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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Acetylen und Äthylen
durch thermische Spaltung von Kohlenwasserstoffen mit Hilfe von im elektrischen
Lichtbogen erhitztem Wasserstoff Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur
Herstellung von Acetylen, Äthylen, Methan und Wasserstoff durch Spaltung von Kohlenwasserstoffen
mit Hilfe von im elektrischen Lichtbogen erhitztem Wasserstoff.
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Es ist bereits eine Anzahl von Verfahren bekanntgeworden, Kohlenwasserstoffe
mit Hilfe des elektrischen Lichtbogens zu spalten. Bei dem einen dieser Verfahren
wird der flüssige Ausgangskohlenwasserstoff durch die Entladungsbahn des elektrischen
Lichtbogens getrieben, wobei, beispielsweise nach den in den deutschen Patentschriften
806 455 und 871001 beschriebenen Verfahren, zu gleicher Zeit Wasserstoff in den
elektrischen Lichtbogen geblasen bzw. eine wasserstoffhaltige oder eine Inertgasatmosphäre
im Reaktionsraum aufrechterhalten wird. Der elektrische Lichtbogen brennt hierbei
in einer auch Kohlenwasserstoffdämpfe enthaltenden Atmosphäre. Es ergeben sich hierbei
folgende Verhältnisse: Beim Zünden des Lichtbogens wird zwischen den Elektroden
eine Entladungsbahn gebildet, die aus ionisiertem Gas besteht, d. h., ein bestimmter
Prozentsatz des durch den Lichtbogen geführten Gases muß ionisiert werden. Für die
Spaltung von Kohlenwasserstoffen zu Acetylen und Äthylen, die im Temperaturbereich
von 900 bis 1500° C verläuft, bedeutet dies, daß erhebliche Mengen des Ausgangskohlenwasserstoffes
auf Temperaturen erhitzt werden müssen, die das 3- bis 10fache der für die gewünschte
Reaktion erforderlichen Temperatur betragen. Dies führt zur Bildung von großen Mengen
an Nebenprodukten, die die Ausbeute mindern, insbesondere von Ruß. Die Rußbildung
ist selbst bei Beschränkung auf die wasserstoffreichsten Kohlenwasserstoffe wie
Methan und Äthan noch erheblich.
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Auch bei dem Verfahren nach der deutschen Patentschrift 587129 läßt
man den elektrischen Lichtbogen in einer im wesentlichen aus Wasserstoff bestehenden
Atmosphäre brennen, man bespült aber hier die Innenwandung des Reaktionsraumes mit
dem flüssigen Ausgangskohlenwasserstoff. Nach der deutschen Auslegeschrift 1064
945 wird die Innenwand des Reaktionsraumes durch einen kontinuierlichen Strom einer
neutralen Flüssigkeit, beispielsweise Wasser oder Schweröl, bedeckt gehalten, während
die zur Umsetzung benötigten Wärmemengen nicht durch den elektrischen Lichtbogen,
sondern durch partielle Verbrennung des Ausgangskohlenwasserstoffs im Reaktionsraum
erzeugt oder durch erhitzte Gase von außen zugeführt werden.
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Der Vollständigkeit halber werden zum Stande der Technik noch die
Patentschrift 160 519, Reichspatentamt, Zweigstelle Österreich, die die bessere
Ausnutzung von im Reaktionsraum verfügbaren überschüssigen Wärmemengen für Zwecke
der Spaltung betrifft, und die belgische Patentschrift 544124 angeführt, die die
strömungsmäßige Führung des Ausgangskohlenwasserstoffs und des zugesetzten gasförmigen
Wärmeträgers im Reaktionsraum zum Gegenstand hat.
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Auch bei den bekanntgewordenen Verfahren, bei denen im elektrischen
Lichtbogen Wasserstoff aufgeheizt und mit diesem die für die Spaltung des Ausgangskohlenwasserstoffs
erforderliche Energie übertragen wird, ist die Bildung von Ruß zu erwarten. Wird
hierbei - wie technisch üblich - die Mischung des heißen Wasserstoffs mit dem zu
spaltenden Ausgangskohlenwasserstoff so ausgeführt, daß in das axial in den Misch-
bzw. Reaktionsraum einströmende heiße Gas der zu spaltende Kohlenwasserstoff radial
aus einem Kranz von Düsen, die die Reaktionsraumwandung durchdringen, einströmt,
so lagert sich im Misch- bzw. Reaktionsraum Kohlenstoff ab, der nach kurzer Zeit
die Weiterführung des Prozesses unmöglich macht. Wird auf eine definierte Verweilzeit
verzichtet
und sofort abgeschreckt, so unterbleibt zwar die Bildung
von Ruß, aber der Umsetzungsgrad ist gering, die Konzentration der gewünschten Produkte
im Spaltgas niedrig und der spezifische Energiev--rb-auch pro Kilogramm Acetylen
und Äthylen ent-@prcberd hoch.
