CH397641A - Verfahren zur Herstellung von Alkinen und Alkenen - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren zur Herstellung von Alkinen und Alkenen
Das gewöhnlich zur Herstellung von Acetylen und Olefinen aus flüssigen oder gasförmigen Kohlenwasserstoffen angewendete Verfahren besteht darin, dass unter Sauerstoffzufuhr bei einer Temperatur über   15000 C    eine teilweise Verbrennung durchgeführt wird, worauf die Verbrennungsprodukte so schnell als möglich gekühlt werden, um jegliche Dissoziation des gebildeten Acetylens zu vermeiden.



   Diese Verfahren wurden bisher nahe bei Atmosphärendruck durchgeführt, da angenommen wurde, dass das zur Bildung von Acetylen wichtige Gleichgewicht durch Druckzunahme behindert wird; ausserdem wurde das schnelle Abschrecken so durchgeführt, dass die Flamme mit Hilfe einer Wassereinspritzung in den Ofen gelöscht wurde, so dass die gesamte Wärme der Verbrennungsprodukte bei der Entfernung des Kühlwassers verlorenging.



   Die vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf ein Verfahren, bei welchem die in den Produkten der teilweisen Verbrennung vorhandene Wärme rationell verwertet wird. Dieses Verfahren enthält zwei Hauptmassnahmen: die erste besteht darin, dass die unvollständige Verbrennung bei einem Druck von 2-6 atü durchgeführt wird; die zweite besteht darin, dass die Produkte der teilweisen Verbrennung in einem zweistufigen Verfahren abgeschreckt werden, zunächst mit Hilfe eines Kohlenwasserstoffes, der zwei oder mehr Kohlenstoffatome enthält und dann mit Wasser.



   Es wurde gefunden, dass die Ausbeute z. B. von Acetylen und Äthylen praktisch genau so hoch ist wie die Ausbeute, welche bei Atmosphärendruck erzielt wird, wenn die unvollständige Verbrennung der entweder gasförmigen oder flüssigen Kohlenwasserstoffe mit Sauerstoff unter einem Druck von 2-6 atü durchgeführt wird. Beispielsweise gestattet der Vorgang der Abschreckung des Gases, wenn die unvollständige Verbrennung unter einem Druck von 4 atü durchgeführt wird, eine hohe Wärmewiedergewinnung in Form von heissem Wasser, mit einer Temperatur von etwa 1300 C, welches günstig zur Regenerierung der bei der Acetylenabtrennung aus den übrigen Gasen verwendeten Lösungsmittel verwendet werden kann.



   Ausserdem ist offensichtlich, dass sich bei einer unter Druck durchgeführten teilweisen Verbrennung eine beträchtliche Krafteinsparung ergibt, da die den Ofen verlassenden Gase zur Abtrennung z. B. des Acetylens durch Lösungsmittelabsorption bei niedrigen Temperaturen komprimiert werden müssen.



   Das zweistufige Abschrecken der Produkte der unvollständigen Verbrennung, bei welchen zuerst ein Kohlenwasserstoff und dann Wasser verwendet wird, kann bei jeder Ofentype zur Herstellung von Acetylen und   Äthylen    durchgeführt werden.



   Bekanntlich wird Äthylen bei einer tiefen Temperatur gebildet als Acetylen; wenn daher ein fein verteilter flüssiger Brennstoff durch eine Serie von Düsen, welche in einer oder mehreren Ebenen normal zur Ofenachse angeordnet sind, vor der Einspritzung des Wassers in den Ofen gesprüht wird, wird dadurch die Ausbeute an Alkinen, Alkenen und Synthesegas in einem wesentlichen Mass erhöht, was zu einem ökonomischeren Arbeiten führt. Auf diese Weise wird die Ausbeute z. B. an Acetylen und Äthylen, die durch Pyrolyse bzw. Cracken bei einer Temperatur von   15000 C    erhalten werden, um einen weiteren Betrag erhöht, welcher durch Ausnutzung der Hitze der Verbrennungsprodukte von 1500 bis   800-7000    C erreicht wird.



