DE1051845B

DE1051845B - Process for the production of acetylene by thermal cracking, in particular by partial oxidation of hydrocarbons

Info

Publication number: DE1051845B
Application number: DEB45565A
Authority: DE
Inventors: Dr Ernst Bartholome; Dr Erwin Lehrer; Dr Friedrich Wilhe Schierwater
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1957-08-03
Filing date: 1957-08-03
Publication date: 1959-03-05
Also published as: US3396207A; CH391689A

Description

Verfahren zur Herstellung von Acetylen durch thermische Spaltung, insbesondere durch partielle Oxydation von Kohlenwasserstoffen Es ist bekannt, Acetylen durch partielle Oxydation gasförmiger oder verdampfbarer Kohlenwasserstoffe herzustellen, indem die Reaktionsteilnehmer gemeinsam oder vorzugsweise getrennt vorgewärmt, das Gemisch dem Reaktionsraum zugeführt, in einer Flamme umgesetzt und dann die Reaktionsgase rasch abgekühlt werden. Diese rasche Abkühlung erfolgt zweckmäßig durch Einführung von Wasser in die Reaktionsgase. Process for the production of acetylene by thermal cracking, in particular by partial oxidation of hydrocarbons It is known acetylene to produce by partial oxidation of gaseous or vaporizable hydrocarbons, by preheating the reactants together or preferably separately, the Mixture fed to the reaction chamber, reacted in a flame and then the reaction gases be cooled quickly. This rapid cooling is expediently carried out by introduction of water in the reaction gases.

Um eine möglichst hohe Ausbeute an Acetylen zu erzielen, ist es notwendig, die Reaktion nach einer möglichst genau definierten Zeit, die durch die Vorwärmtemperatur der Gase, das Mischungsverhältnis zwischen Kohlenwasserstoff und Sauerstoff sowie die Gestalt und Abmessungen der Reaktionsapparatur bestimmt wird, abzuschrecken. Ist die Geschwindigkeit des Abschreckens nicht groß genug, so macht sich dies durch geringeren Acetylengchalt und höheren Rußgehalt in den Reaktionsgasen bemerkbar. In order to achieve the highest possible acetylene yield, it is necessary to the reaction after a time that is as precisely defined as possible, which is caused by the preheating temperature of gases, the mixing ratio between hydrocarbon and oxygen as well as the shape and dimensions of the reaction apparatus is determined to deter. If the speed of the deterrence is not great enough, this will happen lower acetylene content and higher soot content in the reaction gases noticeable.

Bei Apparaten mit einem Durchsatz, wie er bei der technischen Durchführung des Verfahrens in Betracht kommt, ist die abzuführende Wärmemenge recht beträchtlich. Man hat daher das zum Abschrecken dienende Wasser möglichst fein aufgeteilt, um eine ausreichende Fläche zur Ubertragung der Wärme vom abzuschreckenden Gas auf das Wasser zu erzielen. Je größer die Dimensionen der Apparate werden, desto schwieriger ist es jedoch, das Wasser in Form feiner Tropfen tief genug in den Gasstrom einzubringen. For apparatus with a throughput, as it is in the technical implementation of the process comes into consideration, the amount of heat to be dissipated is quite considerable. The water used for quenching has therefore been divided as finely as possible in order to a sufficient area to transfer the heat from the gas to be quenched to achieve the water. The larger the dimensions of the apparatus, the more difficult it is, however, to bring the water deep enough into the gas flow in the form of fine droplets.

Dies gilt besonders für höhere Gasgeschwindigkeiteii.This is especially true for higher gas velocities.

Die Reibung zwischen den Wassertropfen und dem Gasstrom lenkt die Bahn der eindringenden Wassertropfen ab, so daß im allgemeinen in der Mitte des Gasstromes zu einer späteren Zeit abgeschreckt wird als am Rand.The friction between the water droplets and the gas flow directs the Path of the penetrating water droplets, so that generally in the middle of the Gas flow is quenched at a later time than at the edge.

