Pierwszenstwo: 30.VIII.1960 Wlochy Opublikowano: 20.VII.1966 51528 KI. 12 o, 19/01 MKP C07C MjlH UKD Twórca wynalazku: Walter Billi Wlasciciel patentu: Montecatini Societa Generale per L'Industria Mine- raria e Chimica, Mediolan (Wlochy) Piec do pirolitycznego wytwarzania acetylenu z metanu lub innych weglowodorów Przedmiotem wynalazku jest piec do pirolitycz¬ nego wytwarzania acetylenu za pomoca termiczne¬ go rozkladu weglowodorów, zwlaszcza metanu lub innych weglowodorów bogatych w metan.Tego rodzaju rozklad termiczny zwany krako¬ waniem polegajacy na czesciowym spalaniu we¬ glowodorów wymaga oddzielnego wstepnego ogrze¬ wania osobno metanu lub innego weglowodoru i osobno tlenu, nastepnie zmieszania ich i zapale¬ nia uzyskanej mieszaniny. W celu uzyskania maksy¬ malnych wydajnosci acetylenu w znanych proce¬ sach krakowania weglowodorów stosuje sie odpo¬ wiednie konstrukcje pieców, które zapewniaja sku¬ teczne oddzielenie strefy zasilania od komory spa¬ lania reakcji. Znane konstrukcje pieców zawieraja urzadzenie rozdzielcze powszechnie nazywanego rozdzielaczem zawierajace blok lub plyte rozdzie¬ lajaca, które pozwala na dobre i stabilne spalanie mieszaniny weglowodór — tlen.Odpowiednie spalanie mieszaniny weglowodór — tlen (zwanej w dalszym ciagu mieszanina) w celu wywtarzania acetylenu uzyskuje sie wówczas, gdy zaplon mieszaniny zachodzi jednoczesnie we wszystkich punktach tej mieszaniny, przeplywaja¬ cej przez blok lub plyte oddzielajaca. W chwili doplywania do tego bloku lub plyty mieszanina nie ma jeszcze odpowiednich wlasciwosci dla jej spalania, wiec ten blok lub plyta sluza do umoz¬ liwienia mieszaninie uzyskania wszystkich tych 10 15 30 25 80 a wlasciwosci, a to przez ujednorodnienie jej we wszystkich punktach i w tym samym czasie.Wiekszosc bedacych w uzytkowaniu bloków lub plyt sklada sie z pewnej liczby równoleglych rur lub przewodów, poprzez które przechodzi miesza¬ nina w dól ze strefy mieszania do komory spalania przy predkosci wiekszej od predkosci z jaka plo¬ mien przechodzi w przeciwnym kierunku od ko¬ mory spalania do strefy mieszania. Podczas opusz¬ czania bloku lub plyty oddzielajacej w kierunku ku dolowi, mieszanina weglowodór — tlen uderza o plomien, który usiluje przeplywac w góre. Plo¬ mien ten nagrzewa mieszanine a nastepnie zapala, gdy znajduje sie ona przy wejsciu do komory spalania.W celu ulatwienia zaplonu mieszaniny, na dol¬ nym koncu bloku oddzielajacego lub plyty stosuje sie pomocnicze urzadzenie z dyszami do wprowa¬ dzania dodatkowych ilosci tlenu. Cieplo wydziela¬ jace sie przy spalaniu mieszaniny w miejscach wlotu dodatkowego tlenu, zwieksza temperature mieszaniny w poblizu miejsca dostarczania tlenu i stabilizuje w ten sposób spalanie w strefie pieca ponizej bloku lub plyty. Na ogól im bardziej rów¬ nomierne jest wprowadzenie dodatkowej ilosci tlenu i im bardziej zawirowany jest ruch we¬ wnatrz mieszaniny przeznaczonej do spalania, tym bardziej skutecznie dziala blok oddzielajacy lub plyta.Dotychczas znane piece do