DE1468356A1 - Verfahren und Vorrichtung zur partiellen Verbrennung eines paraffinischen Kohlenwasserstoffes zur Bildung von Acetylen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Aoetylen durch die partielle Verbrennung eines paraffinischen Kohlenwasserstoffes» wie Methan, Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vorerhitzen eines paraffinischen Kohlenwasserstoffes und einer Sauerstoff enthaltenden gasförmigen Mischung von etwa 600⁰C aufwärts bis zu einer Temperatur von etwa 115O⁰C ohne eine Vorzündung des Kohlenwasserstoffes.

Die Erzeugung von Aoetylen duroh die Reaktion zwischen Methan und einer ungenügenden Menge von Sauerstoff oder Luft ist allgemein bekannt· Bei einem derartigen Verfahren kann Aoetylen bekanntlich erzeugt werden, indem man den Verbren-

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nungsvorgang bei einer Temperatur im Bereich von etwa 1200° bis etwa 1800⁰G durchführt. Das Verfahren wird gewöhnlich bei im wesentlichen atmosphärischen Bedingungen ausgeführt. Nach Verbrennung eines Teils dee Methans und des Sauerstoffs zur Erzeugung einer hohen Temperatur \.ird der Metbanuberschuß einer Krackung zu Acetylen unterworfen, und unmittelbar danach werden die Reaktionsprodukte mit einer Kühlflüssigkeit rasch abgekühlt oder abgeschreckt, gewöhnlich mit einem Wasserspruhregen. Dieses rasche Abkühlen oder Abschrecken ist zur Begrenzung der Reaktionszeit und zur Erniedrigung von Zersetzung der Kohlenwasseretoffprodukte auf ein Minimum erforderlich, um die Gewinnung von Aoetylen zu erleichtern und die Bildung von Kohlenstoff und Wasserstoff auszuschalten·

Gewöhnlich umfaßt die Vorrichtung eine Einlaß- oder Mischkammer, welche durch eine durchlochte oder poröse Platte von der Reaktionskammer getrennt ist, wo ein Teil des Kohlenwasserstoff reaktioneteilnehaers verbrannt wird, um die Wärme für die Durchführung der Umwandlung des restlichen Koh-

lenwasrerstoffreaktlonstellnehmers in Aoetylen zu liefern·

co Di· durchlochte oder poröse Platte wird gewöhnlich

to "Brennerblock" ("burner Block") genannt und erzeugt ein·

-"■ Gasgeschwindigkeit, die größer als das Ausmaß der Flaxamen- ^ ausbreitung ist, wodurch die Flamme in der Reaktionskammer

co am Zurückschlagen in die Einlaßkammer und an der -Zündung des in die Reaktionekammer eingebrachten Kohlenwasserstoffes ▼erhindert wird·

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Bei des bisherigen technischen Arbeitsweisen let es auch bekannt, den Kohlenwasserstoffreaktionsteilnehruer und Gauerstoff enthaltenden Strom getrennt oder in Vermischung miteinander vorzuerhitzen, um die Aoetylenausbeute zu erhöhen und den ;>■ uer stoffbedarf zu erniedrigen«

Gemäß einer der in der Technik bekannten Arbeitsweisen werden Sauerstoff und ein Methangas, beispielsweise Erdgas, getrennt auf 600° bis 65O⁰C vorerhitst und miteinander in einer tangentialen Mischzone, einem sog. Diffusor, gemischt und die erhaltene Mischung wird in einer Reaktionszone duroh einen durchlochten Block mit einer Hehrzahl von engen Rohren eingeführt. Die Geschwindigkeit des Gasgemisches durch den Brennerblook 1st oberhalb der Geschwindigkeit oder des Ausmaßes der Flammenausbreltung, wodurch eia Zurückschlagen in. den Diffusor vermieden wird, Es findet eine teilweise Verbrennung des Methans und Sauerstoffes und ein Kraoken von überr chilcsigem Metoan ctatt; die Reaktionsprodukte werden duroh direkte Berührung mit einem A'assersprühregen rasch abgekühlt oder abgeschreckt, um die Geaamtreaktionsdauer auf weniger als 0,1 Sekunden zu beschränken«

Das Vorerhitzen der Reaktionsteilnehmer besitzt auf die Acetylenausbeute einen günstigen Einfluß, wobei die Aoetylenmenge in dem austretenden gekrackten Gras mit zunehmender VorerhItzungetemperatur ansteigt· Zusätzlich zu der erhöhten

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Kocrentration von Aoetylen in dem austretenden Gas werden ouoh die Bedilrfnippe an Sauerstoff verringert· Jcdooh war dos Vorerhitzen . er Reaktionnteilnebmer auf höhere Temperatiaren als etwa 600° bis 70O⁰C bei teohnirohen Betriebsweisen aufgrund der Wahrscheinlichkeit einer VorzUnäung der Reoktionßteilnehmor vor der Einführung in die Reaktionskammer sohwierig.

