DE1468375B1

DE1468375B1 - Lichtbogenreaktor zur Herstellung von Acetylen

Info

Publication number: DE1468375B1
Application number: DE1964M0063424
Authority: DE
Inventors: Leo Dipl-Ing Knall; Nic Dipl-Ing Petrescu
Original assignee: Ministerul Industriei Petrolului si Chimiei
Current assignee: Ministerul Industriei Petrolului si Chimiei
Priority date: 1964-01-20
Filing date: 1964-12-09
Publication date: 1971-08-26
Also published as: US3419490A; GB1041943A; FR1421778A

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lichtbogen- Der erfindungsgemäße Reaktor beseitigt die oben-

reaktor zur Herstellung von Acetylen durch Spaltung erwähnten Nachteile dadurch, daß der Zugang der zu von gasförmigen Kohlenwasserstoffen im Gleich- spaltenden Gase in die Zentralkammer des Reaktors Stromlichtbogen. durch einen kreisförmigen Schlitz zwischen dem

Die Erzeugung von Acetylen durch Elektrokracken 5 oberen Reaktordeckel und einem zylindrischen Mantel erfolgt gegenwärtig mit Hilfe eines Reaktors, durch mit einer auf der Senkrechten verschiebbaren geschärfweichen die als Ausgangsmaterialien dienenden gas- ten Kante in einem im unteren Reaktordeckel vorförmigen Kohlenwasserstoffe mit einer sehr hohen Ge- gesehenen Führungsring stattfindet, wodurch die Zuschwindigkeit hindurchtreten. Dieser besteht aus flußlinien des zu spaltenden Gases verändert werden einem zentralen Körper und zwei vertikal angeordneten io können.

Elektroden, zwischen welchen sich der Lichtbogen Dieser kreisförmige Schlitz verleiht dem Reaktor

bildet, der sich unmittelbar in den umzusetzenden eine vollkommene Symmetrie, welche durch die Ver-Gasen entlädt, und zwar auf einer Länge von etwa änderungsmöglichkeit der Breite des Schlitzes für 1 m, wobei er die zur Bildung des Acetylens not- verschiedene Gasmengen beibehalten werden kann, wendige Wärmeenergie liefert. 15 (Für die Symmetrie der Zufiußlinien des zu spaltenden

Für die Durchführung der Acetylenherstellung unter Gases ist ein bestimmtes Druckgefälle zwischen dem optimalen Bedingungen, und zwar: Stabilität des äußeren Ring und der Zentralkammer des Reaktors Lichtbogens bei einem hohen cos 0-Wert, Herab- notwendig.)

Setzung der Elektrodenkorrosion, Vermeidung der Ver- Zur Regelung der Tangential- und Drehgeschwindig-

stopfungen der unteren Elektrode mit Kohle, beste Aus- 20 keit der Gase (unabhängig von der Regelung der Gaslastung der elektrischen Gleichrichteranlage, bei ver- menge, welche durch ein vorgeschaltetes pneumatisches schiedenen Durchflußmengen und Gaszusammen- Ventil geregelt wird) dient ein in der Gaseingangsdüse Setzungen und bei verschiedenen Spannungen und Lei- angeordneter Schieber.

stungen des Lichtbogens, ist es notwendig, verschiedene Der erfindungsgemäße Reaktor ist danach gekenn-

Arbeitsparameter (Fließlinien der Gase im Inneren des 25 zeichnet durch einen die Ringkammer und die Reaktors, Tangential- und Drehgeschwindigkeit der Zentralkammer verbindenden Schlitz, der zwischen der Gase, Länge des Lichtbogens usw.) verändern zu Innenkante des Deckels der Ringkammer und der gekönnen, so daß die besten Bedingungen erzielt werden, schärften Oberkante des zylindrischen Innenmantels insbesondere für den Fall, wenn die als Rohstoff ein- der Ringkammer gebildet wird, wobei der Innenmantel gesetzten Gase in der Zusammensetzung und in der 30 der Ringkammer zur Veränderung der Schlitzbreite Menge eine Änderung erfahren. Da einer der Vorteile auf der Senkrechten in einem kreisförmigen, auf dem der Herstellung des Acetylens aus gasförmigen Koh- Boden des Reaktorgehäuses angeordneten Führungslenwasserstoffen im Lichtbogenofen, die Möglichkeit ring verschiebbar ist, ferner gekennzeichnet durch der Verwendung jedweden gasförmigen Kohlen- einen in der Gaseingangsdüse zur Regelung der Wasserstoffes oder jedes Gemisches aus gasförmigen 35 Tangential- und Drehgeschwindigkeit der Gase anKohlenwasserstoffen — welche Kohlenwasserstoffe geordneten Schieber.

