DE1083806B

DE1083806B - Method and device for the production of unsaturated hydrocarbons by imperfect combustion of saturated hydrocarbons

Info

Publication number: DE1083806B
Application number: DEZ6707A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hans Hesky
Original assignee: HJ Zimmer Verfahrenstechnik
Current assignee: HJ Zimmer Verfahrenstechnik
Priority date: 1958-06-12
Filing date: 1958-06-12
Publication date: 1960-06-23

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von ungesättigten Kohlenwasserstoffen durch unvollkommene Verbrennung von gesättigten Kohlenwasserstoffen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von ungesättigten Kohlenwasserstoffen aus gesättigten Kohlenwasserstoffen durch unvollkommene Verbrennung, beispielsweise von Azetylen aus Methan. Method and device for the production of unsaturated hydrocarbons due to imperfect combustion of saturated hydrocarbons the present The invention relates to a process for the production of unsaturated hydrocarbons from saturated hydrocarbons through imperfect combustion, for example of acetylene from methane.

Es ist bekannt, zur Herstellung von beispielsweise Azetylen vorgewärmtes Methan und vorgewärmten Sauerstoff getrennt in einen Ofen einzublasen, wo sich die Gasströme mischen und das Gemisch nach einer gewissen Zeit und entsprechender Verlangsamung seiner Geschwindiglieit abbrennt. Kurz nach der Reaktion werden die Verbrennungsgase abgeschreckt, so daß Azetylen und Wasserstoff anfallen, die einer beliebigen Weiterverarbeitung zugeführt werden. It is known for the production of acetylene, for example, to be preheated Blowing methane and preheated oxygen separately into a furnace, where the Mix gas streams and the mixture after a certain time and slowing down accordingly burns down at its speed. Shortly after the reaction, the combustion gases are quenched, so that acetylene and hydrogen are produced, which can be used for any further processing are fed.

Bei den bekannten Verfahren zeigt es sich häufig, daß Flammenbildung auch in einem Bereich auftritt, in welchem noch keine vollständige Vermischung der Reaktionsteilnehmer stattgefunden hat. Dies ist darauf zurückzuführen, daß an der Berührungsstelle der eingeleiteten Gasströme eine Diffusion der beiden Gasarten ineinander stattfindet und damit dort Mischzustände, Temperatur und Geschwindigkeit Werte annehmen, die eine Zündung ermöglichen. Die Gase bilden nämlich vor Aufeinandertreffen an den Rohrwandungen eine Grenzschicht aus, deren Geschwindigkeit gleich oder im allgemeinen sogar wesentlich kleiner als die Flammengeschwindigkeit ist, so daß sich an der Berührungsstelle beider Gase optimale Bedingungen für die Zündung ergeben und somit eine örtlich begrenzte, praktisch vollkommene Verbrennung stattfindet, die zu entsprechend hohen Temperaturen führt. Diese Flamme führt zu Verbrennungen und Zerstörungen der Anlage. In the known methods it is often found that flame formation also occurs in an area in which there is still no complete mixing of the Respondent has taken place. This is due to the fact that at the The point of contact of the gas streams introduced is a diffusion of the two types of gas takes place in each other and thus there are mixed states, temperature and speed Assume values that enable ignition. This is because the gases form before they meet a boundary layer on the pipe walls, the speed of which is equal to or equal to in general, is even much smaller than the flame speed, so that optimum conditions for ignition arise at the point of contact between the two gases and thus a localized, practically perfect combustion takes place, which leads to correspondingly high temperatures. This flame will cause burns and destruction of the plant.

Es ist bereits bekamlt, zur wenigstens teilweisen Beseitigung dieses Nachteils eine der Gaskomponenten mit überhöhter Geschwindigkeit einzublasen, um derart den abgebremsten Bereich so zu verschmälern, daß sich die Flamme nicht mehr an der Einmündung des Gaseinführungskanals ansetzen kann. Diese Maßnahme führt jedoch nicht immer zum Erfolg und setzt außerdem entsprechend hohen Aufwand bedingende Gasgeschwindigkeiten voraus. It has already been obtained to at least partially eliminate this Disadvantage of blowing one of the gas components at excessive speed in order to to narrow the braked area so that the flame is no longer can start at the confluence of the gas inlet channel. However, this measure leads does not always lead to success and also requires a correspondingly high level of effort Gas velocities ahead.

