Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Acetylen durch partielle Oxydation von Kohlenwasserstoffen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Acetylen durch partielle Oxydation gasförmiger oder verdampfter Kohlenwasserstoffe und rasche Abkühlung der Reaktionsgase durch Einführung von Wasser in den Gasstrom.
Es ist bekannt, Acetylen durch partielle Oxydation gasförmiger oder verdampfter Kohlenwasserstoffe mit Sauerstoff herzustellen, indem die Reaktionsteilnehmer gemeinsam oder vorzugsweise getrennt vorgewärmt, das Gemisch dem Reaktionsraum zugeführt, in einer Flamme umgesetzt und die Reaktionsgase in einem Zeitpunkt rasch abgekühlt werden, in dem die maximale Menge Acetylen auf Grund des Reaktionsverlaufes im Gasgemisch vorhanden ist. Die Abschreckung erfolgt zweckmässig durch Einspritzen von Wasser in das Gasgemisch nach Verlassen des Reaktionsraumes.
Es hat sich nun gezeigt, dass das in einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung eingespritzte Wasser für das Gas einen erheblichen Strömungswiderstand darstellt, so dass ein Teil des Gases seitlich zwischen der Austrittsöffnung des Reaktionsraumes und der Einspritzebene austritt. Dieser Teil des Gases wird daher nicht rechtzeitig abgekühlt, und die Folge ist, dass sich das in ihm enthaltene Acetylen teilweise unter Russbildung zersetzt. Die Ausbeute an Acetylen wird dadurch merklich beeinträchtigt, während sich der störende Russgehalt des Gases erhöht.
Man hat versucht, diesen Missstand durch eine Anordnung gemäss Fig. 1 zu beheben. Das vorgewärmte Kohlenwasserstoff-Sauerstoff-Gemisch wird von oben her durch den mit parallelen Kanälen versehenen Brennerblock A in den durch einen wassergekühlten Mantel C begrenzten Reaktionsraum B geleitet, wo unter Flammenbildung die Reaktion vor sich geht. Dicht-unterhalb der Austrittsöffnung des Reaktionsraumes ist ein Kranz von Düsen D angeordnet, aus denen feinverteiltes Wasser quer zum Gasstrom eingespritzt wird. Bei dieser Arbeitsweise ist eine sehr genaue Justierung der Düsen erforderlich.
Sind die Düsen zu hoch angeordnet, kann dadurch Wasser in den Reaktionsraum geraten, dass die der Düse gegenüberliegende Innenwand vom Strahl getroffen wird, oder es wird ein Teil des Wassers nicht ausgenutzt, weil es gegen die zwischen der - dejustiert gedachten - Düse und dem Gasstrom befindliche Wand des Reaktionsraumes prallt. Bei zu tiefer Anordnung der Düse ist kein wirksamer seitlicher Abschluss mit Wasser gewährleistet. Aber auch bei genauester Einstellung der Düsen lässt es sich mit dieser Anordnung nicht vermeiden, dass ein Teil des Reaktionsgases in noch heissem Zustand aus dem Reaktionsraum entweicht und somit das in diesem Teil enthaltene Acetylen weitgehend zersetzt wird.
Es wurde nun gefunden, dass diese Schwierigkeiten dadurch behoben werden können, dass man erfindungsgemäss das Wasser in Strahlen am Ende des Reaktionsraumes mindestens angenähert parallel zu einer im Reaktionsraum senkrecht zum Gasstrom angeordneten ebenen Wand einführt, wobei der Abstand zwischen den der Wand zunächst liegenden Mantellinien der vom Wasser gebildeten Strahlkegel und der Wand so klein gehalten wird, dass das in diesem Zwischenraum befindliche Gas in Richtung des Wassers mitgerissen wird. Auf diese Weise wird mit Sicherheit verhindert, dass ein Teil des Gases seitlich austritt.
Fig. 2 zeigt schematisch eine zweckmässige Vorrichtung für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens. Das Gas strömt, wie in der bekannten Vorrichtung gemäss Fig. 1, von oben her durch die Kanäle des Brennerblockes A in den Reaktionsraum B. An dem unteren Ende des Mantels C des Reaktionsraumes B ist eine ebene ringförmige Platte E befestigt, zu der parallel das Abschreckwasser aus einem Ring von Düsen D eingespritzt wird.
Es het sich gezeigt, dass sich ein wirksamer seitlicher Abschluss auch dann erzielen lässt, wenn die Wasserstrahlen nicht genau parallel zu der Wand geführt werden, sondern unter einem kleinen Winkel auf die Wand auftreffen. Eine geringfügige Dejustierung der zum Einspritzen benutzten Düsen, die leicht auftreten kann, ist also bei dieser Anordnung unerheblich. In Fig. 3 ist diese Anordnung dargestellt.
Als günstigste Dimensionierung der Wand hat sich eine radiale Ausdehnung zwischen 80 und 200mm, vorzugsweise 100 und 150mm, vom Öffnungsrand nach aussen gerechnet, erwiesen. Diese Abmessung gewährleistet einerseits einen hinreichenden Abschluss für das Gas, anderseits sind die Einspritzdüsen nicht in zu grosser Entfernung vom Gasstrom angeordnet.