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Es wurde nun gefunden, daß bei stetigem Betrieb hohe Umsätze des Ausgangskohlenwasserstoffs
zu Acetylen und Äthylen bei niedrigem spezifischem Energieverbrauch mit Hilfe von
im elektrischen Lichtbogen erhitztem Wasserstoff als gasförmigem Wärmeträger erzielt
werden können, wenn reiner oder kohlenwasserstoffhaltiger Wasserstoff in eine Lichtbogenbrennkammer
in der Weise eingeführt wird, daß ein erster Teilstrom von Wasserstoff am oberen
Rande der Lichtbogenbrennzone tangential in dieselbe und weitere Teilströme von
Wasserstoff die Elektroden gleichmäßig umhüllend und längs derselben in die Lichtbogenbrennzone
eingeführt werden, worauf der im Lichtbogen erhitzte Wasserstoff in der sich an
die Lichtbogenbrennzone anschließenden Reaktionszone mit dem gas- oder dampfförmigen
Ausgangskohlenwasserstoff zusammengebracht wird, der am entfernter liegenden Ende
der Reaktionszone tangential eingeführt und in einer Schraubenbewegung an der Wandung
der Reaktionszone entlang dem erhitzten Wasserstoff zunächst entgegenströmt, worauf
das erhitzte, in Reaktion befindliche Gemisch entgegen der Hauptbewegungsrichtung
des eingeführten Ausgangskohlenwasserstoffs entlang der Mittelachse der rotationssymmetrischen
Reaktionszone mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit in die mit dieser verbundene
Nachreaktionszone gedrückt und nach zu Ende geführter Reaktion die Spaltprodukte
beim Verlassen der letzteren in an sich bekannter Weise abgeschreckt und aufgearbeitet
werden.
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Die Wasserstoffteilströme werden dabei so erhitzt, daß sie nach ihrer
Vereinigung beim Verlassen der Lichtbogenbrennzone und beim Eintreten in die Reaktionszone
einen Energieinhalt zwischen 2 und 7 kWh pro Nm3 Gesamtgas, vorzugsweise 2 bis 5
kWh/Nm3, aufweisen.
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Diesem hocherhitzten Wasserstoff werden die tangential am entfernter
liegenden Ende der sich an die Lichtbogenbrennzone anschließenden Reaktionszone
eingeführten erhitzten gasförmigen bzw. überhitzten dampfförmigen Ausgangskohlenwasserstoff
mit Drall entgegengeführt, worauf die Reaktionsprodukte nach einer Reaktionszeit
von 0,5 bis 20 - 10-3 Sekunden, vorzugsweise 1 bis 10-s Sekunden, in an sich bekannter
Weise abgeschreckt und aufgearbeitet werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann, besonders bei größeren Anlagen,
auch in der Weise durchgeführt werden, daß das aus einem ersten Reaktionsraum austretende
heiße Reaktionsgemisch einem gleichartigen, gleichachsig zum ersten angeordneten,
unmittelbar auf den ersten folgenden, zweiten Reaktionsraum zugeführt und in diesem
mit einer weiteren Menge von Ausgangskohlenwasserstoff, der von dem dem Reaktionsraum
der ersten Stufe zugeführten chemisch verschieden sein kann, zusammengebracht wird.
Dieses Vorgehen kann durch Anwendung noch weiterer Stufen wiederholt werden.
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Die Spaltreaktion kann in einem Nachreaktionsraum zu Ende geführt
werden.
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Die Ausbeute an Acetylen und Äthylen kann durch Rückführen der bei
der Spaltung entstandenen Nebenprodukte wie Methan, Äthan, Propylen, Butylen, Methylacetylen,
Monovinylacetylen, Diaeetylen u. dgl. in die einzelnen Stufen erheblich gesteigert
werden.
