DE1252658B

DE1252658B - Verfahren zur Herstellung von Acetylen oder Acetylen und Äthylen durch par tielle Oxydation von hohermolekularen Kohlenwasserstoffen

Info

Publication number: DE1252658B
Application number: DENDAT1252658D
Authority: DE
Inventors: Willi Danz Ludwigshafen/Rhein Dr Walter Teltschik Frankenthal Dr
Original assignee: Badische Anilin and Sodafabrik AG
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1962-01-12
Publication date: 1967-10-26
Also published as: US3301914A; BE627050A; GB1022924A; FR1345390A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

C07C 11/24 C

C07c

Deutsche Kl.: 12 ο-19/01

Nummer: 1252 658

Aktenzeichen: B 65498IV b/12 ο

Anmeldetag: 12. Januar 1962

Auslegetag: 26. Oktober 1967

Es ist bekannt, Kohlenwasserstoffe oder kohlenwasserstoffhaltige Gemische durch partielle Oxydation in acetylenhaltiges Spaltgas umzuwandeln, indem man den Kohlenwasserstoff und den Sauerstoff jeweils in einem Vorwärmer auf möglichst hohe Temperaturen aufheizt, in einem geeigneten Mischer mischt und die Mischung über einen Gasverteilerblock in den Reaktionsraum einleitet. Im Reaktionsraum (Brenner) wird ein Teil des Kohlenwasserstoffs in einer Flammenreaktion mit Sauerstoff verbrannt; durch diese Reaktion werden die Wärme und Temperatur erzeugt, die notwendig ist, um den Rest des Kohlenwasserstoffs zu Acetylen zu cracken. Am Ende des Reaktionsraumes werden die heißen Flammengase mit einer Kühlflüssigkeit abgeschreckt.

Es ist weiter bekannt, in der oben beschriebenen Weise neben Acetylen auch Äthylen zu erzeugen, indem man zusätzlichen Kohlenwasserstoff in den Reaktionsraum einführt. Der zusätzliche Kohlenwasserstoff wird vorzugsweise in gasförmiger oder flüssiger Form durch radial, tangential oder axial zur Strömungsrichtung der heißen Flammengase angeordnete Düsen eingebracht.

Bei Einsatz von Methan oder Erdgas als zu spaltendem Kohlenwasserstoff heizt man den Kohlenwasserstoff und den Sauerstoff in geeigneten Vorwärmern auf 600⁰C und höher auf und führt die heißen Gase in einen Mischer, wo sie innig gemischt werden. Das heiße reaktionsfähige Gemisch wird dann dem Reaktionsraum zugeleitet.

Es ist auch bekannt, anstatt Methan oder Erdgas höhere Kohlenwasserstoffe oder ein Gemisch höherer Kohlenwasserstoffe, z. B. Leichtbenzin, einzusetzen. Zu diesem Zweck wird der Mischraum an der Einlaufstelle den veränderten Strömungsverhältnissen angepaßt, um eine innige Mischung zwischen dem Kohlenwasserstoff und Sauerstoff zu gewährleisten. Das Kohlenwasserstoff-Sauerstoff-Gemisch wird hierdurch so reaktionsfähig, daß es bei Vorwärmtemperaturen von 600⁰C zu Vorzündungen im Mischraum kommt. Für einen stationären Betrieb des Brenners muß man je nach der Art des eingesetzten Kohlenwasserstoffs tiefere Vorwärmtemperaturen einhalten, z. B. bei Einsatz von Leichtbenzin nur 350°C. Die Verweilzeit des reaktionsfähigen Gemisches auf dem Wege von der Mischstelle zum Gasverteilerblock beträgt etwa 0,1 bis 0,3 Sekunden. (Diese und die im folgenden angegebenen Verweilzeiten und Gasgeschwindigkeiten beziehen sich auf die Verhältnisse bei 0⁰C und 760 mm Hg.)

