DE1543122B2

DE1543122B2 - Verfahren zur herstellung von vorwiegend acetylen und aethylen enthaltenden ungesaettigten kohlenwasserstoffen

Info

Publication number: DE1543122B2
Application number: DE19651543122
Authority: DE
Inventors: Toru Chiba Gomi Shinpei Fukushima Kanal Toshio Tokio Sogawa, (Japan)
Original assignee: Kureha Corp
Current assignee: Kureha Corp
Priority date: 1964-08-24
Filing date: 1965-08-24
Publication date: 1973-06-07
Also published as: US3408417A; DE1543122A1; GB1090278A; DE1543122C3

Description

geführt, in der die Krackreaktion durchgeführt wird. Nach erfolgter Krackreaktion werden die Produkte schnell mittels Kühlwasser gekühlt, das durch ein Rohr 4 in den Endteil der Reaktionskammer 9 eingeführt wird; dann wird die Reaktion beendet. Die Reaktionsprodukte werden aus dem Rohr 10 abgezogen.

Wenn die Strömungsgeschwindigkeit an der Drosselöffnung 8 bei Schallgeschwindigkeit oder einer höheren Geschwindigkeit gehalten wird, erfolgt das Mischen des Ausgangsmaterials mit dem heißen Verbrennungsgas schnell und gleichmäßig ohne jede Turbulenz des beigemischten Gases in der Verbrennungskammer, so daß nach Überführung des Gemisches von der Verbrennungskammer 6 in die Re-. aktionskammer 9 die Krackreaktion bei konstanter Reaktionstemperatur durchgeführt werden kann. Dadurch wird die Ausbeute an Acetylen und Äthylen erhöht, wobei gleichzeitig Schwankungen in der Ausbeute an Acetylen und Äthylen und in dem Verhältnis von Acetylen und Äthylen vermieden werden. Diese Ergebnisse werden dadurch erzielt, daß sowohl die Strömungsgeschwindigkeit des Ausgangskohlenwasserstoffes in Düse 7 als auch die Strömungsgeschwindigkeit des Gemisches an der Drosselöffnung 8 bei Schallgeschwindigkeit oder einer höheren Geschwindigkeit gehalten werden. Wenn jedoch nur eine dieser beiden Maßnahmen beachtet wird, kann die Ausbeute an Acetylen und Äthylen nicht erhöht werden, und auch die Schwankung im Verhältnis der beiden Produkte und die Bildung von Kohlenstoff und Teer können nicht beseitigt werden. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit an der Drosselöffnung 8 unter der Schallgeschwindigkeit liegt, wird, selbst wenn der Ausgangskohlenwasserstoff ständig mit Schallgeschwindigkeit oder einer höheren Geschwindigkeit in das heiße Verbrennungsgas eingespritzt und mit demselben vermischt wird, die Verbrennung in der Verbrennungskammer ungleichmäßig und die Zusammensetzung des heißen Verbrennungsgases verändert sich, so daß auch die Vermischung des Ausgangskohlenwasserstoffes mit dem Verbrennungsgas ungleichmäßig wird. Daher wird kein schnelles Mischen erreicht, die Ausbeute an Acetylen und Äthylen nimmt ab, das Verhältnis der beiden Produkte zueinander schwankt, und an der Wand der Reaktionskammer 9 setzen sich Kohle und Teer ab. Wenn man das Einsatzgut nicht mit Schallgeschwindigkeit oder einer höheren Geschwindigkeit einspritzt, wird es schwierig, selbst wenn ein Verbrennungsgas hoher Temperatur durch gleichmäßige Verbrennung bei einer Strömungsgeschwindigkeit, die

ίο an der Drosselöffnung 8 der Schallgeschwindigkeit entspricht oder darüber liegt, gebildet wird, ein gleichmäßiges Gemisch aus dem Einsatzgut und dem Verbrennungsgas herzustellen. An der Wand der Drosselöffnung 8 setzen sich dann Kohle und Teer ab, die Ausbeute an Acetylen und Äthylen sinkt, und das Verhältnis der beiden Produkte zueinander verändert sich.

Die Erfindung wird durch folgendes Beispiel veranschaulicht.

Beispiel

In dem in Abb. 1 dargestellten Ofen wurde ein thermischer Krackprozeß durchgeführt. Mit Hilfe eines Brenners wurden verbrannt: 657 m³/h (Normalbedingung) Erdölkrackgas als Brennstoff, 703 m³/h (Normalbedingung) Sauerstoff und 1261 kg/h Dampf. Die Zusammensetzung des Erdölkrackgases ist folgende: 9,5% CO, 12,6% CH₄, 30,3% CO₂, 9,5% C₉H₂, 12,8% C₀H₄, 0,3% C₃H₆, 0,5% C₃H₄, 0,2%

C₄ ^-H₆, 0,3% C₄H₄, 0,4% C₆H₆ und 23% H₂. Als Kohlenwasserstoff-Einsatzgut wurden 1487 l/h Naphtha (Siedepunkt zwischen 50 und 130° C) auf 500° C vorgewärmt und durch die Einspritzdüse mit einer Geschwindigkeit von Mach 1 in den unteren Teil der Verbrennungskammer eingespritzt, um es mit dem heißen Verbrennungsgas zu mischen. Dann wurde das so erhaltene Gemisch in die Reaktionskammer eingespritzt, wobei die Geschwindigkeit in der Drosselöffnung Mach 1 betrug, um das thermische Kracken von Naphtha durchzuführen. Die Reaktionstemperatur betrug 1120° C, die Reaktionszeit 0,001 Sekunden, und das Krackgas belief sich auf 2122 m³/h (Normalbedingung).

