DE1070167B - Verfahren und Vorrichtung zum Abschrecken heißer Gase - Google Patents

Description

C07C

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

³ LU ι!

INTERNAT. KL C 07 C

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT 1070167

S 58489 IVb/12 ο

ANMELDETAG: 4. JUNI 1958

BEKANNTMACHUNG

DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEG E S CHRIFT:

3. DEZEMBER 1959

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abschrecken heißer Gase, welche bei der Wärmespaltungsreaktion von Kohlenwasserstoffen in Azetylen und bzw. oder Olefine entstehen.

Um Azetylen und bzw. oder Olefine aus höhergesättigten Kohlenwasserstoffen herzustellen, bringt man diese letzteren in gasförmigen oder verdampften Zustand auf hohe Temperaturen. Es ist jedoch außerordentlich wichtig, wenn man beträchtliche Ertragnisse an ungesättigten Kohlenwasserstoffen erhalten will, die Dauer der Erwärmung zu kontrollieren und sie zwischen sehr engen Grenzen aufrecht zu erhalten. Man hat z. B. bei der Pyrolyse des Methans gefunden, daß die Ausbeute an Äthylen fast verdoppelt wird, wenn die Dauer der Reaktion bei 1400° C von 0,014 auf 0,0023 Sekunden abfällt, und daß die Ausbeute an Azetylen sich um rund 8% vermehrt, wenn die Pyrolyse 0,0029 Sekunden an Stelle von 0,0085 Sekunden dauert, (britisches Patent 709 325). Bei diesen hohen Temperaturen schreitet die pyrolytische Reaktion fort, und sie übersteigt das Stadium der Bildung ungesättigter Kohlenwasserstoffe, insbesondere unter Bildung von Kohlenstoff, Wasserstoff usw.

Man begrenzt die Dauer der Pyrolyse, indem man die gebildeten Gase plötzlich auf eine niedere Temperatur von 500 bis 600⁰C abkühlt, also auf eine Temperatur bringt, bei wecher die ungesättigten Kohlenwasserstoffe beständiger sind.

Zahlreiche Verfahren wurden zu diesem Zwecke vorgeschlagen, namentlich die Querdurchstäubung des Pyrolysegases mit kaltem Wasser. Diese Methode ist die wirtschaftlich vorteilhafteste, aber sie befriedigt nicht immer vollkommen, wenn sie in industriellem Maßstab angewendet wird.

Infolge einer unerwünschten Durchdringung der Pyrolysezone mit Wasser ergibt sich zum Nachteil der Ausbeute an ungesättigten Kohlenwasserstoffen eine teilweise vorzeitige Abkühlung des in Entstehung begriffenen Gases.

Dies ist insbesondere bei einem Zentralzerstäuber der Fall, welcher in der Achse der Pyrolysekammer angeordnet ist und wobei das herausgeschleuderte Wasser (dessen kinetische Energie ausreichend sein muß. um eine zu starke Ablenkung des Wasser-Schirmes durch den Gasstrom zu vermeiden) an der Aufprallstelle an der Wand des Ofens zur Bildung von nach allen Seiten sprühenden Strahlen Anlaß gibt. Andererseits verursachen die von Zerstäubern am Rande der Pyrolysezone im Gegenstrom ausgehenden Wasserstrahlen in ihrem Vereinigungspunkt beträchtliche Wirbelströmungen, von denen ein Teil in Form eines Wasserkegels oder von Nebeltröpfchen gegen die Pyrolysezone gelenkt wird, je nachdem, ob Verfahren und Vorrichtung zum Abschrecken, heißer Gase

Anmelder:

Societe Beige de l'Azote et des Produits

Chimiques du Marly Societe Anonyme,

Lüttich (Belgien)

Vertreter: Dr. W. Schalk, Dipl.-Ing. P. Wirth,

Dipl.-Ing. G. E. M. Dannenberg

und Dr. V. Schmied-Kowarzik, Patentanwälte,

Frankfurt/M., Große Eschenheimer Str. 39

Beanspruchte Priorität: Österreich vom 7. Juni 1957

Frederic Francois Albert Braconier, Plainevaux, und Jean Joseph Lambert Eugene Riga, Lüttich

(Belgien),
sind als Erfinder genannt worden

die Zerstäubung transversal oder leicht geneigt in bezug auf den Abfluß des Gasstromes erfolgt.

Bei den bis jetzt verwendeten Geräten werden die Wirbelströmungen keineswegs unterdrückt, wenn die Zerstäubung mit der Einführung des Wassers durch Öffnungen, die längs der Wand in der Pyrolysezone angeordnet sind, oder mit einem Wassergeriesel längs des äußersten Randes dieser Zone verbunden ist.

