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Verfahren und Vorrichtung zur Hitzespaltung von spaltbaren Verbindungen
Die
Erfindung bezieht sich auf die Pyrolyse oder Hitzespaltung vor organischen Verbindungen
und insbesondere auf ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung
für die Wärmespaltung reaktionsfähiger Stoffe, z. B. niederer aliphatischer Säuren
und Ketone, in einem Röhrenspaltofen.
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Es ist bekannt, daß pyrolytische Reaktionen unter Zersetzung und
Spaltung von organischen Stoffen endotherm sind und daß diese Reaktionen in einer
oder mehreren erhitzten Röhren durchgeführt werden, welche von außen mit beträchtlichen
Wärmemengen versorgt werden müssen. Da diese Reaktionen endotherm sind, so folgt,
daß das Ausmaß und der Wirkungsgrad, mit welcher die Spaltungsreaktion fortschreitet,
Funktionen der Temperatur sind, welche in dem Reaktionsgemisch aufrechterhalten
werden kann, und daß diese Temperatur ihrerseits unmittelbar durch das Maß beeinflußt
wird, in welchem das Reaktionsrohr Wärme aus der Umgebung aufnehmen kann..
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Um solche Reaktionen so wirksam wie möglich zu begünstigen, erhalten
die Reaktionsroh, re üblicherweise die Gestalt von langen Rohren oder Schlangen
mit einem günstigen Verhältnis von Oberfläche zu Volumen. Diese Rohre liegen in
einem Ofen und werden dadurch erhitzt, daß Verbrennungsgase in innige Berührung
mit den das zu spaltende Material enthaltenden Rohren gebracht werden. Es ist klar,
daß das Ausmaß, in welchem ein Reaktionsrohr Wärme aus den Verbrennungsgasen aufnehmen
kann, von der Temperatur der Gase abhängt, und daß eine höhere Gastemperatur
ein
schnelleres fJberfreten der Wärme auf das Rohr fördern wird.
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Bisher sind Spaltanlagen für die Hitzespaltung von niederen aliphatischen
Säuren~und Ketonen auf die Verwendung eines Brennstoffs mit niedrigem Heizwert,
wie fk Generatorgas, beschränkt worden, -welches unter Erzeugung einer leuchtenden
Flamme und niederen Temperatur gewöhnlich unterhalb etwa I3000 verbrennt. Brennstoffe
mit hohem Heizwert, wie Butan oder Propan, welche unter Erzeugung einer hohen Temperatur
mit nicht leuchtender Flamme und mit Flammentemperaturen von etwa I6000 oder höher
verbrennen, sind noch niemals bisher erfolgreich benutzt worden, um die Wärme für
solche Spaltanlagen zu liefern. Diese Beschränkung im Brennstoff ist großenteils
dadurch bedingt worden, daß ungewöhnlich hohe Flammentemperaturen das Leben der
Reaktionsrohre durch Überhitzung stark verringern. Wenn die Rohre beständig Temperaturen
über etwa 11000 ausgesetzt sind, sind sie frühzeitigem Verschleiß unterworfen.
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Bei der technischen Herstellung von Keten werden Essigsäuredämpfe,
z. B. in Gegenwart eines Katalysators, durch in einem Ofen angeordnete Reaktionsrohrschlangen
aus hitzefester Legierung geleitet. Der zur Durchführung der Spaltung notwendige
Wärmebedarf wird dadurch geliefert, daß Verbrennungsgase in innige Berührung mit
den die Essigsäuredämpfe enthaltenden Reaktionsrohrschlangen gebracht werden. Bisher
haben technische Anlagen zur Erzeugung von Keten durch Wärmespaltung von Essigsäure
Generatorgas zur Lieferung der Spaltungswärme verwendet. Da Generatorgas naturgemäß
mit einer langen, trägen, voll leuchtenden Flamme brennt, ist es notwendig gewesen,
die Spaltöfen so zu konstruieren, daß sie. diese Art von Spaltungswärme verwenden
können. Die i ; Öfen sind mit einer Reihe von Kammern gebaut worden, wobei eine
von der anderen durch partielle Trenn-oder Stauwände getrennt ist. Der Brennstoff
wird im Ofen in einer besonderen Verbrennungskammer verbrannt und die Verbrennungsgase
werden in einem Zickzackweg um die Stauwände herum und durch die die Rohrschlangen
enthaltenden Ofenkammern geführt. Eine solche Anordnung bedeutet notwendigerweise,
daß innerhalb der Reaktionszone des Ofens ein auffallendes Temperaturgefälle besteht,
denn die Gase sind offensichtlich am heißer sten, wenn sie zuerst die Rohrschlangen
berühren, und werden bei ihrem Durchgang durch den Ofen rasch kühler. Da die Wärmespaltungsreaktion
in hohem Grade endotherm ist, ist es augenscheinlich, daß der Wirkungsgrad der Reaktion
deutlich niedriger mit niedrigen Temperaturen wird. In Wirklichkeit bedeutet dies,
daß der Teil der Rohrschlange, in welcher das Spalten tatsächlich, stattfindet,
auf den Teil beschränkt ist, welcher sich nur mit den heißesten Gasen in Berührung
befindet.
