DE1667359A1 - Lichtbogenheizer-Vorrichtung zur direkten chemischen Umsetzung - Google Patents

Lichtbogenheizer-Vorrichtung zur direkten chemischen Umsetzung

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DE1667359A1
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
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    • C07C2/80—Processes with the aid of electrical means
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Description

Lichtbogenheizer-Yorrichtung zur direkten chemischen Umsetzung M
Die Erfindung betrifft Verbesserungen an Lichtbogenheizern und insbesondere einen verbesserten Lichtbogenheizer zur Behandlung eines Gases und dessen Umwandlung in ein anderes gewünschtes Produktgas oder Kohlenstoff.
Es ist bekannt, daß ein elektrischer Lichtbogen zur Pyrolyse eines Gases verwendet werden kann, wobei nach Zersetzung des Gases in Atome und freie Radikale die Atome und freien Radikale. unter Bildung eines neuen und gewünschten Produktgases rekombinieren können, was von der Temperatur, auf die das zersetzte Gas abgekühlt wird, und von der Geschwindigkeit, mit der es nach dar durchgeführten Pyrolyse abgekühlt wird, abhängt. Manchmal kann ein Hilfsgas hinzugefügt werden, um eine schnelle Abkühlung zu unterstützen. .
Ea ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue und ver·
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besserte Lichtbogenhetzer-Vorrichtung zur direkten chemischen Umsetzung eines Arbeltsgases anzugeben. Dabei sollen große Durchflußmengen des Arbeltsgases zur Anwendung kommen können· Weiterhin sollen die Kilowattstunden pro Pfund (Ib) eines Produktgases auf einem geringen Wert gehalten werden.
Bei einer Liehtbogenheizer-Vorrichtung zur direkten chemischen Umsetzung eines Arbeltsgases in ein Produkt anderer chemischer Zusammensetzung 1st gemäß der Erfindung vorgesehen, daß eine erste und eine zweite Elektrode im Abstand voneinander in einer Lichtbogenkammer angeordnet sind, daß jede der Elektroden einen bogen,". bildenden Oberflächenteil und einen Halterungsteil aufweist, daß die erste Elektrode eine etromaufwärtige und die zweite Elektrode eine stroffiabwärtige Elektrode ist, daß die erste und die zweite Elektrode zur Erzeugung und Aufrechtes-haltung eines Lichtbogens an eine i|annungsquelle anschlief bar sind» daß Magnete zur Erzeugung eines Magnetfeldes in der Kammer zwischen den bogenbildenden Oberflächen teilen der Elektroden vorgesehen sind, um eine kontinuierliche Bewegung ies Lichtbogens auf einem geschlossenen Weg zu erzeugen, daßdurch ein strömendes Medium gekühlte Einrichtungen Wände für die Lichtbogenkammer bilden, daß die durch ein strömendes Medium gekulilten Einrichtungen einen ersten und zweiten zylindrischen, durch ein strömendes Medium gekühlten Wärmeschild umfassen, welche der ersten und zweiten Elektrode benson·* bart sind und Teile aufweisen» die sieh im Bereich der Haltermgil·· teile der Elektroden in die Kammer erstrecken und die Halterung*
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teile gegen Wärme durch Strahlung und lConveaclon abschirmen, daß eine Auslaßdüse vorgesehen ist, and daß eine Gasleitungselnrichtung zur Einleitung von Arbeitega« an wenigstens einem ringför·· »igen Bereich in die Kammer vorgesehen let* in der das Sas über den Bogenweg einfließt und von dea ringföniigenBereich zur Auslaßdüse fließt·
Der Lichtbogenheizer gemäß der Erfindung verwendet einen Licht-* bogen zur Pyrolyse des Arbeitsgases bzw. BeSchickung«materials, beispielsweise CH^ oder CnHg*. welches danach abgeschreckt und gekühlt wird, to daß «Ine beträchtliche Ausbeute des Produktgases beispielsweite C2H3 erhalten wird· Der Lichtbogenheiter gemäß der Erfindung eignet «ich insbesondere zur Behandlung hoher Durch· flußraten «ines Ar#b«itegas$s imd *ur Herstellung d·« Produktgases mit einem Minima« von Kilowattsturxöen der sugeführten Energie zum Bogen pro PfösS f&Öi©© ^s^SiiklgihSi wurde' in einem experimentellen Probelauf de* gemEß der MErfindung Metahn(CH1+) alt Arbeitegas »it «iner Durchflußmenge von 0»275 Pfund (lb# pro Sekunde verwendet· Die den Bogenelektroden zugeführte leistung be true **30 Kilowatt und die Azetylenausbeute (C2Ho) betrug 2,6 Kilowattstunden von durch den Bogen verbrauchter iäiergie pro Pfund (Ib) Acetylen. Dieses Ergebnis ist sehr vorteilhaft im Vergleich zu anderen bekannten Verfahren« wie beispielsweise das DviPont-Yerfahren und das Hueles-Verfahrene
BAD
Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich " aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Figuren. Es zeigt:
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Lichtbogenheizer für
direkte chemische Umsetzung (direct conversion chemical processing arc heater) gemäß der Erfindung; und
Fig. 2 eine graphische Darstellung, aus der die Wirkungsweise der Vorrichtung gemäß Fig. 1 ersichtlich ist.
