DE1112064B

DE1112064B - Process and device for the production of unsaturated hydrocarbons, in particular acetylene and ethylene, by thermal cleavage of hydrocarbon oils

Info

Publication number: DE1112064B
Application number: DEK29542A
Authority: DE
Inventors: Dr Friedrich Totzek
Original assignee: Heinrich Koppers GmbH
Current assignee: Heinrich Koppers GmbH
Priority date: 1956-08-06
Filing date: 1956-08-06
Publication date: 1961-08-03

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von ungesättigten Kohlenwasserstoffen, insbesondere Acetylen und Äthylen, durch thermische Spaltung von Kohlenwasserstoffölen Die vorliegende Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zur Erzeugung von ungesättigten Kohlenwasserstoffen, insbesondere Acetylen und Äthylen, durch thermische Spaltung von Kohlenwasserstoffölen mittels heißer Verbrennungsgase bei Temperaturen von über 1100 bis 1200° C.Process and device for the production of unsaturated hydrocarbons, in particular acetylene and ethylene, through thermal cleavage of hydrocarbon oils The present invention relates to a continuous method of production of unsaturated hydrocarbons, especially acetylene and ethylene, through thermal cleavage of hydrocarbon oils by means of hot combustion gases Temperatures from over 1100 to 1200 ° C.

Die Erfindung geht dabei aus von einem nicht zum Stande der Technik gehörenden Vorschlag des Erfinders, bei dem flüssige oder gasförmige Reaktionsteilnehmer in einen auf erhöhter Temperatur befindlichen und von Einbauten im wesentlichen freien Umsetzungsraum eingeblasen werden, in welchem die beabsichtigten Reaktionen ablaufen.The invention is based on something that is not part of the prior art belonging proposal of the inventor, in which liquid or gaseous reactants in one located at an elevated temperature and of internals essentially free implementation space are blown in which the intended reactions expire.

Es wurde bereits vorgeschlagen, den oder die Reaktionsteilnehmer durch eine zentrale Düse axial und das heiße Rauchgas, das die Wärme für die Zerlegung des Ausgangskohlenwasserstoffes zur Verfügung stellen soll, durch eine oder mehrere Düsen tangential in den Reaktionsraum einzuführen.It has already been suggested that the respondent (s) be carried out by a central nozzle axially and the hot flue gas that provides the heat for the decomposition of the starting hydrocarbon is to be made available by one or more Introduce nozzles tangentially into the reaction space.

Bei diesen Verfahren wird sich das heiße Rauchgas in enger Anlehnung an die Reaktionsraumwände bewegen, die dadurch möglicherweise eine höhere Temperatur annehmen als die Kernzone des Reaktionsraumes.In this process, the hot flue gas is closely related move to the reaction chamber walls, which may result in a higher temperature assume as the core zone of the reaction space.

Es wurde nun festgestellt, daß die Erreichung hoher Temperaturen für derartige Umsetzungen, insbesondere von Temperaturen oberhalb 1100 bis 1200° C, dann besonders wirkungsvoll möglich ist, wenn gemäß der Erfindung das Ausgangsgut durch eine zentrale Düse axial..in den Umsetzungsraum eingeführt wird und um den zentralen Strahl des Ausgangsgutes herum eine im wesentlichen geschlossene, in axialer Richtung strömende Hülle aus einem brennenden Gemisch von Sauerstoff und einem gasförmigen oder flüssigen Brennstoff und zwischen der Wandung des Reaktionsraumes und der strömenden Hülle aus heißen Brenngasen ein zusammenhängender strömender Schleier eines Schutzgases, vorzugsweise Wasserdampf, aufrechterhalten wird.It has now been found that the achievement of high temperatures for such reactions, in particular from temperatures above 1100 to 1200 ° C, is then particularly effective if, according to the invention, the starting material is introduced through a central nozzle axially..in the implementation space and around the central beam of the starting material around a substantially closed, in axial Sheath flowing in the direction of a burning mixture of oxygen and a gaseous one or liquid fuel and between the wall of the reaction chamber and the flowing Shell of hot fuel gases a cohesive flowing veil of a protective gas, preferably water vapor, is maintained.

Das erfindungsgemäße Verfahren verhindert durch die Parallelführung des Ausgangsgutes und der heißen Brenngase zur Achse des Reaktionsraumes und durch die Einführung eines wärmedämmenden Schutzgases zwischen Reaktionsraumwände und der geschlossenen Hülle aus heißen Brenngasen eine unerwünschte starke Wärmeabstrahlung an die Reaktionsraumwände und bewirkt so eine Konzentrierung der Wärme in der Kernzone.The method according to the invention prevents the parallel operation of the starting material and the hot fuel gases to the axis of the reaction chamber and through the introduction of a heat-insulating protective gas between the reaction chamber walls and the closed shell of hot fuel gases produces undesirable strong heat radiation to the walls of the reaction space, thereby concentrating the heat in the core zone.

