Beschreibung Die vorliegende Anmeldung schließt durch Verweis die am 1 1. November 2010 eingereichte vorläufige US-Anmeldung Nr. 61/412,406 ein.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Acetylen und Synthesegas durch partiellen Oxidation von Kohlenwasserstoffen in einem Reaktor, bei wel- ehern man dem Reaktor einen den Kohlenwasserstoff enthaltenden Strom sowie einen den Sauerstoff enthaltenden Strom zuleitet sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Hochtemperaturreaktionen zur partiellen Oxidation von Kohlenwasserstoffen werden üblicher- weise in einem Reaktorsystem aus Mischeinheit, Brenner und Quencheinrichtung durchgeführt.

Als Beispiel für eine solche Partialoxidation im Hochtemperaturbereich ist die Herstellung von Acetylen und Synthesegas durch partielle Oxidation von Kohlenwasserstoffen zu nennen. Diese wird beispielsweise in DE 875198, DE 1051845, DE 1057094 und DE 4422815 beschrieben.

Hierin werden die für das BASF-Sachsse-Bartholome-Acetylenverfahren üblicherweise eingesetzten Mischer/Brennerblock/Feuerraum/Quench-Kombinationen - im Folgenden, wenn auf die Kombination Bezug genommen wird, vereinfacht als„Reaktor" bezeichnet - erläutert. Die Ausgangsstoffe wie beispielsweise Erdgas und Sauerstoff werden dabei getrennt aufgeheizt, üblicherweise bis hin zu 600°C. In einer Mischzone werden die Reaktanden intensiv vermischt und nach Durchströmen eines Brennerblocks zur exothermen Reaktion gebracht. Der Brennerblock besteht in diesen Fällen aus einer bestimmten Anzahl aus parallelen Kanälen, in denen die Strömungsgeschwindigkeit der zündfähigen Sauerstoff/Erdgas-Mischung höher ist als die Flammengeschwindigkeit (Reaktionsgeschwindigkeit, Umsetzungsgeschwindigkeit), um ein Durchschlagen der Flamme in den Mischraum zu verhindern. Der metallische Brennerblock wird gekühlt, um den thermischen Belastungen standzuhalten. Je nach Aufenthaltszeit im Mischraum entsteht die Gefahr der Vor- und Rückzündung aufgrund der begrenzten thermischen Stabilität der Mischungen. Hier wird der Begriff der Zündverzugszeit, bzw. Induktionszeit gebraucht als die Zeitspanne, in der eine zündfähige Mischung keine nennenswerte intrinsische thermische Veränderung durchläuft. Die Induktionszeit ist abhängig von der Art der eingesetzten Kohlenwasserstoffe, dem Mischungszustand, von Druck und Temperatur. Sie bestimmt die maximale Aufenthaltszeit der Reaktanden im Mischraum. Reaktanden wie Wasserstoff, Flüssiggas oder Leichtbenzin, deren Einsatz aufgrund von Ausbeute- und /oder Kapazitätssteige- rungen im Syntheseprozess besonders wünschenswert ist, zeichnen sich durch eine vergleichsweise hohe Reaktivität und damit geringe Induktionszeit aus.

