DE1181697B

DE1181697B - Process for the thermal cracking of hydrocarbons to produce less saturated hydrocarbons

Info

Publication number: DE1181697B
Application number: DES64668A
Authority: DE
Inventors: Frederic Francois Al Braconier; Jean Joseph Lambert Eugen Riga
Original assignee: Societe Belge de lAzote et des Produits Chimiques du Marly SA
Current assignee: Societe Belge de lAzote et des Produits Chimiques du Marly SA
Priority date: 1958-09-08
Filing date: 1959-08-29
Publication date: 1964-11-19

Description

Verfahren zur thermischen Spaltung von Kohlenwasserstoffen zur Erzeugung von weniger gesättigten Kohlenwassersboffen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Spaltung von Kohlenwasserstoffen zur Herstellung ungesättigter Kohlenwasserstoffe, hiervon im besonderen Acetylen und/oder andere Olefine.Process for the thermal cracking of hydrocarbons for production of less saturated hydrocarbons. The present invention relates to a Process for the thermal cracking of hydrocarbons for the production of unsaturated ones Hydrocarbons, including in particular acetylene and / or other olefins.

Es ist bekannt, daß ungesättigte Kohlenwasserstoff e dadurch hergestellt werden können, daß höhergesättigte Kohlenwasserstoffe in heißen Gasen der Pyrolyse unterworfen werden, Gase die von der Verbrennung gasförmiger oder flüssiger Brennstoffe in Sauerstoff oder einem anderen die Verbrennung unterhaltenden Gas herrühren, wobei diese heißen Gase vorzugsweise keinen freien Sauerstoff enthalten.It is known that unsaturated hydrocarbons are produced thereby can be that more highly saturated hydrocarbons in hot gases of pyrolysis are subjected to gases resulting from the combustion of gaseous or liquid fuels originate in oxygen or another combustion sustaining gas, wherein these hot gases preferably do not contain free oxygen.

Die Öfen, die zur Durchführung dieser Verfahren verwendet werden, umfassen im wesentlichen: eine Verbrennungskammer, in welcher der Brennstoff und der Sauerstoff, einzeln zugeführt, beim Austritt aus einem Brenner miteinander unter Flammenbildung gemischt werden; eine Pyrolysekammer, welche in unmittelbarer Verbindung mit der Verbrennungskammer steht, wobei der der Pyrolyse zu unterwerfende Kohlenwasserstoff an der Trennstelle zwischen diesen beiden Kammern in die heißen Gase, die aus der Verbrennungskammer austreten, eingeblasen wird und schließlich eine Vorrichtung zum Abschrecken, d. h. zur plötzlichen Abkühlung der Pyrolysegase.The ovens used to carry out these procedures essentially comprise: a combustion chamber in which the fuel and the oxygen, supplied individually, under each other as it emerges from a burner Flame formation are mixed; a pyrolysis chamber, which is in direct connection with the combustion chamber, the hydrocarbon to be subjected to pyrolysis at the point of separation between these two chambers into the hot gases emanating from the Exhaust combustion chamber, is injected and finally a device for quenching, d. H. for sudden cooling of the pyrolysis gases.

Das Prinzip dieser Verfahrensweise ist darin gelegen, den der Pyrolyse zu unterwerfenden Kohlenwasserstoff in einer praktisch keinen freien Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre sehr rasch auf eine entsprechend erhöhte Temperatur zu bringen. Demgemäß handelt es sich also darum, innerhalb der Verbrennungskammer auf möglichst kleinem Bereich hohe Temperaturen zu erhalten unter Bedingungen, welche adiabatischen Verhältnissen so nahe wie möglich kommen, und Gase mit sehr hohen Temperaturen und die praktisch keinen freien Sauerstoff enthalten, zu bilden, in welche dann der der Pyrolyse zu unterwerfende Kohlenwasserstoff eingespritzt wird.The principle of this procedure is that of pyrolysis to be subjected to hydrocarbon in a practically no free oxygen containing atmosphere very quickly to a correspondingly increased temperature. Accordingly, it is a question of being as close as possible within the combustion chamber small area to obtain high temperatures under conditions which are adiabatic Conditions come as close as possible, and gases with very high temperatures and which contain practically no free oxygen to form, in which then the the hydrocarbon to be subjected to pyrolysis is injected.

Der Erfinder hat in seinem österreichischen Patent 2001.27 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Konzentration der Energie der Verbrennungsflammen in einer Verbrennungskammer unter praktisch adiabatischen Verhältnissen und bei kleinem Volumen geschützt. Dort werden Sauerstoff und Brennstoff, voneinander getrennt, mit hoher Geschwindigkeit mit im wesentlichen gleichen Bewegungsgrößen und in Richtungen, die miteinander einen Winkel von etwa 90° einschließen, eingespritzt. Hierzu dienen Öffnungen von geringem Durchmesser, die auf konzentrischen Kreisen liegen; wobei jeder Öffnung zur Zuführung von Sauerstoff, in derselben Ebene liegend, eine Öffnung zur Zufuhr von Brenngas entspricht. Auf diese Weise entsteht eine Serie von Elementarbrennern, deren jeder -die Mischung in wirksamer Weise ausführt. Die von diesen Brennern ausgehenden, sehr kurzen Flammen bilden zusammen einen ununterbrochenen Ring sehr kurzer und in Richtung der Achse der Verbrennungskammer gerichteter Flammen.The inventor has a method in his Austrian patent 2001.27 and a device for concentrating the energy of the combustion flames in one Combustion chamber under practically adiabatic conditions and with a small volume protected. There, oxygen and fuel are separated from each other at a high rate Speed with essentially the same quantities of motion and in directions, which enclose an angle of about 90 ° with one another, injected. Serve for this Small diameter openings lying on concentric circles; whereby each opening for the supply of oxygen, lying in the same plane, an opening corresponds to the supply of fuel gas. This creates a series of elementary burners, each of which carries out the mixture effectively. The emanating from these burners, very short flames together form a continuous ring and very short flames directed in the direction of the axis of the combustion chamber.

