DE1262994B

DE1262994B - Verfahren und Vorrichtung zur gleichzeitigen Herstellung von Acetylen und AEthylen

Info

Publication number: DE1262994B
Application number: DED35004A
Authority: DE
Inventors: Dr Horst Elsner; Dr Heinz Diessel; Dr Hans-Ewald Konermann
Original assignee: Dynamit Nobel AG
Current assignee: Dynamit Nobel AG
Priority date: 1960-12-22
Filing date: 1960-12-22
Publication date: 1968-03-14
Also published as: BE605880A; GB953137A; FR1297622A; NL267568A; US3205048A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C07c

Deutsche KL: 12 ο-19/01

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

D35004IVb/12o
22. Dezember 1960
14. März 1968

Die bekannten Verfahren zur Erzeugung von Acetylen lassen sich nach Art der Wärmezufuhr in zwei Gruppen einteilen, und zwar in Verfahren mit innerer und solche mit äußerer Beheizung.

Zu den Verfahren mit innerer bzw. direkter Beheizung sind zu rechnen: die Lichtbogenverfahren, die partielle Oxydation von Kohlenwasserstoffen mit HMe spezieller Brennerkonstruktionen, Eindüsen von Kohlenwasserstoffen in heiße Verbrennungsgase, Spaltung von Kohlenwasserstoffen mit Hilfe beweglicher Wärmeträger und Spaltung von Kohlenwasserstoffen durch Regenerativbeheizung.

Zu der zweiten Gruppe zählen die Verfahren, bei denen die Wärmezufuhr zur Spaltung von Kohlenwasserstoffen zu Acetylen von außen, d. h. indirekt erfolgt. Diese Verfahren können wiederum nach Art des Verdünnungsmediums unterteilt werden, und zwar in Verfahren, die mit vermindertem Druck arbeiten, Verfahren unter Zusatz von inerten, bei Normalbedingungen gasförmigen Verdünnungsmedien und solche, die mit Wasserdampf als Zusatz durchgeführt werden.

Bei näherer Betrachtung der bekannten, mit indirekt beheizten Rundrohren und Wasserdampf als Verdünnungsmedium arbeitenden Verfahren ergeben sich folgende Nachteile:

Auftreten von beträchtlichen Kohlenstoffabscheidungen, die stark vermindernd auf die Acetylenausbeute wirken und zu frühzeitigem Zusetzen der Reaktionsrohre führen, hervorgerufen durch die bei größeren Rohrdurchmessern infolge des ungünstigen Verhältnisses von Heizoberfläche zu Rohrvolumen notwendige Überhitzung der Rohrwandungen.

Einhaltung einer Mindestverweilzeit zur Erzielung einer bestimmten Reaktionstemperatur, ebenfalls auf Grund des beim Übergang zu größeren Rohrdurchmessern immer ungünstiger werdenden Verhältnisses von Heizoberfläche zu Rohrvolumen, wodurch keine die Acetylenausbeute begünstigenden kurzen Verweilzeiten bei hohen Reaktionstemperaturen angewandt werden können.

Begrenzung der Durchsatzkapazität pro Spaltrohr infolge der sich durch die beiden vorstehend aufgeführten Nachteile verbietenden Vergrößerung des Rohrdurchmessers.

Ein derartiges Verfahren beschreibt die britische Patentschrift 479 438. Ein Röhrenofen wird bei diesem Verfahren im ersten Teil auf 600 bis 1000⁰C erhitzt, während beim zweiten Temperaturen oberhalb 1000⁰C angewendet werden. Zur Erzeugung einer Turbulenz enthält der Reaktor Einbauten. Die zur Acetylenerzeugung erforderliche Energien lassen sich bei dieser Anordnung nur auf das Gasgemisch bei relativ hohen Verfahren und Vorrichtung zur gleichzeitigen
Herstellung von Acetylen und Äthylen

Anmelder:

Dynamit Nobel Aktiengesellschaft,
5210 Troisdorf

Als Erfinder benannt:

Dr. Horst Eisner, 5213 Spich;
Dr. Heinz Dießel, 3070 Nienburg;
Dr. Hans-Ewald Konermann,

