JPS6129935B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、アセチレンを製造する方法および
そのための電気アーク加熱器装置に係わり、特に
石炭および液体または気体石油原料のような重質
炭化水素からアセチレンを製造する方法およびそ
のための電気アーク加熱器装置に関する。

軽質炭化水素原料の価格が高まるにつれて、経
済的な観点から石炭から造られるアセチレンに対
する関心が増々高くなつて来ている。アセチレン
の主たる用途は現在エチレンから製造されている
塩化ビニルの製造にある。他の多くの過程におい
てもエチレンの代りにアセチレンを使用すること
ができる。石炭からのアセチレンの製造に関し、
幾つかの個別的に行なわれた技術的研究の結果か
ら、幾つかの中間生成物の製造におけるアセチレ
ンに対して経済的に殆んど対等に製造できるよう
になりつつあるように考えられる。

１つの研究において使用したアーク加熱装置に
は、水冷金属陽極および炭素陰極または水冷金属
陰極を装備していた。アークの回転は、管状のア
ーク加熱装置の周囲に設けたDCコイルにより発
生される軸方向磁場を用いて、行なつた。アーク
加熱装置に供給する石炭は、この回転するアーク
を通して落下させた。回転アークは中心電極の囲
りに回転する車輪のスポークとして考えることが
できる。石炭およびガスがアーク中を通る際に、
約2000〓から優に4000〓以上の温度に迅速に加熱
される。このような温度においては、アセチレン
が熱分解生成物の殆んどを占める。この高温アセ
チレンをゆつくりと600〓ないし1200〓の温度範
囲に冷却するとすれば、アセチレンは急速に価値
の低い生成物に分解してしまうことになろう。し
たがつてアセチレンの分解を避けるためには、ア
ーク内の高温ガス状生成物を迅速に600〓より低
い温度に急冷する必要がある。

流出ガスを急冷するためには、粉砕石炭、水素
または処理プロセスから再循環された炭化水素液
体またはガスを流れ内に導入して完全に混合し、
以つて温度を600〓より下に降下させる。この迅
速急冷によれば、アセチレンの分解は最小限度に
抑えられる。急冷後にガスを処理して、市販品と
して有望な生成物である炭（char）、カーボン・
ブラツク、エチレン、シアン化物、その他の化学
製品のような種々な価値のある成分を分離する。
回転する輻射状の直流アークを用いる場合におけ
る主たる問題はアーク加熱装置の壁に付着物が形
成されることである。このような付着物は容易に
除去できない硬いカーボン殻を形成する。大きな
殻が形成されるのを阻止するためには、付着物が
殻を形成する以前に蒸気または水を用いて非常に
頻繁に洗浄を行ない、微分割状態として、付着物
を除去することが必要であつた。このような作業
においては、装置は３秒間の洗浄のために一分毎
に電力供給を遮断され且つ石炭およびガス供給を
遮断されている。したがつて、この操業モードに
おいては、製造時間に対する全体の時間は、起動
および停止時における遅延に起因して、上述の３
秒よりもかなり大きくなる。また、この洗浄作業
はアーク加熱装置の所与の電力に対し生産性を低
くするばかりでなく、電力および制御設備に対し
付加的な投資を必要とし、さらに設備の増大およ
びそれに伴なう保守に帰因して操業費用の増大を
招いている。

本発明によれば、重質炭化水素からアセチレン
を製造するためのアーク加熱器装置は、頂部に少
なくとも１つのアーク加熱器を有し且つ１対の実
質的に円筒形の電極を軸方向に離間して備えてい
る高圧室を劃定する壁を備えており、上記電極は
その間に狭いギヤツプを形成して電源に接続さ
れ、それにより電極間にアークを発生するように
適示されており、そして電極は高圧室と連通する
アーク室を劃定している。さらに装置は、ギヤツ
プと連通して非導電性の還元ガスをアーク室内に
導入する第１のガス流入装置を備えておつて、そ
れによりアーク加熱器でアーク加熱により発生さ
れたプラズマ・ガスは高圧室の下流側領域で反応
せしめられる。装置はさらに反応領域内に重質炭
化水素を導入するためにアーク加熱器の上流側に
第２のガス流入装置を有している。高圧室を形成
する壁は、アーク加熱器の位置から外方下向きに
収歛状になつており、それによつて壁上における
固体反応生成物の付着は最小限度に抑圧される。