Es wurde gefunden, daß man für die Herstellung von Acetylen oder Acetylen und Äthylen durch par-Verfahren zur Herstellung von Acetylen oder
Acetylen und Äthylen durch partielle
Oxydation von höhermolekularen
Kohlenwasserstoffen

Anmelder:

Badische Anilin- & Soda-Fabrik

Aktiengesellschaft, Ludwigshafen/Rhein

Als Erfinder benannt:

Dr. Willi Danz, Ludwigshafen/Rhein;

Dr. Walter Teltschik, Frankenthal

tielle Oxydation von Kohlenwasserstoffen mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen auch höhermolekulare Kohlenwasserstoffe, insbesondere Leichtbenzin, auf 600° C und höher vorwärmen kann, ohne daß Vorzündungen auftreten, wenn man die Verweilzeit des Kohlenwasserstoff-Sauerstoff-Gemisches im Mischer niedriger als 0,1 Sekunde und die Geschwindigkeit dieses Gemisches unmittelbar vor seinem Eintritt in die Kanäle des Gasverteilerblocks größer als 5 m/s, vorzugsweise größer als 10 m/s, hält. Diese Verfahrensweise zeichnet sich von den bisher bekannten Verfahren durch eine Reihe von Vorteilen aus.

Zunächst wirkt sich die hohe Vorwärmung, die durch die Einhaltung der erfindungsgemäßen kurzen Verweilzeit im Mischer ermöglicht wird, auf die Zusammensetzung der dem Mischer zuzuführenden Gase in dem Sinne aus, daß im Vergleich zu den bekannten Verfahren für die Umsetzung gleicher Kohlenwasserstoffmengen weniger Sauerstoff gebraucht wird.

Auch das so erhaltene Spaltgas unterscheidet sich bezüglich seiner Zusammensetzung von den bekannten Verhältnissen: Der Anteil der erwünschten wasserstoffhaltigen Komponenten im Spaltgas, z. B. Acetylen oder Wasserstoff, nimmt zu, während der Anteil der beiden unerwünschten sauerstoffhaltigen Komponenten, Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd, abnimmt. Die Zunahme des Acetylene beträgt 10 % des bisher erreichbaren Wertes und mehr. Besonders stark ist die Abnahme des Kohlendioxyds, die größer als 25% sein kann, was von besonderem Vorteil ist, da Kohlendioxyd die Aufbereitung des Acetylens erschwert. Diese Verschiebung in der Spaltgaszusammensetzung hat somit eine erhebliche Vereinfachung in der Acetylen-Auf berei-

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tungsanlage zur Folge. Die Möglichkeit einer höheren Vorwärmtemperatur der dem Mischer zuzuführenden Gase läßt zudem das Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenmonoxyd im Spaltgas deutlich ansteigen, was sich auf die Weiterverarbeitung des Spaltgases günstig auswirkt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Abnahme des Kohlenwasserstoffverbrauchs von bis zu 10 °/o und des Sauerstoffverbrauchs von bis zu 20 °/₀ pro Kilogramm Acetylen, verglichen mit den bisherigen Verbrauchen.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 108 203 ist es bekannt, bei der Mischung von Kohlenwasserstoffen und Sauerstoff an der Mischungsstelle Geschwindigkeiten von 150 und 250 m/s einzuhalten. Hierdurch wird über die Verweilzeit der Gase im Mischraum und die Geschwindigkeit der Mischung unmittelbar vor ihrem Eintritt in die Kanäle des Gasverteilerblocks nichts ausgesagt, da diese Größen je nach der Bauart des Mischraums und dem Verhältnis zwischen Größe der Mischvorrichtung und der Größe des Brennerblocks völlig verschiedene Werte haben können.

Das Grundprinzip eines für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens brauchbaren Brenners ist in der deutschen Patentschrift 895 443 beschrieben.

Ist die Form und die Größe des Gasverteilerblocks vorgegeben, so wird die erfindungsgemäße kurze Verweilzeit der reaktionsfähigen Gasmischung im Mischer durch Verkleinerung des Mischers und/oder Erhöhung des Durchsatzes erreicht. Der Durchsatz ist begrenzt durch die maximal mögliche Gasgeschwindigkeit in den Kanälen des Gasverteilerblocks. Wird diese Geschwindigkeit überschritten, so bildet sich die Reaktionsflamme an der Unterseite des Gasverteilerblocks schlecht oder gar nicht mehr aus.