Das Vorerhitzen dor Kohlenwasserstoff-Snueretoff-Minohung auf selbrt höhere Temperaturen als der binhor teohniaoh eo eohwiorig herzustellende oder orrelohbare Temperaturbereich von 600° bie 700⁰C int erwünscht· Jedoch sind höhere Tempero^uron, beispielsweise blo ni 1150⁰C bei den derxeitig bekannten üa.. mdlungecystetaen nicht erreichbar·

Ein Zwto.t der Erfindung boetoht daher in der Sohnfftmg •ineo verbeaierten Verfahrene *ur partiellen Ttrbrtnnung von lohlenwaeeeretoffen «ur Eraerugung τοη Aoetyltn b«l erhöhten Ausbeuten und Oirwondlungen. Ein anderer Zweok der Erfindung let di· Sohaffung einen Tcrbeeoerttn Verfahrene und finer Torrichtung für di· Herstellung τοη Aoetylen duroh unvolletändig« Verbrennung eines praffluiftchen Cohl«nwaeBtrfltoffen_v wobei die Kohlcmrapreretoff-CEUeretoff-Miechung m\xt ein· Teaperetur bie *u 115O⁰C ohne Gefahr einer ToreUndung oder eines ZurUOcoohlegene rorerhitrt werden kann. Ein anderer

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Zweok der Erfindung ist die Schaffung oines Terbeoaerten Verfahreno und einer Vorrichtung bubi Vorerhitzen einor KohlenweQflorgtoff-Sauerotoff-Mlnohung oberhalb der VoratfndungB-temperatur und «um Einnpritüon odor Einpressen der Tororhitrten Miachunc in eine Verbrennung!*- oder Reaktiongkamnier ohne Gefahr τοη sowohl einer Yorziltodung der Miochung nie auch eines Zurlickachlagenn. Ein anderer Zweok der Erfindung iet die Sohaffung einoe Terbesoerten Brenserblockη, um di· Einführung einer Torerhltsten Uischung eines Kohlenwuseerstoffe und einen Sauerstoff enthaltenden Gkioee in einer Verbrennungskammer oder Reaktionnkannior ohne dns Auftreten einer Vor zündung oder eines ZurUckno/ilagens ru ert&Ugllohen·

Diene und andere Zweoke der Erfindung nind nun dei* nnchotehenden Beeohreibumg ersiehtiioh,

Oeaäß der Erfindung wird doe Vorerhitcen einnr Ononinchung welche einen paraffin!sehen Kohlentmarerntoff und ein Sounrntoff enthaltender* Os« enthilt, in dem irrenra rblock nuecefUhrt, durch welchen öle Torerhitete Uirchung in die Reaktionokontier «ur QarwanAluog in Acetylen eingeführt wird· Der Brenn rblock int mit wenigetenο einem Durchgang mit ein·» darin angeordneten Heizelement für das Aufhellen der Ooe— minohung auf eine Tewperatur in Bereich τοη 600° bin II50 C ausgeotnttet. Der Darobgnng oder Durchlaß in den Brennorblook int τοη einer solohen QrUBe₉ üb eine Oaegtnchwind in ice it χα ergeben t welch« größer als die Oeeohwlndigkeli

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oder don Ausmaß dor Flammcmaunbreitung der Gtiomißchunß int, wodurch ein Zurückschlagen der Flamme Tcrmlodtn wird. Dan Ausmaß der ..ärmeubertragunj, oder Winaeloltung int ausreichend um dLe erwilnnchte Temperatur der Gase τοη hoher Gerrchwindlg— keit zu erreichen, wobei die Yorerhitzte Onnrairchung in di· Reaktion rkiimmcr vor dem Ende dtt rianuneninduktiounabrchnittee gedrüokt oder goproßt wird, d.h. beror die Zündung einnetet.

