DE1071075B

DE1071075B - Process and device for the production of acetylene-containing gases

Info

Publication number: DE1071075B
Application number: DENDAT1071075D
Authority: DE
Inventors: Trenton N. J. Helmut Rudolph Pichler und Michael Christopher Chervenak (V. St. A.)
Original assignee: Hydrocarbon Research, Inc., New York, N. Y. (V. St. A.)
Publication date: 1959-12-17

Description

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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

kl. 12 ο 19/01 kl. 12 ο 19/01

INTERNAT. KL. C 07 CINTERNAT. KL. C 07 C

PATENTAMTPATENT OFFICE

C07C 11/24 CC07C 11/24 C

AUSLEGESCHRIFT 1071075EDITORIAL NOTICE 1071075

H 19265 IVb/12 οH 19265 IVb / 12 ο

ANMELDETAG: 10. FEBRUAR 1954REGISTRATION DATE: FEBRUARY 10, 1954

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 17. DEZEMBER 1959NOTICE
THE REGISTRATION
AND ISSUE OF THE
EDITORIAL: DECEMBER 17, 1959

Die Erfindung betrifft ein \^rerfahren zur Herstellung von acetylenhaltigen Gasen durch unvollständige Verbrennung von Kohlenwasserstoffen mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen.The invention relates to a \ ^r out for the preparation of the acetylene-containing gases by incomplete combustion of hydrocarbons with oxygen or oxygen-containing gases.

Die Herstellung von Acetylen durch Umsetzung eines Kohlenwasserstoffs mit Sauerstoff unter genau geregelten Reaktionsbedingungen ist bereits untersucht worden.The production of acetylene by reacting a hydrocarbon with oxygen under exactly Regulated reaction conditions have already been investigated.

Nach einem bisher in der Technik angewandten Verfahren werden verhältnismäßig reiner Sauerstoff und ein gasförmiger Kohlenwasserstoff, z. B. Erdoder Kokereigas, gesondert vorgewärmt und dann miteinander vermischt; das erhaltene Gasgemisch wird durch einen gelochten Block, der eine Vielzahl von Öffnungen kleinen Durchmessers enthält, in eine Reaktionszone eingeführt. Man führt dabei das Gasgemisch mit solcher Geschwindigkeit ein, daß die Geschwindigkeit des durch die Öffnungen gehenden Stromes über derjenigen liegt, mit der die Flamme fortschreitet. Die Reaktionszone selbst enthält keine Packung und keinen Katalysator und ist so eingerichtet, daß der Strömungsweg der Reaktionsteilnehmer und der erhaltenen Erzeugnisse durch das Reaktionsgefäß verhältnismäßig kurz ist. Die Reaktionsprodukte werden durch unmittelbare Berührung mit einem Wassersprühstrahl abgeschreckt, um die gesamte Reaktionsdauer auf eine zwischen 0,001 und 0,1 Sekunde liegende Zeit zu beschränken.According to a method previously used in technology, relatively pure oxygen is obtained and a gaseous hydrocarbon, e.g. B. earth or coke oven gas, preheated separately and then mixed together; the gas mixture obtained is passed through a perforated block containing a multitude of small diameter openings, introduced into a reaction zone. The gas mixture is introduced at such a speed that the speed of the passing through the openings Current is higher than that with which the flame advances. The reaction zone itself does not contain any Packing and no catalyst and is set up so that the flow path of the reactants and the product obtained through the reaction vessel is relatively short. The reaction products are quenched by direct contact with a water spray jet to avoid the to limit the total reaction time to a time between 0.001 and 0.1 seconds.

Bei diesem \^erfahren können flüssige oder gasförmige Kohlenwasserstoffe angewandt werden. Flüssige Kohlenwasserstoffe werden zur Herstellung der Kohlenwasserstoff- Sauerstoff- Mischung verdampft, die dann durch die Beschickungsöffnungen in die Reaktionszone geleitet wird.At this \ ^ experience can be liquid or gaseous Hydrocarbons are applied. Liquid hydrocarbons are used to produce the Hydrocarbon-oxygen mixture evaporates, which then through the feed openings into the Reaction zone is passed.

Handelsüblicher Sauerstoff, z. B. solcher, der durch Rektifikation von Luft erhalten ist und über 90 Volumprozent Sauerstoff enthält, ist zur Verwendung für dieses Verfahren geeignet.Commercially available oxygen, e.g. B. that obtained by rectification of air and over 90 percent by volume Containing oxygen is suitable for use in this procedure.

Die Vorwärmung der Reaktionsteilnehmer hat eine günstige Wirkung auf die Acetylenausbeute; die Ausbeute nimmt mit steigender Vorwärmtemperatur zu. Als Beispiel für den günstigen Einfluß einer hohen Vorwärmtemperatur auf die Acetylenausbeuten zeigen Vergleichsdaten, die bei Verwendung von Sauerstoff und Erdgas als Ausgangsgas erhalten wurden, eine Erhöhung des Acetylengehalts in dem umgesetzten Gasgemisch von durchschnittlich 7,0 Volumprozent bei einer Vorwärmtemperatur von 480° C auf etwa 9,0% bei einer Vorwärmtemperatur von 700° C. Neben der erhöhten Acetylenkonzentration im Reaktionsgasgemisch infolge der hohen Vorwärmtemperaturen ist auch der Verbrauch an Sauerstoff geringer. Bei einer Vorwärmtemperatur von 480° C werden etwa 5,6 kg Sauerstoff auf 1 kg gebildetes Verfahren und VorrichtungPreheating the reactants has a beneficial effect on the acetylene yield; the Yield increases with increasing preheating temperature. As an example of the beneficial influence of a high preheating temperature on the acetylene yields show comparative data when using Oxygen and natural gas were obtained as the starting gas, increasing the acetylene content in the reacted Gas mixture of an average of 7.0 percent by volume at a preheating temperature of 480 ° C to about 9.0% at a preheating temperature of 700 ° C. In addition to the increased acetylene concentration in the reaction gas mixture, as a result of the high preheating temperatures, there is also the consumption of oxygen less. At a preheating temperature of 480 ° C, about 5.6 kg of oxygen per 1 kg are formed Method and device

zur Herstellung von acetylenhaltigenfor the production of acetylene-containing

GasenGases

Anmelder:Applicant:

Hydrocarbon Research, Inc.,
New York, N. Y. (V. St. A.)Hydrocarbon Research, Inc.,
New York, NY (V. St. A.)

