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Österreichische PATENTSCHRIFT Ni. 17194. DR. OTTO DIEFFENBACH IN DARMSTADT.
Ausführungsform chemischer Kontaktverfahren.
Bei dem nach dem Engländer Deakon benannten Prozesse zur Gewinnung von Chlor wird Salzsäure, mit Luft gemengt, bei höherer Temperatur über Tonkugeln geleitet, die mit Kupferchlorid getränkt sind, und es findet dabei eine mehr oder weniger vollkommene Umsetzung zu Chlor und Wasserdampf statt. Man hat nun gefunden, dass das Kupfersalz allmählich aus den Tonkugeln verschwindet, was wahrscheinlich darauf zurückzuführen ist, dass das intermediär gebildete Kupferchlorür bei der Temperatur des Prozesses flüchtig ist.
Es ist daher notwendig, die unwirksam gewordenen Tonkugeln öfter zu erneuern oder neu zu imprägnieren, was nicht nur zu Betriebsstörungen führt, sondern auch mit nicht unerheblichen Kosten verknüpft ist.
Ein näheres Studium dieser Vorgänge bei Ausführung der Versuche im Glasrohr zeigt nun das folgende Bild : Leitet man das erhitzte Salzsäureluftgemisch durch das mit Kontaktsubstanz gefüllte Rohr hindurch, so findet die lebhafteste Reaktion zunächst im ersten Teile desselben statt, wobei durch die Reaktionswärme die Temperatur hier stark ansteigt. Dadurch wird ein grosser Teil des KupfersalzeS \ertuchtigt und von dem Gasstrom
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richtung des Rohres, so dass das Kupfersalz immer weiter vorgetrieben wird. Wenn schliesslich auch die letzten Partien des Rohres auf eine Temperatur gekommen sind, die über der Verfüchtigungstomperatur des Kupferchlorilrs liegt, geht dasselbe zum mehr oder weniger grossen Teile mit dem Gasstrom hinaus.
Das gleiche ist auch bei den für die technische
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befindlichen Kupfersalzes verloren. Selbstverständlich nimmt damit die Ausbeute an Chlor erheblich ab.
Dip nähere Erkenntnis dieser Verhältnisse legt den Gedanken nahe, die zur Ausführung des Prozesses dienenden Zersetzer so zu konstruieren, dass sie ein in sich selbst zurückkehrendes Apparatensystem bilden, in dem das Kupfersalz wandert, ohne es jedoch verlassen zu können. Den einfachsten Fall eines solchen bildet ein System von zwei Zersetzern A und B, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt. Dieselben sind einfache zylindrische oder sonstwie geformte Gefässe, in denen sich die mit Kupferchlorid imprägnierten porösen Tonkörper befinden, die eventuell auf geeigneten Rosten oder zwischen solchen gelagert sind. Sie stehen durch zwei mit Schiebern oder anderen Absperrvorrichtungen versehene Rohre a und b in Verbindung und jedes hat ausserdem eine ebenfalls verschliessbare Gaseintritts-und Aus-
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treten.
Die stärkste Reaktion und damit auch die stärkste Erwärmung findet zunächst in A bei der Gaseintrittsstel10 statt und das hier verflüchtigte Kupfersalz wird sich an kälteren Stellen von A wieder ahsetzen. Schreitet nun die Hauptreaktion und Erhitzung weiter
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nach unten vor, so wird auch das Kupfersalz immer weiter vorgetrieben, bis es schliesslich durch A hindurch in B eintritt und sich hier zunächst in den unteren Partien absetzt. Lässt man dann den frischen Gasstrom durch f eintreten und schliesst e, a und d, während
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und das sich verftl1chtigende Kupfersalz wandert in B nach oben, um schliesslich durch b hindurch wieder nach A I1berzutreten u. s. w.
Man treibt also auf diese Weise das Kupfer- salz immer im Kreise herum, ohne etwas davon zu verlieren, indem man die Reaktions- produkte Chlor und Wasserdampf erst an solchen Stellen austreten lässt, wo sie infolge der Abkühlung kein flüchtiges Kupfersalz mehr enthalten. Um ein Absetzen des Kupfersalzes an den Enden des Apparates oder an den Übergangsstellen zu verhüten, kann man hier besondere Heizvorrichtungen anbringen, ebenso wie man die ganzen Apparate heizen oder auch zum Schutze gegen Wärmeverluste in geeigneter Weise umhüllen kann.
Neben der Verhütung von Kupferverluste hat man bei dieser Arbeitsweise den weiteren grossen Vortei'einer möglichst vollkommenen Ausnutzung der Reaktionswärme des Prozesses.
Denn das durch die Reaktionswärme beträchtlich über die ursprüngliche Temperatur erhitzte
Gasgemenge gibt auf dem Wege bis zur Austrittsstelle aus dem Apparat den grössten Teil seiner Wärme an die Koutaktmasse ab, die es auf diesem Wege passiert. Andererseits streicht das frisch eintretende Gasgempnge, ehe es zur Hauptzone kommt, durch solche
Schichten der Kontaktsubstanz hindurch, die vorher der Sitz der Hauptreaktion und damit der Maximaltemperatur waren und vermag sich an ihnen vorzuwärmen.
Infolgedessen bedürfen die eintretenden Gase, nachdem einmal der Prozess im Gange ist, einer verhältnismässig geringen oder gar keiner Vorwärmung mehr.