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Es ist daher ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zu schaffen, um eine verbesserte Verteilung der Wärme bei einer Wärmespaltungsreaktion
zu erhalten und einen Brennstoff mit hohem Heizwert zu verwenden, welcher mit einer
Flammentemperatur von iiber etwa I6000 verbrennt.
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Grundsätzlich besteht das Verfahren zur Erzielung einer besseren
Verteilung der notwendigen Wärmezufuhr für eine Wärmespaltungsreaktion gemäß der
Erfindung darin, daß primäre heiße Verbrennungsgase in einer ersten Heizzone erzeugt,
diese primären heißen Verbrennungsgase in Berührung mit einem Reaktionsrohr gebracht,
zusätzliche heiße Verbrennungsgase in mindestens einer anderen Heizzone erzeugt,
diese zusätzlichen heißen Verbrennungsgase in Berührung mit dem Reaktionsrohr und
in die primären heißen Verbrennungsgase hinein gebracht und reaktionsfähige Stoffe
durch das Reaktionsrohr geleitet werden. Wenn ein Brennstoff mit hohem Heizwert,
wie Butan oder Propan, zur Lieferung des Wärmebedarfs für die Wärmespaltungsreaktion
gebraucht wird, besteht das Verfahren darin, daß eine erste größere Menge von heißen
Verbrennungsgasen durch Verbrennen des Brennstoffs mit hohem Heizwert in einer ersten
Heizzone erzeugt, die Temperatur der primären heißen Verbrennungsgase in der ersten
Heizzone geregelt wird, die Gase mit geregelter Temperatur in Berührung mit dem
Reaktionsrohr gebracht und zusätzliche Wärme der Wärmespaltungsreaktion durch Einführung
frischer heißer Verbrennungsgase in die primären Verbrennungsgase hinein innerhalb
der Reaktionszone zugeführt wird. Bei gewissen Brennstoffen mit hohem Heizwert,
wie z. B. Brennöl, ist es erwünscht, die Temperatur der frischen, heißen, in die
Verbrennungszone eingeführten Verbrennungsgase zu regeln.
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Die Vorrichtung zur Durchführung dieses erfindungsgemäßen Verfahrens
besitzt eine erste Heizzone, eine an die erste Heizzone angrenzende Reaktionszone,
ein in der Reaktionszone angeordnetes Reaktionsrohr, in der ersten Heizzone angeordnete
Mittel zum Verbrennen des primären Brennstoffs, wenigstens eine zusätzliche, von
der ersten Heizzone getrennte und an die Reaktionszone angrenzende Heizzone und
zusätzliche in der bzw. den zusätzlichen Heizzonen angeordnete Mittel zum Verbrennen
des zusätzlichen Brennstoffs. Wenn ein Brennstoff mit hohem Heizwert zur Lieferung
des Wärmebedarfs für die Wärmespaltungsreaktion verwendet wird, ist die Vorrichtung
mit in der ersten Heizzone angeordneten, zur Einführung eines Kühlmittels, wie Wasserdampf,
in die primären, heißen Verbrennungsgase dienenden Mittel versehen. Das Kühlmittel
mischt sich mit den primären, heißen Verbrennungsgasen in der ersten Verbrennungszone
und regelt deren Temperatur vor der Berührung mit dem Spaltrohr. Die Vorrichtung
kann in Verbindung mit den Mitteln zur Verbrennung des zusätzlichen Brennstoffs
mit in den zusätzlichen Heizzonen angeordneten Mitteln zur Einführung eines Kühlmittels
in die zusätzlichen heißen Verbrennungsgase zur Regelung ihrer Temperatur versehen
sein.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist zur Erläuterung
der Erfindung in den Zeich-
nungen dargestellt, worin gleiche Bezugszeichen
stets gleiche Teile bezeichnen. Es stellt dar Fig. 1 einen senkrechten Schnitt entlang
der Längsachse eines erfindungsgemäßen Ävärmespaltungsofens, Fig. 2 einen waagerechten
Schnitt entlang Linie 2-2 von Fig. I, Fig. 3 einen waagerechten Schnitt entlang
Linie 3-3 von Fig. I und Fig. 4 einen waagerechten Schnitt entlang Linie 4-4 von
Fig. I.