Vertreter: Dr. W. Beil, Rechtsanwalt,
Frankfurt/M.-Höchst, Antoniterstr. 36Representative: Dr. W. Beil, lawyer,
Frankfurt / M.-Höchst, Antoniterstr. 36

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 10. Februar und 16. April 1953Claimed priority:
V. St. v. America February 10 and April 16, 1953

Helmut Rudolph Pichler
und Michael Christopher Chervenak,Helmut Rudolph Pichler
and Michael Christopher Chervenak,

Trenton, N. J. (V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt wordenTrenton, NJ (V. St. Α.),
have been named as inventors

Acetylen benötigt, während bei 700° C nur etwa 4,0 kg Sauerstoff auf 1 kg gebildetes Acetylen verbraucht werden.Acetylene is required, while at 700 ° C only about 4.0 kg of oxygen is consumed for 1 kg of acetylene formed will.

Die Vorwärmung der einzelnen Reaktionsgase auf Temperaturen in der Größenordnung von 540° C und darüber war bei den bisher in der Technik angewandten Verfahren wegen der Gefahr des Flammenrückschlagens und von Frühzündungen der Reaktionsteilnehmer in der Mischanlage nicht durchführbar. Eine solche spontane Frühzündung tritt leicht ein, wenn verhältnismäßig reiner Sauerstoff bei hohen Temperaturen oberhalb etwa 430° C mit Kohlenwasserstoffen gemischt wird, insbesondere in Gegenwart einer katalytischen Oberfläche, z. B. von Eisen. Oft kommen auch örtlich begrenzte hohe Sauerstoffkonzentrationen an der Mischstelle auf, die zur Frühzündung führen können. Flammenrückschläge entstehen, wenn die brennbare Mischung in der Mischzone als Folge des raschen Fortschreitens der Flamme von der Reaktionszone in die Mischzone entzündet wird. Schon kleine Schwankungen der Betriebsverhältnisse können ein solches Zurückschlagen zur Folge haben, selbst wenn die Gasgemische in das Reaktionsgefäß durch Rohre oder Durchlässe sehr kleinen Durchmessers mit einer solchen Geschwindigkeit eingelassen werden, die über derjenigen der Flammenausbreitung liegt. Frühzündung und Zurückschlagen unterbrechen den Betrieb, machen ein Abschalten des Reaktionsgefäßes erforderlich und beschädigen sehr oft die Anlage.The preheating of the individual reaction gases to temperatures of the order of magnitude of 540 ° C and above this was the case with the methods previously used in technology because of the risk of flashback and premature ignition of the reaction participants in the mixing plant is not feasible. Such a spontaneous pre-ignition occurs easily when relatively pure oxygen is high Temperatures above about 430 ° C is mixed with hydrocarbons, especially in the presence a catalytic surface, e.g. B. of iron. There are also often localized high oxygen concentrations at the mixing point, which can lead to pre-ignition. Flashbacks occur when the combustible mixture is in the mixing zone ignited as a result of the rapid advance of the flame from the reaction zone into the mixing zone will. Even small fluctuations in the operating conditions can cause such a setback Result even if the gas mixtures enter the reaction vessel through pipes or very passages of small diameter can be admitted at such a rate as above that of the Flame spread is. Pre-ignition and flashback interrupt operation and shutdown of the reaction vessel are required and very often damage the system.

Eine andere bei der Herstellung von Acetylen durch Teilverbrennungsverfahren, z. B. nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren, auftretende Schwierigkeit ist die gleichzeitige Kohlenstoffabscheidung. Der Kohlenstoff neigt dazu, sich im Reaktionsgefäß, insbesondere auf seinen Wänden und auf der gelochten Platte festzusetzen, durch die die Reaktionsteilnehmer in die Reaktionszone eintreten. Die Ablagerung von Kohlenstoff im Reaktionsgefäß ist eine ernsthafte Schwierigkeit bei der Durchführung des Verfahrens. Dieser Kohlenstoff muß periodisch entfernt werden, indem man entweder den Zufluß des Kohlenwasserstoffs unterbricht und die Kohlenstoffablagerungen mit Sauerstoff wegbrennt oder die Wände des Reaktionsgefäßes und die Oberfläche der gelochten Platte abkratzt.Another in the production of acetylene by partial combustion processes, e.g. B. after the above The problem that arises is the simultaneous deposition of carbon. The carbon tends to settle in the reaction vessel, especially on its walls and on the perforated Set plate through which the reactants enter the reaction zone. The deposit carbon in the reaction vessel is a serious difficulty in performing the Procedure. This carbon must be removed periodically by either increasing the inflow of the Hydrocarbon interrupts and the carbon deposits burn away with oxygen or the Scrapes the walls of the reaction vessel and the surface of the perforated plate.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umsetzung eines Kohlenwasserstoffs mit Sauerstoff, bei dem eine Mischung des Kohlenwasserstoffs mit Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Gas bei erhöhter Temperatur durch eine poröse Trennschicht in eine Reaktionszone geleitet wird, in der durch die teilweise Verbrennung des Kohlenwasserstoffs eine Reaktionstemperatur von etwa 1370° C aufrechterhalten wird.The present invention relates to a process for reacting a hydrocarbon with oxygen, is passed through a porous separating layer in a reaction zone in which a mixture of the hydrocarbon with oxygen or an oxygen-containing gas at elevated temperature in which, by the partial combustion of the hydrocarbon, a reaction temperature of about 1370 ° C is maintained.

Die Verwendung d£r porösen Trennschicht verhindert wirksame Flammenrückschläge und Frühzündungen und auch Kohlenstoffablagerungen innerhalb des Reaktionsgefäßes. Die Abscheidung von Kohlenstoff auf den Wänden des Reaktionsgefäßes kann verhindert werden, indem man diese Wände auf eine unterhalb der Reaktionstemperatur liegende Temperatur kühlt. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ermöglicht die ununterbrochene Acetylenherstellung durch die erwähnte Teilverbrennungsreaktion. The use of the porous separating layer prevents effective flashbacks and premature ignition and also carbon deposits within the reaction vessel. The deposition of carbon on the walls of the reaction vessel can be prevented by cooling these walls to a temperature below the reaction temperature. The process of the present invention enables the uninterrupted production of acetylene by the aforementioned partial combustion reaction.

