Kontinuierliches Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Azetylen
Bekanntlich kann Azetylen im kontinuierlichen Verfahren durch teilweise Verbrennung von Kohlenwasserstoffen mit einer brennbaren Substanz hergestellt werden. Diese Verfahren bestehen entweder darin, dass der Kohlenwasserstoff in eine Flamme eingespritzt wird, die durch Verbrennung von anderen Kohlenwasserstoffen entsteht oder dass die Kohlenwasserstoffe mit der brennbaren Substanz gemischt und zunächst vorerhitzt werden, worauf die Mischung entzündet wird. In beiden Fällen wird die Reaktion mittels eines Wasserstrahles abgebrochen nach einer Verweilzeit der Gase von wenigen Hundertsteln einer Sekunde in der Reaktionskammer.
Es ist bekannt, dass diese Zeit sowohl von der Art des Kohlenwasserstoffes, welcher gekrackt wird, und vom Sauerstoffgehalt der brennbaren Substanz als auch von der Vorerhitzungstemperatur und dem Druck, unter welchem die Reaktion stattfindet, abhängt.
Ausserdem ist es bekannt, dass diese Zeit für einen bestimmten zu behandelnden Kohlenwasserstoffstrom, wenn die Reinheit der brennbaren Substanz, die Vor erhitzungstemperatur, Druck und Volumen der Reak tionskammer festliegen, von dem Abstand ; der Bren- nerblockes 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 notwen digen Modifikationen an der Reaktionskammer durchgeführt werden. Die Reaktionskammer, wenn sie so eingestellt ist, hat somit eine optimale Ausbildung nur für eine bestimmte Quantität und Qualität eines Kohlenwasserstoffes, für einen gegebenen Arbeitsdruck und eine bestimmte Reinheit der brennbaren Substanz. Dadurch wird die Anpassungsfähigkeit der Arbeitsbedingungen des Brennofens begrenzt, und es müssen mühsam die besten Grössenverhältnisse der Reaktionskammer für die jeweiligen StandXardbedin- gungen festgelegt werden.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun eine Verbesserung des kontinuierlichen Verfahrens und der Vorrichtung zur Herstellung von Azetylen durch teilweise Verbrennung von Kolilenwasserstof- fen, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass das Volumen der Reaktionskammer während des Brennens den Schwankungen der Zusammensetzung und Menge des zugeführten Rohmaterials, der Vorwärmetemperatur desselben und dem Arbeitsdruck angepasst wird. Diese Anpassung kann vorteilehafter- weise so geführt werden, dass man einen optimalen Wert an maximaler Wirtschatlichkeit oder an höchster erreichbarer Ausbeute oder auch beides, je nach Zweckmässigkeit der Verfahrensdurchführung, erhält.
Die Vorrichtung zur Durchführung des. genannten Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass eine Einrichtung zur Veränderung des Volumens der Reaktionskammer durch Verschiebung des Brennerbluckes bzw. der Brennerplatte vorgesehen ist.
Die Verschiebung des Brennerblockes bzw. der Platte relativ zum feststehenden Rahmen des Brenners kann durch einfache Translationsbewegung durchgeführt werden, wobei Vorrichtungen eingesetzt werden müssen, die die Dichtigkeit gegenüber Gas gewährleisten. Es ist offensichtlich, dass das erfindungsgemässe Verfahren, das z.
13. mit Hilfe der im folgenden beschriebenen Einrichtung durchgeführt werden kann, infolge der Tatsache, dass ein bestimm ter Brenner schnell, auch während der Tätigkeit, den verschiedenen Schwankungen von zugeführten Kohlenwasserstoffen (beispielsweise Methan, Äthan, Leichtgasolin mit verschiedenen Prozentsätzen an Wasserstoff usw.) angepasst werden kann, einem Bren ner 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 Kohlenwasserstoffes, 1 den Brennerblock, 2 die Reaktionskammer, 3 die Löschzone, 4 die Stopfbüchse, 5 den Tragrahmen, 6 die Schraubenstangen, 7 die Führungen bzw. Lager der Schraubstangen, 8 Führungsbolzen des Brennerblockes, 9 di'e Zahnräder der Gewindestangen und 1. 0 den Schnek- kentrieb, 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 Schnellkühizone hin oder von dieser weg zu bewegen, wodurch die Länge der Reaktionskammer ge ändert wird, deren dichter Abschluss durch die Stopfbüchse bei 4 gewährleistet wird.
