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Verfahren und Ofen zur Durchführung von Gasreaktionen.
Es ist bekannt, dass beim Durchleiten eines Gemenges von Stickstoff und Wasserstoff durch den zwischen zwei Kohlenspitzen übergehenden elektrischen Lichtbogen eine Vereinigung der genannten Gase mit dem im Lichtbogen verdampften Kohlenstoff zu Zyanwasserstoffsäure
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Bei dem Versuch, dieses Verfahren ins Grosse zu übertragen, erweist es sich als Missstand, dass eine erhebliche Bildung von Zyanwasserstonsäure nur bei verhältnismässig langsamen Durchgang der Gase durch den Lichtbogen erreicht werden kann. da diese bei raschem Passieren des Bogens nicht hoch genug erhitzt werden.
Zwecks Erzielung einer guten Ausbeute ist es daher von wesentlichem Vorteil, wenn die Gase vor dem Eintreten in den Lichtbogen bereits auf hohe Temperatur vorgewärmt sind. Dies wird gemäss vorliegender Erfindung in folgender Weise erzielt : Lässt man den von einem geeigneten Gleichstrom-oder Wechselstromgenerator erzeugten Lichtbogen nicht zwischen zwei Kohlenstäben übergeben, sondern verwendet nur als obere, vertikal gestellte Elektrode einen Kohlenstab, als untere dagegen eine mehr oder weniger hohe Schicht von ungeformten Koksstücken, so wird durch den Lichtbogen die oberste Lage dieser Koksstücke auf sehr hohe Temperatur erhitzt, und auch die tiefer gelegenen Schichten kommen durch Leiten der Hitze, und da sie selbst dem Stromdurchgang erheblichen Widerstand entgegensetzen.
zu starkem Glühen. Lässt man nun das Gemenge von Stickstoff und Wasserstoff, ehe es in den Lichtbogen eintritt, diese hochglühende Koksschicht durchströmen, so wird es hier auf sehr hohe Temperatur vorgewärmt, so dass es nun beim Eintreten in die Zone des Lichtbogens
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Gleichzeitig wird durch die Verwendung von ungeformter Kohle als unterer Elektrode eine für den Prozess sehr günstige Form des Lichtbogens erzielt. Zwischen zwei Kohlenstäben springt der Lichtbogen meist nur an einer Stelle über und wechselt öfter seinen Standort, so
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Elektrode aus einer Schicht von hinreichend zerkleinerten Koksstücken, so nimmt der Lichtbogen eine Form an, die sich von oben nach unten kegelförmig verbreitert.
Der Lichtbogen bestreicht und bestrahlt dann mit seiner unteren Kegelfläche die ganze Koksschicht. vorausgesetzt, dass diese Schicht keine zu grosse Flächenausdehnung aufweist.
Infolgedessen müssen alle Gase, die von unten her zwischen den Koksstücken in die Höhe steigen, an irgend einer Stelle durch die Lichtbogenbasis hindurchgehen, insbesondere, wenn man ihnen dadurch den weiteren Weg vorschreibt, dass man als obere Elektrode ein Kohlerohr nimmt, durch das man sie nach dem Durchströmen des Lichtbogens aus dem Ofen ableitet.
Besondere Versuche mit Gleichstrom und Wechselstrom ergaben nun, dass die kegelförmige Gestalt des Lichtbogens sich dann als'besonders vorteilhaft erweist, wenn man zum Betrieb des Ofens Gleichstrom verwendet und die obere Elektrode zur Kathode, die untere zur Anode nimmt. Dabei wird zweckmässig die Spannung des Stromes niedrig gehalten. Die Versuche zeigten,
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dass trotz der Ausdehnung de Koksfläche unter diesen Umständen auch die Hitzewirkung des Lichtbogens an der unteren Elektrode weit grosser ist, als an der oberen und dass daher der für die Bildung der ZyanwasseratdSsaure nötige Kohlenstoffdampf fast ausschliesslich an der unteren, ungeformten Elektrode gebildet und vebmucht wird, wahrend die obere, geformte-nur wenig angegriffen wird.
Arbeitet man dagegen mit vertauschten Polen (also Anode oben), so entsteht ein Verschleiss an Kohle, der den (nach Analogie etwa zu den Bogenlampe) erwarteten dermassen übertrifft, dass das Verfahren kaum mehr wirtschaftlich zu nennen ist.
Es hat sich ferner als zweckmässig erwiesen, die als untere Elektrode dienende Koksschicht nicht flach auszubreiten, sondern als mehr oder weniger vertiefte Heizkammer auszubilden, die sich direkt an eine, die obere Elektrode umgebende Kammer aus geformter Kohle oder anderem widerstandsfähigem Material anschliesst. In dieser Heizkammer muss sich die ganze Lichtbogenhitze konzentrieren, so dass der in sie von unten her eintretende Gasstrom gleichzeitig höchste Temperatur und reichliche Mengen von verdampftem Kohlenstoff vorfindet.
Diese zugleich als Elektrode dienende Heizkammer kann leicht in dem Masse, wie sie durch Verdampfen von Kohlenstoff abgenutzt wird, wieder erneuert werden, indem man von der Seite her, am besten auf der Aussenseite der die obere Elektrode umgebenden Kammer neuen Koks in der Weise nachfüllt, dass er unter dem natürlichen Böschungswinkel nach unten rutschend, an die Stelle des verbrauchten Koks tritt.
Der beschriebene Ofen ist für die Herstellung der Zyanwasserstoffsäure auch dann anwendbar, wenn man als Ausgangsmaterialien neben Stickstoff bereits fertige Kohlenwasserstoffe von geeigneter Zusammensetzung verwendet. Ebenso kann er für andere Verfahren Verwendung finden, bei denen Gasreaktionen in der Hitze des elektrischen Lichtbogens stattfinden sollen, sofern dabei die Anwesenheit von dampfförmigen Kohlenstoff erforderlich oder doch nicht nachteilig ist, wie z. B. bei der Bildung von Azetylen aus den Elementen, Zyan und anderen endothermen Verbindungen.
Die beiliegende Zeichnung gibt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des Ofens.
Der aus feuerfesten Material e und einem Metallmantel f bestehende Ofen weist oben die rohrförmige Elektrode c und unten die andere aus ungeformter Kohle (Koks) bestehende und mit einer rohrartigen Strom- und Gaszuführungsvorrichtung g ausgestattete Elektrode auf. Der Koks a wird dem Ofen durch eine Schnecke b dem Verbrauch entsprechend zugeführt. Die in Reaktion zu bringenden Gase werden bei m eingeführt und die Reaktionsprodukte verlassen den Ofen bei n. K ist ein die obere Elektrode umgebender Mantel aus feuerfestem Material, an dessen Aussenseite der Koks nach unten gleitet.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Durchführung von Gasreaktionen im besonderen zur Herstellung von Zyanwasserstoffsäure aus den Elementen oder aus Stickstoff und Kohlenwasserstoffen im elek- trischen Lichtbogenofen, dadurch gekennzeichnet, dass hiebei als untere Elektrode eine Schüttung ungeformter Kohle angewendet wird und die in Reaktion zu bringenden Gase durch diese Kohle- schiebt durchgeleitet werden.