DE1169435B

DE1169435B - Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Spaltung von Kohlenwasserstoffen

Info

Publication number: DE1169435B
Application number: DED35085A
Authority: DE
Inventors: Dr Walter Krings; Dr Walter Josten; Dr Karl Kienzle
Original assignee: Dynamit Nobel AG
Current assignee: Dynamit Nobel AG
Priority date: 1960-12-31
Filing date: 1960-12-31
Publication date: 1964-05-06

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: C 07 c;

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

BOIj

Deutsche Kl.: 12 ο-19/01

D 35085 IVb/12 ο
31. Dezember 1960
6. Mai 1964

Die Spaltung von Kohlenwasserstoffen in Gegenwart von Wasserstoff bei Temperaturen über 1000° C und einer Verweilzeit unter einer Sekunde ist bekannt. Man arbeitet dabei so, daß zur Vermeidung des Acetylenzerfalls eine Verdünnung der Reaktionsgase und eine Druckerniedrigung gemeinsam zur Anwendung kommen. Die Spaltung erfolgt in Rohren oder in entsprechenden Bohrungen, gegebenenfalls in einer im Querstrom beheizten Spaltvorrichtung.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun ein Verfahren nebst einer dazugehörigen Vorrichtung zur thermischen Spaltung von niedrigen Kohlenwasserstoffen zu Acetylen oder Acetylen-Äthylen-Gemischen unter Zugabe der vier- bis zwanzigfachen Volumenmenge Wasserstoff, welches darin besteht, daß man ohne Druckverminderung arbeitet und die Heizgase durch zu schlitzförmigen Spalträumen querverlaufende schlitzförmige Heizräume führt.

Diese Arbeitsweise hat gegenüber dem eingangs geschilderten Stand der Technik den sehr bedeutungsvollen Vorzug, daß nicht unter erniedrigtem Druck gearbeitet wird und nicht in Rohren, sondern in für diesen Zweck viel vorteilhafter ausgebildeten Räumen, nämlich in schmalen Schlitzen. Dadurch wird bei einer bestimmten Größe der Wärmeaustauschflache eine kleinstmögliche Verweilzeit der Reaktionsgase erreicht.

Durch dieses Verfahren und bei Benutzung der Vorrichtung wird eine rasche Aufheizung ermöglicht, und die Kohlenstoffabscheidung wird fast völlig unterdrückt, so daß nur noch gelegentliches Ausbrennen der Vorrichtung nötig ist. Zudem ist bei dieser Verfahrensweise auch die Teerbildung bemerkenswert gering.

Zur Verdünnung haben sich Wasserstoff oder wasserstoffreiche Gase als besonders günstig erwiesen. Ein mäßiger Teil davon, möglichst unter 20%, kann auch durch Wasserdampf ersetzt werden. Hierbei zeigte es sich, daß dieser Wasserdampf bei den für die Durchführung des Verfahrens erforderlichen, geringen Verweilzeiten praktisch nicht zur Kohlenmonoxyd- und erst recht nicht zur Kohlendioxydbildung führt.

Das günstigste Volumenverhältnis von Kohlenwasserstoffgas oder -dampf zu Wasserstoff ist von mehreren Faktoren abhängig, liegt jedoch im allgemeinen im Bereich von 1:10 bis 1:15. Höhere Verdünnung ist immer möglich. Die Verdünnung nach oben ist allein durch wirtschaftliche Überlegungen begrenzt. Grundsätzlich sind alle verdampfbaren Erdölkohlenwasserstoffe einsetzbar, jedoch ist das" Verfahren praktisch auf Kohlenwasserstoffgase

Verfahren und Vorrichtung zur thermischen
Spaltung von Kohlenwasserstoffen

Anmelder:

Dynamit Nobel Aktiengesellschaft,

Troisdorf (Bez. Köln)

Als Erfinder benannt:

Dr. Walter Krings,

Dr. Walter Josten,

Dr. Karl Kienzle, Rheinfelden(Bad.)

und auf flüssige Kohlenwasserstoffe mit Siedepunkt bis etwa 150° C begrenzt, da sonst zu hohe Verdünnungen nötig sind, um KoMenstoffabscheidungen zu vermeiden. Soll Methan in Kohlenwasserstoffen mit 2 Kohlenstoffatomen konvertiert werden, so sind,

^a5 wie bekannt, höhere Temperaturen oder längere Verweilzeiten erforderlich.