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Bei einer weiteren Durchführungsform des Verfahrens nach der vorliegenden
Erfindung kann die Einführung des Ausgangskohlenwasserstoffs in den unmittelbar
vor dem Nachreaktionsraum angeordneten Reaktionsraum in der Weise vorgenommen werden,
daß eine Teilmenge dieses Ausgangskohlenwasserstoffs abgezweigt und tangential unmittelbar
in den Nachreaktionsraum eingeführt wird. Diese Maßnahme bewirkt eine Verringerung
der Wärmeverluste durch Abstrahlung und eine bessere Ausnutzung der aufgewendeten
Wärmeenergie.
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Die pro Kilogramm Ausgangskohlenwasserstoff aufgewendete elektrische
Energie beträgt zweckmäßig 2 bis 7 kWh, vorzugsweise 2 bis 5 kWh.
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Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist in der F i g. 1 schematisch im Längsschnitt für Drehstrombetrieb und in F i
g. 2 für Gleichstrombetrieb dargestellt. Die Ausführung für den Betrieb mit Gleichstrom
unterscheidet sich von der für Drehstrom bestimmten im wesentlichen nur dadurch,
daß zwei Elektroden genügen.
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Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht sowohl für Drehstromals auch für Gleichstrombetrieb im wesentlichen zunächst
aus einer Lichtbogenbrennkammer, in der der Lichtbogen zwischen den gasdicht eingeführten
Elektroden in einer Atmosphäre kontinuierlich eingebrachten Wasserstoffs unterhalten
wird. Der hocherhitzte Wasserstoff strömt aus der Lichtbogenbrennkammer in den angeschlossenen
Reaktionsraum, in dem er mit dem zu spaltenden Kohlenwasserstoff zusammengebracht
wird. In einem sich an den Reaktionsraum anschließenden sogenannten Nachreaktionsraum
wird die Spaltreaktion zu Ende geführt, worauf das Spaltprodukt abgeschreckt und
aufgearbeitet wird.
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In F i g. 1 stellen 1, 2 und 3 die Elektroden dar, zwischen
denen der elektrische Lichtbogen sich ausbildet. Sie ragen von außen in die Lichtbogenbrennkammer
4 hinein und sind etwas schräg gestellt, so daß ihre Achsen sich in einem
gemeinsamen Punkt auf der Achse der Lichtbogenbrennkammer 4 schneiden. Jede
der Elektroden 1, 2 und 3 ist durch eine innen mit achsparallelen
Zügen und Feldern versehene zylindrische Hülse 5 geführt, die den Ringspalt 6 zwischen
ihrer Bohrung und der Außenfläche der Elektrode frei läßt. Die Hülsen 5 sind nach
außen mit einer Abdichtung 7 und mit einem Anschlußstutzen 8 für die Einleitung
von Wasserstoff versehen. Sie sind im Deckel 9 gasdicht befestigt, der als
oberer Abschluß der Lichtbogenbrennkammer dient und mit Isolierstoffplatten
42 und 43 versehen ist.
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Unter dem Deckel 9 und zentrisch mit ihm befindet sich der Zwischenring
10. Er ist mit einem Ringkanal 11 und mit in diesen einmündenden Gaszuleitungsrohren
12 versehen. Der Zwischenring 10
besitzt weiterhin eine Mittelöffnung
14, in die Tangentialschlitze 13 einmünden und Verbindungen herstellen zwischen
dem Ringkanal 11 und der Mittelöffnung 14. Hierdurch wird zusätzlich Wasserstoff
eingeführt.
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Die Lichtbogenbrennkammer 4 ist ein rotationssymmetrischer
Behälter mit einer hochtemperaturbeständigen Auskleidung 15 aus z. B. Graphit.
Dieser Behälter ist in einen zweiten Behälter 16 aus einem
gut
wärmeleitenden Werkstoff, z. B. Kupfer, eingelassen, der außen mit einem Kühlmantel
17 oder mit Kühlrohren umgeben ist, in der Mitte des Bodens düsenartig, 18,
ausgearbeitet und mit einem Kühlmittelkanal 19 nebst Zu- und Ableitung 20 und 21
versehen ist.
