot een temperatuur van ongeveer 300 - 600 C.

12. Werkwijze volgens een of meer der voor- gaande conclusies, met het kenmerkt dat de <Desc/Clms Page number 14> koolwaterstof of het mengsel van koolwaterstoffen geheel in de dampfase met de hete verbrandingsgassen in de kraakzone worden gemengd.

13. Werkwijze volgens een of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de naar de kraakzone te voeren hoeveelheid koolwaterstofmateriaal ongeveer 1 - 5 kg per kg brandstof, bij voorkeur ongeveer 2 - 4 kg per kg brandstof,bedraagt.

14. Werkwijze volgens een of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de verblijftijd van het reactiemengsel in de kraakzone betrekkelijk kort wordt gehouden, bij voorkeur korter dan 5,10-3 sec.

15 Werkwijze volgens een of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de druk in de kraak- zone lager is dan 5 kg/cm2 abs.

16. Werkwijze volgens een of meer der voor- gaande conclusies, met het kenmerk, dat de reactie- tijd wordt geregeld door instelling van de afstand tussen het punt of de punten, waarop het koolwater- stofmateriaal wordt gemengd met de hete verbrandings- gassen en het punt of de punten, waarop de afschrik- vloeistof wordt toegevoerd, en/of door de druk in de kraakzone op een geschikte waarde in te stellen.

17. Werkwijze volgens een of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de temperatuur van het acetyleen bevattende gasmengsel na het afschrikken lager is dan 600 C.

18. Werkwijze volgens een of meer der voorgaande <Desc/Clms Page number 15> . conclusies, met het kenmerk, dat het afgeschrikte gasmengsel verder wordt verwerkt voor de concentratie en winning van acetyleen daaruit.

19. Acetyleen bevattende gasmengsels, bereid met behulp van de werkwijze volgens een of meer der conclusies 1 - 17.

20. Acetyleen, bereid met behulp van de werkwijze volgens conclusie 18.