Die Vorrichtung gemäß pig. 1 besitzt ein Paar von durch ein strömendes Medium gekühlter Elektroden 11 und 12, zwischen denen ein Lichtbogen 13 vorhanden ist. Ersichtlich haben die Elektroden 11 und 12 ringförmige Gestalt, wobei sich in jeder der Elektroden eine ringförmige, ein Magnetfeld erzeugende, mit lV bzw. 15 bee&e bezeichnete Spule befindet. Die Feldspulenlh und 15 können durch Gleichstrom erregt werden, wobei Leitungen 16 und 17 zur Spule lM· durch eine Durchführung 18 und Leitungen 21 und 22 zur Spule 15 durch eine Durchführung 23 verlaufen. Die Spulen Ik und 15 können durch Gleichstrom mit gegeneinander gerichteten Feldern erregt werden,so daß zwischen den Elektroden ein magnetisches Feld erzeugt wird, das im wesentlichen quer zum Weg das Bogens 13 verläuft und eine Kraft auf den Bogen 13 ausübt, welche bewirkt, daß der Bogen in konventioneller Weise im wesentlichen kontinuierlich um die ringförmige Bogen bildende
- k ~ - -; 1 09 8 3 3/1517
Oberfläche der Elektroden rotiert. Die flotation eines Bogens durch ein Magnetfeld ist in der Literatur und im vorveröffentlichten Patentschriften schon beschrieben worden» so daß eine eingehende Beschreibung hier nicht erforderlich ist..
Die Spule X^f ist in einem aus isolierendem Material hergestellten ringförmigen Gehäuse 2k angebracht» das seinerseits in einem ringförmigen» kappenförmigen Teil 25 mit durchgängig U-förmigem Querschnitt angeordnet ist: Enden 26 und 27 des
Teils 25 liegen an ringförmigen Schultern 28 und 29 eines die ™ Elektroden halternden und ein strömendes Medium führenden Teils 30 an. Das kappenförmige Teil 25 befindet sich im Abstand von der inneren Wand der durchgängig U-förmigen Elektrode 11 und bildet Durchlässe 31.32 und 33 für ein strömendes Medium. Es ist zu ersehen, daß der Teil des Durchlasses 31 für das strömende Medium am linksseitigen Ende mit einem Sammelrohr 3^ für das strömende Medium kommuniziert, welches ein Einlaßsammeirohr sein kann und einen Einlaß 35 für das strömende Medium aufweist. Der Durchlaß 33 um die andere Seite der Spule und des Spulen- A genäuses kommuniziert über mehrere, im Umfangsrichtung im Abstand voneinander befindliche Durchlässe 36 und 371 mit einem Sammelrohr 38 für das strömende Medium, welches ein Auslaßsam« melrohr für das strömende Medium sein kann. Bei der praktischen Konstruktion des Bogenheizers nach Fig. 1 sind zwei um l80° gegeneinander versetzte Einlasse für das strömende Medium fü r das EinlaßeammeIrohr $k vorgesehen, wobei zusätzlich zum Einlaß
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·. 6 —
35 ein weiterer Einlaß torgesehen ist} für das Auslaßsammelrohr 38 sind weiterhin zwei Auslässe 39 vorgesehen« von denen aus Gründen der zeichnerischen Zweckmäßigkeit-lediglich einer dargestellt ist* Die Auslässe für das strömende Medium sind vorzugsweise um 18O° gegeneinander.versetzt.
