DE1793491C - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Acetylen und/bzw. oder Äthylen durch thermische Spaltung von Kohlenwasserstoffen - Google Patents

Description

Brennstoff, der durch Düsen in den Ofen eingeführt wird, verbrannt wird, und dann in dem erhitzten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel- 45 Ofen ein einen Kohlenwasserstoff enthaltendes Gas lung von Acetylen und/oder Äthylen durch ther- gecrackt wird. Das Verfahren ist dadurch gekennltiische Spaltung von Kohlenwasserstoffen in einem zeichnet, daß man durch die Düsen für den Brenn-Regenerativ-Ofen im Kreislaufverfahren und einen stoff während der Zeit, in der kein Brennstoff einge-Regenerativ-Ofen zur Durchführung des Verfahrens. führt wird, ein Kühlgas in den Ofen einleitet.

Übliche Regenerativ-Öfen sind beispielsweise in 50 Zweckmäßigerweise hält man den Druck des Kühlden USA.-Patentschriften 2 692 819, 2 956 864 und gases über dem im Ofen herrschenden Druck, um ein 967 205 beschrieben. Solche öfen werden zur Pyro- Eintreten der im Ofen vorhandenen Gase in den Belyse von Kohlenwasserstoffen unter Gewinnung von hälter oder die Quelle oder die Leitungen für das Acetylen und/oder Äthylen üblicherweise zu je zwei Kühlgas zu verhindern. Der Druck des Kühlgases verwendet. In dem einen dieser öfen wird gecrackt, 55 sollte aber vorteilhafterweise unter dem Druck des während der andere aufgeheizt wird. In der Regel Brennstoffs gehalten werden, um ein Eintreten des wird das Verfahren so durchgeführt, daß zunächst in Kühlgases in die Behälter oder die Leitungen für einer Längsrichtung aufgeheizt wird, daß dann in der den Brennstoff zu verhindern, umgekehrten Richtung des Cracken erfolgt, daß dann Die Erfindung betrifft ferner einen Regenerativ-

wieder in der umgekehrten Richtung erhitzt wird und 60 Ofen für die Durchführung des beschriebenen Verschließlich das Cracken in der ersten Richtung erfolgt. fahrens. Der Ofen hat an den Stirnseiten angeord-Diese Schritte werden dann wiederholt. Man kann nete Endkammern zum Einführen von Luft oder des hierbei aber auch so vorgehen, daß man zunächst in zu spaltenden Kohlenwasserstoffs und zum Abführen einer Längsrichtung aufheizt, dann- das Cracken in der Abgase, im Ofen angeordnete zwei oder mehrere, derselben Richtung durchführt, anschließend in um- 63 von in Längsrichtung verlaufenden Kanälen durchi;ekehrter Richtung aufheizt, daß Cracken ebenfalls zogene Packungen von hitzebeständigem Material, in umgekehrter Richtung durchführt und das Ver- und in den Zwischenräumen zwischen den Packunfahren wiederholt. Da bei Verwendung von zwei gen angeordnete Düsen für das Einführen von

brennstoff. Der Ofen ist dadurch gekennzeichnet, wärmebeständigen Material, z. B. aus einer Metalldaß die Düsen auch zur Einführung von Kühlgas legierung, einem keramischen Stoff oder einem ausgebildet sind. Cermet In die linken Verteiler» und 24 münden

Um die oben beschriebenen erfciderlichen Druck- die Leitungen 27 und 28, die mit einer Hauptleitung unterschiede aufrechtzuerhalten, können zwischen 5 29 verbunden sind. In die rechten Verteiler 25 und den Düsen einerseits und der Quelle für das Kühlgas 26 münden die Leitungen 30 und 31, die mit einer und der Quelle Fur den Brennstoff andererseits rechten Hauptleitung 32 verbunden sind. Die F i g. 2 Druckminderungsventile angeordnet sein. und 4 zeigen diese Anordnung. Wie die F i g. 4 zeigt,

Die Figuren erläutern beispielsweise einige Aus- sind die Hauptleitungen 29 und 32 verbunden mit führungsformen der Erfindung. _{la βω6Π1} Zweiwegeventil 34, das seinerseits zu einer

