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Vorrichtung zum Erzeugen von Acetylen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erzeugen acetylenhaltiger Gasgemische, wie sie entstehen, wenn man geeignete Kohlenwasserstoffe oder Kohlenwasserstoffgemische in heisse Verbrennungsgase einleitet und das so gebildete acetylenhaltige Gemisch abschreckt. Diese Vorrichtungen werden im folgenden als Vorrichtungen der genannten Art" bezeichnet.
Zu dem erwähnten Zweck geeignete Verfahren sind z. B. in der brit. Patentschrift Nr. 908, 274 und
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Bekanntlich ist es bei derartigen Verfahren erwünscht, die Reaktionszeit möglichst kurz zu halten, z. B. in der Grössenordnung einiger tausendstel Sekunden, wobei das bei einer Temperatur oberhalb 1000 C entstehende unstabile Acetylen dann rasch abgekühlt wird, vorzugsweise auf unter 600 0 C ; zu diesem Zweck wird ein Abschreckmittel, vorzugsweise Wasser, eingespritzt. Hiebei ist es besonders wichtig, dass der Reaktionsraum und der Abschreckraum durch geeignete Mittel voneinander getrennt sind, um zu verhindern, dass die Temperatur in dem einen Raum die Temperatur in dem andern Raum nachteilig beeinflusst, denn beim Fehlen einer solchen Trennung würde die Temperatur des Abschreckraumes mindestens örtlich durch Strahlung aus dem Reaktionsraum, in dem eine Temperatur von über 10000 C herrscht, erhöht.
Ferner würde die Herabsetzung der Temperatur im Reaktionsraum infolge dieser Abstrahlung oder der direkten Berührung zwischen dem Reaktionsmedium und dem Abschreckmedium die Acetylenausbeute beeinträchtigen.
Es sind bereits Vorrichtungen bekannt, bei denen der Reaktionsraum und der Abschreckraum voneinander getrennt sind, z. B. aus der USA-Patentschrift Nr. 2, 790, 838 und aus Chemical Engineering Progress", Bd. 54, Nr. I, Jan. 1958, "Eastman Process for cracking light hydrocarbons to acetylene and ethylene", von G. A. Akin, T. F. Reid und R. J. Schrader (vgl. insbesondere die in Fig. 5 der genannten Arbeit gezeigte Vorrichtung).
Diese bekannten Vorrichtungen umfassen eine lange Reaktionszone mit relativ kleinem Durchmesser.
Wegen ihrer verhältnismässig grossen Wandfläche arbeiten diese Vorrichtungen thermodynamisch ungünstig, da an der grossen Wandfläche während des Betriebes relativ grosse Wärmeverluste auftreten. Ein weiterer Nachteil dieser Vorrichtungen besteht darin, dass das Abschreckmedium in direkter Berührung mit noch im Reaktionsraum enthaltenen Medien kommen kann.
Die Erfindung zielt darauf ab, diese Nachteile zu vermeiden und eine Vorrichtung zu schaffen, bei der sich im Vergleich zu den schon bekannten Vorrichtungen die verschiedenen variablen Grössen, insbesondere die Reaktionszeit und die Abschreckzeit, besser beherrschen lassen.
Zu diesem Zweck sieht die Erfindung eine Vorrichtung der genannten Art vor, bei der der Abschreckraum vom Reaktionsraum durch eine einzige Wand getrennt ist, welche auf ihrer dem Reaktionsraum benachbarten Seite mit einem Isoliermaterial versehen ist und mindestens eine Öffnung aufweist, damit gasförmige Medien aus dem Reaktionsraum in den Abschreckraum übertreten können.
Ein wesentliches Merkmal dieser einzigen Trennwand besteht darin, dass während des Betriebes die abzuschreckenden Gase durch eine oder mehrere kurze Öffnungen direkt aus dem Reaktionsraum in den Abschreckraum geleitet werden, ohne vorher in einen dazwischenliegenden Raum zu gelangen.
Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung kann man eine Reaktionszone von grossem Durchmesser und geringer Länge vorsehen, so dass man die Wandfläche in vorteilhafter Weise verringern und die Wärmeverluste des Reaktionsraumes an der Wand auf ein Minimum herabsetzen kann. Ferner ergibt sich ein geringer Raumbedarf, denn man kann den Abschreckraum direkt neben dem Reaktionsraum anordnen, ohne dass seine niedrige Temperatur die Temperatur des Reaktionsraumes ungünstig beeinflusst, da das isolierende Material, z. B. ein keramisches Material, auf der dem Reaktionsraum zugewandten Seite der Trennwand eine Wärmeisolierung zwischen den beiden Räumen bildet.
