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Verfahren zur Herstellung von Acetylen durch unvollständige Verbrennung
von Kohlenwasserstoffen mit Sauerstoff
Es sind Verfahren zur Herstellung von Acetylen
durch unvollständige Verbrennung von gas- oder dampfförmigen Kohlenwasserstoffen
mit Sauerstoff oder sauerstoffreichen Gasgemischen bekannt, bei denen der Kohlenwasserstoff
und der Sauerstoff -getrennt vorgewärmt, dann gemischt und nach möglichst vollständiger
Durchmischung einer Flammenreaktion unterworfen werden. Als Mischvorrichtung ist
eine langgestreckte Anordnung von vorzugsweise kreisförmigem Querschnitt, wie sie
in den bekanntgemachten Unterlagen der Patentschrift 895 443 beschrieben ist, besonders
geeignet. Der Kohlenwasserstoff und der Sauerstoff treten in diese Vorrichtung mit
hoher Geschwindig keit ein. Die fertige Mischung verläßt den Mischraum durch eine
Anzahl paralleler Kanäle und strömt in den Reaktionsraum, in welchem ihre Komponenten
unter Flammenbildung miteinander reagieren. Die Reaktionsgase werden möglichst rasch
abgekühlt, zweckmäßig durch Einspritzen von Wasser.
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Bei der Ausführung des Verfahrens zeigt es sich, daß sich das heiße
Gemisch aus Kohlenwasserstoff und Sauerstoff ab und zu schon im Mischraum entzündet,
wobei es zur Ausbildung einer stationären Flamme insbesondere an der Stelle kommen
kann, an welcher der Kohlenwasserstoff und der Sauerstoff zusammentreffen. Infolge
der hohen Temperatur dieser Flamme werden der Mischraum und die anschließenden Kanäle
in kurzer Zeit zerstört,
falls der Sauerstoffstrom nicht rechtzeitig
abgeschaltet wird. Dies führt aber zu -unerwünschten Betriebsunterbrechungen.
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Man hat versucht, die Ausbildung einer stationären Flamme im Mischraum
dadurch zu verhindern, daß man die beiden Gase durch konzentrische Rohre in-vorzugsweise
derselben Richtung zusammenströmen ließ, wobei die Summe ihrer mittleren Geschwindigkeiten
größer als 70 m/Sek., gemessen bei oO und 760 mm Hg, war. Beispielsweise betrug
die Geschwindigkeit des Methans etwa I50 bis 200 m/Sek. und die des Sauerstoffs
etwa 300 m/Sek., unter Betriebsbedingungen gemessen. Es hat sich aber gezeigt, daß
bei großen Durchsätzen von mehr als 1000 Nm5/h Kohlenwasserstoff und bei Vorwärmtemperaturen
über 5000 diese Maßnahmen nicht ausreichen, um die Ausbildung einer-stationären
Flamme und damit eine Betriebsunterbrechung oder eine Beschädigung der Apparatur
mit Sicherheit zu - vermeiden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Ausbildung einer stationären
Flamme auch bei Durchsätzen von mehr als 1000 Nm5/h und bei Vorwärmtemperaturen
von über 5000 verhindert, wenn man unter Einhaltung möglichst hoher Geschwindigkeiten
des Kohlenwasserstoffs und des Sauerstoffs die Geschwindigkeit des Kohlenwasserstoffs
größer wählt als die Geschwindigkeit des Sauerstoffs.
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Besonders günstige Ergebnisse werden erzielt, wenn das Verhältnis
der Geschwindigkeit des Kohlenwasserstoffs zu der des Sauerstoffs zwischen dem Verhältnis
der Dichte des Sauerstoffs zu der des - Kohlenwasserstoffs und der Quadratwurzel
aus diesem Verhältnis liegt. Tritt im Mischraum eine Zündung ein, so führt diese
nicht zu einer stationären Flamme. Die kurzzeitig entstehende Flamme wird durch
das strömende Gas vielmehr aus dem Mischraum herausgetragen und kann daher keinen
Schaden im Mischraum anrichten.
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Beispiel In einemVorwärmer werden- i8oo Nm3/h Methan auf eine Temperatur
von 6000 und in einem zweiten Vorwärmer I050 Nm3/h Sauerstoff ebenfalls auf eine
Temperatur von 6000 erhitzt. Die heißen Gase werden einer Mischvorrichtung der eingangs
beschriebenen Art zugeführt. Nach vollständiger Durchmischung tritt das Gemisch
durch parallele Kanäle in den Reaktionsraum ein, wo das Methan mit dem Sauerstoff
unter Flammenbildung reagiert.
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Die Reaktionsgase werden durch Einspritzen von Wasser rasch gekühlt.
Es entstehen so 3400 Nm3/h eines Gasgemisches, das etwa 8,5°/o Acetylen enthält.
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Die Querschnitte der Mischvorrichtung sind so gewählt,-daß das Methan
an der Mischstelle eine Geschwindigkeit von 500 m/Sek., gemessen bei 6000 und I
Atmosphäre (absolut), und der Sauerstoff eine Geschwindigkeit von 300 m/Sek. unter
denselben Bedingungen hat. Das Verhältnis der Geschwindigkeit des Methans zu der
des- Sauerstoffs ist I,67, es liegt also zwischen dem Verhältnis der Dichte von
Sauerstoff zu der Dichte von Methan (1,43 : 0,715 = 2) und der Quadratwurzel aus
dem Verhältnis dieser Dichten (1/2 = I,4).
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Entsteht unter diesen Bedingungen einmal eine Flamme im Mischraum,
so wird sie in jedem Fall durch die Strömung aus dem Mischraum herausgetragen. Bei
dieser Anordnung tritt in mehrwöchigem Dauerbetrieb nicht ein einziges Mal eine
Betriebsunterbrechung infolge -Ausbildung einer stationären Flamme im Mischraum
ein.
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Senkt man aber den Gesamtdurchsatz auf weniger als die Hälfte, so
daß die Geschwindigkeit des Sauerstoffs kleiner als I50 m/Sek. wird, oder ändert
man bei gleichem Durchsatz die Querschnitte der Mischvorrichtung derart, daß die
Geschwindigkeit eines der beiden oder beider Gase kleiner als I50 m/Sek. wird, so
führen Zündungen im Mischraum in fast allen Fällen zu Betriebsunterbrechungen infolge
Ausbildung einer stationären Flamme.
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PATENTANSPROCHE: I. Verfahren zur Herstellung von Acetylen durch
unvollständige Verbrennung von Kohlenwasserstoffen mit Sauerstoff, wobei die Kohlenwasserstoffe
und der Sauerstoff getrennt vorgewärmt und die vorgewärmten Gase einem Mischraum
von vorzugsweise kreisförmigem Querschnitt zugeführt werden, in dem sie am Eintrittsende
mit mittleren Geschwindigkeiten von über I50 m/Sek. (unter Betriebsbedingungen gemessen)
zusammentreffen, dann die Mischung einem Reaktionsraum zugeführt wird, in dem die
Reaktion unter Flammenbildung stattfindet, und die Reaktionsprodukte rasch abgekühlt
werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Kohlenwasserstoffs größer
als die Geschwindigkeit des- Sauerstoffs ist.