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Verfahren zur Herstellung von Acetylen und Äthylen
Es sind bereits zahlreichen Methoden zur Herstellung von Acetylen und Olefinen durch Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen in einem Gasstrom bei hohen Temperaturen bekannt, aber diese Verfahren wurden bis heute unter einem Druck sehr nahe dem Atmosphärendruck durchgeführt, da angenommen wurde, dass das Gleichgewicht der Reaktion, durch welche Acetylen gebildet wird, durch zunehmenden Druck verschoben wird.
Im Gegensatz hiezu wurde nun gefunden, dass Ausbeuten an Acetylen und Olefinen, die im wesentlichen den Ausbeuten gleichen, welche unter Atmosphärendruck erreicht werden, auch bei Erhöhung des Druckes bis zu 10 at und darüber erhalten werden können, wenn die Pyrolyse der Kohlenwasserstoffe unter geeigneten Bedingungen durchgeführt wird.
Da die durch die Reaktion gebildeten Gase zur Abtrennung von Acetylen und Äthylen nach der Re- aktion komprimiert werden müssen, gestattet die Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen unter Druck eine sehr merkliche Einsparung sowohl bezüglich der Kosten der Anlage als auch bezüglich des Energieverbrauchs gegenüber den bei Atmosphärendruck durchgeführten Pyrolyseverfahren.
Gemäss der vorliegenden Erfindung wird weiterhin insoferne ein besonderer Fortschritt erzielt, als die Wasserkühlung der den Ofen verlassenden Gase die Wiedergewinnung einer beträchtlichen Wärmemenge mit einer Temperatur von mehr als 1500 C gestattet, die zur Deckung des Wärmebedarfes der Anlage verwendet werden kann, wodurch eine merkliche Einsparung an Dampf erzielt wird.
Wenn der Pyrolysedruck erhöht oder erniedrigt wird, ist es notwendig, die stündliche Durchsatzgeschwindigkeit des Gasolins entsprechend zu erhöhen oder zu-erniedrigen.
Zum Beispiel soll bei einem Druck von 10 ata die Strömungsgeschwindigkeit höher sein als 800 kg leichten paraffinischen Gasolins pro Stunde je dm3 Reaktionsraum, wenn mit dem betreffenden Gasolin zufriedenstellende Acetylen- und Äthylenausbeuten bei der Pyrolyse erzielt werden sollen.
Dies ist ein ausserordentlicher Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens, da man Pyrolyseöfen mit einer Produktionskapazität von einigen 10 t/Tag an Acetylen und Olefinen vorsehen kann, wenn der Druck auf eine geeignete Weise erhöht werden kann. Das Gasolin soll vor seinem Einbringen in den Ofen auf die höchste auf Grund seiner Wärmestabilität mögliche Temperatur vorgewärmt werden und es ist für diesen Zweck günstig, das verdampfte Gasolin vor der Einführung in den Überhitzer mit Dampf zu mischen.
Der Hochtemperaturgasstrom, mit welchem die Pyrolyse des Gasolins durchgeführt wird, wird durch Verbrennung eines Teils des in der gleichen Anlage nach Abtrennung von Acetylen und Äthylen erhaltenen Restgases in Anwesenheit von Sauerstoff erhalten. Um eine hohe thermische Ausbeute zu erreichen, muss eine völlige Verbrennung des Kohlenwasserstoffes erreicht werden, wobei das Gas- zu Sauerstoffverhältnis sehr nahe dem stöchiometrischen Wert eingesetzt wird, während gleichzeitig, um zu hohe Temperaturen zu vermeiden, eine merkliche Dampfmenge in die Verbrennungskammer eingeführt werden muss.
Der Dampf wird aus den Gasen die den Ofen verlassen leicht durch Kondensation abgetrennt, so dass er die zur Abtrennung des Acetylens und Äthylens notwendigen Verfahrensschritte nicht behindert.
Dennoch werden dadurch die Kosten der Produkte merklich erhöht.
Erfindungsgemäss wird nun ein rationelles Verfahren zur Herstellung des für die Gase notwendigen Dampfes vorgesehen, bei welchem die in den Reaktionsprodukten vorhandene Wärme ausgenützt wird.
In der Zeichnung wird die Arbeitsweise der Anlage schematisch dargestellt.
Der Ofen besteht im wesentlichen aus einer zylindrischen vertikalen Kammer 6 aus rostfreiem Stahl, welche durch einen Wassermantel gekühlt wird, aus welchem durch die Reaktionswärme Wasser verdampft. Es ist günstig, den Dampfdruck verhältnismässig hoch zu halten, um zu hohe Wärmeverluste in der Verbrennungskammer zu vermeiden ; auf alle Fälle soll der Dampfdruck höher sein als der Druck, mit welchem der Kohlenwasserstoff in den Ofen eingespritzt wird.
Sauerstoff und Brenngas von den Kompressoren 1 und 2 werden in die Sättigungskolonnen 3 und 4 geführt und bei Vorwärmung bei 5 gelangen sie in die Verbrennungskammer 6.
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Das Brenngas kann teilweise durch eine entsprechende Menge Gasolin von der Pumpe 19 ersetzt werden. Das Gasolin, welches der Pyrolyse unterworfen werden soll, wird durch die Düsen 7 und 9 in den Ofen eingespritzt.
In der Reaktionszone 8 überwiegt infolge der hohen Temperatur die Bildung von Acetylen, während in der Zone 10, in welcher die Temperatur bis 8000 C absinkt, die Bildung von Olefinen überwiegt.
Schliesslich werden die Reaktionsprodukte mit Wasser, das durch die Düsen 11 eingespritzt wird, abgeschreckt.
Das heisse Wasser, das sich am Boden sammelt wird über die Pumpe 15 in die Kolonne 4 gespritzt, um dort das Brenngas mit Feuchtigkeit zu sättigen. Das Verhältnis Dampf : Gas kann leicht durch Ver- änderung der Strömungsgeschwindigkeit des Wassers eingestellt werden.
Die Gase, die den Ofen verlassen, strömen zunächst durch den Wärmeaustauscher 13, worin das zur Anfeuchtung des Sauerstoffes in Kolonne 3 und zur Deckung des Wärmebedarfes der Anlage notwendige Wasser vorgewärmt wird. Hierauf werden sie im Kühler 16 gekühlt, worin gleichzeitig mit dem Dampf die schwereren Fraktionen der gebildeten Kohlenwasserstoffe kondensiert werden ; diese werden in das Trenngefäss 17 gebracht und als Brennstoffe verwendet ; schliesslich werden die bei 14 austretenden Gase zu Acetylen und Äthylen aufgearbeitet.
Das Verfahren kann weitgehend abgewandelt werden und gestattet das Verhältnis von Acetylen : Äthylen innerhalb eines weiten Bereiches je nach der vorgesehenen industriellen Verwertung zu ver- ändern.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Acetylen und Äthylen durch Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen in einem Strom von Heissgasen und Dampf, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei einem Druck von mehr als 3 at, vorzugsweise zwischen 10 und 20 at, bei einer Strömungsgeschwindigkeit von über 800 kg pro Stunde je dm3 Volumskapazität der Reaktionskammer durchgeführt wird, wobei zur Vermeidung der Bildung von Ablagerungen in den Wärmeaustauschern der Dampf dem zu pyrolysierenden Gasolin vor dessen Überhitzung zugesetzt wird.