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Die Lichtbogenbrennkammer 4 kann entweder zylindrisch (F i g. 1) oder
auch so gestaltet sein, daß sie sich im Durchmesser zum Reaktionsraum hin verengt
(F i g. 2).
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An die Lichtbogenbrennkammer 4 schließt sich der Reaktionsraum 22
an. Er besteht aus einem aus Kitze- und zunderfestem Stahl gefertigten, oben und
unten offenen Hohlbehälter 22 von der Form eines Kegelstumpfes, dessen größerer
Durchmesser der Lichtbogenbrennkämmer anliegt. Am unteren, im Durchmesser kleineren
Ende ist eine rundum laufende Rinne 44 eingearbeitet, die mit einer Zuleitung
23
versehen ist. Durch diese Zuleitung 23 wird der erhitzte, beziehungsweise
überhitzte, Ausgangskohlenwasserstoff tangential eingefahren. Er bewegt sich, der
durch die Wandung ausgeübten Zwangsführung folgend, auf einer Schraubenlinie bis
zum oberen Rande des Reaktionsraumes 22, dessen Innendurchmesser größer ist als
der der Ausströmöffnung der Lichtbogenbrennkammer 4. Der Kohlenwasserstoffstrahl
wird daher an dieser Stelle im wesentlichen um 180° umgelenkt und strömt dann, mit
dem aus der Lichtbogenbrennkammer 4 austretenden heißen Wasserstoffstrahl vermischt,
aus Symmetriegründen in der Längsachse des Reaktionsraumes 22 nach unten. Da sich
der lichte Querschnitt des Reaktionsraumes 22 nach unten verjüngt, nimmt die Strömungsgeschwindigkeit
des Reaktionsgemisches zu.
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Die Reaktion zwischen dem heißen Wasserstoff und dem Ausgangskohlenwasserstoff
setzt beim Zusammentreffen der beiden Gasstrahlen ein, dauert während des Strömens
des Reaktionsgemisches in der Längsachse des Reaktionsraumes 22 an und wird in dem
auf den Reaktionsraum 22 folgenden Nachreaktionsraum 24 zu Ende geführt.
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Der Reaktionsraum 22 kann aus einer Kitze- und zunderfesten Eisenlegierung
gefertigt sein, da die Wandtemperaturen im Betrieb nur wenige hundert °C über der
Temperatur des eintretenden Ausgangskohlenwasserstoffes liegen. Auch die Verwendung
von Graphit hat sich an dieser Stelle bewährt, sofern Schutz gegen den Zutritt von
Außenluft geschaffen wird und auch die hocherhitzten Dämpfe und Gase im Innern weder
freien noch gebundenen Sauerstoff enthalten.
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Der Nachreaktionsraum 24 besteht zweckmäßig aus einem Graphitrohr
29, das mit einer wärmedämmenden Schicht 25 umgeben und mit dieser zusammen in dem
metallenen Schutzmantel 26 untergebracht ist. Dem Luftsauerstoff wird dadurch der
Zutritt zu dem betriebsmäßig heißen Graphitrohr verwehrt.
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Unterhalb des Ausgangs des Nachreaktionsraumes 24 ist eine Einrichtung
zum Abschrecken der austretenden heißen Reaktionsprodukte angebracht. Sie besteht
im einfachsten Falle aus einer Sprühdüsenanordnung 27 mit Kühlmittelzuleitung 28.
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In F i g. 2 ist eine Lichtbogenbrennkammer für Gleichstrombetrieb
schematisch im Längsschnitt dargestellt, die ebenfalls mit der vorstehend beschriebenen,
aus Reaktionsraum und Nachreaktionsraum bestehenden Einrichtung zusammen verwendet
werden kann. Die Anode .ist mit 31, die Kathode mit 32 bezeichnet. Für die Halterung
der Elektroden und für die Stromzuführung ist hier eine andere Ausführungsform als
in F i g. 1 gewählt. über jede der beiden Elektroden ist in F i g. 2 eine unten
mit Längsschlitzen versehene und daher federnd anliegende innere Hülse 33 geschoben,
an der auch die Stromzuführung mit Hilfe der Anschlußfahnen erfolgt. über diese
innere Hülse ist die äußere Hülse 34 geschraubt, die ihrerseits wieder in dem Nippel
41 befestigt ist, der in der Halterung aus Isolierstoff 42 und 43 sitzt.