   Um jegliche   Acetylenzersetzung    zu vermeiden, sobald die Pyrolyse zu Ende ist, sollen die Gase so schnell als möglich mit Hilfe einer Wasserein  spritzung auf eine Temperatur von 150 bis   1400 C    abgeschreckt werden.



   Die erhöhte Produktion an Alkinen, Alkenen und Synthesegas, welche nach diesem Verfahren erreicht wird, hängt natürlich von einer Anzahl von Faktoren ab, beispielsweise von den Eigenschaften der bei der primären und sekundären Pyrolyse verwendeten Kohlenwasserstoffe, von der Vorerhitzungstemperatur und von der Fördermenge; so kann z. B. die Ausbeute an Acetylen und   Athylen    in den besten Fällen die nach den üblichen Verfahren erhaltene   50% ige    Ausbeute übertreffen, bei denen nur eine Wasserkühlung verwendet wird. Diese Zunahme der Ausbeute ergibt natürlich eine Kostenersparnis, wenn man bedenkt, dass sie ohne zusätzlichen Sauerstoffbzw. Brennstoffverbrauch erhalten wird.



   Durch dieses Verfahren kann ausserdem innerhalb eines gewissen Bereiches das Verhältnis von im Ofen gebildetem Acetylen zu Äthylen dadurch variiert werden, dass man die Fördermenge der in der primären und sekundären Pyrolyse zugeführten Kohlenwasserstoffe entsprechend auswählt.



   Zwei Ausführungsbeispiele dieses erfindungsgemässen Verfahrens sind in den Zeichnungen illustriert.



  Hievon zeigt Fig. 1 die Durchführung in einer üblichen Ofenart zur Herstellung von Acetylen aus Methan.



   Erdgas, welches gewöhnlich unter gewissem Druck zur Verfügung steht und komprimierter Sauerstoff werden unter einem Druck von 4 atü nach Vorwärmen auf ungefähr 5000 C durch die Rohre 1 und 2 in eine Mischkammer 3 gebracht. Die Gasmischung tritt durch Verteilerrohre 4 in die Verbrennungskammer 5, wo die Temperatur auf 15000 C und mehr ansteigt. Der flüssige Kohlenwasserstoff wird auf geeignete Weise vorerhitzt und durch die Düsen 6 und 7 in Form von sehr kleinen Tröpfchen in die Kammer gesprüht; hier wird er pyrolysiert ( gekrackt ) und dadurch wird der Ertrag an Acetylen und Olefinen weiter erhöht.

   Das Gas wird hierauf mit Hilfe des durch die Düsen 8 eingespritzten Wassers auf 1300 C abgeschreckt und strömt schliesslich durch das Rohr 9 mit einem Druck von 3 atü aus; es wird zur Abtrennung von Acetylen und   Äthylen    aus den Synthesegasen mit selektiven Lösungsmitteln gewaschen. Das Wasser wird durch den Auslass 10 entfernt und da es auf eine Temperatur von 1300 C überhitzt ist, wird es zur Regenerierung der selektiven Lösungsmittel und zum Betrieb einer Absorptionskühleinrichtung verwendet, welche die zur Abtrennung von Acetylen und Äthylen aus den Restgasen benötigte Kälte liefert.



   Fig. 2 zeigt eine Anwendung des   erfindungsge-    mässen Verfahrens bei einem Ofen zur Herstellung von Acetylen und Olefinen aus flüssigen Kohlenwasserstoffen.