Bei der praktischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Reaktionsteilnehmer auf eine über etwa 540° C liegende Temperatur vorgewärmt, bevor sie in die Reaktionszone eintreten, vorzugsweise auf 590 bis 760° C.In practicing the process of the invention, the reactants become preheated to a temperature above about 540 ° C before they enter the reaction zone, preferably to 590 to 760 ° C.

Die Frühzündung des vorgewärmten Gasgemisches kann auch dadurch vermieden werden, daß man die Berührung mit Metall vermeidet. Der Kohlenwasserstoff und der Sauerstoff können gesondert vorgewärmt und dann rasch und innig miteinander vermischt werden. Wenn man dabei Metall von der Mischzone fernhält, können die Gase ohne Frühzündung auf eine Temperatur von nahezu 650° C vorgewärmt werden.The pre-ignition of the preheated gas mixture can also be avoided by the Avoids contact with metal. The hydrocarbon and oxygen can be preheated separately and then quickly and intimately mixed together. If you keep metal away from the mixing zone, the gases can be preheated to a temperature of almost 650 ° C without pre-ignition.

Bei Durchführung der Erfindung wurde überraschenderweise gefunden, daß es möglich ist, einen Kohlenwasserstoff in gasförmiger Phase mit Sauerstoff bei einer Temperatur zu mischen, die unter derjenigen des Zündbeginns liegt, und die Mischung anschließend auf eine hohe Temperatur von etwa 760° C ohne die Gefahr einer spontanen Entzündung zu erwärmen. Es wurde gefunden, daß man eine Sauerstoff-Kohlenwasserstoff-Mischung in einem Rohr kleinen Durchmessers, durch das die Mischung mit hoher Geschwindigkeit strömt, gefahrlos auf eine hohe Temperatur vorwärmen kann. Die Heizrohre können sogar aus Metall bestehen, das sonst gewöhnlich für die Zündung katalytisch wirkt.When carrying out the invention it was surprisingly found that it is possible to use a Mixing hydrocarbon in gaseous phase with oxygen at a temperature below that the start of ignition is, and the mixture then to a high temperature of about 760 ° C without the risk of spontaneous ignition. It has been found that one Oxygen-hydrocarbon mixture in a pipe of small diameter through which the mixture is mixed with flows at high speed, can safely preheat to a high temperature. The heating pipes can even consist of metal, which otherwise usually has a catalytic effect for ignition.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Kohlenwasserstoff in der Gasphase mit Sauerstoff gründlich und gleichförmig bei Temperaturen vermischt, die unterhalb derjenigen liegen, bei der spontane Zündung eintreten kann, und die Mischung wird dann mit hoher Geschwindigkeit durch eine aus Rohren kleinen Durchmessers bestehende Heizzone geleitet, um sie auf über 540° C, vorzugsweise über 590° C bis nahezu auf 760° C, zu erwärmen. Es ist im allgemeinen vorzuziehen, die Reaktionsteilnehmer bei Temperaturen unter etwa 320° C zu vermischen.In a preferred embodiment of the present invention, a hydrocarbon is used in the gas phase is mixed with oxygen thoroughly and uniformly at temperatures that are below those at which spontaneous ignition can occur, and the mixture will then be at high speed passed through a heating zone consisting of pipes of small diameter in order to put them on over 540 ° C, preferably above 590 ° C up to almost 760 ° C. It is generally preferable to mix the reactants at temperatures below about 320 ° C.

Die Heizzone kann beispielsweise aus nichtrostenden Stahlrohren mit einem Innendurchmesser von etwa 6,3 bis 12,7 mm bestehen. Die Reaktionsmischung hat dann eine Gasgeschwindigkeit von mehr als 30 m/s, wenn sie 540° C erreicht. Die Heizvorrichtung muß so gebaut sein, daß das stark vorgewärmte Gas keine Gelegenheit hat, längere Zeit mit dem heißen Metall in Berührung zu kommen.The heating zone can, for example, consist of stainless steel pipes with an inner diameter of consist of about 6.3 to 12.7 mm. The reaction mixture then has a gas velocity of more than 30 m / s when it reaches 540 ° C. The heater must be built so that the strongly preheated Gas has no opportunity to come into contact with the hot metal for a long period of time.

Es ist erforderlich, das Gas von der mit hoher Geschwindigkeit durchströmten Vorwärmzone zu der porösen Platte oder Flammensperre der Reaktionszone zu verteilen. Zu diesem Zweck ist eine Verteilungszone vorgesehen und aus einem Werkstoff, beispielsweise feuerfestem oder emailliertem, hergestellt, der nicht durch katalytische Wirkung eine Frühzündung der vorgewärmten Reaktionsmischung verursacht.It is necessary to transfer the gas from the preheating zone through which it flows at high speed to the porous plate or flame arrester to distribute the reaction zone. For this purpose there is a distribution zone provided and made of a material, e.g. refractory or enamelled, which does not pre-ignite the preheated reaction mixture due to the catalytic effect caused.