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Die innere Hülse 33 ist mit Eindrehungen 35 und 38 versehen, so daß
bei übergeschobener äußerer Hülse 34 zwei Ringkanäle entstehen. Davon dient der
obere 35 zur Aufnahme eines Kühlmittels, das durch den Zuführungsstutzen 36 zu-
und durch den Abführungsstutzen 37 abgeführt wird. Der untere Ringkanal
38 dient zur Aufnahme und Verteilung von Wasserstoff, der durch den Zuführungsstutzen
39 eingebracht wird. Da er mit den in die innere Hülse 33 eingearbeiteten Längsschlitzen
kommuniziert, ist die gleichmäßige Verteilung des Wasserstoffes über den Elektrodenumfang
gewährleistet.
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Die beschriebenen Durchführungen können in gleicher Weise wie für
Gleichstrom auch bei Ein-und Mehrphasenanordnungen Verwendung finden. Beispiel 1
60 Nm3 Wasserstoff treten stündlich in drei gleichmäßig geteilten Strömen, die Graphitelektroden
1, 2 und 3 von je 25 mm Durchmesser umspülend, in den Lichtbogenraum 4 ein. Die
Wandungen 15 dieses Lichtbogenraumes bestehen aus Graphit, der von Wasserkühlung
umgeben ist. Zur Verminderung des Wärmeüberganges aus der Lichtbogenzone an die
Graphitwandung werden bei 13 stündlich weitere 35 Nm3 Wasserstoff tangential
eingeführt.
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Der Lichtbogen wird gezündet durch Zusammenfahren der Elektroden 1,
2 und 3. Im Betrieb beträgt der Abstand der Elektroden 5 bis 10 mm bei einer Spannung
von 200 Volt (verkettet gemessen) und 450 Amp., entsprechend einer Leistung von
260 kWh. Die Elektroden werden entsprechend dem Elektrodenabbrand nachgeschoben.
Unter den angegebenen Bedingungen beträgt der Elektrodenabbrand 0,3 g C pro freigesetzte
Kilowattstunde. Die Regulierung des Elektrodenvorschubs erfolgt automatisch durch
die Lichtbogenspannung.
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Der Wasserstoff heizt sich im Lichtbogenraum auf und verläßt diesen
durch die wassergekühlte Kupferdüse 17. An die wassergekühlte Düse 17 schließt sich
der nach unten konisch zulaufende Misch- und Reaktionsraum 22 an, der aus Sicromal,
einem hitzebeständigen Material, besteht. In diesen Raum werden bei 23 75 kg/h verdampftes
Leichtbenzin tangential eingeführt. Dieses Leichtbenzin enthält 84% C und 16 % H.
Der Benzindampf legt sich zunächst als Drall an die Wandung des Reaktionsraumes
22 und strömt dem Wasserstoff entgegen. Die bereits weitgehend reagierte Gasmischung
gelangt aus Raum 22
in den Nachreaktionsraum 24, der aus einem thermisch gut
isolierten Graphitrohr von 160 mm Länge besteht. Das Gas wird mit bei 28 eingedüstem
Wasser abgeschreckt und gelangt nach weiterer Abkühlung in einem Rieselturm zur
Messung in den Gasometer. .
Es werden 194,4 Nm3/h trockenes Gas
gemessen nüt folgender durchschnittlicher Zusammensetzung: 8,25 Volumprozent CH,
0,2 Volumprozent C2H6 0,9 Volumprozent nicht umgesetzte Benzinkohlenwasserstoffe
6,5 Volumprozent C2H4 0,6 Volumprozent C3 H6 14,2 Volumprozent CIH2 0,7 Volumprozent
Methylacetylen, Allen und Diacetylen 0,3 Volumprozent Benzol Rest Wasserstoff Bei
einem Gesamtumsatz von 93% haben sich 63,5%, bezogen auf das eingesetzte Benzin,
zu Acetylen und Äthylen umgesetzt. Da die nicht umgesetzten Kohlenwasserstoffe und
das Propylen zurückgeführt werden können, ergibt sich die Ausbeute an Acetylen und
Äthylen zu rund 70 Gewichtsprozent, bezogen auf das eingesetzte Benzin.
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An Ruß und Teer werden 0,15 %, bezogen auf den Benzineinsatz, gefunden.