Das Verfahren gestattet eine Erhöhung des Durchsatzes durch eine vorgegebene Apparatur mit einem vorgegebenen Gasverteiler, da die Gasgeschwindigkeit in den Blockkanälen von den bisher bekannten Gasgeschwindigkeiten von etwa 20 bis 30 m/s ohne Schwierigkeit auf mehr als 40 m/s erhöht werden kann, ohne daß die Flamme abreißt. Da bei Einsatz von höheren Kohlenwasserstoffen an Stelle von Methan oder Erdgas das Gasvolumen des Kohlenwasserstoff- Sauerstoff- Gemisches entsprechend der größeren Dichte des Kohlenwasserstoffs kleiner ist, kommt zu der durch die Verkürzung der Verweilzeit bedingten Erhöhung des Durchsatzes eine zusätzliche Erhöhung des Durchsatzes auf Grund der größeren Dichte der höheren Kohlenwasserstoffe.

Durch die beschriebenen Maßnahmen, nämlich Verkürzung der Verweilzeit des reaktionsfähigen Gasgemisches im Mischer und Erhöhung der Durchsatzgeschwindigkeit in den Kanälen des Gasverteilerblocks bei Einsatz höherer Kohlenwasserstoffe an Stelle von Methan oder Erdgas, werden nicht nur die laufenden Betriebskosten erheblich gesenkt, sondern auch die für eine vorgegebene Acetylenproduktion erforderlichen Abmessungen des Brenners kleiner.

Eine weitere Verbesserung des Verfahrens läßt sich durch Zugabe von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigen Gasen zu dem zu spaltenden Kohlenwasserstoff oder Kohlenwasserstoffgemisch erzielen, indem hierdurch die Erzeugung von Ruß erheblich herabgesetzt wird. Mischt man z. B. Kohlenwasserstoff mit Wasserstoff im Volumenverhältnis 1:1, so sinkt der Rußanfall auf ein Drittel des ursprünglichen Wertes ab. Ferner nimmt der Verbrauch an Kohlenwasserstoff pro Kilogramm Acetylen ab, während der Acetylengehalt des Spaltgases nur wenig kleiner ist als bei der Spaltung des auf dieselbe Vorwärmtemperatur erhitzten Kohlenwasserstoffs ohne Zugabe von Wasserstoff.

In der Praxis bietet sich für diese Verfahrensweise das wasserstoffreiche Restgas an, das in der Acetylenkonzentrierungsanlage zwangsweise erhalten wird. Dieses Gas enthält neben Wasserstoff als Hauptbestandteil noch Kohlenmonoxyd und etwas Methan und Kohlendioxyd. Damit steht ein billiges Gas mit genügend hohem Druck zur Verfügung, weil die geringen Verunreinigungen nicht stören.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens werden durch die nachfolgenden Beispiele veranschaulicht.

Beispiel 1

Leichtbenzin vom Siedebereich 30 bis 110⁰C und Sauerstoff werden in zwei getrennten Vorwärmern vorgewärmt, in einem Mischer gemischt und über einen Gasverteilerblock dem Reaktionsraum (Brenner) zugeleitet. Die Verweilzeit des Gasgemisches im Mischer beträgt 0,17 Sekunden, die maximale Vorwärmtemperatur der Gase, bei der der Brenner vorzündungsfrei betrieben werden kann, liegt bei 350° C. Die Strömungsgeschwindigkeit des Gasgemisches in den Kanälen des Gasverteilerblocks beträgt 17 m/s. Das erhaltene Spaltgas enthält 10,0 Volumprozent Acetylen und 4,0 Volumprozent Kohlendioxyd. Das Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenmonoxyd im Spaltgas beträgt 1,14. Der Verbrauch an Leichtbenzin pro Kilogramm Acetylen beträgt 4,0 kg, der Sauerstoffverbrauch pro Kilogramm Acetylen 4,2 kg. Pro 1 Nm³ Spaltgas entstehen 20 g Ruß.

Beispiel 2

Leichtbenzin vom Siedebereich 30 bis 110⁰C und Sauerstoff werden in zwei getrennten Vorwärmern vorgewärmt, in einem Mischer gemischt und unter denselben Bedingungen wie im Beispiel 1 in den Reaktionsraum geleitet. In den Reaktionsraum wird zusätzlich Leichtbenzin vom Siedebereich 30 bis 110⁰C radial zur Strömungsrichtung der heißen Flammengase eingeführt. Das Spaltgas enthält 8,5 Volumprozent Acetylen, 6,2 Volumprozent Äthylen und 3,8 Volumprozent Kohlendioxyd. Das Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenmonoxyd im Spaltgas beträgt 1,14. Pro Kilogramm ungesättigte C₂-Verbindungen (Acetylen und Äthylen) werden 3,0 kg Leichtbenzin und 1,9 kg Sauerstoff verbraucht.