Durch diese Konzentration der Energie, die durch die Flammen erzeugt wird, die praktisch adiabatischen Verhältnisse und das geringe Volumen erzielt man eine weitgehende Herabsetzung der Wärmeverluste, jedoch wird die Innenwand der Verbrennungskammer einer sehr starken Wärmestrahlung ausgesetzt. Man kann die Wand durch eine Schicht von Wasserdampf schützen, welche als Schleier zwischen ihr und den Flammen wirkt.Through this concentration of energy generated by the flames the practically adiabatic conditions and the small volume are achieved a substantial reduction in heat losses, however, the inner wall of the combustion chamber one exposed to very strong heat radiation. You can see the wall through a layer of Protect water vapor, which acts as a veil between you and the flames.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur thermischen Spaltung von Kohlenwasserstoffen zur Erzeugung von weniger gesättigten Kohlenwasserstoffen, insbesondere von Acetylen und/oder Äthylen oder anderer Olefine, durch Vermischen des zu spaltenden Kohlenwasserstoffes mit heißen Verbrennungsgasen, die durch Verbrennung eines gasförmigen oder flüssigen Brennstoffes mit einem die Verbrennung unterhaltenden Gas gebildet werden, wobei die beiden Medien durch eine Serie von Öffnungen, die symmetrisch entlang zweier konzentrischer Kreise angeordnet sind, austreten, unter einem Winkel von ungefähr 90° aufeinandertreffen und einen Kranz von parallel zur Achse des Pyrolyseofens gerichteten Flammen bilden, ist nun dadurch gekennzeichnet, daß dieser Flammenkranz unter Bildung einer Verbrennungszone von geringem Volumen in unmittelbarer Nähe von zwei gegeneinanderlaufenden Dampfschirmen, die sich unter einem Winkel von 50 bis 120r treffen, völlig umschlossen wird, worauf der der Pyrolyse zu unterwerfende Kohlenwasserstoff in das im Anschluß an die Verbrennungszone gebildete Gemisch von Verbrennungsgasen und Wasserdampf eingespritzt wird, und daß die sich bei der Pyrolyse ergebenden Produkte plötzlich abgekühlt werden.The inventive method for the thermal cracking of hydrocarbons for the production of less saturated hydrocarbons, especially acetylene and / or ethylene or other olefins, by mixing the hydrocarbon to be split with hot combustion gases produced by burning a gaseous or liquid Fuel are formed with a combustion sustaining gas, wherein the two media through a series of openings that are symmetrical along two concentric circles are arranged, emerge at an angle of approximately 90 ° meet and a ring parallel to the axis of the pyrolysis furnace directed flames, is now characterized in that this ring of flames forming a combustion zone of small volume in the immediate vicinity of two steam umbrellas running against each other, which are at an angle of 50 to meet 120r, is completely enclosed, whereupon the pyrolysis to be subjected Hydrocarbon in the mixture of formed following the combustion zone Combustion gases and water vapor is injected, and that which occurs during pyrolysis resulting products are suddenly cooled.

Die gegeneinanderlaufenden Dampfschirme, durch die die Verbrennungszone umschlossen wird, bilden vorzugsweise einen Winkel von 70 bis 100°.The opposing steam screens through which the combustion zone is enclosed, preferably form an angle of 70 to 100 °.

Diese Anordnung bietet eine Anzahl von Vorteilen vom Standpunkt der Ausbeute und der Wirtschaftlichkeit der Pyrolyse.This arrangement offers a number of advantages from the standpoint of Yield and the economics of pyrolysis.

Tatsächlich wirken die Dampfhüllen wie ein sehr wirksamer Schirm gegen die Strahlung, welcher gestattet, die Wärmeverluste stark herabzusetzen. Weiter umgeben sie die Flammenkrone vollständig und begrenzen dadurch eitle Verbrennungszone von sehr geringem Volumen, so daß die Verbrennungsenergie stark konzentriert wird. Anderseits bildet sich nach der ersten, sehr rasch vor sich gehenden Phase der Verbrennung des Brennstoffes im praktisch reinen Sauerstoff mit sehr hoher Geschwindigkeit ein inniges Gemisch aus dem Wasserdampf und den sehr heißen Verbrennungsgasen, wodurch eine vollständige Verbrennung unter praktisch völligem Verschvcnndeh des Sauerstoffes durch die Einstellung des Reaktionsgleichgewichtes infolge der Anwesenheit des Wasserdampfes erreicht wird. Als Folge davon bildet sich in äußerst kurzer Zeit ein homogenes Gemisch aus Wasserdampf und Verbrennungsgasen, welches praktisch keinen freien Sauerstoff mehr enthält und praktisch frei ist von urverbrannten Bestandteilen, falls Brennstoff und Sauerstoff od. dgl. in stöchiometrischem Verhältnis zugeführt worden sind. Innerhalb dieses Gemisches ist die Temperatur gleichmäßig und sehr hoch, was den bei der Pyrolyse erwünschten Verhältnissen bestens entspricht.In fact, the vapor envelopes act like a very effective screen against it the radiation, which allows the heat losses to be greatly reduced. Further they completely surround the crown of the flame and thereby limit the vain combustion zone of very small volume, so that the combustion energy is highly concentrated. On the other hand, after the first phase of combustion, which takes place very quickly, forms of the fuel in practically pure oxygen at a very high speed intimate mixture of the water vapor and the very hot combustion gases, whereby a complete combustion with practically complete dissipation of the oxygen by setting the reaction equilibrium due to the presence of water vapor is achieved. As a result, a homogeneous one forms in an extremely short time Mixture of water vapor and combustion gases, which has practically no free oxygen contains more and is practically free of burned-up components, if fuel and oxygen or the like. Have been supplied in a stoichiometric ratio. Within this mixture, the temperature is uniform and very high, which is what the pyrolysis ideally corresponds to the desired conditions.