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Pro Kilogramm Einsatzbenzin werden ferner 0,21 Nm3 CH4 und 0,5 Nm3
H2 erhalten.
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Wird das gebildete Acetylen mit dem gesamten Energieaufwand für die
Spaltung belastet, so ergibt sich ein spezifischer Energieverbrauch von 8,0 kWh
pro Kilogramm Acetylen. Bezogen auf Acetylen und Äthylen beträgt der Energieverbrauch
5,4 kWh pro Kilogramm Acetylen und Äthylen. Beispiel 2 Es werden in einer Beispiel
1 entsprechenden Apparatur 370 Nm3 H2 durch einen Lichtbogen mit einer Leistung
von 1100 kW aufgeheizt und nach dem Verlassen der Entladungszone mit 565 kg Leichtbenzin
mit einem Siedeende von 110° C vermischt.
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Es entstehen 896 Nm-" trockenes Spaltgas folgender Zusammensetzung:
7,5 Volumprozent CH4 0,3 Volumprozent C,H6 13,5 Volumprozent C.,H., 7,7 Volumprozent
C,H4 1,45 Volumprozent C3 H6 0,3 Volumprozent C,H6 l,17 Volumprozent höhere Acetylene
7,0 Volumprozent gesättigte Kohlenwasserstoffe Rest Wasserstoff Der spezifische
Energieverbrauch pro Kilogramm Acetylen beträgt 7,8 bzw. 4,8 kWh pro Kilogramm Acetylen
und Äthylen.
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Beispiel 3 In der im Beispiel 1 geschilderten Apparatur wird ein Gemisch
von 83,5 Nm3/h Wasserstoff und 7 Nm3/h Methan durch den Lichtbogen, der eine Leistung
von 316 kW aufweist, aufgeheizt und nach Verlassen des Lichtbogenraumes mit 66 kg
Leichtbenzin vermischt.
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Es entstehen 191,3 Nm3/h trockenes Spaltgas folgender Zusammensetzung:
7,62 Volumprozent CH4 0,1 Volumprozent CzH6 5,05 Volumprozent C?H4 16,8 Volumprozent
C2H#> 0,18 Volumprozent C3H6 0,83 Volumprozent Methylacetylen, Allen und Diacetylen
0,3 Volumprozent Benzol Rest Wasserstoff Bei einem Gesamtumsatz von 100% beträgt
der Umsatz zu Acetylen und Äthylen 70 Gewichtsprozent.
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Der spezifische Energieverbrauch pro Kilogramm Acetylen beträgt 8,4
bzw. 6,4 kWh/kg Acetylen und Äthylen.
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Beispiel 4 Es wurde die im Beispiel 1 und 2 verwendete Apparatur benutzt,
um 95 Nm3 Wasserstoff in einem Lichtbogen mit 276 kW Leistung aufzuheizen. Nach
Verlassen des Lichtbogenraumes wurde der heiße Wasserstoff mit 70 kg Leichtbenzin-Monovinylacetylen-Gemisch
vermischt, welches 23 Gewichtsprozent Monovinylacetylen enthielt.
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Es entstanden 177,4 Nm3 Spaltgas (trocken) folgender Zusammensetzung:
6,28 Volumprozent CH4 0,1 Volumprozent C2H6 0,3 Volumprozent nicht umgesetzte Benzinkohlenwasserstoffe
4,42 Volumprozent CA 0,45 Volumprozent C.H6 16,48 Volumprozent C,Hz 1,18 Volumprozent
Methylacetylen, Allen und Diacetylen 0,4 Volumprozent Benzol Rest Wasserstoff Die
spezifische Energie betrug 8,1 kWh/kg Acetylen bzw. 6,3 kWh/kg Acetylen und Äthylen.
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Beispiel 5 Es werden in einer Beispiel 1 entsprechenden Apparatur
700 Nm3 H2 durch einen Lichtbogen mit einer Leistung von 1870 kW aufgeheizt und
nach dem Verlassen der Lichtbogenbrennkammer im Reaktionsraum mit 725 kg Leichtbenzin
mit einem Siedeende von 110° C vermischt. Der Nachreaktionsraum besteht aus einem
Graphitzylinder, dessen Innenwandungen durch einen tangential eingebrachten und
schraubenförmig nach unten geführten zusätzlichen Dampfstrom, der aus 100 kg Benzindampf
besteht, bespült werden.