Der innere Aufbau der anderen Elektrode entspricht dem Aufbau der Elektrode 11, so daß er im einzelnen nicht näher beschrieben zu werden braucht, durchlässe Hl, k2 und-k$ für das strömende Medium um die drei Seiten der Feldspule kl5 kommunizieren mit einem Auslaßsammelrohr kk und mit einem Einlaßsammeirohr ^5· Das Einlaßsammeirohr hj für das strömende Medium kommuniziert mit einem Einlaßdurchlaß h&* während das Auslaßsammelrohr kk mit einem Auslaß k7 kommuniziert.·
Zwischen den beiden Elektroden 3.1 und 12 ist ein Wärmeschild vorgesehen, welcher die Kammer» in welcher der Bogen vorhanden ist, umschließt. Dieser Wärmeschild enthält zwei durchgängig ringförmige Teile 51 und 52c welche durch einen zentralen Ring 53 getrennt sind. Die beiden ringförmigen, L-förmigen Teile 51 und 52 besitzen eine Vielzahl von ringförmigen Fingern 51* bzw. 55* welche sich von inneren Hingwandteilen k8 bzw. k9 weg erstrecken und in jedem Ringteil mehrere voneinander im Abstand befindliche ringförmige Durchlässe 62 bzw* 63 bilden. In 36O° ringförmigen Nuten 19 bzw. 20 der Ring teile 53. bzw. 52 sind Ringteile 9 bzw. 10 angeordnet, welch© kurze EinlaSeamaelrohre
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56 bzw. 57 für ein strömendes Medium aufweisen· Dax Sammel*·
rohr 56 besitzt einen Einlaß 58» während das Sammelrohr 57
einen Einlaß 60 besitzt. Zwei um l8o° gegen die vorgenannten Einlasse 58 und 60 versetzte Auslässe 59 und 6l kommunizieren mit Auslaßsammelrohren 165 und 166 für ein strömendes Medium im Ring 9 bzw, 10, so daß das strömende Medium in zwei halbkreisförmigen Wegen in den Durchlässen 62 und 63 fließt.
Zwischen dem vorgenannten Ringteil 51 und der benachbarten Elektrode 11 ist an im Umfangsrichtung im Abstand voneinander befindliehen Punkten um die Elektrode 11 eine Einrichtung zur Einführung von Gas vorgesehen, wobei das Gas durch einen ringförmigen Durchlaß 6H in eine Kammer 50 eintritt. Bei dem Gas kann e s sich um ein Arbeitsgas, ein Kühlgas oder irgendein Hilfsgas handeln. Ein ringförmiger Durchlaß bzw. eine Öffnung 66 bildet ein Gassammelrohr, wobei in der Praxis für öen Lichtfeogenheizer zwei Gaseinlässe zu diesem Gassammeirohr 66 vorg®s#en sind, i?on denen einer bei 67 dargestellt ist. Es ist zu bemerken, daß ein weiterer Gaseinlaß vorgesehen sein kann, welcher - falls gewünscht · um 180° gegen den anderen versetzt ist. Vom Gassammeirohr 66 tirtt das Gas durfch eine Vielzahl von in Umfangsrichtung im Abstand voneinander befindlichen Durchlässen 68 in einen ringförmigen Raum 69 ein, verläuft dann durch Spalte bzw. unterteilte Bohrungen 70« in den vorgenannten ringförmigen Raum 6*+ und schließlich in den Teil der Kammer 50, in dem der Bogen rotiert.
In der Nachbarschaft der vorgenannten Elektrode 12 befindet sich ein gleichartiges Gassammeirohr 7-L mit einem Gaseinlaß 72,
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wobei das Gas vom GassammeIrohr 71 duroh einen ringförmigen Raum 73 in die Bogenkammer eintritt. '
Die Elektrode 11 ist durch eine ringförmige Isolation nLt ringförmigen Isolationsteilen 71+ und 75 vom Ring 51 getrennt» während die Elektrode 12 durch ringförmige Isolationsteile 77 und 78 vom Ringteil $2 elektrisch isoliert ist.
Der verbleibende Teil des Lichtbogenheizers enthält unterteilte Bogenkammerwände. Diese umfassen einen generell mit ψ9>0 bezeichneten Wärmeschild (welcher, falls gewünscht, entfallen kann), einen generell mit 81 bezeichneten Wärmeschild sowie einen generell mit 82 bezeichneten Warmeschild.Das rechtsseitige Ende der Bogenkammer 50 ist durch eine generell mit 81+ bezeichnete Abschlußvorrichtung verschlossen, während am linksseitigen Ende des in Fig. 1 dargestellten Lichtbogenheizers eine generell mit 86 bezeichnete Düse vorgesehen ist.