Die Erfindung wird nächst* end anhund der Zeichnung her erläutert, in welcher eine besondere AuafiiJbrungofona der Erfindung dargestellt ist, Fig. 1 int eine Ansicht eines gewöhnlichen Aoetylenkonverters oder -umwiindlors ia Sobnitt, in welcher der Brennerblook geicUD der Erfindung, welcher ein elektrisches Heiaeleraent enthält, dargestellt int, Fig. 2 β »igt in Draufsicht das KinlaBende eines Brenner*- blooVa, woloher ia Schnitt in Hg· 1 gezeigt iot, wobei dit physikalische Anordnung des Durchlasses oder der Durchführung und daa darin angebrachte elektrische Ileiseleaent dargestellt sind«

G«müß Fig. 1 gelangt eine gasförmige Hinchung bei etwa 600⁰C, welch· aus Sauerstoff und Erdgas besteht, in d»n Aoetylenkonrerter durch ein· Leitung 10 und einen. Brennerblool 11· Der Aoetylenko-nverter umfaßt einen «ylindrisohen Hetallmantel oder ein «ylindrieohee Metallgehäuse 12 alt einer Innenauskleidung 13, welch· eine Yerbrennungeketemrfr 14

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einschließt. Die Auskleidung 13 int von dom Metallmantel durch einen ringförmigen Raum 15 getrennt, durch welchen ein Kühlmittel über Leitungen 16 und 17 im Umlauf geführt wird, um die Aunkleidung 13 bei einer müßigen odor mittleren Temperatur «u halten, nach teilweisor Verbrennung dea Erdgasen und dor nachfolgenden Kraokung des überschüssigen Methans sa Acetylen und anderen Hebenprodukten wird die gesamte Reaktlonnmlnchung durob. ttaarerdUean 18 am Boden der Verbrennungskammer 14 rasch abgekühlt oder abgeschreckt· Der abgekühlte Gasstrom verläßt den Konverter durch eine Leitung 19 zur anschließenden Kühlung/Reinigung, um das Acetylen

Der Brennerblock 11 ist aus festem Material hergestellt und mit einem Durchlaß 20 für das Durch strömen der Gasmi-Bchung in dl· Beaktion«kammer 14 versehen· Ein elektrisches Heizelement 21 int innorhalb dieses Durchlanseβ 20 angebracht und wird durch Zuführung von elektrischem Strom aus einer elektrischen Stromquell· 22 über elektrische Leiter und 24 auf eine Maximale Temperatur im Bereich von 1100° bis 125O⁰C erhltst« Brwünoohtenfalls können mehrere Durchlass· Eur Anwendung gelangen.

Mit Bezog auf ?lg· 2 1st der Brennerblook 11 „aus «inem festen, nioht-eetalllechen feuerfesten Material, beispielsweise aus AluBlnlTBBOxyd, hergestellt und besitat «ine "U-förmig β^rt Durchführung oder einen "O-fö:rmigen^H Durchlaß 20· Duo elektrische Heiselersent 21 ist innerhalb dieses Durch-

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lessee angeordnet und leitend durch elektrische Leiter 23 und 24 mit einer Stromquelle verbunden. Das elektrische Heiaelement 21 ka^n in irgendeiner von verschiedenen Weisen ausgebildet oder ausgeführt sein, um die maximale Wärmeübertragung sf lach e zu nohaffen und demnach gleiohförmige Gasgeechwindigkelten ü:er den Querschnitt des Gasstromes zu erlauben« Wie gezeigt, besitzt das Heizelement 21 eine gewundene (crimped) Oberfläche, wobei der Abstand der Windungen (crimped diatance)(d) in der Größenordnung von etwa 2,54 bis 63,5 mm (0,1 bis 0,25 inches) sein kann«

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen näher erläutert»

BeIo₁)IeI 1

Ein elektrisches Heizelement aus Hastelloy Z wurde in einer solchen Ausbildung hergestellt, um in einem Brennerblock mit einem Durohmesser von 10,16 cm (4 inohes) und einer länge von 30,48 cm (12 inches) eine Wärmeübertragungsfläche von etwa 0,83 qm (8,95 square feet) zu ergeben. Das Heizelement war mit Windungen oder Kräuselungen (crimped) wie in Fig. 2 dargestellt, versehen, wobei de* Abstand der Windungen etwa 3»05 mm (0,12 inohes) betrug. Die Dicke des Metalle war etwa 0,5 mm (0,02 inches). Der Durchlaß oder die Öffnung in dem Brennerblook war U-förmig und besaß einen Querschnittsbereich oder eine Querschnittsfläche welche 17»4^ der Gesamtquerschnittsflache des Brennerblocks

