CH338429A - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Blausäure - Google Patents

Description

  Verfahren<B>und</B>     Vorrichtung    zur Herstellung von     Blausäure       Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren  und eine Vorrichtung zur Herstellung von Blau  säure aus Methan und Ammoniak, nach der Reak  tion:  
EMI0001.0003     
  
    CH4 <SEP> + <SEP> NH3 <SEP> -+ <SEP> HCN <SEP> + <SEP> 3H2 <SEP> - <SEP> 60 <SEP> kcal       Es sind     eine    Reihe Verfahren und Vorrichtungen  bekannt, um diese Reaktion durchzuführen. Im all  gemeinen werden die Reaktionsgase durch einen       langgestreckten,    mit Katalysator belegten, von  aussen beheizten Reaktionsraum geleitet. Ein beson  deres Verfahren, das erlaubt, hohe Umsätze und  grosse Leistungen zu erzielen, sowie eine entspre  chende Vorrichtung wurden im Schweizer Patent  Nr. 335052 beschrieben.

    



  Mit den bereits bekannten Verfahren lässt sich  zwar die angeführte Reaktion zur Herstellung von  Blausäure mehr oder weniger technisch gut durch  führen. Dabei ergaben sich aber immer     ndch    wesent  liche Mängel, indem der Wärmeverbrauch in den  verschiedenen Zonen der Reaktionsrohre, selbst  wenn man die Reaktionsgase     vorheizt,    sehr verschie  den ist.

   Wenn man das Verfahren so durchführen  will, dass man einen Umsatz von mindestens 75 bis  9004 erhält, wie dies für     technische    Zwecke er  wünscht ist, so ergeben sich     Verhältnisse,    die so  liegen, dass im ersten Drittel der Reaktionsräume  etwa 2/3 der für die genannte Reaktion notwendigen  Wärme aufgebracht werden muss, mit andern Wor  ten, die     Katalytoberflächen    können nur zu einem  geringen Teil richtig ausgenutzt werden.  



  Diese Tatsache hat zur Folge, dass die     Beheizung     von     aussen    nicht über das ganze Rohr hinweg  gleichmässig erfolgen     kann;        vielmehr    muss die  Aussentemperatur in beträchtlichem Masse abge  stuft werden. Würde man auf der ganzen Länge    gleich     heizen,    so hätte dies zur Folge, dass man ent  weder mit     einer    stark reduzierten Leistung der  Rohre arbeiten müsste, oder aber man     würde    riskie  ren, auf der Austrittsseite der Reaktionsräume die       Katalytflächen    zu überhitzen und so zu zerstören.

    Diese Notwendigkeit der stark abgestuften     Beheizung     der Reaktionsräume bedeutet     eine    beträchtliche Er  schwerung der Durchführung des Verfahrens. Ausser  dem hat aber die stark abgestufte     Heizung    noch an  dere beträchtliche Nachteile. Die Reaktionsräume  bestehen im allgemeinen aus keramischen Materia  lien, insbesondere aus keramischen Rohren. Die ab  gestufte Heizung bewirkt natürlich ungleichmässige  Temperaturverteilung auf der Aussenseite der Reak  tionsrohre, und diese Tatsache führt in bekannter  Weise im allgemeinen zu rascher Zerstörung der  keramischen Materialien infolge der thermischen  Spannungen.  



  Das     erfindungsgemässe    Verfahren ist dadurch       gekennzeichnet,    dass eine Vorrichtung verwendet  wird, die mindestens zwei konzentrisch angeordnete  Rohre aufweist, welche     nacheinander    von     innen     nach aussen von einem     Gasgemische    in entgegen  gesetzter Richtung durchströmt werden, wobei die  Methan und Ammoniak enthaltenden Frischgase in  das     innerste    Rohr eintreten und ein Blausäure ent  haltendes Gasgemisch das äusserste Rohr verlässt.  