Es ist schon vorgeschlagen worden, ein Hilfsgas, insbesondere Wasserdampf, in die Verbrennungsgase (Abgase) einzuführen, bevor noch der der Pyrolyse zu unterwerfende Kohlenwasserstoff eingespritzt wird, wobei die Verbrennungsabgase Wasserstoff, aber keinen Sauerstoff enthielten. Zweck dieser Hilfsgaszuführung war es, größtenteils den Sauerstoff und die durch die Dissoziation von Bestandteilen der Verbrennungsgase entstandenen Sauerstoff enthaltenden Radikale während des anschließenden Krackens in der Verbrennungskammer wieder zu verbinden.It has already been proposed to use an auxiliary gas, in particular water vapor, to be introduced into the combustion gases (exhaust gases) before that to be subjected to pyrolysis Hydrocarbon is injected, with the combustion gases being hydrogen, however did not contain oxygen. The purpose of this auxiliary gas supply was, for the most part the oxygen and the dissociation of components of the combustion gases generated oxygen-containing radicals during the subsequent cracking reconnect in the combustion chamber.

Beim Verfahren gemäß der Erfindung ist aber die Verbrennungszone, die durch die Wasserdampfhüllen begrenzt ist, von so kleinem Volumen, daß sich vor der Vermischung mit dem Wasserdampf lediglich die anfängliche Verbrennungsphase ausbilden kann. Im Zuge dieser Anfangsphase, die insbesondere bei Verwendung von Brennstoff und praktisch reinem Sauerstoff sehr rasch durchlaufen wird, vermag die erreichte Temperatur nur eine unbedeutende Menge von freien Radikalen zu erzeugen. Nach dieser Anfangsphase vermischen sich die an der Reaktion beteiligten Stoffe sofort und in völlig homogener Weise mit Wasserdampf. Das Vorhandensein des Wasserdampfes in der Schlußphase der Verbrennung führt zu einer Vervollständigung der Reaktion bis zum Verschwinden praktisch des ganzen freien Sauerstoffes. Falls zur Verbrennung die stöchiometrisch erforderlichen Mengen von Brennstoff und Sauerstoff zugeführt werden, verbleibt überhaupt kein freier Sauerstoff in den Verbrennungsgasen zurück, ebensowenig wie urverbrannter Brennstoff, wodurch die anschließenden Verfahrensschritte des Abscheidens und Konzentrierens der ungesättigten Kohlenwasserstoffe, die durch die Pyrolyse entstanden sind, wesentlich erleichtert und die Oxydation der der Pyrolyse zu unterwerfenden Kohlenwasserstoffe auf ein Mindestmaß verringert wird.In the method according to the invention, however, the combustion zone is which is limited by the steam envelopes, of so small a volume that it is in front of mixing with the steam, only the initial combustion phase can train. During this initial phase, especially when using Fuel and practically pure oxygen is passed through very quickly, the reached temperature to generate only an insignificant amount of free radicals. After this initial phase, the substances involved in the reaction mix immediately and in a completely homogeneous manner with steam. The presence of water vapor in the final phase of the combustion leads to the completion of the reaction until practically all of the free oxygen has disappeared. If for incineration the stoichiometrically required amounts of fuel and oxygen are supplied there is absolutely no free oxygen left in the combustion gases, just as little as burned fuel, whereby the subsequent process steps the separation and concentration of the unsaturated hydrocarbons produced by the pyrolysis have arisen, and the oxidation of the pyrolysis is much easier to be subjugated hydrocarbons is reduced to a minimum.

Es ist anderseits festgestellt worden, daß die Zuführung von Wasserdampf als Beimischung zum Brennstoff und/oder zum Sauerstoff nicht die gleichen Vorteile hervorbringt wie die getrennte Einführung des Wasserdampfes in Form einer den Flammenkranz umgebenden Schicht.On the other hand, it has been found that the supply of water vapor as an admixture with fuel and / or with oxygen does not have the same advantages like the separate introduction of water vapor in the form of a ring of flames surrounding layer.

Damit sich die Reaktion der Verbrennung innerhalb einer Zone von sehr kleinem Volumen, d. h. mit einer sehr hohen Geschwindigkeit abspielt, ist es notwendig, daß zumindest die Anfangsphase der Verbrennung mit praktisch reinen Stoffen vor sich geht. Die Verdünnung der Reaktionspartner durch den Wasserdampf verursacht eine Verringerung der Reaktionsgeschwindigkeit, was wieder zu einer Erhöhung des Volumens der Verbrennungszone führt und als Folge davon zu einer geringeren Konzentration der Wärme.So that the reaction of the combustion is within a zone of very small volume, d. H. plays at a very high speed, it is necessary to that at least the initial phase of combustion with practically pure substances occurs is going. The dilution of the reactants is caused by the water vapor a decrease in the reaction rate, which in turn leads to an increase in the Volume of the combustion zone leads and as a consequence to a lower concentration the warmth.

Das Wesen und die Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich klarer an Hand der Beschreibung eines Ofens zur Durchführung der Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen, wie sie schematisch und nur als Beispiel in der F i g. 1 gezeigt ist.The essence and advantages of the present invention emerge clearer on the basis of the description of a furnace for carrying out the pyrolysis of hydrocarbons, as shown schematically and only as an example in FIG. 1 is shown.

Die F i g. 1 zeigt einen Schnitt durch einen zylindrischen Ofen zur Erzeugung von ungesättigten Kohlenwasserstoffen durch Einführen des der Pyrolyse zu unterziehenden Kohlenwasserstoffes in heiße Gase.The F i g. 1 shows a section through a cylindrical furnace for Production of unsaturated hydrocarbons by introducing pyrolysis to be subjected to hydrocarbon in hot gases.

