Verfahren zur schnellen Löschung von Pyrolyse-Öfen zur teilweisenVerbrennung von Kohlenwasserstoffen und Ofen zur Durchführung des Verfahrens
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur schnellen Löschung von Pyrolyse-Öfen zur teilweisen Verbrennung von Kohlenwasserstoffen, wie sie zur Erzeugung von ungesättigten Kohlenwasserstoffen, wie Acetylen und Olefinen oder Synthesegas, welches hauptsächlich aus Kohlenoxyd und Wasserstoff besteht, verwendet werden und auf einen solchen Ofen.
Es ist bekannt, dass diese Öfen für teilweise Verbrennung im wesentlichen folgende Teile aufweisen: eine Mischkammer für die Reaktionspartner (gasoder dampfförmiger Kohlenwasserstoff und' Sauerstoff), eine Kammer für die teilweise Verbrennung, welche mit der vorhergehenden Kammer durch einen Verteiler oder ein Verteilungsgitter für das Gasgemisch verbunden ist und eine Vorrichtung zum plötzlichen Abkühlen der Pyrolyseprodukte.
Es ist ebenso bekannt, dass man, um den Sauerstoffverbrauch zu vermindern, die Reaktionspartner auf höhere Temperaturen vorerhitzt, welche Temperatur jedoch niedriger ist als jene, die eine Selbstentzündung des Kohlenwasserstoffes in der Mischkammer hervorrufen würde. Um zu vermeiden, dass die sich in der Verbrennungskammer bildende Flamme in die Mischkammer übergreift, regelt man die Geschwindigkeit der gasförmigen Reagenzien derart, dass sie grösser ist als jene, mit der sich die Flamme ausbreitet.
Infolge zufälliger Ursachen, wie Veränderungen in der Fördermenge oder in der Zusammensetzung der gasförmigen Reaktionspartner, kann ein Zurückschlagen der Flamme eintreten, wobei sich der zu pyrolysierende Kohlenwasserstoff in der Mischkammer entzündet. Es ist dann notwendig, diese Flamme so schnell als möglich zu löschen, um beträchtliche Beschädigungen oder sogar eine vollkommene Zerstörung des Verteilers und der Mischkammer zu vermeiden.
Hierzu wurden schon zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen vorgeschlagen und ausprobiert, welche jedoch nicht vollkommen befriedigten, weil die EmpX findlichkeit der Vorrichtung zur Feststellung einer vorzeitigen Verbrennung in der Mischkammer zu gering ist und weil die zur Löschung des Ofens ergriffenen Massnahmen, hauptsächlich das Einblasen von Stickstoff in die Kammer und Ersatz der reagierenden Gasströme durch Stickstoffströme, nicht rasch genug und nicht ausreichend wirksam sind.
Gemäss der vorliegenden Erfindung werden diese Nachteile behoben und die Löschung des Ofens gelingt im Falle einer Vorzündung in der Mischkammer im Bruchteil einer Sekunde.
Das Verfahren besteht darin, dass von einem am Grund der Mischkammer, in der Nähe des Verteilers angeordneten, ungeschützten Thermoelement infolge der plötzlichen Temperaturerhöhung, z. B. bei Auftreten einer Vorzündung in dieser Kammer, ein Impuls zu einem elektromagnetischen Steuerrelais gesendet wird, wodurch automatisch und gleichzeitig folgende Vorgänge ausgelöst werden: a) Schliessung der Zuleitungen der gasförmigen Reaktionspartner mit Hilfe von Schiebern, welche am kalten Teil dieser Leitungen angeordnet sind, d. h. vor den Vorwärmern der Reaktionspartner; b) Einführung von Stickstoff in die Zuführungsleitung für den zu pyrolysierenden Kohlenwasserstoff ; c) Blockierung des Sauerstoffes, welcher sich im Vorwärmer befindet, indem Stickstoff unmittelbar vor der Mischkammer in die Sauerstoffleitung eingeführt wird; d) Schliessung der Ausgangsleitung für die Pyrolysegase;
e) Öffnung eines Ventils, durch welches die Gase aus dem Pyrolyseofen in die Luft abgeblasen werden; ss Einführung von Stickstoff in die Sauerstoffzuleitung unmittelbar hinter dem Sperrschieber dieser Leitung, nach einer Zeit, die ausreichend ist, um das Ausblasen der Zuführungsleitung von Kohlenwasserstoff zu vollenden; g) Schliessung der Heizvorrichtungen der Vorwärmer.