Beispiel 1
Bei einem Brenner mit einer Nominalkapazität von 2000 Nm3/h Naturgas mit 98 % Methan gestattet die Bewegung des Brennerblockes gegenüber der Löschzone während der Tätigkeit des Brenners, während im übrigen die Standardbetriebsbedingungen aufrechterhalten werden, derart, dass das Volumen der Reaktionskammer gegenüber seinem ursprünglichen Volumen um ungefähr 5 % verändert wird, eine 1,8 % ige Zunahme der Ausbeute an Azetylen pro kg Kohlenwasserstoff.
Beispiel 2
Wiederum beim gleichen Brenner konnte die Ausbeute an Azetylen durch Bewegung des Brennerblockes gegenüber der Löschzone bei einer Zufuhr von 500-2500 Nm3/h 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 vergleichsweise durch Herabsetzung der Vorwärmtemperatur der Reagenzien von 580 auf 2800 C trotz Erhöhung der Sauerstoffmenge um 8,5 % eine 25,4 %ige Abnahme an der Ausbeute von Azetylen pro kg Kòhlenwasser- stoff erhalten.
Nun wurden die Arbeitsbedingungen unverändert belassen, aber erfindungsgemäss 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 5200 C erhalten wurde.
Beispiel 4
In einem Brenner mit einer Nominalkapazität von 800 kg/h an Leichtgasolin konnte durch Bewegen des Brennerblockes einschliesslich Generator der Primärflamme und der Injektionszone des zu erhitzenden Gasolins gegenüber der Löschzone während der Tätigkeit des Ofens die Azetylenausbeute in einem Zu fuhrbereich an Kohlenwasserstoff von 200-880 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 Uebergehen von leichtem, paraffinischem Gasolin mit einem Gehalt von 85 Gew. S Kohlenstoff und 15 Ges. % Wasserstoff auf eine andere Art leichtes, paraffinisches Gasolin mit einem Gehalt von 84 Ges. % Kohlenstoff und 16 Gew. S Wasserstoff wurde, während alle übrigen Standardoperationsbedingungen unverändert bleiben, 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 einer zweiten Art von Gasolin gearbeitet wurde und alle anderen 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 beli Verwendung der ersten Art an Gasolin erhalten wurde.
Continuous process and apparatus for the production of acetylene
It is known that acetylene can be produced in a continuous process by partially burning hydrocarbons with a combustible substance. These methods consist of either injecting the hydrocarbon into a flame produced by burning other hydrocarbons, or mixing the hydrocarbons with the combustible substance and preheating it first, after which the mixture is ignited. In both cases, the reaction is terminated by means of a water jet after the gases have remained in the reaction chamber for a few hundredths of a second.
It is known that this time depends both on the type of hydrocarbon which is cracked and on the oxygen content of the combustible substance as well as on the preheating temperature and the pressure under which the reaction takes place.
It is also known that this time for a specific hydrocarbon stream to be treated, when the purity of the combustible substance, the pre-heating temperature, pressure and volume of the reaction chamber are fixed, from the distance; of the burner block depends on the zone in which the rapid cooling takes place once the cross-section of the chamber is fixed.
In commercial plants, this volume is determined by a series of tests, according to which the necessary modifications are made to the reaction chamber after the furnace has been dismantled. The reaction chamber, if it is set in this way, has an optimal design only for a certain quantity and quality of a hydrocarbon, for a given working pressure and a certain purity of the combustible substance. This limits the adaptability of the working conditions of the furnace, and the best size ratios of the reaction chamber for the respective standard conditions must be laboriously determined.