Gemäß der Erfindung behebt man diese Nachteile mittels eines Verfahrens und eines einfachen, besonderen Gerätes, welches es gestattet, quer zur Flußrichtung der heißen Gase einen vollständig geschlossenen Wasserschleier, dessen obere Fläche homogen und gleichförmig ist, zu erzielen, durch Zusammenwirken aus einer ersten Wasserschicht, die aus Strahlen gebildet wird, welche gegen die Längsachse der Pyrolysezone gerichtet sind und die von Zerstäubern herrühren, die am äußersten Ende dieser Pyrolysezone angeordnet sind, und einer zweiten Wasserschicht, die sich über die vorhergehende ausbreitet.

Ein solches Ergebnis wird durch die Kombination gewisser Bedingungen erlangt, die notwendigerweise eingehalten werden müssen, damit das Verfahren zur raschen Abkühlung des Pyrolysegases seine volle Wirksamkeit entfaltet.

Für einen vertikalen Ofen mit kreisförmiger Pyrolysekammer gelten für die Wasserzerstäuber folgende Bedingungen:

1. Öffnungsschlitz für die Zerstäubung des Wassers in dünnen Streifen mit einem Öffnungswinkel von ungefähr 60° gegen die Achse der Reaktionszonc gerichtet.

2. Anordnung längs des Umfanges eines kegelstumpfartigen Kranzes, von größerem Durchmesser als dem der Pyrolysekammer.

3. Neigung der Wand des Kranzes unter einem Winkel von 10 bis 15° in bezug auf die Achse des Ofens.

4. Neigung jedes Zerstäubers unter einen Winkel von 2 bis 5° in bezug auf die Horizontale.

Wenn diese Bedingungen eingehalten werden, bilden die Wasserstrahlen, die unter Druck von jedem Zerstäuber abgegeben werden und sich fächerförmig ausbreiten und sich in einer horizontalen Ebene überdecken, eine geschlossene und stabile Wasserdecke, die gegen den unteren Teil leicht konisch ist und dort, wo sie nach unten austritt, durch die Wiedervereinigung der verschiedenen Streifen einen Wasserkonus bildet, und die nach oben nur einen sehr leichten Nebel aus Wassertröpfchen aufweist, der praktisch ohne ungünstigen Einfluß auf die pyrolytische Reaktion ist.

Diese Ergebnisse werden noch verbessert, wenn man über diese erste Wasserdecke eine zweite Decke legt, die durch einen dem Abschneiden analogen Effekt, die Bildung dieses Nebels verhindert. Diese zweite Decke wird am günstigsten von dem Wasserschirm abgeleitet, welcher die Innenseite der Wand in der Pyrolysezone gegen die Ablagerung von Kohlenstoff schützt.

Die Figuren zeigen die Anwendung der Erfindung auf die teilweise Verbrennung von Kohlenwasserstoffen zu Azetylen.

Fig. 1 zeigt im Schnitt einen kreisförmigen Ofen zur Verwirklichung dieser teilweisen Verbrennung, mit der Vorrichtung zur raschen Abkühlung des Pyrolysegases;

Fig. 2 ist eine Abwicklung eines Teiles des Mantels, längs welchem die Zerstäuber angeordnet sind;

Fig. 3 ist ein Querschnitt des Ofens der Fig. 1 bei x-y.

Der kreisförmige Ofen umfaßt einen Verteiler 1 in Form einer feuerfesten zylindrischen Scheibe, durchsetzt von parallelen Kanälen 2 zur Verteilung des reaktionsfähigen Gasgemisches in der Verbrennungskammer, welche durch die Wand 4 begrenzt ist. Längs seines äußeren Umfanges ist der Verteiler 1 mit einem hohlen metallischen Ring 5 versehen, in welchem eine Öffnung 6 in Form eines Schlitzes vorgesehen ist.

Am äußersten Ende der Verbrennungskammer sind längs des Umfanges eines kegelstumpfförmigen Mantels 8, dessen mittlerer Durchmesser größer als derjenige der Verbrennungszone ist und der um einen Winkel von 15° in bezug auf die Achse des Pyrolyseofens geneigt ist, die Zerstäuber 7 angeordnet. Wie in Fig. 2 dargestellt, sind die Einspritzschlitze der Zerstäuber leicht geneigt, und zwar unter einem Winkel von 2 bis 5° in bezug auf die Horizontale.

