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Verfahren zur Herstellung von Ammoniak nach dem Kontaktverfahren.
Die Durchführung des Vorschlages, die für die Ammoniaksynthese erforderlichen Gasgemische der Anlage unter so hohem Druck zuzuführen, dass die Gase ohne Nachfüllung von Frischgas in den
Zwischenstufe eine Reihe von Kontaktstufen unter Abscheidung des entstandenen Ammoniaks durch- laufen, bereitete bisher besonders deswegen grosse Schwierigkeiten, weil zur Verdichtung der Betriebs- gase sehr grosse, also teuere und schwierig zu bedienende Maschinenanlagen notwendig waren, die selbst bei geringen Verunreinigungen des Wasserstoffs einer Explosionsgefahr besonders ausgesetzt sind, da die Verdichtung in den Kompressoren adiabatisch, also unter starker Erhöhung der Temperatur bis zur Explosionstemperatur und darüber, erfolgt und die verdichteten Gase hiebei in vergleichsweise grossen Räumen angesammelt sind.
Die für jene Maschinenanlagen ausschliesslich in Betracht kommenden Kompressoren sind selbst- verständlich auch platzraubend und energieverzehrend, aber darüber hinaus haben sie auf die Durchführung des Kontaktverfahrens zur Herstellung von Ammoniak einen ganz besonderen nachteiligen Einfluss, der sich gerade aus der Eigenart des Kontaktverfahrens ergibt. Bekanntlich ist ein wesentlicher Mangel der Kompressoren, dass sie geschmiert werden müssen und dass das komprimierte Gas infolgedessen ziemlich erhebliche Mengen an Schmieröl mit sich führt. Dieser Missstand lässt sich, wie jedem Fachmann bekannt, in keiner Weise vermeiden. Erfahrungsgemäss hat aber dieses Mitführen von Öl die sehr üble Folge, dass es auf die Katalysatoren vergiftend wirkt.
Gelingt es nun, diese Mängel zu beseitigen, so kann eine sehr erhebliche Verbesserung des Kontaktverfahrens erzielt werden.
Nun ist es an sich zwar schon vorgeschlagen worden, an Stelle des chemisch erzeugten Wasserstoffs einen durch Elektrolyse hergestellten Wasserstoff, jedoch von Atmosphärendruck zur Ammoniaksynthese zu verwenden, doch bleiben, da auch in diesem Falle Verdichtungsarbeiten durch Kompressoren geleistet werden mussten, die oben gerügten Unzuträgliehkeiten bestehen, und die Explosionsgefahr wurde sogar noch grösser, da bei der geringen elektrolytischen Vorverdiehtung durch Diffusion des im Elektrolyten sich lösenden Sauerstoffs Verunreinigungen des Wasserstoffs entstehen, die bei der folgenden adiabatische Kolbenverdichtung, also starker Temperatursteigerung, eine Explosion herbeiführen können.
Gemäss der Erfindung soll nun zum Betrieb der Anlage durch elektrolytische Zersetzung von Wasser in geschlossenem Gefäss erzeugter Wasserstoff Verwendung finden.
Es ist zwar schon an sich zwecks Ersparnis von Kompressionsarbeit vorgeschlagen worden, Wasserstoff durch Elektrolyse unter Druck zu erzeugen, doch nicht zwecks Erzeugung von Ammoniak, und ohne zu erkennen, dass die Vermeidung der Wasserstoffverdichtung mittels Maschinen für die Ammoniaksynthese die oben aufgezeigten Nachteile beseitigt und im besonderen die verhängnisvolle Ölvergiftung der Katalysatoren ausschliesst.
Die Durchführung der Elektrolyse bei so hohem Druck verlangt in erster Linie Unterbindung der Diffusion. Ferner darf die Verdichtung nicht adiabatiseh durchgeführt werden, was immer mit so hohen Temperaturen verknüpft wäre, dass die Entzündungstemperatur an jeder Stelle des verunreinigten Gases gleichzeitig erreicht würde, womit die explosionsmässige Vergrösserung des Druckes eintreten müsste. Ausserdem werden Sicherheitsmassnahmen vorgesehen, die eine Explosion ausschliessen, auch wenn durch Fehler gelegentlich Verunreinigung stattgefunden haben sollte.
Die Verdichtung des Gases in der elektrotylischen Zersetzerzelle bringt auch deswegen nicht die Gefahren der Kompression in Maschinen mit sieh, weil die Verdichtung selbst isothermisch, also
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ohne jede Temperatursteigerung möglich ist. Das Gas befindet sich schon im Augenblick der Entstehung an der Elektrode unter dem hohen Verdichtungsdruck. Das Gasbläschen hat infolgedessen einen so kleinen Rauminhalt, besonders auch im Vergleich zu seiner Oberfläche, dass jede in dem Bläschen etwa enthaltende Wärmemenge sofort von dem Elektrolyten aufgenommen wird, dessen Temperatur bequem im Beharrungszustand beliebig niedrig gehalten werden kann.
Reines, explosionssicheres Wasserstoffgas mittels Druekelektrolyse zu erzeugen, gelingt durch Verhinderung der Diffusion im Zersetzergefäss, wenn man es beispielsweise nach D. R. P. Nr. 402150 oder Nr. 416541 ausbildet. Um die Spuren von Sauerstoff zu beseitigen, die etwa durch fehlerhafte Anschlüsse oder nicht ausreichenden fehlerhaften Schutz gegen Diffusion u. dgl. noch vorhanden sein könnten, werden zweckmässig folgende Mittel verwendet.