F i g. 1 ist ein Längsschnitt durch einen erfindungs- Brennstoffleitung 35 mit einem Ventil 36 führt, yergemäßen Regenerativ-Ofen, bunden mit den Leitungen 29 und 32 sind Zufubx-

Fig. 2 ist ein Querschnitt entlang der Linie2-2 leitungen37 und 38 für das Kühlgas. Innerhalb dienachFig. 1, ser Leitungen sind Druckminderungsventile 39 und

Fig. 3 ist ein vergrößerter Schnitt durch eine 15 40 angeordnet. Die Leitungen 37 und 38 sind ver-Breiinstoffdüse entlang der Linie 3-3 nach F i g. 2, bunden mit einer Hauptleitung 41 für das Kühlgas.

Fig. 4 ist eine Ansicht eines Ofens nach Fig. 1 Mit den Endkammernl6 und 19 verbunden sind

mit den angeschlossenen Leitungen und Ventilen; die Leitungen 43 und 44, wie aus den Fi g. 4, 5, 6, 7

Fig. 5 zeigt schematisch zwei miteinander ver- und 8 hervorgeht. Diese Leitungen43 und 44 sind bundene ölen in einer Betriebsstellung; _ao mit einem Vierwegeventil 45 verbunden. Zu diesem

F i g. 6 zeigt dieselben öfen in einer zweiten Be- Ventil führen auch die Leitungen 46 und 47. Die triebsstellung; Fig. 5 zeigt, daß die Leitung46 verbunden ist mit

Fig. 7 zeigt dieselben öfen in einer dritten Be- einem Vierwegeventil48, und die Leitung47 mit triebsstellung; einem Vierwegeventil 49. Die Leitung 46 kann wahl-

F i g. 8 zeigt wieder dieselben öfen in einer vierten »5 weise mittels des Ventils 48 verbunden werden mit Betriebsstellung. einer Gaszuführleitung 50 oder mit einer zum

Geeignete zu crackende Kohlenwasserstoffe sind Schornstein führenden Leitung 51. In die Gaszuführsolche, die bei der Pyrolyse Acetylen und/oder leitung 50 führt die Leitung 52, eine weitere Leitung Äthylen oder andere ungesättigte Kohlenwasserstoffe 53 und eine Dampfleitung 54, von denen jede mit entstehen lassen. Zu diesen Ausgangsstoffen gehören 30 einem Ventil versehen ist. Die Leitung 51 ist mittels beispielsweise Methan, Äthan, Propan, Butan, Gasöl einer Pumpe 56 verbunden mit einem Schornstein und andere Erdölfraktionen. oder einem anderen Auslaßpunkt 57. Die Leitung 47

Diese Crackprodukte sind in den Abgasen enthal- kann wahlweise mittels des Ventils 49 mit einer Luftten und werden mit diesen abgezogen. leitung 58 oder mit einer Abgasleitung 59 verbunden

Als Kühlgas können Gase verwendet werden, die 35 werden. Die Luftleitung 58 führt zu einer Luftquelle bei der Pyrolyse nicht reagieren. Beispiele solcher unter niederem Druck und hat ein geeignetes Ventil Kühlgase sind Wasserdampf, Wasserstoff, Stickstoff, eingebaut. Die Abgasleitung 59 führt über eine Teer-Kohlendioxyd, falle 60 und eine Pumpe 61 zur Lagerung oder Ver-

Als Brennstoff können eine Flüssigkeit oder ein Wendung des Abgases. Ein zweiter Ofen 10 α ist iden-Gas verwendet werden, die beim Verbrennen im 40 tisch mit dem Ofen 10 und hat gleiche Leitungen und Ofen Hitze erzeugen. Man kann hierfür Kohlen- Ventile. In der Figur sind diese entsprechenden Teile Wasserstoffe verwenden. Verwendet man eine Flüssig- durch die gleichen Zahlen unter Zusatz des Buchkeit, so wird diese in dem Ofen oder in den Düsen stabens α gekennzeichnet.
vergast. Beim Betriebe werden die öfen 10 und 10 α zu-

