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Verfahren zur Erzeugung von Stickstoffpentoxyd und Ozon mit Hilfe elektrischer
Entladungen.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Erzeugung von Stickstoffpentoxyd (Salpetersäure) bzw. von hochprozentigem Ozon neben Stickstoffpentoxyd aus Gemengen von Stickstoff und Sauerstoff mit Hilfe elektrischer Entladung unter Vermeidung hoher Temperaturen.
Es ist zwar nach den in der Literatur vorliegenden Angaben (vergleiche Warburg und Leithäuser, Annalen der Physik [IV], Band 23, Seite 209, Jahr 1907) bekannt, dass bei der sogenannten stillen elektrischen Entladung neben Ozonbildung gleichzeitig eine Oxydation des Stickstoffes stattfindet, jedoch sind die Konzentrationen an Stickstoffpentoxyd, welche durch diese Entladungsform erhalten werden, so gering, dass der angeführte Weg technisch nur zur Ozonbildung, nicht aber zur Stickstoffoxydation diente.
Diese niederen Konzentrationen an Stickstoffpentoxyd treffen in der Tat zu, wenn man die Entladungen auf das Gas bis zur Erreichung der üblichen Ozonkonzentrationen einwirken lässt.
Geht man aber so vor, dass man die Entladungen bis zum nahezu vollständigen Verbrauche des Ozons andauern lässt, so tritt eine stete Nachbildung niederer Stickstoffoxyde in dem Masse ein, als Ozon zur Oxydation derselben zu Pentoxyd verbraucht werden kann. Je mehr Ozon zur Verfügung steht, um so höher kann die Konzentration an Stickstoffpentoxyd getrieben werden. Erforderlichenfalls wird man zu diesem Zwecke Ozon \011 aussen in den Prozess einführen. Setzt man das Gas, nachdem alles Ozon verschwunden ist, noch weiteren Entladungen aus, so zerfallen die höheren Stickstoffoxyde in niedere und diese weiter, bis deren Konzentration auf einen ganz geringfügigen Wert gesunken ist.
Aus diesen Gründen und zwecks Verhinderung des Zerfalles des Stickstoffpentoxydes ausserhalb des Reaktionsraumes wird man das Gasgemisch zweckmässigerweise nicht bis zum vollständigen Verbrauche des Ozons, in welchem Zustande die Höchstkonzentration an Stickstoffpentoxyd erzielt ist, den Entladungen aussetzen.
Das Verfahren besteht demnach darin, dass man die Entladungen auf das Gas bei
Anwesenheit von Ozon-das durch die Entladung selbst gebildet oder erforderlichenfalls von aussen in den Prozess eingeführt wird-bis zum nahezu vollständigen Verbrauche des letzteren einwirken lässt. Es gelingt auf diese Weise leicht, verhältnismässig hohe
Anteile des Stickstoffes zu oxydieren. So wurde z. B. ohne äussere Zufuhr von Ozon in
Luft von Atmosphärendruck 90 bis 100 mg, in einem hälftigen Gemisch von Sauerstoff und Stickstoff zirka 250 mg Og pro Liter erhalten.
Grundsätzlich unterscheidet sich das vorliegende Verfahren von den gebräuchlichen Verfahren der Ozonisierung durch elektrische Entladung dadurch, dass man die Arbeitweise so einrichtet, dass man das Ozon für die Oxydation der niederen Stickstoffoxyde verwertet und von den bekannten Verfahren zur Gewinnung von Stickstoffoxyden dadurch, dass man die Nachbildung niederer Stickstoffoxyde im Entladungsraum durch Umwandlung derselben in höhere Stickstofoxyde über jenen Betrag hinauf erzwingt, der durch die elektrischen Bedingungen bestimmt ist.
Die Mitteltemperatur im Entladungsraum muss so gehalten werden, dass weder eine thermlsche Zersetzung des Ozons noch der höheren Stickstoffoxyde eintreten kann, was durch die natürliche Wärmeabgabe der Gefässwände oder durch besondere Kühlung erzielt werden kann.
