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Vorrichtung zur Herstellung gasförmiger Olefine Es ist bekannt, gasförmige
Olefine durch Einwirkung von Sauerstoff auf gesättigte Kohlemvasserstoffe bei erhöhter
Temperatur herzustellen, wobei die Sauerstoffmenge, um keine Flammenbildung und
Umsetzung in Acetylen zu erhalten, in bestimmten Grenzen gehalten wird, die je nach
der Art der gcsättigten Ausgangskohlemvasserstoffe und der Höhe des Druckes verschieden
sind: hei Propan setzt man beim Arbeiten unter gewöhnlichem Druck bis zu etwa 3o
Volumprozent Sauerstoff, bezogen auf das Gemisch, zti. bei Äthan etwas mehr. bei
Butan etwas weniger. Trotz dieser beschränkten Sauerstoffmengen verläuft aber die
Umsetzung anfänglich vielfach sehr stürmisch, so da(:, unerwünscht hohe Temperaturen
erreicht werden, wodurch die Ausbeute an gasförmigen Olefinen verschlechtert wird.
Um dem -entgeoenzti@wirken. hat man schon vorgeschlagen, im Vakuum zu arbeiten.
Hierdurch wird zwar verhindert, daß durch Cberhitzung die Ausbeute an Olefnen zurückgeht,
andererseits al)cr bewirkt, daß die t msctzung der Kohleii@:-asserstofte mit dem
Sauerstoff in den üblichen Apparaturen nicht vollständig verläuft. so dah entweder
ein ungewöhnlich ]an--er Reaktionsraum verwendet oder ein gewisser Sauerstoffgehalt
in clen Endprodukten in Kauf genommen werden muß.
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Die erwähnten Nachteile lassen sich auch dadurch nicht vermeiden,
dah man die sstoffe aus einem engen Vorheizrohr in ein erweitertes Reaktionsruhr
leitet, wie es
für die Umsetzung von I%ohlenwasserstoffen zu @letmen
schon vorgeschlagen wurde. Auch in diesem Falle enthalten die Endgase noch verliältnismäl:,ig
viel Sauerstoff.
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Es wurde nun gefunden, daß man bei dci Umsetzung von gesättigten Bohle
mr-asscrstoff en rnit mehr als einem ILohlenstof atoni im Molekül, die bei gewöhnlicher
Temper:,tur gasförmig oder flüssig sind, mit Sauerstoff zu gasförmigen Olefinen
alle die genannten Nachteile vermeiden kann, und daß auch beim Arbeiten unter- gewöhnlichem
Druck oder geringem Unterdruck, z. 11. etwa o,6 at, gute Ausbeuten an gasförmigen
Olefinen und nur wenig Sauerstoff enthaltende Endgase erhalten werden, wenn man
unter Verwendung von Sauerstoffmengen, die bei dem herrschenden Druck keine Flammenbildung
und damit keine wesentliche Bildung von Acetylen bewirken, in einer @;orrichtung
arbeitet, die aus einem Zuführungsrohr Z (s. Abbildungen i für das sauerstoffhaltige
Ausgangsgemisch und einem Reaktionsrohr besteht, dessen erster Teil I unter trichterförmiger
Erweiterung mit dem Zuführungsrohr verbunden ist und an .den sich ein nochmals trichterförmig
erweiterter Teil 11 anschließt, der sich am Ende wieder verjüngt und in ein
Ableitungsrohr =1 übergeht, wobei dis Umsetzungsräume 1 und Il gegebenenfalls mit
verschieden geforintcn Füllkörpern beschickt sein könnwn.
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Die Abb. i und 2 zeigen Ausführungsformen der Vorrichtung nach der
Erfindung. Das Verhältnis der Querschnitte des Zuführungsrohres Z zu dem erstere
Teil' des Reaktionsraumes I beträgt bei der Vorrichtung nach Abb. i ohne Füllkörper
etwa i : i i, während sich die Querschnitte der Reaktionsräume I und II zueinander
etwa wie 1 :2,5 verhalten. Bei der Vorrichtung nach Abb. 2 ist das Verhältnis der
Querschnitte rein Z zu I = i : 2, i, und die Querschnitte von 1 und II verhalten
sich zueinander wie i : 1,25.
