Apparatus and method for the production of acetylene

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、炭化カルシウム及び塩化水素からアセチレン及び塩化カルシウムを同時に製造する方法を含む。

現在実行されている技術において、水を含み且つゆっくりと動く撹拌へらを備える大きなタンク中に炭化カルシウムが充填される。 炭化物が水面に落下され、そこで自発的に反応させられる。 アセチレンガスはタンク頂部から引き出され、同時に水酸化カルシウム及び他の不純物はタンクの底部に沈降する。 反応器は、冷却水を含む内部コイルによってまたはタンク外部に冷水を噴霧することによってまたはその両方によって冷却される。 生成した水酸化カルシウムは、不純物と一緒に、排出され、工業用の酸性流用または下水処理工場のｐＨバランスを維持するために低価値の中和剤として備蓄されそして処理される。 用途に応じて、アセチレンは高圧容器中で圧縮されそして保存され、または、化学供給原料として用いられる場合には、近くの化学製品加工工場にパイプ輸送される。

この技術の現状についての問題点は以下の通りである： Ａ． 炭化物と水が未制御で接触することは反応速度の調節を低下しそして発熱の可能性をもたらす。 発熱は、炭化カルシウム粒子がアセチレンの発生によって浮き上がりそして水面に上昇するときに生じ、そこで該粒子は水中に沈んでいたときに効果的であった冷却の利点なしに激しく反応する。 冷却の欠如と反応の高い発熱性は、粒子を発熱体すなわち高温に加熱する局在化した温度上昇をもたらし得る。 もし、アセチレンの圧力が絶対圧で約１９０ｋＰａよりも高いと、この条件はアセチレン中で爆発または爆燃反応を起こし、かなりの圧力上昇、容器の破裂、及び内容物の制御できない放出をもたらし得る。 この条件は、重大な火災及び安全に対する危険を示す。 従って、乏しい反応制御は逆反応を起こりやすくし且つ主反応容器が低い運転圧力で運転されることを必要とする。

Ｂ． 近年実行されている技術は撹拌タンク反応器型の単一の反応容器を用いている。 撹拌タンク反応器の固有の特徴のため、未反応の炭化物の排出を回避するのに炭化物全体との関係で大きな容器が要求される。 実際に、遅い混合は、理想的なＣＳＴＲまたは理想的な栓流型反応器(plug flow type reactor)のいずれでもない反応器をもたらし、局在化した反応が起こることが余り知られていない。 この条件は乏しい反応速度制御と定常的でない操作をもたらす。

Ｃ． 近年実行されている技術では炭化カルシウムと水との発熱反応で発生する利用可能な熱を極めてわずかしか利用していない。 近年実行されている技術において、発生した熱をほとんどまたは全く利用していない。 この熱は、総計で、反応器中の利用可能な化学エネルギーの約２０％になり、冷却するために浪費されている。

Ｄ． 近年実行されている技術では、副生成物である水酸化カルシウムの品質を改善する努力がほとんどまたは全くなされていない。 アセチレン製造において生成する水酸化カルシウムは、炭化カルシウムの製造において用いられる石炭、コークス及び石灰石から発生するかなりの不純物を含む。 これらの不純物は、生成した水酸化カルシウムの市場価値を極端に低くまたは全くなくする。

本発明の目的は、上で明らかにした従来技術の問題を打破することにある。

本発明の方法は、炭化カルシウムと水が反応してアセチレンと水酸化カルシウムを生成する２段階反応器系からなる。 次いで水酸化カルシウムは塩化水素と中和器中で反応して塩化カルシウムを形成する。 塩化カルシウムは水性型で販売され得、あるいは乾燥器に送って無水型として販売可能な無水塩化カルシウムを生成し得る。 本発明は、独自の二重反応器配置を具体化し、そこでは水及び炭化カルシウムが伴出流型反応器(entrained flow-ty
pe reactor) 反応器内で混合される。 反応を、主反応器において６０〜９０％反応が進行する滞留時間にて希釈水層中で起こさせる。 伴出された反応生成物及び未反応の供給原料は上方に運ばれて第２反応器に送られる。 第２反応器は濃層の、層流栓流型反応器(laminar plug-fl
ow type reactor)からなる。 水酸化カルシウム中間体生成物は沈降させられそして反応器の底部から取り出される。 未反応の水はあふれだし用のせきを用いて水酸化カルシウムから分離され主反応器に循環される。 主反応器と副反応器は、反応の大部分が撹拌タンク反応器型配置内で起こり、該配置は副反応器中で栓流反応器配置への移行を受けるように組み合わされる。 栓流反応器は炭化カルシウムと水との反応を完了させることが出来る。 過剰の水の存在下、炭化カルシウムと水との反応は実際には１次の不可逆反応である。