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Nach en Zeichnungen ist ein aus feuerfestem Material gebauter Ofen
11 mit einer Vorheizkammer 12, einer Überhitzungskammer 13 und einer Spaltkammer
14 versehen. Die Spaltkammer 14 ist erueblich länger als die Vorheiz- und Oberhitzungskammern.
Eine Vorheizrohrschlange I5 mit Einlaßrohr I6 ist in der Vorheizkammer I2, eine
mit der Vorheizschlange 15 verbundene Überhitzungsrohrschlange 17 ist in der Überhitzungskammer
13 und eine mit der Überhitzungsschlange 17 verbundene Spalt- oder Zersetzungsrohrschlange
18 ist in der Spaltkammer 14 angeordnet. Vorheizschlange 15 und Überhitzungsschlange
I7 sind durch eine U-förmige Leitung 19 und in gleicher Weise Überbitzungsschlange
I7 mit der Spaltschlange 18 durch eine U-förmige Leitung 21 verbunden. Wie dargestellt,
befinden sich die die Schlangen verbindenden Leitungen 19 und 21 außerhalb des Ofens.
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Gewünschtenfalls können sie aber auch innerhalb angeordnet sein. Spaltschlange
I8 ist mit einem Auslaßrohr 22 versehen. Infolgedessen bilden die Schlangen 15,
I7 und I8, die Verbindungsleitungen 19 und 2I und ein Einlaßrohr I6 und Auslaßrohr
22 zusammen eine verlängerte Reaktionszone.
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Es ist zu beachten, daß die Vorheizschlange I5 und Überhitzungsschlange
17 einen wesentlichen Teil der Kammern 12 und I3 ausfüllen, während die Spaltschlange
18 im oberen Teil der Spaltkammer 14 angeordnet ist und den unteren Teil der Kammer
für noch zu beschreibende Verbrennungs-und Regelungszwecke frei läßt.
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Gemäß Fig. 4 sind Vorheizkammer 12 und Überhitzungskammer 13 am Boden
mit einem Durchlaß 23 verbunden, welcher sich durch die die zwei Kammern trennende
Ofenwand erstreckt. Der Durchlaß ist ferner so vergrößert, daß er in der Vorheizkammer
12 am Boden eine Trennwand 24 aus wärmefestem Material und eine entsprechende Trennwand
25 in der Überhitzungskammer 13 umschließt. Die Trennwände 24, 25 sind mit einer
Mehrzahl von Kanälen 24' und 25' versehen, welche Verbindung zwischen den Kammern
I2 und I3 und dem Durchlaß 23 schaffen. Gemäß Fig. 2 sind Überhitzungskammer I3
und Spaltkammer 14 oben mit einem Durchlaß 26 versehen, welcher sich durch die die
Kammern trennende Ofenwand erstreckt. Der Durchlaß ist ferner so vergrößert, daß
er eine Trennwand 27 aus feuerfestem Material oben in der Überhitzungskammer 13
und eine entsprechende 28 oben in der Spaltkammer 14 einschließt. Die feuerfesten
Trennwände 27 und 28 sind mit einer Mehrzahl von Kanälen 27' und 28' versehen, welche
Verbindung zwischen den Kammern I3 und 14 und dem Durchlaß 26 schaffen.
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Nach den Zeichnungen ist die Kammer 12 mit einer Auslaßleitung 29
mit Regelklappe 31 versehen.
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Der Auslaß 29 führt zu einem inchtgezeichneten Schornstein. Kammer
12 ist auch mit einem rohrförmigen Teil 32 versehen, welcher konzentrisch innerhalb
des von der Vorheizschlange 15 umschlossenen Raumes angeordnet ist. Teil 32 bildet
eine Verlängerung der Austrittsleitung 29 bis zu einem Punkt, welcher annähernd
in Höhe des oberen Endes der Vorheizschlange 15 sich befindet.
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Überhitzungskammer I3 ist mit einem zylindrischen, oben verschlossenen
und konzentrisch in dem von der Üherhitzungsschlange I7 eingeschlossenen Raum angeordneten
Teil 33 versehen. Teil 33 erstreckt sich vom Boden der Überhitzungskammer 13 bis
etwa an das obere Ende der Rohrschlange.
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Der rohrförmige Teil 32 und der zylindrische 33 wirken als Raumverrringerer
für die in die Kammern 12 und 13 eintretenden Gase.
