159178. lajstromszámú szabadalom • Eljárás acetilén- vagy acetilén és etilén együttes előállítására szénhidrogének hőbontásával

3 159178 4 don befagyasztják. A hőbontási reakciók nagy sebessége miatt a bontandó szénhidrogének és a hőhordozó gázok keverését nagyon hatásosan kell megvalósítani. A keverés helyén mind a hőhordozó gázokat, mind a bontandó szénhidrogéneket igen nagy — általában a hangsebességnek megfelelő, vagy ennél nagyobb — áramlási sebességgel áramoltatják, és bonyolult szerkezeti megoldásokat alkalmaznak. Ugyancsak a hangsebesség tartományában kell összekeverni a fűtőgázt és az oxidáló gázt is, ha a tüzelésnél kellő biztonságot és megfelelően gyors égést akarnak elérni. A nagy hőmérsékletű füstgázok okozta nehézségek, a keverések nagy energiafogyasztása, és a méretek növelésével egyre inkább jelentkező keverésbeli inhornogemtások egyfelől rontják a hozamokat, másfelől az eljárás megvalósításához bonyolult és költséges szerkezetek szükségesek. A két eljárást összehansonlítva, a kétkamrás eljárásoknak számos előnye van a parciális oxidációval szemben. Általában kedvezőbb égési tulajdonságú fűtőgázok közel sztöchiometrikus égetésével, és ezért kevesebb oxigénnel termelik a bontáshoz szükséges hőmennyiséget. Ezen kívül a kétkamrás eljárásoknak nincsenek égéstechnikai korlátai, és mind a nyersanyag, mind a reakcióhőmérséklet vonatkozásában rendkívül rugalmasak. Ezzel szemben a PO-eljárásoknál — a szénhidrogének égetéséhez szükséges nagyobb fajlagos oxigénmennyiség (kg oxigén/kcal) miatt — ugyanannyi hő termeléséhez több oxigén szükséges. Ezenkívül a metán PO-nál megvalósítható reakciófeltételeket az elegy felső égési haíára determinálja, vagyis a PO-eljárás szabadsági foka eggyel kevesebb, mint a kétkamrás eljárásoké. Ennek következtében a PO-eljárás mind a nyersanyag, mind a termékek vonatkozzásában rugalmatlan; a céltermékek hozamadatai pedig a kétkamrás eljárásokban elérhető hozamok felére tehetők. Lényeges előnye azonban a PO-eljárásnak az, hogy a készülékben max. 1500 °C hőmérséklet alakul ki a kétkamrás eljárásokban vízgőzzel beállított 2400—2500 °C-al szemben. Ezért a nagy hőmérsékletű füstgázok és a nyersanyag keverésének problémái elmaradnak, továbbá jelentősen csökken a szerkezeti anyag hőigénybevétele is. A 152 848 sz. magyar szabadalomban védett eljárással a bontandó szénhidrogéneknél kedvezőbb égési tulajdonságú fűtőgázokat és a bontandó szénhidrogéneket (gázokat vagy gőzöket) előre összekeverve, az így előállított elegyre jellemző oxigénmennyiséggel, a PO-hoz hasonló lángreakcióban lényegesen jobb fajlagos adatokat lehet elérni, mint az eredeti parciális oxidációval. Ugyanakkor a reaktorban 1100—1500 °C közötti hőmérséklet alakul ki és így nagy mértékben csökken a szerkezetianyag hőigénybevétele, továbbá a keverés is sokkal egyszerűbbé válik. Ennek az eljárásnak azonban a PO-hoz hasonlóan égéstechnikai (felső égési határ) korlátai vannak. Találmányunk értelmében szénhidrogének hőbontását acetilén, ill. acetilén és etilén együttes előállítása céljából, éghető gázok vagy gőzök és oxidáló gáz közel sztöchiometrikus égetésekor felszabaduló hőmennyiséggel, az égéssel közös térben végezzük. Találmányunk lényege, hogy a bontandó szénhidrogének elegyét, az éghető gázokat vagy gőzöket és az oxidáló gázt különkülön vezetjük a bontó reaktorba, ahol az összes részt vevő komponenst számos egyirányú anyagáramra osztjuk, majd az oxidáló gázt vagy annak legalább 10-%-át a reakciótérbe való belépése előtt az éghető gázokhoz, ill. gőzökhöz keverjük; az előkevéréskor visszamaradó oxidáló gázt pedig a reakciótérbe való belépésnél az előkevert éghető elegybe vezetjük. Az így létrejövő közel sztöchiometrikus aránynak megfelelő öszszetételű, jól éghető elegyet a keletkezése helyén meggyújtjuk. Közben a bontandó szénhidrogénáramokat az égéskor keletkező lángokkal egyirényban ugyancsak a reakciótérbe vezetjük, itt az égéskor felszabaduló hőmennyiség az égéssel közös térben közvetlenül átadódik a bontandó szénhidrogén-áraimdknak és lejátszódik a kívánt hőbontás. A hőbontáshoz szükséges reakcióidő elteltével a nem kívánatos másodlagos reakciók megakadályozása érdekében a folyamatot szokásos módon befagyasztjuk. A reakcióban részt vevő elegyek sok párhuzamos anyagárama közül példaképpen kettőt az 1. ábrán mutatunk be. Az 1 vezetéken áramlik a bontandó szénhidrogén, a 2 vezetéken a fűtőgáz és a 3 vezetéken az oxigén. Az a nyilak mentén az oxigén mennyiségnek legalább 10%-át keverjük a fűtőgázhoz, és a fennmaradó oxigénmennyiséget pedig a b nyilak mentén az előkevert éghető elegybe vezetjük. A 4 reakciótérben lejátszódó hőbomlás az 5 vezetéken adagolt hűtőközeg segítségével befagyasztjuk. Ezt követően a termék a 6 vezetéken távozik a folyamatból. Ismeretes, hogy a különböző éghető elegyek égési sebessége jelentősen eltér, és a sztöchiometrikus aránynak megfelelő összetétel közelében a maxinyílis. Az égési sebesség változását az elegyösszetétel függvényében, néhány éghető gáz pl. szénmonoxid, metán, propán, vízgáz, városi gáz, hidrogén és acetilén oxigénnel való égetésekor — a 2. ábra szemlélteti. (Fritz Schuster: Energetische Grundlagen der Gastechnik. 2. Auf lg. 1950. p. 88.) Ismeretes továbbá az is, hogy a stabil égés biztosításához az előkeverésre és az égés kezdetére kijelölt hely közötti szakaszban úgy kell megválasztani az elegy áramlási sebességét — az éghető elegy égési sebességét is figyelembe véve —, hogy a keverési pontra láng-visszagyulladás, ill. az égésre kijelölt helyen láng-leszakadás ne történhessék. Annak érdekében, hogy a bontó reaktor kapacitása a korszerű nagyipar igényeit kielégítse, a hőtermelésben részt vevő anyagáramok égési tulajdonságait is figyelembe véve az oxidáló gáznak legalább 10%-át kell a 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 o