図面 本発明の好ましい具体例を添付図面に示す。

図１は炭化カルシウム、塩化水素、及び水が反応してアセチレン及び塩化カルシウムを形成する反応器系を示す図表である。

図２は２段階反応器配置を示す図表である。

図３は縦形の管状主反応器の上部を詳細に示す図である。

図４は副反応器を詳細に示す図である。

好ましい具体例の詳細な説明 図２は、最初の（主）反応器１０と副反応器１６とを示す２重反応系全体を図示し、各反応器は図３及び４にさらに詳細に記載する。

図３に示すように、主反応器１０は縦形の管状設計の上方部１１から構成されている。 上方部１１には環状の降水管１２を備え、そこに補給水が充填される。 炭化カルシウムは降水管１２の中央に導入されて水と並流に降水管１２を通る。 この地点で反応が起こる。 反応物は上方部１１の底部に進行し、そこで速度調節絞り１３を通って循環する水と出会う。 炭化カルシウムは、粒径が直径約２〜３mmに達するまで上方区画の底部で水と反応し続け、そしてその粒子は液体層の上方流れによって伴出され、副反応器に取り付けられたサイドアームを介して運搬される。 主反応器１０における滞留時間は１〜３分程度である。

炭化カルシウムよりも高密度の炭化カルシウム中の未反応不純物は速度調節絞り１３を通って下降し主反応器１
０の下方区画１４に堆積する。 副反応器からの循環水は主反応器１０の下方区画１４の底付近に導入される。 この循環水が導入される割合は速度調節絞り１３において必要な速度によって決定される。 この区画における速度は、炭化カルシウムよりも大きな密度を有する粒子がこの領域を通って下降し、一方、炭化カルシウム粒子が粒子の終端速度を超える速度によって上方に伴出されるように調節される。 未反応及び重質不純物は、主反応器１
０の下方区画１４から連続的にまたは適当な弁（図示しない）を通じて定期的に引き出される。

反応が６０〜９０％終了後、未反応炭化カルシウム、中間反応生成物、水酸化カルシウムは、アセチレン及び未反応の水と一緒にサイドアーム連結器１５を通って図４
に示した副反応器１６に流れる。

副反応器１６は水酸化カルシウムの沈降時間が３０分から２時間になるように十分な寸法の循環容器である。 主反応器１０からあふれ出た材料は内側環状領域１７に導入されてそこで下方に流れそして水酸化カルシウムは濃領域１８に沈降させられる。

未反応の炭化カルシウムは副反応器１６中で完全に反応する。 表面に浮かぶ未反応水は、同心の環状型の内部せき１９をあふれ出して、そこでポンプで管２０を通じて主反応器１０の下方区画に送られる。 沈降した水酸化カルシウムは反応器領域の底方向にくまででかき集められる。 くまで２１は、約１〜６ｒｐｍの適当な回転速度に設計された機械装置２２によって運転される。

水酸化カルシウムは副反応器１６の底から管２３を通って副反応器の底から引き出され、そして塩化水素中和器（図示しない）に送られる。 副反応器１６はまた万一フィルター及び背圧逃がし装置（図示しない）が作動しない場合にアセチレンガスを排出するために過剰圧安全弁２４を備える。 副反応器は、また、アセチレンの自動反応のより起こり得る爆発、爆燃を安全に排出するために人のいない領域に安全に排出する破裂板２５を備える。
アセチレン製品は副反応器１６から発生してそこから管２６を通じて取り出され、該製品の市場に販売させる要求に応じて乾燥及び濾過装置（図示しない）に送られる。

図１に示したように、水酸化カルシウムは中和区画に送られ、そこで塩化水素と混合される。 中和反応器は１〜
５秒の滞留時間を可能にするのに十分な開放管状反応器からなる。 続いて起こる反応は、熱を発生し、溶解した塩化カルシウム及び水を生じる。 あるいは、無水塩化水素を副反応器からの水酸化カルシウム流に加えて、塩酸に追加の水を含まずに、同様の生成物を形成し得る。 加えられる塩酸の量はｐＨメータまたは他の適当なモニターによって検知して調節される。 塩化カルシウム流れ中に含まれる不溶の固形分はサイクロン分離器または沈降塔を使用して重力分離され得る。 あるいは、該溶液を乾燥する前に濾過して不溶性固形物を除去し得る。

水性塩化カルシウムを製品として販売し、あるいは乾燥機に送ってそこで塩化カルシウムから水を除去しても良い。 乾燥は塩化カルシウムの市場価値を改善する。 主反応器、副反応器及び中和器中で発生した熱は、安全性を伴って可能な限り、塩化カルシウム溶液の感熱として保持される。 この高温度により、感熱は乾燥機のエネルギー効率にかなり貢献し、乾燥操作を実行するのに加えなければならない外部熱の量を最小にする。 反応器及び中和器（図１参照）にて発生した過剰の熱は乾燥機中で用いる空気を加熱するのに用い得る。 乾燥機は液体を結晶または固形物から蒸発するのに設計された任意の数の市販の噴霧型乾燥器から構成し得る。 副乾燥機を加えて更に水和水の量を減じ得る。 副乾燥器は追加の熱を必要とし、市販の火熱乾燥機のタイプにし得る。 乾燥操作した製品は販売可能な無水塩化カルシウムである。

本発明に関して、上記の教示からすれば、追加の改良及び変動が可能であることは明らかである。 それゆえ、特許請求の範囲内において、本発明を本文中に具体的に記載した以外の方法で実施し得ることが理解されよう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デビネニ，プラサド エイ． ヴィー. アメリカ合衆国 84117 ユタ，ソルト レイク シティ，コブルクリーク ロード 5267，アパートメント ナンバー23エイ