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Kammer 14 ist am Boden mit einem verstellbaren, zentral angeordneten
Brenner 34 versehen. Eine Mehrzahl von verstellbaren Brennern 35 ist senkrecht in
den Wänden der Kammer 14 in dem Raum unterhalb der Schlange 18 angeordnet. Brenner
34 und 35 erzeugen eine erste größere Menge an primären, heißen Verbrennungsgasen,
welche einen Teil des Wärmebedarfs für die Wärmespaltungsreaktion liefern. Der Verbrennungsraum
in Kammer I4, in welchen sich die Brenner 34 und 35 erstrecken, wird als erste Heizzone
bezeichnet. Diese erste Heiz- oder Wärmeerzeugungszone grenzt an die die Spaltschlange
18 enthaltende Wärmespaltungszone an.
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Eine Mehrzahl von einstellbaren Kühldüsen 36 ist senkrecht in den
Wänden der Kammer 14 abwechselnd mit Brennern 35 angeordnet. Brenner 35 und Kühldüsen
36 sind senkrecht in zwei Reihen angeordnet (Fig. 4) und eingerichtet, um Brennstoff
zu verbrennen bzw. in der gleichen Drehrichtung ein Kühlmittel in Kammer 14 einzuspritzen.
Durch diese Anordnung werden Kühlmittel und primäre Verbrennungsgase rasch und innig
vermischt und die Temperatur der primären Verbrennungsgase in der primären Heizzone
wird so eingestellt und geregelt. Zusätzlich wird eine Drehbewegung den Verbrennungsgasen
bei ihrem Aufsteigen mitgeteilt, und dadurch werden die heißen Gase in innige Berührung
mit der Spaltschlange Is gebracht.
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Kammer 14 wird mit einem gasbeheizten Ringraum 37 versehen, welcher
konzentrisch in den Mauerwänden um einen Punkt etwa in der Mitte zwischen den zwei
Enden der Schlange 18 angeordnet ist. Ring 37 hat eine innere, feuerfeste Trennwand
38 mit einer Mehrzahl von radialen Kanälen 38', welche sich in die Spaltkammer 14
öffnen und Verbindung zwischebn dem ringraum und der Kammer 14 schaffen (Fig. 3).
Eine Mehrzahl von einstellbaren Brennern 39 ist in der Ofenwand angeordnet und brennt
tangential in den Ringraum 37 hinein in gleicher Drehrichtung. Der Ringraum 37
erzeugt
durch die Brenner 39 eine zweite Menge von heißen Verbrennungsgasen, welche durch
die Kanäle 38' in die Spaltkammer 14 gehen und sich mit den primären Verbrennungsgasen
in der Spaltzone des Ofens vermischen, um den zusätzlichen temperaburgeregelten
Wärmebedarf für die Wärmespaltungsreaktion zu liefern. Der Verbrennungsraum im Ring
37, innerhalb dessen die sekundären Brenner 39 brennen, wird als zweite Heiz- oder
Erhitzungszone bezeichnet. Der gasbeheizte Ringraum 37 stellt ein wirksames Mittel
dar, um eine verbesserte Verteilung der Wärmezufuhr für die Wärmespaltungsreaktion
und für das Regeln und Einstellen der Temperatur der Verbrennungsgase in der Reaktionszone
des Spaltofens. zu liefern. Die frischen Verbrennungsgase stoßen beim Durchgang
in Kammer 14 unmittelbar auf die dem Ring benachbarten Windungen der Schlange I8,
aber ein unmittelbares Aufschlagen der Gasflamme wird durch die feuerfeste Trennwand
38 verhütet. Leitungen oder Düsen für ein Kühlmittel können in Verbindung mit den
Brennern 39 zur Regelung der Temperatur der darin erzeugt ten Verbrennungsgase angeordnet
sein.
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Eine Mehrzahl von in den Ofenwänden angeordneten einstellbaren Brennern
41 brennt schräg in den Durchlaß 26 hinein in Richtung der Gasbewegung durch den
Durchlaß. Diese Brenner erzeugen eine zusätzliche dritte Lieferung an heißen Verbrennungsgasen,
welche sich mit den primären und sekundären Verbrennungsgasen mischen und den zusätzlichen
temperaturgeregelten Wärmebedarf für die Wärmespaltungsreaktion liefern Der Raum
im Durchlaß 26, in welchen hinein die dritten Brenner 41 brennen, wird als dritte
Heiz- oder Erhitzungszone bezeichnet. Diese zusätzliche, im Durchlaß 26 entstehende
Brennerleistung stellt ein wirksames Mittel zur Erzielung einer verbesserten Verteilung
der Wärmezufuhr für die Wärmespaltungsreaktion und für die Regelung und Einstellung
der Temperatur der Yerbrennungsgase in der Reaktionszone des Spaltofens dar. Leitungen
oder Düsen für ein Kühlmittel können in Verbindung mit den Brennern 41 zur Regelung
der Temperatur der darin erzeugten Verbrennungsgase angeordnet sein.