ausmachte,, 909 8 12/1068

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Methan und Sauerstoff wurden bei einer Strömungsgeschwindigkeit oder mit einem Strömungsausmaß von 8,33 Mol je Stunde bzw. 4,33 Mol je Stunde und bei einer Temperatur von 600 U in den Brennerblock eingeführt. Bas Heizelement wurde mittels elektrischer Energie bei einem Ausmai3 von Ampere und 22,9 Volt auf eine Temperatur von 115O⁰C erhitzt. Sie Methan-Sauerstoff-Mischung trat aus dem Durchlaß des Brennerblocks mit einer Geschwindigkeit von etwa 121,84 m (400 feet) je Sekunde aus, wobei die Gesamtverweilzeit in dem Brennerblock 0,033 Sekunden betrug und ein Druckabfall über dem Brennerblook von etwa 0,197 kg/cm (2,8 ρsi) vorhanden war. Die Wärmeübertragung von dem Heizelement auf die Gasmischung betrug etwa 27,360kcal (147 870 Btu/nour) je Stunde (Wännefluß * etwa 44 764koal/m (16 500 Btu/hour per square foot) je Stunde) und die Temperatur des den Brennerblock verlassenden Gases betrug 10 41⁰C* Nach der teilweisen Verbrennung des Methans in dem Aoetylenkonverter betrug der prozentuale Aoetylenanteil in dem den Aoetylenkonverter verlassenden, gekrackten Gas 10,8 Mol#, bezogen auf wasserfreie Basis.

Beispiel 2

Ein aus Hestelloy X hergestelltes elektrisches Heiselement wurde in der Weise ausgebildet, um einen Wärmeübertragung ab ere iob in einem Aoetylen-Bremterblock von etwa

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einem Durohmesser von 10,16 ora (4 inches) und einer Lfinge von etwa 30,48 (12 inches) von etwa 0,102 qm (11,0 square feet) zu ergeben. Das Heizelement war mit Windungen versehen, wie in Pig. 2 dargestellt, wobei der Windungsabstand etwa 2,54 mm (0,10 inches) betrug. Die Stärke des Metalls war etwa 0,305 mm (0,012 inches). Der Durchlaß oder die Öffnung in dem Brennerblock weir ü-fönaiß ausgebildet und hatte einen Querschnittsbereich, welcher etwa 23,8 $> des Gesamtquerschnittabereicha des Brennerblocks umfaßte·

Methan und Sauerstoff wurden bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 8,60 Mol je Stunde bzw· 4,33 Hol je Stunde und einer Temperatur von 600°0 in den Brennerblock eingeführt. Das Heizelement wurde mit elektrischer Energie bei einem Ausmaß von 1440 Ampere und 36 YoIt auf eine Temperatur am Auslaß von 121O⁰C erhitzt. Die JStethan-Sauerstoff-Uischung trat aus dem Durchlass des Brennerblockes bei einer Geschwindigkeit von etwa 112,77 m je Sekunde aus (37O feet per second), wobei die Gesamtverweilzeit in dem Brennerblock 0,0037 Sekunden und der Druckabfall über den Brennerblock .etwa 0,218 kg/cta (3,1 pei) betrugen. Die Wärmeübertragung von dem Heiselement auf die Gasmischung betrug etwa 44 604 kcal je Stunde (177 000 Btu/nour) (Wärmefluß - 43 676 kcal/qp (16 100 Btu/hour per square foot) je Stunde) und die Temperatur des de Brennerblook verlassenden Gases «ar 1110⁰C. Baoh. der teilweisen

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Verbrennung des Methans in dem Acetylenkonvertor betrug der prozentuale Anteil an Acetylen in dem den Acetylenknnverter verlassenden» gekrackten Gas 11,1 Mol-%, bezogen auf wasserfreie Basis«

Beispiel 5

Methan und Sauerstoff wurden bei einer Strömungsgeschwindigkeit -von 7»15 Mol Je Stunde bzw. 4,33 Mol Je Stunde bei einer Temperatur von 600⁰C in den Acetylenkonverter gemäß den Beispielen 1 und 2 ohne den Torteil der Vor erhitzung in dem Brennerblock eingeführt. Hach teilweiser Verbrennung und Krackung dee Methans und nachfolgender rascher Abkühlung des Beaktionssystems besaß das &Βτι Acetylenkonverter verlassende Gas einen Aoetylengebalt το» %75 Mol-#, bezogen auf wasserfreie Basis·