wytwarzania acety- 515288 lenu na drodze krakowania mieszaniny zawieraja¬ cej metan nie zapewnialy dobrych warunków dla uzyskania stabilnosci spalania mieszaniny, nieza¬ wodnosci reakcji w komorze reakcyjnej jak rów¬ niez maksymalnych wydajnosci acetylenu.Piec wedlug wynalazku dzieki zastosowaniu w nim nowej konstrukcji ukladu oddzielajacego komore spalania od komory mieszania umozliwia osiagniecie tego celu.Wedlug wynalazku piec do pirolitycznego wy¬ twarzania acetylenu z metanu lub innych weglo¬ wodorów skladajacy sie ze strefy mieszania, ko¬ mory spalania (reakcyjnej) oraz z urzadzenia roz¬ dzielajacego tworzacego przejscie od strefy do komory, znamienny jest tym, ze urzadzenie roz¬ dzielcze stanowi przewód, który w srodkowej cze¬ sci posiada wieksza srednice, w której ma zamon¬ towana wspólosiowo przegrode w ksztalcie kuli lub gruszki polaczona ze sciankami przewodu ru¬ rami, którymi doprowadzany jest plyn chlodzacy.Piec wedlug wynalazku przedstawiony jest w przykladowej postaci wykonania na rysunku, na którym fig. 1 pokazuje w przekroju pionowym urza¬ dzenie rozdzielcze pieca, fig. 2 — przekrój poprzecz¬ ny tego urzadzenia wedlug plaszczyzny oznaczonej linia II — II na fig. 1 a fig. 3 pokazuje schematycz¬ nie w przekroju pionowym piec do wytwarzania acetylenu, wyposazony w urzadzenie rozdzielcze, przedstawione na fig. 1 i 2.Przedstawione na rysunku urzadzenie rozdzielcze stanowi przewód 11, który w piecu jest ustawiony pionowo. Ogrzana wstepnie mieszanina doplywa z góry poprzez czesc wlotowa 12 tego przewodu i przechodzi przez jego czesc wylotowa 14 do ko¬ mory spalania 36 (reakcyjnej) pieca. Srodkowa czesc 13, przewodu 11 umieszczona wspólosiowo po¬ miedzy czescia wlotowa 12 i czescia wylotowa 14 ma wiekszy przekrój poprzeczny niz przekrój obu wymienionych wyzej czesci. Czesc srodkowa 13 przewodu 11 zawiera w sobie osiowo ustawiona przegrode 15 w ksztalcie kuli lub gruszki.Srednica D0 11 przewodu czesci wylotowej 14, srednica Dx czesci srodkowej 13, przewodu 11, sred¬ nica D2 przegrody 15 oraz srednica D3 czesci wlo¬ towej 12, przewodu 11, przez która doprowadzana jest mieszanina do przewodu 11, sa najkorzystniej dobierane wzajemnie w nastepujacych wielkosciach: 2 D0 Dx 1,2 D0 1,9 D0 D2 1,1 D0 1,2 D0 D3 0,5 D0 Srednica D0 czesci wylotowej 14 przewodu 11, calkowita wysokosc H0 przewodu 11, wysokosc Hj polozenia najwiekszej szerokosci srodkowej czesci 13 i wysokosc H2 przegrody 15 sa najkorzystniej do¬ bierane w nastepujacym wzajemnym stosunku: 10 D0 H0 2 D0 3 D0 Hx 0,8 D0 3 D0 H2 0,8 D0 Przegroda 15 jest utrzymywana na wlasciwym miejscu za pomoca dwóch lub wiecej wychodzacych z niej promienio przewodów 16 i 17, sztywno pola- 51528 4 czonych ze scianami glównego przewodu 11. Pod¬ czas pracy pieca ciecz chlodzaca, na przyklad woda, przeplywa poprzez otwór wlotowy 18, przewodu 16 i otwór wylotowy 19 przewodu 17, przy czym kie- fr runek przeplywu jest pokazany za pomoca strza¬ lek A i B.Wylotowa czesc 14 przewodu 11 jest otoczona pierscieniowym przewodem 20, który