In den meisten Fällen, in denen das erfindungsgemäße Verfahren Verwendung findet, ist es notwendig, die im Reaktionsraum entstandenen Reaktionsprodukte plötzlich abzukühlen, um unerwünschte Reaktionen, die bei einer langsamen Abkühlung auftreten würden, möglichst stark zu unterdrücken. Deshalb wird gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung vorgeschlagen, daß die Reaktionsprodukte aus dem Reaktionsraum durch eine kanalartige Leitung abgezogen werden und dabei durch Einspritzung von kalten oder mäßig vorgewärmten flüssigen Kühlmitteln, insbesondere Wasser, auf eine Temperatur abgeschreckt werden, bei der unerwünschte Nachreaktionen nicht mehr auftreten.In most cases where the method according to the invention is used finds, it is necessary to suddenly remove the reaction products formed in the reaction space to cool down to avoid undesirable reactions that occur with slow cooling would suppress as much as possible. Therefore, according to a further characteristic the invention proposed that the reaction products from the reaction chamber through a channel-like line can be withdrawn and thereby by injection of cold or moderately preheated liquid coolants, especially water, to a temperature be quenched, in which undesired after-reactions no longer occur.

In der Zeichnung ist eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in schematischer Form dargestellt.In the drawing is a device for carrying out the invention Procedure shown in schematic form.

Der Reaktionsraum 1 besteht aus feuerfestem Mauerwerk 2 und ist von einem wassergekühlten Mantel 3 umgeben. Der Reaktionsraum hat im wesentlichen die Form eines waagerechten Zylinders, der zu den Enden hin etwas konisch verengt ist. Durch eine zentrale Düse 4 wird der zu zerlegende Reaktionsteilnehmer, insbesondere ein Kohlenwasserstofföl, unter- einem solchen Druck eingeführt, daß ein feinzerstäubter Ölstrahl entsteht. Die zentrale Düse 4 ist umgeben von einer Anzahl einzelner Düsen 5, durch die ein Gemisch von Sauerstoff und einem Brennstoff (Gas oder Öl) im wesentlichen parallel zu dem zentralen Strahl in den Reaktionstaum eingeblasen wird. Der Brennstoff wird durch Leitung 6, der Sauerstoff durch Leitung 7 zugeführt. Die Düsen 4 und 5 befinden sich innerhalb eines Kühlmantels, welchem das Kühlwasser durch Leitung 8 zugeführt wird. Das Kühlwasser fließt durch Leitung 9 wieder aus dem Kühlmantel heraus.The reaction space 1 consists of fireproof masonry 2 and is surrounded by a water-cooled jacket 3. The reaction space has essentially the shape of a horizontal cylinder which is somewhat conically narrowed towards the ends. The reactant to be broken down, in particular a hydrocarbon oil, is introduced through a central nozzle 4 under such a pressure that a finely atomized oil jet is produced. The central nozzle 4 is surrounded by a number of individual nozzles 5, through which a mixture of oxygen and a fuel (gas or oil) is blown into the reaction chamber essentially parallel to the central jet. The fuel is supplied through line 6 and the oxygen through line 7. The nozzles 4 and 5 are located within a cooling jacket to which the cooling water is fed through line 8. The cooling water flows out of the cooling jacket again through line 9.

Um das feuerfeste Mauerwerk vor dem Einfluß der sehr hohen Temperatur der durch die Düsen 5 erzeugten strömenden Hülle zu schützen, wird durch eine Ringdüse 10 ein Schutzgas, beispielsweise vorgewärmter Wasserdampf, in den Reaktionsraum eingeblasen. Das Schutzgas wird durch Leitung 11 zugeführt. Auch die Düse für das Schutzgas ist gekühlt. Der Kühlwasserzulauf wird durch Leitung 12 dargestellt, der Ablauf durch Leitung 13.To protect the refractory masonry from the influence of the very high temperature To protect the flowing envelope produced by the nozzles 5 is achieved by means of an annular nozzle 10 a protective gas, for example preheated steam, into the reaction chamber blown in. The protective gas is fed in through line 11. Also the nozzle for that Shielding gas is cooled. The cooling water inlet is represented by line 12, the Process through line 13.

Dadurch, daß die durch die Düsen 5 erzeugte, sehr heiße strömende Hülle den zentralen Strahl vollständig einschließt, findet ein schneller Wärmeübergang und eine Zerlegung des zentral eingeführten Mediums, insbesondere Kohlenwasserstofföl, in der Weise statt, daß hauptsächlich mehrfach ungesättigte Kohlenwasserstoffe, insbesondere Acetylen, erzeugt werden.Because the generated by the nozzles 5, very hot flowing If the envelope completely encloses the central ray, there is a rapid transfer of heat and a decomposition of the centrally introduced medium, in particular hydrocarbon oil, in such a way that mainly polyunsaturated hydrocarbons, especially acetylene.