Die vorstehenden Beispiele zeigen, daß die Beschickungsbestandteile, welche für die teilweine Verbrennung von Methan zur Erzeugung von Acetylen in einem plektrisch geheizten Brennerblook auf eine Temperatur von bis zu 115O⁰C vorerhitzt werden können. Die Beispiele zeigen auch, daß eine Zunahme der Vorheiztemperatur zu einer Kraokproduktzusammensetzung (cracking pattern) führte, welche erhöhte Mengen an Acetylen ergab. Biese Zunahme in der Ausbeute wurde ohne jegliches Rückschlägen von Flammen oder jegliche Vorzündung der Me th an- Sauer stoff-Ml r.chung erhalten ·

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Dae gemäß der Erfindung zur Anwendung gelangende elektrische Heizelement muß eine z.veOkmäßige Festigkeit bei Temperaturen bis zu etwa 1250⁰C aufweisen und der Atmosphäre, welcher ee bei hohen Temperaturen ausgesetzt wird, widerstehen können und einen günstigen elektrischen Widerstand besitzen. Derartige Metalle, wie z.B· Hastelloy X (etwa 45# Nickel, 2,5# Kobalt, 2?# Chrom, 10# Molybdän, 20^ Elsen, \i» V.olfram, 15# Kohlenstoff), Kanthai Al (etwa 5ji Aluminium, 22Ji Chrom, 0,5# Kobalt, Resteisen), (Jhromel A (80# Nickel, 20# Chrom), und Nichrome V (etwa 80$ Nickel, 20# Chrom) sind Materialien, welche verwendet werden können.

Bei der Erzielung einer maximalen Temperatur von bis su 1150⁰C in dem aus dem Brennerblock abgegebenen Gas ist es erwünscht oder zweckmäßig, das Heizelement bei einer minimalen Tempe ratur'zu halten und das Heizelement mit einer maximalen Wärmeübertragungsfläche auszustatten. Gastemperaturen in diesem Bereich erfordern auch, daß die Temperatur des Heizelemente innerhalb des Bereiche von HOO⁰C bis etwa 125O⁰C liegt. Die Wärmeübertragungsflache ist von der Größe oder Geschwindigkeit des Gasstroms, der erwünschten Austrittstemperatur des Goses, der Temperatur des Einlaßbesohlokungsgases, der Länge des Heizelements und der Sicke oder Stärke des Heizelementmaterials abhängig.

Die in den flg. 1 und 2 gezeigte Stärke des Heizelemente beträgt wenigstens etwa 127 v. (5 mils) und nte ht mehr als etwa 1,27 mm (50 mils). Der Windungsabstand (d) ist vorzugsweiue im Bereich von etwa 1,27 mm bis 6,35 mm (50 -

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250 mils) um eine wirtschaftliche und technisch vorteilhafte Arbeitsweise und einen maximalen Wärmeübergang zu erhalten. Es ist zu bemerken, daß in den Beispielen eine ausreichende Wü rmeübertragungef la ch c vorgesehen ist, um einen vVarmefluß im Bereich von etwa. 20 713 bis 67 825 koal/qm je Stunde (10 000 bis 25 000 Btu/hour per square foot) zu liefern.

Bei der Ausführung oder Ausbildung de? Heizelementes müaaen neben der Wärmeübertragungsfläche noch nndere Paktoren berücksichtigt werden. Der Druckabfall durch den Brennet block darf nicht übermäßig oder unzulässig aein, die Geschwindigkeit des Gasgemisches muß größer ale die Geschwindigkeit oder das Ausmaß der Flammenausbreitung sein, um ein Zurückschlagen zu verhindern, der Strom des Gases durch den Brennerblock muß über die Querschnittsfläche bei einer gleichförmigen Geschwindigkeit sein und die Verweilzeit des Gases in dem Brennerblock muß niedriger als die für eine ausreichende Konzentration von lammeninitiatoren eArdarliehe Zeit sein, um das Stattfinden der Verbrennung zu ergeben.

