DE1935007A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Acetylen durch partielle Verbrennung von Kohlenwasserstoffen - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Acetylen durch partielle Verbrennung von Kohlenwasserstoffen Es ist bekannt, Acetylen durch Teilverbrennung von Kohlenwasserstoffen herzustellen. Bei der partiellen Oxydation von Kohlenwasserstoffen mit Sauerstoff werden die beiden Ausgangsstoffe einzeln erhitzt und dann in einer Mischeinrichtung möglichst vollständig miteinander vermischt. Das Gemisch strömt anschließend durch einen Brennerblock und wird unterhalb von diesem zur Reaktion gebracht. Die Reaktion geht in einer Flamme vor sich.
• Nachdem die Bildung des Acetylens beendet ist, wird durch Einspritzen einer Flüssigkeit in den Gasstrom die Temperatur möglichst rasch erniedrigt, um den Zerfall des gebildeten Acetylens zu verhindern.
• Die charakteristischen Bestandteile eines Brenners, wie er in technischen Anlagen seit langem eingesetzt wird, sind die Mischvorrichtung mit angesetztem Diffusor, der Brennerblock mit einer Anzahl paralleler zylindrischer, im Kreis-, Rechteck- oder Sechseckverband angeordneter Kanäle, der Feuerraum und die Quenchvorrichtung. Der umzusetzende Kohlenwasserstoff und der Sauerstoff werden möglichst hoch vorerhitzt, jedoch wird die Temperatur so begrenzt, daß bei oder nach der Vermischung keine Zündung vor dem Brennerblock erfolgt. Das Gemisch wird mit Geschwindigkeiten, die größer als die Flammengeschwindigkeit sind, durch den Brennerblock geleitet, um einen Flammenrückschlag vom Feuerraum in den Diffusor und die Mischvorrichtung zu vermeiden.
• Eine wichtige Funktion, die der Brennerblock erfüllen muß, ist die eines Flammenhalters. Für die Acetylenausbeute ist es wesentlich, daB die Flammen unterhalb des Blocks stabilisiert werden. Wenn die Flammen der einzelnen Blockkanäle in verschiedenem Abstand von der Stirnfläche des Brennerblocks brennen, bedingt dies ein breites Verweilzeitspektrum für die Spaltprodukte im Feuerraum. Eine verringerte Acetylenausbeute und ein erhöhter Rußanfall sind die Folge.
• Es wurde nun gefunden, daß man bei der Herstellung von Acetylen durch partielle Oxydation von Kohlenwasserstoffen mit Brennerblöcken, die eine Mehrzahl von parallelen Kanälen besitzen, eine ausgezeichnete Flammenstabilisierung und eine Erhöhung der Acetylenausbeute erzielt, wenn man Brennerblöcke verwendet, deren Kanäle gegen die Austrittsöffnung hin konisch verengt sind.
• FUr die Durchführung des Verfahrens werden bis auf die Brennerblockkanäle,Brenner bekannter Bauart mit Mischvorrichtung, Diffusor, Brennerblock, Feuerraum und Quenchvorrichtung eingesetzt. Die erfindungsgemäß verwendeten Brennerblockkanäle bestehen aus einem zylindrischen Teil mit angesetztem Konus, dessen OffnungswinkeldO zwischen 4 und 450, bevorzugt zwischen 6 und 0 20°, betragen kann. Die Durchmesser des zylindrischen Teils und der Konusöffnung der Blockkanäle können im Bereich zwischen 15 und 30 mm liegen. Die Wahl des Durchmessers richtet sich nach dem gewünschtenDurchsatz. Es müssen Gasgeschwindigkeiten für das Reaktionsgemisch eingestellt werden die einen Flammenrückschlag vermeiden. Die Geschwindigkeiten liegen im allgemeinen zwischen 20 und 100 m/sec. Zur Verhinderung eines Flammenrückschlags muß außerdem für die Blockkanäle eine Mindestlänge - etwa das Vi erfache des Durchmessers des zylindrischen Teils - eingehalten werden. Geeignet sind z.B. Brennerbiöeke, deren Kanäle- 160 mm lang sind. Die Kanäle können z.B. im Sechseckverband angeordnet sein.