Die im derzeitigen Produktionsmaßstab eingesetzten Acetylenbrenner zeichnen sich durch ihre zylinderförmige Geometrie des Feuerraums aus. Der Brennerblock weist vorzugsweise hexa- gonal angeordnete Durchführungsbohrungen auf. In einer Ausführungsform sind z.B. 127 Bohrungen ä 27 mm Innendurchmesser hexagonal auf einem kreisförmigen Grundquerschnitt mit Durchmesser von ca. 500 mm angeordnet. In der Regel liegen die eingesetzten Kanaldurchmesser bei etwa 19 bis 27 mm Durchmesser. Der anschließende Feuerraum, in der die Flamme der acetylenbildenden partiellen Oxidationsreaktion stabilisiert wird, ist ebenfalls von zylindrischem Querschnitt, ist wassergekühlt und entspricht im Erscheinungsbild dem eines kurzen Rohres (von z.B. 180 bis 533 mm Durchmesser und 380 bis 450 mm Länge). In Höhe der feuer- raumseitigen Oberfläche des Brennerblocks wird sogenannter Hilfssauerstoff dem Reaktionsraum zugeführt. Dadurch wird für eine Flammenstabilisierung und somit für einen definierten Abstand der Flammenwurzel und damit des Reaktionsbeginns zum Reaktionsabbruch durch die Quencheinrichtung gesorgt. Der gesamte Brenner aus Brennerblock und Feuerraum wird in einen Quenchbehälter größeren Querschnitts über einen Flansch von oben eingehängt. Auf Höhe der Austrittsebene aus dem Feuerraum sind außerhalb von dessen Umfang Quenchdü- sen auf einem oder mehreren Quenchverteilerringen installiert, die das Quenchmedium, z.B. Wasser oder Öl, mit oder ohne Zuhilfenahme eines Zerstäubungsmedium zerstäuben und näherungsweise senkrecht zur Hauptströmungsrichtung der den Feuerraum verlassenden Reaktionsgase eindüsen. Dieser direkte Quench hat die Aufgabe, die reagierende Strömung extrem schnell auf ca. 100 °C (Wasserquench) und 200 °C (Ölquench) abzukühlen, so dass Folgereaktionen, d.h. insbesondere der Abbau von gebildetem Acetylen, eingefroren werden. Die Reich- weite und Verteilung der Quenchstrahlen ist dabei idealerweise so bemessen, dass eine möglichst homogene Temperaturverteilung in möglichst kurzer Zeit erreicht wird.

Die im aktuellen Produktionsmaßstab eingesetzten Acetylenbrenner zeichnen sich durch eine zylinderförmige Geometrie des Feuerraums aus. Die Einsatzstoffe werden über einen Diffusor vorgemischt und unter Vermeidung von Rückvermischung dem Brennerblock über hexagonal angeordnete Durchführungsbohrungen zugeführt. Bei den bekannten Verfahren erfolgt die Vormischung der Einsatzstoffe im Mischdiffusor in einem relativ großen Volumen und unter hohen Vorwärmtemperaturen. Bei dem beschriebenen technischen Verfahren entsteht neben Acetylen im Wesentlichen Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Ruß. Die in der Flammenfront gebildeten Rußpartikel können als Keime an der feuerraumseitigen Oberfläche des Brennerblocks anhaften, worauf es zum Aufwachsen, Ablagern und Anbacken von Koksschichten kommt, wodurch das Verfahren in seiner Effektivität nachhaltig beeinträchtigt wird.

In den bestehenden Produktionsverfahren mit Öl- und Wasserquench werden diese Ablagerungen periodisch im Bereich der feuerraumseitigen Oberfläche des Brennerblocks mittels einer Stocherreinrichtung mechanisch abgereinigt. Hierfür ist eine aufwändige Steuerung der Stochereinrichtung nötig (Ullmann ^' s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Edition, Volume A1 , pages 97 - 144) und zudem wird die jeweilige Einsatzzeit des Mechanismus durch die thermische Belastung im Brennraum limitiert Es hat nicht an Versuchen gefehlt, den Nachteil des Anbackens von Koksschichten an der feu- erraumseitigen Oberfläche des Brennerblocks zu vermeiden. So offenbart die Lehre der DE 2307300 das Injizieren einer gasförmigen Substanz in den Reaktor in einer Region zwischen maximaler Temperatur und Ort des Abschreckens (Anspruch 1 ). Hierbei soll es zu Reaktionen zwischen den zugegebenen Gasen und freien Radikalen kommen, wodurch die Koksbildung reduziert werden soll (Beschreibung, Seite 8, zweiter Absatz).

In der DE 3904330 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung von Acetylenruß durch thermische Zersetzung von Acetylen beschrieben. Es wird hier bei diesem Verfahren, welches sich von dem Verfahren zur Herstellung von Acetylen deutlich unterscheidet (z.B. keine partielle Oxidati- on), erwähnt, dass man ggf. einen Inertgasstrom einleitet.