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Das Verfahren kann beispielsweise wie folgt durchgeführt werden :
Man verwendet ein Siemensrohr mit einem Elektrodenabstand von 4 mm und einem Entladungsraum von 140 cm3. Als Belegilassigkeit dient Wasser, welches durch Kühlung auf Zimmertemperatur erhalten wird. Die Entladungen erfolgen mit fünfzigperiodigem Wechselstrom von 15.000 Volt. Ein hälftiges Stickstoff-Sanerstoffgemisch von Atmosphären- druck wird derart durch das Rohr geleitet, dass pro Minute 4 em8 Gas in den Entladungsraum eintreten. Das austretende Gas wird durch Wasser geleitet, wodurch reine Salpetersäure erhalten wird. Die analytische Bestimmung ergab bei dieser Ausführungsart des Verfahrens einen Gehalt von zirka 200 Os im Liter des austretenden Gases.
Eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit über den genannten Betrag ergibt unter den gleichen elektrischen Bedingungen eine Abnahme der Stickstoffpentoxydkonzentration, während gleichzeitig die Ozonkonzentration ansteigt. Man kann je nach der Einwirkungsdauer der Entladung auf das Gas beliebige Gemische von Stickstoffpentoxyd und Ozon erhalten, unter anderem auch solche, bei denen der Ozongehalt einen maximalen
Wert erreicht. Dies war z. B. in obiger Anordnung der Fall, wenn in den Entladungsraum 14 cm3 Gas pro Minute eintraten. Das austretende Gas enthielt dann 175 Ozon neben 50 mg mg Os im Liter. Eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit über diesen
Betrag hinaus vermindert die Konzentration an Ozon und Stickstonpentoxyd.
Demnach) ässt sich stickstoffpentoxydfreies Ozon in beliebiger Konzentration dadurch erhalten, dass man aus den durch elektrische Entladungen gebildeten Ozon-Stickstoffpentoxydgemischen das Pentoxyd beseitigt, ehe es diejenige Konzentration erreicht, bei der der weitere Ozongehalt eine Abnahme erfährt.
Es hat sich weiter gezeigt, dass bei entsprechender Erhöhung der elektrischen Energie die Bildungsgeschwindigkeit der Stickoxyde beliebig gesteigert werden kann, wenn man nur dafür Sorge trägt, dass stets Ozon vorhanden ist. Dementsprechend lassen sich auch in Gasen von grosser Strömungsgeschwindigkeit bei entsprechender Erhöhung der elektrischen
Energie und entsprechender Wärmeabfuhr hohe Konzentrationen erzielen.
Das Verfahren kann verschiedenartig verwertet werden. Es kann z. B. einerseits dazu dienen, Stickstoffpentoxyd als solches zu gewinnen oder letzteres in reine Salpeter- säure oder in technisch brauchbare Salze überzuführen ; andererseits kann man die maximale
Ozonkonzeutration tiber den bisher technisch erreichten Wert bringen, wenn man für eine
Entfernung des Stickstoffpentoxydes aus der Reaktionssphäre sorgt. Dementsprechend lässt sich hochprozentiges Ozon neben Stickstoffpentoxyd (Salpetersäure) gewinnen.
Letzteres lässt sich beispielsweise erzielen, indem man die Entladung in Gegenwart einer Substanz durchführt, welche das A < , nicht aber das Ozon, der Reaktionssphäre entzieht, oder indem man nach einer Entladung das Stickstoffpentoxyd, nich aber das Ozon ausserhalb des Reaktionsraumes aus dem Gase entfernt, um es sodann einer neuerlichen Entladung auszusetzen usw.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Erzeugung von Stickstoffpentoxyd oder höheren Stickstoffoxyden mit Hilfe elektrischer Entladungen, dadurch gekennzeichnet, dass man die Entladungen auf das Gas bei Anwesenheit von Ozon bis zum nahezu vollständigen Verbrauche desselben einwirken lässt.
2. Verfahren zur Gewinnung von von Stickstoffoxyden freiem Ozon in beliebiger Konzentration, dadurch gekennzeichnet, dass man die im Anspruche 1 geschilderte Arbeitsweise nicht bis zum vollständigen Verbrauche des Ozons fortschreiten lässt, sondern in einem beliebigen früheren Zeitpunkte unterbricht und aus dem Gemenge von Stickstoffpentoxyd und Ozon das Stickstoffpentoxyd auf beliebige Weise abscheidet.