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Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Azetylen und Äthylen enthaltenden Gasgemischen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von Azetylen und Äthylen enthaltenden
Gasgemischen, ausgehend von einem flüssigen Kohlenwasserstoff, in welchem zwischen zwei Elektroden in einem bestimmten Takt ein Lichtbogen gezündet und unterbrochen wird, wobei mindestens einer der
Elektroden eine wechselnde Bewegung erteilt wird, die beide Elektroden zum Zünden des Lichtbogens miteinander in Berührung bringt und sie zum Löschen des Bogens voneinander entfernt.
Zur Durchführung dieses Verfahrens sind bereits verschiedene Vorrichtungen vorgeschlagen worden.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass sich bei allen diesen Vorrichtungen auf den Elektroden eine Ablagerung von verkoktem Kohlenstoff bildet, die die Anlage rasch ausser Betrieb setzt. Diese bisher unvermeidliche
Erscheinung ist der Grund dafür, dass keines der bisher bekannten Verfahren und keine der bekannten Vor- richtungen in die Technik Eingang finden konnte, trotz aller Vorteile die das Kracken von flüssigen Koh- lenwasserstoffen mit sich bringt.
Nach langen Untersuchungen und zahlreichen Versuchen wurde nun erfindungsgemäss festgestellt, dass innerhalb eines flüssigen Kohlenwasserstoffes z. B. bei Heizöl, ein stabiler Lichtbogen beim Arbeiten unter ganz bestimmten Bedingungen erzeugt werden kann, der während des Betriebes keine Regelung erfor- dert, so dass sich ein Gasgemisch mit bedeutenden Anteilen von Azetylen und Äthylen kontinuierlich erzeugen lässt.
Die Erfindung beruht insbesondere auf der Erkenntnis, dass die Anlagerung des Kohlenstoffes auf den Elektroden bei der Zersetzung des flüssigen Kohlenwasserstoffes hauptsächlich auf die Temperatur der Elektroden während des Betriebes zurückzuführen ist. Es ist ausserdem festgestellt worden, dass bei ausreichend raschem Takt der Unterbrechung bzw. Wiederherstellung des Lichtbogens die mittlere Temperatur der Elektroden nicht übermässig steigen kann, da sich der Joule-Effekt nur kurze Zeit auf die Elektroden auswirkt und die Wärmeabgabe des Lichtbogens infolge der Kühlung der Elektroden durch den flüssigen Kohlenwasserstoff vermindert wird. Eine sehr hohe Temperatur herrscht somit nur an den Enden der Elektroden, u. zw. lediglich beim Zünden und während des Durchflusses des Lichtbogens.
Durch Versuche wurde ausserdem festgestellt, dass sich der Kohlenstoff ausschliesslich auf den Enden der Elektroden ablagert, wenn der Lichtbogen spätestens nach 1/2 sec unterbrochen wird, wobei die Unterbrechungsdauer selbst wenigstens 1/2 sec betragen muss. Ganz allgemein kann gesagt werden, dass die wechselnde Relativbewegung der Elektroden so gewählt werden muss, dass das gesamte Arbeitsspiel vom Springen bis zum Löschen des Lichtbogens etwa 1 sec dauert.
Trotz Einhaltung dieser Bedingung verkohlen die Elektroden örtlich begrenzt an den Enden. Erfindungsgemäss wurde festgestellt, dass das Zunehmen dieser Verkohlung und die sich daraus nach einer bestimmten Betriebsdauer ergebenden Nachteile vermieden werden können, wenn der relative Abstand beider beweglichen Elektroden zueinander so eingestellt wird, dass im Augenblick des Zusammentreffens beider Elektroden zum Zünden des Bogens ein leichter mechanischer Stoss stattfindet, der sich in der Praxis ausreichend erwiesen hat, um eine einwandfreie periodische Reinigung der Elektroden zu bewirken.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist daher im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass das die Unterbrechung und den Durchfluss des Lichtbogens erfassende Arbeitsspiel eine Maximaldauer von 1 sec hat und dass die Elektroden so eingestellt sind, dass bei deren Berührung zum Zünden des Lichtbogens ein Stoss stattfindet, der deren Reinigung gewährleistet.