Diese verschiedenen Vorgänge des Öffnens und Schliessens von Leitungen werden zweckmässig mit Hilfe von automatischen Schiebern ausgeführt, die im Falle der Vorgänge a), e) und g) gleichzeitig, im Falle des Vorganges mit einer gewissen Verzögerung durch das Thermoelement gesteuert werden, welches bei einer Vorzündung in der Mischkammer einen Impuls an eine Vorrichtung sendet, die aus mehreren Relais mit elektromagnetischen Kontakten besteht, wobei jeder Schieber von einem ihm zugeordneten Relais gesteuert wird und jedes Relais einen elektromagnetischen Kontakt enthält.
Um dem Verfahren ein Maximum an Sicherheit zu geben, verwendet man vorteilhaft eine Ruhestromanlage, bei welcher durch das Thermoelement ein Impuls gesendet wird, der die Öffnung der Kontakte verursacht, so dass die Relais die automatische Betätigung der Schieber steuern.
Würde man das Arbeitsstromprinzip benützen, so ist immer zu befürchten, dass, beispielsweise durch Oxydation der Kontakte oder durch Ausfall der Speisespannung, die Funktion der Anlage in Frage gestellt sein kann.
Ein Beispiel der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird nachstehend an Hand der Zeichnung beschrieben, die eine Ausführungsform eines Pyrolyse-Ofens für teilweise Verbrennung von Kohlenwasserstoffen zu Acetylen darstellt, und zwar zeigt die Figur schematisch einen senkrechten Schnitt durch den Ofen.
Dieser Ofen enthält, um eine Berührung und eine innige Mischung der gasförmigen Reaktionspartner herzustellen, eine ringförmige Zone 1, welche auf einer ebenfalls ringförmigen Kammer 2 zur endgültigen Mischung aufgesetzt ist. Diese Kammer erweitert sich nach unten, indem sie einen zentralen, hohlen, konischen Kern 3 umschliesst, dessen Spitze sich in der Mitte des Verteilers 4 befindet. Der Verteiler 4 verbindet diese Mischkammer 2 mit der Pyrolysekammer 5, welche die Vorrichtung 6 zur plötzlichen Abkühlung der gebildeten Gase durch Quereinspritzung kalten Wassers enthält.
Die Leitung 7 mit dem automatischen Sperrschieber 8 und dem Vorwärmer 9 dient zur Zuführung des Sauerstoffes, und sie setzt sich im hohlen, zentralen Kern 3 fort. Die Leitung 10, die ebenfalls mit einem Sperrschieber 11 und einem Vorwärmer 12 versehen ist, dient zur Einführung des zu pyrolysierenden Kohlenwasserstoffes in die Mischvorrichtung der Reaktionspartner.
Die Sperrschieber 8 und 11 sind in den Leitungen 7 und 10 vor den Vorwärmern 9 und 12 angeordnet, wodurch eine vollkommene Abdichtung gewährleistet ist, welche nicht gesichert wäre, wenn sich die Schieber in den heissen Teilen der Leitungen befinden würden.
Die Leitung 13 für die Ableitung der abgekühlten Pyrolysegase zur Einrichtung für die Reinigung und Konzentration des Azetylens ist mit einem automatischen Sperrschieber 14 und einer Entlüftungsvorrichtung 15 versehen, um die Gase nach dem Schlie ssen dieses Schiebers ins Freie zu führen.
Die Vorrichtung, die auf eine Selbstzündung oder einen Rückschlag der Flamme in die Mischkammer anspricht, enthält ein ungeschütztes Thermoelement 16, welches nahe beim Verteiler 4 einige Zentimeter in die Mischkammer 2 hineinragt. Die Leitungen 17, 18 und 19, mit entsprechenden automatischen Schiebern 20, 21 und 22 versehen, dienen zum Einblasen von Stickstoff unter Druck, um im Falle einer Verbrennung in der Mischkammer 2 den Ofen rasch zu löschen.
Das blanke Thermoelement ist mit einem Relaissatz verbunden, welcher acht elektromagnetische Öff nungskontakte enthält, welche den Relais zugeordnet sind, die das Arbeiten der Schieber 8, 11, 14, 20, 21 und 22 und des nicht dargestellten Sperrschiebers in den Brennstoffkreisen, welche die Vorwärmer 9 und 12 speisen, steuern. Aus Gründen der Einfachheit und Klarheit des Schemas sind der Relaissatz und die verschiedenen elektronischen Verbindungen in der Zeichnung nicht dargestellt.
