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Verfahren zur Darstellung von Acetylen aus Kohlenwasserstoffe enthaltenden
Gasen Bei der Behandlung von Methan oder methanhaltigen Gasgemischen im Lichtbogen
kann man unter möglichster Vermeidung der Rußbildung in einem Arbeitsgang bei Anwendung
einer sehr hohen Energiedichte bis zu etwa 17% Acetylen im Endgas erhalten. Beim
Arbeiten auf- höhere Acetylengehalte nimmt die Rußbildung rasch zu. Bei der Verarbeitung
von go%igem Methan können demnach unter Berücksichtigung geringer Rußbildung in
einem Arbeitsgang bis zu 55% des Methankohlenstoffes-in Acetylenumgewandelt werden.
Der Umsatz wird erheblich kleiner, wenn man höhermolekulaxe Kohlenwasserstoffe verarbeitet,
denn es hat sich gezeigt, daß man auch in diesen Fällen, wenn man praktisch rußfrei
arbeiten will, keine größeren Acetylengehalte im Ofengas erreiche kann, als oben
angegeben. Will man nun den in dem zur Verfügung stehenden Gasgemisch vorhandenen
Kohlenstoff möglichst weitgehend in Acetylen, überführen, so kann man, wie bereits
vorgeschlagen wurde, das betreffende Gas nacheinander durch mehrere Lichtbögen senden,
deren Bogenlänge - verschieden und der sich ändernden Zusammensetzung des Gases
derart angepaßt ist, daß jedesmal eine optimale Umsetzung des Kohlenstoffes in Acetylen
stattfindet, wobei das gebildete Acetylen vor jeder neuen Lichtbogenbehandlung aus
dem Gase entfernt wird. Der Energieaufwand für die Acetylenbildung (Kilowattstunde
pro Kubikmeter Acetylen) nimmt aber hierbei von Stufe zu Stufe infolge des rasch
abnehmenden Kohlenstoffgehaltes .des zu vierarbeitenden Gases stark zu.
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Es wurde nun gefunden, daß man zu günstigeren Ergebnissen kommt, wenn
man die kohlenwasserstoffhaltigen Gase, insbesondere kohlenstoffreiche, nacheinander
in mehreren Lichtbögen derart unter Steigerung der Energiezufuhr behandelt, daß
die Konzentration des jeweils gebildeten Acetylens stufenweise ansteigt. Man kann
die Menge der pro Kubikmeter Gas zugeführten Energie dadurch steigern, daß man entweder
bei gleicher Gasmenge von Lichtbogen zu Lichtbogen mehr Kilowatt (Leistung) zuführt
oder bei gleichbleibender Energiezufuhr die Gasgeschwindigkeit verringert; auch
die Anwendung beider Mittel ist möglich. Z. B. läßt sich das Verfahren so durchführen,
daß-bei der ersten Lichtbogenbehandlung nur etwa die Hälfte der ohne erhebliche
Rußbildung erreichbaren Menge Acetylen gebildet wird, nach seiner Entfernung alsdann
bei der zweiten Lichtbogenbehandlung etwas mehr usw. und erst bei der letzten Lichtbogenbehandlung
ein möglichst großer Umsatz angestrebt wird- 'Wie Beobachtungen ergaben, steigt
der Energieaufwand
pro Kubikmeter im Lichtbogen gebildeten Acetylens
nicht .einfach im Verhältnis zur Abnahme der Konzentration der Kohlenivasserstoffe
im Ausgangsgas, sondern bei kleinen Gehalten an Kohlenwasserstoffen viel rascher
als bei höheren Kohlenwasserstoffkonzentrationen. Dieser Unterschied im Anstieg
des Energieaufwandes mit sinkender Konzentration wird um so ausgeprägter, je höhermolekulare
gesättigte oder ungesättigte Kohlenwasserstoffe verarbeitet werden.
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Das vorliegende Verfahren bietet u. a. folgende Vorteile: Es wird
dadurch erreicht, daß bei den aufeinanderfolgenden Lichtbogenbehandlungen, insbesondere
vor der letzten, mehr Kohlenwasserstoffe noch im Gas enthalten sind, als darin wären,
wenn man bei jeder einzelnen Behandlung mit optimal, d. h. ohne Rußbildung erreichbarer
Umsetzung gearbeitet hätte. Da der Energieaufwand für die Acetylenbildung um so
kleiner ist, j e höher die Konzentration der Kohlenwasserstoffe ist, so sinkt infolgedessen
bei dem vorliegendenVerfahren der insgesamt im Mittel notwendige Energieaufwand
pro Kubikmeter Acetylen erheblich unter den Betrag, den man aufzuwenden hätte, wenn
man nach den bereits bekannten Verfahren in jedem Lichtbogen mit optimaler Umsetzung
arbeiten würde.
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Die Anwendung des vorliegenden Verfahrens ermöglicht weiterhin, bei
nahezu' demselben mittleren Energieaufwand pro Kubikmeter Acetylen die insgesamt
in Acetylen umgesetzte Kohlenstoffmenge wesentlich zu erhöhen.
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Bei der Verarbeitung sehr kohlenstoffreicher Gase ist die Gefahr der
Rußbildung besonders groß. Während z. B. bei der Verarbeitung von konz. Methan (95
%ig) auf 17 %iges Acetylen nur etwa 1,5 Gewichtsprozent des gebildeten Acetylens
gleichzeitig als Ruß auftreten, entstehen bei der Herstellung von z 7 %igem Acetylen
aus einem Äthan-Propan-Gemisch unter denselben Bedingungen q, bis 5% des Acetylens
als Ruß. Der in Form von Ruß anfallende Kohlenstoff ist aber für - die Acetylenbildung
verloren. Arbeitet man nun nach dem vorliegenden Verfahren, so werden die Verluste
durch Ru.ßbildung stark herabgesetzt, da mit sinkender Acetylenkonzentration auch
die Rußbildung zurückgeht. Z. B. beträgt sie bei Herstellung von nur 8- bis 9%igem
Acetylen aus demselben Äthan-Propan-Gemisch nur 1,5 Gewichtsprozent des gebildeten
Acetylens. Man sieht, daß es dadurch möglich ist, bei der Verarbeitung sehr kohlenstoffreicher
Gase auf Acetylen die Kohlenstoffverluste durch Rußbildung weitgehend zu verhindern.