Es wurde nun gefunden, daß sich diese Schwierigkeiten wirksam. beheben lassen, wenn man das zum Abschrecken dienende Wasser im wesentlichen nicht in zerstäubtem Zustand, sondern in Form unzelrteilter Strahlen einführt und dabei die Dicke d der Strahlen und den Wasserdruck Pw vor den Austrittsöffnungen der Wasserdüsen für einen Gasstrom mit gegebenem Staudruck PG und eine bestimmte Eindringtiefe o des Wassers in den Gas strom so wählt, daß der Zahlenwert der Größe (pw: Po) (da) zwischen 1 und 15 liegt. Die gewünschte größere Eindringtiefe a läßt sich durch Vergrößerung der Dicke d des Wasserstrahles, die im allgemeinen von der Größe der Austrittsöffnung für den Wasserstrahl abhängt, undloder durch Erhöhung des Wasserdruckes Pw vor der Austrittsöffnung erzielen. Die Zerteilung des Wasserstrahles erfolgt durch die kinetische Energie des abzuschreckenden Gas stromes selbst, die durch den Staudruck PG gemessen werden kann. Der Staudruck PG ist bekanntlich das halbe Produkt aus der Dichte des Gases und dem Quadrat seiner linearen Geschwindigkeit. It has now been found that these difficulties can be effectively addressed. remedy when the quenching water is not substantially in atomized State, but in the form of undivided rays and thereby the thickness d of the Jets and the water pressure Pw in front of the outlet openings of the water nozzles for one Gas flow with a given dynamic pressure PG and a certain penetration depth o of the water in the gas flow so that the numerical value of the quantity (pw: Po) (da) is between 1 and 15 lies. The desired greater penetration depth a can be increased by magnification the thickness d of the water jet, which is generally the size of the outlet opening for the water jet depends, and / or by increasing the water pressure Pw before the Achieve outlet opening. The water jet is split up by the kinetic one Energy of the gas flow to be deterred, measured by the dynamic pressure PG can be. The dynamic pressure PG is known to be half the product of the density of the Gas and the square of its linear velocity.

Die Wasserstrahlen sollen geneigt, vorzugsweise senkrecht zur Gasströmung eingeführt werden. The water jets should be inclined, preferably perpendicular to the gas flow to be introduced.

Besonders günstige Ergebnisse werden erzielt, wenn man mit Strahlen verschiedener Eindringtiefe arbeitet. Es lassen sich so die von einer Gruppe von Strahlen gleicher Eindringtiefe nicht bedeckten Sektoren des Gasstromes durch Strahlen einer anderen Gruppe mit anderer Eindringtiefe ausfüllen und so die zugeführten Wassermengen gleichmäßig über den gesamten Querschnitt verteilen. Particularly favorable results are achieved when using rays different penetration depth works. It can be used by a group of Blasting the same penetration depth uncovered sectors of the gas flow by blasting another group with a different penetration depth and so fill in the supplied Distribute the amount of water evenly over the entire cross-section.

Da es schwierig ist, eine Auflösung eines unzerteilten Strahles am Rand eines Gasstromes zu erzielen, ergibt sich eine weitere Verbesserung des Verfahrens, wenn man die Randbezirke des Gasstromes durch zusätzliche Einspritzung von Wasser in Form feiner Tröpfchen abschreckt. Bei genügender Menge dieses feinverteilten Wassers und bei gleichmäßiger Anordnung der Austrittsöffnungen für dieses Wasser rings um den Gasstrom läßt sich erreichen, daß das Gas von einem Mantel aus feinverteiltem Wasser vollständig umhüllt wird. Dies bewirkt eine weitere Steigerung der Ausbeute an Acetylen, da sich keine Anteile des Gasstromes der Einwirkung des Wassers entziehen können. Since it is difficult to resolve an undivided beam at To achieve the edge of a gas flow, there is a further improvement of the process, if the outskirts of the gas stream by additional injection of water deterring in the form of fine droplets. With a sufficient amount this finely divided Water and with a uniform arrangement of the outlet openings for this water around the gas stream can be achieved that the gas is finely divided from a jacket Water is completely enveloped. This brings about a further increase in the yield of acetylene, since no parts of the gas flow escape the action of the water can.

Das vorliegende Verfahren ist nicht nur bei der Acetylenherstellung durch partielle Oxydation von Kohlenwasserstoffen, sondern auch bei solchen Methoden anwendbar, bei denen die Energie für die Spaltung der Kohlenwasserstoffe zu Acetylen aus anderen thermischen Quellen zugeführt wird. The present process is not unique to acetylene production by partial oxidation of Hydrocarbons, but also Applicable to those methods in which the energy for the splitting of the hydrocarbons is fed to acetylene from other thermal sources.