Die DE 1 148229 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben von Spaltkammern zur Behandlung von Kohlenwasserstoffen, wobei eine Spülung mit Wasserdampf vorgesehen ist und eine Küh- lung der Wand zu einem Wasserschleier führen soll (Anspruch 1 ). Genauere Angaben über die Art der Ausführung der Spülung werden nicht gemacht. Es handelt sich bei dem vorgestellten Verfahren nicht um eine partielle Oxidation (POx), als Spülmedium wird flüssiges Wasser eingebracht und ein zusätzliches Beimischen eines Oxidationsmittels (z.B. Sauerstoff) zum Spülmedium ist nicht vorgesehen. Desweiteren wird im axialen Verlauf der Spaltkammer nur an ma- ximal einer Stelle ein Spülmedium injiziert.

In der DE 2007997 wird beschrieben, wie ein Ölfilm an der Innenwand der Reaktionskammer eine Verkokung vermeiden soll (Seite 2, erster Absatz). Ein Ölfilm in einem Feuerraum neigt per se jedoch zur Verkokung. Daher kann ein kohlenwasserstoffhaltiges (Mineral-)ÖI als Spülmedi- um bei der vorliegenden Herausforderung ausgeschlossen werden.

Die in den genannten Schriften offenbarten Verfahren zur Verhinderung bzw. Verringerung von unerwünschter Koksbildung befriedigen jedoch nicht bezüglich einer effektiven Anwendung beim Verfahren zur Herstellung von Acetylen. So beziehen sich einige der Schriften wie erläu- tert auf andere Reaktionen, wo gänzlich andere Bedingungen vorliegen und eine Übertragbarkeit nicht gegeben ist. So ist die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorliegende partielle Oxidation in ihrer Charakteristik sehr anspruchsvoll: die Verweilzeiten spielen eine besonders große Rolle, der Abbruch der Reaktion muss sehr exakt erfolgen und die Zugabe von Fremdstoffen wie auch beispielsweise eines Spülgases oder Oxidators kann die Reaktion hinsichtlich ihres Ortes sowie ihrer Geschwindigkeit sehr schnell verschieben und damit zu einem Ausbeuteverlust führen.

Weiterhin finden sich im Stand der Technik nur allgemeine, eher aufgabenhafte Aussagen über die technische Ausgestaltung. Ferner finden sich im Stand der Technik Erläuterungen mit Be- zug auf eine Verkokung an den Seitenflächen, welche den Feuerraum begrenzen und nicht auf die feuerraumseitige Oberfläche des Brennerblocks, welche üblicherweise senkrecht zu diesen Seitenflächen steht. Weiterhin werden keine strömungsmechanischen und reaktionstechnischen Geometrie- Imediums und damit üvorschriften vorgestellt anhand derer eine effektive Minimierung des Sp sten und eine Optimierung der Produktausbeute erfolgen eine Minimierung von Betriebsko D.nnteö k

Es stellte sich somit die Aufgabe, ein verbessertes Verfahren zur partiellen Oxidation von Kohlenwasserstoffen zu finden, welches in verfahrenstechnisch einfacher Art und Weise Anbackungen und Ablagerungen an der feuerraumseitigen Oberfläche des Brennerblocks unterbin- det, damit sich ein mechanisches Säubern dieser feuerraumseitigen Oberfläche des Brennerblocks erübrigt und somit eine periodische Abreinigung mittels thermisch hochbelasteter und aufwändig zu steuernden mechanischen Stochereinrichtungen entfällt.

Demgemäß wurde ein Verfahren zur Herstellung von Acetylen und Synthesegas durch partielle Oxidation von Kohlenwasserstoffen mit Sauerstoff gefunden, wobei die Ausgangsgase umfassend einen kohlenwasserstoffhaltigen Strom und einen sauerstoffhaltigen Strom zunächst getrennt vorerhitzt und anschließend in einer Mischzone vermischt werden und nach Durchströmen des Brennerblocks in dem Feuerraum zur Reaktion gebracht und anschließend schnell abgekühlt werden, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man die feuerraumseitige Ober- fläche des Brennerblocks mit einem Spülgasstrom belegt, man diesen Spülgasstrom mittels mehrerer Bohrungen durch den Brennerblock einbringt, wobei das gemittelte Verhältnis von effektiver Oberfläche des Brennerblocks und Anzahl dieser Bohrungen im Brennerblock für den Spülgasstrom in einem Bereich von 5 bis 100 cm ² liegt. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich auf allgemein bekannte Verfahren zur Herstellung von Acetylen und/oder Synthesegas durch partielle Oxidation anwenden. Als Einsatzstoffe eigenen sich bei den Kohlenwasserstoffen bevorzugt u.a. Alkane, Alkene, Erdgase, Leichtbenzin und Gemischen dieser mit beispielsweise CO2, Synthesegas. Der sauerstoffhaltige Strom kann beispielsweise über Sauerstoff aber auch Gemische enthaltend Sauerstoff sowie beispielsweise CO2, H ₂ 0, N ₂ , und/oder Edelgasen, zugeführt werden.