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EMI2.1
nung in der Nähe ihres Nullwertes befindet. Zur Begrenzung des Spitzenstromes des Zündkurzschlusses kann somit eine schwächere Drosselspule vorgesehen werden, wodurch der Leistungsfaktor der Gesamtan- lage bedeutend verbessert wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren bringt besondere Vorteile mit sich, nicht nur durch den Umstand, dass es kontinuierlich zur laufenden Gewinnung von Azetylen enthaltenden Gasen angewendet werden kann, sondern auch dadurch, dass die durch Kracken des Kohlenwasserstoffes bei der Lichtbogentempera- tur erzeugten Gase innerhalb der Masse des flüssigen Kohlenwasserstoffes entstehen und somit sehr schnell gekühlt werden, wodurch eine Zersetzung des gebildeten Azetylens und Äthylens vermieden wird.
Um dieses Merkmal voll auszunutzen, kann eine Kühlung des eingesetzten flüssigen Kohlenwasser- stoffes vorgesehen werden, z. B. durch dessen Zirkulation in einem geeigneten Kühler. Es ist somit mög- lich, die Temperatur des Kohlenwasserstoffes beliebig niedrig zu halten, ohne jedoch das Fliessvermögen des Kohlenwasserstoffes durch die Anlage zu beeinträchtigen.
Der Kohlenwasserstoff kann ausserdem durch eine Filtriervorrichtung hindurchgeleitet werden, um die geringen Mengen von Kohlenstoff zu entfernen, die unvermeidlich infolge der Wirkung des Lichtbogens auf den Kohlenwasserstoff entstehen und sich von den Elektroden bei den erfindungsgemäss vorgesehenen
Stössen ablösen.
Bei der Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung hat man leicht einen Azetylengehalt von
25 bis 35% des erzeugten Gases erreicht, mit einem Äthylengehalt von 5 bis 10%, wobei das Restgas in der Hauptsache aus Wasserstoff besteht.
Der Energieverbrauch beträgt dabei zirka 6 kWh/kg Azetylen. Mit Hilfe geeigneter Schaltungen kann ein Leistungsfaktor von mehr als 0,85 erzielt werden.
Zur Durchführung des neuen Verfahrens wird erfindungsgemäss eine Vorrichtung verwendet, die da- durch gekennzeichnet ist, dass in einem den flüssigen Kohlenwasserstoff enthaltenden Behälter mindestens eine feststehende und mindestens eine bewegliche Elektrode vorgesehen ist, wobei letzterer beispielsweise durch eine exzentrisch auf einer drehbaren Scheibe befestigten und an ihrem freien Ende mit ihr verbundenen Kurbel eine in ihrer Richtung wechselnde Längsbewegung erteilt wird und der Abstand zwischen feststehenden und beweglichen Elektroden durch einRitzel regelbar ist, das mit einer Zahnstange kämmt, die seitlich an der feststehenden Elektrode angeordnet ist, so dass die bewegliche Elektrode bei ihrer Vorwärtsbewegung mit leichtem Stoss auf die feststehende Elektrode trifft.
Die Vorrichtung kann ausserdem Mittel aufweisen, um den Kohlenwasserstoff durch den Behälter und gegebenenfalls durch einen ausserhalb des Behälters getrennt angeordneten Kühler sowie. durch einen kontinuierlich oder diskontinuierlich arbeitenden Filter in Umlauf zu bringen.
Die Fig. 1 - 3 der Zeichnung stellen schematisch drei Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.
Gemäss Fig. 1 ist der Reaktionsbehälter 1 mit leichtem Heizöl gefüllt und mit zwei Graphitelektroden 2 und 3 ausgerüstet. Die Elektrode 2 steht fest, während die Elektrode 3 längsverschiebbar durch eine Stopfbuchse 4 des Behälters hindurchgeführt ist. Zur Erteilung dieser Hin-und Herbewegung der Elektrode 3 kann z. B. deren Ende 5 durch eine Kurbel 7 mit einer in Drehung versetzten Scheibe 6 verbunden sein, obwohl es natürlich möglich ist, zu diesem Zweck jede andere bekannte mechanische oder elektromagnetische Antriebsvorrichtung vorzusehen. Die Frequenz dieser Bewegung beträgt 1400 Hübe pro Minute.
Die Amplitude der Bewegung der Elektrode 3 ist so gewählt, dass am Ende des Hubes der Elektrode 3 nach links, ein leichter Stoss beider Elektroden gegeneinander stattfindet, wobei der Maximalabstand zwischen den beiden Elektroden 60 mm beträgt. Dieser Abstand lässt sich zu dem oben angegebenen Zweck regeln, z. B. mittels eines Ritzels 21, das mit einer auf der Seite der normalerweise in Arbeitsstellung festen Elektrode 2 befestigten Zahnstange kämmt (Big. l).