Der Druckabfall des Brennerblooks ist vorzugsweise auf weniger als etwa 1,4-1 kg/cm (20 psi) begrenzt, um übermäßige Kosten für das Zusammendrücken oder Komprimieren der Beschickungsgase zu vemeiden. Gewöhnlich ist der Druckabfall niedriger als etwa 0,35 kg/cm ( 5 psi).

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Die Länge des Flammeninduktionsabschnittes während welcher die Konzentrierung der Flammen- oder Zündungeinitiatoren erfolgt, ist in erster Linie von der Temperatur abhängig. Daher soll die Verweilzeit der Gase in dem Brennerblock geringer als etwa 10/lOOGstel Sekunden sein, wenn eine Gasmischung etwa von 600° bis 1150⁰C vorerhitzt wird, wobei es bevorzugt wird, die Verweilzeit auf etwa 5/lOOOstel Sekunden zu beschränken. Wenn nur auf 800⁰C vorerhitzt wird, kann die Verweilzeit so hoch wie 200/lOOOstel Sekunden ohne Flammenentwicklung betragen, doch vorzugsweise wird die Verweilzfcit auf etwa 10/i0003tel Sekunden beschränkt. Wenn das erhitzte Gas nicht in der Reaktionskammer vor dem Ende der Flammeninduktionsdauer oder dea Fla»mieninduktionsabschnittes abgegeben wird, findet eine spontane Verbrennung statt und diese Verbrennung kann in den» Brennerblock auftreten, wobei eine Verbrennung stromaufwärts in dem Brennerblock erhalten wird.

Die Geschwindigkeit des Gasgemisches durch den Brennerblock muß größer als die Geschwindigkeit oder das Ausmaß der Flammenausbreitung der Gasmischung sein und muß gewöhnlich wenigstens 91,UH m (300 feet) je Sekunde bei einer Austritts- oder Auslaßtemperatur von 100° bis 1150⁰C betragen, und vorzugsweise etwa 121,9 bis 152,* m <»K)0 bis 500 feet) je Sekunde.Bei einer Temperatur von 800⁰C kann die Geschwii-

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keit bo niedrig wie etwa 61 β (200 feet) je Sekunden sein. Der Strom des Gases durch den Brennerblock muß im wesentlichen von gleichförmiger Geschwindigkeit sein. Wenn das Gas in einem Bereich mit einer niedrigeren Geschwindigkeit ale in einem anderen strömt, kann die niedrigere Geschwindigkeit gegebenenfalls nicht ausreichend größer als das Ausmaß oder die Geschwindigkeit der Flammenausbreitung sein, wobei ein Rückschlägen der Flammen stattfinden würde. Auch würde dann das Gap von niedriger Geschwindigkeit auf eine höhere Temperatur erhitzt werden, wodurch der Flammeninduktionsabschnitt verringert und ein* TorzUndimg der Gasmiechung herbeigeführt wird·

Ein weiterer wesentlicher Faktor in ucsi Brennerblock gemäß der Erfindung ist die Beziehung zwischen der Querschnittsfläche des Duro'lasses oder der Öffnung durch den Brenner« block und der Gesamtquerschnittsfläche des Brennerblockes. Eine ausreichend geschlossene oder enge Fläche ist erforderlich, um die Ausbildung von Streu- oder Wirbelströmen stromabwärts aus dem Block und die Entwicklung einer stabilen Flamme vor dem Ausgang aus dem Brennerblock zu erlauben· Die für die Erzielung dieser Bedingung erforderliche offene Fläche ist gewöhnlich im Bereich von etwa 15 bis 30$ der

Gesamtquerschnittsfläche dee Brennorblocke.

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Der Brennerblock kann aus irgendeinem gebräuchlichen und zweckmäßigen nicht-metallischen feuerfesten Material gebildet sein, welches Temperaturen von 1250⁰C widerstehen kann. Derartige Materialien, wie Aluminiumoxyd, keramische Aluminiumoxyd-Siliciumdioxyd-Materialien, Aluminiumoxydschwamm (alumina foam) und Siliciumcarbidschwamm (siliconcarbide foam) Bind für diesen Zweck zufriedenstellend. Vorzugsweise besitzt das Material im wesentlichen eine nichtporöse Beschaffenheit. Die in direkter Berührung mit dem Heizelement stehende Oberfläche soll aus reinem Aluminiumoxyd bestehen·