本発明による重質炭化水素からアセチレンを製
造する方法は、共通の軸に沿つて離間配置されて
アーク室を形成している中空の円筒形電極間の軸
方向ギヤツプに電気アークを飛ばし、ギヤツプを
通してアーク室内に圧力下で非導電性の還元ガス
を流入して下流側反応領域を形成しつつアーク加
熱されたプラズマ・ジエツトを発生し、反応領域
を高圧室内で且つ外方下向きに先細になつた壁内
に閉じ込め、そして高圧室内の反応領域の上流側
に重質炭化水素材料の流れを導入して、該重質炭
化水素材料および還元ガス間に反応を生ぜしめて
アセチレン・ガスを製造する諸工程を含む。

有利な実施形態として、アーク加熱器装置は、
実質的に垂直な軸線を有する高圧室を形成する壁
と、高圧室の上端に設けられて垂直の軸線から半
径方向外向きに延びる３個のアーク加熱器とを備
え、各アーク加熱器は間に狭いギヤツプを形成す
る１対の軸方向に離間した実質的に円筒形の電極
から構成されてその間にアークを発生するように
電源に接続されており、該電極は高圧室と連通す
るアーク室を劃定し、さらにアーク室に非導電性
の還元ガスを導入するためにギヤツプと連通した
ガス流入装置を備え、アーク加熱器は高圧室内に
下流側反応領域を形成するようにアーク加熱され
たプラズマ・ガスを発生し、さらに上記反応領域
内に石炭および液体または気体の石油原料のよう
な重質炭化水素材料を導入するための第２の流入
装置をアーク加熱器の上流側に設け、高圧室を形
成する壁はアーク加熱器の位置から外方下向きに
収歛状になし、それにより壁上の固体反応生成物
の付着物が或る厚さになつた後に落下するように
構成されている。

本発明によるこの好ましい実施形態による重質
炭化水素からアセチレンを製造する方法は、３個
の輻射状に配置された電気アーク加熱器を設け
て、各電気アーク加熱器内にアーク室を形成する
ように共通の軸線に沿つて離間配置されたほぼ円
筒状の中空電極間の軸方向ギヤツプ内に電気アー
クを飛ばし、水素、一酸化炭素およびメタンから
成る群から選ばれた少なくとも１つの還元ガスを
強制的にギヤツプを通して各アーク室内に流入せ
しめ、それにより下流側反応領域を形成しつつア
ーク加熱されたプラズマ・ジエツトを発生し、各
アーク室が互いに連通し合うようにして反応領域
を高圧室内に閉込め、該高圧室はほぼ垂直の軸線
および外方下向きに先細になつた壁を有し、さら
に該高圧室および反応領域の上流側に石炭および
（または）液体または気体の石油のような重質炭
化水素材料の流れを供給して該材料と上記ガスと
の間に反応を生ぜしめ、以つてアセチレン・ガス
を製造することの諸工程を含む。

本発明による装置の利点は、三相アーク加熱器
装置を設けて、アークの回転に干渉する領域にグ
ラフアイト付着物の形成を伴なうことなくアセチ
レン合成を遂行できる点にある。

次に単なる例として図面に示す具体例を参照し
本発明を詳細に説明する。

本発明によれば、本方法は次のような逐次的な
態様で実施することができる。

(1) 少くとも１つの電気アーク加熱器内に室を形
成する共通の軸に沿い離間配置されたほぼ円筒
形の中空の電極間の軸方向ギヤツプにアークを
飛ばすこと、 (2) 水素、一酸化炭素およびメタンから成る群の
うちから選ばれた少なくとも１つの還元ガス
を、強制的にギヤツプを通して上記室内に送り
込み、下流側反応領域を形成しつつアーク加熱
されたプラズマ・ジエツトを発生すること、 (3) 実質的に垂直な軸を有する高圧室内に反応領
域を連続維持しそして高圧室の壁を外方下向き
にテーパ即ち先細にすること、および (4) 高圧室内で反応領域の上流側に、石炭、液体
石油またはコールタール留出物のような重質炭
化水素材料の流れを供給して、該材料と上記還
元ガスとの間に反応を生ぜしめ、以つてアセチ
レン・ガスを発生すること 本発明のこの方法は、第１図に示すような構造
の装置を用いて実施することができる。この装置
において、反応器もしくは集収容器５には、上端
に流入口７そして下端に流出口９が設けられてい
る。少なくとも１つのアーク加熱器そして好まし
くは３つのアーク加熱器１１，１３および１５
（第２図）であるアーク加熱器は、装置構造の上
端部に設けられている。容器５は金属のような適
当な材料から形成され、その上端部は実質的に垂
直な軸線を有する高圧室を囲繞する外方下向きに
延びる壁装置を備えた先細の部分即ちテーパ部分
を有している。アーク加熱器１１および１３の流
出口端（第２図）は高圧室１９と連通しており、
アーク加熱器の各々から同様のプラズマ・ジエツ
ト流２１が高圧室内に延びている。