In den Fig. 1, 2 und 3 ist ein Regenerativ-Ofen 10 45 nächst auf die gewünschten Pyrolyse-Temperaturen dargestellt. Der Ofen hat einen Stahlmantel 11, der aufgeheizt. Das geschieht in der üblichen Art, wie es zum wesentlichen Teil innen mit einem hitzebestän- beispielsweise in den vorgenannten USA.-Patentdigen und gegen Hitze isolierenden Stoff 12 ausge- Schriften beschrieben ist.

kleidet ist. Drei Regenerativmassen 13, 14 und 15 Bei der ersten Betriebsstellung des Ofens 10, wie

aus hitzebeständigem Material sind innerhalb der 50 sie in der F i g. 5 dargestellt ist, wird Gas durch die Auskleidung 12 angeordnet. Links befindet sich eine Leitung 50, das Vierwegeventil 48, das Ventil 45 und Endkammer 16 und zwischen der ersten und zweiten die Leitung 43 in die linke Endkammer 16 des Ofens Masse eine linke Verbrennungskammer 17. Rechts 10 eingeleitet. Von dort strömt es von unten nach befindet sich eine Endkammer 19 und zwischen der oben durch den Ofen 10. wo es gecrackt wird. Das zweiten und dritten Masse eine Verbrennungskam- 55 Abgas gelangt in die Endkammer 19 und aus dieser mer 18. Die Massen 13, 14 und 15 sind vorzugsweise durch die Leitung 44, das Ventil 45, das Ventil 49 aus üblichen keramischen Gittersteinen aufgebaut. Sie und die Leitung 59 zur Lagerung oder Verwendung, sind durchzogen von mehicren längs verlaufenden Die Fig. 7 zeigt die dritte Betriebsstellung, wobei

Kanälen 20, durch weiche die Gase in Längsrichtung ebenfalls Kohlenwasserstoffe gecrackt werden. Das den Ofen durchströmen. 60 Gas gelangt durch die Leitungen 50 und 46, das Ven-

Die linke Verbrennungskammer 17 ist durch til 45 und die Leitung 44 von rechts nach links in Düsen 22 mit den linken Verteilern 23 und 24 ver- den Ofen 10. Das entstandene gecrackte Gas wird bunden. Diese Verteiler sind senkrecht an der aus dem Ofen durch die Leitung 43, das Ventil 45, Außenseite des Mantels 11 angeordnet. In gleicher die Leitung 47, das Ventil 49 und die Leitung 59 zur Weise ist die rechte Verbrennungskammer 18 durch 65 Lagerung oder Verwendung abgezogen.
Düsen 22 mit zwei rechten Verteilern 25 und 26 ver- Die F i g. 6 zeigt die zweite Betriebsstellung, bei

bunden. Jede der Düsen 22, von denen eine in der welcher der Ofen 10 aufgeheizt wird. Ein Heizgas F i g. 3 dargestellt ist, besteht vorzugsweise aus einem strömt durch die Leitung 35, die Ventile 36 und 34,

die Hauptleitung 29 und die Zweigleitungen 27 und der Druck unter einen Wert 0,015 kg/cm² fällt. Ist 28 zu den linken Verteilern 23 und 24. Von dort' der Druck höher als dieser Wert, so schließen sich gelangt es durch die Düsen 22 in die linke Ver- die Druckminderungsventile. Auch das ist ein Gegenbrennungskammer 17 (vgl. auch F i g. 1 bis 4). Luft stand der Erfindung. Die genannten Werte. für die tritt ein durch die Luftleitung 58, das Ventil 49, die 5 Drucke sind nur beispielsweise erwähnt. In jedem Leitung 47, das Ventil 45 und die Leitung 43 in die Falle ist es aber notwendig, daß die Druckmindelinke Endkammer 16. Von dort strömt sie durch die rungsventile 39 und 40 sich öffnen, wenn der Druck Packung 15, die hierbei abgekühlt wird. In der linken geringer ist, als der Druck des Heizgases. Man kann Verbrennungskammer 17 mischt sich die Luft mit beispielsweise den Ofen 10 bei einem Druck von dem Brennstoff. Bei der Verbrennung entsteht io 38 cm Hg betreiben, wobei der Druck des Kühlgases Wärme, durch welche die mittlere Masse 14 auf die bei 25 cm Hg liegen kann. Im Ergebnis strömt das Pyrolyse-Temperatur aufgeheizt wird. Durch die Heizgas in den Ofen 10 entweder durch die Leitung re'chte Verbrennungskammer und durch die Masse 13 29 oder die Leitung 32. Dadurch wird der Druck in gelangt das Abgas in die rechte Endkammer 19. Von den zugehörigen Kühlgasleitungen 37 oder 38 erhöht, dort strömen die Abgase durch die Leitung 44, das i₅ und die entsprechenden Druckminderungsventile 39 Ventil 45, die Leitung 46 und das Ventil 48 in die oder 40 schließen sich automatisch, so daß kein Kühl-Leitung 51 und zum Schornstein 57. gas mehr in den Ofen eintritt Es sei auch bemerkt,

