DE1051845B - Verfahren zur Herstellung von Acetylen durch thermische Spaltung, insbesondere durchpartielle Oxydation von Kohlenwasserstoffen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von Acetylen durch thermische Spaltung, insbesondere durch partielle Oxydation von Kohlenwasserstoffen Es ist bekannt, Acetylen durch partielle Oxydation gasförmiger oder verdampfbarer Kohlenwasserstoffe herzustellen, indem die Reaktionsteilnehmer gemeinsam oder vorzugsweise getrennt vorgewärmt, das Gemisch dem Reaktionsraum zugeführt, in einer Flamme umgesetzt und dann die Reaktionsgase rasch abgekühlt werden. Diese rasche Abkühlung erfolgt zweckmäßig durch Einführung von Wasser in die Reaktionsgase.
• Um eine möglichst hohe Ausbeute an Acetylen zu erzielen, ist es notwendig, die Reaktion nach einer möglichst genau definierten Zeit, die durch die Vorwärmtemperatur der Gase, das Mischungsverhältnis zwischen Kohlenwasserstoff und Sauerstoff sowie die Gestalt und Abmessungen der Reaktionsapparatur bestimmt wird, abzuschrecken. Ist die Geschwindigkeit des Abschreckens nicht groß genug, so macht sich dies durch geringeren Acetylengchalt und höheren Rußgehalt in den Reaktionsgasen bemerkbar.
• Bei Apparaten mit einem Durchsatz, wie er bei der technischen Durchführung des Verfahrens in Betracht kommt, ist die abzuführende Wärmemenge recht beträchtlich. Man hat daher das zum Abschrecken dienende Wasser möglichst fein aufgeteilt, um eine ausreichende Fläche zur Ubertragung der Wärme vom abzuschreckenden Gas auf das Wasser zu erzielen. Je größer die Dimensionen der Apparate werden, desto schwieriger ist es jedoch, das Wasser in Form feiner Tropfen tief genug in den Gasstrom einzubringen.
• Dies gilt besonders für höhere Gasgeschwindigkeiteii.
• Die Reibung zwischen den Wassertropfen und dem Gasstrom lenkt die Bahn der eindringenden Wassertropfen ab, so daß im allgemeinen in der Mitte des Gasstromes zu einer späteren Zeit abgeschreckt wird als am Rand.
• Es wurde nun gefunden, daß sich diese Schwierigkeiten wirksam. beheben lassen, wenn man das zum Abschrecken dienende Wasser im wesentlichen nicht in zerstäubtem Zustand, sondern in Form unzelrteilter Strahlen einführt und dabei die Dicke d der Strahlen und den Wasserdruck Pw vor den Austrittsöffnungen der Wasserdüsen für einen Gasstrom mit gegebenem Staudruck PG und eine bestimmte Eindringtiefe o des Wassers in den Gas strom so wählt, daß der Zahlenwert der Größe (pw: Po) (da) zwischen 1 und 15 liegt. Die gewünschte größere Eindringtiefe a läßt sich durch Vergrößerung der Dicke d des Wasserstrahles, die im allgemeinen von der Größe der Austrittsöffnung für den Wasserstrahl abhängt, undloder durch Erhöhung des Wasserdruckes Pw vor der Austrittsöffnung erzielen. Die Zerteilung des Wasserstrahles erfolgt durch die kinetische Energie des abzuschreckenden Gas stromes selbst, die durch den Staudruck PG gemessen werden kann. Der Staudruck PG ist bekanntlich das halbe Produkt aus der Dichte des Gases und dem Quadrat seiner linearen Geschwindigkeit.
• Die Wasserstrahlen sollen geneigt, vorzugsweise senkrecht zur Gasströmung eingeführt werden.
• Besonders günstige Ergebnisse werden erzielt, wenn man mit Strahlen verschiedener Eindringtiefe arbeitet. Es lassen sich so die von einer Gruppe von Strahlen gleicher Eindringtiefe nicht bedeckten Sektoren des Gasstromes durch Strahlen einer anderen Gruppe mit anderer Eindringtiefe ausfüllen und so die zugeführten Wassermengen gleichmäßig über den gesamten Querschnitt verteilen.
• Da es schwierig ist, eine Auflösung eines unzerteilten Strahles am Rand eines Gasstromes zu erzielen, ergibt sich eine weitere Verbesserung des Verfahrens, wenn man die Randbezirke des Gasstromes durch zusätzliche Einspritzung von Wasser in Form feiner Tröpfchen abschreckt. Bei genügender Menge dieses feinverteilten Wassers und bei gleichmäßiger Anordnung der Austrittsöffnungen für dieses Wasser rings um den Gasstrom läßt sich erreichen, daß das Gas von einem Mantel aus feinverteiltem Wasser vollständig umhüllt wird. Dies bewirkt eine weitere Steigerung der Ausbeute an Acetylen, da sich keine Anteile des Gasstromes der Einwirkung des Wassers entziehen können.