Beispiel 1 a) In einem Vorwärmer werden 2000 Nm3/h Methan auf eine Temperatur von 5400 C und in einem zweiten Vorwärmer 1150 Nm3/h Sauerstoff ebenfalls auf eine Temperatur von 5400 C erhitzt. Die beißen Gase werden einer Mischvorrichtung zugeführt. Nach vollständiger Durchmischung tritt das Gemisch durch pa;rallele Kanäle in den Reaktionsraum ein, wo das Methan mit dem Sauerstoff unter Flammenbildung reagiert. Der Durchmesser des Stromes der Rea -tionsgase am Austritt aus dem Reaktionsraum beträgt 400 mm, der Staudruck PG beträgt 2,2-10s at. Die Reaktionsgase werden in der Weise rasch abgekühlt, daß aus vierzig Zerstäuberdüsen insgesamt 16 m3/h Wasser in feinen Tröpfchen in den Gasstrom eingesprüht werden. Man erhält ein Gasgemisch, das 7,gD Volumprozent Acetylen enthält und 4,28 im3 Ruß mit sich führt. b) Man arbeitet unter den gleichen Bedingungen, ändert aber die Abschreckung der Reaktionsgase in der Weise ab, daß zusätzlich aus zwölf Düsen mit einem Durchmesser von 2,8 mm unzerteilte Wasserstrahlen unter einem Druck Pw von 2 atü in den Gasstrom eingespritzt werden. Man erhält ein Gasgemisch mit 8,15 Volumprozent Acetylen und einem Rußgehalt von 3,65 g/m3. Example 1 a) In a preheater, 2000 Nm3 / h methane are converted into a Temperature of 5400 C and in a second preheater 1150 Nm3 / h oxygen as well heated to a temperature of 5400 C. The bite gases are a mixer fed. After complete mixing, the mixture passes through parallel channels into the reaction chamber, where the methane and the oxygen form a flame reacted. The diameter of the flow of reaction gases at the outlet from the reaction space is 400 mm, the dynamic pressure PG is 2.2-10s at. The reaction gases are in Cooled quickly in the manner that from forty atomizer nozzles a total of 16 m3 / h of water are sprayed into the gas flow in fine droplets. A gas mixture is obtained which contains 7.gD volume percent acetylene and 4.28 im3 soot with it. b) You work under the same conditions, but changes the quenching of the reaction gases in the way from that, in addition, undivided from twelve nozzles with a diameter of 2.8 mm Jets of water are injected into the gas stream at a pressure Pw of 2 atü. A gas mixture with 8.15 percent by volume of acetylene and a carbon black content of 3.65 g / m3.

Beispiel 2 a) In der im Beispiel 1 beschriebenen Weise werden 1600 Nm3/h Methan und 890 Nm3/h Sauerstoff getrennt auf je 6400 C erhitzt, gemischt und umgesetzt. Example 2 a) In the manner described in Example 1, 1600 Nm3 / h methane and 890 Nm3 / h oxygen separately heated to 6400 C each, mixed and implemented.

Der Durchmesser des Stromes der Reaktionsgase am Austritt aus dem Reaktionsraum beträgt 265 mm, der Staudruck pG beträgt 7,3.10-8 at. Die Reaktionsgase werden durch vierzig Zerstäuberdüsen mit insgesamt 16 m3/h feinverteiltem Wasser abgekühlt. Man erhält ein Gasgemisch mit 8,05 Volumprozent Acetylen und 2,36 g/m3 Ruß. b) Man arbeitet unter den gleichen Bedingungen, spritzt aber zusätzlich aus zwölf Düsen mit einem Durchmesser von 2,8 mm unzerteilte Wasserstrahlen unter einem Druckpw von 1,5 atü in den Gasstrom ein. Man erhält ein Gasgemisch mit 8,31 Volumprozent Acetylem und 1,94g/mS Ruß. c) Man arbeitet unter den gleichen Bedingungen wie unter a) und b) angegeben, spritzt aber aus zwölf weiteren Düsen mit einem Durchmesser von 2 mm unzerteilte Wasserstrahlen unter einem Druck pkw von 1,2 atü ein. Diese Düsen sind so angeordnet, daß ihre Strahlen in die Sektoren zwischen den Strahlen der zwölf zusätzlichen, unter b) angegebenen Düsen eindringen. Man erhält ein Gasgemisch mit 8,520/e Acetylen und 1,77 g/m3 Ruß.The diameter of the flow of the reaction gases at the outlet from the The reaction space is 265 mm, the back pressure pG is 7.3.10-8 at. The reaction gases are finely divided water through forty atomizer nozzles with a total of 16 m3 / h cooled down. A gas mixture with 8.05 volume percent acetylene and 2.36 g / m 3 is obtained Soot. b) You work under the same conditions, but also spray out twelve nozzles with a diameter of 2.8 mm undivided water jets under one Pressure pw of 1.5 atü in the gas flow. A gas mixture with 8.31 percent by volume is obtained Acetylem and 1.94g / mS carbon black. c) One works under the same conditions as under a) and b), but injects from twelve other nozzles with a diameter of 2 mm undivided water jets under a pressure pkw of 1.2 atü. These Nozzles are arranged so that their jets enter the sectors between the jets of the twelve additional nozzles specified under b). A gas mixture is obtained with 8.520 / e acetylene and 1.77 g / m3 soot.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Process for the production of acetylene by thermal cleavage, especially through partial oxidation of gaseous or vaporized ones Hydrocarbons and rapid cooling of the reaction gases through the introduction of Water in the gas stream, characterized in that the water is in the form of undivided Introduces rays and that the thickness d of the rays and the water pressure pw in front of the outlet openings of the water nozzles for a gas stream with a given dynamic pressure Pa and a certain penetration depth a of the water in the gas stream so that the numerical value of the quantity (pw: Po) (d: a) is between 1 and 15.

2. The method according to claim 1, characterized in that the Introduces water through a plurality of outlet openings and the thickness of each Blasting and / or selecting the water pressure so that the water is as uniform as possible is distributed over the cross section of the gas flow.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that one In addition, introduces atomized water in such a way that the peripheral horizons of the gas flow deterred by the additional injection of water in the form of fine droplets.