In jedem Fall wird die vorgewärmte Mischung der Reaktionsteilnehmer durch eine poröse Platte in die Reaktionszone eingeführt. Die Einführung der zuvor gemischten Reaktionsteilnehmer in das Reaktionsgefäß durch einen porösen Körper verhindert das Zurückschlagen der Flamme von der Reaktions- in die Mischzone. Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß sich auf einer porösen Trennschicht kein Kohlenstoff abscheidet, wie das bei einer durchlöcherten Platte der Fall ist. Die poröse Platte besteht aus einem kerarnisxh.exL «der einem ähnlichen feuerfesten Werkstoff, der vorzugsweise durch Zusammenkitten oder -sintern von körniger oder Tonerde unter Bildung durchgehender Poren für den Gasdurchgang zwischen den Teilchen hergestellt ist. Die poröse Platte ist über ihre gesamte Oberfläche nahezu gleichmäßig durchlässig. Im Gegensatz hierzu bestehen die in der bisherigen Praxis üblichen gelochten Platten aus verhältnismäßig undurchlässigem Baustoff, der mit zahlreichen geradlinigen Durchlässen versehen ist. Es ist wesentlich, daß der Werkstoff, aus dem die Platte angefertigt ist, für die Reaktionsteilnehmer praktisch nicht katalytisch wirkt und keine Selbst-In each case, the preheated mixture of reactants is passed through a porous plate into the Reaction zone introduced. The introduction of the previously mixed reactants into the reaction vessel through a porous body prevents this Flashing back the flame from the reaction zone into the mixing zone. It has now been surprising found that no carbon is deposited on a porous separating layer, as is the case with a perforated one Plate is the case. The porous plate consists of a kerarnisxh.exL «which is a similar refractory Material, which is preferably made by cementing or sintering granular or alumina under Formation of through pores for gas passage between the particles is made. The porous The plate is almost evenly permeable over its entire surface. In contrast, the Perforated panels made of relatively impermeable building material that are customary in previous practice is provided with numerous straight passages. It is essential that the material from which the Plate is made, has practically no catalytic effect for the reactants and no self-

+5 entzündung der vorgewärmten Reaktionsteilnehmer vor ihrer Einführung in die Reaktionszone verursacht.+5 ignition of the preheated reaction participants caused prior to their introduction into the reaction zone.

Die Gasdurchgänge durch die erfindungsgemäßeThe gas passages through the inventive

poröse Trennschicht haben sehr kleine Querschnitte mit entsprechend kleinen Durchmessern in der Größenordnung von 100 bis 1000 μ (0,1 bis lmm). Diese Durchgänge sind nichtlinear, d. h., sie erstrecken sich nicht in geraden Linien durch die Platten hindurch, sondern stellen gewundene Kanäle für die Gasströmung dar.porous separating layers have very small cross-sections with correspondingly small diameters in the On the order of 100 to 1000 μ (0.1 to 1 mm). These passes are non-linear; i.e., they do not extend in straight lines through the plates, but represent winding channels for the gas flow.

Platten aus Korund, d. h. aus geschmolzener Tonerde, von etwa 25 mm Stärke und einer Durchlässigkeit von etwa 24 bis 36 m³ Luft in der Minute auf 1 m² Querschnittsfläche bei einem Druckgefälle von 51 mm Wassersäule haben sich als völlig zufriedenstellend erwiesen. Grobkörnigere, d. h. porösere Platten sind im allgemeinen vorzuziehen. Bei Verwendung von Platten verschiedener Porosität wurden keine Änderungen der Acetylenausbeute beobachtet. Eine Gasgeschwindigkeit von etwa 3 bis 9 m/s auf der Austrittsseite der porösen Platte ergibt zufriedenstellende Betriebsbedingungen. Bei übermäßig hohen Geschwindigkeiten erlischt die Flamme, und die Umsetzung hört auf.Corundum plates, ie molten alumina, about 25 mm thick and with a permeability of about 24 to 36 m ³ air per minute on 1 m ² cross-sectional area at a pressure gradient of 51 mm water column have proven to be completely satisfactory. Coarse-grained, ie more porous, panels are generally preferred. When using plates of different porosity, no changes in the acetylene yield were observed. A gas velocity of about 3 to 9 m / s on the exit side of the porous plate gives satisfactory operating conditions. At excessively high speeds, the flame goes out and the reaction stops.

Der Druck im Reaktionsgefäß entspricht im allgemeinen dem atmosphärischen oder einem etwasThe pressure in the reaction vessel is generally the same the atmospheric or something

höheren Druck. Der Überdruck vor der porösen Trennschicht, in der Strömungsrichtung gesehen, braucht nur so groß zu sein, daß die Reaktionsteilnehmer mit der gewünschten Geschwindigkeit durch die poröse Trennschicht in die Reaktionszone fließen. Bei einer verhältnismäßig porösen Trennschicht genügt die Fließgeschwindigkeit bei einem in der Platte gemessenen Druckabfall von etwa 0,014 bis etwa 0,35 kg/cm². Im allgemeinen ist ein Überdruck von mehr als 2,11 kg/cm² auf der, in Strömungsrichtung gesehen, vorderen Seite der porösen Trennschicht unerwünscht.higher pressure. The overpressure in front of the porous separating layer, seen in the direction of flow, need only be so great that the reactants flow at the desired speed through the porous separating layer into the reaction zone. In the case of a relatively porous separating layer, the flow rate is sufficient with a pressure drop of about 0.014 to about 0.35 kg / cm ² measured in the plate. In general, an overpressure of more than 2.11 kg / cm ² on the front side of the porous separating layer, seen in the direction of flow, is undesirable.

Die Reaktionstemperatur liegt über etwa 1370° C und vorzugsweise nicht über etwa 1760° C. Eine Durchschnittstemperatur von etwa 1540° C hat sich als am besten erwiesen.The reaction temperature is above about 1370 ° C, and preferably not above about 1760 ° C. A Average temperature of around 1540 ° C has proven to be the best.

Es ist interessant, zu beobachten, daß trotz des Erweichungspunktes der zur Durchführung des Verfahrens verwendeten Korundplatten von etwa 1200° C keine Schwierigkeiten aufgetreten sind, obwohl die Reaktionszone im Durchschnitt auf etwa 1540° C gehalten wurde. Offensichtlich bleibt die Flamme noch ein kurzes Stück von der Oberfläche der Platte entfernt, und die durchströmenden Reaktionsteilnehmer, die eine erheblich unter der Reaktionstemperatur liegende Temperatur haben, drücken die Temperatur der Platte unter den Erweichungspunkt oder die Schmelztemperatur ihres Werkstoffes herab.It is interesting to observe that, despite the softening point, the method used to carry out the process Corundum plates used at about 1200 ° C have not encountered any difficulties, although the Reaction zone was maintained at an average of about 1540 ° C. Obviously the flame still remains a short distance from the surface of the plate, and the reactants flowing through, which have a temperature well below the reaction temperature, depress the temperature the plate falls below the softening point or the melting temperature of its material.