• Es sind auch andere Anordnungen möglich. Die erreichbare Ges amtkapazität eines Brennerblocks ist außer vom Durchmesser der Blockkanäle von der Anzahl der Kanäle abhängig. Für die Ausführung der Versuche wurde ein Block mit 19 Kanälen gewählt. In größeren technischen Anlagen verwendet man zweckmäßigerweise Brennerblöcke mit 100 bis 150 Kanälen. Nach dem Verfahren kann man-gasförmige oder verdampfbare flüssige Kohlenwasserstoffe z.B. Methan, Xthan, Propan, Butan oder Benzin mit einem Siedeende von 1600C spalten. Der Sauerstoff wird zweckmäßig in etwa gleichen Gewichtsmengen zugegeben. Die Kohlenwasserstoffe werden im allgemeinen auf Temperaturen von 250 bis 900QC vorgewärmt und darauf mit dem erforderlichen Sauerstoff, der gegebenenfalls auch vorgewärmt wird, vermischt, in den Brenner eingefUhrt.
• Das folgende Beispiel erläutert das erfindungsgemäße Verfahren und und zeigt das Ergebnisse eines Versuchs, der mit einem Brennerblock durchgeführt wurde, der mit den erfindungsgemäß konisch verengten Kanälen ausgerUstet war. In den Vergleichsversuchen sind die Ergebnisse wiedergegeben, die man bei Verwendung rein zylindrischer Kanäle erhält. Man erkennt, daß mit durchgehend zylindrischen Kanälen deutlich schlechtere Ergebnisse erhalten werden.
• In Fig. 3 ist die Abhängigkeit des Aeetylengehaltes im Spaltglas von der Belastung fUr die in dem Beispiel verwendeten Kanäle dargestellt. Die gestrichelten Kurven A und B zeigende Ergebnisse, die mit den in den Vergleichsversuehen A und B verwendeten Brennerblöcken erzielt wurden. Wie ersichtlich, ist der Block mit konischen Kanälen (Kurve c) im gesamten untersuchten Belastungsbereich den Blöcken mit durchgehend -zylindrischen Kanälen überlegen Beispiel In der Fig. 1 ist ein Brennerblock der erfindungsgemäßen Art wiedergegeben. Die Fig. 2 zeigt die Aufsicht auf die Unterseite des Brennerblocks. Je Stunde werden 820 kg Benzin mit dem spez.
• Gew. von 0,69, einen Siedebereich von 41 bis 121 0C, und einer Dampfdichte von 4,0 kg/Nm3 in einem Vorwärmer verdampft und auf 3000C erwärmt. In einer Mischeinrichtung wird der Benzindampf mit 575 Nm3 Sauerstoff/h, der in einem getrennten Vorwärmer ebenfalls auf 300°C erwärmt wurde, gemischt und durch den Diffusor A (Fig. 1) zum Brennerblock B geleitet. Das Gemisch hat unmittelbar vor dem Eintritt in den Brennerblock eine Temperatur von 2800C.
• Der Brennerblock enthält 19 Kanäle C von 25 mm Durchmesser, die sich an ihrem unteren Ende bei L auf 21,5 mm konisch verengen.Die Konuslänge ist 30 mm. Die Kanäle des Brennerblocks sind in einem Sechseckverband angeordnet, dessen äußere Begrenzungslinie einen Abstand von 205 mm hat.
• Im Reaktionsraum H, der durch den Brenner und den Feuerraum K von 300 mm Länge begrenzt ist, wird das Gemisch entzUndet. 3 Nm3 Hilfssauerstoff/h werden durch die Leitung D dem Reaktionsgemlsch an der Entzündungsstelle bei E zugeführt. Durch die Leitung F-werden ebenfalls 3 Nm' Sauerstoff/h nahe der Innenwand bei G eingeleitet.
• Nach beendeter Reaktion wird das Gemisch durch Einspritzen von- Wasser auf 80°C abgeschreckt.
• Es werden 1 790 Nm3 trockenes Spaltgas/h mit folgender Zusammensetzung erhalten: C2H2: 10,7 Vol.-S, H2: 41,8 Vol.-%, CO: 38,2 Vol.-%, CH4: 4,5 Vol.-%, C02:3,0 Vol.-%, O2: 0,1 Vol.-%, höhere Kohlenwasserstoffe: 0,3 Vol.-%, N2: 1,4 Vol.-% Das Spaltgas enthält außerdem 12 g Ruß/Nm3. Es errechnet sich eine Ausbeute von 222,0 kg C2H vh mit einem spezifischen Benzinverbrauch von 3,69 kg Benzin/kg C2H2 und einem spezifischen Sauerstoffverbrauch von 3,75 kg Sauerstoff/kg C2H2 bei einem spezifischen Rußanfall von 0,10 kg Ruß/kg C2H2.