Dieser Ofen umfaßt in seinen wesentlichen Teilen den Verteiler 1, die Verbrennungskammer 2 und die Pyrolysekammer 3. Er wird vervollständigt durch die Leitungen 4, 5 und 6 zur Zuführung von Brenngas, Sauerstoff bzw. dem der Pyrolyse zu unterwerfenden Kohlenwasserstoff und durch eine Einrichtung zur plötzlichen Abkühlung der Pyrolysegase, welche Vorrichtung aus einem Kranz von Zerstäubern 7 zum Einspritzen kalten Wassers gebildet ist.This furnace comprises in its essential parts the distributor 1, the combustion chamber 2 and the pyrolysis chamber 3. It is completed by the lines 4, 5 and 6 for the supply of fuel gas, oxygen or the hydrocarbon to be subjected to the pyrolysis and by a device for the sudden Cooling of the pyrolysis gases, which device consists of a ring of atomizers 7 for injecting cold water.

Der Verteiler 1 besitzt an seiner der Verbrennungskammer zugewendeten Seite eine umlaufende ut n trapezförmigem Querschnitt, deren Achse N '# vc mit de--- LI ~!gsachse des Ofens zusammenfällt. An den geneigten Seitenwänden dieser Nut 8 münden die konzentrischen Ringleitungen 9 und 10, deren Achsen im rechten Winkel zu den Seitenwänden der Nut stehen. Die Ringleitungen 9 und 10 sind mit den Leitungen 4 bzw. 5 zur Zuführung von Brenngas bzw. Sauerstoff verbunden. Die Seitenwände der Ringnut sind symmetrisch unter einem Winkel von jeweils 45° zur Längsachse geneigt und besitzen die gleiche Anzahl von Löchern, welche symmetrisch angeordnet sind und die Verbrennungskammer 2 mit den Ringleitungen 9 bzw. 10 verbinden.The manifold 1 has, on its side facing the combustion chamber has a circumferential ut n trapezoidal cross-section, the axis N '# vc with de --- LI ~! Gsachse coincides the furnace. On the inclined side walls of this groove 8, the concentric ring lines 9 and 10 open, the axes of which are at right angles to the side walls of the groove. The ring lines 9 and 10 are connected to the lines 4 and 5 for the supply of fuel gas or oxygen. The side walls of the annular groove are symmetrically inclined at an angle of 45 ° to the longitudinal axis and have the same number of holes, which are symmetrically arranged and connect the combustion chamber 2 with the ring lines 9 and 10 , respectively.

Der Durchmesser dieser Löcher ist so gewählt, daß erstens die Austrittsgeschwindigkeit der beiden Medien verhältnismäßig hoch ist, etwa in der Größenordnung von 100 bis 200 m/Sek., und zweitens die Bewegungsgrößen der beiden Medien, die durch einander gegenüberliegende Löcher austreten, im wesentlichen gleich sind.The diameter of these holes is chosen so that, firstly, the exit velocity of the two media is relatively high, roughly on the order of 100 to 200 m / sec., And secondly, the magnitudes of movement of the two media, which are mixed up opposite holes emerge are essentially the same.

Der Verteiler 1 ist des weiteren mit einem Raum 11 versehen, welcher als innerer Verteiler für den Wasserdampf wirkt und mit der Dampfzuleitung 12 verbunden ist. Durch den umlaufenden Schlitz 13 steht der Raum 11 in Verbindung mit der Verbrennungskammer 2. Der Schlitz 13 ist gegenüber der Längsachse des Ofens unter einem Winkel von 35 bis 50° geneigt. Am Rande des Verteilers ist ein zweiter umlaufender Schlitz 14 vorgesehen, welcher ebenfalls unter einem Winkel von 35 bis 50° geneigt ist und zur Einführung von Wasserdampf dient, der als Umhüllung den Flammenkranz von außen her umgeben soll. Da diese umlaufenden Schlitze unter Winkeln von 35 bis 50° geneigt sind, bilden die Wasserdampfstrahlen, die aus ihnen austreten, zwei Hüllen, die sich unter einem Winkel von etwa 70 bis 100° treffen. Die umlaufende Vereinigungslinie dieser Hiillen und die Vereinigungspunkte der an der Verbrennung beteiligten Stoffe liegen auf einem gedachten Zylinder, dessen Achse mit der Längsachse des Pyrolyseofens zusammenfällt. Die Größe der Schlitze für die Dampfzufuhr ist so gewählt, daß die Bewegungsgrößen der beiden Dampfstrahlen praktisch gleich sind.The distributor 1 is furthermore provided with a space 11 which acts as an inner distributor for the water vapor and is connected to the steam supply line 12. The space 11 is connected to the combustion chamber 2 through the circumferential slot 13. The slot 13 is inclined at an angle of 35 to 50 ° with respect to the longitudinal axis of the furnace. At the edge of the distributor, a second circumferential slot 14 is provided, which is also inclined at an angle of 35 to 50 ° and serves to introduce water vapor, which is intended to enclose the ring of flames from the outside. Since these circumferential slots are inclined at angles of 35 to 50 °, the water vapor jets that emerge from them form two shells that meet at an angle of about 70 to 100 °. The circumferential line of union of these shells and the points of union of the substances involved in the combustion lie on an imaginary cylinder, the axis of which coincides with the longitudinal axis of the pyrolysis furnace. The size of the slots for the steam supply is chosen so that the movement sizes of the two steam jets are practically the same.

Durch die Leitungen 4 und 5 und durch die konzentrischen Ringleitungen 9 und 10 werden, vorgeheizt oder nicht, Wasserstoff oder ein an Wasserstoff reiches Gas und Sauerstoff in die Verbrermungskammer 2 eingespritzt. Diese gasförmigen Medien, die mit hoher Geschwindigkeit und mit im wesentlichen gleichen Bewegungsgrößen austreten, treffen mit entgegengesetzten Richtungen, die miteinander einen Winkel von etwa 90° bilden, aufeinander, wodurch sich örtlich eine sofortige und innige Vermischung und das Entstehen kurzer Flammen, die im wesentlichen parallel zur Längsachse der Verbrennungskammer stehen, ergibt.Through the lines 4 and 5 and through the concentric ring lines 9 and 10 , whether or not preheated, hydrogen or a hydrogen-rich gas and oxygen are injected into the combustion chamber 2. These gaseous media, which emerge at high speed and with essentially the same magnitudes of movement, meet in opposite directions which form an angle of about 90 ° with one another, causing an immediate and intimate mixing locally and the formation of short flames, essentially are parallel to the longitudinal axis of the combustion chamber, results.

