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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Acetylen
Bekanntlich kann Acetylen im kontinuierlichen Verfahren durch teilweise Verbrennung von
Kohlenwasserstoffen mit einem die Verbrennung unterhaltenden Stoff hergestellt werden. Diese Ver- fahren bestehen entweder darin, dass der Kohlenwasserstoff in eine Flamme eingespritzt wird, die durch
Verbrennung von andern Kohlenwasserstoffen entsteht oder dass die Kohlenwasserstoffe mit dem die
Verbrennung unterhaltenden Stoff gemischt und zunächst vorerhitzt werden, worauf die Mischung ent- zündet wird. In beiden Fällen wird die Reaktion nach einer Verweilzeit der Gase von wenigen Hundertstel einer Sekunde in der Reaktionskammer mittels eines Wasserstrahles abgebrochen.
Es ist bekannt, dass diese Zeit sowohl von der Art des Kohlenwasserstoffes, welcher gekrackt wird und vom Sauerstoffgehalt des die Verbrennung unterhaltenden Stoffes als auch von der Vorerhitzungs- temperatur und dem Druck, unter welchem die Reaktion stattfindet, abhängt.
Ausserdem ist es bekannt, dass diese Zeit für einen bestimmten zu behandelnden Kohlenwasserstoff- strom, wenn die Reinheit der brennbaren Substanz, die Vorerhitzungstemperatur, Druck und Volumen der Reaktionskammer festliegt, von dem Abstand des Brennerblockes von der Zone abhängt, in welcher die schnelle Abkühlung stattfindet, wenn einmal der Querschnitt der Kammer festliegt.
Dieses Volumen wird bei kommerziellen Anlagen durch eine Serie von Versuchen bestimmt, gemäss welchen nach Zerlegung des Brennofens die notwendigen Modifikationen an der Reaktionskammer durch- geführt werden. Die derart eingestellte Reaktionskammer hat somit eine optimale Ausbildung nur für eine bestimmte Quantität und Qualität von Kohlenwasserstoffen, für einen gegebenen Arbeitsdruck und eine bestimmte Reinheit des die Verbrennung unterhaltenden Stoffes. Dadurch wird die Anpassungsfähigkeit der Arbeitsbedingungen des Brennofens begrenzt und es müssen mühsam die besten Grössenverhältnisse der Reaktionskammer für die jeweiligen Standardbedingungen festgelegt werden.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun ein Verfahren zur Herstellung von Acetylen durch teilweise Verbrennung von Kohlenwasserstoffen, wobei das Volumen der sich an einen Brennerblock anschliessenden Reaktionskammer während des Betriebes zwecks Einstellung der optimalen Reaktionsbedingungen in Abhängigkeit von Menge und Art des zugeführten Ausgangskohlenwasserstoffs, der Vorwärmtemperatur des Gases und dem Arbeitsdruck verändert wird, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass diese Volumsänderung durch Lageänderung des Brennerblocks bewerkstelligt wird. Dadurch ist in möglichst kurzer Zeit ein optimales Volumen für die jeweiligen besonderen Arbeitsbedingungen (Art und Strömungsgeschwindigkeit der zugeführten Kohlenwasserstoffe, Arbeitsdruck, Vorerhitzungstemperatur der Gase usw. ) zu erreichen.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass der Brennerblock mit seiner Brennseite die eine bewegliche Wand der Reaktionskammer bildet und mit seinen Seitenflächen an den feststehenden Seitenwandungen des besagten Raumes anliegt bzw. an denselben entlang verschiebbar angeordnet ist.
Die Lageänderung des Brennerblocks relativ zum feststehenden Rahmen des Brenners kann durch einfache Axialverschiebung durchgeführt werden, wobei Vorrichtungen eingesetzt werden müssen, die die Dichtigkeit gegenüber Gas gewährleisten. Es ist offensichtlich, dass das erfindungsgemässe Verfahren, das mit Hilfe der im folgenden beschriebenen Einrichtung durchgeführt werden kann, infolge der Tatsache, dass ein bestimmter Brenner schnell, auch während der Tätigkeit, den verschiedenen Arten von zugeführten Kohlenwasserstoffen (beispielsweise Methan, Äthan, Leichtgasolin mit verschiedenen Prozentsätzen an Wasserstoff, usw. ) angepasst werden kann, einem Brenner zur Herstellung von Azetylen aus Kohlenwasserstoffen ausserordentliche Anpassungsfähigkeit mit grösster praktischer Bedeutung verleiht.
Ein Beispiel einer Einrichtung, mit welcher das obige Verfahren durchgeführt werden kann (auf die folgenden Beispiele 1, 2 und 3 wird verwiesen), besteht im wesentlichen aus der in der Zeichnung schematisch gezeigten Vorrichtung. Hierin bezeichnet A die Zufuhr des Kohlenwasserstoffs, 1 den Brennerblock, 2 die Reaktionskammer, 3 die Löschzone, 4 die Stopfbüchse, 5 den Tragrahmen, 6 die Schraubstangen, 7 die Führungen bzw. Lager der Schraubstangen, 8 Führungsbolzen des Brennerblocks, 9 die
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Zahnräder der Gewindestangen und 10 den Schneckentrieb, mit welchem die Zahnräder bei 9 bewegt werden.