Tabelle

Versuch Nr.	Einheit	Verfahren gemäß der	1	Vergleichsverfahren	0,4
		Erfindung		2
Strömungsgeschwindigkeit			0,4		0,4
des Krackguts	Mach (M)	1,0		1,0	20,8
Strömungsgeschwindigkeit			1,0		29,3
an der Drosselöffnung ..	Mach (M)	1,0	23,4	0,4	50,1
Acetylen	Gewichtsprozent	23,6	30,5	21,3	92,1
Äthylen	Gewichtsprozent	35,3	53,9	31,3
Acetylen und Äthylen	Gewichtsprozent	58,9	95,3	52,6	geringe Ablage
Kohlenstoffbilanz	Gewichtsprozent	98,2		95,1	rung rund um die
Kohlenstoffablagerung			geringe Ablage		Einspritzdüse
im Innern des Ofens ...		keine	rung an der	Ablagerung	und um die
			Einspritzdüse	an der Wand	Drosselöffnung-
			und an der	der Reaktions	Ablagerung
			Drosselöffnung	kammer	an der Wand
—					der Reaktions
					kammer

Außerdem wurden weitere Versuche mit der gleichen Einsatzmenge bei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten durchgeführt, indem die Gase in gleicher Zuführmenge verwendet wurden und die Strömungsgeschwindigkeit des Krackgutes an der Einspritzdüse und an der Drosselöffnung verändert wurde. Die erzielten Ergebnisse werden in der folgenden Tabelle mit den Ergebnissen des Beispiels verglichen.

Das Diagramm der A b b. 2 zeigt die Unterschiede, die sich mit dem Zeitablauf für das Verhältnis von Äthylen zu Acetylen durch die Veränderung der Strömungsgeschwindigkeiten an der Einspritzdüse und an der Drosselöffnung ergeben. Dabei stellt die Kurve mit dem Zeichen O das Beispiel dar, die Kurve mit dem X-Zeichen das Vergleichsverfahren 1, die Kurve mit dem Zeichen □ das Vergleichsverfahren 2 und die Kurve mit dem Zeichen Δ das Vergleichsverfahren 3.

Wie bereits ausgeführt, wird die höchste Ausbeute an Acetylen und Äthylen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielt, wobei eine Bildung von Kohle und Teer an der Wand des Ofens nicht festgestellt werden kann. Aus Abb. 2 geht hervor, daß das Verhältnis von Äthylen zu Acetylen (in Gewichtsprozent des erzeugten Gasgemisches) unverändert bleibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von vorwiegend Acetylen und Äthylen enthaltenden ungesättigten Kohlenwasserstoffen, durch thermische Spaltung von Kohlenwasserstoffen in einem Strom heißer Verbrennungsgase, bei dem in einer Verbrennungskammer Brennstoff und Sauerstoff verbrannt und der zu spaltende Kohlenwasserstoff durch einen Kranz von Düsen radial in den Strom der Verbrennungsgase eingeleitet und das erhaltene Gemisch durch eine Drosselöffnung in den Reak- ■ ^; tionsraum übergeführt und gespalten und das erhaltene Spaltprodukt anschließend abgeschreckt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der zu spaltende Kohlenwasserstoff, nach Vorerhitzung, mit mindestens Schallgeschwindigkeit in die Verbrennungskammer eingeleitet und das erhaltene Gemisch mit mindestens Schallgeschwindigkeit durch die Drosselöffnung in den Reaktionsraum übergeführt wird.

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von vorwiegend Acetylen und Äthylen enthalt tenden ungesättigten Kohlenwasserstoffen, durch ther-¹ ■ ■'■'■■■ mische Spaltung von Kohlenwasserstoffen in einem Strom heißer Verbrennungsgase, bei dem in einer Verbrennungskammer Brennstoff und Sauerstoff verbrannt und der zu spaltende Kohlenwasserstoff durch einen Kranz von Düsen radial in den Strom der Verbrennungsgase eingespritzt und das erhaltene Gemisch . durch eine Drosselöffnung in den Reaktionsraum eingeführt und gespalten und das erhaltene Spaltprodukt anschließend abgeschreckt wird.