Dasselbe gilt auch für die Verluste durch Bildung anderer unerwünschter Nebenprodukte
des Lichtbogenacetylens, wie Diacetylen, Allylen usw.
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Es ist darauf zu achten, daß besonders in den letzten Stufen noch
genügend verarbeitungsfähige Kohlenwasserstoffe aus den vorhergehenden Arbeitsgängen
vorhanden sind, da sonst trotz erhöhter Energiezufuhr das Steigen der Acetylenkonzentration
ausbleiben kann, weil mit abnehmender Konzentration der Ausgangsstoffe der Energiebedaz-f
für die Acetylenbildung wächst. -Das vorliegende Verfahren läßt sich mit besonderem
Vorteil dann anwenden, wenn es sich um die Verarbeitung sehr kohlenstoffreicher
Abgase, wie z. B. der Abgase von Hydrier- oder Krackanlagen, handelt. Unter Umständen
läßt es sich aber auch bei der Verarbeitung von z. B. Erdgas mit Vorteil benutzen,
insbesondere dann, wenn verlangt wird, ein Endgas zu erzeugen, das nur noch wenig
Kohlenwasserstoffe enthält, und gleichzeitig der mittlere Energieaufwand pro Kubikmeter
Acetylen den niedrigstmöglichen Wert erreichen soll.
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Die verschiedenen hintereinandergeschalteten Lichtbögen können bei
beliebigen Drukken arbeiten. Oft ist es vorteilhaft, die ersten Lichtbögen, insbesondere
wenn sehr kohlenstoffreiche Gase behandelt werden, bei Unterdruck und die letzten,
in denen weniger kohlenstoffreiche Gase zur Verarbeitung gelangen, bei höheren Drucken
zu betreiben.
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Bei der Durchführung des Verfahrens hat es sich als nicht notwendig
erwiesen, die einzelnen Lichtbogenöfen der sich verändernden Zusammensetzung des
Gases besonders anzupassen. Es ist infolgedessen möglich, die verschiedenen Lichtbögen
alle mit ein und derselben Spannung zu betreiben, was eine große Vereinfachung der
elektrischen Anlage mit sich bringt, da man dann z. B. mehrere Lichtbögen von einem
gemeinsamen Gleichrichter aus betreiben kann.
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Das Verfahren kommt beispielsweise für zwei bis sechs, insbesondere
drei und vier Lichtbögen in Betracht. Beispiel iooo cbm eines Gases von folgender
Zusammensetzung: i % H2, i o/o N2,b 6eo C H4, a6,5% C2H6, 445% C3Ha, 2i% C"Hro werden
nacheinander durch drei elektrische Lichtbögen geleitet. Das jeweils gebildete Acetylen
wird katalytisch bei 300° in Acetaldehydübergeführt, der dann mit Wasser ausgewaschen
wird. In dem ersten Lichtbogen, der mit 4ooo Volt und z75 Amp. betrieben wird, werden
140 cbm Acetylen in Form eines i o %igen Gasgemisches gebildet. Im zweiten Lichtbogen,
dessen Belastung 66oo Volt und
a75Amp. beträgt und in den etwa -iz5ocbm
Restgas aus der vorhergehenden Behandlung eingeführt werden, entstehen ?15 cbm Acetylen
in Form eines i a %igen Gases und im dritten Lichtbogen, -dessen Belastung 66oo
Volt und 6o5 Amp. beträgt und in den etwa 1575 Cbm Restgas aus der zweiten Behandhing
gelangen, 420 cbm Acetylen in Form eines 17%igen Gases. Der Energieaufwand ist im
ersten Lichtbogen 7,85 kWh pro Kubikmeter Acetylen, im zweiten Lichtbogen 8,¢5 kWh
pro Kubikmeter Acetylen und im dritten Lichtbogen 9,5 kWh pro Kubikmeter Acetylen.
Insgesamt entstehen also
770 cbm Acetylen bei einem mittleren Energieaufwand
von 8,9 kWh pro Kubikmeter Acetylen. Das Restgas (etwa
| .ZOaD2 eo cbm) enthält nach Umwandlung des Ace- |
tylens und Entfernung des gebildeten Aldehyds noch 5% ungesättigte Kohlenwasserstoffe
und 2o%- paraffinische Kohlenwasser-Stoffe (im wesentlichen Meth.än); es sind somit-
59% des ursprünglich zur Verfügung stehenden Kohlenstoffes in Acetylen umgewandelt
worden. Die Rußbildung beträgt im Mittel nur ,i % des gebildeten Acetylens. Eine
nochmalige Behandlung dieses Gases im Lichtbogen lohnt sich wegen des geringen Gehaltes
an Kohlenwasserstoffen und des dadurch erforderlichen großen Energieaufwandes für
das Acetylen. nicht mehr.
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An Stelle des dritten Lichtbog6nofens können in obigem Beispiel auch
zwei parallel geschaltete Lichtbogenöfen verwendet werden, von denen jeder mit ddoo
Volt und 302 Amp. betrieben wird. Der Energieaufwand ist hierbei praktisch
derselbe und auch die Ausbeute an Acetylen in der dritten Stufe.