Die Fig. 8 zeigt die vierte Betriebsstellung, bei daß nach Fig. 6 beim Aufheizen des Ofens 10, ob-

welcher wieder aufgeheizt wird. Die Luft gelangt wohl Heizgas in die linke Verbrennungskammer 17

von Lütung 58 über Ventil 49, die Leitung 47, ao eingeführt wird und dort mit Luft gemischt und ver-

das Ventil 45 und die Leitung 44 in die rechte End- brannt wird, das Dreiwegeventil 34 so eingestellt, daß

kammer 19. Von dort strömt sie von rechts nach links kein Heizgas durch die Leitung 32 in die rechte Ver-

durch den Ofen 10 hindurch. In der rechten Ver- brennungskammer 18 einströmen kann. Der Druck

brennungskammer 18 (vgl.Fig. 1 bis 4) wird die in der Leitung 32 fällt also unter den Druck, auf

Luft mit dem Brenngas vermischt und entzündet. Das as welchen das Druckminderungsventil 40 eingestellt ist.

Brenngas tritt durch das Ventil 36, die Leitung 35 Dieses öffnet sich und läßt Kühlgas durch die Ver-

und das Ventil 34 in die rechte Verbrennungskammer teiier 25 und 26 in die rechte Verbrennungskammer

18 ein. Die Abgase strömen durch den Ofen hindurch 18 einströmen. Das setzt sich so lange fort, als kein

in die linke Endkammer 16 und von dort durch die Heizgas durch diese Düsen strömt. Durch das Kühl-

Leitung 43, das Ventil 45, die Leitung 46, das Ventil 30 gas werden auch die heißen Verbrennungsprodukte

48 in die Leitung 51 und zum Schornstein 57. etwas abgekühlt, die von der mittleren Packung 14

Der Ofen 10 α ist gleich dem Ofen 10, so daß sein durch die Verbrennungskammer 18 hindurchströmen.

Betrieb nach F i g. 8 dem des Betriebes des Ofens 10 Auch das ist erwünscht, um die Temperatur der rech-

nach Fig. 6 entspricht. Ebenso wird der Ofen 10α ten Packung herabzusetzen und damit ein schnelle-

nach Fig.7 ebenso betrieben wie der Ofen 10 nach 35 ^{res und} wirksameres Abschrecken des gecrackten

F i g. 5. Während also der Ofen 10 zum Cracken ver- Gases zu ermöglichen.

wendet wird, wird gleichzeitig der Ofen 10 α aufge- Beim üblichen Betrieb des Ofens 10 ist während

heizt. Während der Ofen 10 aufgeheizt wird, wird im des Crackens der Druck in ihm unterhalb des At-

Ofen 10 α gecrackt. Dadurch kann der Anlage ein mosphärendruckes und beträgt etwa Vi Atmosphäre.

gleichmäßiger Strom von Crackgas und ein gleich- 40 ^Da dieser Druck unterhalb des Druckes liegt, auf

mäßiger Strom von Verbrennungsprodukten entnom- welchen die Druckminderungsventile 39 und 40 ein-

men werden. Diese Betriebsweise ist üblich und be- gestellt sind, strömt Kühlgas in den Ofen durch die

kannt. Verteiler 23,24,25 und 26 und dk Düsen 22. Das

Das Heizgas, das den öfen 10 und 10 α während geschieht auch während des Crackens, so daß die

des Aufheizens zugeführt wird, ist üblicherweise ver- 43 Temperaturen der Düsen 22 wesentlich unter der

hältnismäßig kühl, etwa von Raumtemperatur. Da- hohen Pyrolyse-Temperatur im Ofen liegen. Schädi-

durch werden die Düsen 22, durch welche das Heiz- gungen der Düsen können also weitgehend verhindert

gas strömt, während des Aufheizens kühl gehalten. oder verringert werden. Der Strom des Kühlgases