in verschiedenen Mengen und Gemischen verfügbar Die Drehgeschwindigkeit der Gase im Reaktor

sind, die oftmals in genug kurzen Perioden anfallen — (Drall) hat eine große Bedeutung für den Lichtbogenist, muß sich der Reaktor leicht und schnell an die betrieb. Je größer die Drehgeschwindigkeit ist, um so Schwankungen anpassen können. Desgleichen ist es 40 stabiler wird der Lichtbogen, was von der elektrischen oft notwendig, daß sich die technologischen Parameter Seite her gesehen wünschenswert ist. Jedoch hat eine an die optimalen Leistungen der Gleichrichteranlage zu große Stabilität des Lichtbogens zur Folge, daß anpassen. seine beiden Enden, im Inneren der oberen und im

Ein bekannter Reaktor weist den Nachteil auf, daß Inneren der unteren Elektrode, sich an einer bestimmer nicht anpassungsfähig ist. Er gestattet nicht, unter 45 ten Stelle festlegen, was zu einem schnellen Verschleiß optimalen Bedingungen, mit verschiedenen Kohlen- der Elektroden führt. Es ist notwendig, daß die Enden Wasserstoffgemischen, bei verschiedenen Zuflußmengen des Lichtbogens sich ständig im Inneren der beiden der Gase und mit verschiedenen Spannungen und Elektroden in bestimmten Grenzen auf und ab beLeistungen des elektrischen Stromes zu arbeiten. wegen, was zur Abschwächung der thermischen Be-

Ferner verwendet der bekannte Reaktor aus Sonder- 50 anspruchung der Elektroden an den Anlagestellen der porzellan hergestellte, elektrische Isolatoren, die Enden des Lichtbogens führt und als Folge eine beschwer herzustellen und spröde sind und sich leicht deutende Verlängerung der Lebensdauer der Elekbeschädigen, was ebenfalls ein Nachteil im industriellen troden hat.

Betrieb ist. Aus der britischen Patentschrift 294494 Der Schieber ermöglicht es, unter optimalen Be-

ist eine Vorrichtung zur Behandlung von Kohlen- 55 dingungen der Stabilität des Lichtbogens zu arbeiten Wasserstoffen im elektrischen Flammenbogen bekannt, (nicht zu groß und nicht zu klein) bei verschiedenen, mit der unter anderem Acetylen erzeugt werden kann. veränderlichen Gasmengen und Gaszusammensetzun-Durch die besondere Form der Elektroden, die aus gen. Der bekannte Reaktor (Huels) besitzt nicht diese einer zentralen und einer ringförmigen Gegenelektrode Eigenschaft.

bestehen, ist eine ringartige Gaszufuhr bedingt. Bei 60 Zur Isolierung der oberen Elektrode ist zwischen dieser Vorrichtung ist aber weder eine Regelmöglich- dieser und dem oberen Reaktordeckel eine Scheibe keit für die Gaszufuhr gegeben, noch eine Schonung aus gewöhnlichem Isoliermaterial ohne feuerfeste des Isoliermaterials des Reaktionsgefäßes gegen starke Eigenschaften angeordnet, das z. B. aus Isolierplatten Hitzeeinwirkung möglich. Der aus der Zeitschrift aus mehreren Papierschienten, die mit Phenolharz ge- »Angewandte Chemie«, Oktober 1948, S. 258, be- 65 tränkt sind (Hütte, 1955, Bd. I, S. 1352) bestehen kann, kannte Reaktor ist mit senkrechten, nichtregelbaren Der bekannte Reaktor (Huels) besitzt Isolatoren aus Schlitzen für den Eintritt der Gase in die Zentral- Porzellan,
kammer vorgesehen. Nachstehend folgt ein Ausführungsbeispiel des er-

findungsgemäßen Reaktors an Hand der Zeichnungen, in welchen dargestellt ist in

F i g. 1 ein Längsschnitt durch den Reaktor, F i g. 2 ein Querschnitt durch den Reaktor A-A.

Die als Ausgangsmaterial benutzten Gase treten tangential in eine ringförmige Kammer a des Reaktors, in welcher sie eine zur Zentrierung des Lichtbogens notwendige Drehbewegung erhalten. Aus der ringförmigen Kammer α treten die Gase in den Mittelteil b des Reaktors (in welchem die obere Elektrode 1 und die untere Elektrode 2 befestigt sind, zwischen welchen die Entladung des Lichtbogens stattfindet) durch einen kreisförmigen Schlitz c, der zwischen dem oberen Deckel 3 des Reaktors und einem zylindrischen Mantel mit geschärfter Kante 4 gebildet ist, welcher auf der Senkrechten in einer kreisförmigen, auf dem unteren Deckel 6 des Reaktors angeordneten Ringführung 5 verschiebbar ist. Die Größe des kreisförmigen Schlitzes c wird durch Hebung oder Senkung des zylindrischen Mantels 4 mit Hilfe dreier Regelschrauben 7 eingestellt, wobei die Veränderung des Schlitzes c die Zuflußlinien der zu spaltenden Gase verändert, was eine Einstellung optimaler Bedingungen für verschiedene Gaszusammensetzungen und Gasmengen ermöglicht. ·