In dem besonderen Fall gestattet die gleichzeitige Drehung der Gewindestangen, welche durch Drehen des Schneckentriebes bei 10 verursacht wird, den Brennerblock während der Tätigkeit des Brenners zur Schne1lküh1zone hin oder von dieser weg zu bewegen, wodurch die Länge der Reaktionskammer geändert wird, deren dichter Abschluss durch die Stopfbüchse bei 4 gewährleistet wird.
Es sei darauf hingewiesen, dass sowohl die folgenden Beispiele als auch die Zeichnung den Gegenstand der vorliegenden Erfindung erläutern sollen, ohne diesen jedoch zu beschränken.
Beispiel l : In einem Brenner mit einer Normalkapazität von 2000 Nm /h Naturgas mit 98% Methan gestattet es die Bewegung des Brennerblocks gegenüber der Löschzone während der Tätigkeit des Brenners,
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der Reaktionskammer gegenüber seinem ursprünglichen Volumen um ungefähr 5% verändert wird, eine 1, 8%ige Zunahme in der Ausbeute an Azetylen pro kg Kohlenwasserstoff zu erhalten.
Beispiel 2 : Wiederum beim gleichen Brenner konnte die Azetylenausbeute durch Bewegung des
Brennerblocks gegenüber der Löschzone während der Tätigkeit beim Maximalwert, u. zw. bei einer Fördermenge von 500 bis 2500 Nm 3 Jh Kohlenwasserstoff gehalten werden, während gleichzeitig das Volumen der Reaktionskammer im Verhältnis von 1 : 6, 3 geändert wurde.
Beispiel 3 : Wiederum beim gleichen Brenner und einer Zufuhr von 1850 Nm3/h Naturgas wurde durch Herabsetzung der Vorwärmtemperatur der Reagenienz von 580 auf 2800 C trotz Erhöhung der
Sauerstoffmenge um 8, 5% eine 25, 4%ige Abnahme an der Ausbeute von Azetylen pro kg Kohlenwasser- stoff erhalten.
Nun wurden die Arbeitsbedingungen unverändert belassen, aber das Volumen der Kammer um 18, 2 vergrössert. Dadurch konnte die Ausbeute an Azetylen auf einen Wert gebracht werden, der nur um 5, 3% niedriger war als der, welcher unter Vorheizen auf 520 C erhalten wurde.
Beispiel 4 : In einem Brenner mit einer Nominalkapazität von 800 kg/h an Leichtgasolin konnte durch Bewegen des Brennerblocks einschliesslich Generator der Primärflamme und der Injektionszone des zu erhitzenden Gasolins gegenüber der Löschzone während der Tätigkeit des Ofens die Azetylenausbeute beim Maximalwert in einem Zufuhrbereich an Kohlenwasserstoff von 200 bis 880 kg/h konstant gehalten werden, wobei das Volumen der Kammer unterhalb der Injektionszone des Gasolins im Verhältnis von 1 : 5, 5 verändert wurde.
Beispiel 5 : Im gleichen Brenner wie im Beispiel 4 beschrieben, wurde mit einem Strom von 500 kg Gasolin gearbeitet. Beim Übergehen von leichtem, paraffinischen Gasolin mit einem Gehalt von 85 Gew.-% Kohlenstoff und 15 Gew.-% Wasserstoff auf eine andere Art leichtes, paraffinisches Gasolin mit einem Gehalt von 84 Gew.-% Kohlenstoif und 16 Gew.-% Wasserston'wurde, während alle übrigen Standardoperationsbedingungen unverändert blieben, im gleichen Brenner wie im Beispiel 4 bei einer Zufuhr von 500 kg Gasolin eine Abnahme der Azetylenausbeute von ungefähr 4, 5% beobachtet.
Wenn nun mit der zweiten Art von Gasolin gearbeitet wurde und alle andern Arbeitsbedingungen unverändert blieben, jedoch das Volumen der Reaktionskammer um 8, 1% erhöht wurde, war es möglich, die Azetylenausbeute auf den gleichen Wert zu bringen, wie er bei Verwendung der ersten Art an Gasolin erhalten wurde.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Azetylen durch teilweise Verbrennung von Kohlenwasserstoffen, wobei das Volumen der sich an einen Brennerblock anschliessenden Reaktionskammer während des Betriebes zwecks Einstellung der optimalen Reaktionsbedingungen in Abhängigkeit von Menge und Art des zugeführten Ausgangskohlenwasserstoffs, der Vorwärmtemperatur des Gases und dem Arbeitsdruck verändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass diese Volumsänderung durch Lageänderung des Brennerblocks bewerkstelligt wird.