In Figur 1 sieht man einen Ausschnitt aus dem erfindungsgemäßen Brenner. Man erkennt hier die feuerraumseitige Oberfläche des Brennerblocks (1 ) mit zwei Arten von Bohrungen, welche eine Zufuhr von Stoffströmen in den Feuerraum ermöglichen. Es sind Bohrungen (2) für die Zufuhr des Einsatzstoffgemisches sowie Bohrungen (3) für die Zufuhr des Spülgases dargestellt, wobei die Bohrungen für das Spülgas in ihrem freien Querschnitt kleiner gehalten sind als die Bohrungen für das Einsatzstoffgemisch. Bevorzugt handelt es sich bei den Bohrungen um kreisförmige Querschnitte, es können jedoch auch andere Geometrien zur Anwendung kommen. Wie der Figur 1 zu entnehmen ist, übersteigt bevorzugt die Anzahl der Bohrungen für das Spülgas in Bezug auf ein betrachtetes Flächensegment die Anzahl der Bohrungen für das Einsatzstoffgemisch. Anhand von Figur 1 kann auch der Begriff von„effektiver Oberfläche des Brennerblocks" erläutert werden. Diese ist hier schraffiert dargestellt. Sie ergibt sich aus der ursprünglichen feuer- raumseitigen Oberfläche des Brennerblocks, wobei die durch die Bohrungen für das Einsatz- stoffgemisch entfallenen Teile dieser Fläche in Abzug gebracht werden.

Erfindungsgemäß kann die Anzahl der Bohrungen (3) in Bezug auf einen Teil der feuerraumsei- tigen Oberfläche des Brennerblocks variieren. So kann es sich beispielsweise besonders empfehlen, in Nähe der Außenwand (d.h. die den Feuerraum begrenzenden Wand, welche in der Regel senkrecht zur Oberfläche des Brennerblocks steht) eine höhere Dichte solcher Bohrungen (3) für das Spülgas vorzusehen, um in Nähe dieses relativ kalten Bereiches, wo eine erhöh- te Gefahr der Koksbildung besteht, durch verstärkte Zufuhr von Spülgas dem unerwünschten Effekt der Verkokung zu begegnen. Hierbei kann der Volumenstrom des zugeführten Spülgases im Randbereich bevorzugt das 1 ,2 bis 10 fache des mittleren Volumenstroms an Spülgas (durch Mittelwertbetrachtung sämtlicher Spülgaszuführungen durch alle Bohrungen 3 leicht bestimmbar) betragen. Unter Randbereich versteht man hier bei die äußeren ca. 10 % - 20 % der radialen Feuerraumabmessung (bei kreisförmigen Querschnitten entspricht diese Abmessung dem Durchmesser). Um das„gemittelte Verhältnis von effektiver Oberfläche des Brennerblocks und Anzahl dieser Bohrungen im Brennerblock für den Spülgasstrom" zu ermitteln, stellt man eine Gesamtbetrachtung an. Es wird hierbei das Verhältnis aus der gesamten (feuerraumseiti- gen) effektiven Oberfläche des Brennerblocks zur gesamten Anzahl der Bohrungen für das Spülmedium gebildet. Dieses gemittelte Verhältnis liegt bei 5 bis 100 cm ² , bevorzugt 5 bis 50 cm ² . Wie bereits vorstehend geschildert, kann dieses Verhältnis über die Oberfläche des Brennerblocks variieren.