Die Ausbeute an Acetylen ist bekanntermaßen von der Höhe der Spalttemperatur abhängig. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist erst oberhalb 1100° C die Acetylenausbeute größer als die Äthylenausbeute. Zur Gewinnung von Acetylen sind daher Reaktionsendtemperaturen zu empfehlen, die oberhalb von 1200 bis 1250° C Hegen.
Die Vorrichtung zur Durchführung der geschilderten Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltschlitze 3 bis 6, vorzugsweise 4 mm und die Heizschlitze 4 bis 12, vorzugsweise 6 mm hoch sind, die Dicke der Trennwände zwischen Spalt- und Heizschlitzen 3 bis 5 mm beträgt und das Verhältnis der Breiten von Spalt- und Heizschlitzen 1:2 bis 1:5, vorzugsweise 1:3, beträgt. Die Vorrichtung ist aus plattenförmigen, unter sich gleichen Elementen nach dem Baukastenprinzip aufgebaut und besteht aus keramischem, hocnhitzebeständigem Material. Die an den Rändern der Platten befindlichen Stege geben den Platten Abstände, durch die abwechselnd Heiz- und Spalträume gebildet werden. Die Wandstärke der Platten soll möglichst gering sein, um einen guten Wärmeübergang zu ermöglichen, sie soll andererseits so groß sein, daß die nötige Stabilität erreicht wird. Daher können 2 bis 3 mm nicht unterschritten werden.

409 588/443

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird durch die F i g. I und II dargestellt.

Fig. I zeigt die Einzelplatten 1, z.B. aus keramischem Material, aus denen die Spaltvorrichtung zusammengesetzt ist. Durch die an der Platte 1 angebrachten Stege 2 und 3 ergeben sich die Schlitzkanäle.

F i g. II zeigt die Spaltvorrichtung 4 in Form eines Blockes. Die Stege 2 bilden die schmalen Spalte 5, durch die das Spaltgas hindurchgeleitet wird. Mittels der durch die Stege 3 gebildeten breiteren Heizschlitze 6 wird die Beheizung vorgenommen.

Die durch die Stege gebildeten schlitzförmigen Spalt- und Heizräume sollen geringe Höhe aufweisen; vorzugsweise haben die Spalträume eine Höhe von 4 mm, die Heizräume eine Höhe von 5 bis 6 mm. Die Heizgase werden in der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Kreuzstrom zu dem Spaltgas geführt. Je nach Länge der Spaltvorrichtung werden die Heizgase einmal oder mehrfach umgelenkt. Dabei soll die ao Heizschlitzbreite etwa das Dreifache der Spaltschlitzbreite betragen.

Experimentelle Ermittlung der Wärmedurchsätze ergab in diesen Apparaturen überraschenderweise einen beachtlich höheren Wärmedurchgang, als er aus den bisher bekannten Daten errechnet wurde.

Beispiel 1

Methan und Wasserstoff im Volumenverhältnis 1:4 werden auf 800° C vorerhitzt. In der Spaltapparatur erreicht das zu spaltende Gasgemisch eine Temperatur von 1370° C. Das Spaltgas hat einen Acetylengehalt von 4 Volumprozent. Die auf das eingesetzte Methan bezogene Acetylenausbeute beträgt 36 Gewichtsprozent.

Beispiel 2

Butan, mit der halben Gewichtsmenge Wasserstoff verdünnt, wie unter 1 vorgeheizt, wird in der Spaltapparatur bei 1300° C gespalten. Die Acetylenausbeute beträgt 45 Gewichtsprozent, bezogen auf das eingesetzte Butan.

Beispiel 3

Leichtbenzin und Wasserstoff (Gewichtsverhältnis 1:0,56) werden wie im Beispiel 1 vorgeheizt und in der Spaltapparatur auf 1370° C gebracht. Die Verweilzeit beträgt eine vierzigstel Sekunde. Das Spaltgas hat einen Gehalt an ^-Kohlenwasserstoffen von 7,4 Volumprozent. Die Acetylenausbeute beträgt Gewichtsprozent des eingesetzten Benzins.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur thermischen Spaltung von niedrigen Kohlenwasserstoffen zu Acetylen oder Acetylen-Äthylen-Gemischen unter Zugabe der vier- bis zwanzigfachen Volumenmenge Wasserstoff oder wasserstoffreicher Gase bei Temperaturen über etwa 1100° C und Verweilzeiten von unter 0,05 Sekunden in einer im Querstrom beheizten Spaltvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß man ohne Druckverminderung arbeitet und die Heizgase durch zu schlitzförmigen Spalträumen querverlaufende schlitzförmige Heizräume führt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bis zu 20% des Wasserstoffes oder der wasserstoffreichen Gase durch Wasserdampf ersetzt.

3. Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltschlitze 3 bis 6, vorzugsweise 4 mm und die Heizschlitze 4 bis 12, vorzugsweise 6 mm hoch sind, die Dicke der Trennwände zwischen Spalt- und Heizschlitzen 3 bis 5 mm beträgt und das Verhältnis der Breiten von Spalt- und Heizschlitzen 1:2 bis 1:5, vorzugsweise 1:3, beträgt.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus plattenförmigen, unter sich gleichen Elementen nach dem Baukastenprinzip aufgebaut ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 649 102. 605 640.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen