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Verfahren zur Herstellung ungesättigter gasförmiger Kohlenwasserstoffe
aus flüssigen Kohlenwasserstoffen Es ist bekannt, flüssige Kohlenw asserstoffe im
elektrischen Lichtbogen bei Gegenwart wasserstoffreicher Gase in Acetylen, Athylen,
Butadien und andere ungesättigte Kohlenwasserstoffe umzuwandeln. Der Lichtbogen
brennt bei diesem bekannten Verfahren in einer Schicht oder einem Nebel aus den
umzuwandelnden Kohlenwasserstoffen. In jedem Falle bildet sich hierbei eine große
Menge Kohlenstoff, sei es in Form von Ruß, der sich teilweise in den flüssigen Kohlenwasserstoffen
verteilt, oder sei es in Form von Koks, der sich auf den Elektroden absetzt. Die
Kohlenstoffbildung beeinträchtigt wesentlich die Ausbeute an ungesättigten Kohlenwasserstoffen
und erschwert die Betriebsführung. Man hat auch schon vorgeschlagen, gasförmige
Paraffinkohlenwasserstoffe im Lichtbogen in der Weise zu zersetzen, daß die Wände.
des Ofens ständig mit Öl bespült werden, um den abgeschiedenen Ruß zu entfernen,
wobei das den Ruß enthaltende 01 zusammen mit dem Gas durch die gleiche Öffnung
den Ofen verläßt. Bei dieser Arbeitsweise entstehen nur geringe Mengen Acetylen.
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Es wurde nun gefunden, daß man in sehr vorteilhafter Weise ungesättigte
Kohlenwasserstof£e aus flüssigen Kohlenwasserstoften im elektrischen Lichtbogen
herstellen kann, wenn man die Wände des Lichtbogenofens mit den flüssigen Ausgangsstoffen
bespült und den Lichtbogen in einem Strom aus wasserstoffhaltigem, vorzugsweise
im wesentlichen aus Wasserstoff bestehendem Gas brennen läßt. Man erhält hierbei
eine besonders gute Ausbeute an ungesättigten Kohlenwasserstoffen, bezogen auf die
aufgewandte Energie, wenn man das Verhältnis der Energiebelastung zum Gasdurchsatz
sowie die Temperatur, mit der die flüssigen Kohlenwasserstoffe in den Ofen eintreten,
so niedrig wählt, daß sich keine wesentlichen Rußmengen bilden. Man hat dann außerdem
den Vorteil, die flüssigen Ausgangsstoffe im Kreislauf verwenden zu können, da sie
praktisch keinen Ruß enthalten und lediglich die beim Durchgang durch den Ofen verbrauchte
Menge jeweils vor dem Zurückleiten in den Ofen ersetzt werden muß. E s ist also
wesentlich, die flüssigen Ausgangsstoffe genügend abzukühlen; sie treten in den
Ofen zweckmäßig mit einer Temperatur ein, die etwa zoo° unterhalb ihres Siedepunktes
liegt. Um außerdem den Lichtbogen genügend abzukühlen, leitet man etwa z cbm des
wasserstoffhaltigen Gases pro kN,#j durch den Ofen. Die den Ofen verlassenden flüssigen
Kohlen-Nv asserstoffe haben dann eine Temperatur, die wesentlich unterhalb ihres
Siedepunktes liegt. Es ist vorteilhaft, den Gasstrom in entgegengesetzter
Richtung
zu dem Strom der flüssigen Kohlenwasserstoffe zu führen.
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Als Ausgangsstoffe kommen insbesondere die bei der Aufarbeitung von
Druckhydrierungs- oder Schwelprodukten aus Kohlen, Teeren oder Mineralölen erhaltenen
flüssigen Rückstände in Betracht. Auch die beim Krakken oder bei der Destillation
von Ölen erhaltenen Rückstände werden vorteilhaft nach dem vorliegenden Verfahren
aufgearbeitet. Außer den ungesättigten Kohlenwasserstoffen bildet sich hierbei eine
geringe Menge Methan, die sich indessen bei der Anwendung des Gases im Kreislauf
nicht anreichert.
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Das vorliegende Verfahren, bei dem der Lichtbogen in einem wasserstoffreichen
Gasstrom brennt, unterscheidet sich von den bekannten Verfahren, bei denen der Lichtbogen
in gasförmigen oder flüssigen Kohlenwasserstoffen brennt, in vorteilhafter Weise
dadurch, daß es die Verwendung einer Apparatur gestattet, die hinsichtlich ihres
elektrischen Teiles besonders einfach ist. Im Falle der Anwendung von Wechselstrom,
der normale oder erhöhte Frequenz haben kann, sind nämlich die Spannungen und Reaktanzen
bei guterLeitungsaufnahme und hohem Leistungsfaktor kleiner, wodurch die Anlage
vereinfacht und die Umformungsverluste verringert werden. Zur Erzeugung des Bogens
kann auch konstanter oder intermittier ender Gleichstrom dienen.
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Es ist vorgeschlagen worden, die Hydrierung von Kohle oder die Überführung
von Kohlengasen oder Wassergas in flüssige Produkte mit Hilfe atomaren Wasserstoffs
im elektrischen Lichtbogen vorzunehmen. Nach einem derartigen Verfahren soll beispielsweise
der Wasserstoff kurz vor seiner Einwirkung auf das zu hydrierende Gut in den atomaren
Zustand übergeführt werden unter Benutzung hierfür bekannter Mittel, wie des elektrischen
Lichtbogens, einer heißen Funkenentladung oder hocherhitzter Wolframdrähte. Diese
Hy drierungsverfahren boten naturgemäß keine Anhaltspunkte für das vorliegende Verfahren,
bei dem es sich um Dehydrierungsvorgänge handelt und eine bestimmte Führung des
umzuwandelnden flüssigen Ausgangsstoffes und der wasserstoffhaltigen Zusatzgase
wesentlich ist, um die obenerwähnten vorteilhaften Wirkungen zu erreichen.
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Die beiliegende Zeichnung veranschaulicht beispielsweise eine Vorrichtung,
die für die Ausführung des Verfahrens geeignet ist. Die Vorrichtung wird von dem
wasserstoffreichen Gasgemisch von unten nach oben durchströmt. Wie sich überraschenderweise
gezeigt hat, ist die Energieausbeute uni so größer und die Gefahr der Rußbildung
um so kleiner, je mehr man den Gasstrom der Längsachse des Ofens nähert, je mehr
er sich also von der an der Wandung herabr ieselnden Schicht aus flüssigen Kohlenwasserstoffen
entfernt. Im Gegensatz zu den meisten neueren Lichtbogenverfahren kreist das Gas
daher nicht um die eine Elektrode herum. Die kreisförmige Bogenansatzvorrichtung
A, die beispielsweise aus Messing besteht, hindert das Gas, die gleichmäßige Ausbildung
dec Ölfilms an der Wandung zu stören. Der größere Teil des Gases wird unter Druck
durch die mit einer sehr feinen Auslaßöffnung versehene Düse D eingeführt, während
der andere Teil durch die spiralförmigen Führungen S in dem Zwischenstück E oder
mittels einer Zyklonkaminer, wie sie bei dei Ofen nach S c h ö n 11 e r r
zur Anwendung gelangen, in den Ofen eintritt. Der Lichtbogen setzt bei r1 gleichmäßig
unter Verästlung an; zufolge der Abkühlung durch den Gasstrom gerät die Vorrichtung
A nicht ins Glühen und bleibt so dauernd verwendbar. Die obere Elektrode, durch
die das Gas abgeführt wird, besteht ebenso wie die untere aus Metall. Sie ist mit
einer Vorrichtung aus Aluminium versehen, die der gleichmäßigen Einführung der flüssigen
Kohlenwasserstoffe dient. Diese treten durch 0 ein und gelangen über den Verteilungsring
R an die Ofenwandung. Die für die Einführung der flüssigen Kohlenwasserstoffe und
die Abführung der Gase dienenden Vorrichtungen sind an ihren Enden mit in der Zeichnung
nicht dargest<211ten Rohrstutzen aus keramischem Material versehen, um die Elektrode
zu isolieren. Der Lichtbogen setzt an dem ringförmigen Polschuh P an, der aus einem
anderen Material als dem für den übrigen Ofenaufsatz verwendeten bestehen kann.
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Das vorliegende Verfahren weist im übrigen noch folgende besondere
Vorteile auf: Da die den Ofen verlassenden flüssigen Kohlenwasserstoffe durchweg
eine Temperatur von oberhalb ioo° aufweisen, so kann man ihre fühlbare Wärme, also
einen Teil der aufgewendeten elektrischen Energie zur Erzeugung von Wasserdampf
benutzen. Da die verhältnismäßig kalt bleibende Ofenwandung von einer Schicht aus
flüssigen Kohlenwasser stoffen bedeckt ist, so braucht sie nicht aus einem elektrisch
gut isolierenden Material zu bestehen. Beispiel Der in der Zeichnung dargestellte
Ofen hat folgende Abmessungen: die Entfernung zwischen der Ansatzvorrichtung A und
dem Polschuh P beträgt 13,5 cm, der innere Durchmesser des Ofens 2,6 cm und der
Durchmesser der Ansatzvorrichtung A i, 15 cm.
Man betreibt
den Lichtbogen mit einem Wechselstrom von i 3 9oo Volt und o,33 S Amp. Von unten
werden stündlich 4,5 cbm Wasserstoff durchgeleitet. Als Ausgangsstoff dient die
Fraktion eines deutschen Erdöls, von der die ersten 25 % bei der Siedeanalyse
nach Engler zwischen i85° und 26o° übergehen. Man läßt das Öl in einer Menge von
6o 1 in der Stunde über die Ofenwandung herabrieseln, so daß es auf dieser eine
etwa i bis 2 mm starke Schicht bildet.
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Man erhält so in der Stunde 5,5 cbm eines Gasgemisches,. das 7,i4
% Acetylen, 2,7
Äthylen und 4,5 °A Methan enthält; dies ist eine Ausbeute
von 392 1 Acetylen in der Stunde oder 841 pro kVAh. Das Öl, das in den Ofen mit
einer Temperatur von 420 eintritt, verläßt ihn mit einer Temperatur von i2o°: Es
enthält praktisch keinen Ruß.