Der Wasserdampf, der durch die Leitung 12 zugeführt worden ist, geht durch den Hohlraum 11 des Verteilers 1 hindurch und schützt damit diesen vor überhitzung. Der Dampf tritt sodann durch den umlaufenden Schlitz 13 in die Verbrennungskammer 2 aus. Ebenso wird der Dampf, der durch die Leitung 15 kommt, nach dem Hindurchgang durch den umlaufenden Schlitz 14 in die Verbrennungskammer 2 geführt. Die beiden Dampfhüllen treffen sich unter einem Winkel von 70 bis 100° und umgeben den Flammenkranz vollständig, wodurch eine Verbrennungszone umgrenzt wird, in der nur die erste Phase der Verbrennung des gewählten Brennstoffes vor sich gehen kann. Die Dampfhüllen bilden eine Abschirmung gegen die Wärmestrahlung und schützen die Wände der Verbrennungskammer 2 gegen die Wirkungen der strahlenden Wärme.The water vapor that has been supplied through the line 12 passes through the cavity 11 of the distributor 1 and thus protects it from overheating. The steam then exits through the circumferential slot 13 into the combustion chamber 2. Likewise, the steam that comes through the line 15 is guided into the combustion chamber 2 after passing through the circumferential slot 14. The two vapor envelopes meet at an angle of 70 to 100 ° and completely surround the ring of flames, thereby delimiting a combustion zone in which only the first phase of combustion of the selected fuel can take place. The steam envelopes form a screen against the heat radiation and protect the walls of the combustion chamber 2 against the effects of the radiant heat.

Am Ende der ersten Verbrennungsphase vereinigen sich die Dampfhüllen und die durch die Verbrennung entstandenen Gase sehr rasch und in homogener Weise; letzteres sowohl vom Standpunkt des Wärmeausgleichs als auch der Zusammensetzung aus.At the end of the first combustion phase, the steam envelopes unite and the gases produced by the combustion very quickly and in a homogeneous manner; the latter both from the standpoint of heat balance and composition the end.

In der Verbrennungszone von sehr geringem Volumen, die durch die Dampfhüllen begrenzt ist, reagieren der Brennstoff Und der Sauerstoff nüteinander, jedoch geht nur die erste Verbrennungsphase vor sich, und zwar unter Bildung eines Minimums von freien Radikalen. Nach diesem Anfangsstadium geht die Vermischung der Produkte dieser Verbrennung mit dem Wasserdampf und sodann die Endphase der Verbrennung, das ist die Vollendung der Reaktion, vor sich, in deren Lauf praktisch der ganze freie Sauerstoff verbraucht und der Brennstoff zur Gänze verbrannt wird.In the combustion zone of very small volume, which is created by the steam envelopes is limited, the fuel and the oxygen react without each other, but works only the first phase of combustion ahead of you, with the formation of a minimum from free radicals. After this initial stage, the products are mixed this combustion with the steam and then the final phase of the combustion, that is the completion of the reaction, in front of you, in the course of which practically the whole Free oxygen is consumed and the fuel is burned in its entirety.

Am Ausgang der Verbrennungskammer 2 geht das Gemisch aus dem einhüllenden Wasserdampf und den Verbrennungsgasen in die Pyrolysekammer 3 über. Durch die Ringleitung 6 wird der der Pyrolyse zu unterwerfende Kohlenwasserstoff eingeführt und zersetzt sich infolge der Wirkung der hohen Temperaturen, wobei sich insbesondere Acetylen und Äthylen ergeben. Die Pyralysegase werden sodann plötzlich abgekühlt, indem kaltes Wasser durch den Kranz von Zerstäubern 7 in Richtung quer zur Längsachse eingespritzt wird.At the exit of the combustion chamber 2, the mixture goes out of the envelope Steam and the combustion gases in the pyrolysis chamber 3 over. Through the ring line 6, the hydrocarbon to be subjected to pyrolysis is introduced and decomposed due to the effect of high temperatures, especially acetylene and ethylene. The pyrolysis gases are then suddenly cooled by adding cold Water is injected through the ring of atomizers 7 in a direction transverse to the longitudinal axis will.

Es ist bereits bekannt, das Brennstoffgas (z. B. Methan) und den Sauerstoff tangential senkrecht zur Achse der Brennkammer einzuführen. Die eingespritzten Gase bilden bei einer solchen Art der Einführung einen Wirbelstrom, bei dem es ausgeschlossen ist, daß sich ein. Flammenkranz bildet, tierparallel zur Achse der Brennstoffkammer liegt, wie dies im erfindungsgemäßen Verfahren der Fall ist. Bei dem bekannten Verfahren ist es auch, ausgeschlossen, die Wände der Brennkammer vor einen': direkten Kontakt mit der heißen Flamme zu schützen, selbst, wenn dabei Wasserdampf mit in die Brennkammer eingeführt wird. Erfindungsgemäß ist es auf Grund der parallel zur Achse der Brennkammer verlaufenden Flammen möglich, durch gleichzeitig eingefÜhrteü.Wasserdampf einen wirksamen Schutz der Wände der Brennkammer zu bewirken. Beispiel Der Ofen, wie er in der F i g. 1 gezeigt wird, wurde für die gleichzeitige Erzeugung von Acetylen und Äthylen verwendet. Die Produktion betrug 1922 bzw. 4282 kg pro Tag.It is already known the fuel gas (e.g. methane) and the oxygen to be introduced tangentially perpendicular to the axis of the combustion chamber. The injected gases form with such a type of introduction an eddy current in which it is excluded is that one. Flame ring forms, animal parallel to the axis of the fuel chamber is, as is the case in the method according to the invention. In the known method it is also 'excluded the walls of the combustion chamber from': direct contact to protect with the hot flame, even if there is water vapor in the combustion chamber is introduced. According to the invention it is due to the parallel to the axis of the combustion chamber running flames possible, by simultaneously introduced water vapor effective protection of the walls of the combustion chamber. Example The stove, like him in FIG. 1 was shown for the simultaneous generation of acetylene and ethylene are used. The production was 1922 or 4282 kg per day.