Bei der auf hohen Druck getriebenen Elektrolyse gelingt es, sowohl im Zersetzergefäss als auch in den Leitungen mit so kleinen gasgeffillten Räumen auszukommen, dass, selbst wenn eine Explosion eintreten sollte, sich diese nicht fortpflanzen kann. Denn die infolge der kleinen Gasräume im Explosionsfalle auch nur sehr geringe Wärmezufuhr wird durch die vergleichsweise grossen Oberflächen der metallischen Wandungen so rasch abgeführt, dass die Temperatur der entstandenen Wasserdämpfe sofort unter die Explosionstemperatur sinkt. Diese rasche Wärmeabfuhr wird durch den metallischen Charakter des Wasserstoffs, der unter sehr hohem Druck eine ganz ausserordentliche Wärmeleitfähigkeit besitzt. sehr unterstützt.
Man kann sogar eine Drucksenkung von bemerkenswerter Grösse hervorrufen, wenn man den entstandenen Wasserdampf zum Kondensieren bringt, was wegen des hohen Druckes, unter dem er steht, nicht schwierig ist. Das gleiche Gewicht Wasser nimmt bekanntlich einen sehr viel kleineren Raum ein als der zur Wasserbildung benötigte Wasserstoff und Sauerstoff vor ihrer Verbindung. Es empfiehlt sich also beispielsweise, den Gasraum des Zersetzers mit dem Gasvorratsbehälter durch dünne Röhrehen zu verbinden, deren Oberfläche im Vergleich zu ihrem Energieinhalt so gross ist, dass ungefährdet an ihrer einen Stelle die Entzündungstemperatur aufrechterhalten werden kann. Der Wasserdampf. welcher durch das Verbrennen der Sauerstoffspuren in den Röhrchen entsteht, kondensiert und läuft in den Zersetzer zurück.
Man kann auch die Verbindungstemperatur des Sauerstoffs mit dem Wasserstoff unter 400 C halten, wenn man entsprechende Kontaktsubstanzen in den Gasräumen anbringt. Diese sorgen dann dafür, dass dauernd die vorhandenen Sauerstoffspuren sich mit entsprechenden Wasserstoffmengen verbinden und so das Wasserstoffgas vollkommen rein erhalten bleibt.
Die Anlage könnte beispielsweise so aufgebaut sein, wie dies rein schematisch die Zeichnung andeutet ; sie wird besonders einfach, wenn das entstehende Ammoniakgas durch Wasser aufgefangen wird.
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Elektrolyt strömt aus den über dem Zersetzer angeordneten Behältern b und c zur Vermeidung der Gas- misehung und Diffusionsgefahr jedem der beiden Gasräume des Zersetzers a durch die Leitungen b', (" getrennt zu. Der im Zersetzer a entstehende Sauerstoff kann in den Sammelraum cl geleitet werden, aus dem er für beliebige technische Zwecke entnommen wird.
Der Wasserstoff verlässt den Zersetzer c bereits in hohem Reinheitsgrad durch ein dünnes, langes Rohr e, das zweckmässig an einer etwas abgebogenen Stelle e'durch eine äussere Heizquelle, eine Flamme e2 oder durch elektrische Innenheizung, auf einer über der Entzündungstemperatur eines Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisehes liegenden Temperatur gehalten wird. Auf diese Weise gelangt vollkommen reines Gas zur Aufbewahrung in das Wasserstoffsammel- gefäss f.
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wünschenswerte Volumenverhältnis von Stickstoff zu Wasserstoff unter einem solchen Druck (von beispielsweise 400 Atm.) hergestellt, wie er zum Betrieb hintereinander geschalteter Kontaktstellen wünschenswert ist.
Das Gemisch wird nun durch die Kontaktreihen h1, h2 usw. und die zwischengeschalteten mit Wasser gefüllten und zum Auswaschen des Ammoniaks dienenden Gefässe il, i2 usw. hindurchgetrieben.
Wird beispielsweise in dem letzten Auswasehgefäss ein Druck von 200 Atm. eingestellt, so läuft das Gas mit einer Geschwindigkeit durch die Druekstufen, wie sich dies durch die Drosselungen des Gas-
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entsprechend dem Druck abnehmende Volumenprozentmenge des Gasgemisches in Ammoniak und wird durch die Waseher aus dem Gemisch entfernt. Je nach der Zahl der hintereinander geschalteten Stufen wird nun eine geringere oder grössere Menge des gesamten Gemisches in Ammoniak umgewandelt.
Beispielsweise wird bei zwanzig hintereinander geschalteten Stufen die Restgasmenge etwa nur 400 des abgeflossenen Gasvolumens betragen, wenn die Ausbeute in jeder Druckstufe mit 1600 des Durchgangs- gemisehes angenommen wird. Diese Ausbeute ist besonders dann möglich, wenn vor dem letzten Gefäss eine besonders kräftige Drosselung vorgesehen ist, so dass der Druckunterschied zwischen dem Anfang und dem vorletzten Gefäss vergleichsweise gering ist.
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Nach entsprechender Anreicherung wird das Ammoniakwasser aus den Gemässen t abgelassen und durch neues Wasser ersetzt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Ammoniak nach dem Kontaktverfahren unter Verwendung von durch Druckelektrolyse erzeugtem Wasserstoff, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Durchführung der Ammoniaksynthese erforderliche hohe Anfangsdruck dem Wasserstoff ausschliesslich durch die Druckelektrolyse erteilt wird und dabei gleichzeitig eine Reinigung des komprimierten Wasserstoffes von mitgeführtem Sauerstoff in der Weise erfolgt, dass dieser komprimierte Wasserstoff auf eine über
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der gebildete Wasserdampf kondensiert wird.