Eine ähnliche Ausnutzung der Reaktionswärme beim Deakon-oder anderen Kontakt- prozessen beschreibt schon das Patent fox9 :) 56. Auch hienach soll die auf die Kontaktsubstanz übertragene Reaktionswärme von den nachfolgenden kälteren Gasen aufgenommen werden, wobei die Hauptreaktion und Maximaltemperatur sich in der Weise, wie oben beschrieben, in der Richtung des Gasstroms verschieben. Ist in diesem Falle die Hauptreaktion am Ende des Apparates angekommen, so soll sie durch Umkehrung der Richtung des Gasstroms in entgegengesetzter Richtung wie bisher verschoben und auf diese Weise wieder zu dem ursprünglichen Ausgangspunkt zurückgeführt werden.
Es liegt aber auf der Hand, dass auf diesem'Wege die eben geschilderten Übelstände nur sehr unvollkommen beseitigt werden.
Einmal treten auch bei diesem Verfahren noch erhebliche Wärmeverluste auf. Denn je mehr sich die Hauptreaktion dem Ende des Apparates nähert, um so heisser verlassen ihn die
Gase, ohne dass es möglich ist, die in ihnen enthalten Wärme nutzbar zu machen. Ferner geht auch hier ein erheblicher Teil der Kontaktsubstanz mit den heissen Gasen aus dem
Apparat heraus, u. zw. um so mehr, je mehr sich die Maximaltemperatur dem Ende desselben nähert. Der Verlust an Kontaktsubstanz und die zunehmende Verkürzung der reagierenden
Schicht der Kontaktmasse bedingen aber gleichzeitig eine Verringerung der Leistungs- fähigkeit des Apparates.
Alle diese Übelstände fallen bei dem vorher beschriebenen, in sich zurückkehrenden
Apparate weg. Die Wärmeverluste lassen sich dabei auf ein Minimum reduzieren, Verluste an 1\ : ontaktsubstanz treten überhaupt nicht ein und die Leistungsfähigkeit bleibt infolge- dessen stets die gleiche.
Die Kontaktmasse dieses Apparates im einzelnen kann sehr verschieden sein. Statt zweier Zersetxcr kann man deren beliebig viele und in beliebiger Weise miteinander ver- binden, man kann sie neben-oder übereinander stellen und statt eines Gasein-und-austrittes jedem mehrere geben. Auch kann sich der Gasstrom statt in vertikaler in horizontaler oder anderer Richtung durch die Apparate bewegen. Man kann ferner statt mehrerer mit- einander verbundener einen einzigen, in sich zurückkehrenden Apparat von beliebiger Form nehmen, der mit geeigneten Gaseintritts-und-austrittsöffnungen versehen, eventuell durch Scheidewände in zwei oder mehr Abteilungen geteilt ist und dazu Vorrichtungen enthält, die dem Gasstrom seine Richtung vorschreiben. Ein solcher Apparat kann z.
B. nach dem
System des Ringofens konstruiert sein und in ähnlicher Weise wie dieser funktionieren.
Kurz, es sind die verschiedensten Ausführungsformen möglich. Wesentlich ist allein nur, dass der Prozess immer in der gleichen Richtung fortschreitet und so immer wieder zu dem ursprünglichen Ausgangspunkt zurückkehrt.
Die gleiche Apparatur und Arbeitsweise lässt sich auch auf beliebige andere Kontakt- verfahren, insbesondere auch für die Herstellung von Schwefelsäurehydrid verwenden.
Allerdings findet hiebei keine Verflüchtigung der Kontaktsubstanz statt, wohl aber eine ebensolche Verschiebung der Hauptreaktion und Maximaltemperatur wie beim Deakon-Prozess.
Infolgedessen müssen, falls nicht besondere Massregeln angewendet werden, auch hiebei mehr oder weniger beträchtliche Wärmeverluste entstehen ; ebenso wie durch die Verkürzung
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der reagierenden Schicht die Leistungsfähigkeit des Apparates zurückgehen muss. In welcher Weise das Vorfahren des Patentes 69666 diese Übelstände zu beseitigen sucht, ist vorher auseinandergesetzt und ebenso, dass die Wirkung dieses Verfahrens nur eine unvollkommeno ist.
Bessere Erfolge hat das Verfahren des Patentes 113932, bei dem ein Fortschreiten der Maximaltemperatur durch äussere Kühlung der Apparate vermieden und die Reaktionwärme dadurch nutzbar gemacht wird, dass sie auf die zum Kühlen der Apparate benutzten Röstgase übertragen wird, die einer Vorwärmung vor ihrem Eintritt in die Kontaktrohre bedürfen. Aber das erfordert sehr komplizierte Vorrichtungen, denen gegenüber der eben beschriebene kontinuierliche Apparat sich durch wesentlich grössere Einfachheit in Konstruktion und Handhabung auszeichnet. Die Ausnutzung der Reaktionswärme ist dabei jedenfalls so günstig wie überhaupt nur möglich.
Denn indem man, wie oben beschrieben, die Hauptreaktion und Maximaltemperatur im Kreise herumtreibt und die Gase stets in genügender Entfernung von der Zone der Hauptreaktion ein-und austreten lässt, kann man in sehr vollkommener Weise die Reaktionswärme zunächst auf die Kontaktkörper und von diesen auf die frisch eintretenden Gase übertragen, welch letztere daher mit verhältnismässig niedriger Temperatur in den Prozess eingeführt werden können. Dazu ist die Leistungsfähigkeit des Apparates stets die gleiche, da trotz der fortwährenden Verschiebung der
Hauptreaktionszone die Länge der reagierenden Schicht stets die gleiche bleibt.
Die Anwendbarkeit des beschriebenen Apparates und Verfahrens ist, wie schon gesagt, eine sehr vielseitige ; sie erstreckt sich auf alle beliebigen chemischen Kontaktverfahren und es seien nur beispielsweise noch genannt : die Herstellung von Essigsäure aus Alkohol und Sauerstoff, von Salpetersäure aus Ammoniak und Sauerstoff, von Formaldehyd, Phosgen- gas u. s. w.