Die Verbrennungskammer 2 ist durch den Verteiler 1 aus feuerfestem Stahl und durch die Seitenwand aus feuerfesten Steinen begrenzt. Die Wand der Pyrolysekammer 3 besteht aus Stahl. Die Wände der beiden Fern sind von außen her durch fließendes kaltes Wasser gekühlt. Die Verbrennungskammer hat einen Innendurchmesser von 140 mm und eine Höhe von 168 mm. Der Verteiler 1 besitzt eine umlaufende Nut 8, deren Seitenwände unter je 45° geneigt sind. Diese Nut weist 24 Löcher von je 7 mm Durchmesser auf, die auf einem Kreis von 104 mm Durchmesser liegen, und 24 Löcher von 4,5 mm Durchmesser, die auf einem Kreis von 66 mm Durchmesser angeordnet sind. Weiter besitzt der Verteiler 1 zwei umlaufende Schlitze 13 und 14, deren einer einen Durchmesser von 52 mm (gemessen an der unteren Fläche des Verteilers) und eine Breite von 5,5 mm hat und unter 37° gegenüber der Seitenwand des Ofens geneigt ist; der andere hat einen Durchmesser von 116 mm und eine Breite von 3 mm und ist unter 37° gegenüber der Achse des Ofens geneigt. Koksofengas der folgenden Zusammensetzung: Wasserstoff ................ 59,8 Volumprozent Methan ................... 26,8 Volumprozent C2 Kohlenwasserstoffe ...... 2,1 Volumprozent Kohlenoxyd ............... 5,8 Volumprozent Sauerstoff ................. 0,2 Volumprozent Stickstoff .................. 3,4 Volumprozent Kohlansäureanhydrid ....... 1,9 Volumprozent wurde in einer Menge von 260 Nm3/h durch die Leitung 4 und über den Kranz 9 zugeführt, um in die Verbrennungskammer 2 zu gelangen.The combustion chamber 2 is delimited by the distributor 1 made of refractory steel and by the side wall made of refractory bricks. The wall of the pyrolysis chamber 3 is made of steel. The walls of the two ferns are cooled from the outside by running cold water. The combustion chamber has an inner diameter of 140 mm and a height of 168 mm. The distributor 1 has a circumferential groove 8, the side walls of which are inclined at 45 ° each. This groove has 24 holes, each 7 mm in diameter, which are arranged on a circle of 104 mm diameter, and 24 holes of 4.5 mm diameter, which are arranged on a circle of 66 mm diameter. The distributor 1 also has two circumferential slots 13 and 14, one of which has a diameter of 52 mm (measured on the lower surface of the distributor) and a width of 5.5 mm and is inclined at 37 ° with respect to the side wall of the furnace; the other has a diameter of 116 mm and a width of 3 mm and is inclined at 37 ° with respect to the axis of the furnace. Coke oven gas of the following composition: hydrogen ................ 59.8 percent by volume methane ................... 26.8 percent by volume C2 Hydrocarbons ...... 2.1 volume percent carbon oxide ............... 5.8 volume percent oxygen ................. 0.2 percent by volume nitrogen .................. 3.4 percent by volume carbonic anhydride ....... 1.9 percent by volume was in an amount of 260 Nm3 / h through the Line 4 and fed via the ring 9 to get into the combustion chamber 2.

Durch die Leitung 5 und den Kranz 10 wurde Sauerstoff mit einem Reinheitsgrad von 93,5% in einer Menge von 250 Nm3/h in die Verbrennungskammer eingeführt.Oxygen with one degree of purity was supplied through the line 5 and the ring 10 of 93.5% is introduced into the combustion chamber in an amount of 250 Nm3 / h.

Beim Eintritt in die Verbrennungskammer durchdringen sich die beiden Medien, die unter einem Winkel von 90° aufeinandertreffen, entflammen sich sehr rasch und ergeben einen Kranz von Flammen, die sich parallel zur Achse der Verbrennungskammer 2 erstrecken. Dieser Flammenkranz wird durch einen Schirm aus Wasserdampf von 6001C völlig eingehüllt, der in einer Menge von 500 kg/h und unter einem Druck von 2 kg/cm2 (vor dem nicht dargestellten Vorwärmer) durch die Schlitze 13 und 14 eingespritzt wird. Die Mengen und Geschwindigkeiten von Dampf sind an den beiden Schlitzen praktisch gleich, und die beiden Dampfschirme treffen einander unter einem Winkel von 74° auf einem gedachten vertikalen Zylinder durch die Vereinigungspunkte der beiden an der Verbrennung beteiligten Medien.When entering the combustion chamber, the two media penetrate each other, which meet at an angle of 90 °, ignite very quickly and produce a ring of flames which extend parallel to the axis of the combustion chamber 2. This ring of flames is completely enveloped by a screen of water vapor at 600 ° C , which is injected through the slots 13 and 14 at a rate of 500 kg / h and under a pressure of 2 kg / cm2 (in front of the preheater, not shown). The quantities and velocities of steam are practically the same at the two slots, and the two steam screens meet at an angle of 74 ° on an imaginary vertical cylinder through the points of union of the two media involved in the combustion.