Die Wände des Reaktionsgefäßes werden vorzugsweise auf eine Temperatur gekühlt, die mehrere 100° C unter der Reaktionstemperatur liegt. Um die Abscheidung von Kohlenstoff zu verhindern, werden die Wände auf eine Temperatur gekühlt, die mindestens um etwa 330° C und \Orzugsweise mehr als 550° C unter der Reaktionstemperatur liegt.The walls of the reaction vessel are preferably cooled to a temperature that is several 100 ° C below the reaction temperature. To prevent the deposition of carbon, be the walls are cooled to a temperature which is at least about 330 ° C and \ Or preferably more than 550 ° C below the reaction temperature.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese nun an Hand der Zeichnungen erläutert, in denenFor a better understanding of the invention, it will now be explained with reference to the drawings, in which

Fig. 1 einen senkrechten Längsschnitt durch eine Anlage zur Durchführung der vorliegenden Erfindung und1 shows a vertical longitudinal section through a system for carrying out the present invention and

Fig. 2 einen durch eine abgeänderte Ausführungsform einer solchen Anlage zeigt.Fig. 2 shows a modified embodiment of such a system.

In Fig. 1 der Zeichnungen wird ein Strom vorgewärmten Sauerstoffs durch die Leitung 1 und ein Strom vorgewärmten Erdgases durch die Leitung 2 der Düse 3 zugeführt. Der Sauerstoffstrom strömt durch die Mitte der Düse aus, während das Erdgas durch die öffnungen ZA austritt. Das Innere der Düse 3 und der Öffnungen ZA ist mit einem keramischen Überzug 5 versehen. Die gasförmige Mischung tritt dann in eine konische Vorkammer 4 aus keramischem Werkstoff, die gleichzeitig als Mischkammer dient und die innige Vermischung der Reaktionsteilnehmer sicherstellt, bevor diese die poröse Trennschicht erreicht haben. Das vorzugsweise stark vorgewärmte Gasgemisch dringt dann durch die poröse Platte oder Trennschicht 6 in eine zylindrische Reaktionskammer 7 aus keramischem Werkstoff, deren eine Stirnseite von der porösen Platte 6 begrenzt wird. Aus dem der porösen Platte gegenüberliegenden Ende der zylindrischen Reaktionszone treten die Reaktionsprodukte in eine Kühlkammer 8, in der die Gase innig mit Wasser in Berührung gebracht werden, das als Sprühstrahl durch eine Anzahl an der Wand der Kühlkammer angebrachter Düsen 9 eingeblasen wird. Der gekühlte Gasstrom, Wasserdampf und nicht verdampftes flüssiges Wasser werden durch ein Auslaßrohr 11 abgelassen, aus dem die Produkte zu einer Acetylengewinnungsanlage geleitet werden.In Figure 1 of the drawings, a stream of preheated oxygen is supplied through line 1 and a stream of preheated natural gas is supplied to nozzle 3 through line 2. The oxygen stream flows out through the center of the nozzle, while the natural gas exits through the openings ZA. The interior of the nozzle 3 and the openings ZA are provided with a ceramic coating 5. The gaseous mixture then enters a conical antechamber 4 made of ceramic material, which simultaneously serves as a mixing chamber and ensures the intimate mixing of the reactants before they have reached the porous separating layer. The preferably strongly preheated gas mixture then penetrates through the porous plate or separating layer 6 into a cylindrical reaction chamber 7 made of ceramic material, one end face of which is delimited by the porous plate 6. From the end of the cylindrical reaction zone opposite the porous plate, the reaction products enter a cooling chamber 8, in which the gases are brought into intimate contact with water, which is blown in as a spray jet through a number of nozzles 9 attached to the wall of the cooling chamber. The cooled gas stream, water vapor and unevaporated liquid water are discharged through an outlet pipe 11 from which the products are directed to an acetylene recovery plant.

Die Reaktionskammer 7 ist mit einer Wandung 16 aus einem hochfeuerfesten Baustoff, vorzugsweise aus geschmolzener Tonerde, versehen. Die Innenwandung 16 wird durch einen wasserdurchflossenen Kühlmantel 13 auf einer Temperatur gehalten, die mehrere hundert Grad unter der Reaktionstemperatur liegt. Das Kühlwasser für den Kühlmantel wird durch die Rohre 14 und 15 eingeführt und abgeleitet. Feuerfester Mörtel kann zwischen dem Kühlmantel 13 und der Wandung der Reaktionszone eingestrichen sein.The reaction chamber 7 is provided with a wall 16 made of a highly refractory building material, preferably made of molten alumina. The inner wall 16 is kept at a temperature which is several hundred degrees below the reaction temperature by a cooling jacket 13 through which water flows. The cooling water for the cooling jacket is introduced and discharged through the pipes 14 and 15. Refractory mortar can be spread between the cooling jacket 13 and the wall of the reaction zone.

Die Mischdüse 3, die \^orkammer 4 für die Reaktionsteilnehmer, die poröse Platte 6, die Reaktionskammer 7 und die Kühlkammer 8 befinden sich in einem Gehäuse 17 und sind von einer feuerfesten Isolierschicht 18 umgeben. Die poröse Platte 6 wird von einem Paar miteinander zusammenwirkender Klemmringe 19 und 20 gehalten, die vor Überhitzung durch einen Kühl ring 21 geschützt werden, durch den dauernd aus einer (nicht gezeigten) Quelle Kühlwasser hindurchfließt.The mixing nozzle 3, the orkammer 4 for the reaction participants, the porous plate 6, the reaction chamber 7 and the cooling chamber 8 are located in a housing 17 and are surrounded by a refractory insulating layer 18 . The porous plate 6 is held by a pair of cooperating clamping rings 19 and 20 which are protected from overheating by a cooling ring 21 through which cooling water flows continuously from a source (not shown).

Das Reaktionsgemisch wird gezündet, indem man eine Zündvorrichtung, beispielsweise eine solche zur Erzeugung eines elektrischen Funkens, durch das Zündungsrohr 22 einsetzt.The reaction mixture is ignited by inserting an ignition device, for example one for generating an electrical spark, through the ignition tube 22 .

