DE960657C

DE960657C - Verfahren und Vorrichtung zur Spaltung von Kohlenwasserstoffen oder solche enthaltenden Substanzen im fluessigen Zustand

Info

Publication number: DE960657C
Application number: DED16013A
Authority: DE
Inventors: Dr Hans Kroepelin
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1953-09-26
Filing date: 1953-09-26
Publication date: 1957-03-28

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Spaltung von Kohlenwasserstoffen oder solche enthaltenden Substanzen im flüssigen Zustand Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Spaltung von Kohlenwasserstoffen oder die Elementei Kohlenstoff und Wasserstoff enthaltenden Substanzen im flüssigen Zustand unter Verwendung von intermittierend in der Flüssigkeit brennenden Lichtbogen.
Es ist bekannt, Kohlenwassersto:ffe in flüssiger Form durch Verwendung eines elektrischen: Lichtbogens, der innerhalb der Flüssigkeit brennt, unter Ausnutzung des starken lokalen Temperaturanstiegs in der Umgebung des. Bogens chemischen Veränderungen, insbesondere einer Spaltung in gasförmige Produkte mit oder ohne Abscheidung von festem Kohlenstoff in Form von Ruß zu Unterwerden. Nicht zuletzt infolgei der hohen Dielektrizitätskons.tante der zu spaltenden Flüssigkeit bereitet dabei die Zündung und Aufrechterhaltung des Lichtbogens, besonders eines Wechselstrombogens, erhebliche Schwierigkeiten, denen man beispielsweise durch Erzeugung eines Hilfslichtbogens zu begegnen versucht hat. Es ist jedoch bisher nicht in allen Fällen möglich gewesen, eine gleichmäßige Spaltung mit gutem thermischem Wirkungsgrad mit einfachen apparativenm Mitteln zu erreichen.
Es sind: auch schon Verfahren beschrieben worden, nach denen. flüssige Kohlenwasserstoffe durch mit Hilfe rotierender Elektroden erzeugte Lichtbogen gespalten werden. Der relativ hohle Aufwand für den regelbaren Elektromotor und die wegen der Notwendigkeit, den Luftsauerstoff vom Spaltraum vollständig fern zu halten, technisch unvorteilhafte Durchführung der Rührwelle in das Reaktionsgefäß, haben, jedoch eine große technische Verwertung dieser Verfahren bisher verhindert.
Demgegenüber arbeitet das Verfahren der Erfindung mit einem sehr geringe.-, Aufwand an apparativen Mitteln, so daß eine hohe. Betriebssicherheit gewährleistet ist, wobei .infolge der Eigenart des Verfahrens eine optimale Ausnutzung der aufgewandten Energie erreicht wird. Erfindungsgemäß erfolgt die Spaltung der in flüssiger Form vorliegenden Kohlenwasserstoffe oder kohlenwasserstoffhaltigen Substanzen mit Hilfe eines, vorzugsweise einer Vielzahl von intermittierend aufrechterhaltenen Lichtbogen, die zwischen, den Elektroden mittels einer oder mehrerer beweglicher, als langgestreckte Körper von beliebiger Querschnittausbildung geformter Hilfselektroden gebildet werden. Die Hilfselektrode selbst ist mit der Stromquelle nicht verbunden, muß aber zum mindesten an ihrer Oberfläche aus einem stromleitenden Werkstöff bestehen. Sie ist, wie erwähnt, beweglich, so daß sie zur Zündung des Bogens, die eigentlichen. Bogenelektroden überbrücken kann und dann von diesen abgehoben wird, wobei der Bogen bis zum Abreißen ausgezogen wird. Anschließend bewegt sich die Hilfselektrode wieder gegen die Bogenelektroden: bis. zur Herstellung des direkten Stromflusses, wird dann wieder abgehoben, wobei sich der .geschilderte Vorgang peri ; odisch wiederholt. Wählt rnan mehrereoder eine Vielzahl von Hilfselektroden, so entstehen an jedem Elektrodenpaar eine Vielzahl von kleinen Lichtbogen, wodurch der Wirkungsgrad des Verfahrens der Erfindung außerordentlich erhöht und, da der ganze Vorgang sich innerhalb der Flüssigkeit abspielt, eine gute Wärmeausnutzung gewährleistet wird.