Der Reaktionsraum und der Abschreckraum sind vorzugsweise beide zylindrisch und gleichachsig angeordnet, und die vorzugsweise kreisrunde Trennwand verläuft rechtwinkelig zur Mittellinie der gleichachsigen Räume. Diese achssymmetrische Anordnung ermöglicht es den reagierenden Gasen, gleichmässig
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lange oder im wesentlichen gleichmässig lange im Reaktionsraum zu verweilen, so dass eine optimale Um- wandlung erzielt wird. Bei der erwähnten bekannten Vorrichtung ist die Anordnung so, dass die Reaktions- produkte vor dem Abschrecken um eine Ecke herumgeleitet werden. Dies bedeutet, dass die Reaktionsgase auf ihrem Wege zum Abschreckraum ungleiche Strecken zurückzulegen haben, so dass sich keine gleich- mässige Verweilzeit im Reaktionsraum erzielen lässt.
Die Öffnung für das Übertreten der gasförmigen Stoffe aus dem Reaktionsraum in den Abschreck- raum ist vorzugsweise als ringförmige Öffnung zwischen der zylindrischen Wand des Reaktionsraumes und dem Umfang der runden Trennwand ausgebildet, so dass die durch die ringförmige Öffnung austreten- den Reaktionsgase im Abschreckraum gleichmässig verteilt werden. Die dem Reaktionsraum zugewendete
Seite der Trennwand kann abgerundet sein ; sie kann z. B. eineParaboloidform besitzen, so dass die Reaktion- gase der ringförmigen Öffnung gleichmässig zugeführt werden.
Die dem Abschreckraum zugewendete Seite der Trennwand ist vorzugsweise mit einem Kühlsystem versehen, um die Tragkonstruktion der Trennwand gegen übermässige thermische Belastungen zu schützen und eine genügend niedrige Temperatur der dem Abschreckraum zugewendeten Seite der Trennwand zu gewährleisten. Gemäss der Erfindung können die Zuführungs- und Abführungsleitungen des Kühl- systems Teile der Tragkonstruktion für die Trennwand bilden.
Die Abschreckvorrichtung kann aus einer in dem Abschreckraum zentral angeordneten Zerstäuber- pistole bestehen, wobei ein Zerstäuber an dem der Trennwand am nächsten benachbarten Ende der Pistole so angeordnet ist, dass die Abschreckflüssigkeit in Form eines Hohlkegels zerstäubt wird. Dieser Hohlkegel hat vorzugsweise solche Abmessungen, dass das gasförmige Reaktionsprodukt beim Eintreten in den Abschreckraum sofort getroffen wird. Ein Druckzerstäuber mit einer Wirbelkammer ist für diesen Zweck sehr geeignet, und da die Anordnung völlig achssymmetrisch ist, ist eine gleichmässige Berührung zwischen der Abschreckflüssigkeit und den Reaktionsgasen gewährleistet.
Bei einer zweckmässigen Ausbildungsform der Erfindung ist die Tragkonstruktion für die Trennwand, die die Zuführungs- und Abführungsleitungen des Kühlsystems für die Trennwand umfasst, am Halter der Zerstäubungspistole befestigt. Der Halter besteht vorzugsweise aus einem Rohr, das die Zerstäuberpistole umschliesst, so dass sich letztere in dem Rohr axial verschieben lässt.
Die Zerstäuberpistole kann gegenüber der Trennwand axial verstellbar sein ; auch die Trennwand lässt sich gegenüber den Reaktions- und Abschreckräumen durch axiales Verstellen des Zerstäuberpistolenhalters, an dem die Tragkonstruktion befestigt ist, axial bewegen.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemässe Vorrichtung im Längsschnitt ; Fig. 2 ist ein in grösserem Massstabe gezeichneter Ausschnitt aus Fig. 1.
Bei der gezeigten Vorrichtung wird ein Kohlenwasserstoff nach einem der Verfahren gemäss den oben genannten Patenten in heisse Verbrennungsgase eingeleitet.