Die feuerraumseitige Oberfläche des Brennerblocks, welche erfindungsgemäß gespült wird, umfasst somit die (feuerraumseitige) effektive Oberfläche des Brennerblocks abzüglich der durch die Bohrungen für das Spülgas verloren gegangenen Flächenanteile. Erfindungsgemäß wird eine Verkokung und Aufwachsung von Russ auf dieser Oberfläche vermieden.

Erfindungsgemäß wird der hierzu eingesetzte Spülgasstrom über eine oder mehrere Zuleitun- gen den entsprechenden Bohrungen im Brennerblock zugeführt und tritt an der feuerraumseiti- gen Oberfläche der Brennerblocks aus.

Es ist ein wesentliches Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Menge des einzubringenden Spülstromes möglichst gering zu halten, um eine signifikante Abweichung der Stöchio- metrie der Einsatzstoffe zu verhindern, wodurch die Acetylenausbeute verringert werden würde. Zudem ist die Menge des eingesetzten Spülmediums aus Gründen der Wirtschaftlichkeit zu minimieren. Hierbei soll gleichzeitig eine hohe Effektivität bei der Verhinderung der Verkokung der feuerraumseitigen Oberfläche des Brennerblocks erhalten bleiben. Um diesen Effekt zu erzielen ist ein möglichst gleichmäßiger Spülfilm auf der feuerraumseitigen Oberfläche des Brennerblocks zu gewährleisten. Ein Beispiel für eine konstruktive Lösung findet sich in Figur 2. Hier sieht man wiederum einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Man erkennt die feuerraumseitige Oberfläche des Brennerblocks (1 ) mit Bohrungen für die Zufuhr des Einsatzstoffgemisches (2) sowie Bohrungen für die Zufuhr des Spülgases (3). An diese Bohrungen (3) grenzt an ihrem Ende, also zum Feuerraum (6) gerichtet, eine Verteilervorrichtung (4) für das Spülgas. Die Pfeile (5) deuten Richtungen an, in welcher sich das Spülgas verteilt. In einer bevorzugten Ausführungsform werden große Anteile des zugegebenen Spülgases parallel zur feuerraumseitigen Oberfläche des Brennerblocks geführt. Es empfiehlt sich hier ein Anteil von 20 bis 100 Vol%, besonders 70 bis 100 Vol%. Hierbei kann es sich besonders empfehlen, dass der der aus der Verteilervorrichtung austretende Spülgasstrom in Bezug auf die Mittelpunktsachse der Zuleitung durch eine Vielzahl über den äußeren Umfang des Verteilers bevorzugt gleichmäßig angeordnete Öffnungen radial verteilt wird, wodurch eine gleichmäßige (bevorzugt parallele) Verteilung des Spülgases über die feuerraumseitige Oberfläche des Brennerblocks gewährleistet wird. Hierbei weist eine Verteilervorrichtung bevorzugt mindestens drei Öffnungen für den Austritt des Spülgases auf, üblicherweise befinden sich hier jedoch deutlich mehr Öffnungen, um eine gute Vergleichmäßigung der (radialen) Verteilung zu erzielen. Durch diese spezielle Anordnung legt sich der Spülfilm direkt und gleichmäßig geschlossen auf die zu spülende feuerraumseitige Oberfläche der Brennerblocks, was eine Durchdringung von Rußpartikeln auf diese Wand am effektivsten verhindert. Zudem werden durch ein paralleles Auströmen des Spülfilms zur zu spülenden feuerraumseitige Oberfläche der Brennerblocks anströmende Rußpartikel in Richtung der Bohrungen für die Zufuhr des Einsatzstoffgemisches transportiert und in der dort austretenden Flamme umgesetzt, was ebenfalls eine Verhinderung von Anbackungen auf der feuerraumseitige Oberfläche der Brennerblocks erfindungsgemäß begünstigt.