Nach einer besonders vorteilhaften, Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Gewicht der Hilfselektroden auf die Wichte der zu spaltenden Flüssigkeit derart abgestimmt, daß die Hilfselektroden, sich unter ihrem Eigengewicht in der Flüssigkeit nach unten auf die Bogenelektroden zu bewegen und die Bewegungsrichtung durch den Auftrieb der, gasförmig aus der Flüssigkeit entweichenden Spaltprodukte umgekehrt wird, wodurch das Abheben der Hilfselektrode von den Bogenelektroden bewirkt wird. Solange sich die Hilfselektroden nach oben von den Bogenelektroden wegbewegen, brennt bis zu einer gewissen Entfernung der Lichtbogen, worauf nach Aufhören der Gasentwicklung die Hilfselektrode sich unter ihrem Eigengewicht auf jeweils ein Paar der Bogenelektroden auflegt und den Kurzschluß für die Erzeugung eines neuen Lichtbogens herstellt.
Als Hilfselektroden werden, wie schon ausgeführt, langgestreckte Körper von beliebiger Querschnittsausbildung verwendet. Die Dicke dieser Körper soll größer sein als der Abstand je zweier Elektroden, damit eine sichere Auflage und eine zuverlässige Herbeiführung des Kurzschlusses zwischen den Bogenelektroden und der Hilfselektrode gewährleistet ist. Man kann selbstverständlich auch Hilfselektroden von geringer Stärke verwenden, die dann jedoch mit entsprechenden Fortsätzen versehen sein müssen, durch die die Auflage auf das Elektrodenpaar bewirkt wird. Man kann sie auch, um die Berührungsfläche mit den Bogenelektroden zu vergrößern, mit Schneiden versehen, die zwischen die Hauptelektroden eindringen. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, diese Schneiden sägezahnartig auszugestalten, wobei der Kurzschluß und die Bogenbildung nur über die Zähne gehst, so daß an zwei langgestreckten Elektroden gegensätzlicher Polarität beim Abheben der Hilfselektrode eine Vielzahl von Lichtbögen sich bilden kann.
Die Abstimmung des Gewichtes der Hilfselektroden, sofern es sich um zusammenhängende Formkörper handelt, kann entweder durch Verwendung eines porösen. Materials, insbesondere eines Metalls, oder durch Anbringung entsprechender Au;snehmungen oder Gegengewichte vorgenommen werden. Im allgemeinen wird man die Hilfselektroden oberhalb der Bogenelektroden am Spaltgefäß selber oder an Hilfsvorrichtungen waagebalke-nartig aufhängen oder lagern, wobei ein möglichst geringer Auflagedruck bei auf den Bogenelektroden ruhenden Hilfselektroden eingehalten werden muß.
Die Bewegung der Hilfselektroden nach unten ist erfindungsgemäß stets durch die Bogenelektroden begrenzt. Eine Begrenzung der Bewegung nach oben kann erforderlichenfalls dadurch erfolgen, daß oberhalb der Bogenelektroden in dem Spaltgefäß ein Netz oder Sieb angeordnet wird, durch das gleichzeitig unter Reinigung der gasförmigen Spaltprodukte mitgerissene Flüssigkeitströpfchen zurückgehalten werden.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung erlaubt in vorteilhafter Weise eine Hintereinanderschaltung einer größeren Anzahl von Hauptelektroden bzw. Hauptelektrodenpaaren., durch die eine Stabilisierung der Entladungen bewirkt wird. Der zeitliche Abstand der einzelnen Lichtbogen oder Lichtbogengruppen kann durch Größe und Geweicht der Hilfselektroden in einfacher Weise geregelt und auf die Art der jeweils zu ersetzenden Flüssigkeit abgestimmt werden. Das Verfahren ist einer vielseitigen Anwendung fähig und besonders geeignet beispielsweise für die Zersetzung von kohlenwasserstoffhaltigen Substanzen aller Art, z.. B. Paraffinen., Aromaten oder Naphthenen sowie entsprechender Rückstände unter Erzeugung von Wasserstoff und Acetylen enthaltenden Gasgemischen.