Zur Herstellung von ungesättigten Kohlenwasserstoffen, wie Acetylen und Äthylen, durch thermisches Kracken von Kohlenwasserstoffen, ist es wichtig, eine hohe Ausbeute von Acetylen und Äthylen zu erhalten. Es ist außerdem notwendig, eine beständige thermische Spaltreaktion und Gasbildung aufrechtzuerhalten und die Bildung von Kohle und Teer bei der Spaltung der Kohlenwasserstoffe zu vermeiden, damit-45 eine Verschmutzung des Ofens vermieden und ein Dauerbetrieb ermöglicht wird und Schwankungen in der Ausbeute an Acetylen und Äthylen sowie in dem Produktionsverhältnis der beiden Kohlenwasserstoffe auf ein Mindestmaß beschränkt werden.

Es ist aus der östereichischen Patentschrift 199 625 ein Verfahren zur Herstellung von Acetylen und/oder Äthylen durch pyrolytische Spaltung von Kohlenwasserstoffen mit Hilfe von beigemischten Verbrennungsgasen bekannt. Die Spaltung wird mit Verbrennungsgasen durchgeführt, die erzeugt werden, indem Sauerstoff und Wasserstoff bei Schallgeschwindigkeit in eine Verbrennungskammer eingespritzt werden. Mit diesem bekannten Verfahren kann die Schaffung einer gleichbleibenden Durchflußmenge jedes Stromes sowie ein gleichmäßiges Mischen und die Erhöhung der Ausbeute an Acetylen und Äthylen nicht erreicht werden. Ferner ist die Aufrechterhaltung eines gleichbleibenden Verhältnisses zwischen den erzielten Produkten nicht gewährleistet, und es tritt keine Hernmung der Bildung von Kohle und Teer auf.

Alle diese Nachteile werden durch die vorliegende Erfindung vermieden.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von vorwiegend Acetylen und Äthylen enthaltenden ungesättigten Kohlenwasserstoffen durch thermische Spaltung von Kohlenwasserstoffen in einem Strom heißer Verbrennungsgase, bei dem in einer Verbrennungskammer Brennstoff und Sauerstoff verbrannt und der zu spaltende Kohlenwasserstoff durch einen Kranz von Düsen radial in den Strom der Verbrennungsgase eingeleitet und das erhaltene Gemisch durch eine Drosselöffnung in den Reaktionsraum übergeführt und gespalten und das erhaltene Spaltprodukt anschließend abgeschreckt wird, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß der zu spaltende Kohlenwasserstoff, nach Vorerhitzung, mit mindestens Schallgeschwindigkeit in die Verbrennungskammer eingeleitet und das erhaltene Gemisch mit mindestens Schallgeschwindigkeit durch die Drosselöffnung in den Reaktionsraum übergeführt wird.

Durch das Verfahren nach der Erfindung werden folgende Verbesserungen erzielt:

a) Eine konstante Strömungsmenge für die Gasströme,

b) ein gleichmäßiges Mischen,

c) eine höhere Ausbeute an Acetylen und Äthylen,

d) ein gleichbleibendes Produktionsverhältnis der gewonnenen Kohlenwasserstoffe,

e) Vermeidung von Kohle- und Teerbildung.

• In der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung zeigt, ist

Abb. 1 ein senkrechter Schnitt durch einen für die Ausführung des Verfahrens geeigneten — hier nicht beanspruchten — Ofen, _:

A b b. 2 ein Diagramm, in dem die Ergebnisse des erfindungsgemäßen Verfahrens denen des bekannten Verfahrens an Hand entsprechender Kurven vergleichsweise gegenübergestellt sind.

Wie aus A b b. 1 ersichtlich ist, weist der Ofen eine Düse 1 zur Einführung von Brennstoff und eine Düse 2 zur gleichzeitigen Einführung von Sauerstoff und Dampf auf. Brennstoff, Sauerstoff und Dampf werden von einem Brenner 5 in die Verbrennungskammer 6 gespritzt, um den Brennstoff zu verbrennen und ein Verbrennungsgas hoher Temperatur zu bilden. Der als Ausgangsmaterial zum Kracken in das Verbrennungsgas einzuspritzende Kohlenwasserstoff wird vorgewärmt durch eine Düse 3 eingeführt und durch eine Einspritzdüse 7 mit Schallgeschwindigkeit oder einer höheren Geschwindigkeit in die Verbrennungskammer 6 eingespritzt, wo er mit dem eine hohe Temperatur aufweisenden Verbrennungsgas vermischt wird. Wenn das zu krackende Produkt mit Schallgeschwindigkeit in die Verbrennungskammer eingespritzt wird, kann eine konstante Strömungsgeschwindigkeit des in die Verbrennungskammer einzuspritzenden Materials erreicht werden, und zwar ohne Störung durch die Druckabweichung in der Verbrennungskammer, so daß das Krackgut schnell und gleichmäßig mit dem heißen Verbrennungsgas vermischt wird. Folglich bleibt die Bildung von Kohle und Teer auf ein geringes Maß beschränkt, und an den Ofenwänden setzen sich keine Kohle- und Teerrückstände ab, so daß günstige Reaktionsergebnisse erzielt werden können. Das mit dem heißen Verbrennungsgas gemischte Ausgangsmaterial wird vom unteren Teil der Verbrennungskammer 6 mit Schallgeschwindigkeit oder Überschallgeschwindigkeit durch eine Drosselöffnung 8 in die Reaktionskammer 9 über-