Bei der Zugabe des Spülgases werden bevorzugt 0,05 bis 1 Nm ³ pro Stunde und Bohrung zu- gegeben, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,6 Nm ³ pro Stunde und Bohrung. Diese Wertebereiche ergeben sich zum einen aus der erfindungsgemäßen Vorgabe hoher Austrittsgeschwindigkeiten und damit hoher Impulse des Spülmediums (50 - 200 m/s), zum anderen aus der fertigungstechnischen Vorgabe begrenzt kleiner Austrittsöffnungen (Durchmesser ca. 0,1 - 1 mm), der wirtschaftlichen Anforderungen möglichst geringer Mengen an Spülmedium und der verfah- rensbedingter Vorgabe möglichst die Stöchiometrie der Einsatzstoffe nur geringförmig zu verändern. Unter diesen Vorbedingungen hat sich eine Dichte an Spülbohrungen von 5 bis 100 cm ² pro Bohrung als sinnvoll ergeben.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Spülgas über die gesamte effektive Oberfläche des Brennerblocks betrachtet in unterschiedlicher Menge zugeleitet werden, wobei in Nähe der den Feuerraum begrenzenden Wand bevorzugt eine höhere Menge zugeführt wird. Hierdurch kann die Rußabscheidung weiter verringert werden, da in eher kühleren Bereichen wie in Nähe der erwähnten begrenzenden Wand die Tendenz zur Verkokung höher ist. Für die Ausgestaltung der Verteilervorrichtung (4) kommen unterschiedliche Ausgestaltungen in Betracht. So können beispielsweise kugelförmige, pyramidenförmige, kegelförmige oder würfelförmige Geometrien angewendet werden. Besonders können sich auch beispielsweise pyrami- denförmige Geometrien empfehlen, wobei die Spitze in Richtung des Feuerraumes orientiert ist. Durch entsprechenden Anordnung von kleinen Öffnungen in der Verteilervorrichtung kann das Spülgas entsprechend aufgegeben werden. Dem bevorzugten Erfordernis der vorwiegend parallelen Strömungsführung in Bezug auf die Oberfläche des Brennerblocks kann beispielsweise durch eine entsprechende Anordnung dieser kleinen Öffnungen in der Verteilervorrichtung Rechnung getragen werden. In der Regel sollte man diese kleinen Öffnungen in ihren Maßen möglichst klein halten, wobei auch der gegebene Vordruck des Spülgases zu beachten ist.

Erfindungsgemäß befinden sich eine Vielzahl oder sämtliche Austrittsöffnungen aus den Vertei- lerkörpern (4) in unmittelbarer Nähe zu der zu spülenden Oberfläche des Brennerblocks (so beispielsweise in Figur 2 zu sehen).

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das gewünschte Spülprinzip je nach eingesetztem Spülmedium auf zwei unterschiedlichen Mechanismen beruhen, welche auch beide gemeinsam zur Wirkung kommen können, wodurch sich besondere Synergismen ergeben.

Zum einen ein reines, wie zuvor beschriebenes, impulshaftes Spülen der Strömungsgrenzschicht. Dies führt zur Vermeidung sowohl des Eindringens von festen Koks-/Rußpartikeln als auch des Anhaftens und Aufwachsens von Ruß/Koksschichten. Die Geschwindigkeit des Spül- films über der Spülfläche (feuerraumseitige Oberfläche des Brennerblocks) soll bevorzugt möglichst groß sein, um aus der Rektionszone zirkulierende Kokspartikel am Anhaften auf der Oberfläche zu hindern.

Zum Zweiten besteht die Möglichkeit durch das Spülmedium in Nähe der feuerraumseitigen Oberfläche des Brennerblocks eine oxidierende Atmosphäre zu schaffen, welche ein Aufwachsen/Anhaften von Ruß/Koks dadurch vermeidet, dass mögliche Ablagerungen mit Hilfe des im Spülmedium enthaltenen Oxidators umgesetzt/verbrannt/oxidiert werden, bzw. deren Bildung soweit verlangsamt, dass eine Bildung der festen Phase aus kinetischen Gründen verhindert wird.