Es ist zu ersehen, daß der vorgenannte zylindrische Wärmeschild 82 durch ein in Durchlässen 88 und 89 strömendes Medium gekühlt ist, wobei der Durchlafl 88 mit einem Sammelrohr 9I für das
strömende Medium und einem Einlaß 92 und der Durchlaß 89 mit einem SammeIrohr 91* und einem Auslaß 95 kommuniziert.
Es ist weiterhin festzustellen, daß Gas an einer Vielzahl von
im-Abstand voneinander befindlichen Stellen
um den Wärmeschild 82 in die Kammer 50 eingebracht wird« wobei ein ringförmiges Isolationsteil 97 mit unterteilten Bohrungen · 98 mit einem ringförmigen Durchlaß 99 kommuniziert. Dieser Durchlaß kommuniziert nittels unterteilten Bohrungen 111 mit einem ringförmigen Gassammeirohr 100, welches einen Gaseinlaß aufweist. Dieser Gaseinlaß, welcher aus Gründen dar Vereinfachung der Zeichnung nicht dargestellt ist, ist an einer geeigneten Stelle auf dem Lichtbogenheizer vorgesehen.
Weiterhin wird Gas an einer Vielzahl von in Omfangsrichtung im Abstand voneinander befindlichen Stellen um die generellmtt 8k bezeichnete Endabschlußvorrichtung sowie nahe der inneren Kammerwand des Wärmeschildes 82 eingebracht. Es ist ein ringförmiger Raum 102, welher als Hilfsgas-Sammelrohr dient, sowie.eine ringförmige Dichtung aus isolierendem Material 103 mit einer Vielzahl von Bohangen lOM- in Abstandsintervallen vorgesehen, um das Einbringen eines Kühlgases, eines Hilfsgases oder eines Arbeitsgases in die Kammer 50 zu ermöglichen. Der ringförmige Kaum 102 kommuniziert mLt einem ringförmigen Gassammeirohr IO6. Es ist weiterhin zu ersehen, daß der generell mit 82 bezeichnete Wärmeschild von der Elektrode 12 durch Mittel 107, IO8 und von der Endabschlußvorrichtung 8k durch Mitteid.ll und 112 aus isolierendem Material elektrisch isoliert ist. Die Endabschlußvorrichtung 8k ist durch ein strömendes Medium gekühlt und besitzt einen konischen Durchlaß 113, welcher von einem mit einem Einlaß 115 verbundenen Sammelrohr 11** für das strömende ,Medium ausgeht. Der konische Durchlaß 113 kommuniziert mit einem Sammelrohr Ho,
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das mit einem Auslaß 117 für das strömende Medium verbunden ist.
Der vorgenannte Wärmeschild 8l entspricht dem Wärmeschild 82 und muß daher nicht im einzelnen beschrieben werden. t?s genügt, festzustellen, daß die Oberfläche des Wärmeschildes 8l, welche der Lichtbogenkammer 50 gegenübersteht, durch ein strömendes Medium gekühlt 1st. Zu diesem Zweck sind Durchlässe mit Einlaß- und -Auslaßsammeirohren vorgesehen, welche mit Einlassen und Auslässen für das steinende Medium kommunizieren. An einer Vielzahl φ von in Umfangsrichtung im Abstand voneinander befindlichen Stellen zwischen dem Wärmeschild 8l und dem Wärmeschild 8O wird ein Gas zugeführt. Weiterhin wird ein Gas an einer VielzaE von in Umfangsrichtung im Abstand voneinander befindlichen Stellen zwischen dem Wärmeschild 8l und der Elektrode 12 zugeführt (oder kann zugeführt werden). Das letztgenannte Gas läuft durch einen Durchlaß 119 und durch unterteilte Bohrungen 120 in einem Ring aus isolierendem Material. Das Gassammeirohr für das letztgenannte Gas ist mit 122 bezeichnet und besitzt einen Einlaß 121V während das Gassammeirohr für Gas, welches durch einen ringförmigen Raum 155 zwischen den Wärme schild en 80 und 81 zugeführt wird, mit 123
bezeichnet ist und einen Gaseinlaß besitzt, welcher aus Zweckin
mäßigkeitsgründen/der zeichnerischen Darstellung nicht gezeigt
ist. .
