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Verfahren zur Herstellung von Acetylen aus Kohlenwasserstoffen und Sauerstoff
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Acetylen aus Kohlenwasserstoffen und Sauerstoff.
Es ist bekannt, Acetylen oder Acetylen und Äthylen aus gas-oder dampfförmigen Kohlenwasserstoffen durch partielle Oxydation mit Sauerstoff herzustellen, indem der Kohlenwasserstoff und der Sauerstoff vorzugsweise getrennt vorgewärmt, in einem Mischer zusammengeführt, gut durchmischt und in einem Reaktionsraum in einer Flammenreaktion umgesetzt werden. Dabei ist es wichtig, dass die Reaktion nur im Reaktionsraum stattfindet und nicht in den vorgeschalteten Mischraum übergreift oder dort bereits beginnt. Da sich die Reaktionsteilnehmer infolge der hohen Temperaturen schon an der Mischstelle in reaktionsfähigem Zustand befinden, muss eine vollständige Mischung in sehr kurzer Zeit erfolgen.
Als Mischeinrichtung, die diesen Forderungen weitgehend entspricht, hat sich eine langgestreckte Anordnung von vorzugsweise kreisförmigem Querschnitt, wie sie in der deutschen Patentschrift Nr. 895443 beschrieben ist, gut bewährt. Der Kohlenwasserstoff und der Sauerstoff treten mit grosser Geschwindigkeit in Strömungsrichtung ein. Nach dem Durchlaufen eines zylindrischen Rohres tritt das Gemisch in ein konisch erweitertes Rohr ein, in dem die Strömungsgeschwindigkeit herabgesetzt und die Durchmischung vervollständigt wird. Das fertige Gemisch verlässt den Mischer an dessen erweitertem Ende und tritt durch einen Verteilerblock in den Reaktionsraum ein.
Es ist bekannt, dass man mit dieser Mischeinrichtung besonders günstige Ergebnisse erzielen kann, wenn die Geschwindigkeit des Kohlenwasserstoffs grösser als die Geschwindigkeit des Sauerstoffs an der Mischstelle ist (deutsche Patentschrift Nr. 939992). Versuche mit gas-oder dampfförmigen Kohlenwasser- stoffen, deren Molekulargewicht grösser als das des Sauerstoffs ist, haben nun gezeigt, dass unter den oben geschilderten Bedingungen eine deutliche Verschlechterung der Ergebnisse eintritt. Das Kohlenwasserstoff-Sauerstoff-Gemisch neigt sehr leicht zu vorzeitigen Reaktionen im Mischraum, so dass Betriebsunterbrechungen notwendig werden und Beschädigungen der Mischerteile eintreten. Besonders gefährdet ist die Stelle im Mischer, an der der Sauerstoff und der Kohlenwasserstoff zusammentreffen.
Gegenstand der Erfindung ist die Herstellung von Acetylen ohne vorzeitige Zündung der Gase nach ihrer Vermischung. in einem kontinuierlichen Verfahren, das nicht oft unterbrochen werden muss.
Dies wird erzielt, wenn man bei Verwendung eines gas-oder dampfförmigen Kohlenwasserstoffs oder Kohlenwasserstoffgemisches, deren Molekulargewicht bzw. mittleres Molekulargewicht grösser als das des Sauerstoffs ist, die Strömungsgeschwindigkeit des Kohlenwasserstoffs oder Kohlenwasserstoffgemisches an der Mischstelle kleiner als die des Sauerstoffs wählt, wobei die Mindestgeschwindigkeit des Kohlenwasserstoffs oder Kohlenwasserstoffgemisches 100 m/sec beträgt. Dadurch ist die Betriebskontinuität des Brenners gewährleistet, was zur Folge hat, dass die Acetylenproduktion zunimmt.
Das Molekulargewicht des Sauerstoffs ist 32. Die Molekulargewichte der reinen Kohlenwasserstoffe sind die folgenden Methan 16, Äthan 30, Propan 44, Butan 58. Propan und Äthan enthaltende Mischungen haben also ein Molekulargewicht zwischen 30 und 44, das grösser als das des Sauerstoffs sein kann und durch Zumischung von Kohlenwasserstoffen mit mehr als 3 C-Atomen noch weiter ansteigen kann.
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Besonders günstige Ergebnisse werden erzielt, wenn das Verhältnis der Geschwindigkeit des Kohlen- wasserstoffs oder Kohlenwasserstoffgemisches zu der des Sauerstoffs gleich der Quadratwurzel aus dem
Verhältnis der Dichte des Sauerstoffs zu der des Kohlenwasserstoffs oder Kohlenwasserstoffgemisches ist.
Unter Dichte ist der Quotient aus Masse und Rauminhalt z. B. kg je mS zu verstehen.
Beispiel : In einem Vorwärmer werden je Stunde 600 kg Leichtbenzin auf eine Temperatur von 3600C und in einem zweiten Vorwärmer 450 Nm Sauerstoff ebenfalls auf eine Temperatur von 3600C er- hitzt. Der heisse Benzindampf und der heisse Sauerstoff werden einem Mischer gemäss der deutschen Patentschrift Nr. 895443 zugeführt, darin innig gemischt und anschliessend im Reaktionsraum einer Flammenreaktion unterworfen. Das auf eine Temperatur von 800C abgeschreckte Spaltgas enthält 100 ; 0 Acetylen.
Die Querschnitte der Mischvorrichtung sind so gewählt, dass die Geschwindigkeit des Sauerstoffs 250 m/sec und die Geschwindigkeit des Benzindampfs 150 m/sec beträgt, beide gemessen bei 360 C und 1 ata. Das Verhältnis der Geschwindigkeit des Kohlenwasserstoffs zu der des Sauerstoffs beträgt 0, 60, was-etwa gleich ist der Quadratwurzel aus dem Verhältnis der Dichte des Sauerstoffs zur Dampfdichte des Benzins.
Bei dieser Wahl des Geschwindigkeitsverhältnisses kann der Brenner eine lange Zeit ohne vorzeitige Reaktionen im Mischraum betrieben werden. Wichtig ist dabei, dass die. Geschwindigkeit des Benzindampfs nicht kleiner als 100 m/sec ist. Wurde diese Geschwindigkeitsgrenze unterschritten, so führten Vorzündungen im Mischraum zu Betriebsunterbrechungen und zum Teil zu Beschädigungen des Mischers.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Verfahren zur Herstellung von Acetylen aus Kohlenwasserstoffen und Sauerstoff durch Mischung der vorgewärmten Gase, unvollständige Verbrennung des Gemisches in einer Flammenreaktion und Abschreckung des heissen Spaltgases, dadurch gekennzeichnet, dass man bei Verwendung eines gas-oder dampfförmigen Kohlenwasserstoffs oder Kohlenwasserstoffgemisches, deren Molekulargewicht bzw. mittleres Molekulargewicht grösser als das des Sauerstoffs ist, die Strömungsgeschwindigkeit des Kohlenwasserstoffgemisches an der Mischstelle kleiner als die des Sauerstoffs wählt, wobei die Mindestgeschwindigkeit des Kohlenwasserstoffs oder Kohlenwasserstoffgemisches 100 m/sec beträgt.