Erfindungsgemäß kann zur Erzeugung des Spülimpulses jedwelches Spülmedium in Betracht kommen, bevorzugt Sauerstoff. Die Temperaturen des Spülmediums liegen bevorzugt unter 500°C, besonders bevorzugt in einem Bereich von 100 bis 300°C. Hierbei beziehen sich die genannten Temperaturen auf die Eintrittstemperatur des Spülmediums in den Feuerraum. Bei der zuvor beschriebenen oxidativen Spülwirkung kommen bevorzugt als Spülgas bei gegebenen verfahrenstechnischen Randbedingungen potentiell oxidierende Medien bevorzugt Wasserdampf, Sauerstoff, C02, CO und Gemische daraus sowie aus weiteren Inertanteilen in Betracht. Auch die Verwendung von Luft als Spülmedium kann sich empfehlen. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens belegt man zusätzlich noch die Innenwand des Feuerraums mit einem Spülgasstrom. Hierdurch kann das Verfahren insgesamt in seiner Effektivität noch gesteigert werden, da somit auch einer Verko- kung dieser Wandung wirkungsvoll begegnet werden kann. Als Spülmedium eignen sich dabei im wesentlichen ebenfalls die vorstehend genannten Einsatzstoffe.

Weiterer Gegenstand dieser Erfindung ist eine für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung. Diese umfasst einen Reaktor enthaltend einen Brennerblock mit Feuerraum zur Acetylenherstellung, wobei der Brennerblock Bohrungen für die Zuleitung eines Spülgasstromes zur Spülung der feuerraumseitigen Oberfläche des Brennerblocks aufweist, wobei das gemittelte Verhältnis von effektiver Oberfläche des Brennerblocks und Anzahl dieser Bohrungen im Brennerblock für den Spülgasstrom in einem Bereich von 5 bis 100 cm ² liegt.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet die Möglichkeit, Verkrustungen an der feuerraumseitigen Oberfläche des Brennerblocks zu vermeiden, wodurch mechanische Abreinigungstätigkei- ten wie beispielsweise der Einsatz einer Stochereinrichtung vermieden werden können. Somit ist es dauerhaft gewährleistet, dass keine störenden Feststoffpartikel von relevanter Größe in den Gasstrom gelangen. Hierdurch ist es in einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens somit möglich, einen großen Teil der in dem Gas enthaltenen Wärme nach der Reaktion mittels eines nachgeschalteten Wärmetauschers zurückzugewinnen. Hierbei wird diese gewonnene Energie bevorzugt zur Dampferzeugung verwendet. Bevorzugt kann so aus dem hergestellten Produktgas ein Großsteil der Wärme zur Dampferzeugung rückgewonnen werden. Als Wärmetauscher eigenen sich beispielsweise Rohrbündelwärmetauscher. Bevorzugt wird hier der Gasstrom nach der Reaktion im Gegensatz zum herkömmlichen Verfahren nicht auf 100 °C bei Wasserquench bzw. 200 °C bei Ölquench, sondern schnell auf 600 - 1000 °C abgekühlt (gequencht). Dies führt noch zu keinen nennenswerten Ausbeuteverlusten an A- cetylen durch Folgereaktionen. Anschließend wird dieses heiße Produktgas einem Wärmetauscher zugeführt, in welchem das Gas weiter abgekühlt wird. Die dabei frei werdende Energie wird zur Wärmerückgewinnung verwendet. Bevorzugt handelt es sich bei dem Wärmetauscher um einen Dampferzeuger, in dem wird indirekt das Produktgas weiter abgekühlt und sekundär- seitig Dampf erzeugt, welcher weiter kommerziell oder prozesstechnisch nutzbar ist. Hierdurch wird die Effektivität des Verfahrens deutlich gesteigert. Es ist ein wesentlicher Vorteil bei der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass der Wärmetauscher unmittelbar nachgeschaltet werden kann, da hierbei keine Feststoffablagerungen zu Problemen führen. Neben einer Verwendung der bei der Abkühlung des Produktgases freiwerdenden Energie zur Dampferzeugung sind auch andere Möglichkeiten gegeben, diese Energie im Rahmen des Ver- fahrens zur Herstellung von Acetylen und Synthesegas zu nutzen.