Die Aufmerksamkeit sei nun speziell auf den Wärmeschild 8U gerichtet, welcher vom Wärmeschild 8l durch Isolationsmittel 125
. ■ - 11 -.
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und 126 und von der Düse 86 durch Isolationsmittel 128 und 129 elektrisch isoliert ist. Der Wärmeschild 80 wird durch ein strömendes Medium gekühlt; das Medium fließt durch ringförmige Durchlässe 131« welche durch Löcher 127 mit einem* einen Einlaß 133 aufweisenden Sammelrohr 132 für das Strömende Medium und durch Löcher 130 mit einem, einen Auslaß I31+ aufweisenden Auslaß sammelrohr lMf kommunizieren; der Auslaß 1^k für das strömende Medium ist um l80° gegen den Einlaß 133 versetzt, so daß das strömende Medium durch halbkreisförmige Wege fließt. Für Impf-, Prüf-, Kühl- oder Mischzwecke sind Durchlässe I36 und 137 vorgesehen, welche jedoch durch Verschlußteile 138 und 139 verschlossen werden können. Diese Verschlußteile können durch nicht dargestellte Bolzen befestigt werden.
Falls gewünscht, kann der Wärmeschild 80 vollkommen aus dem Lichtbogenheizer eliminiert werden; die Liehtbogenkammerwand enthält dann einen stromaufwartigen Schild 82 und einen stromabwärtigen Warmeschild 8l.
Zwischen dem vorgenannten Wärmeschild 80 und der vorgenannten Düse 86 kann Gas durch ein Sammelrohr I1I-I und einem Einlaß 1^2 eingeführt werden, wobei das Sammelrohr lM-1 durch unterteilte Durchlässe Ιοί mit einem ringförmigen Raum 162 kommuniziert.
Die vorgenannte Düse 86 enthält eine durch ein strömendes Medium
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gekühlte innere Oberfläche 146 mit einem Durchlaß 1^7 für das
strömende Medium nahe der inneren Oberfläche, wobei der Durchlaß mit einem Einlaß s amme Ir ohr 148 und einem Aus laß s amme Ir ohr kommuniziert, welche ihrerseits mit einlassen bzw. Auslässen
kommunizieren; diese Einlasse und Auslässe sind aus Zeckmäßig-
keitsgründen in der Zeichnung nicht dargestellt.
Der ^ichtbogenheizer ist nLt einer Einrichtung zur Zuführung eines großen elektrischen Stromes zu den Elektroden versehen, um den Bogen 13 zu erzeugen und aufrechtzuerhalten. Diese Einrichtung ist durch leitungen Ik51 und 152, welche mit einer Spannungsquelle 153 verbunden sind, symbolisiert. Die Magnetfeldspulen I1+ und 15 werden zum Aufbau eines Magnetfeldes erregt, welches eine Rotation des Bogens mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit hervorruft. Diese Geschwindigkeit ist weder zu schnell noch zu langsam, so daß sich der Bogen von irgendeiner bestimmten Stelle wegbewegt, bevor der heiße Bogenpunkt die Elektrode durchbrennen kann; der Bogen kehrt solange nicht zu der gleichen Stelle zurück, bis dieser Bereich bzw. dieser Punkt der Elektrode sich unter einen Sicherheit^temperaturwert abgekühlt hat. Es ist weiterhin ersichtlich, daß das Gas in Abhängigkeit νom verwendeten Arbeit sgas und vom gewünschten Produkt an einer Vielzahl von Stellen in die Bogenkammer eingebracht werden kann. Wie leicht einzusehen ist, wird das Arbeitsgas durch die Wärme des Bogens pyrolisiert oder zersetzt und danach auf eine Temperatur abgekühlt, bei der ein gewünschtes Rekombinationsprodukt
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in beträchtlichem Anteil vorhanden ist; die genaue Kühltemperatur bestimmt zum Teil den Anteil des gewünschten Rekombinati<nisprodukts. - . . _
Es ist festzustellen, daß der Spalt zwischen den Elektroden 11 und 12 durch eine Anzahl von Ringen 51-52 mit verschiedenen Dicken einstellbar ist.
Es wird nun a uf die Tabellen!, II und IIÜ IV vervlesen, welche die Ergebnisse von Probeläufen (test runs) zeigen. Bei all diesen Probeläufen wurde der Bogen durch Wechselstrom erzeugt und der Elektrodenspalt betrug 3/8 Zoll.