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Die zusätzliche, von den frischen Verbrennungsgasen aus dem gasbeheizten
Ringraum 37 und von den im Durchlaß 26 erzeugten Verbrennungsgasen gelieferte Wärmemenge
erhält eine fast konstante Temperatur in den Verbrennungsgasen über einen beträchtlichen
Teil der Reaktionszone aufrecht. Infolgedessen besteht eine erheblich verbesserte
Verteilung der Wärmezufuhr für die endotherme Reaktion. Hieraus ergibt sich eine
verstärkte Erzeugung an Spaltprodukten, weil eine viel größere Fläche des Reaktionsgefäßes
auf den besten Spalttemperaturen gehalten wird.
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Wenn ein Brennstoff mit niedrigem Heizwert, wie z. B. Generatorgas,
verwendet wird, wird das Gas in der ersten Heizzone verbrannt und die heißen Verbrennungsgase
steigen aufwärts und kommen in Berührung mit der Spaltschlange 18 in der Spaltkammer
14. Die primären heißen Verbrennungslgase werden dann durch die sekundären heißen
Verbrennungsgase ergänzt, welche in dem gasbeheizten Ringraum 37 erzeugt werden.
Die vereinigten Verbrennungsgase treten dann in den Durchlaß 26 und werden weiterhin
durch die tertiären heißen, in den Brennern 41 erzeugten Verbrennungsgase ergänzt.
Die vereinigten Verbrennungsgase treten dann in die Überhitzungskammer I3 ein, wo
sie in Berührung mit der Uberhitzungsschlange I7 kommen. Die Gase gehen dann abwärts
weiter und durch den Durchlaß 23 in die Vorheizkammer 12, wo sie in Berührung mit
der Vorheizschlange 15 kommen. Von hier werden sie durch das rohrförmige Glied 32
abgeführt und gehen aus Leitung 29 heraus. Essigsäuredämpfe, gegebenenfalls mit
Katalysatorgehalt, werden in den Ofen durch Einlaßrohr 16 eingeführt und gehen nacheinander
durch VorheizschlangeI5, Überhitzunigsschlange I7 und Spaltschlange I82 worin sie
auf Spaittemperatur erhitzt und zur Lieferung von Keten gespalten werden, und die
gespaltenen Produkte werden aus Auslaßrohr 22 entfernt.
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Wenn mit einem Brennstoff mit hohem Heizwert, z. B. Propan, gearbeitet
wird, wird das Propan in der ersten Heizzone verbrannt und ein Kühlmittel, z. B.
Wasserdampf, in die primären, heißen Verbrennungsgase in der ersten Heizzone in
ausreichen der Menge eingeführt, um die Temperatur der Verbrennungsgase in der ersten
Heizzone auf die gewünschte Höhe einzustellen und zu regeln.
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Eine Verbrennamgsgastemperaturzwischen etwa 800 und 11000 ist für
die Wärmespaltung von Essigsäure zur Bildung von Keten bevorzugt. Von diesem Punkt
an wird am besten in der gleichen Weise wie beim Arbeiten mit einem Brennstoff mit
niedrigem Heizwert, z. B. Generatorgas, gearbeitet, vorausgesetzt naturgemäß, daß
die Temperaturen der sekundären und tertiären heißen Verbrennungsgase, wenn gewünscht,
durch Einführung eines Kühlmittels, wie Wasserdampf, geregelt werden können.
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Bei der in Fig. I dargestellten Ausführungsform enthält der Ofen
eine Mehrzahl von waagerecht nebeneinander angeordneten Kammern, welche unter sich,
d. h. mit der angrenzenden Kammer vermittels Durchlässen, verbunden sind, wobei
die Reaktionsschlangen vor direkter Berührung durch die Flammen mittels von Kanälen
durchdrungener feuerfester Wände geschützt sind. Statt dessen können auch andere
Anordnungen benutzt werden.
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Zum Beispiel kann der Ofen mit senkrechter Anordnung mehrerer Kammern,
eine über der anderen und mit verbindenden Durchlässen, gebaut werden. Der Ofen
kann auch mit einer einzigen langen Kammer gebaut werden, und es bedarf dann keiner
verbindender Durchlässe. Bei dieser Ausführungsform kann der Reaktionsraum, an Stelle
einer Mehrzahl von hintereinander angeordneten und miteinander verbundenen Rohrschlangenteilen
eine einzige lange Rohrschlange oder irgendein anderes geeignetes Gebilde mit einem
guten Verhältnis von Oberfläche zu Volumen ! darstellen. Der
Ofen
besteht üblicherweise aus feuerfestem Material, z. B. Ziegeln, die übereinandergelegt
und an der Außenseite zwecks Isolierung bedeckt sind.