In Fig. 2 der Zeichnung wird ein Sauerstoffstrom durch die Leitung 101 und ein solcher aus gasförmigem Kohlenwasserstoff, z. B. Erdgas, durch die Leitung 102 in eine Mischzone 103 eingeführt. Der Kohlenwasserstoff wird durch die Bohrungen 104 in den Sauerstoffstrom geleitet, wodurch eine rasche und innige Vermischung beider erreicht wird. Die Gasmischung wird dann durch eine Verteilungskammer 105 in eine Vielzahl von innerhalb eines Mantels 107 liegenden Rohren 106 an deren oberen Enden eingeführt. Die Rohre werden durch Rohrboden 108 und 109 in ihrer Stellung gehalten.In Fig. 2 of the drawing, an oxygen flow through line 101 and that of gaseous hydrocarbon, e.g. B. natural gas, introduced through line 102 into a mixing zone 103 . The hydrocarbon is passed through the bores 104 into the oxygen stream, whereby a rapid and intimate mixing of the two is achieved. The gas mixture is then introduced through a distribution chamber 105 into a plurality of tubes 106 lying within a jacket 107 at the upper ends thereof. The tubes are held in place by tube sheets 108 and 109 .

Die durch die Rohre 106 strömende Mischung aus Sauerstoff und Kohlenwasserstoff wird durch indirekte Wärmeübertragung von einem Heizmittel, z. B. heißen Abgasen, die durch die Leitung 111 eingelassen und durch die Leitung 112 abströmen, erwärmt.The mixture of oxygen and hydrocarbon flowing through tubes 106 is generated by indirect heat transfer from a heating means, e.g. B. hot exhaust gases admitted through line 111 and flowing out through line 112 , heated.

Die Rohre 106 erstrecken sich jenseits des Rohrbodens 109 noch durch eine Platte 113 bis in einen Block aus keramischem Baustoff. Für jedes der Heizrohre 116 ist in dem keramischen Block 114 ein kegelstumpfförmiger Auslaßkanal vorgesehen. Diese Auslaßkanäle münden in eine Beschickungskammer 117, aus der die Gase stark vorgewärmt in die Reaktionszone strömen. Die Kammer 117 hat eine feuerfeste Auskleidung 120. The tubes 106 extend beyond the tube sheet 109 through a plate 113 into a block of ceramic building material. A frustoconical outlet channel is provided in the ceramic block 114 for each of the heating tubes 116. These outlet ducts open into a charging chamber 117, from which the gases, strongly preheated, flow into the reaction zone. The chamber 117 has a refractory lining 120.

Bei der in der Zeichnung erläuterten Ausführungsform bilden die Enden der sich durch die Platte 113 und den Block 114 hindurcherstreckenden Rohre 106 mit der Platte 113 oder dem Block 114 keinen gasdichten Verschluß. Inerte Gase, z. B. Stickstoff oder Abgase, werden durch die Leitung 118 in eine zwischen dem Rohrboden 109 und der Platte 113 liegende Abschlußkammer 119 geleitet. In dieser mit inertem Gas gefüllten Kammer 119 wird ein Druck aufrechterhalten, der über dem in der Kammer 117 herrschenden Hegt. Jedes Undichtwerden zwischen den Heizrohren 106 und der Platte 113 oder dem Block 114 verläuft in Richtung von der Kammer 119 nach der Kammer 117 hin. Hierdurch wird die Ansammlung einer Sauerstoff-Kohlenwasserstoff-Mischung in statischer Berührung mit den erwärmten Rohren 106 verhindert.In the illustrated embodiment in the drawing, the ends of the form through the plate 113 and the block 114 therethrough tubes 106 with the plate 113 or block 114 does not gas-tight seal. Inert gases, e.g. B. nitrogen or exhaust gases are passed through the line 118 into a sealing chamber 119 located between the tube sheet 109 and the plate 113 . In this chamber 119 filled with inert gas, a pressure is maintained which is greater than that prevailing in chamber 117. Any leakage between the heating tubes 106 and the plate 113 or block 114 is in the direction from chamber 119 to chamber 117 . This prevents the build-up of an oxygen-hydrocarbon mixture in static contact with the heated tubes 106 .

Die Geschwindigkeit des durch die Heizrohre strömenden Gasgemisches wird auf über 30 m/s, vorzugsweise auf mindestens 90 m/s gehalten, wenn die Gasmischung eine Temperatur von 540° C oder mehr besitzt. Es liegt auf der Hand, daß für jedes gegebeneThe speed of the gas mixture flowing through the heating pipes is preferably over 30 m / s Maintained at least 90 m / s when the gas mixture has a temperature of 540 ° C or more owns. It is obvious that for any given

Reaktionsgefaß die Große und Anzahl der Heizrohre so ausgewählt werden kann, daß man innerhalb der Rohre jede gewünschte Gasgeschwindigkeit einstellen kann Der Innendurchmesser der Rohre ist Vorzugs weist nicht großer als 12 7 mm Fs wurde gefunden, daß man durch rasches Durchleiten des über die erwärmte Oberflache streichenden Gases die Früh zündung des Gase-, sogar in Stahlrohren verhindern kannReaction vessel the size and number of the heating tubes can be selected so that you can be within the Pipes can set any desired gas velocity. The inner diameter of the pipes is preferred has no greater than 12 7 mm Fs, it was found that by rapidly passing the over the heated Surface of the painting gas the morning Prevent ignition of the gas, even in steel pipes can

Die aus der Beschickungskammer 117 kommende \orgewarmte Gasmischung strömt durch eine poröse Platte 121 in tine Reaktionskammer 122 die mit einem feuerfesten Baustoff 123 ausgekleidet ist Auch bei dieser besonderen Ausfuhrungsform ist die Reak tionskammer zilindnsch, und die poröse Platte 121 bildet eine Endwand des Zylinders Das gegenüber liegende Ende der Reaktionskammer ist offenThe heated gas mixture coming from the charging chamber 117 flows through a porous plate 121 into a reaction chamber 122 which is lined with a refractory building material 123. In this particular embodiment, too, the reaction chamber is cylindrical, and the porous plate 121 forms an end wall of the cylinder opposite lying end of the reaction chamber is open