Zur Realisierung der elektrischen Isolierung der oberen Elektrode ist zwischen dieser und dem oberen Deckel 3 des Reaktorkörpers eine Isolierscheibe 8 angeordnet, die aus gewöhnlichem Isoliermaterial ohne feuerfeste Eigenschaften besteht. Die Isolierscheibe wird dauernd von den kalten, in den Reaktor eindringenden Gasen bespült und somit vor Überhitzungen geschützt.

Der Eintritt der Gase in die ringförmige Reaktorkammer erfolgt durch eine Düse 9 mit rechtwinkligem Querschnitt, welche mit einem Schieber 10 versehen ist. Dieser gestattet die Regelung des Gaseintrittsquerschnittes bzw. die Änderung der Geschwindigkeit der Gase beim Eintritt in den Reaktor und demzufolge die Änderung der Drehgeschwindigkeit der Gase im Reaktorinneren. Für verschiedene Gasdurchfiüsse oder verschiedene Gaszusammensetzungen gibt es eine optimale Drehgeschwindigkeit in bezug auf die Stabilität des Lichtbogens, die Korrosion der Elektroden, die Vermeidung von Verstopfungen der unteren Elektroden durch Kohle, die optimale Spannung des Lichtbogens für die Gleichrichteranlage usw. Im praktischen Betrieb eines erfindungsgemäßen Reaktors wurden folgende Ergebnisse erzielt:

Lichtbogen 7000 kW Gleichstrom

Einspeisung 2000 bis 3000 Nm³/Std.

gasförmige Kohlenwasserstoffe

Rohstoffzusammensetzungen
von Methan . ..99,5°/₀ (Kohlenstoffzahl 1,0) ,. Methan ...50¹Y₀ | , . ., ,, ~ ,, „ _Λ bis _Propan ... .500}° j (mit Kohlenstoffzahl 2,0)

täglich und stündlich veränderlich, abhängig von de zur Verfügung stehenden Propan.

Der erfindungsgemäße Reaktor weist insbesonde folgende Vorteile auf:

Er gestattet einen Betrieb unter optimalen A

beitsbedingungen bei Änderung der als Rohste zugeführten Gasmenge und Gaszusammensetzui sowie eine leichte Anpassung an die optimal· Leistungen der Gleichrichteranlage.

Er ist mit Isolierplatten aus gewöhnlichem Isolie material, das keine feuerfesten Eigenschaften 2 besitzen braucht, ausgestattet.

Durch die erfindungsgemäße ständige Anpassur

des Reaktors an die sich verändernden Verhältnis; wird erreicht, daß die Lichtbogenabrisse sehr selte sind, eine Verstopfung der unteren Elektrode äußer:

selten vorkommt; die Lebensdauer der Stahlelektrode lang ist (die obere Elektrode über 600 Std., die untei über 400 Std.); sowie der Energiebedarf bei RoI Stoffzusammensetzung mit Kohlenstoffzahl 1, untc kWh/kg C₂H₂ und mit Kohlenstoffzahl über I₅ unter 8,6 kWh/kg C₂H₂ (im Lichtbogen) liegt.

Claims

Patentansprüche:

1. Lichtbogenreaktor zur Herstellung von Acet> len durch Spaltung von gasförmigen Kohlenwassei stoffen im Gleichstrom-Lichtbogen mit einer Zen tralkammer und zwei vertikal dazu angeordnete! Elektroden und einer die Zentralkammer um gebenden Ringkammer zur tangentialen Zuführuni der zu spaltenden Kohlenwasserstoffe, g e k e η η zeichnet durch einen die Ringkammer(a und die Zentralkammer (b) verbindenden Schlitz (c) der zwischen der Innenkante des Deckels (3) de: Ringkammer und der geschärften Oberkante de: zylindrischen Innenmantels (4) der Ringkammei gebildet wird, wobei der Innenmantel der Ringkammer zur Veränderung der Schlitzbreite auf dei Senkrechten in einem kreisförmigen, auf derr Boden (6) des Reaktorgehäuses angeordneten Führungsring (5) verschiebbar ist, ferner gekennzeichnet durch einen in der Gaseingangsdüse (9] zur Regelung der Tangential- und Drehgeschwindigkeit der Gase angeordneten Schieber (10).

2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Isolierung der oberen Elektrode (1) zwischen dieser und dem oberen Reaktordeckel (3) eine Scheibe (8) aus gewöhnlichem Isoliermaterial ohne feuerfeste Eigenschaften angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen COPY