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Verfahren zur Herstellung von Acetylen und Wasserstoff Es ist bereits
bekannt, Acetylen aus methan- oder anderen kohlenwasserstoffhaltigen Gasen in der
Weise herzustellen, daß die Gase bei Temperaturen oberhalb 40o° und bei niedrigen
Drücken, die z. B. bei 1/1o Atm. und darunter liegen können, mit großer Strömungsgeschwindigkeit
durch einen Reaktionsraum geleitet werden. Bei dieser Umsetzung der hohlenwasserstoffe
scheidet sich nebenher .durch thermische Spaltung Kohlenstoff unter gleichzeitiger
Bildung von Wasserstoff ab.
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Es wurde nun gefunden, daß der im Reaktionsraum in fester Form abgeschiedene
Kohlenstoff bei stärkerer Anreicherung die Umsetzung der Kohlenwasserstoffe in dem
.Sinne beeinflußt, daß ein erheblicher Teil unumgesetzt bleibt und sich in dem vom
Acetylen befreiten Endgas wiederfindet. In den meisten Fällen ist es jedoch erwünscht,
ein Endgas zu erhalten, das einen möglichst hohen Gehalt an Wasserstoff aufweist,
um es z. B. für synthetische Zwecke unmittelbar weiterverwenden zu können.
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Die Erfindung besteht nun darin, Acetylen und Wasserstoff durch kurzzeitiges
Erhitzen von gasförmigen Kohlenwasserstoffen, vorzugsweise Methan, auf Temperaturen
über 140o° bei vermindertem Druck in Regeneratoren herzustellen, wobei in an sich
bekannter Weise die Verbrennungswärme des abgeschiedenen Kohlenstoffs zur Reaktionsdurchführung
benutzt und möglichst glattes und porenfreies Füllmaterial verwandt wird. Hierbei
wird der fest abgeschiedene Kohlenstoff bei einem Wechsel von Reaktions- und Aufheizperiode
von-rund i Minute durch Verbrennung jeweils aus
dem Reaktionsraum
entfernt. Man erreicht auf diese Weise, daß bei ausreichender Acetylenausbeute nahezu
ein gesamter Umsatz der eingeführten Kohlenwasserstoffe erzielt wird. Als Füllmaterial
wird vorzugsweise kieselsäurefreie Sintertonerde verwandt. Die Entfernung des abgeschiedenen
Kohlenstoffs erfolgt durch Zuführung von Luft in ,der Aufheizperiäde, wodurch eine
Verbrennung des Kohlenstoffs unter vollständiger oder weitgehender Lieferung der
zur Aufheizung benötigten Wärme bewirkt wird. Weitere Wärmemengen können durch Verbrennung
von gasförmigem Brennstoff erzeugt werden, -der gleichzeitig mit der zur Verbrennung
.des abgeschiedenen Kohlenstoffs erforderlichen Luft zugeführt wird. Als gasförmiger
Brennstoff dient beispielsweise Koksofengas. " Das Verfahren wird durch -das nachstehende
Beispiel erläutert. Beispiel Als-K6aktionsofen wird ein mit einem Gitterwerk von
glatter, porenfreier Sintertonerde ausgefüllter Schachtofen von 4 m Höhe und
300 mm lichter Weite verwandt. Der Ofenmantel besteht aus hitzebeständigem
Chromstahl, beispielsweise aus Sichromalstahl, von etwa 5 mm Wandstärke. Er ist
umgeben von einem Außenmantel aus etwa 8 mm dickem normalem Stahl, der vom Innenmantel
durch einen zo mm breiten Luftspalt getrennt ist. Der Innenmantel ist innen ausgemauert,
im oberen heißeren Teil des Ofens mit Aluminiumoxydsteinen, im unteren Teil mit
normalen dichten Isoliersteinen, wobei größerer Wert auf,die Dichtigkeit der Steine
als auf gute Isolierung gelegt wurde. Das Gitterwerk wird aus - Platten von 8o X
&mm, jedoch verschiedener Länge gebildet, die etwas überlappt angeordnet sind.
Jede solche Lage ist gegenüber der vorhergehenden- um 9o° versetzt. Zumindest das
obere Drittel dieser Füllung besteht aus glattem, porenfrei gebranntem Aluminiumoxyd.
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Der Arbeitsgang ist folgender: Zunächst wird der Ofen mit einem Koksgas-Luft-Gemisch
r Minute lang hochgeheizt. Die Luft tritt von unten in den Luftmantel ein, wird
oben abgezogen und in einem Brenner, mit Koksgas gemischt, in die Ofenkuppel hereingebrännt.
Die Rauchgase treten von oben nach unten durch den Ofen, wobei sie der obersten
Plattenschicht von etwa 2o cm Länge die Höchsttemperatur von i6oo° geben, und treten
unten aus dem Ofen aus.