zaopatrzony jest w przewód wlotowy 21 do wprowadzania do- 10 datkowego tlenu. Pierscieniowy przewód 20 jest za¬ opatrzony w promieniowo z niego wychodzace rury 22 z dyszami. Dysze rozmieszczone sa równomiernie na obwodzie czesci wylotowej 14 przewodu 11 i la¬ cza jej wnetrze z pierscieniowym przewodem 20 15 poprzez rury 22, przez które z pierscieniowego prze¬ wodu 20 wprowadzany jest dodatkowy tlen do mie¬ szaniny dla spowodowania niezawodnego jej zaplo¬ nu w tym wlasnie miejscu usytuowania dysz. Hura 40 z dyszami 41, usytuowana w dolnej czesci wy- 20 drazonej przegrody 15 przeznaczona jest do wpro¬ wadzania dodatkowego tlenu do przegrody 15, tak jak jest to pokazane na fig. 1. Tlen ten sluzy do intensyfikacji spalania mieszaniny.Umieszczenie jednego lub wiecej przedstawionych 25 na fig. 1 urzadzen rozdzielczych miedzy komora spa¬ lania 36 (reakcyjna) i strefa zasilana Jest widoczne na fig. 3. Strefa zasilania znajduje sie przed urza¬ dzeniem rozdzielczym paleniska i jest oznaczona liczba 31. Mieszanina ogrzana wstepnie doplywa do 30 strefy mieszania przez otwór wlotowy 32 w kierun¬ ku pokazanym strzalka D. 31. Mieszanina znajduja¬ ca sie w strefie mieszania jest oddzielona od ko¬ mory spalania 36 (reakcyjnej) za pomoca trzech po¬ ziomych elementów oznaczonych liczbami 33, 34 i 35. 35 Sama komora spalania 36 (reakcyjna) jest otoczona plaszczem chlodzacym 37, który jest zasilany ply¬ nem chlodzacym, najkorzystniej woda, przez prze¬ wód doprowadzajacy 38. Plyn chlodzacy przechodzi przez przestrzen pomiedzy elementami 34 i 35, przez 40 wnetrze przegrody 15 i przez urzadzenie rozdziel¬ cze, skad przechodzi on do wewnatrz przestrzeni pomiedzy elementami 33 i 34, opuszczajac palenisko przez otwór wylotowy 39. Kierunek przeplywu ply¬ nu chlodzacego jest zaznaczony strzalkami E i F, 45 a kierunek przeplywu plynu chlodzacego przez po¬ kazane na rysunku urzadzenie rozdzielcze jest wskazany strzalkami Alf B^ i A2, B2. Opisany wy¬ zej przewód wlotowy 21 przeznaczony do dostar¬ czania dodatkowego tlenu do kazdego urzadzenia 50 rozdzielczego jest przylaczony do pierscieniowej ru¬ ry rozdzielczej 23, która otrzymuje dodatkowy tlen poprzez jedna lub wiecej rur zasilajacych 25.Przegroda 15 i przewód 11 przeznaczony do do¬ starczania mieszaniny ze strefy mieszania 31 do 55 komory spalania (reakcyjnej) 36 jak równiez sciany komory spalania 36 (reakcyjnej) sa wykonane z ma¬ terialu o dobrym przewodnictwie ciepla, najko¬ rzystniej ze stali nierdzewnej, w celu przeprowa¬ dzania skutecznego ich chlodzenia w opisany wyzej 6o sposób za pomoca krazenia plynu chlodzacego.Podczas pracy pieca, temperatura wykonanych ze stalowej blachy wspomnianych elementów nie powinna przekraczac 300°C. Temperatura ta pozwa¬ la na zachowanie wymaganego ksztaltu plomienia, 65 nadawanego za pomoca odpowiedniego uksztalto-5 515S8 6 wania srodkowej czesci 13 przewodu 11 i znajduja¬ cej sie w niej przegrody 15. Cienkie strugi gazu przeplywajace wzdluz powierzchni urzadzenia mu¬ sza byc chlodniejsze niz