Um die Reinheit des Arbeitsgases und genaue Messungen der Rekom-Oinationsprodukte sicherzustellen, wurde die Bqgnkammer vor dem Einbringen des Arbeitsgases "gespült", indem chemisch reiner Stickstoff für einige Sekunden in die Kammer eingebracht wurde. Bei Beendigung des Einbringens des Arbeitsgases wurde wiederum für einige Sekunden Stickstoff in den Lichtbogenheizer eingebracht.
Die Tabellen zeigen Ergebnisse #r-ii für verschiedene Durchflußmengen des Arbeitsgases und Te rs chi e dene Leistungen für den elektrischen Bogen.
Die Tabellen I und II zeigen eine chemische Analyse des Gases im Lichtbogenheizer, wobei Methan als Arbeitsgas verwendet wurde,
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— ι1+ -
und das gewünschte Rekombinationsprodukt Azetylen (C2H2) ist.4 Zum Erhalt von Testproben von Gas für eine chemische Analyse wurde eine Sonde in Form eines wassergekühlten konzentrischen Kupferrohres mit einer 1/8 Zoll Bohrung verwendet, wobei sich
die Bohrungsöffnung der Sonde an der Düse vorzugsweise in deren Achse befindet. Die Probeläufe 1 und 2 und'3 sind in den Tabellen I und II die gleichen, deren Ergebnisse in verschiedenen Arten analysiert sind und zeigen Ergebnisse für verschiedene Durchfluß- »ngen von Methan und verschiedene Eingangsleistungen zum Liehtbogenheizer zusammen mit der Menge der gewünschten Ausbeute (Tabelle I) gemessen in Kilowattstunden pro Pfund (Ib) des gewünschten Rekombinationsproduktgases· Der Probelauf Nr. 3 zeigt, daß für eine bestimmte Durchflußmenge und eine bestimmte Bogeneingangsleistung die Ausbeute an Azetylen gemessen in Kibwattstunden pro Pfund (Ib) Azetylen im Vergleich zu heute verwendeten Verfahren sehr vorteilhaft ist. Beim Probelauf Nr. 3· welcher einen solchen Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Methan in Azetylen ergab, wurde Methan an den folgenden Stellen in den Lichtbogenheizer eingebracht:
1+0 % durch den Gaseinlaß 67
kO % durch den Gaseinlaß 72 k % durch den Gaseinlaß 1-21+ und das Gassammeirohr 122
k % durch den entsprechenden Gaseinlaß (nicht dargestellt) für das Gassammeirohr ,100
k % durch den Gaseinlaß (nicht dargestellt) für das Gassammeirohr I06
h % durch das Gassemmelrohr 123 und den Gaseinlaß 110 k % durch den Gaseinlaß lh2 und das Gassammeirohr
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Aus d'erTa belle II» bei der die Probeläufe 1, 2 und 3 in Hinsicht auf oder mit Bezug auf den gesamten Kohlenstoff analysiert
werden, istzu ersehen, daß die elektrischen und Durehflußmengen-Bedingungen, welche die -wirksamste Umwandlung in Azetylen erzeugen auch von der Erzeugng des geringsten Kohlenstoffs im Lichtbogenheizer begleitet sind.
Es werde nun auf die Fig. 2 verwiesen, in der Änderungen einiger Produkte für verschiedene Durchflußmengen graphisch dargestellt sind.
Die Kurven nach Fig* 2 zeigen, wie sich die Mengen von B
C, und CpHo ausgedrückt in Mol-Prozenten über der reziproken
Durchflußmenge des in die Bogenkammer eingebrachten CH^ ändern«; die Kurven entsprechen generell den Werten der Tabellen I und II.
Bei der Tabelle III wurde als Arbeitsgas C^H^ verwendt, und es
wurde die Zusammensetzung des Ausgangsprodukts in Bezug auf drei verschiedene Durchflußmengen und drei verschiedene Eingangsleistun» gen für den Lichtbogenheizer analysiert, ^
In der Tabelle IV, Tsei der die Produkte während der gleichen Probeläufe, d.h. der Probeläufe kt 5 und 6, in Bezug auf die Erzeugung des gesamten Kohlenstoffes gezeigt sind, war das Arbeitsgas wie vorher C-Hg.