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Das Reaktionsgefäß ist in bekannter Weise aus einem geeigneten Material
konstruiert, welches bei Spalttemperatur korrosionsfest ist, und zwar sowohl gegenüber
den Reaktionsteilnehmern wie den angewendeten heißen Verbrennungsgasen.
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Jede Verbindung von Brennern kann in der ersten Heizzone zur Lieferung
der primären, heißen Verbrennungsgase benutzt werden. Normalerweise wird eine ausreichende
Brennerleistung benutzt werden, um genügend Wärme zu liefern, damit ein beträchtlicher
Teil der Spaltrohrschlange auf der besten Spalttemperatur bei normalem Materialdurchgang
gehalten werden kann.
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Wie vorher erwähnt, kann der Brennstoff ein solcher mit niedrigem
Heizwert, wie z. B. Generatorgas, sein, welcher mit einer Flamme von niedriger Temperatur
üblicherweise unter I3000 brennt. In diesem Fall ist keine Regelung oder Kontrolle
der Temperatur der primären Verbrennungsgase in der ersten Heizzone erforderlich,
bevor sie das Reaktionsgefäß in der Reaktionszone berühren.
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Vorzugsweise wird als Brennstoff ein solcher mit hohem Heizwert,
wie z. B. Propan, Butan, Brennöl, oder ein anderer verwendet, welcher mit einer
Flamme von hoher Temperatur von etwa I6000 oder höher brennt. In diesem Fall müssen
die primären Verbrennungsgase in bezug auf die Temperatur in der ersten Heizzone
geregelt oder eingestellt werden, bevor sie mit dem Spaltrohr in Berührung kommen.
Dies wird durch Einführen von genügend Kühlmitteln, wie Wasserdampf, in die primären
Verbrennungsgase in der ersten Heizzone bewirkt, um ihre Temperatur auf Werte unterhalb
etwa I3000 ZU verringern. Jede Vereinigung von Kühldüsen kann benutzt werden, um
die gewünschte Regelung und Kontrolle der Temperatur der primären Verbrennungsgase
in der ersten Heizzone zu bewirken.
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Bei der in Fig. I und 4 dargestellten Ausführungsform sind Brenner
und Kühldüsen abwechselnd in zwei senkrechten Reihen in den Kammerwänden angeordnet,
um tangential in der gleichen Drehrichtung zu brennen bzw. Kühlmittel in die erste
Heizzone einzuspritzen. Diese Anordnung ist sehr vorteilhaft, da sie eine wirksame
Durchmischung des Kühlmittels mit den primären heißen Verbrennungsgasen in der ersten
Heizzone gestattet.
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Das bevorzugte Kühlmittel gemäß der Erfindung ist Wasserdampf. Indessen
sind auch andere Kühlmittel zufriedenstellend, wie Stickstoff, Kohlendioxyd oder
andere inerte Gase. Auch Wasser in flüssiger Form ist brauchbar. Genügend Kühlmittel
wird angewendet, um die Temperatur der primären Heizgase auf einem I3000 nicht überschreitenden
Wert zu halten und die Temperatur der primären Verbrennungsgase im wesentlichen
auf diese Höhe innerhalb der ersten Heizzone einzustellen.
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Gemäß der Erfindung ist mindestens ein gasbeheizter Ringraum vorgesehen,
um zusätzliche und kontrollierte Wärmezufuhr für die Wärmespaltungsreaktion zu liefern.
Nach der in Fig. I dargestellten Ausführungsform ist der Ring g konzentrisch in
den Kammerwänden um einen etwa in der Mitte der Spaltschlange befindlichen Punkt
angeordnet. Indessen kann dieser Ringraum in geeigneter Weise an anderen Punkten
innerhalb oder neben der Reaktionszone des Ofens angeordnet sein. Zusätzliche gleiche
gasbeheizte Ringräume können an geeigneten Punkten innerhalb oder neben der Reaktionszone
angeordnet sein. Es liegt im Bereich der Erfindung, daß die für die Reaktion erforderliche
Wärme ganz durch eine Mehrzahl von geeignet angeordneten, gasbeheizten Ringräumen
geliefert werden kann. Diese Ringräume sind vorzugsweise aus Steinen aus Siliciumkarbid
gebaut, welches ein hohes Maß an Wärmeleitfähigkeit besitzt und daher eine hohe
Temperaturen, ausstrahlende Oberfläche für die Wärmeübertragung auf die Windungen
der angrenzenden Robrschlange darbietet.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist eine Mehrzahl von Brennern
angeordnet, um in den die Spaltkammer mit der Uberhitzungskammer verbindenden Durchlaß
hineinzubrennen. An Stelle dieser Anordnung können die Brenner auch derart angeordnet
sein, daß sie in den die Überhitzungskammer mit der Vorheizkammer verbindenden Durchlaß
hineinbrennen, oder die Brenner können so angebracht sein, daß sie in beide Durchlässe
hineinbrennen.