reszta przeznaczonej do krakowania mieszaniny, przy czym temperatura tej mieszaniny jest na ogól wyzsza niz 400°C. Oznacza to, ze róznica temperatur pomiedzy powierzchnia przegrody 15 i sasiadujacej z nia warstwy miesza¬ niny gazów powinna byc utrzymywana na poziomie co najmniej okolo 100 °C Ta róznica temperatur jest takze potrzebna do zachowania ruchu wirowego nadanego mieszaninie poniewaz strugi strumienia plynu wzdluz po¬ wierzchni urzadzenia rozdzielajacego osiagaja tem¬ perature zaplonu z nieznacznym opóznieniem w sto¬ sunku do pozostalej mieszaniny a zatem nie traca energii kinetycznej, potrzebnej do zachowania tur- bulentnego ruchu wewnatrz plomienia. Dlawiaca i przegradzajaca wydrazona bryla w, urzadzeniu wedlug niniejszego wynalazku stabilizuje ruch wi¬ rowy przeznaczonej do krakowania mieszaniny, sprzyja dobremu spalaniu tej mieszaniny i równiez zapobiega promieniowaniu ciepla z komory spala¬ nia 36 do strefy mieszania. Eliminuje to jedna z przyczyn przedwczesnych reakcji, które moga przebiegac w znanych urzadzeniach, spowodowane kataliczna aktywnoscia swietlnego promieniowania mieszaniny gazowej.Dobre wyniki uzyskiwane za pomoca niniejszego wynalazku sa zilustrowane za pomoca nastepuja¬ cych przykladów: Przyklad 1. Zastosowano piec o zdolnosci przeplywowej 2000 m8/godz. gazu, zawierajacego 98V§ wagowych CH4, pracujacy przy cisnieniu 2 ata.Palenisko pieca zaopatrzono w konwencjonalna ogniotrwala oddzielajaca plyte. Konwencjonalna ogniotrwala plyte oddzielajaca zastapiono opisanym wyzej urzadzeniem rozdzielczym wedlug wynalazku.Urzadzenie rozdzielcze chlodzono za pomoca kra¬ zacej wody w celu utrzymywania powierzchni prze¬ slony w temperaturze 160°C. Zastosowano jedno urzadzenie rozdzielcze o srednicy D9 = 100 mm.W wyniku powyzszego uzyskany zostal wzrost wy- dajnosci acetylenu o 5ty© wagowych w porównaniu z wydajnoscia uzyskiwana przed zastosowaniem urzadzenia wedlug wynalazku, przy czym wszyst¬ kie inne warunki robocze (szybkosc doplywu mie¬ szaniny dodatkowego tlenu temperatura wstepnego ogrzewania, szybkosc przeplywu wody oziebiajacej pozostaly nie zmienione).Przyklad 2. Zastosowano piece o wydajnosci przeplywowej 4000 m8/godz. gazu zawierajacego 5 9P/t wagowych metanu, pracujace przy cisnieniu 4 ata. Palenisko zaopatrzono w konwencjonalna ogniotrwala plyte oddzielajaca. Ogniotrwala plyte oddzielajaca zastapiono opisanym wyzej urzadze¬ niem rozdzielczym wedlug niniejszego wynalazku. io Urzadzenie rozdzielcze ochlodzono za pomoca kraza¬ cej wody do temperatury 145°C. Zastosowano sie¬ dem takich urzadzen rozdzielczych umieszczonych równolegle wzgledem siebie przy czym kazde z nich mialo srednice D0 = 30 mm. Spowodowalo to wzrost 15 wydajnosci acetylenu o (*•/• wagowych w porów¬ naniu z wydajnoscia uzyskiwana przed zastosowa¬ niem urzadzenia wedlug wynalazku, przy czym wszystkie inne warunki robocze (szybkosc doply¬ wu mieszaniny dodatkowego tlenu, temperatura 20 wstepnego ogrzewania, szybkosc przeplywu wody chlodzacej pozostaly nie zmienione). PL