In einem Verbrennungsreaktor 3, z. B. gemäss dem brit. Patent Nr. 703, 721, werden heisse Verbrennungsgase erzeugt, die über einen Auslass 4 des Reaktors in einem Zuführungskanal 5 gelangen, wo sie mit einem Kohlenwasserstoff oder einem Gemisch aus Kohlenwasserstoffen gemischt werden, die radial über mehrere Injektionsöffnungen 6 zugeführt werden ; die Öffnungen 6 sind in gleichmässigen Abständen über den Umfang des Zuführungskanals 5 verteilt. Der mit dem Kanal 5 verbundene Reaktionsraum 1 wird durch eine Wand 7 und eine Trennwand 8 begrenzt, die auf ihrer dem Reaktionsraum benachbarten Seite mit keramischem Material verkleidet ist.
Die Reaktionsgase treten in den Abschreckraum 2 durch eine ringförmige Öffnung 20 ein ; der Abschreckraum wird durch eine zylindrische Wand 9 und die vom Reaktionraum abgewendete Seite der Trennwand 8 begrenzt.
Auf der dem Abschreckraum zugewendeten Seite der Trennwand ist ein Kühlkanal C angeordnet, dem ein Kühlmittel über die Leitungen 11 zugeführt wird, das über die Leitungen 12 wieder abgeführt wird. Die Leitungen 11 und 12 bilden gleichzeitig eine Tragkonstruktion für die Trennwand 8. Die Lei-
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weist. Das Kühlmittel wird den Leitungen 11 über den Kanal 13 zugeführt und aus den Leitungen 12 über den Kanal 14 abgeführt.
Im Abschreckraum 2 und innerhalb des Ringrohres 21 ist eine zylindrische Zerstäubungspistole 15 zentral angeordnet. Die Zerstäubungspistole 15 und das Ringrohr 21 können axial gegeneinander verschiebbar sein. Das Ende der Zerstäubungspistole trägt einen Wirbelkammerzerstäuber 18 der Bauart mit einem Rücklauf, d. h. die Zerstäuberpistole besitzt einen zentralen Rücklaufkanal jfss für die zu zerstäubende Flüssigkeit, der von einem ringförmigen Zuführungskanal umgeben ist.
Der Zerstäuber versprüht das Abschreckmedium in Form eines Hohlkegels, so dass das Abschreckmedium mit den abzuschreckenden heissen Gasen, die über die ringförmige Öffnung 20 zugeführt werden, sym- metrisch zur gemeinsamen Achse des Hohlkegels und der Öffnung 20 in Berührung gebracht wird.
Die dem Reaktionsraum zugewendete Seite der Trennwand kann auf geeignete Weise abgerundet und z. B. paraboloidförmig oder konisch sein ; dies ist in Fig. 1 bei 19 durch eine strichlierte Linie angedeutet.
Die Trennwand 8 ist gegenüber den Wänden des Reaktionsraumes bzw. des Abschreckraumes axial verstellbar. Wenn sich die Trennwand in der in Fig. 1 bei A angedeuteten Stellung befindet, hat der Re-
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aktionsraum seine kleinsten Abmessungen, während die Abmessungen des Reaktionsraumes bei der Stellung B am grössten sind.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung eignet sich nicht nur für die Durchführung von Verfahren, bei denen Acetylen durch Zuführen von Kohlenwasserstoffen zu einem Gemisch aus heissen Verbrennungsgasen erzeugt wird, sondern auch von Verfahren bekannter Art, bei denen Kohlenwasserstoffe in einem Reaktionsraum einer Teilverbrennung mit Sauerstoff unterzogen werden, wobei mindestens ein Teil der reagierenden Stoffe direkt in Acetylen verwandelt wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Erzeugen von Acetylen durch Reaktion von Kohlenwasserstoffen mit Sauerstoff, bei der Einrichtungen zum Zuführen der reagierenden Medien und ein Reaktionsraum vorgesehen sind, welch letzterer mit dem Abschreckraum in Verbindung steht, der vom Reaktionsraum optisch im wesentlichen getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschreckraum von dem Reaktionsraum durch eine einzige Wand getrennt ist, die auf ihrer dem Reaktionsraum zugewendeten Seite mit einem Isoliermaterial verkleidet ist und mindestens eine Öffnung aufweist, damit die abzuschreckenden Medien aus dem Reaktionsraum in den Abschreckraum übertreten können.