5210 Troisdorf-Oberlar

Verweilzeiten übertragen, wodurch zwangläufig der Zerfall des Acetylens im Kohlenstoff erhebliche Ausmaße annimmt. Bei dieser Verfahrensweise lassen sich daher keine hohen Ausbeuten an Acetylen erzielen. Es wurde nun ein Verfahren und eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Herstellung von Acetylen und Äthylen durch thermische Spaltung von unter Normalbedingungen gasförmigen oder flüssigen Kohlenwasserstoffen im Röhrenofen unter Zusatz von Restspaltgasen, Fremdgasen oder -dämpfen gefunden, welches die geschilderten Nachteile nicht besitzt und welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Vorspaltung zu Olefinen und die Spaltung zu Acetylen in an sich bekannter Weise in ein und demselben Spaltrohr und in einem gemeinsamen Feuerungsraum derart vornimmt, daß die Vorspaltung des Ausgangsmaterials zu Olelinen in einem Rohrabschnitt mit Rundrohr erfolgt, der durch die anfallende Abwärme der Acetylenbildungszone beheizt wird, welche eine oder mehrere Zonen mit abgeflachtem Profil besitzt. Durch die Änderungen des Verhältnisses Heizoberfläche zu Rohrinhalt können Verweilzeit und Temperatur gesteuert werden. Durch die Kombination von sich im Profil und Querschnitt unterscheidenden Rohrabschnitten können die Breitseiten der unterschiedlich profilierten Rohrabschnitte den zur äußeren Beheizung verwendeten Wärmequellen zugewandt werden. So kann durch entsprechende Wahl der Profilierungskombination die Strömungsgeschwindigkeit des Reaktionsgemisches sowie das Verhältnis Heizoberfläche zu Rohrvolumen variiert werden. Ein zusätzlicher Vorteil jeder von der Kreisform abweichenden Rohrprofilierung bei Breitseitenbeheizung ist die Verminderung des grundsätzlich durch eine äußere Beheizung bedingten Tempera-