Das heiße Gas-Dämpfe-Gemisch durchströmt den Reaktionsraum und gelangt in den wassergekühlten Abzugskanal 14, in welchen eine Reihe von radial gerichteten Düsen 15 einmünden. Durch diese Düsen wird ein kaltes oder mäßig vorgewärmtes Kühlmittel, beispielsweise Wasser, eingespritzt. Dadurch wird eine schnelle und wirkungsvolle Abkühlung des Reaktionsgemisches auf eine solche Temperatur erzielt, die den Ablauf unerwünschter Reaktionen verhindert. Beispiel Es wurde ein Benzin folgender Analyse nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gespalten: Elementaranalyse: C .................... 83,9 Gewichtsprozent H .................... 15,9 Gewichtsprozent Siedeanalysen: Siedebeginn . . . . . . . . . . . 23,0° C übergehend bis 100° C 26,0 Volumprozent übergehend bis 150° C 62,0 Volumprozent übergehend bis 200° C 79,0 Volumprozent Dichte 200 C . . . . . . . . . 0,710 Viskosität 200 C ...... 0,095° E Refraktion n2° ........ 1,415 Anilinpunkt .......... 57,81 C Conradson-Test ....... 0,00% Für 100 kg Einsatzbenzin wurden benötigt 23,0 kg Brennstoff (Kuweitöl), 272 kg Verfahrensdampf und 53,4 Nm3 Sauerstoff (98%ig). Erhalten wurden 132 Nm3 Endgas sowie 35,3 kg Kondensat. Die Analyse des Endgases war folgende: C02 .... .. ..... . .... . 27,5 Volumprozent C2H2 ................ 10,3 Volumprozent C3/C4 . .... ........... 3,1 Volumprozent C2 H4 .... . . . . . . . . . . . . 13,9 Volumprozent H, . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28,8 Volumprozent C H4 . . . . . . . . . . . . . . . . . 15,6 Volumprozent N2, CO und Rest ..... 0,8 Volumprozent Somit betrug die Ausbeute an C2 H2 16,0 Gewichtsprozent und an C2 H4 23,2 Gewichtsprozent.The hot gas-vapors mixture flows through the reaction space and reaches the water-cooled exhaust duct 14, into which a number of radially directed nozzles 15 open. A cold or moderately preheated coolant, for example water, is injected through these nozzles. This achieves rapid and effective cooling of the reaction mixture to a temperature that prevents undesired reactions from occurring. EXAMPLE A gasoline was split according to the method according to the invention with the following analysis: Elemental analysis: C .................... 83.9 percent by weight H ......... ........... 15.9 percent by weight Boiling analyzes: onset of boiling. . . . . . . . . . . 23.0 ° C transitioning to 100 ° C 26.0 volume percent transitioning to 150 ° C 62.0 volume percent transitioning to 200 ° C 79.0 volume percent density 200 C. . . . . . . . . 0.710 Viscosity 200 C ...... 0.095 ° E Refraction n2 ° ........ 1.415 Aniline point .......... 57.81 C Conradson test ....... 0.00% For 100 kg of feed gasoline, 23.0 kg of fuel (Kuwait oil), 272 kg of process steam and 53.4 Nm3 of oxygen (98%) were required. 132 Nm3 of tail gas and 35.3 kg of condensate were obtained. The analysis of the end gas was as follows: C02 .... .. ...... .... 27.5 percent by volume C2H2 ................ 10.3 percent by volume C3 / C4. .... ........... 3.1 volume percent C2 H4 ..... . . . . . . . . . . . 13.9 percent by volume H,. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28.8 volume percent C H4. . . . . . . . . . . . . . . . . 15.6 percent by volume N2, CO and the remainder ..... 0.8 percent by volume Thus the yield of C2 H2 was 16.0 percent by weight and of C2 H4 23.2 percent by weight.

Die Reaktor-Eintrittstemperatur lag bei 1400° C, die Reaktor-Austrittstemperatur bei 870° C. Die Verweilzeit betrug 0,034 Sekunden.The reactor inlet temperature was 1400 ° C. and the reactor outlet temperature at 870 ° C. The residence time was 0.034 seconds.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Process for the production of unsaturated hydrocarbons, in particular acetylene and ethylene, through thermal cleavage of hydrocarbon oils by means of hot combustion gases at a temperature of over 1100 to 1200 ° C in one which is at an elevated temperature and is essentially free of internals Reaction chamber, characterized in that the starting material passes through a central nozzle is introduced axially into the reaction space and around the central beam of the starting material around a substantially closed envelope flowing in the axial direction. the end a burning mixture of oxygen and a gaseous or liquid fuel and hot between the wall of the reaction space and the flowing envelope Combustion gases a cohesive flowing veil of a protective gas, preferably Water vapor, is maintained.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the reaction products are withdrawn from the reaction space through a channel-like line and by injecting cold or moderately preheated liquid coolant, especially water.

3. Device for carrying out the process according to claims 1 and 2, characterized by one made of refractory material Reaction space (1), through a central nozzle (4) for introducing the to be cleaved Oil, through several individual nozzles (5) arranged in a circle to introduce the mixture from oxygen and the gaseous or liquid fuel, through an external one Ring nozzle (10) for introducing protective steam and through one on the opposite Discharge duct (14) with radially directed water nozzles at the end of the reaction chamber (15). References considered: U.S. Patent Nos. 2,377,245, 2nd ed 750 420.