   Der verdampfte und vorerhitzte Kohlenwasserstoff wird durch eine Düse 11 mit einem Druck von 2-6 atü eingespritzt, während ebenfalls vorerhitzter Sauerstoff in das Rohr 12 mit dem gleichen Druck eingeführt wird. Der flüssige Kohlenwasserstoff kann ganz oder teilweise durch gasförmigen Brennstoff ersetzt werden; die Flamme wird so eingestellt, dass in der Kammer 13 eine Temperatur über 16000 C erhalten wird. Der für die Primärpyrolyse bestimmte Kohlenwasserstoff wird durch die Düsen 14 in den Ofen gesprüht und infolge der hohen Temperatur wird auch eine hohe Acetylenausbeute erhalten. Der für die Sekundärpyrolyse bestimmte Kohlenwasserstoff wird durch die Düsen 16 und 17 in den Ofen gesprüht; die Gastemperatur sinkt auf ungefähr 8000 C ab und in dieser Zone überwiegt die Olefinbildung. Hierauf werden die Gase mit Wasser auf 1300 C abgeschreckt.



   Beispiel:
Das bei einem Verfahren zur Herstellung von Acetylen (Druck 4 atü) durch teilweise Oxydation von Methan mit Sauerstoff erhaltene heisse Gas wurde durch Einspritzen von Benzin in einer Menge von 130 kg Benzin pro 1000   Nm    Methan auf ungefähr 7500 C abgeschreckt. Die Gasmischung bestand aus dem durch die thermische Zersetzung aus dem Benzin erhaltenen Gas sowie aus dem Gas, das bei der teilweisen Oxydation von Methan gebildet wurde; es wurde schnell mit Hilfe von Wasser auf ungefähr 1500 C abgeschreckt.

   Das Volumen des aus dem Methan gebildeten Gases nahm um ungefähr   150Nm3    für je 100 kg zugeführtes Benzin zu; das durch die thermische Zersetzung des Benzins erhaltene Gas hatte folgende Zusammensetzung:    -C2H2    19,23 Nm3/100 kg Benzin    - C2H4    40,00   Nu3/100    kg    -CO2 2,60 Nm3/100 kg    - CO 9,80 Nm3/100 kg    -H2 57,83 Nm3/100 kg    -CH4 19,67 Nm3/100 kg      - C3H6    1,20 Nm3/100 kg  
150,33   Nm3/100    kg  
Dabei wurden folgende Ausbeuten erhalten:    -CoH2    22,32 kg/100 kg Benzin  -C2H4 50,00 kg/100 kg   andere Gase: 367 X   103iKcal   
Eine überschlagsweise Kalkulation zeigt den Fortschritt des Verfahrens.



   Es seien folgende Preise angenommen:  - Benzin Fr.   0.80/kg     - Acetylen Fr.   3 .20/kg       -Äthylen    Fr.   2.40/kg     - Kalorien im brennenden Gas
Fr. 0.08/1000 Kcal.



   Angenommen, die Anlage hat eine Leistungsfähigkeit von 100 000   Nms    CH4 täglich; bei Verwen  dung des beschriebenen Verfahrens ist der Verbrauch zum Abschrecken:
13 000 kg Benzin = Fr. 10 400 pro Tag während man erhält:
2900 kg C2H2 = Fr. 9280.
6 500 kg C2H4 = Fr. 15 600.
11 800   Nm    Gas = Fr. 3 920.
Fr. 28 800.
Es wird daher ein Nettogewinn von Fr. 18 400.pro Tag erhalten, d. h. von etwa Fr. 6000 Mio pro Jahr.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung von Alkinen und Alkenen durch unvollständige Verbrennung von gesättigten Kohlenwasserstoffen mit Sauerstoff, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennung bei einem Druck von 2 6 atü durchgeführt wird und die Reaktionsprodukte in zwei aufeinanderfolgenden Stufen gekühlt werden, zunächst durch Einspritzung eines Kohlenwasserstoffs mit zwei oder mehr Kohlenstoffatomen und dann durch Einsprühen von Wasser.

   UNTERANSPRUCH Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsprodukte mit Wasser auf eine Temperatur auf über 1000 C gekühlt werden, um dadurch einen Teil der Wärme zur Regeneration der selektiven Lösungsmittel wiederzugewinnen und zur Erzeugung der notwendigen Kälte, welche zur Abtrennung des Acetylens und des Äthylens von den übrigen Gasen benötigt wird.