CH391689A - Verfahren zur Herstellung von Acetylen durch thermische Spaltung von Kohlenwasserstoffen - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren zur Herstellung von Acetylen durch thermische Spaltung von
Kohlenwasserstoffen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Acetylen durch thermische Spaltung von gas- oder dampfförmigen Kohlenwasserstoffen und rasche Abkühlung der Reaktionsgase durch Einführung von Wasser.



   Es ist bekannt, diese thermische Spaltung derart durchzuführen, dass gasförmige oder verdampfbare Kohlenwasserstoffe partiell oxydiert werden und die dabei erzeugte Wärme für die thermische Spaltung verwendet wird, wobei man die Reaktionsteilnehmer gemeinsam oder vorzugsweise getrennt vorwärmt, das Gemisch dem Reaktionsraum zuführt, in einer Flamme umsetzt und dann die Reaktionsgase rasch abkühlt. Diese rasche Abkühlung erfolgt zweckmässig durch Einführung von Wasser in die Reaktionsgase.



  Diese partielle Oxydation der Kohlenwasserstoffe ist eine der verschiedenen Arten, nach denen die thermische Spaltung der Kohlenwasserstoffe durchgeführt werden kann.



   Um eine möglichst hohe Ausbeute an Acetylen zu erzielen, ist es notwendig, die Reaktion nach einer möglichst genau definierten Zeit, die durch die Vor  wärmtemperatur    der Gase, das Mischungsverhältnis zwischen   Kohlenwasserstoff    und Sauerstoff sowie die Gestalt und Abmessungen der Reaktionsapparatur bestimmt wird, abzuschrecken. Ist die Geschwindigkeit des Abschreckens nicht gross genug, so macht sich dies durch geringeren Acetylengehalt und höheren Russgehalt in den Reaktionsgasen bemerkbar.



   Bei Apparaten mit einem Durchsatz, wie er bei der technischen Durchführung des Verfahrens in Betracht kommt, ist die abzuführende Wärmemenge recht beträchtlich. Man hat daher das zum Abschrekken dienende Wasser möglichst fein aufgeteilt, um eine ausreichende Fläche zur Übertragung der Wärme vom abzuschreckenden Gas auf das Wasser zu erzielen. Je grösser die Dimensionen der Apparate werden, desto   schwieriger ist es    jedoch, das Wasser in Form feiner Tropfen tief genug in den Gas strom einzubringen. Dies gilt besonders für höhere Gasgeschwindigkeiten. Die Reibung zwischen den Wassertropfen und dem Gasstrom lenkt die Bahn der eindringenden Wassertropfen ab, so dass im allgemeinen in der Mitte des Gasstromes zu einer späteren Zeit abgeschreckt wird als am Rand.



   Es wurde nun gefunden, dass sich diese Schwierigkeiten wirksam beheben lassen, wenn man das zum Abschrecken dienende Wasser in Form unzerteilter Strahlen einführt und dabei die Dicke der Strahlen d und den Wasserdruck Pw vor den Austrittsöffnungen der Wasserdüsen für einen Gasstrom mit gegebenem Staudruck PG und die Eindringtiefe a des Wassers in den Gasstrom so wählt, dass der Zahlenwert des Produkts (Pw :   PG)      (d:    a) zwischen 1 und 15 liegt. Bei der Berechnung dieses Wertes werden die Druckwerte in atü und die Längenwerte in mm angesetzt. Die gewünschte grössere Eindringtiefe a lässt sich durch Vergrösserung der Dicke d des Wasserstrahles, die im allgemeinen von der Grösse der Austrittsöffnung für den Wasserstrahl abhängt, und/oder durch Erhöhung des Wasserdruckes Pw vor der Austrittsöffnung erzielen.

   Die Eindüsung des Wasserstrahles erfolgt durch die kinetische Energie des abzuschreckenden Gasstromes selbst, die aus dem Mass des Staudrucks PG berechnet werden kann. Der   Staudruck ; PG    ist bekanntlich das halbe Produkt aus der Dichte des Gases und dem Quadrat seiner linearen Geschwindigkeit.  



   Die Wasserstrahlen sollen in der Regel geneigt, vorzugsweise senkrecht zur Gasströmung eingeführt werden.



   Besonders günstige Ergebnisse werden erzielt, wenn man mit Strahlen verschiedener Eindringtiefe arbeitet. Es lassen sich so die von einer Gruppe von Strahlen gleicher Eindringtiefe nicht bedeckten Sektoren des Gasstromes durch Strahlen einer anderen Gruppe mit anderer Eindringtiefe ausfüllen und so die zugeführten Wassermengen gleichmässig über den gesamten Querschnitt verteilen.



   Da es schwierig ist, eine Auflösung eines unzerteilten Strahles am Rand eines Gas stromes zu erzielen, ergibt sich eine weitere Verbesserung des Verfahrens, wenn man die Randbezirke des Gasstromes durch zusätzliche Einspritzung von Wasser in Form feiner Tröpfchen abschreckt. Bei genügender Menge dieses feinverteilten Wassers und bei gleichmässiger Anordnung der Austrittsöffnungen für dieses Wasser rings um den Gasstrom lässt sich erreichen, dass das Gas von einem Mantel aus feinverteiltem Wasser vollständig umhüllt wird. Dies bewirkt eine weitere Steigerung der Ausbeute an Acetylen, da sich keine Anteile des Gasstromes der Einwirkung des Wassers entziehen können.



   Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens kann die für die thermische Spaltung benötigte Wärme durch partielle Oxydation von Kohlenwasserstoffen erzeugt werden oder von anderen Quellen, z. B. einem elektrischen Lichtbogen, stammen.



   Beispiel 1 a) In einem Vorwärmer werden 2000   Nm3/h    Methan auf eine Temperatur von 5400 und in einem zweiten Vorwärmer 1150 Nm3/h Sauerstoff ebenfalls auf eine Temperatur von 5400 erhitzt. Die heissen Gase werden einer Mischvorrichtung zugeführt. Nach vollständiger Durchmischung tritt das Gemisch durch parallele Kanäle in den Reaktionsraum ein, wo das Methan mit dem Sauerstoff unter Flammenbildung reagiert. Der Durchmesser des Stromes der Reaktionsgase am Austritt aus dem Reaktionsraum beträgt 400 mm, der Staudruck PG beträgt   2,2       10-3    at. Die Reaktionsgase werden in der Weise rasch abgekühlt, dass aus vierzig Zerstäuberdüsen insgesamt 16 m3/h Wasser in feinen Tröpfchen in den Gas strom eingesprüht werden.

   Man erhält ein Gasgemisch, das 7,82   Vol.%    Acetylen enthält und 4,28 g/m3 Russ mit sich führt. b) Man arbeitet unter den gleichen Bedingungen, ändert aber die Abschreckung der Reaktionsgase in der Weise ab, dass zusätzlich aus zwölf Düsen mit einem Durchmesser d von 2,8 mm unzerteilte Wasserstrahlen unter einem Druck Pw von 0,8 atü in den Gas strom eingepritzt werden. Die Wasserstrahlen dringen bis zur Mitte des Reaktionsraumes, also ist a = 200 mm. Der Wert des Produktes   (pw    : PG)   (d:    a) beträgt demnach   12,?.    Man erhält ein Gasgemisch mit 8,15   Vol.%    Acetylen und einem Russgehalt von 3,65   g/m3.   



   Beispiel 2 a) In der im Beispiel 1 beschriebenen Weise werden 1600 Nm3/h Methan und 890 Nm3/h Sauerstoff getrennt auf je 6400 erhitzt, gemischt und umgesetzt. Der Durchmesser des Stromes der Reaktionsgase am Austritt aus dem Reaktionsraum beträgt   265 mm, der Staudruck (p (;) beträgt 7,3 10-3 at.   



  Die Reaktionsgase werden durch 40 Zerstäuberdüsen mit insgesamt 16 m3/h feinverteiltem Wasser abgekühlt. Man erhält ein Gasgemisch mit 8,05   Vol.%    Acetylen und 2,36 g/m3 Russ. b) Man arbeitet unter den gleichen Bedingungen, spritzt aber zusätzlich aus zwölf Düsen mit einem Durchmesser von 2,8 mm unzerteilte Wasserstrahlen unter einem Druck Pw von 1,5 atü in den Gasstrom ein. Der Wert des oben angeführten Produktes ist    dann (1,5 : 7,3. 10-3) (2,8 :132,5) 4,3. Man er-    hält ein Gasgemisch mit 8,31   Vor.%)    Acetylen und 1,94 g/m3 Russ. c) Man arbeitet unter den gleichen Bedingungen wie unter a) und b) angegeben, spritzt aber aus zwölf weiteren Düsen mit einem Durchmesser von 2 mm unzerteilte Wasserstrahlen unter einem Druck   #w    von 1,2 atü ein.

   Diese Düsen sind so angeordnet, dass ihre Strahlen in den Sektoren zwischen den Strahlen der zwölf zusätzlichen, unter b) angegebenen Düsen eindringen. Die Strahlen zerteilen sich nach einem Viertel des Durchmessers, also ist a = 264/4 =   61,25    mm. Der Wert des oben angeführten Produktes beträgt dann 5,4. Man erhält ein Gasgemisch mit 8,52 Vol.% Acetylen und 1,77 g/m3 Russ.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung von Acetylen durch thermische Spaltung gasförmiger oder verdampfter Kohlenwasserstoffe und rasche Abkühlung der Reaktionsgase durch Einführung von Wasser in den Gasstrom, dadurch gekennzeichnet, dass man das Wasser in Form unzerteilter Strahlen einführt und dass man dabei die Dicke der Strahlen (cd) und den Wasserdruck (Pw) vor den Austrittsöffnungen der Wasserdüsen für einen Gasstrom mit gegebenem Staudruck (p,) und die Eindringtiefe (a) des Wassers in den Gasstrom so wählt, dass der Zahlenwert des Produktes (Pw : Pl) (d: a) zwischen 1 und 15 liegt.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man das Wasser durch mehrere Austrittsöffnungen einführt und die Dicke der einzelnen Strahlen und/oder den Wasserdruck so wählt, dass das Wasser möglichst gleichmässig über den Querschnitt des Gasstromes verteilt wird.

   2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man zusätzlich zerstäubtes Wasser derart einführt, dass der Gasstrom von Wassertröpfchen umhüllt wird.