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Jede gewünschte Verbindung von Brennern in dem gasbeheizten Ringraum
oder den Ringräumen und von in die Durchlässe hineinbrennenden Brennern kann gebraucht
werden. Die einzige Bedingung ist ausreichende Brennerleistung, um eine gleichmäßige
Verteilung der Wärmezufuhr für die Wärmespaltungsreaktion über einen wesentlichen
Teil der Reaktionszone aufrechtzuerhalten und zu regeln.
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Für bestimmte Arten von Brennstoff mit hohem Heizwert, z. B. Brennöl,
ist es erwünscht, in Verbindung mit jedem Mittel zur Erzeugung g heißer Verbrennungsgase
innerhalb des Systems angeordnete Kühlmittel vorzusehen, um die Temperatur dieser
Gase in geeigneter Weise zu regeln und eine gleichmäßige Verteilung der Wärmezufuhr
für die Wärmespaltungsreaktion über einen wesentlichen Teil der Reaktionszone zu
sichern.
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Die folgenden Beispiele zeigen drei Wege, auf welchen das Grundsätzliche
der Erfindung verwirklicht worden ist. Es ist indessen zu beachten, daß die Beispiele
nur rein erläuterungsweise gegeben werden und keine Beschränkung der Erfindung darstellen.
In den Beispielen wird Keten durch Zersetzung von Essigsäure in der in den Zeichnungen
dargestellten Vorrichtung erzeugt, worin jeder der Brenner 34, 35, 39 und 4I eine
Nenn-oder berechnete Leistung von 680 400 000 cal, I26 000 000 cal, 50 400 000 cal
bzw. 50 400 000 cal Heizwert je Stunde bei Verwendung von Propan als Brennstoff
besitzt. Das gebildete Keten wird dann in einer mit dem Spaltofen verbundenen Vorrichtung
mit Eis
essig zur Erzeugung von Essigsäureanhydrid in Verbindung
gebracht.
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B e i s p i e l 1 Vier Brenner 35 wurden mit Generatorgas als Brennstoff
beheizt, um eine erste größere Menge von heißen VErbrennungsgasen zu liefern. Wasserdampf
wurde durch die an der untersten Stelle angeordnete Kühldüse 36 zur Kontrolle und
Regelung der Temperatur der heißen Verbrennungsgase in der ersten Heizzone eingeführt.
Die temperaturgeregelten Gase wurden in Berührung mit der Spaltschlange 18 gebracht
pnd durch von den zwei im gasbeheizten Ringraum 37 hineinbrennenden und Propan als
Brennstoff verbrauchenden Brennern 39, erzeugte Yerbrennungsgase ergänzt.. Die Verbrennungsgase
wurden ferner durch mittels der zwei ebenfalls Propan als Brennstoff verbrauchenden.
und in dem. die Spaltkammer 14 mit Überhitzungskammer I3 verbindenden Durchlaß 26
ilineinbrennenden Brennern 41 erzeugte VErbrennungsgase ergänzt. Einen Katalysator
enthaltende Essigsäuredämpfe wurden in das Einlaßrohr 16 in einem Verhältnis von
etwa 454 kg pro Stunde durchgeschickt. Brenner und Dampfdüsen waren so eingestellt,
daß die, Temperatur der, Gase in der ganzen Spalt- und Überhitzungskammer zwischen
etwa 850 und 16200 gehalten wurde und auch so während des ganzen Durchsatzes blieb
; das ist auf einer Höhe, um die Wärmespaltungsreaktion mit bestem Wirkungsgrad
zu fördern Diese scharfe Temperaturkontrolle über efnen beträchtlichen Teil der
Reaktionszone wurde durch Regelung der Temperatur der primären Gase in der ersten
heizzone und durch Ergänzung der , temperaturgeregelten primären Verbrennungsgase
druch zusätzliche, frische, in dem gasbeheizten Ringraum und in dem die Kammern
13 und 14 verbindenden Durchlaß erzeugte Gase mölich gemacht. Eine derartige Kontrolle
ist in Abwesenheit des Kühldampfes und der ergänzenden zusätzlichen frischen Verbrennungsgase
nicht möglich. Der Gesamtpropanverbrauch war etwa 90 kg pro Stunde. Annähernd 1360
kg Luft pro Stunde wurden den Brennern zum Verbrennen des -Propans zu- und etwa
340 kg Dampf pro Stunde wurden eingeführt, um die Temperatur der primären heißen
Verbrennungsgase zu regeln. Das gebildete Keten Wurde mit Einsessig in einem zusätzlichen,
