DE2052543A1

DE2052543A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Acetylen- Aethylen-Gemischen

Info

Publication number: DE2052543A1
Application number: DE19702052543
Authority: DE
Inventors: Die Anmelder Sind
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-10-27
Filing date: 1970-10-27
Publication date: 1972-05-31
Also published as: FR2110056A5; IT939953B; CA946156A; NL7113025A; BE774449A; US3741736A; DE2052543C3; GB1373373A; JPS5229284B1; DE2052543B2

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Acetylen-Aethylen-Gemischen

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur nichtkatalytischen Synthese von ungesättigten Kohlenwasserstoffen aus leichten Kohlenwasserstoffen in Diffus ionsf lammen sowie eine Vorrichtung zu seiner Durchführung.

Ungesättigte Kohlenwasserstoffe, insbesondere Acetylen und Aethylen, sind endotherme, bei Raumtemperatur gegenüber den Elementen metastabile Verbindungen. Die freien Bildungsenthalpien für die Bildungsreaktionen dieser Verbindungen aus gesättigten Kohlenwasserstoffen werden erst oberhalb von Temperaturen von 1 000 K negativ. Daher muß bei der Synthese dieser Verbindungen, insbesondere von Acetylen und Aethylen, aus gesättigten Kohlenwasserstoffen nicht nur die für die endotherme Reaktion notwendige Energie aufgebracht werden, sondern die Reaktionen müssen auch bei Temperaturen von über 1 000 K durchgeführt werden. Diese Bedingungen lassen sich unter anderem in Flammen realisieren, in denen bei hoher Temperatur sehr viel Energie auf kleinem Raum frei gesetzt werden kann.

Es ist bekannt, daß bei der Durchführung der Synthese von Acetylen und Aethylen in Flammenreaktionen eine exotherme Verbrennungsreaktion mit der endothermen Synthese gekoppelt wird. Dabei lassen sich zwei Verfahrensprinzipen unterscheiden : Bei Einstufenprozessen laufen beide Reaktionen in Form einer unvollständigen Verbrennung des eingesetzten Kohlenwasserstoffs nebeneinander ab (DBP 1 174 762 und DBP 1 159 ^09 und H. Sachsse, Chemie-Ing.-Techn. 26, 245 (I945). Bei Zweistufenprozessen werden die Einsatzprodukte für die endotherme Synthesereaktion mit den heißen Verbrennungsgasen einer oder mehrerer energieliefernder Flammen vermischt und so zur Reaktion gebracht (DBP 1 040 533 und DAS 1 237 095)· Die Reaktionsprodukte Acetylen und Aethylen sind bei den vorhandenen Reaktionstemperatüren gegenüber den Elementen instabil, so daß die gesamte Reaktionsmasse nach kurzer Verweilzeit in der heißen Reaktionszone abgeschreckt werden muß. Dadurch werden Acetylen und Aethylen in einen thermodynamisch metastabilen Zustand überführt. Das Abschrecken erfolgt durch Wärmeaustauscher oder durch direktes Einspritzen eines Kühlmediums, beispielsweise Wasser.

Die bekannten Einstufenverfahren werden mit vorgemischtem Reaktionsgemisch durchgeführt. Dabei werden Brennstoffe und Oxydationsmittel vorgeheizt, in einem Diffusor vermischt und strömen anschließend durch einen Brennerblock, an dem sich die Flammen ausbilden. Diese Reaktoren können, um ein Rückschlagen der Flammen in den Mischer zu verhindern, bei festliegender Flammengeschwindigkeit der Gemische nur unter ganz bestimmten Strömungsverhältnissen betrieben werden.

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Sie sind daher wenig flexibel, da die Flammengeschwindigkeiten der Gemische von ihrer Zusammensetzung, d.h. dem C/O-Verhältnis, abhängen. Durch das C/O-Verhältnis ist wiederum die Reaktionstemperatur und damit das Verhältnis der ungesättigten Kohlenwasserstoffe zueinander (z.B. das Verhältnis von Acetylen zu Aethylen) im Reaktionsprodukt festgelegt.

Die bekannten Zweistufenverfahren besitzen diese Nachteile nicht, da hier die Reaktionstemperatur und das Verhältnis der ungesättigten Kohlenwasserstoffe im Reaktionsprodukt durch das Verhältnis der Volumenströme von Wärmeträger zu Einsatzgemisch eingestellt werden können. Sie können jedoch nur in kompliziert aufgebauten Reaktoren durchgeführt werden.

Es wurde nun gefunden, daß man Acetylen-Aethylen-Gemische durch Umsetzung von leichten, vorzugsweise 1-8 C-Atome enthaltenden Kohlenwasserstoffen, insbesondere Propan oder deren Gemische mit Sauerstoff oder Sauerstoff als wesentlichen Bestandteil enthaltende Gasgemischen in einer Flammenreaktion herstellen kann, wenn die Reaktion in einer Diffusionsflamme stattfindet.