Beispiel
In einem Vorwärmer werden 800 Nm3/h Methan auf eine Temperatur von 640" C und in einem zweiten Vorwärmer 450Nm3/h Sauerstoff ebenfalls auf eine Temperatur von 6400 C erhitzt. Die heissen Gase werden einer Mischvorrichtung zugeführt. Nach vollständiger Durchmischung tritt das Gemisch in der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung durch die parallelen Kanäle des Brennerblockes A in den Reaktionsraum B ein, wo das Methan mit dem Sauerstoff unter Flammenbildung reagiert. Die Reaktionsgase werden in der Weise abgekühlt, dass an der Austritts öffnung des Reaktionsraumes durch einen Kranz von Düsen D Wasser in feinverteiIter Form eingespritzt wird. Man erhält ein Gasgemisch, das 8,3 Vol.O/o Acetylen enthält und pro m3 3,0 g Russ mit sich führt.
Man arbeitet unter gleichen Bedingungen in der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung, in der der Reaktionsraum B an der Austrittsöffnung mit einer ringförmigen Platte E mit einer radialen Ausdehnung von
125 mm versehen ist. Man erhält ein Gasgemisch, das
8,5 Vol. Acetylen enthält und pro m3 1,77 g Russ mit sich führt.
Process and device for the production of acetylene by partial oxidation of hydrocarbons
The invention relates to a process for the production of acetylene by partial oxidation of gaseous or vaporized hydrocarbons and rapid cooling of the reaction gases by introducing water into the gas stream.
It is known to produce acetylene by partial oxidation of gaseous or vaporized hydrocarbons with oxygen by preheating the reactants together or preferably separately, feeding the mixture to the reaction chamber, converting it in a flame and rapidly cooling the reaction gases at a point in time at which the maximum amount Acetylene is present in the gas mixture due to the course of the reaction. The quenching is expediently carried out by injecting water into the gas mixture after it has left the reaction chamber.
It has now been shown that the water injected in a plane perpendicular to the flow direction represents a considerable flow resistance for the gas, so that part of the gas emerges laterally between the outlet opening of the reaction chamber and the injection plane. This part of the gas is therefore not cooled down in time, and the result is that the acetylene it contains partially decomposes with the formation of soot. The yield of acetylene is noticeably impaired, while the troublesome soot content of the gas increases.
Attempts have been made to remedy this deficiency by means of an arrangement according to FIG. The preheated hydrocarbon-oxygen mixture is passed from above through the burner block A, which is provided with parallel channels, into the reaction space B, which is delimited by a water-cooled jacket C, where the reaction takes place with the formation of flames. A ring of nozzles D, from which finely divided water is injected transversely to the gas flow, is arranged just below the outlet opening of the reaction chamber. This method of working requires very precise adjustment of the nozzles.
If the nozzles are arranged too high, water can get into the reaction chamber because the inner wall opposite the nozzle is hit by the jet, or part of the water is not used because it is against the - misadjusted - nozzle and the gas flow located wall of the reaction chamber rebounds. If the nozzle is positioned too deeply, no effective side seal with water is guaranteed. But even with the most precise setting of the nozzles, this arrangement cannot prevent part of the reaction gas from escaping from the reaction chamber while it is still hot and thus the acetylene contained in this part is largely decomposed.
It has now been found that these difficulties can be eliminated by introducing, according to the invention, the water in jets at the end of the reaction space at least approximately parallel to a flat wall arranged in the reaction space perpendicular to the gas flow, the distance between the surface lines initially lying on the wall being the The jet cone formed by the water and the wall is kept so small that the gas located in this gap is carried along in the direction of the water. In this way it is reliably prevented that part of the gas escapes to the side.
2 shows schematically an expedient device for carrying out the method according to the invention. As in the known device according to FIG. 1, the gas flows from above through the channels of the burner block A into the reaction space B. A flat, annular plate E is attached to the lower end of the jacket C of the reaction space B, to which the Quenching water is injected from a ring of nozzles D.
It has been shown that an effective side closure can also be achieved if the water jets are not guided exactly parallel to the wall, but hit the wall at a small angle. A slight misalignment of the nozzles used for injection, which can easily occur, is therefore insignificant in this arrangement. This arrangement is shown in FIG.
The most favorable dimensioning of the wall has proven to be a radial extension between 80 and 200 mm, preferably 100 and 150 mm, calculated from the edge of the opening to the outside. This dimension ensures, on the one hand, a sufficient seal for the gas, and on the other hand, the injection nozzles are not arranged too far from the gas flow.
example
In a preheater 800 Nm3 / h methane are heated to a temperature of 640 "C and in a second preheater 450 Nm3 / h oxygen also to a temperature of 6400 C. The hot gases are fed to a mixing device. After thorough mixing, the mixture enters the 1 through the parallel channels of the burner block A into the reaction space B, where the methane reacts with the oxygen with formation of flames. The reaction gases are cooled in such a way that at the outlet opening of the reaction space through a ring of nozzles D. Water is injected in finely divided form, giving a gas mixture which contains 8.3 vol. O / o acetylene and entails 3.0 g soot per m3.
One works under the same conditions in the device shown in Fig. 2, in which the reaction space B at the outlet opening with an annular plate E with a radial extension of
125 mm is provided. A gas mixture is obtained which
Contains 8.5 vol. Acetylene and carries 1.77 g soot per m3 with it.