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Es folgt die Reaktionsperiode, die ebenfalls z Minute dauert. Der
Ofen wird auf einen Druck von So mm Hg absolut gebracht. Gleichzeitig tritt von
unten Methan ein. Das Methan strömt von unten nach oben durch das Gitterwerk, und
es findet nach Vorwärmung in den unteren Gitterschichten eine Aufspaltung in Acetylen,
Wasserstoff und Kohlenstoff in den obersten Gitterschichten statt. Der Kohlenstoff
scheidet sich auf den Gittersteinen ab. Das Reaktionsgas wird oben abgesaugt, nachdem
es durch Einspritzung von kaltem Wasser abgeschreckt wurde. Der auf den Platten
abgeschiedene Kohlenstoff wird in der folgenden Heizungsperiode 'äbgeTirannt urid
y erteilt dadurch gerade den Plattenlagen, in denen die Reaktion stattfindet, eine
wesentliche Temperatursteigerung. Zur Erreichung einer restlosen Verbrennung des
Kohlenstoffs ist es notwendig, eine genügend große Luftmenge einzuführen. Die Strömungsgeschwindigkeit
der Luft beträgt 360 cbm/Std., die des Gases 34 cbm/Std.; das Gas-Luft-Verhältnis
liegt somit bei etwa z : r z. Bei dem minütlichen Wechsel von Reaktion und Heizung
werden stündlich 17 cbm Koksgas und z80 cbm Luft verbraucht.
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Bei einem minütlichen Wechsel der Betriebsperioden werden bei einem
stündlichen Einsatz von, 30 cbin Methan (980/@'g, Rest 02, N2, H2) 59 cbm
-Reaktionsgas gewonnen, das aus z z,o % C2H2, 0,4% CnHm, 84,5% H2, 2,0% CH4, 2,1
% N2 besteht. Nach Abtrennung des Acetylens durch Auswaschung werden pro Stunde
52a5 cbm 95o/oiger Wasserstoff gewonnen. Aus der Zusammensetzung und der Menge von
Eingangs- und Endgas ergibt sich, daß das eingesetzte Methan zu 45 0/a in Acetylen
und zu 52 % in Wasserstoff und Kohlenstoff umgesetzt ist, so-daß 8;3 kg Kohlenstoff
stündlich entstehen, die praktisch vollständig auf dem Gitterwerk abgeschieden und
während der Heizperiode verbrannt werden.
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Eine praktisch gleiche Umsetzung des eingeführten Methans in Acetylen
wird bei stündlicher Hindurchleitung von 2o bzw. 4o cbm Methan erzielt. Auch beim
stündlichen Hindurchleiten von roo cbm Methan wird mit der benutzten Vbrrichtung
immer noch eine so weitgehende- Umsetzung des eingeführten Methans erzielt, daß
3o % desselben in Acetylen umgewandelt werden.
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Es ist ein Vorschlag zur Acetylenerzeugung aus gasförmigen, wasserstoffreichen
Kohlenwasserstoffen durch Erhitzen unter möglichst. weitgehender Vermeidung der
Kohlenstoffabscheidung bekannt., bei dem ausgeführt wurde, daß bei Vorhandensein
von Füllmaterial im Reaktionsraum die Geschwindigkeiten der einzelnen Gasteilchen
sich zwischen Null und der Höchstgeschwindigkeit bewegen. Da nun eine Abscheidung
von Kohlenstoff um so mehr gegeben ist, je länger die Erhitzungs-Bauer der Kohlenwasserstoffe
beträgt, mit anderen Worten eine je größere Menge von Kohlenwasserstoffteilchen
eine Geschwindigkeit von annähernd Null aufweisen, so werden nach dem bekannten
Verfahren für die Acetylengewinnung leere Rohre benutzt. Bei Verwendung von regenerativ
arbeitenden Vorrichtungen zur Durchführung dieses bekannten Verfahrens können einzig
Ofen mit schmalen, gradlinig geführten Schlitzen verwandt werden. Entsprechend der
abweichenden Zielsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens, das die Gewinnung von
Acetylen- und Wasserstoff beinhaltet, also bewußt auf eine weitgehende Abscheidung
von Kohlenstoff hinarbeitet, wird dagegen bei der Durchführung eine Ausgestaltung
der regenerativ arbeitenden Vorrichtungen bevorzugt, bei der zwangsläufig die Geschwindigkeit
einer großen
Zahl von Kohlenwasserstoffteilchen durch Einschaltung
von Widerständen auf annähernd Null gebracht wird. Eine derartige Ausführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens wird beispielsweise durch die Ausbildung des Ofeninnern
ermöglicht, wie sie in dem Beispiel verwendet wird.
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Es ist weiter vorgeschlagen, Regeneratoren mit glattem, porenfreiem
Füllmaterial bei der thermischen Umwandlung von Methan zu benutzen. In diesem Vorschlag
sind jedoch die besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen Arbeitsweise nicht bekanntgegeben.