Die Reaktionsprodukte treten aus dem gegenüberliegenden oder offenen Ende der Reaktionskammer in eine Kuhlkammer 124 in der sie mit Wasser in innige Berührung gebracht werden das als Sprüh regen durch eine Mthr/ahl \on in der Wand der Kuhlkammer angebrachten Düsen 126 eingeführt wird Das gekühlte Produktgas, Wasserdampf und un\erdampftes Wasser strömen durch ein Auslaß rohr 127 ausThe reaction products emerge from the opposite or open end of the reaction chamber into a cooling chamber 124 in which they are brought into intimate contact with water which is introduced as a spray through a nozzle 126 in the wall of the cooling chamber. Water vapor and unevaporated water flow out through an outlet pipe 127

Die innere Oberflache der feuerfesten Auskleidung 123 der Reaktionszone wird durch einen die Ausklei dung 123 umgebenden Kuhlmantel 128 auf einer Temperatur gehalten, die mehrere hundert Grad unter der Reaktionstemperatur liegt Em Kuhlmittel, 7 B Wasser, wird durch den Kuhlmantel geleitet, es fließt durch das Rohr 129 zu und durch 130 ab Diese Kuh lung der Wand des Reaktionsgefaßes verhindert die Kohlenstoffablagerungen darauf Der Kuhlmantel 128 und die Auskleidung 123 der Reaktionszone können durch feuerfesten Mörtel miteinander verbunden seinThe inner surface of the refractory lining 123 of the reaction zone is controlled by a the Ausklei dung 123 surrounding cooling jacket 128 maintained at a temperature several hundred degrees below the reaction temperature is Em coolant, 7 B water is passed through the cooling jacket, it flows through the tube 129 to and through 130 down This cooling of the wall of the reaction vessel prevents the carbon deposits on it. The cooling jacket 128 and the lining 123 of the reaction zone can be connected to one another by means of refractory mortar

Zur Zündung der Reaktionsteilnehmer dient eine Zund\ornchtung ζ B Zundelektroden, die durch das Zundungsrohr 131 eingeführt werdenAn ignition device ζ B ignition electrodes, which are inserted through the ignition tube 131 , are used to ignite the reaction participants

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird durch die folgenden Beispiele erläutertThe process of the present invention is illustrated by the following examples

example 1

4545

Em Strom aus Erdgas wird auf etwa 590° C vorgewärmt und in einer emaillierten Mischduse mit einem Strom praktisch reinen Sauerstoffs (etwa 96volumprozentig) vermischt, der getrennt auf die selbe Temperatur erwärmt worden ist Die Mischung wird dann mit einer Geschwindigkeit von 56 6 m³ Erdgas und 34 m³ Sauerstoff in der Stunde durch eint 25 mm starke poröse Korundplatte mit einer der oben angegebenen Definition entsprechenden Durch Iassigkeits7ahl \on 36 in das eine Ende einer /jlin dnschen Reaktionszone \ on 127 mm Durchmesser und 102 mm Lange geleitet Der Druckabfall an der porösen Platte betragt etwa 0 140 kg/cm² In der Reaktions/one herrscht ungefähr atmosphärischer Druck Unter diesen Bedingungen betragt die Temperatur im Reaktionsgefaß etwa 1540° CEm stream of natural gas is preheated to about 590 ° C and mixed in an enamelled mixing nozzle with a stream of practically pure oxygen (about 96 percent by volume), which has been heated separately to the same temperature.The mixture is then at a rate of 56 6 m ³ natural gas and 34 m ^{3 of} oxygen per hour through a 25 mm thick porous corundum plate with a permeability number 36 corresponding to the definition given above into one end of a linear reaction zone with a diameter of 127 mm and a length of 102 mm porous plate is about 0.140 kg / cm ^2. The pressure in the reaction vessel is about atmospheric. Under these conditions, the temperature in the reaction vessel is about 1540 ° C

Die Innenwand der zylindrischen Reaktionskammer ist 9 5 mm stark mit einer Alasse aus geschmolzenei Tonerde ausgekleidet Sie wird \on einem Wasser mantel mit Metall wandungen umgeben durch den dauernd Kuhlwasser fließt Das Wasser trifft in den Kuhlmantel etwa 15° C warm ein und verlaßt ihn mit etwa 55° C Aus der Wärmeableitung durch das Kuhlwasser laßt sich berechnen daß die feuerfeste Wandung des Reaktionsgefaßes etwa 540° C warm ist Die Reaktionsprodukte werden dann fast augenblicklich durch Berührung mit dem durch eine Vielzahl von Spruhdusen in das Produktgas eingespruhten Wasser auf etwa 82° C abgekühlt Das Produktgas hat nach Entfernung des Wassers die folgende Zusammensetzung in VolumprozentenThe inner wall of the cylindrical reaction chamber is 9.5 mm thick with an alasse of molten egg Alumina lined It is surrounded by a water jacket with metal walls Cool water flows continuously The water enters the cooling jacket at a temperature of around 15 ° C and leaves it with about 55 ° C from the heat dissipation through the Cooling water can be calculated that the refractory The wall of the reaction vessel is about 540 ° C. The reaction products are then almost instantaneous by touching the by a multitude Water sprayed into the product gas by spray nozzles is cooled to about 82 ° C. The product gas has the following composition in volume percent after the water has been removed

Wasserstoff
Kohlenmonox) d
Acetylen
Methan
Kohlendioxyd
Andere Gasehydrogen
Carbon monox) d
acetylene
methane
Carbon dioxide
Other gases

55 8 25 5 85 5 1 33 1 855 8 25 5 85 5 1 33 1 8

In einer Reihe typischer Versuche wurde der Betrieb mehr als 120 Stunden lang ohne Flammenruckschlag und ohne Abscheidung von Kohlenstoff auf der poi ösen Platte odei den Wanden des Reaktionsgefaßes tortgtset/tIn a number of typical trials, operation was run for more than 120 hours without flashback and without the deposition of carbon on the poi öse plate or the walls of the reaction vessel tortgtset / t