Während der anderen Betriebsstellungen wird aber durch die Düsen 22 während des Crackens gewähr-

erfindungsgemäß durch die Düsen 22 ein Kühlgas in 50 leistet auch, daß kein Kohlenwasserstoff aus dem

die öfen 10 und 10 a geleitet Dadurch werden auch Ofen in die Düsen gelangt Dadurch wird ein Ver-

bei diesen Betriebsstellungen die Düsen gekühlt, ob- stopfen der Düsen, das sonst leicht durch Verkoken

wohl die Temperaturen in den Verbrennungskam- des Kohlenwasserstoffes eintreten kann, vermieden.

mern17 und 18 häufig über 1200⁰C liegen. Das Das ist ein weiterer Vorteil der Erfindung.

Kühlgas sollte unter Pyrolysebedingungen inert sein, 55 Während des zweiten Aufheizens des Ofens 10

Wasserdampf, Wasserstoff, Stickstoff und Kohlen- nach Fig. 8 wird ebenfalls Kühlgas in den Ofen ein-

dioxyd sind hierfür geeignet In der Regel wird geleitet, wie die Fig. 6 es zeigt Der Unterschied liegt

Wasserdampf als Zusatz zum Kühlgas vorgezogen, da darin, daß das Dreiwegeventil 34 für den Brennstoff

er bei derartigen Anlagen leicht erhältlich ist so eingestellt ist, daß das Heizgas in die rechte Ver-

Die Ventile 39 und 40 sind Druckminderungsven- 60 brennungskammer 18 geleitet wird. Die Zufuhr des

tile. Durch sie tritt das Kühlgas durch die Zufuhrlei- Heizgases in die linke Verbrennungskammer 17 ist

rung 41 in die Leitungen 29 und 32 ein, und zwar abgestellt, und in diese strömt Kühlgas. Entsprechen-

immer dann, wenn der Druck in ihnen geringer ist, des ist auch aus der F i g. 5 und 7 zu ersehen,

als der Druck des Heizgases in der Leitung 35. Wenn Jeder der beiden öfen 1β und 10 α kann also bei

also das Heizgas im Ofen 10 unter einem Überdruck 65 vier verschiedenen Stellungen betrieben werden. Bei

von 0,035 kg/cm² zugeführt wird, was bei solchen zwei Stellungen werden die öfen aufgeheizt, und bei

Anlagen üblich ist, so sind die Druckminderungsven- zwei Stellungen wird gecrackt Während des Crackens

tile 39 und 40 so eingestellt, daß sic sich öffnen, wenn wird Kühlgas durch alle Düsen 22 eingeleitet. Wan-

rend des Aufheizens wird Kühlgas jeweils nur durch einen Düsensatz in eine der Verbrennungskammern eingeführt, während in die andere der Brennstoff einströmt. Das bedeutet also, daß bei jedem Zyklus einmal Heizgas und dreimal Kühlgas durch die Düsen strömt. Die Düsen 22 werden also dauernd auf einer sicheren Betriebstemperatur gehalten, die unterhalb der Temperatur in den Verbrennungskammern 17 und 18 liegt.

In der Fig. 1 ist ein Regenerativ-Ofen mit drei

Massen 13,14 und 15 und mit zwei Verbrennungs- ί kammern 17 und 18 abgebildet. Man kann erfin-l dungsgemäß aber auch andere öfen verwenden, die« eine andere Anzahl von Massen enthalten. So sind^ beispielsweise in der USA.-Patentschrift 2 956 864; öfen mit mehr als drei Massen beschrieben. Die USA.-Patentschrift 2 751424 zeigt einen Ofen mit nur zwei Massen. Die Erfindung ist anwendbar bei allen solchen Regenerativ-Öfen, bei welchen Düsen ίο fur den Brennstoff in den Ofen führen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

209648/243

Claims (5)

• öfen nur in dem einen gecrackt wird, so kann man Patentansprüche: aus einei derartigen Vorrichtung einen gleichmäßigen Strom von gecracktem Gas abziehen.