Durch die Kanäle 2 führt man das vorgewärmte Gemisch aus Kohlenwasserstoffen und Sauerstoff in die Verbrennungszone 3 ein, wo es sich entzündet. Durch den hohlen metallischen Ring 5 und den Schlitz 6 wird unter Druck Wasser längs der W^rand 4 der \erbrennungszone eingespritzt. Andererseits zerstäubt man Wasser durch die Düsen 7 in Form dünner Streifen, die einen öffnungswinkel von 60° aufweisen und die in Richtung des Abflusses der Pyrolysegase leicht geneigt sind. Bei richtiger Wahl der Zahl der Zerstäuber, zweckmäßigerweise aK Funktion des Durchmessers der Pyrolysezone und des Abstandes zwischen der Wand und dem Mantel 8. überdecken sich die Wasserflächen und bilden eine

ίο vollständig geschlossene und homogene Schicht, deren Durchschnitt mindestens jenem der Pyrolysezone gleich ist, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Auf dieser Schicht breitet sich das Wasser des Schutzschirmes der Wand 4 aus, und man erhält so, als Resultante dieser beiden Schichten, einen stabilen Wasserschleier mit einer gleichförmigen oberen Fläche größter Wirksamkeit.

Bei der Anwendung dieses Verfahrens zur raschen Abkühlung des Pyrolysegases hat man bei der teilweisen Verbrennung von Methan ein Pyrolysegas erhalten, welches einen Gehalt von 8,4°/oAzetylen aufwies (bezogen auf das trockene Gas), während bei der Verwendung anderer Verfahren und Geräte, die bis jetzt bekanntgeworden sind, der Gehalt nur 8°/o betrug.

Claims (4)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Abschreckung heißer Gase, welche bei der Wärmespaltung von Kohlenwasserstoffen in Azetylen und bzw. oder Olefine in einer kreisförmigen Reaktionszone entstehen, dadurch gekennzeichnet, daß man den Strom der heißen Gase durch einen geschlossenen Wasserschleier hindurchführt, dessen obere Fläche homogen und gleichförmig ist und der durch die Zusammenwirkung einer ersten Wasserdecke in einer Ebene quer zur Richtung des Flusses der heißen Gase, welche aus Wasserstrahlen in Form dünner Streifen gebildet wird, die gegen die Achse der Reaktionszone gerichtet sind und die von Einspritzschlitzen ausgehen, die am äußersten Ende der Reaktionszone längs des Umfanges eines Mantels angeordnet sind, dessen Durchmesser größer als jener der Reaktionszone ist, mit einer zweiten Wasserdecke,

⁴^ welche sich über die erste ausbreitet, entstanden ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Wasserdecke, die zur Ausbreitung über die erste gelangt, von einem Wasserschirm stammt, welcher die Wand der kreisförmigen Reaktionszonc schützt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Herstellung der ersten Wasserdecke Wasserstrahlen gegen die Achse der Reaktionszone richtet, welche einen öffnungswinkel von ungefähr 60° haben und von Einspritzschlitzen ausgehen, die längs des Umfanges eines kegelstumpfförmigen Mantels angeordnet sind, der unter einem Winkel von 10 bis 15° in bezug auf die Achse der Reaktionszone geneigt ist, und dessen mittlerer Durchmesser größer als jener der Reaktionszone ist, wobei die Einspritzschlitze selbst unter einem Winkel von 2 bis 5° in bezug auf eine senkrechte Ebene zur Wand der Reaktionszone geneigt sind.

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4. Vorrichtung zur plötzlichen Abkühlung heißer

Gase, welche bei der thermischen Spaltung von Kohlenwasserstoffen in Azetylen und bzw. oder Olefine in einer kreisförmigen Reaktionszone (3) entstehen, gekennzeichnet durch Wasserzerstäuber in Form von Schlitzen (7), welche längs des Um-

fanges eines kegelstumpfförmigen Mantels (8) angeordnet sind, der unter einem Winkel von 10 bis 15° in bezug auf die Achse der Reaktionszone geneigt ist, und dessen mittlerer Durchmesser größer als jener der Reaktionszone ist, wobei die Schlitze (7) unter einem Winkel von 2 bis 5° in bezug auf eine senkrechte Ebene zur Wand (4) der Reaktionszone geneigt sind und gegen die Achse der Reaktionszone gerichtete Wasserstrahlen mit einem

öffnungswinkel von etwa 60° liefern, wobei die Strahlen sich zu einer Wasserschicht überdecken, und eine Wassereinspritzvorrichtung (5, 6), die am Umfang des oberen Endes der Reaktionszone angeordnet ist, um längs der Wand dieser Zone einen Wasserschirm zu bilden, welcher sich über der Wasserschicht, die sich aus der Überdeckung der Wasserstrahlen der Zerstäuber ergibt, ausbreitet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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