■'...■ - 16 -109833/1517
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Zusammenfassend kann gesagt werden, daß die Erfindung einen Lichtbogenheizer vorsieht» in den ein Arbeitsgas an einer oder an mehreren Stellen stromaufwärts und stromabwärts von einem Bogen eingeführt werden kann» um die maximale Erzeugung des gewünschten Produktes für eine gegebene Energie in Kilowattstunden des Bogens zu erhalten«
Obwohl bei den beschriebenen Probeläufen kein Hilfskühlgas verwendet wurde, ist bei der-Vorrichtung gemäß der Erfindung vorgesehen, daß ein Kühl- oder Hilfsgas an einer Anzahl von Stellen stromaufwärts und stromabwärts von einem Bogen oder im wesentlichen im Bereich des Bogenweges eingeführt werden kann.
Diese?» strömenden Hilfs- oder Kühlmedien, welche G-ase und Flüssigkeiten umfassen, können in anderen chemischen Umwandlungs^ verfahren, für welche die Vorrichtung vorgesehen ist, wünschenswert oder notwendig sein» "-_-.. ■'-.
Der Lichtbogenheizer für direkte chemische Umsetzung--gemäß- der Erfindung ergibt ausgedrückt in Kilowattstunden pro Pfund des gewünschten Produktgases einen weit größeren Wirkungsgrad, als bekannte Verfahren für eine Gasumesetzung.
-17 -
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Tabelle I, Zusammensetzung in Volumen-^ des Produktgases in GHhFlamme
·*" CEj, IbS·/ Leistung Zusammensetzung« % ■ ■.
lauf see. zu Gas kW H2 CO CHj+. C2H2 ~ C2Hj+ Cl+H2 A^eVe kW h/lb
1 0,0^5 . 360 -5»+, 93 - 33.39-10,16 1.05 0.23 0,2«+ 9,9
2 ΰ,08I MfO 50,98 - 38,17 9,52 0,88 0,21 0,25 6,8
3 0,275 *+30 35,80 1,1*7 53,59 7.82 0,83 0.29 0.20 2,6
Tabelle II, Umwand lung von CHj+ in Produkte C2Hi+ C1+H2 CO Ändere,
Probe
lauf
Nr.		 Ruß 52 .03
1 37.58 56 ,97
'2 32.29 73 .99
3 2.92
. 5,36 2.31+ - 2,69
5.21+ 2,49 '-< . 3,01 7,70 5,30 6,02 4,07
Tabelle III, Zusammensetzung in Volumen-^ des Produktgases in C-JEI/Flamme
Zusammensetzung, %
Hp CO OHj, CpHp CpHj+ CJH/· Cj+Hp CzH/: Andere
96,71 I.52 0,25 1,16· O.I5 *. 0a12 - 0,08
76.3H - 16.69 3,22 . 3.30 - - 0,31 0,13
39,36 - 6,97 12.07 3.80 36,11 0,29 0.16 0,67
probe- C3H6 Leistung *
US?" "■ lbs/sec. zu Gas. k
0,106 630
5 0,035 330
6 0,06l 170
ο Tabelle IV, Umwandlung von CUHr in Produkte
-Jb ■■ ■ ; , ■ ■■■.. , . - —, ! u- 1. ■ ; .1 °—________
°*$ ' ' ' '■.■■■■■■■■■ . . ■ .
fo bezogen auf Gesamtkohlenstoff
i^uß : C9H0 CHr-O1. a, CUH1,
k 96,05 2.35 0,27 .0,31 ■ ·- .. 0,27 0Λ1 .' /
5 73Λ6 5.3H 13.83 5M 1.56 0,33 -
'■ ■■ ■. . ■ . . . ■ ■ . :, ■■ ■' ' . . . . . ■ . ■ : ■ ■ ■. . ■ ■ ■ ■ ■ : : · "CD
6 H2.87 32,19 9,29 10,13 1.28 2.6§ 1,15 cd

Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    1» Lichtbogeriheizer-Vorrichtung zur direkten chemischen Umsetzung eines Arbeitsgases in ein Produkt anderer chemischer Zusammensetsung» dadurch gekennzeichnet, daß eine erste und eine zweite Elektrode (12,11) in Abstand voneinander in einer Lichtbogenkammer (50) angeordnet sind» daß jede der Elektroden einen Bogen bildenden Oberflächenteil und einen Halterungsteil
    (30) aufweist, daß die erste Elektrode (12) eine stromaufwärtige und die zweite Elektrode (11) eine stromabwärtige Elektrode ist» daß die erste und zweite Elektrode (11,12) zur Erzeugung und Aufrechterhaltung eines Lichtbogens (13) an eine Spannungsquelle (153) anschließbar sind, daß «Magnete (I1+, 15) zur Erzeugung eines Magnetfeldes in der Kammer zwischen den Bogen bildenden Oberflächenteilen der Elektroden vorgesehen sind, um eine kontinuierliche Bewegung des Lichtbogens (13) auf einem geschlossenen Weg zu erzeugen, daß durch ein strömendes Medium gekühlte Einrichtungen Wände für die Lichtbogenkammer (50) bilden, daß die durch ein strömendes Medium gekühlten Einrichtungen einen ersten und zweiten zylindrischen, durch ein strömendes Medium gekühlten Wärmeschild (82,81) umfassen, welche der ersten und zweiten Elektrode (12,11) benachbart sind und.Teile aufweisen, ,die'sich im Bereich der Halterungsteile (30) der Elektroden in die Kammer "(50) erstrecken und die Halterungsteile gegen Wärme durch Strahlung und Konvexicn abschirmen, daß eine Auslaßdüse (86) vorgesehen ist, und daß eine Gasleitungseinrichtüng zur Einleitung von Arbeitsgas an wenigstens einem ringförmigen Bereich in die Kammer (50)vorge-
    109833/1517
    - 20 -
    sehen ist, in der das Gas über dem Bogenweg einfließt und von dem ringförmigen Bereich zur Auslaßdüse (986) fließt.