Der elektrische Widerstand des Heizelemente muß gewöhnlich wenigstens etwa 50 Mikroohm-2,54 cm (50 microhminchee) bei Temperaturen von 1000° bis 1150⁰C betragen, um eine ausreichende Eingangswattleistung bei einer Stromleistung von 1000 bis 2000 Ampere zu ergeben. Das Heizelement kann in verschiedenen Ausbildun aformen hergestellt sein, und eine besondere Ausbildung ist in den Beispielen und in Pig. 2 gezeigt. Diese gewundene oder wellenförmige Ausführungeform ist vorteilhaft, da der Strom durch das gesamte Heizelement in der Weise strömt, daß eine besondere große Lunge angewendet werden kann, um den erwünschten Gesamtwiderstand zu erhalten. Im allgemeinen muß das Heiselement für einen maximalen Gesamtwiderstand so ausgebildet sein, daß die erforderliche Stromleistung nicht übermäßig wird· 9098 12/1068

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Erforderliche Stromleistungen oberhalb 5000 Ampere würden zu unzweckmäßig großen elektrischen Leitern führen. Ein bevorzugter Bereich an elektrischem Strom ist 1000 bis 2000 Ampere. Insofern als das Heizelement eine Temperaturänderung von etwa 600° C am Einlaßende bis zu 1250⁰C am Auslaßend« aufweist, ist es hinsichtlich der Vermeidung einer Verformung günstig, das Heizelement wenigstens in drei Abschnitte zu unterteilen; beispielsweise soll ein Heizelement einer Länge von etwa 30,5 cm (12-inch deep) aus wenigstens drei 10,26 om (4 inches) langen Abschnitten hergestellt seih·

Bei der Herstellung von Acetylengasen muß die Verbrennung der Gasmischung Temperaturen im Bereich von etwa 1200° bis 1800⁰C entwiokeln, um Wärme in ausreichender Menge für die Umwandlung des verbleibenden Kohlenwasserstoffes, gewöhnlich von Methan in dem Beschickungsgas, in Acetylen zu liefern. Obgleich die Durchführung der Verbrennung und der Umwandlungsreaktionen bei höheren Temperaturen als 1800⁰C möglich ist, kann ein optimaler Acetylengehalt in dem Schachtgas nicht erhalten werden, da bei den höheren Temperaturen auch höhere Mengen an Kohlenstoff oder Kocks erzeugt werden. Vorzugsweise wird die Reaktion unterhalb 180O⁰C ausgeführt. Beispielsweise erwiesen sich Temperaturen von etwa 1400⁰C bis etwa 1600⁰C als b sonders zweckmäßig und erwünscht.

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Der bei dem Verfahren gemäß der Erfindung bevorzugte Kohlenwasserstoff besteht aus Nethan; jedoch kann Irgendein paraffinischer Kohlenwasserstoff, der in Acetylen mittels einer partiellen Verbrennung umwandelbar ist, zur Anwendung gelangen. Gewöhnlich besitzt der paraffinische Kohlenwasserstoff weniger als 7 Kohlenstoffatome. Beispiele für geeignete Kohlenwasserstoffe außer Methan umfassen Äthan, Propan, Butan und Fentan. Erdgas, welches im wesentlichen Methan enthält, ist ein gemäß der Erfindung besonders bevorzugter Kohlenwasserstoffstrom·

Der Sauerstoff enthalt ende Strom, welcher mit dem parafr

finischen Kohlenwasserstoff gemäß der Erfindung gemischt wird, besteht vorzugsweise aus S_nuerstoff; jedoch kann irgendein Sauerstoff enthaltender Strom zur Anwendung gelangen. Beispielsweise kann ein verhältnismäßig reiner Sauerstoff strom oder mit Sauerstoff angereicherte Luft verwendet werden.

Der Druck bei der teilweisen oder partiellen Verbrennung von Kohlenwasserstoffen unter Bildung von Asetylen ist nicht kritisch. Der Konverter arbeitet bei Im wesentlichen atmosphärischem Druck unter normalen Bedingungen; erkenn jedoch auch in zufriedenstellender Weise bei Drücken bis zu 2,81 kg/om absolut und bis herab zu 0,35 kg/cm absolut (40 psia und 5 psia) betrieben werden·