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Während bei den bekannten Verfahren der Temperaturanstieg im Reaktionsraum
g einessen in Richturig der strömenden Gase sehr steil ist, steigt die Temperatur
in der Vorrichtung nach der Erfindung viel langsamer an und fällt auch nach Erreichen
ihres HöcIistii-ertes im zweiten Teil des Umsetzungsraumes im allgemeinen viel langsamer
wieder ab als bei den bekannten Vorrichtungen.
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In einem nach der Erfindung gestalteter: Reaktionsraum strömt infolge
des geringeren Querschnittes das Gasgemisch im ersten Teil mit erheblich höherer
Geschwindigkeit als im folgenden Teil. Es wird dadurch erreicht, dah durch die verhältnismäßig
hohe Gasgeschwindigkeit im ersten Teil der Apparatur i lierliitzuiigen vermieden
und somit gute Ausbeuten an Olefnen erhalten werden, und daß durch die- erheblich
geringere Gasgeschwindigkeit -im nächsten Teil des Reaktionsgefäßes, also da, wo
der nur noch in verhältnismäßig kleinen :Mengen vorhandene Sauerstoff sich träge
mit den Kolälemvasserstoffen umsetzt, dem Sauerstoff genügend Zeit zur Einwirkung
auf die Kohlenwasserstoff gegeben ist, so daß praktisch sauerstofffreie Endgase
erhalten werden.
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Ein weiterer Vorteil der Arbeitsweise nach der Erfindung besteht darin,
daß sich die Reaktion durch die Unterteilung des Reakti(#iisratriiies erheblich
besser beherrschen läßt, als dies bei den bekannten Verfahren, bei denen der Reaktionsraum
auf seiner ganzen I_.'-nge -einen unveränderten Querschnitt hat, der Fall ist.
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Die Vorteile, die bei Benutzung der beanspruchten Vorrichtung erzielt
werden. ergeben sich aus folgender Gegenüberstellung r. ; 5 Raumteile Äthan und
25 Raumteile Sauerstoff werden getrennt oder hei Verwendung einer Vorrichtung aus
keramischem Werkstoff gemeinsam auf etwa 6oo aufgeheizt und strömen dann mit einer
Geschwindigkeit vor. i,2 m in der Sekunde durch ein Reaktionsrohr, das auf seiner
ganzen Länge einen unveränderten Querschnitt für den Gasdurchtritt hat. Man erhält
dabei 165 Raumteile Endgas, das 250ö Äthylen und o.Sr),`o Sauerstoff enthält.
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2. Führt man das Ausgangsgasgemisch in der -]eichen Weise, aber mit
einer Geschwin-I digkeit von 6 m je Sekunde, durch das gleiche Reaktionsrohr, so
steigt zwar die Ausbeute an Äthylen im Endgas (145 Raumteile) attf 3oa'ci, das Gasgemisch
enthält ,jedoch 3.2"'o Sauerstoff-.
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3. Arbeitet man nun mit einer Vorrich tung, wie sie in Abb. i Bargestellt
ist, wobei die Gase durch das Rohr Z_ mit einer Geschwindigkeit von etwa 2o m je
Sekunde zu. strömen, so beträgt die Geschwindigkeit ini Reaktionsrahm I 6 m je Sekunde,
crrnit::igt sich dann aber im Reaktionsraum 1I, der an der in der Abbildung angegebenen
Trennlinie beginnt, infolge des gegenüber Rauin r auf das 21/^,faclie erhöhten Querschnittes
auf etwa. 2,5 In je Sekunde. Die Temperatur beträgt ein Raum I 750-1 im Raum
1( 850 '. Man erhält 16o Raumteile Endgas, das 32L.'0 :Äthylen und o,9@'a
Sauerstoff enthält.
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Nach der Erfindung gelingt es also, eine pr-,il;tiscli vollständige
Umsetzung des Sauerstoffs finit den hohlenwasserstoiten zti erzielen, was nicht
nur aus wirtschaftlichen Gründen, sondern auch für die Wciterver%i-cr1-dung der
erhaltenen Gase von Bedeutung ist, und atif'')ei-dem erhält man eine Ausbeute an
unge#ättigten Isohlenwasserstoffen, die erhe!ilich höher ist als -bei dem Arbeiten
mit geringen
Strömungsgesch«#indigkeit (i). da im letzten Falle
durch das rasche Ansteigen der Temperatur im Reaktionsgefäß infolge der stürmischen
Umsetzung von Kohlenwasserstoffen mit Sauerstoff die Ausbeute an ungesättigten Kohlenwasserstoffen
beeinträchtigt wird.