mit dem Spaltofen verbundenen Apparat zur Gewinnung von Essigsäureanhydrid in Reaktion
gebracht. Eine Ausbeute von. 0,454 kg Essigsäureanhydrid für je 0,554 kg durch den
Spaltofen durchgeschickte Essigsäure wurde erhalten, während die theoretische Ausbeute
0,454 kg Essigsäureanhydrid für je-o53-5kg Essigsäure beträgt. Somit ergibt sich
eine zufriedenstellente Ausbeute an Keten bei einem hohen Wirkungsgrad, B e i s
p i e l 2 Brenner 34 wurde mit Propangas als als 13rennstoft beheizt, um einen Vorrat
an primaren heißen Verbrennungsgasen zu erzeugen. Wasserdampf. wurde durch die an
der untersten Stelle angeordnete Kühldüse 36 zur Kontrolle und Regelung der Tempe
ratur der heiMen Verbrenbnungsgae in der ersten Heizzone eingeführt. Die temperaturgeregelten
Gase wurden in der Spaltkammer durch von den zwei in den gasbeheizten Ringraum 37
hineinbrennenden und Propan als Brennstoff benutzenden Brennern 39 erzeugte Verbrennungsgase
ergänzt. Die Verbrennungsgase wurden ferner durch von den zwei ebenfalls Propan
als Brennstoff verbrauchenden Brennern 41 erzeugte Verbrennungsgase ergänzt. Diese
Brenner brannten in dem die Spaltkammer 14 mit der Überhitzungskammer 13 verbindenden
Durchlaß. Einen Katalysator enthaltende Essigsäuredämpfe wurden in den Einlaß I6
im Verhältnis von 454 kg pro Stunde in die Vorrichtung geschickt. Brenner und Dampfdüsen
wurden so eingestellt, daß die Gastemperatur in der tganzen Spalt- und Überhitzungskammer
auf einer Temperatur zwischen etwa 850 und etwa 1020° gehalten wurde und so während
des ganzen Spaltdurchsatzes verblieb; das ist auf einer Höhe, um die Wärmespaltungsreaktion
mit bestem Wirkungsgrad zu fördern. Brennstoff-, Luft- und Dampfverbrauch waren
im wesentlichen die gleichen wie im Beispiel 1, und es wurde im wesentlichen die
gleiche Ketenausbeute mit im wesentlichen dem gleichen hohen Wirkungsgrad erhalten.
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Beispiel 3 Dieses Beispiel wurde im wesentlichen unter den gleichen
Bedingungen wie Beispiel 2 ausgeführt, aber der Durchsatz an Essigsäure auf 567,5
kg pro Stunde erhöht, Eine vergrößerte Ketenausbeute wurde ohne Verlust an Wirkungsgrad
erhalten.-Die vorstehenden Beispiele erläutern die Er findung an Fall der Zersetzung
der Essigsäure zur Erzeugung von Keten. Die Erfindung ist in keiner Weise in ihrer
Anwendung auf die Wärmespaltung von Essigsäure beschränkt. Sie ist in gleicher,
Weise für die Wärmespaltung anderer organischer Verbindungen, wie Acetpn, Methyläthylketon,
Diäthylketon, Propion- und Buttersäure, anwendbar.
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In den Beispielen ist gezeigt, daß ein Brennstoff mit hohem Heizwert
wie Propan zufriedenstellenderweise als Quelle für den Wärmebedarf einer Wärmespaltungsreaktion
verwendet werden kann. die Temperatur dr primären heißen Verbrennungsgase wurde
in zufriedenstellender Weise in der ersten Heizzone durch Verwendung von Wasserdampf
als Regelungsmittel kontrolliert und geregelt.
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Eine verbesserte Verteilung der Wärmezufuhr für die Wärmespaltungsreaktion
wurde in den Bei spielen dadurch angezeigt, daß die Temperatur der Gase in der ganzen
Spalt- und Überhitzungszone im wesentlichen die gleiche war.
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Die Vorteile des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung
sind verschiedene. Ein Brenn stoff mit hohem Heizwert kann als Quelle für den Wärmebedarf
der Wärmespaltungsreaktion verwendet werden, wodurch die Anlage- und Unterhaltungskosten
und die Kosten für den Betrieb einer Generatorgasfabrik beseitigt werden. Die Temperatur
der zur Lieferung der Wärme für die Wärme-
spaltungsreaktion gebrauchten
Verbrennungsgase wird über einen wesentlichen Teil der Reaktionszone eingestellt
und geregelt und eine wesentlich verbesserte Verteilung der Wärmezufuhr für die
Wärmespaltungsreaktion wird erhalten.