In das Gemisch der Verbrennungsgase und des den Schirm bildenden Wasserdampfes wird Naphtha in einer Menge von 524 kg/h eingespritzt, dessen Temperatur an der Eintrittsstelle in den Ofen 580° C beträgt. Die Eigenschaften dieses Naphthas sind die folgenden: Tropfpunkt ............. 41° C Trockenpunkt ........... 130° C Aromatische Kohlenwasserstoffe .... 10 Gewichtsprozent Naphthenische Kohlenwasserstoffe .... 10,5 Gewichtsprozent Das durch die Pyrolyse erhaltene Gas besitzt die folgende Zusammensetzung: H2 ........................ 30,3 Volumprozent N2 ........................ 0,7 Volumprozent CO ....................... 15,9 Volumprozent C02 ...................... 8,2 Volumprozent CH4 .................. . . . . 11,9 Volumprozent C2H2 ..................... 8,3 Volumprozent C2H4 ..................... 18,2 Volumprozent C2H8 ..................... 0,7 Volumprozent Kohlenwasserstoffe mit mehr als 2 Kohlenstoffatomen einschließlich aromatischer Kohlenwasserstoffe ....... 5,8 Volumprozent Der Winkel, unter welchem sich die beiden Dampfschirme treffen, schwankt zwischen 70 und 100°. Die Wahl der Größe dieses Winkels, ebenso wie jener des Abstandes zwischen den beiden Schlitzen zum Einblasen der beiden Dampfschirme, ist im wesentlichen abhängig von der Beschaffenheit des Brennstoffes, der zur Erzeugung der heißen Gase Verwendung findet. Für jeden Brennstoff muß aber die von den beiden Dampfschirmen umgrenzte Verbrennungszone ein solches Volumen haben, da.ß die erste Verbrennungsphase in normaler Weise vor sich gehen kann und daß die erreichte Temperatur von der gleichen Größenordnung ist wie jene, welche sich nach der Mischung mit dem die Schirme bildenden Dampf und nach der Vollendung der Verbrennung einstellt.Naphtha is injected into the mixture of the combustion gases and the water vapor forming the screen in an amount of 524 kg / h, the temperature of which is 580 ° C. at the point of entry into the furnace. The properties of this naphtha are as follows: Drop point ............. 41 ° C Drying point ........... 130 ° C Aromatic hydrocarbons .... 10% by weight of naphthenic hydrocarbons .... 10.5 percent by weight The gas obtained by the pyrolysis has the following composition: H2 ........................ 30.3 percent by volume N2. ....................... 0.7 percent by volume CO ...................... . 15.9 percent by volume C02 ...................... 8.2 percent by volume CH4 ................. .. . . . 11.9 percent by volume C2H2 ..................... 8.3 percent by volume C2H4 ................... .. 18.2 percent by volume C2H8 ..................... 0.7 percent by volume hydrocarbons with more than 2 carbon atoms including aromatic hydrocarbons ....... 5, 8 percent by volume The angle at which the two vapor screens meet varies between 70 and 100 °. The choice of the size of this angle, as well as that of the distance between the two slots for blowing in the two vapor screens, is essentially dependent on the nature of the fuel which is used to generate the hot gases. For each fuel, however, the combustion zone delimited by the two vapor screens must have such a volume that the first combustion phase can take place in the normal way and that the temperature reached is of the same order of magnitude as that which changes after mixing with the the screens forming steam and stops after the completion of the combustion.

Die in F i g. 2 ersichtlichen Kurven I, 1I und IH zeigen die Änderung der Temperatur T in Abhängigkeit vom Fortschreiten der Verbrennung oder, wie dies praktisch gleichbedeutend ist, in Abhängigkeit von der Länge L der Verbrennungskammer. Beim Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung (Kurve I) steigt die Temperatur im Laufe der ersten Phase der Verbrennung rasch an (Teil 0-A), sodann, nach der Vermischung mit dem Wasserdampf der beiden Schirme, bleibt die Temperatur praktisch konstant, da die Wirkung der Abkühlung durch den Wasserdampf (Kurve I') durch die Wärmeabgabe bei der Reaktion während der Vollendung der Verbrennung ausgeglichen wird. Eine Verbrennungskammer von einer Länge von 168 mm (gemäß den Bedingungen beim beschriebenen Beispiel) genügt vollauf, um ein bezüglich Wärmeausgleich und Zusammensetzung homogenes Gemisch aus Wasserdampf und Verbrennungsgasen zu erlangen. Bei einem Verfahren, bei dem sonst alle anderen Bedingungen gleich bleiben, jedoch der Wasserdampf erst nach der Vollendung der Verbrennung eingeführt wird, erhöht sich die Temperatur im Laufe dieser Verbrennung sehr stark (Kurve II, Teil 0-B) und erniedrigt sich sodann infolge der Einführung des kühleren Wasserdampfes. Es ist daher in diesem Falle erforderlich, eine längere Verbrennungskammer (mindestens 300 mm lang) vorzusehen, damit das Gemisch aus Wasserdampf und Verbrennungsgasen homogen wird. Im Gegensatz zum Verfahren nach der Erfindung führt dieses Verfahren, bei dem der Wasserdampf erst nach der völligen Verbrennung eingebracht wird, zu starken Wärmeverlusten, und zwar dadurch, daß a) in der Verbrennungskammer wesentlich höhere Temperaturen vorhanden sind (0-B größer als 0-A) und b) daß die Verbrennungskammer ein wesentlich größeres Volumen aufweist, wodurch sich eine viel größere Fläche zum Wärmeaustausch gegenüber den Wänden des Ofens ergibt.The in F i g. Curves I, 1I and IH shown in 2 show the change the temperature T as a function of the progress of the combustion or, like this is practically equivalent, depending on the length L of the combustion chamber. In the process according to the present invention (curve I) the temperature rises in the course of the first phase of the combustion rapidly (part 0-A), then, after the Mixing with the water vapor from the two screens, the temperature remains practical constant, since the effect of cooling by the water vapor (curve I ') by the Heat dissipation in the reaction is balanced during the completion of the combustion will. A combustion chamber 168 mm long (according to the conditions in the example described) is fully sufficient to obtain a heat balance and Composition to obtain a homogeneous mixture of water vapor and combustion gases. In a procedure in which all other conditions otherwise remain the same, however the water vapor introduced only after the combustion is complete increases the temperature increases very strongly in the course of this combustion (curve II, part 0-B) and then decreases as a result of the introduction of the cooler water vapor. It it is therefore necessary in this case to have a longer combustion chamber (at least 300 mm long) so that the mixture of water vapor and combustion gases becomes homogeneous. In contrast to the method according to the invention, this method leads in which the water vapor only after complete combustion brought in becomes, to strong heat losses, namely by the fact that a) in the combustion chamber significantly higher temperatures are present (0-B greater than 0-A) and b) that the Combustion chamber has a much larger volume, which means a lot results in a larger area for heat exchange compared to the walls of the furnace.