1. Verfahren zur Herstellung von Acetylen In den bekannten öfen sind Düsen fur die tonund/öder Äthylen durch thermische Spaltung von 5 führung von Brennstoff in den Ofen vorgesehen, usi Kohlenwasserstoffen in einem Regenerativ-Ofen eingeführte Brennstoff wird innerhalb des uiens mn im Kreislaufverfahren, bei welchem abwechselnd Luft gemischt und verbrannt, wobei die zum fcrmtzen unter Hindurchleiten von Luft ein Brennstoff, der erforderliche Wärme entsteht Auch diese Mericmaie durch Düsen in den Ofen eingeführt wird, ver- sind in den vorerwähnten USA.-Patentscnntten oebrannt wird, und dann in dem erhitzten Ofen ein io schrieben. Die Pyrolyse-Temperaturen °&_o ^a£^T ~r" einen Kohlenwasserstoff enthaltendes Gas gespal- winnung von Acetylen können bei 1200 C oder ten wird, dadurch gekennzeichnet, daß höher liegen und sind bei der Gewinnung von Atnyman durch die Düsen für den Brennstoff während len oder eines Gemisches von Acetylen und Atnyien der Zeit, in der keb Brennstoff eingeführt wird, etwas niedriger. Die Biennsioffdüsen befinden sicn ein Kühlgas in den Ofen einleitet. 15 in der Nähe der Ofenmitte. Sie werfen daner wan-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- rend des Crackens den hohen Crack-Temperaturen kennzeichnet, daß man den Druck des Kühlgases ausgesetzt, und werden während der Verbrennung über dem im Ofen herrschenden Druck hält des Brennstoffes noch höher erhitzt. Die Kühlung

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch durch den kühlen gasförmigen Brennstoff findet nur gekennzeichnet, daß man den Druck des Kühl- ao während etwa 25 °/o der Betriebszeit statt, was aus gases unter dem Druck des Brennstoffs hält. der zyklischen Betriebsart hervorgeht, und die nutt-

4. Regenerativ-Ofen für die Durchführung des lere Temperatur jeder Düse liegt etwa in der Nahe Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der Crack-Temperaturen.

mit an den Stirnseiten angeordneten Endkammern Um die Bremistoffdüsen widerstandsfähiger zu

zum Einführen von Luft oder des zu spaltenden «5 machen, hat man sie aus hitzebeständigen Metallegie-Kohlenwasserstoffes und zum Abführen des Ab- rangen, keramischen Stoffen, Cermets und anderen gasss, mit im Ofen angeordneten zwei oder meh- Stoffen hergestellt. Da aber die Düsen abwechselnd reren von in Längsrichtung verlautenden Kanälen sich in einer reduzierenden und oxydierenden Atmodurchzogenen Packungen von hitzebeständigem sphäre befinden und da sie thermischen Schocks Material und mit in den Zwischenräumen zwi- 30 innerhalb des Ofens ausgesetzt ist, so ist ihre normale sehen den Packungen angeordneten Düsen für Lebensdauer kurz. Die Düsen müssen mehrmals im das Einführen von Brennstoff, dadurch gekenn- Jahr ausgewechselt werden, was ein Stillegen des zeichnet, daß die Düsen auch zur Einführung von Ofens und erhebliche wirtschaftliche Nachteile mit Kühlgas ausgebildet sind. sich bringt.

5. Regenerativ-Ofen nach Anspruch 4, dadurch 35 Ein Ziel der Erfindung ist die Verlängerung der gekennzeichnet, daß zwischen den Düsen einer- Lebensdauer von Brennstoffdüsen in üblichen Regeseits und der Quelle für das Kühlgas und der nerativ-öfen.

Quelle für den Brennstoff andererseits Druckmin- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstelderungsventile angeordnet sind. lung von Acetylen und/oder Äthylen durch ther-

40 mische Spaltung von Kohlenwasserstoffen in einem Regenerativ-Ofen im Kreislaufverfahren, bei welchem

abwechselnd unter Hindurchleiten von Luft ein