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Claims

turgefälles zwischen Rohrwand und Rohrmitte, wodurch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die durch die Überhitzung der Rohrwand eintretenden Kohlenstoffabscheidungen, insbesondere in der Acetylenzone, stark vermindert werden, was eine Erhöhung der Ge- S samtausbeute an gasförmigen Spaltprodukten zur Folge hat. Außerdem kann bei Verwendung von nicht kreisförmigen Spaltrohrprofilen durch eine Breitenausdehnung des Profils im Gegensatz zum Rundrohr der Durchsatz pro Spaltrohr wesentlich erhöht werden ohne nennenswerte Verschlechterung der Acetylenausbeute. Im einfachsten Falle kann ein solches Spaltrohr mit nicht kreisförmiger Profilierung derart hergestellt werden, daß ein Rundrohr abschnittsweise ... _ durch Warmverformung verschiedenartig flach gedrückt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeigen F i g. I und F i g. II mit den Schnitten A — B und C-D. Das Spaltrohr 1 befindet sich mit seiner gesamten Länge im Feuerraum 5. Durch die Profiländerung 4 ergeben sich die Breitseiten 6 des Spaltrohres, die den gegenüberliegenden Heizquellen zugewandt sind. Die Länge des Rohrabschnitts 2 steht zur Länge des Rohrabschnitts 3 im Verhältnis 1:1 bis 1: 2, wobei deren Querschnittsverhältnis 1:1 bis 3 :1 beträgt. Das Verhältnis Oberfläche zu Inhalt des Rohrabschnitts 2 zum Verhältnis Oberfläche zu Inhalt des Rohrabschnitts 3 ist hierbei 1: 2 bis 1: 5. Im Rohrabschnitt 3 befinden sich die Innenstege 8, die die Breitseiten 6 verbinden. Diese Innenstege dienen als Stützelement für die Erhaltung des Spaltrohrprofils und wirken gleichzeitig als Prallelemente für die Gasströme. Hierdurch wird eine Turbulenz erzeugt, die wichtig für die Verbesserung des Wärmeaustauschs ist. Der Schnitt A—B zeigt die Profilgestaltung des Rohrabschnitts 2, der Schnitt C—D die des Rohrabschnitts 3. Hierdurch sind die Breitseiten 6 gegeben, die durch die Stege 8 verbunden und abgestützt sind. Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele illustriert: Äthylen C2H4 ... Acetylen C2H2 ... Ausbeute 10,0 Volumprozent, 16,95 Gewichtsprozent 16,2Volumprozent, 25,50 Gewichtsprozent Beispiel 2 Neben dem Wasserdampf wurde Restspaltgas, das im wesentlichen aus Wasserdampf und Methan besteht, eingesetzt. Die Verdünnung betrug auf lkg Benzindampf 3,25 kg Wasserdampf und 0,8 Nm3 Restspaltgas; das entspricht einem Molverhältnis von 1:15:3. Rohrabschnitt 2 — Olefinzone (Rundrohr) Beheizte Länge, cm 225 ■; Durchmesser (innen), cm 10 · Inhalt (/), cm3 ..,..17 672 Durchmesser (außen), cm ;.. 11 Heizoberfläche (O), cm3 7 776 Oberfläche zu Inhalt, cm-1 0,44 Rohrabschnitt 3 — Acetylenzone (Flachrohr) Beheizte Länge, cm 225 Querschnitt (196 · 18 mm), cm2 35,3 Inhalt (/), cm3 7 938 Umfang (206 · 28 mm), cm 46,8 Heizoberfläche (O), cm2 10 530 Oberfläche zu Inhalt, cm-1 1,327 a) Versuchsbedingungen Maximale Ofentemperatur, ° C 1200 Maximale Spalttemperatur, °C :. 1100 Benzin, kg/h Wasserdampf, kg/h Restspaltgas, Nm3/h Spaltgas, Nm3/h Spaltgas zu Benzin, Nm3/kg 20 65 16 35,3 ■ 1,765 Beispiell Rohrabschnitt 2 — Olefinzone (Rundrohr) Beheizte Länge, cm 225 Durchmesser (innen), cm 8,1 Inhalt (/), cm3 11 594 Durchmesser außen, cm 8,9 Heizoberfläche (0),cm2 6 291 Oberfläche zu Inhalt, cm"1 0,543 Rohrabschnitt 3 — Acetylenzone (Flachrohr) Beheizte Länge, cm 225 Querschnitt (192 · 12 mm), cm2 2 Inhalt(/),cm3 5184 Umfang (200 · 20 mm), cm 44,0 Heizoberfläche (O), cm2 9 900 Oberfläche zu Inhalt, cm-1 1,91 Versuchsbedingungen Maximale Ofentemperatur, 0C 1 200 Maximale Spalttemperatur, 0C 1 090 45 Äthylen Acetylen Ausbeute 10,1 Volumprozent, 22,48 Gewichtsprozent 50 55 I2H2 10,3 Volumprozent, 21,28 Gewichtsprozent b) Versuchsbedingungen Maximale Ofentemperatur, 0C 1180 Maximale Spalttemperatur, 0C 1 080 Benzin, kg/h Wasserdampf, kg/h Restspaltgas, Nm3/h Spaltgas, Nm3/h Spaltgas zu Benzin, Nm3/kg 20 65 16 34,8 1,74 60 Äthylen Acetylen Co-TIq Ausbeute Benzin, kg/h Wasserdampf, kg/h 7,84 50,68 65 Benzin zu Wasserdampf, kg/kg 1: 6,46 10,54 1,3443 Spaltgas, Nm3/h Spaltgas zu Benzin, Nm3/kg ll,7Volumprozent, 25,67 Gewichtsprozent 9,0 Volumprozent, 18,34 Gewichtsprozent Patentansprüche:

1. Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung von Acetylen und Äthylen durch thermische Spaltung von unter Normalbedingungen gasförmigen oder

flüssigen Kohlenwasserstoffen im Röhrenofen unter Zusatz von Restspaltgasen, Fremdgasen oder -dämpfen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Vorspaltung zu Olefinen und die Spaltung zu Acetylen in an sich bekannter Weise in ein und demselben Spaltrohr und in einem gemeinsamen Feuerungsraum derart vornimmt, daß die Vorspaltung des Ausgangsmaterials zu Olefinen in einem Rohrabschnitt mit Rundrohr erfolgt, der durch die anfallende Abwärme der Acetylenbildungszone beheizt wird, welche eine oder mehrere Zonen mit abgeflachtem Profil besitzt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spaltrohr (1) in dem Feuerraum (5) so angeordnet ist, daß die durch die Profiländerung (4) entstandenen Flachseiten (6) den Heizquellen (7) zugewandt sind, wobei das Längenverhältnis der Rohrabschnitte (2) und (3) 1:1 bis 1: 2, deren Querschnittsverhältnis 1:1 bis 3: 1 und das Verhältnis Oberfläche zu Inhalt des Rohrabschnitts (2) zum Verhältnis Oberfläche zu Inhalt des Rohrabschnitts (3) 1: 2 bis 1: 5 betragen kann, und im Rohrabschnitt (3) die Flachseiten (6) durch Innenstege (8) miteinander verbunden sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 859152;
britische Patentschrift Nr. 479 438.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 518/694 3.68 ® Bundesdruckerei Berlin