The subject of the present invention is now an improvement of the continuous process and the device for the production of acetylene by partial combustion of Kolilenwasserstof-, which process is characterized in that the volume of the reaction chamber during the burning the fluctuations in the composition and amount of the fed raw material, the preheating temperature of the same and the working pressure is adjusted. This adaptation can advantageously be carried out in such a way that an optimal value of maximum economy or the highest achievable yield or both, depending on the expediency of the process implementation, is obtained.
The device for carrying out the mentioned method is characterized in that a device is provided for changing the volume of the reaction chamber by shifting the burner valve or the burner plate.
The displacement of the burner block or the plate relative to the stationary frame of the burner can be carried out by a simple translational movement, with devices having to be used which ensure the seal against gas. It is obvious that the inventive method, which z.
13. Can be carried out with the help of the device described below, due to the fact that a certain burner quickly, even during operation, the various fluctuations in the supplied hydrocarbons (for example methane, ethane, light gasoline with different percentages of hydrogen, etc.) can be adapted, gives a burner for the production of acetylene from hydrocarbons extraordinary adaptability with the greatest practical importance.
An example of a device with which the above method can be carried out (reference is made to the following Examples 1, 2 and 3) consists essentially of the device shown schematically in the drawing. Here A denotes the supply of the hydrocarbon, 1 the burner block, 2 the reaction chamber, 3 the extinguishing zone, 4 the stuffing box, 5 the support frame, 6 the screw rods, 7 the guides or bearings of the screw rods, 8 guide bolts of the burner block, 9 di'e The gears of the threaded rods and 1. 0 the worm drive with which the gears at 9 are moved.
In the particular case, the simultaneous rotation of the threaded rods, which is caused by turning the worm gear at 10, allows the burner block to move towards or away from the Schnellkühizone during the operation of the burner, thereby changing the length of the reaction chamber, its tight seal is guaranteed by the stuffing box at 4.
example 1
In the case of a burner with a nominal capacity of 2000 Nm3 / h natural gas with 98% methane, the movement of the burner block relative to the extinguishing zone during the operation of the burner, while otherwise maintaining the standard operating conditions, such that the volume of the reaction chamber compared to its original volume by is changed about 5%, a 1.8% increase in the yield of acetylene per kg of hydrocarbon.
Example 2
Again with the same burner the yield of acetylene could be kept by moving the burner block opposite the quenching zone at a supply of 500-2500 Nm3 / h hydrocarbon, while at the same time the volume of the reaction chamber was changed in the ratio of 1: 6.3.
Example 3
Again with the same burner and a supply of 1850 Nm3 / h natural gas, a 25.4% decrease in the yield of acetylene per kg of cooling water was achieved by lowering the preheating temperature of the reagents from 580 to 2800 C despite an 8.5% increase in the amount of oxygen - get fabric.
Now the working conditions were left unchanged, but according to the invention the volume of the chamber was increased by 18.2%. As a result, the yield of acetylene could be brought to a value which was only 5.3% lower than that which was obtained with preheating to 5200.degree.
Example 4
In a burner with a nominal capacity of 800 kg / h of light gasoline, by moving the burner block including the generator of the primary flame and the injection zone of the gasoline to be heated opposite the extinguishing zone during the operation of the furnace, the acetylene yield in a hydrocarbon feed range of 200-880 kg / h are kept constant, the volume of the chamber below the gasoline injection zone being changed in a ratio of 1 5.5.
Example 5
In the same burner as described in Example 4, a flow of 500 kg of gasoline was used. When light, paraffinic gasoline with a content of 85% by weight of carbon and 15% by weight of hydrogen passed into a different type of light, paraffinic gasoline with a content of 84% by weight of carbon and 16% by weight of hydrogen, while all the others Standard operating conditions remain unchanged, in the same burner as in Example 4 with a supply of 500 kg of gasoline a decrease in the acetylene yield of about 4.5% was observed.
If a second type of gasoline was used and all other working conditions remained unchanged, but the volume of the reaction chamber was increased by 8.1%, it was possible to bring the acetylene yield to the same value as when using the first type of gasoline was obtained.