    2· Lichtbogenheizer-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Endabschlußvorrichtung (δ1+) vorgesehen ist und daß eine Leitungseinrichtung (102,103,1Q1UlOo) zur Zuführung eines strömenden Mediums zwischen der Endabschlußvorrichtung (Qk) und dem benachbarten stromaufwärtigen Wärmeschild (82), eine Leitungseinrichtung (97,98,99,100,101) zur Zuführung einess trömenden Mediums zwischen dem stromaufwärtigen Wärmeschild (82) und der stromaufwärtigen Elektrode (12)» eine Leitungsvorrichtung (119*120,121,122,12^) zur Zuführung eines strömenden Mediums zwischen der stromabwärtigen Elektrode (11) und dem stromabwärtigen Wärmeschild (8O,8l) sowie eine Leitungseinrichtung (Iifl,ll+2»l6l,l62) zur Zuführung eines strömenden Mediums zwischen dem stromabwärtigen Wärmeschild (8o,8l) und der Auslaßdüse (86) vorgesehen sind.
    3. Lichtbogenheizer-Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein durch ein strömendes Medium gekühltes, ringförmiges, zwischen den Bogen bildenden Oberflächen der Elektroden (12,11) umschließendes Teil (51 bzw. 52) vorgesehen ist und daß eine Leitungseinrichtung (71«72,73) zur Zuführung eines strömenden Mediums zwischen der stromaufwärtigen Elektrode (12) und dem ringförmigen Teil (52) sowie eine Leitungseinrichtung (6*+,66,67,68, 69,70) zur Zuüfhrung eines strömenden Mediums zwischen der stromabwärtigen Elektrode (12) und dem Ringteil ($1) vorgesehen sind.
    109833/1517
    - 21 -
    h. Lichtbogenheizer-Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungseinrichtungen zur Zuführung des strömenden Mediums Sammelrohre für das strömende Medium (102,106; 100; 122; l*Hj 71? 66) sowie mit diesen kommunizierende Einlasse (104,102J 124$ 1^2; 72; 67) aufweisen.
    5· Lichtbogenheizer-Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsgas Methan mit einer vorgegebenen Durchflußmenge ist, daß die dem Lichtbogen zugeführte Leistung einen vorgegebenen Wert hat, bei dem
    das Methan bei vorgegebenen Temperatur pyrolisiert wird, und daß das zersetzte Methan nach dem Herausströmen aus dem Lichtbogenweg auf eine vorgegebene Temperatur abgekühlt ist, bei der das als Produkt gewünschte Azetylen in beträchtlicher Menge vorhanden ist.
    6. Lichtbogenheizer-Vorrichtung nach Anspruch 5« dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußmenge des Methans in dem Lichtbogenheizer wenigstens 0,275 Pfund (Ib) pro Sekunden, die dem Lichtbogen zugeführte Leistung wenigstens V30 kilowatt, der Spalt zwischen den Elektroden (11.12) etwa 3,.'8 Zoll und die vom Lichtbogenheizer verbrauchte elektrische Energie etwa 2,6 Kilowattstunden pro Pfund (lb)des als gewünschtes Produkt erhaltenen Azetylens betragen.
    109833/ 1517
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