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Der geringe Querschnitt für den Gasdurchtritt im ersten Teil des Reaktionsraumes
kann außer durch entsprechende Form des Reaktionsgefäßes auch durch entsprechende
Form der im Reaktionsraum enthaltenen Füllkörper bewirkt werden. Das gleiche Ziel
wird erreicht durch Einbau von Rosten oder durch Auskleiden der Wände des Reaktionsraumes.
Man verwendet als Material für diese Einbauten oder für die Füllkörper zweckmäßig
Stoffe, welche die Reaktion nicht beeinflussen, wie z. B. Ton, Quarz oder Silimanit.
Im ersten Teil' des Reaktionsraumes verwendet man zweckniäf.iig Füllkörper von geringem
Widerstand; im zweiten Teil lassen sich auch Füllkörper höheren Widerstandes verwenden.
In allen Fällen ist darauf zu achten, dat3 im Reaktionsraum keine toten Ecken entstehen.
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In der Vorrichtung nach der Erfindung wird wie folgt gearbeitet (s.
Abb. i) : Das voreheizte Gemisch von Kohlenwasserstoffren mit, Sauerstoff gelangt
durch die Zuleitung-Z in den ersten Teil I des Reaktionsraumes, der mit Stäben,
z. B. aus Schamotte, gefüllt ist. Nachdem hier bei hoher Gasströmungsgeschwindigkeit
ein Teil des Sauerstoffs sich mit den Kohlenwasserstoffen umgesetzt hat, durchströmt
das Gasgemisch den erweiterten zweiten Teil II des Reaktionsraumes, der mit Kugeln,
z. B. aus Porzellan, gefüllt ist, und in dem bei geringer Strömungsgeschwindigkeit
der restliche Teil des Sauerstoffs auf die Kohlenwasserstoffe einwirkt. Bei A verläßt
das Endgasgemisch den Reaktionsraum.
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Die Querschnittsänderung kann statt wie bei den in den Abbildungen
gezeigten Ausführungsformen auch allmählich erfolgen, auch kann statt eines einheitlichen
Reaktionsraumes ein z. B. in Kanäle unterteilter benutzt werden.
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Die umzusetzenden Kohlemvasserstoffe, z. B. ithan oder Propan, werden
mit Sauerstoff in einem Verhältnis von etwa 7o bis 8o Volumteilen zu 2o bis
30 Volumteilen gemischt. Die Ausgangsgase werden vor Einführung in den Reaktionsraum
auf mindestens etwa q.5o e riv. ärmt. Die Temperatur steigt im ersten Teil des Reaktionsraumes
durch die bei der Umsetzung- frei werdende Wärme auf über etwa ; oo°. Im zweiten
Teil wird die Temperatur auf etwa 8oo° und darüber gehalten. Außenheizung ist im
allgemeinen nicht erforderlich.
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Die erhaltenen Gasgemische enthalten nur etwa 0,4 bis i o,'o Sauerstoff,
während in einem Reaktionsrohr gleicher Länge nachdem bisher bekannten Verfahren
bei gleicher Strömungsgeschwindigkeit Endgase mit einem Sauerstoffgehalt von mehreren
Prozenten erhalten werden.
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Eine ähnliche Wirkung wie bei Verwendung der Vorrichtung nach Abb.
i wird mit der Vorrichtung nach Abb. a erzielt. In diesem Falle enthält der Teill
des Reair-tionsraunies einen eingebauten Verdrängerkörper V. Der Übergang des Reaktionsraumes
I in den erweiterten Reaktionsraum II ist durch eine Trennlinie gekennzeichnet.
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Statt Äthan oder Propan können als Ausgangsstoffe auch höhenmolekulare
gasförmige oder flüssige Kohlenwasserstoffe, z. B. Butan, Pentan; Hexan usw., Benzin
oder Leuchtöl, verwendet werden.