Durch die Erfindung wird ein neuer Weg beschritten, der darin besteht, durch Einführung von zusätzlichem, die Reaktion der beiden Reaktionsteilnehmer vcrhinderndem Gas im Grenzschichtbereich diese Diffusionsschicht in der Umgebung der Einmiindung der Gaszuführungskanäle grundsätzlich zu beseitigen und so weit in das Innere des Reaktionsraumes zu verlegen, daß ein Ansetzen der Flamme an der Kante der Einmündung mit Sicherheit verhindert wird. The invention takes a new path, which consists in by introducing additional components that prevent the reaction of the two reactants Gas in the boundary layer area, this diffusion layer in the vicinity of the inlet to eliminate the gas supply channels and so far into the interior of the To relocate the reaction space that a setting of the flame at the edge of the confluence will be prevented with certainty.

Bei der Umsetzung von Methan und Sauerstoff zu Azetylen nach dem vorteschriebenen Verfahren ver- wendet man vorzugsweise Stickstoff, der in einer ganz dünnen Schicht um die Ausströmöffnung des Sauerstoffs die Reaktion zwischen Methan und Sauerstoff mit Sicherheit über eine ausreichende Strecke verhindert. Man kann auch so vorgehen, daß man durch diese, die Sauerstoffeintrittsöffnung umgebende Ringdüse kalten Sauerstoff oder kaltes Methan einbläst, wodurch die Zündgeschwindigkeit in diesem Bereich so weit herabgesetzt wird, daß in der Grenzschicht keine Zündung und damit kein Ansetzen der Flamme am Rand der Einmündung stattfinden kann. When converting methane and oxygen to acetylene according to the the proposed procedure one preferably applies nitrogen, which in a very thin layer around the outlet of the oxygen the reaction between Methane and oxygen certainly prevented a sufficient distance. One can also proceed in such a way that one goes through this, surrounding the oxygen inlet opening Ring nozzle injects cold oxygen or cold methane, increasing the ignition speed is reduced so far in this area that no ignition in the boundary layer and so that no setting of the flame can take place at the edge of the confluence.

Durch die erfindmlgsgemäße Maßnahme erfährt die sonst wesentlich langsamere Grenzschicht zwischen den beiden Reaktionsteilnehmern eine Beschleunigung und erreicht eine Geschwindigkeit, die den Einführungsgeschwindigkeiten der beiden Reaktionsteilnehmer im wesentlichen entspricht. Die Reaktionsbedingungen, nämlich Reaktionstemperatur, Geschwindigkeit und Mischungsverhältnis der Reaktionsteilnehmer, werden also erst nach völliger Vermischung der Reaktionsteilnehmer im erwünschten Abstand von den Einmündungen der Gaszuführungskanäle erreicht, so daß nicht nur das Ansetzen der Flamme an dem Rand dieser Einmündungen verhindert wird, sondern auch eine gleichmäßigere Mischung der Reaktionsteilnehmer und damit ein glatter Abbrand erst hinter dem Verteiler erzielt wird. The otherwise essential experience of the measure according to the invention slower boundary layer between the two reactants an acceleration and reaches a speed that is the insertion speeds of the two Reactants essentially corresponds. The reaction conditions, viz Reaction temperature, speed and mixing ratio of the reactants, are therefore only after complete mixing of the reactants in the desired Distance from the junctions of the gas supply channels reached, so that not only the application of the flame to the edge of these junctions is prevented, but also a more even mixture of the reactants and thus a smoother one Burn-off is only achieved behind the distributor.

Die Zeichnung zeigt zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes, und zwar in Fig. 1 eine Anlage zur Herstellung von Azetylen mit zentraler Sauerstoffeinführung und in Fig. 2 eine der Fig. 1 im wesentlichen entsprechende Anlage, wobei jedoch die beiden Reaktionsteilnehmer in winkelig aufeinandertreffenden Kanälen zugeführt werden. The drawing shows two exemplary embodiments of the subject matter of the invention, namely in Fig. 1 a plant for the production of acetylene with central oxygen inlet and in FIG. 2 a system essentially corresponding to FIG. 1, but with the two respondents in angled meeting Channels are fed.