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Es entstehen 15.17 Nm3 trockenes Spaltgas folgender Zusammensetzung:
12,9 Volumprozent Acetylen 8,45 Volumprozent Äthylen 1,55 Volumprozent Propylen
8,55 Volumprozent Methan 1,30 Volumprozent höhere Acetylene 0,31 Volumprozent
Benzol 3,88 Volumprozent gesättigte Kohlenwasserstoffe Rest Wasserstoff
Der
spezifische Energieverbrauch pro Kilogramm Acetylen beträgt 8,0 bzw. 4,7 kWh pro
Kilogramm Acetylen und Äthylen.
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Zur Beurteilung des technischen Fortschritts, der bei der erfindungsgemäßen
Arbeitsweise gegenüber der nach dem eingangs dargestellten Stand der Technik erreicht
wird, kann man nachstehende überlegungen anstellen: In einer der angeführten Patentschriften
ist für die Bildung von Acetylenen (Acetylen -i- Homologe) ein Verbrauch elektrischer
Arbeit von 8,05 kWh/kg angegeben. Stellt man diesen Wert den sich aus den Beispielen
der vorliegenden Erfindung ergebenden Werten gegenüber, so findet man folgendes
Bild:
| Energieverbrauch pro Kilogramm |
| Acetylene |
| Stand der Technik .... 8,05 kWh |
| Vorliegendes Beispiel 1 7,39 kWh = 8,2% weniger |
| Vorliegendes Beispiel 2 6,72 kWh = 16,5% weniger |
| Vorliegendes Beispiel 3 7,72 kWh = 4,1% weniger |
| Vorliegendes Beispiel 4 7,15 kWh = 11,18% weniger |
| Vorliegendes Beispiel 5 6,78 kWh = 15,78 % weniger |
Bezieht man dagegen bei dem gleichen Verfahren den Verbrauch elektrischer Arbeit
auf die erzeugten Mengen von Acetylen -I- Äthylen, so ergibt sich die nachstehende
Aufstellung:
| Energieverbrauch pro Kilogramm |
| Acetylene -I- Äthylen |
| Stand der Technik .... 6,2 kWh |
| Vorliegendes Beispiel 1 5,1 kWh = 17,74 % weniger |
| Vorliegendes Beispiel 2 4,4 kWh = 29,03% weniger |
| Vorliegendes Beispiel 3 6,0 kWh = 3,22'% weniger |
| Vorliegendes Beispiel 4 5,7 kWh = 8,06"/o weniger |
| Vorliegendes Beispiel 5 4,26 kWh = 31,29 % weniger |
Diese Werte zeigen deutlich die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Arbeitsweise
gegenüber der vorbeschriebenen.
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Als weiterer technischer Fortschritt ist die beim Erfindungsgegenstand
mögliche Rückführung auch ungesättigter entstehender Kohlenwasserstoffe in den Prozeß
anzusehen, während nach der in Betracht gezogenen Patentschrift nur eine Rückführung
gesättigter Kohlenwasserstoffe vorgesehen ist.
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Nach dem in einer weiteren der angeführten Patentschriften beschriebenen
Verfahren werden pro Kilowattstunde aufgewandter elektrischer Arbeit 84,01 Acetylen
(C.2Hz) erzeugt, oder anders ausgedrückt, für die Gewinnung von 1 kg Acetylen (C.H2)
sind 10,2 kWh erforderlich. Die in der vorliegenden Erfindung offenbarten Maßnahmen
machen es dagegen möglich, das gleiche Ergebnis mit einem Verbrauch von nur 8,0
kWh zu erzielen.
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Bei der Betrachtung des technischen Fortschritts dürfen auch die zur
Zerlegung der anfallenden Spaltprodukte in ihre einzelnen Komponenten zu machenden
Aufwendungen nicht übersehen werden. Diese hängen unter sonst gleichen Bedingungen
wesentlich von den Konzentrationen ab, in denen die zu isolierenden Komponenten
in dem aufzuarbeitenden Gemisch enthalten sind.
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Das nach dem Beispiel in der Patentschrift erhaltene Gasgemisch enthält
7,14% Acetylen, in den Beispielen 1 bis 5 der vorliegenden Erfindung ergeben sich
jedoch Acetylenkonzentrationen zwischen 12,9 und 16,8-%.