Beispiel 3

Leichtbenzin vom Siedebereich 30 bis 110⁰C und Sauerstoff werden in zwei getrennten Vorwärmern vorgewärmt und über einen Mischer dem Gasverteilerblock zugeleitet. Die Verweilzeit des Gasgemisches im Mischer beträgt 0,025 Sekunden, die Vorwärmtemperatur 600⁰C. Die Strömungsgeschwindigkeit des Gasgemisches in den Kanälen des Gasverteilerblocks beträgt 52 m/s. Das Spaltgas enthält 11,0 Volumprozent Acetylen und 3,1 Volumprozent Kohlendioxyd; das Verhältnis Wasserstoff zu Kohlenmonoxyd im Spaltgas beträgt 1,22. Pro Kilogramm Acetylen werden 3,7 kg Leichtbenzin und 3,6 kg Sauerstoff benötigt.

Beispiel 4

Leichtbenzin vom Siedebereich 30 bis 110⁰C und Sauerstoff werden in zwei getrennten Vorwärmern vorgewärmt, in einem Mischer gemischt und unter denselben Bedingungen wie im Beispiel 3 in den Reaktionsraum geleitet. In den Reaktionsraum wird zusätzlich Leichtbenzin vom Siedebereich 30 bis 110° C unter denselben Bedingungen wie im Beispiel 2 eingeführt. Das Spaltgas enthält 9,4 Volumprozent Acetylen, 6,8 Volumprozent Äthylen und 3,0 Volumprozent Kohlendioxyd. Das Verhältnis Wasserstoff zu Kohlenmonoxyd im Spaltgas beträgt 1,20. Pro Kilogramm ungesättigte C₂-Verbindungen (Acetylen und Äthylen) werden 2,8 kg Leichtbenzin und 1,7 kg Sauerstoff verbraucht.

Beispiel 5

Zu Leichtbenzin vom Siedebereich 30 bis 110⁰C wird im Volumenverhältnis 1:1 Restgas aus der Acetylenkonzentrierung zugegeben. Dieses Restgas enthält 48% Wasserstoff, 41,5% Kohlenoxyd, 4,5% Methan, 6% Kohlendioxyd, Stickstoff und Argon. Das Leichtbenzin-Restgas-Gemisch und der Sauerstoff werden in getrennten Vorwärmern auf 600° C vorgewärmt, gemischt und über den Gasverteilerblock dem Reaktionsraum zugeleitet. Die Verweilzeit im Mischer beträgt 0,04 Sekunden, die Strömungsgeschwindigkeit in den Kanälen des Gasvcrteilerblocks 32 m/s. Das erhaltene Spaltgas enthält 10,5 Volumprozent Acetylen. Der Benzinverbrauch pro Kilogramm Acetylen beträgt 3,5 kg, der Sauerstoffverbrauch pro Kilogramm Acetylen 4,0 kg. Pro 1 Nm³ Spaltgas entstehen 9 g Ruß. '

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Acetylen oder Acetylen und Äthylen durch partielle Oxydation von höhermolekularen Kohlenwasserstoffen, insbesondere Leichtbenzin, mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen, indem Kohlenwasserstoff und Sauerstoff in zwei getrennten Vorwärmern vorgewärmt und in einem Mischer innig gemischt werden und diese Gasmischung durch die Kanäle eines Gasverteilerblocks in den Reaktionsraum eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die Verweilzeit des Kohlenwasserstoff-Sauerstoff-Gemisches im Mischer niedriger als 0,1 Sekunde und die Geschwindigkeit dieses Gasgemisches unmittelbar vor seinem Eintritt in die Kanäle des Gasverteilerblocks höher als 5 m/s, vorzugsweise höher als 10 m/s, hält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Geschwindigkeit des Gasgemisches in den Kanälen des Gasverteilerblocks höher als 20 m/s, vorzugsweise höher als 40 m/s, hält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Kohlenwasserstoff oder Kohlenwasserstoffgemisch Wasserstoff oder wasserstoffhaltige Gase zugibt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als wasserstoffhaltiges Gas Restgas aus der Acetylenkonzentrierung verwendet.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 895 443;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1108 203;
Chem. Ing. Techn., 26 (1954), S. 250.