In der Zeichnung ist mit 1 die Wandung des Mischraumes, bezeichnet, die an ihrem oberen Ende Bohrungen 2 aufweist und von dort von einem Ringmantel 3 umgeben ist, in den das Zuführungsrohr 4 fiir das Methan einmündet. Im oberen Teil des Mischraumes 1 ist zentral das Zuführungsrohr 5 für den Sauerstoff angeordnet. Die Mischkammer 1 sitzt auf dem Gasverteiler 6, hinter dem die Flamme 7 brennt, die mit Hilfe der aus den Düsen 8 austretenden Sprühstrahlen 9 abgeschreckt wird. Mit 9 a ist die Austrittsöffnung für das erzeugte Azetylen und die übrigen Spaltgase bezeichnet, während 10 einen Sumpf zur Aufnahme der Abschreckflüssigkeit, vorzugsweise Wasser, bezeichnet. Das Wasser, in dem sich der sich bei der Reaktion bildende Ruß teilweise absetzt, wird durch das Abzugsrohr 11 abgezogen. In the drawing, 1 denotes the wall of the mixing chamber, which has bores 2 at its upper end and from there by an annular jacket 3 is surrounded, in which the feed pipe 4 for the methane opens. At the top Part of the mixing space 1, the supply pipe 5 for the oxygen is arranged centrally. The mixing chamber 1 sits on the gas distributor 6, behind which the flame 7 is burning, which is quenched with the aid of the spray jets 9 emerging from the nozzles 8. With 9 a is the outlet opening for the acetylene produced and the other fission gases denotes, while 10 is a sump for receiving the quenching liquid, preferably Water. The water in which the soot that forms during the reaction is formed partially settles, is withdrawn through the exhaust pipe 11.

Mit der gestrichelten Linie 12 ist die Geschwindigkeitsverteilung im Querschnitt 13 dargestellt, die Methan und Sauerstoff beim Eintritt in die Mischkammer im Normalfalle aufweisen. Man erkennt, daß am Rande des Zuführungsrohres 5 eine tote Zone entsteht, in der sowohl die Geschwindigkeit des Sauerstoffes als auch die des Methans praktisch gleich Null ist. An dieser Stelle beginnen die Gase ineinander zu diffundieren, und es bilden sich dort Geschwindigkeiten, Temperaturen und Mischungsverhältnisse aus, die ein Zünden ermöglichen. Hat aber das Gemisch einmal in diesem Bereich gezündet, dann sitzt die Flamme unmittelbar am unteren Rand des Zuführungsrohres 5 auf, was zu einem raschen Abbrennen dieses Randes führt. The dashed line 12 shows the speed distribution shown in cross section 13, the methane and oxygen entering the mixing chamber normally have. It can be seen that at the edge of the supply pipe 5 a dead zone arises in which both the speed of oxygen as well that of methane is practically zero. At this point the gases start into one another to diffuse, and speeds, temperatures and mixing ratios are formed there that enable ignition. But once the mixture has ignited in this area, then the flame sits directly on the lower edge of the supply pipe 5, what leads to a rapid burn-off of this edge.

Erfindungsgemäß wird nunmehr durch einen das Zuführungsrohr umgebenden Ringmantel 14 ein die Diffusion der beiden Gase in dem kritischen Bereich verhinderndes Gas, beispielsweise also kleine Mengen kalten Sauerstoffes, kalten Methans oder geringe Mengen eines inerten Gases, wie Stickstoff, eingeführt, wodurch das Geschwindigkeitsprofil entsprechend der Kurve 15, bezogen auf den Querschnitt 16, umgewandelt wird. Die Wandung des Einführungsrohres 14 wird dabei gewissermaßen bis zum Querschnitt 16 durch das eingeführte, die beiden Reaktionsteilnehmer trennende Gas verlängert, so daß eine eventuell zündende Flamme im äußersten Falle im Querschnitt 16, nicht mehr aber im Querschnitt 13, d. h. am Rand des Einführungsrohres 5, aufsitzen kann. Jedoch wird auch in diesem Querschnitt eine Flammenbildung grundsätzlich dadurch verhindert, daß die Strömungsgeschwindigkeiten aller Gase bereits größer als die Zündgeschwindigkeit sind, was zwangläufig zum Ausblasen einer eventuell zurückschlagenden Flamme führt. According to the invention is now by a surrounding the supply pipe Ring jacket 14 prevents the diffusion of the two gases in the critical area Gas, for example small amounts of cold oxygen, cold methane or small amounts of an inert gas, such as nitrogen, are introduced, thereby reducing the velocity profile is converted according to the curve 15, based on the cross section 16. the The wall of the insertion tube 14 is, so to speak, up to the cross section 16 extended by the introduced gas separating the two reactants, so that a possibly igniting flame in the extreme case in cross section 16, not but more in cross-section 13, d. H. can sit on the edge of the insertion tube 5. However, in this cross-section as well, flame formation is fundamentally caused by this prevents the flow velocities of all gases already greater than that Ignition speed are what inevitably lead to blowing out a possibly kicking back Flame leads.

Fig. 2 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform einer Anlage nach Fig. 1, wobei der Sauerstoff durch die Zuleitung 17 und das Methan durch die Zuleitung 18 eingeführt werden. Es bildet sich bei üblicher Durchführung des Verfahrens eine Diffusionsschicht bei 19 aus, die ein Aufsitzen einer eventuell zurückschlagenden Flamme an der Kante 20 ermöglicht. Fig. 2 shows a modified embodiment of a system according to Fig. 1, the oxygen through the feed line 17 and the methane through the feed line 18 will be introduced. When the process is carried out in the usual way, a Diffusion layer at 19, which prevents a possibly recoiling Flame at the edge 20 allows.

Erfindungsgeinäß wird an der Kante 20 über die Leitung 21 ein die Reaktion zwischen den Reaktionsteilnehmern verhindernder schwacher Gas strom, beispielsweise geringe Mengen von kaltem Sauerstoff, kaltem Methan oder beliebig temperiertem Stickstoff eingeführt, wodurch die Kante gewissermaßen bis zum Punkt 22 vorverlegt wird. Dort besitzt aber das entsprechende Gemisch bereits eine Geschwindigkeit, die größer als die Zündgeschwindigkeit ist, so daß ein Zurückschlagen und Aufsitzen einer Flamme auf der Kante 20 mit Sicherheit verhindert wird.Invention Geinäß is at the edge 20 via the line 21 a Weak gas flow preventing reaction between the reactants, for example small amounts of cold oxygen, cold methane or nitrogen at any temperature introduced, as a result of which the edge is brought forward to point 22, so to speak. there but the corresponding mixture already has a speed that is greater than the ignition rate, so that a flashback and seating of a flame on the edge 20 is prevented with certainty.

Ausführungsbeispiei In einen Reaktionsofen nach Fig. 1 über die Ringdüse 13 1,74 m3/s Methan und 1,14 m3/s Sauerstoff über das Zuführungsrohr 5 mit einer Vorwärmtemperatur von 6000 C und etwa unter Normaldruck in den Mischraum eingedüst. Zur Beschleunigung des Nachlaufes hinter dem Ringmantel 14, der 4 mm stark ist, wird kalter Stickstoff durch diesen in den Mischraum eingedüst. Es werden dazu bei den hier angenommenen Durchsätzen 0,098 ms/s Stickstoff von 200 C bei Normaldruck benötigt. Zur Erhitzung dieser Menge Stickstoff auf 6000 C werden 0,017 m3/s Methan (das sind 0,98 0/o der Gesamtmenge Methan) und 0,034 m5/s Sauerstoff (das sind 3 0/o der Gesamtmenge Sauerstoff) verbraucht. Exemplary embodiment into a reaction furnace according to FIG. 1 via the ring nozzle 13 1.74 m3 / s methane and 1.14 m3 / s oxygen via the feed pipe 5 with a A preheating temperature of 6000 C and approximately under normal pressure is injected into the mixing room. To accelerate the trail behind the ring jacket 14, which is 4 mm thick, cold nitrogen is injected through this into the mixing chamber. It will help the throughputs assumed here 0.098 ms / s nitrogen at 200 C at normal pressure needed. To heat this amount of nitrogen to 6000 C, 0.017 m3 / s methane is used (that is 0.98 0 / o of the total amount of methane) and 0.034 m5 / s oxygen (that is 3 0 / o of the total amount of oxygen) consumed.

PATENTANSPRVCHE: 1. Verfahren zur Herstellung von ungesättigten Kohlenwasserstoffen durch unvollkommene Verbrennung gesättigter Kohlenwasserstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß durch Einführung von zusätzlichem, die Reaktion der beiden Reaktionsteilnehmer verhinderndem Gas im Grenzschichtbereich die Diffusionsschicht in der Umgebung der Einmündung der Gaszuführungskanäle beseitigt und so weit in das Innere des Reaktionsraumes verlegt wird, daß ein Ansetzen der Flamme an der Kante der Einmündung mit Sicherheit verhindert wird. PATENT CLAIM: 1. Process for the production of unsaturated hydrocarbons by imperfect combustion of saturated hydrocarbons, characterized by that by introducing additional, the reaction of the two reactants preventing gas in the boundary layer area, the diffusion layer in the vicinity of the The confluence of the gas supply channels eliminated and so far into the interior of the reaction chamber is relocated that a setting of the flame at the edge of the confluence with certainty is prevented.

Claims

2. The method nacil claim 1, characterized in that the imported additional gas is a cold gas stream one of the reactants.

3. The method according to claim 1, characterized in that the introduced Gas is a gas stream of an inert gas.

4. Apparatus for performing the method according to claim 1 to 3 with central introduction of one reaction participant,, characterized by a ring nozzle (14) surrounding the central introduction (5) for supplying the additional Gas flow.

5. Apparatus for performing the method according to claim 1 to 3 with angled introduction of the reaction participants, marked through inlet provided at the collision edge (20) of the introduction channels (17, 18) nozzles (21) for the additional gas flow.