Durch die Durchführung der Synthese in Diffusionsflammen werden die bei den vorbekannt·. a Verfahren auftretenden Nachteile vermieden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden der Kohlenwasserstoff und der Sauerstoff, bzw. das sauerstoffhaltige Gasgemisch, getrennt und gegebenenfalls vorgeheizt in den Verbrennungsraum eingeführt, Dies erfolgt derart, daß sich beide Partner im Verbrennungsraum in Form von konzentrischen Strahlen vermischen. Die Verbrennungsreaktion wird durch die Geschwindigkeit der Vermischung des Kohlenwasserstoffs mit dem Sauerstoff im Verbrennungsraum bestimmt. Da der Kohlenwasserstoff und Sauerstoff erst im Reaktionsraum vermischt werden, treten in Diffusionsflammen örtlich Inhomogenitäten in Bezug auf Temperatur und Konzentration der einzelnen Komponenten auf. Diese Inhomogenitäten lassen sich leicht durch die Impulsverhältnisse von Kohlenwasserstoffstrahl und Sauerstoffstrahl beeinflussen. Damit kann das in den Bereichen der Vermischung herrschende effektive C/O-Verhältnis dem aus den Volumenströmen von Kohlenwasserstoff und Sauerstoff unter Annahme vollständiger Vermischung berechneten angeglichen werden. Besitzt beispielsweise der Kohlenwasserstoffstrahl gegenüber dem Sauerstoffstrahl einen sehr hohen Impuls, so wird der Sauerstoff sehr schnell in den Kohlenwasserstoffstrahl eingesaugt und intensiv mit diesem vermischt. Das führt zu relativ geringen Abweichungen des effektiven C/O-Verhältnisses vom aus den Volumenströmen unter Annahme vollständiger Vermischung berechenbaren und somLt zu heißen Flammen mit hohem Acetylengehalt im Produktgas. Gleichen sich die Impulse beider Strahlen, so ist die Vermischung weniger intensiv. In der Achse

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des KohlenwasserstoffStrahls befinden sich Bereiche starker Unvermischtheit. An den Berührungszonen der beiden Strahlen bilden sich Flammen aus, deren Wärme in die Bereiche starker Unvermischtheit übertragen wird. Dadurch erhalten die Produktgase bei niedrigerer mittlerer Temperatur einen höheren Anteil an Aethylen.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also die Synthese von Acetylen und Aethylen, in einem einfachen Reaktor mit Hilfe von Diffusionsflammen durchgeführt, so daß ein Rückschlagen der Flammen in vorgeschaltete Einrichtungen unmöglich ist. Gleichzeitig weist das Verfahren im Hinblick auf die Produktverteilung durch die Wahl des Impulsverhältnisses von Brennstoff und Oxydans bei gleicher Bruttozusammensetzung des Reaktionsgemisches große Flexibilität auf.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorteilhaft in einer Vorrichtung durchgeführt, die im Prinzip in den Abbildungen 1 a und 1 b erläutert wird. Dabei stellt Abbildung 1 a einen Querschnitt und Abbildung 1 b einen Längsschnitt dar. Durch eine Anzahl hier rund gezeichneter Düsen 1 wird der gasförmige Kohlenwasserstoff 2 geleitet. Jede der Düsen 1 (es können eine oder mehrere Düsen vorgesehen sein) ist umgeben von einem hier als Ringspalt gezeichneten Strömungskanal 5, durch den der gasförmige Sauerstoff 4 geleitet wird. Von den Düsen 1 aus bilden sich Diffusionsflammen 5 aus. Die gesamte Anordnung ist umgeben von den Wandungen der Brennkammer 6. Die heißen Reaktionsgase werden an geeigneter Stelle durch eine Abschreckvorrichtung 7 gequencht»

Beispiele :

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wurden die in der Spalte 2 der Tabelle 1 aufgeführten Mengen an Kohlenwasserstoff, in den aufgeführten Beispielen Propan, durch die Düsen 1 der erfindungsgemäßen Vorrichtung geleitet. Durch die die Düsen 1 umgebenden Ringspalte 3 wurden die in der Spalte 3 der Tabelle 1 aufgeführten Mengen an Sauerstoff geführt. Dadurch stellten sich an den Düsenaustritten die in der Spalte 4 aufgeführten Impulsverhältnisse ein, wobei die Gemische die in der Spalte 5 angegebenen rechnerischen, d.h. die sich bei vollständiger Vermischung einstellenden C/O-Verhältnisse besaßen. Die Zusammensetzung des gequenchten Produktgases der einzelnen Versuche ist in den Spalten 6-13 der Tabelle 1 angegeben. Dabei bedeuten die aufgeführten Zahlen die Volumenanteile in % der einzelnen Komponenten im Produktgas. Schließlich sind in den Spalten 14 und 15 der Tabelle 1 die Ausbeuten an Acetylen und Aethylen für die aufgeführten Beispiele angegeben. Dabei ist die Ausbeute als Quotient aus der Zahl der Mole Kohlenstoff im erhaltenen ungesättigten Kohlenwasserstoff

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und der Zahl der Mole Kohlenstoff im eingesetzten Kohlenwasserstoff definiert.

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Claims

P a ten t a η s ρ r ü ο he

1.) Verfahren zur Herstellung von Acetylen-Aethylen-Gemischen durch Umsetzung von leichten, vorzugsweise 1 bis 8 C-Atome enthaltenden Kohlenwasserstoffen oder deren Gemische mit Sauerstoff oder Sauerstoff als wesentlichen Bestandteil enthaltenden Gasgemischen in einer. Flammenreaktion, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion in einer Diffusionsflamme stattfindet.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Vermischung des Kohlenwasserstoffes mit dem Sauerstoff, bzw. mit dem Sauerstoff enthaltenden Gasgemisch mit Hilfe der Impulsverhältnisse steuert.

J5.) Verfahren nach dem Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Kohlenwasserstoff Propan verwendet.

4.) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3> gekennzeichnet durch eine Brennkammer (6), mindestens eine in einer ihren Wandungen angeordnete Düse (1) für den Durchtritt des gasförmigen Kohlenwasserstoffes, Jeweils einen die Düse (1) umgebenden Strömungskanal (j5) für den Durchtritt des Sauerstoffes bzw. des Sauerstoff enthaltenden Gasgemisches und eine Abschreckvorrichtung (7).

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