Es bereitet keine Schwierigkeiten, in den Spaltprodukten ein Verhältnis von Wasserstoff zu Acetylen größer als i einzustellen. Eine typische Gaszusammensetzung für das Verfahren der Erfindung ist beispielsweise:

Volumprozent

Acetylen .. .. .. .. .. .. .. ........ 30

Wasserstoff .................... 50

Methan ................ ...... 5

Äthan ....................... 5

andere Kohlenwasserstoffe ..... io

Daß diese Gaszusammensetzung vom Ausgangsstoff weitgehend unabhängig ist, ergibt sich daraus, daß bei der Spaltung von im wesentlichen Paraffine enthaltenden Ausgangsstoffen das Verhältnis Wasserstoff zu Acetylen 50:3o, bei Aromaten 6o:33 und bei Naphthenen 55 :3o beträgt.

Man kann nach dem Verfahren der Erfindung leicht zu einem Produkt gelangen, das als. acetylenhaltiges Schweißgas für die Autogenschweißung besonders geeignet ist. Worden schwefelhaltige Rückstände, beispielsweise solche der Erdöl- oder Teerverarbeitung, der Spaltung unterworfen, so entstehen, mit Schwefel verunreinigte gasförmige Spaltprodukte, die jedoch, ohne die Eignung für den obenerwähnten Verwendungszweck nachteilig zu beeinflussen, in an sich bekannter Weise in über Schwefel absorbierenden Massen gereinigt werden können.
Ein weiteres vorteilhaftes Anwendungsgebiet für die Erfindung bietet sich in der gleichzeitigen Erzeugung von Ruß und ungesättigten gasförmigen Kohlenwasserstoffeh bzw. solche enthaltenden Gasen. Das Gewichtsverhältnis zwischen: Ruß und Gas im Spaltprodukt ist durch passende Wahl der Ausgangsprodukte in weiten Grenzen wählbar. Die Ausbeuten sind, bezogen auf den Stoffeinsatz, beim Lichtbogenverfahren größer als bei der bekannten pyrogenen Rußherstellung, da der eingesetzte Ausgangsstoff praktisch vollständig als Ruß und Gas wiedergewonnen werden kann. Die Energieausbeute ist für aromatisch- Kohdenwasserstoffe besonders hoch.
Eine Vorrichtung, wie sie zur Ausübung des Verfahrens mit vorgeformten Hilfselektroden nach der Erfindung beispielsweise verwendet werden. kann, ist in der Abbildung schematisch wiedergegeben. Darin bedeutet i das die zu spaltende Flüssigkeit aufnehmende Gefäß, in: dem eine Reihe kammartig ineinandergreifender Bogenelektroden 2 und 3 in der Nähe der Bodenfläche und parallel zu dieser angebracht ist. Aus Sicherheitsgränden ist es empfehlenswert, die Stromzuführung zu diesen Elektroden unterhalb des. Flüssigkeitsspiegels im Gefäß anzubringen. Im Rand des Gefäßes i sind die gekröpften stabsförmigen Hilfselektroden; 4 nach Art eines Waagebalkens leicht beweglich byei 5 gelagert derart, daß sie in ihrer tiefsten, Stellung mit dem innerhalb des Spaltgefäßes befindlichen Abschnitt ganz oder teilweise auf je zwei Bodenelektroden aufliegen oder mit ihren Schneiden zwischen, diesen eingreifen.
Eine andere Ausführungsform ist in Abb. 2 dargestellt. Hierbei sind die Hilfselektroden in dem auf den Hauptelektroden liegenden Teil mehrfach kugelig ausgebildet, so daß beim Abheben zwischen den kugeligen Teilen und den Hauptelektroden. eine Vielzahl von Lichtbogen entsteht. In der Abbildung bedeuten 2i und 22 die Hauptelektroden, 23 die HilfselektrGde, die mehrere kugelartige Verdickungen 24 trägt. In der Abbildung 3 ist im Schnitt die schneidenförmige Ausbildung der Hilfselektrode 3 i dargestellt, die in den Zwischenraum zwischen den Hauptelektroden 32 eingreift. In ähnlicher Weise zeigt Abb. ¢ die Ausgestaltung der Hilfselektrode 41 mit einer sägezalma.rtigen Schneide 42.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Spaltung von Kohlenwasserstoffei oder solche enthaltenden Substanzen im flüssigen Zustand unter Verwendung einer Vielzahl von Lichtbogen., die zwischen festen, stromführenden Bogenelektroden und zwischen unter dem Einfluß der entwickelten Gase bewegten Hilfselektroden intermittierend in der Flüssigkeit brennen, dadurch gekennzeichnet, daß als Hilfselektroden stabförmige Körper von. beliebiger Querschnnttsausbildung verwendet werden, deren Dicke größer ist als der Abstand; zweier Bogenelektroden.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß Hilfselektroden verwendet werden, die zumindest an den den, Bogenelektroden, zugekehrten Teilen kugelförmig ausgebildet oder mit zweckmäßig gezahnten Schneiden versehen sind.
3. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Hilfselektroden Formkörper mit künstlichen oder natürlichen Poren dienen.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen i bis 3, bestehend aus einem Behälter zur Aufnahme der zu spaltenden Flüssigkeit, in dessen Bodennähe zwei Reihen von gabelförmig ineinandergreifenden, zwerkmäßig parallel zur Bodenfläche liegenden Elektroden fest angeordnet sind, während oberhalb dieser für je zwei entgegengesetzt polare Elektroden eine Hilfselektrode nach Art eines Waagebalkens so gelagert oder aufgehängt ist, da:ß sie in ihrer tiefsten Stellung mit dem innerhalb des Spaltgefäßes befindlichen Teil ganz oder teilweise auf j e zwei Bogenelektroden mit geringem Auflagedruck aufliegt oder zwischen diesen leicht trennbar eingreift: In Betracht gezogene Druckschriften:: USA.-Patentschriften Nr. 2 191 o12, 2 399 95i e britische Patentschrift Nr. 275 281.