Den Klemmen 8 und 9 wird eine Gleichspannung von 500 V gelegt. Durch eine Impedanz 10 geeigneter Stärke wird der Spitzenstrom auf 300 A begrenzt.
Unter solchen Arbeitsbedingungen gewinnt man stündlich 6 Nm3 eines Krackengases folgender Zu- sammensetzung ;
EMI2.2
<tb>
<tb> C <SEP> 25, <SEP> 6%
<tb> CHs <SEP> 6, <SEP> 30/0
<tb> H <SEP> 61, <SEP> 80/0 <SEP>
<tb>
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In der Ausführungsform nach Fig. 2, sind im Behälter 1 zwei feststehende Elektroden 11,12 und zwei bewegliche Elektroden 13,14 derart angeordnet, dass zwischen den beiden unter Spannung stehenden Elektroden 11,12 eine Brücke gebildet wird, so dass es nicht mehr erforderlich ist, einer beweglichen Elektrode den Strom zuzuführen. Der Abstand zwischen den festen Elektroden 11,12 und den beweglichen Elektroden 13,14 kann wie in Fig. 1 durch Ritzel 21 geregelt werden, die mit Zahnstangen kämmen, die auf einer Seite der festen Elektroden angeordnet sind.
Die beweglichen Elektroden führen 3000 Hin- und Herbewegungen pro Minute aus, entsprechend der Frequenz von 50 Perioden/sec des industriellen Wechselstromes. Durch Phasenverschiebung kann man somit ohne weiteres den Zündkontakt in dem Augenblick erreichen, in dem die Spannung den Nullwert gerade durchschritten hat und nur 30 - 50 V beträgt. Es ist daher möglich eine sehr kleine Drossel in den Stromkreis einzuschalten.
Mit einer Wechselspannung von 500 V und einer Spitzenstromstärke von 500 A erzielt man unter Ausnutzung nur eines Stromwechsels (ein Wechsel für den Lichtbogen, der andere für den Stillstand zur Abkühlung) eine gleichmässige Erzeugung von 25 Nm3/h eines Gases folgender Zusammensetzung :
EMI3.1
<tb>
<tb> C2H2 <SEP> 32, <SEP> 0%
<tb> C2H4 <SEP> 9, <SEP> 310
<tb> H2 <SEP> 50, <SEP> 0%
<tb>
Bei Verwendung einer Brückenschaltung für die Elektroden und der synchronen Verstellung der beweglichen Elektroden mit der Frequenz des industriellen Wechselstromes, kann gemäss Fig. 3 eine Schal- tung mit sechs Lichtbögen vorgesehen werden, die den Wechsel des Drehstromes vollständig ausnutzt.
Die
Zündung der Lichtbögen findet dann in der Reihenfolge 15,20, 17,16, 19,18 statt, wobei die Fre- quenz der Hin- und Herbewegung wie im vorbeschriebenen Beispiel 3 000 Hübe pro Minute beträgt.
Mit einer Drehspannung von 500 V zwischen den Phasen und einer Spitzenstromstärke von höchstens 500 A pro Phase lassen sich stündlich 150 Nm 3 Gas der vorerwähnten Zusammensetzung erzeugen.
Die zweckmässige Ausnutzung des Stromes führt zu einem hervorragenden elektrischen Wirkungsgrad, der zirka 6 kWh je Kilogramm Azetylen beträgt, bei einem cos. so von etwa 0, 95.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Erzeugung von Azetylen und Äthylen enthaltenden Gasgemischen, ausgehend von einem flüssigen Kohlenwasserstoff, in welchem zwischen zwei Elektroden in einem bestimmten Takt ein Lichtbogen gezündet und unterbrochen wird, wobei mindestens einer der Elektroden eine wechselnde Bewegung erteilt wird, die beide Elektroden zum Zünden des Lichtbogens miteinander in Berührung bringt und sie zum Löschen des Bogens voneinander entfernt, dadurch gekennzeichnet, dass das die Unterbrechung und den Durchfluss des Lichtbogens erfassende Arbeitsspiel eine Maximaldauer von 1 sec hat und dass die Elektroden so eingestellt sind, dass bei deren Berührung zum Zünden des Lichtbogens ein Stoss stattfindet, der deren Reinigung gewährleistet.