アーク加熱器１１，１３および１５の構造およ
び動作は米国特許第3765870号明細書に記載され
ているものに類似している。この明細書に開示さ
れているように、アーク加熱器１１，１３および
１５はそれぞれ約3500KWまで電力レベルを上げ
ることができる単相自己安定交流構造のものであ
り、三相プラントの場合には約10000KWまで電
力レベルを上げることができる構造のものであ
る。

アーク加熱器１１，１３および１５の動作中、
水素、一酸化炭素およびメタンから成る群から選
ばれた非導電性の還元ガスが周辺部に設けられた
流入口２３を通つてアーク加熱器内に導入され
る。このガスは高圧室１９に流入するプラズマ・
ジエツト流２１の大きな部分を占める。

供給原料２５は液体石油または微分砕された石
炭を含有し、流入口７を介して高圧室１９内に導
入される。原料２５はプラズマ・ジエツト流２１
に入り、そこで還元ガス（メタン）の存在下でア
セチレン・ガスに還元される。第１図に示すよう
に、３個のアーク加熱器は高圧室１９の垂直軸線
から輻射状に外向きに突出している。この場合、
プラズマ・ジエツト流２１を高圧室１９内へと下
向きに指向させるのを容易にするために、アーク
加熱器は或る角度で上向きに傾斜するのが好まし
い。粉末石炭のような原料が高圧室の頂部から導
入されると、原料は高圧室内を通つて落下しアー
クまたはプラズマ・ジエツト２１ならびに３つの
アーク加熱器から出る高温ガスに出合う。アーク
加熱器からの比較的高速度の発射で、高圧室内の
固体または液体がアーク加熱器の室内に入つて電
極のアーク発生表面やアーク発生ギヤツプを通る
のを阻止され、それによりアーク加熱器は、各ア
ーク加熱器内のアークの回転に干渉する領域内に
グラフアイト付着物を形成することなくアセチレ
ン合成を遂行することができる。

アーク加熱器１１，１３および１５の上流側電
極は、実際の動作において３つのアーク加熱器か
らのジエツトまたはアーク２１が高圧室内で互い
に接触するように高圧室１９に充分接近して配設
するのが望ましい。このようにすれば、アーク路
はアーク加熱器の３つの上流側電極間に設定され
て、アークはプラズマ・ジエツト流２１の衝突点
を経て導通する。この動作モードにおいて、アー
ク加熱器の上流側の電極だけがアークによる消耗
を受ける。原料のアーク加熱は効果的である。何
故ならば加熱の殆んどは高圧室１９に流入する原
料の流路内で生ずるからである。

この発明によれば、反応容器５の外方にフレア
した部分もしくはテーパした部分１７によつて、
室内壁におけるカーボンまたは炭（チヤー）の形
成が避けられる。また、室壁に炭その他の物質の
形成が生じたとしてもそれは本方法に由々しい悪
影響を与えるものではない。例えば、或る操業期
間後に、付着物形成が正常の運転に干渉する場合
には、高圧室内に制限された量の水または蒸気を
注入してそれを除去することができる。この設計
のアーク加熱器構造によれば、電圧遮断を行なう
必要はなく、数秒で正常の運転を回復することが
できる。

しかしながら適当な角度で外方にテーパした壁
部分１７を設ければ、厚い壁付着物は、該付着物
の厚さの漸進的増大に因り反応容器５の下端に壁
から落下して自動的に排出されることになる。こ
のような自動的排出を促進するために、テーパー
部分１７に複数個の離間した孔２７を設けて高圧
ガス、蒸気または水を周期的に加え、出来た薄層
の付着物を除去するようにすることも可能であ
る。

石炭および液体石油のような原料とメタン
（CH₄）のような還元ガスとの間の反応は複雑であ
つて簡単に定式化することはできない。原料およ
び還元ガスは単に熱伝達媒体として作用するだけ
であつた熱分解およびアセチレンの迅速な形成過
程には相互関与しない。