Example 2

Em Strom aus Erdgas mit einer Kohlenstoffzahl von 1 08 wird bei gewöhnlicher Temperatur mit einem Strom aus ziemlich reinem Sauerstoff (98 Vo lumprozent) in einem Mengenverhältnis von 56,6 m³/h zu 34,2 m³/h gemischt und die Mischung wird durch einen Vorwarmer geleitet der achtzehn 3 m lange außenbeheizte Rohre aus nichtrostendem Stahl mit einem Innendurchmesser \on 6,8 mm enthalt Die Rohre enden in unei 25 mm starken Korundplatte die mit 19 mm tiefen und am erweiterten Ende 22 mm weiten kegelstumpf formigen Auslaßoff nungen \er sehen ist Die erwärmten Gase gelangen mit einer Temperatur \on 700° C in eine 25 mm tiefe Be schickungskammer \on 127 mm Durchmesser, aus der sie dann durch eine poröse 25 mm starke Korund platte in das eine Ende einer zylindrischen Reaktions kammer strömen die einen Durchmesser von 127 mm und eine Lange von 114 mm hat Die poröse Platte hat eine Durchlassigkeitszahl von etwa 36 Die Reak tionszone wird etwa unter atmosphärischem Druck betrieben Der Druckabfall in der porösen Platte be tragt etwa 0 14 kg/cm² Wenn in den Heizrohren das Gasgemisch eint Temperatur von 540° C erreicht, betragt die Gasgeschwindigkeit ungefähr 100 m m der Sekunde, und wenn die Temperatur des Gasgemisches 700° C erreicht ungefähr 122 m in der Sekunde Die Durchschnittstemperatur innerhalb der Reaktions-/one betragt ttwa 1540° CA stream of natural gas with a carbon number of 1,08 is mixed at ordinary temperature with a stream of fairly pure oxygen (98 percent by volume) in a ratio of 56.6 m ³ / h to 34.2 m ³ / h and the mixture is Passed through a preheater that contains eighteen 3 m long, externally heated pipes made of stainless steel with an inner diameter of 6.8 mm. He can be seen The heated gases reach a temperature of 700 ° C in a 25 mm deep loading chamber with a diameter of 127 mm, from which they then flow through a porous 25 mm thick corundum plate into one end of a cylindrical reaction chamber has a diameter of 127 mm and a length of 114 mm. The porous plate has a permeability number of about 36. The reaction zone is operated under about atmospheric pressure. The pressure drop l in the porous plate is about ^{0.14 kg / cm 2.} When the gas mixture in the heating tubes reaches a temperature of 540 ° C, the gas velocity is about 100 mm per second, and when the temperature of the gas mixture reaches 700 ° C about 122 m per second The average temperature within the reaction / one amounts to about 1540 ° C

Die Innenauskleidung der Reaktionskammer besteht aus geschmolzenei Tonerde und hat eine Starke \on 9 5 mm Sie wird λ on einem Wassermantel mit Metallwandung umgeben durch den ununterbrochen Kuhlwasser fließtThe inner lining of the reaction chamber is made of molten clay and has a thickness 9 5 mm It will be λ on a water jacket with Metal wall surrounded by the uninterrupted flow of cooling water

Die Reaktionsprodukte werden durch Berührung mit dem durch eine Vielzahl λ on Spruhdusen in das Produktgas eintretenden Wasser fast augenblicklich auf etwa 82° C abgekühltThe reaction products are made by touch with the through a large number of λ on spray nozzles in the Product gas entering water cooled almost instantly to about 82 ° C

Das Produktgas hat (nach Entfernung des Wassers) folgende Zusammensetzung in VolumprozentenThe product gas (after removal of the water) has the following composition in percent by volume

Wasserstoffhydrogen 54 454 4 Kohlenmonox} dCarbon monox} d 25 025 0 AcetvlenAcetylene 9,19.1 Höhere AcetyleneHigher acetylenes 0,40.4 Methanmethane 6,06.0 Höhere KohlenwasserstoffeHigher hydrocarbons 0606 KohlendioxydCarbon dioxide 3,5.3.5. Sauerstoff und StickstoffOxygen and nitrogen 1,01.0

In den Heizronren scheidet sich dabei kein Kohlen stoff ab, und der Druckabfall in der porösen PlatteNo coal separates out in the heaters and the pressure drop in the porous plate

bleibt auch bei langer Versuchsdauer, z. B. von mehreren Wochen, unverändert.remains even with a long test duration, e.g. B. from several weeks, unchanged.

Claims

Patent claims:

1. Process for the production of acetylene-containing gases by incomplete combustion one or more hydrocarbons that are more saturated or less unsaturated than acetylene are, in particular of natural gas or coke oven gas, with oxygen or an oxygen-containing gas mixture, characterized in that the mixture preheated to over 540 ° C by a porous dividing wall introduces into a reaction zone, which is created by burning part of the combustible Gases with the oxygen is kept at a reaction temperature above about 1370 ° C.

2. The method according to claim 1, characterized in that the starting hydrocarbons and the oxygen or the oxygen-containing gas mixture each separately to temperatures above 540 ° C heated, then mixed together and the gas mixture obtained through the porous partition introduced into the reaction zone.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the partition is wound Has gas channels of such cross-section, which correspond to a diameter of 0.1 to 1 mm.

4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the gas mixture through the porous partition is sent at such a speed that the speed on the Side of the reaction zone is 3 to 9 m per second.

5. The method according to claim 1 to 4, characterized in that the gas mixture before his Passage through the porous partition at high speed by one or more heated Small diameter pipes, preferably not larger than 12.7 mm, is passed through.

6. The method according to claim 1 to 5, characterized in that the walls of the reaction zone about 330 ° C cooler than the reaction temperature.

7. Apparatus for performing the method according to claim 1 to 6, characterized by a mixing chamber, means for introducing preheated hydrocarbons and oxygen or oxygen-containing gases into this chamber, a reaction chamber following the mixing chamber and a porous partition between these two chambers.

8. Apparatus according to claim 7, characterized in that one or more tubes of small diameter in front of the mixing chamber for passing the gas mixtures to the porous Partition wall are provided.

Legacy Patents Considered:
German Patent No. 1 024 955.

1 sheet of drawings

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