Aus dem Vorhandensein der höheren Temperaturen ergibt sich außerdem eine starke Bildung freier Radikale im Verlauf der Verbrennung. Die Kurve III zeigt den Verlauf der Temperatur in der Verbrennungskammer in jenem Falle, in dem sowohl das Brenngas als auch das die Verbrennung unterhaltende Gas (Sauerstoff od. dgl.) mit Wasserdampf vermischt sind. Die Verbrennung nimmt ihren Ausgang von verdünnten Verbrennungskomponenten und ist demgemäß langsam, wofür eine ziemlich lange Verbrennungskammer erforderlich ist, woraus sich erhebliche Wärmeverluste ergeben.The presence of the higher temperatures also results a strong formation of free radicals in the course of the combustion. The curve III shows the course of the temperature in the combustion chamber in the event that both the fuel gas as well as the gas that maintains the combustion (oxygen or the like) are mixed with water vapor. Combustion begins with diluted ones Combustion components and is accordingly slow, for which a rather long combustion chamber is required, which results in significant heat losses.

Es sind vergleichende Versuche unternommen worden mit einem Wasserdampf-Schirm in Form zweier Hüllen, die einen Winkel von 74° miteinander einschließen und den Flammenkranz umgeben bzw. mit einem Schirm aus Wasserdampf, welcher sich entlang der Seitenwand der Verbrennungskammer erstreckte. Bei im übrigen gleichen Bedingungen (Zusammensetzung und Mengen der am Vorgang beteiligten Stoffe, Verhältnis von Äthylen zu Acetylen in den Pyrolysegasen), zeigten diese Versuche mit einem Schirm aus Wasserdampf gemäß der vorliegenden Erfindung die folgenden Vorteile: a) Die Länge der Verbrennungskammer konnte wesentlich verringert werden (von 300 auf 168 mm), woraus sich als Folge eine Verringerung der Wärmeverluste um mehr als 50 0/0 ergab; b) das Ausmaß der Oxydation des der Pyrolyse zu unterziehenden Kohlenwasserstoffes (Oxydation durch den Sauerstoff und durch die freien Radikale, die in den Verbrennungsgasen enthalten sind), wurde von 9 % auf 4,5 % reduziert.Comparative attempts have been made with a water vapor screen in the form of two shells that enclose an angle of 74 ° with one another and the Surrounded by a wreath of flames or with a screen of water vapor, which runs along the side wall of the combustion chamber. With otherwise the same conditions (Composition and quantities of the substances involved in the process, ratio of ethylene to acetylene in the pyrolysis gases), these experiments showed with a screen made of water vapor according to the present invention the following advantages: a) The length of the combustion chamber could be reduced significantly (from 300 to 168 mm), from which as a result showed a reduction in heat losses of more than 50%; b) the extent of Oxidation of the hydrocarbon to be subjected to pyrolysis (oxidation by the oxygen and by the free radicals contained in the combustion gases are) has been reduced from 9% to 4.5%.

Das Verfahren nach der Erfindung ist ebenfalls anwendbar im Falle der Anordnung mehrerer Flammenkränze, deren jeder von zwei Wasserdampfschirmen umgeben wird. Eine solche Anordnung ist besonders zur Produktion von Kohlenwasserstoffen in großem Ausmaße geeignet.The method according to the invention is also applicable in the case the arrangement of several rings of flames, each of which is surrounded by two water vapor screens will. Such an arrangement is particularly useful for the production of hydrocarbons suitable on a large scale.

Claims

Claims: 1. Process for the thermal cracking of hydrocarbons for the production of less saturated hydrocarbons, especially acetylene and / or ethylene or other olefins, by mixing the hydrocarbon to be cleaved with hot combustion gases produced by burning a gaseous or liquid Fuel are formed with a combustion sustaining gas, wherein the two media through a series of openings that are symmetrical along two concentric circles are arranged, emerge at an angle of approximately 90 ° meet and a ring parallel to the axis of the pyrolysis furnace directed flames, characterized in that this ring of flames under Formation of a low volume combustion zone in close proximity to two steam screens running against each other at an angle of 50 to 120 ° meet, is completely enclosed, whereupon the hydrocarbon to be subjected to pyrolysis into the mixture of combustion gases formed following the combustion zone and water vapor is injected, and that resulting from the pyrolysis Products are suddenly cooled.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the angle at the line of union of the two water vapor screens is 70 to 100 ° amounts to.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the Line of union of the two water vapor screens and each of the union points of fuel and gas that maintains combustion on an imaginary cylinder whose axis coincides with the axis of the combustion chamber.

4. Procedure according to claims 1 to 3, characterized in that the movement variables of the both water vapor curtains are essentially the same.

5. Procedure according to claims 1 to 4, characterized in that several flame rings are formed each of which is surrounded by two water vapor screens facing each other and enclose an angle of 50 to 120 ° with one another. Considered References: U.S. Patent No. 2,750,420; Fifth Symposium on Combustion, Reinhold Publishing Co., New York, 1955, p. 14, column 4.