• Vergleichsversuch A Die Umsetzung wird zum Vergleich mit einem Brennerblock durchgefUhrt, dessen Kanäle an der Mündung nicht verengt, sondern rein zylindrisch sind und einen Durchmesser von 21,5 mm aufweisen. Die übrigen Abmessungen des Brenners werden gegenüber dem im Beispiel genannten Brenner beibehalten.
• Im Brenner mit den geänderten Blockkanälen werden. je Stunde 800 kg Benzin der oben genannten Art und 555 Nm3 Sauerstoff zur Reaktion gebracht. Bei E und G wurden jeweils 3 Nm3 Hilfssauerstoff/h zugeführt.
• Man erhält 1 695 Nm³ trockenes Spaltgas/h folgender Zusammensetzung: C2H2: 10,4 Vol.-%, H2: 59»9 Vol.-%, CO: 38,o Vol.-%, CH4: 5,9 Vol.-«, CO2: 3,4 Vol.-%, 82: 0,4 Vol.-%, höhere Kohlenwasserstoffe: 0,4 Vol.-«, N2: 1,6 Vol.-%.
• Das Spaltgas enthält außerdem 15 g Ruß/Nm3. Es errechnet sich eine Ausbeute von 204,1 kg C2H vh mit einem spezifischen Benzinverbrauch von 3,92 kg/kg C2H? und einem spezifischen Sauerstoffverbrauch von 3,93 kg/kg C2H2 bei einem spezifischen Rußanfall von 0,12 kg/kg C2H2.
• Vergleichsversuch B Die Umsetzung wird zum Vergleich mit einem Brennerblock durchgeführt, dessen Kanäle an der Mündung nicht verengt, sondern rein zylindrisch sind und einen Durchmesser von 25 mm aufweisen. Die übrigen Abmessungen des Brenners werden gegenüber dem im Beispiel genannten Brenner beibehalten.
• Im Brenner mit den geänderten Blockkanälen werden Je Stunde 850 kg Benzin der oben genannten Art und 585 Nm3 Sauerstoff zur Reaktion gebracht. Bei E und G werden jeweils 3 Nm3 HilRssauerstoff/h zugeführt.
• Man erhält 1 840 Nm3 trockenes Spaltgas/h folgender Zusammensetzung: C2H2: 9,9 Vol.-, H2: 41,5 Vol.-%, CO: 38,3 Vol.-% CH4: 4,1 Vol.-%, C02: 3,7 Vol.-%, 0,: 0,6 Vol.-« höhere Kohlenwasserstoffe: 0,3 Vol% N2 : 1,6 Vol.-%.
• Das Spaltgas enthält außerdem 16 g Ruß/Nm3. Es errechnet sich eine Ausbeute von 211,8 kg C2H2/h mit einem spezifischen Benzlnverbrauch von 4,02 kg/kg C2H2 und einem spezifischen Sauerstoffverbrauch von 4,20 kg/kg C2H2 bei einem spezifischen Rußanfall von 0,14 kg/kg C2H2.

Claims (3)

1. Patentansprüche

   /1erfahren zur Herstellung von Acetylen durch partielle Oxydation von Kohlenwasserstoffen mit Sauerstoff in einem Brenner, dessen Brennerblock mit einer Mehrzahl von parallelen Kanälen ausgestattet ist, durch die die Ausgangsstoffe, nachdem sie vorgewärmt und vermischt sind, in den Feuerraum geleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kanäle des Brennerblocks so ausführt, daß sie gegen die Austrittsöffnung hin konisch verengt werden.
2. 2. Brenner für die Herstellung von Acetylen gemäß Anspruch 1. ggkennzeichnet durch einen zwischen Diffusor (A) und Reaktionsraum (H) angeordneten Brennerblock (B) mit einer Anzahl paralleler, zylindrischer, im Kreis-, Rechteck-, Sechseck-oder Mehreckverband angeordneter Kanäle (C), die am unteren Ende (L) konisch verengt-sind.
3. 3. Brenner gemäß Anspruch 2,gekennzeichnet durch einen Brennerblock (B),bei dem der oftnungswlnkel c) des Konus der Kanäle (C) zwischen 4 und 45°, vorzugsweise zwischen 6 und 200 beträgt.

   Zeichn.