Im Zuge eines normalen Betriebes des Ofens für teilweise Verbrennung von Kohlenwasserstoffen sind die elektromagnetischen Kontakte geschlossen, die automatischen Schieber 20, 21 und 22 sind geschlossen und die Schieber 8, 11 und 14 sind geöffnet. Man führt den Verbrennungssauerstoff, welcher durch die Leitung 7 herangebracht wird und der im Vorwärmer 9 eine Temperatur von etwa 6000 erhalten hat, in die Ringzone 1 ein, wo er sich mit dem zu pyrolysierenden Kohlenwasserstoff mischt, der durch die Leitung 10 herangebracht wird und der im Vorwärmer 12 ebenfalls auf etwa 6000 vorgewärmt wurde. Die gasförmigen Reaktionspartner vollenden ihre Mischung in der Kammer 2 und dringen dann, indem sie durch die Kanäle des Verteilers 4 durchtreten, in die Pyrolysekammer 5 ein, wo sie sich entzünden.
Die gasförmigen Produkte der Reaktionsprodukte werden hierauf durch Quereinspritzung von Wasser mittels des Zerstäubers 6 abgekühlt und durch die Leitung 13 zur Einrichtung für die Reinigung und die Konzentration des Acetylens gebracht.
Im Falle eines Rückschlages der Flamme oder einer Selbstzündung in der Mischkammer 2 ergibt sich ein plötzlicher Temperaturanstieg, der praktisch augenblicklich von dem ungeschützten Thermoelement 16 erfasst wird, was durch Öffnen der Kontakte der Elektromagnete und Betätigung der Steuerrelais für die Schieber automatisch gleichzeitig folgende Wirkungen auslöst:
1. Schliessen der Sperrschieber 8 und 11 in den Zuführungen der gasförmigen Reaktionspartner. Die Schieber werden automatisch gesteuert und arbeiten schnell. Sie sind vorzugsweise als Fallschieber ausgebildet.
2. Automatisches Öffnen des Schiebers 22 für die Zuführung des Stickstoffes und unmittelbares Ausblasen der Leitung nach dem Sperrschieber 11 der Kohlenwasserstoffzuführungsleitung 10.
3. Automatisches Öffnen des Schiebers 20 für die Zuführung des Stickstoffes und Ausblasen der Leitung 7 unmittelbar beim Eintritt in die Mischkammer, derart, dass der in der Leitung 7 enthaltene Sauerstoff blockiert wird.
4. Automatisches Schliessen des Schiebers 14 in der Ausgangsleitung 13 für das Pyrolysegas, unmittelbar nach dem Pyrolyseofen, wodurch automatisch die Schutzeinrichtung 15 zum Herausführen der Gase ins Freie betätigt wird.
5. Schliessen der Heizvorrichtungen der Vorwärmer 9 und 12.
Nach einer genau vorher bestimmten Zeit, die notwendig ist, um die ganze Kohlenwasserstoffleitung nach dem Schieber 11 auszublasen, vermehrt um einen Sicherheitszuschlag von 50 /0, öffnet sich in der Stickstoffzuführung der automatische Schieber 21, wobei der Stickstoff eintritt und vom Schieber 8 abwärts den ganzen Sauerstoffkreis ausbläst.
Unter diesen Umständen erfolgt die Löschung der Flamme, welche sich in der Mischkammer 2 gebildet hat, praktisch augenblicklich, und zwar so, dass das ungeschützte Thermoelement 16, welches als Detektor in der Mischkammer angeordnet ist, nicht beschädigt wird.
Um die Wirksamkeit des erfindungsgemässen Verfahrens zu prüfen, wurden ungefähr zwanzig Frühzündungen des zu pyrolysierenden Kohlenwasserstoffes in der Mischkammer 2 herbeigeführt und man hat beobachtet, dass:
1. das ungeschützte Thermoelement weder geschmolzen war, noch irgendeine Verformung erlitten hat,
2. das Ansprechen des Thermoelements bei einer Vorzündung deutlich viel schneller war, als jenes eines direkt an der Mischkammer angeschlossenen und eine Verbrennung aus der Druckdifferenz zwischen dem unteren und dem oberen Teil dieser Kammer erfassenden Druckmessers, der ebenso als zusätzliche Sicherheitsvorrichtung vorgesehen war.