Eine solche Verfahrensführung ist bei den bisherigen Verfahren so nicht wirtschaftlich realisierbar, da sich beim bisherigen mechanischen Abreinigungsverfahren Ruß- und Koksplatten im Zuge der Abreinigung von der feuerraumseitigen Oberfläche des Brennerblocks lösen, in Rich- tung Wärmetauscher transportiert werden und diesen mechanisch, abrasiv schädigen oder ganz oder teilweise verstopfen. Demgegenüber lässt sich erfindungsgemäß eine Ablagerung von Koks und Ruß auf der feuerraumseitigen Oberfläche des Brennerblocks vollständig unterbinden.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet eine verfahrenstechnisch einfache und effektive Mög- lichkeit zur wirkungsvollen Verringerung oder gar Verhinderung von Verkrustungen und Anbackungen von Koks an der feuerraumseitigen Oberfläche des Brennerblocks bei der Herstellung von Acetylen und / oder Synthesegas durch partielle Oxidation. Durch die vorstehend erläuterten, erfindungsgemäßen Merkmale kann hierbei bereits ein relativ geringer Spülgasstrom die Verkrustung wirkungsvoll verhindern, ohne dass die Effektivität der Reaktion nachhaltig beein- trächtigt wird. Hierbei kann in einer bevorzugten Ausführungsform die Zufuhr des Spülgases vorteilhafterweise in einzelnen Bereichen der feuerraumseitigen Oberfläche des Brennerblocks in unterschiedlicher Menge zugegeben werden, wodurch die Effektivität weiter gesteigert wird. Durch entsprechende Auswahl des Spülmediums kann neben einem„reinen Spülvorgang" basierend auf Impuls des Spülstroms ggf. auch bevorzugt eine oxidierende Atmosphäre geschaf- fen werden, wodurch die Ablagerungen weiter verringert werden können.

Beispiele

Als Beispiel soll hier der Vergleich zwischen dem Betrieb eines Brennerblock / Feuerraums / Quenchs zur Acetylensynthese („Standardreaktor") nach Stand der Technik und dem Betrieb eines Reaktors mit Brennerblock im Sinne der Erfindung betrachtet werden.

Beispiel 1 Der Standardreaktor wurde zu Testzwecken mit herkömmlicher axialer und radialer Flammenstabilisierung betrieben. Der Feuerraum ist wassergekühlt ausgeführt.

Der Reaktordurchmesser beläuft sich bei den verwendeten Brennern auf 180 mm.

Der Brennerblock ist ausgeführt mit 19 hexagonal angeordneten Bohrungen a 27mm Innen- durchmesser.

Der Standardreaktor und alle im Folgenden genannten Reaktoren wurden unter diesen Reaktionsbedingungen betrieben:

Erdgasvolumenstrom: 600 Nm ³ /h

· Verhältnis Sauerstoffstrom zu Erdgasstrom = 0.62

Vorwärmtemperatur der Gase: 550°C

Acetylen im Volumen: 6.4%vol

Unter den gegebenen Versuchsbedingungen musste der Standardreaktor nach dem Auftreten von Flammenstabilitätsproblemen nach ca. 20 Betriebsstunden abgeschaltet werden.

Bei Inspektion der feuerraumseitigen Oberfläche des Brennerblocks ist beim Standardreaktor eine ausgebildete, mehrere Zentimeter dicke Koksschicht auf der feuerraumseitigen Oberfläche des Brennerblocks auffindbar. Die Aufwachsrate der Koksschicht auf der feuerraumseitigen Oberfläche des Brennerblocks kann zu 2 mm/h bestimmt werden.

Beispiel 2

Zum Vergleich wurde ein erfindungsgemäßer Reaktor mit Brennerblock eingesetzt, dadurch gekennzeichnet, dass die mit Brennerblocks mit einem Spülgasstrom belegt wurde, wobei das gemittelte Verhältnis von effektiver Oberfläche des Brennerblocks und Anzahl der Bohrungen im Brennerblock für den Spülgasstrom 7 cm ² betrug. Dabei wurde 90 % des Spülgasstromes mittels Verteilervorrichtungen parallel zur feuerraumseitigen Oberfläche des Brennerblocks und radial im Bezug auf die Mittelpunktachse der Bohrungen im Brennerblock für die Zuleitung des Spülgasstroms zugeführt. Der Spülgasstrom bestand erfindungsgemäß aus Sauerstoff.

Beim Betrieb des erfindungsgemäßen Reaktors mit Brennerblock kommt es auf der feuerraumseitigen Oberfläche des Brennerblocks während einer Betriebszeit von 20h zu keinen Ablagerungen. Die Aufwachsrate der Koksschicht auf der feuerraumseitigen Oberfläche des Brennerblocks beträgt demnach 0 mm/h.