熱分解から生ずるカーボン・ブラツク、アセチ
レン、水素、一酸化炭素および幾つかの炭化水素
を含むガス状生成物は、サイクロン型粒子分離器
を通る流出導管２９を経て容器５から取出され
る。次いで、これらのガスは、アーク加熱器装置
に再循環させるために硫入口２３に部分的または
全体的に戻される。チヤーおよびカーボンのよう
な剥離した物質は容器の底部に集まるので、スク
リユーコンベア３３のような適当な手段を用いて
流出口９から取出すことができよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による方法を実施するための本
発明による装置の１具体例におけるアーク加熱器
装置の略図、そして第２図は第１図の線―に
おける水平断面図である。 ５…反応容器、７…流入口、９…流出口、１
１，１３，１５…アーク加熱器、１９…高圧室、
２１…プラズマ・ガス・ジエツト、２５…原料。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重質炭化水素からアセチレンを製造する方法
   において、共通の軸線に沿つて離間配置されてア
   ーク室を形成する中空で円筒形状の電極間の軸方
   向ギヤツプ内に電気アークを飛ばし、圧力下で非
   導電性の還元ガスを前記ギヤツプを経て前記アー
   ク室内に通して、下流側に反応領域を形成しつつ
   アーク加熱されたプラズマ・ジエツトを発生し、
   前記反応領域を高圧室内で且つ外方下向きにテー
   パーした壁内に閉じ込め、そして前記高圧室内に
   しかも前記反応領域の上流側に重質炭化水素材料
   の流れを供給して前記重質炭化水素材料と前記還
   元ガスとの間に反応を生ぜしめてアセチレン・ガ
   スを発生する重質炭化水素からアセチレンを製造
   する方法。 ２ アークが、放射状に離間配置されたアーク加
   熱器内で発生される特許請求の範囲第１項記載の
   重質炭化水素からアセチレンを製造する方法。 ３ 還元ガスが、水素、一酸化炭素およびメタン
   からなる群の内の少なくとも１つから選択されて
   いる特許請求の範囲第２項記載の重質炭化水素か
   らアセチレンを製造する方法。 ４ ガスが再循環せしめられる特許請求の範囲第
   ３項記載の重質炭化水素からアセチレンを製造す
   る方法。 ５ ３つのアーク加熱器のアーク加熱プラズマ・
   ジエツトが収れんするように高圧室内に送られて
   下流側反応領域を形成する特許請求の範囲第３項
   または第４項記載の重質炭化水素からアセチレン
   を製造する方法。 ６ 重質炭化水素からアセチレンを製造するため
   のアーク加熱器装置であつて、上端部に少なくと
   も１つのアーク加熱器を有し、且つ間に狭いギヤ
   ツプを形成する１対の軸方向に離間した実質的に
   円筒形の電極を有する高圧室を形成する壁を備
   え、前記電極は、それらの間にアークを発生する
   ように電源に接続されるように構成され、前記高
   圧室と連通するアーク室を画定しており、前記ア
   ーク加熱器装置は、さらに前記ギヤツプと連通し
   て非導電性の還元ガスを前記アーク室に導入する
   第１のガス流入装置を備え、前記アーク加熱器
   は、前記高圧室内に下流側反応領域を生ぜしめる
   ようにアーク加熱されたプラズマ・ガスを発生し
   得、前記アーク加熱器装置は、さらに前記反応領
   域内に重質炭化水素材料を導入するために前記ア
   ーク加熱器の上流側に設けられた第２のガス流入
   装置を備え、そして前記高圧室を形成する前記壁
   は、前記アーク加熱器の位置から外方向下向きに
   末広がりになつていて、それにより前記壁への固
   体反応生成物の付着を最小限に抑えるようにした
   重質炭化水素からアセチレンを製造するためのア
   ーク加熱器装置。 ７ 前記高圧室の上端部に３つのアーク加熱器を
   設け、該アーク加熱器は垂直軸線から半径方向外
   向きに延びている特許請求の範囲第６項記載のア
   ーク加熱器装置。 ８ アーク加熱器が、高圧室の垂直軸線から上方
   に傾いている特許請求の範囲第７項記載のアーク
   加熱器装置。 ９ 付着物の形成体を除去するために加圧流体を
   導入するための一連の孔が前記高圧室の前記壁に
   設けられている特許請求の範囲第６項記載のアー
   ク加熱器装置。