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Obgleich ein Vorerhitzen der Beschickungsgaee auf wenigstens 1OOO°C für die Erzielung von optimalen Ergebnissen bevorzugt wird, ist gemäß der Erfindung auch ein Vorheizen der Bcschickungsgase von etwa 600° bis wenigstens 80O⁰C und bis zu einer Temperatur von etwa 1150⁰C vorgesehen. Eine Temperatur von etwa 1150⁰C ist eine zweckmäßige Grenze für das Erhitzen des Beechiclnmgsgases aufgrund von Materialschwierigkelten für den Aufbau. Auch wird der Flammeninduktionsabschnltt oberhalb dieser Temperatur zu kurz«

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Claims (12)

Patentansprüche

1. Verfahren aur partiellen Verbrennung eines paraffinlschen Kohlenwasserstoffes zur Bildung von Acetylen, wobei eine Gasmischung aus dem paraffinischen Kohlenwasserstoff und ein Sauerstoff enthaltender Strom durch einen Brennerblock in eine Verbrennungs;;one abgegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß man die Gasmischung während des Durchgangs duro den Brennerblock auf eine über der Ztindungstemperatur der Gasmischung liegenden Temperatur vorerhitzt und die vorerhitzte Gasmischung in der Verbrennungszone vor dem Ende des Hammeninduktionsabschnittes der vorerhitzten Gasmischung abgibt«

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Gasmischung in dem Brennerblock w; ihr end ihrer Durchführung auf eine Temperatur in Bereich von 800° bis 1150⁰C erhitzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die sich ergebende vorerhitzte GasMischung innerhalb 200/lOOOstel Sekunden seit dem Zeitpunkt, bei welchem die Gasmischung in den Brennerblock eintrat, in die Verbrennungszone abgibt.

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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3t dadurch gekennzeichnet, daß man die Gasmischung auf eine Temperatur im Bereich ύοώ. 1000° - 115O⁰C während des Durchgangs durch den Brennerblock innerhalb 10/l000stel Sekunden vorerhitzt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Gasmischung bei hoher Geschwindigkeit durch Öffnungen in dem Brennerblock strömen läßt und während des Durchgangs durch diese Öffnungen mit elektrischen Heizelementen bei erhöhterTemperatur in Berührung bringt, wobei die Gasmischung auf eine Temperatur im Bereich von bis 1150⁰C erhitzt wird, und die vorerhitzte Gaamischung aus dem Brennerblock in die Verbrennungszone abgibt·

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasmischung durch die Öffnungen in dem Brennerblock mit einer Geschwindigkeit von wenigstens etwa 60 η (200 feet) je Sekunden geführt wird·

7# Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Gaamischung während des Durchgangs C₀ durch die Öffnungen in dem Brennerblock mit einem elektrischen

to Heizelement bei einer Temperatur im Bereich von 1100° C oo

J^ bis 1250⁰C in Berührung bringt und dabei die Gasmischung auf -* eine Temperatur im Bereioh von 1000bis 1150⁰C vorerhitzt, ^ und die vorerhitzte Gasmischung aus dem Brennerblook in die Verbrennungekammer innerhalb 10/1000 stel Sekunden seit Eintritt der GaMischung in den Brennerblock abgibt.

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8. Vorrichtung zur Durchführung dee Verfahrens zur partiellen Verbrennung einea paraffinieren Kohlenwasserstoffes zur Bildung von Acetylen, wobei eine Gaamischung aus d»ia paraffinieren Kohlenwasserstoff und ein Sauerstoff enthaltender Strom durcii einen Brennerblock in eine Verbrennungszone abgegeben werden, nach einem der Ansprüche 1 bis 71 dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Brennerblock mit wenigstens einem Durchlaß für das Durchströmen der Gasmischung und ein in diesem Durchlaß angeordnetes Heizelement für das Erhitzen der Gasmischung auf eine oberhalb der Zündungstemperatur dieser Gasmischung liegenden Temperatur umfaßt, wobei der Durchlaß eine solche Größe aufweist, uai die Abgabe der Gasmischung in die Verbrennungskammer vor dem Ende der Fl&miiieninduktionsperiode bei einer die Flammenauebreitungsgeschwindigkeit übersteigenden Geschwindigkeit zu erlauben.

9· Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement mittels elektrischer Stromdurchführung geheizt wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement eine wellenförmige Querschnittskonfiguration pufweiete

11· Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennerblock einen Durchlas aufweist.

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BAD ORIGINAL'

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12. Vorrichtung nach Anapmeh 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß durch den Brennerblock eine U-förmige Querschnittsfläche aufweist·

13· Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennerblock: mehrere Durchlässe enthalte

ÖAD 909812/1068