• Das vorliegende Verfahren ist nicht nur bei der Acetylenherstellung durch partielle Oxydation von Kohlenwasserstoffen, sondern auch bei solchen Methoden anwendbar, bei denen die Energie für die Spaltung der Kohlenwasserstoffe zu Acetylen aus anderen thermischen Quellen zugeführt wird.
• Beispiel 1 a) In einem Vorwärmer werden 2000 Nm3/h Methan auf eine Temperatur von 5400 C und in einem zweiten Vorwärmer 1150 Nm3/h Sauerstoff ebenfalls auf eine Temperatur von 5400 C erhitzt. Die beißen Gase werden einer Mischvorrichtung zugeführt. Nach vollständiger Durchmischung tritt das Gemisch durch pa;rallele Kanäle in den Reaktionsraum ein, wo das Methan mit dem Sauerstoff unter Flammenbildung reagiert. Der Durchmesser des Stromes der Rea -tionsgase am Austritt aus dem Reaktionsraum beträgt 400 mm, der Staudruck PG beträgt 2,2-10s at. Die Reaktionsgase werden in der Weise rasch abgekühlt, daß aus vierzig Zerstäuberdüsen insgesamt 16 m3/h Wasser in feinen Tröpfchen in den Gasstrom eingesprüht werden. Man erhält ein Gasgemisch, das 7,gD Volumprozent Acetylen enthält und 4,28 im3 Ruß mit sich führt. b) Man arbeitet unter den gleichen Bedingungen, ändert aber die Abschreckung der Reaktionsgase in der Weise ab, daß zusätzlich aus zwölf Düsen mit einem Durchmesser von 2,8 mm unzerteilte Wasserstrahlen unter einem Druck Pw von 2 atü in den Gasstrom eingespritzt werden. Man erhält ein Gasgemisch mit 8,15 Volumprozent Acetylen und einem Rußgehalt von 3,65 g/m3.
• Beispiel 2 a) In der im Beispiel 1 beschriebenen Weise werden 1600 Nm3/h Methan und 890 Nm3/h Sauerstoff getrennt auf je 6400 C erhitzt, gemischt und umgesetzt.
• Der Durchmesser des Stromes der Reaktionsgase am Austritt aus dem Reaktionsraum beträgt 265 mm, der Staudruck pG beträgt 7,3.10-8 at. Die Reaktionsgase werden durch vierzig Zerstäuberdüsen mit insgesamt 16 m3/h feinverteiltem Wasser abgekühlt. Man erhält ein Gasgemisch mit 8,05 Volumprozent Acetylen und 2,36 g/m3 Ruß. b) Man arbeitet unter den gleichen Bedingungen, spritzt aber zusätzlich aus zwölf Düsen mit einem Durchmesser von 2,8 mm unzerteilte Wasserstrahlen unter einem Druckpw von 1,5 atü in den Gasstrom ein. Man erhält ein Gasgemisch mit 8,31 Volumprozent Acetylem und 1,94g/mS Ruß. c) Man arbeitet unter den gleichen Bedingungen wie unter a) und b) angegeben, spritzt aber aus zwölf weiteren Düsen mit einem Durchmesser von 2 mm unzerteilte Wasserstrahlen unter einem Druck pkw von 1,2 atü ein. Diese Düsen sind so angeordnet, daß ihre Strahlen in die Sektoren zwischen den Strahlen der zwölf zusätzlichen, unter b) angegebenen Düsen eindringen. Man erhält ein Gasgemisch mit 8,520/e Acetylen und 1,77 g/m3 Ruß.

Claims (3)

1. PATENTANSPRUCHE: 1. Verfahren zur Herstellung von Acetylen durch thermische Spaltung, insbesondere durch partielle Oxydation gasförmiger oder verdampfter IÇohlenwasserstoffe und rasche Abkühlung der Reaktionsgase durch Einführung von Wasser in den Gasstrom, dadurch gekennzeichnet, daß man das Wasser in Form unzerteilter Strahlen einführt und daß man dabei die Dicke d der Strahlen und den Wasserdruckpw vor den Austrittsöffnungen der Wasserdüsen für einen Gas strom mit gegebenem Staudruck Pa und eine bestimmte Eindringtiefe a des Wassers in den Gasstrom so wählt, daß der Zahlenwert der Größe (pw: Po) (d: a) zwischen 1 und 15 liegt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Wasser durch eine Mehrzahl von Austrittsöffnungen einführt und die Dicke der einzelnen Strahlen und/oder den Wasserdruck so wählt, daß das Wasser möglichst gleichmäßig über den Querschnitt des Gasstromes verteilt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man zusätzlich zerstäubtes Wasser derart einführt, daß man die Randhezirke des Gas stromes durch zusätzliche Einspritzung von Wasser in Form feiner Tröpfchen abschreckt.