  Es wird z. B. ein Reaktorelement verwendet,  welches aus zwei konzentrisch angeordneten Rohren  besteht, so dass der innere Raum von einem ring  förmigen Raum umgeben ist, wobei das äussere Rohr  an dem einen Ende des Reaktorelementes geschlos  sen, das innere an demselben Ende offen ist, und am       andern    Ende einerseits das innere Rohr mit einer  Öffnung für den     Einlass    der Frischgase, anderseits  das äussere Rohr mit     einem        Auslass    für die umge  setzten Gase versehen ist.      Werden z.

   B. mehr als zwei konzentrische Rohre  verwendet, so treten die Frischgase durch die Ein  trittsöffnung in den innersten Raum, fliessen von       dort    jeweils in entgegengesetzter Richtung durch die  verschiedenen den innern Raum umgebenden Ring  räume und verlassen aus dem äussersten     Ringraum     die Vorrichtung. Werden nur zwei konzentrische  Rohre verwendet, so treten z.

   B. die frischen Gase  an dem einen offenen Ende in den innern Reak  tionsraum, werden dort durch die im äussern ring  förmigen Raum     befindlichen    Gase beheizt, um, so  bald sie am Ende des innern Raumes angelangt sind,       in    den ringförmigen äussern Raum zu fliessen und  dort unter weiterer Wärmeaufnahme zu blausäure  haltigen Gasen umgesetzt zu werden, wobei vor dem       Ausfliessen    der Gase am offenen Ende des Reaktor  elementes wenigstens ein Teil der in den Gasen ent  haltenen Wärme zur     Vorwärmung    der Frischgase  verwendet wird.  



  Ein solches Reaktorelement befindet sich z. B.  mit seinem geschlossenen Ende in einem durch elek  trische     Heizstäbe    oder andere Mittel (z. B. Gasflam  men, Induktion usw.) beheizten Ofen, wobei das mit  Ein- und Ausflüssen versehene Reaktorelement,  umgeben von einer Kühlvorrichtung, durch die obere  Ofenwand herausragt.  



  Die Reaktionsrohre können aus     Metallen    oder  aus keramischen Materialien hergestellt sein. Solche  Materialien bzw. Metalle oder keramische Stoffe  müssen in der Lage sein, hohe Temperaturen von  zwischen 900 und 1500  C ohne weiteres zu er  tragen. Zum Beispiel eignen sich dazu die unter der  Bezeichnung      Sillimanit5>    vertriebenen Rohre.  



  Die Reaktionsrohre können einen kantigen oder  runden Querschnitt aufweisen; vorzugsweise werden  runde Rohre verwendet.  



  Zweckmässig sind die Wände der Reaktionsrohre  mit katalytischen Substanzen imprägniert.     Vorteilhaft     sind die Rohre an ihren     innern    und äussern Wänden  mit     Katalyt    bedeckt, mit Ausnahme des äussersten  Rohres, welches nur an seiner Innenwand mit     Kata-          lyt    bedeckt ist.  



  Die Abmessungen der Rohre werden vorzugs  weise so gehalten, dass zwei gegenüberliegende     Ka-          talysatorenflächen    nicht mehr als 20 mm voneinan  der getrennt sind. Zweckmässig ist dieser Abstand  jedoch nicht grösser als 10-6 mm zu halten. Ausser  dem ist es von Vorzug, dass das Verhältnis des  Querschnittes des Reaktionsraumes zu den den Re  aktionsraum begrenzenden beheizten Kontaktflächen  mindestens 1 : 200 beträgt,     vorteilhafterweise    in der  Gegend von 1 : 300 bis 1 : 800 liegt.  



  Eine besondere Ausführungsform der Vorrich  tung liegt darin, dass auch das innerste der konzen  trischen Rohre     beheizt    werden kann.  



  Durch die erfindungsgemässe Vorrichtung wird  nicht nur eine gleichmässige Verteilung der Wärme  erzielt, sondern auch die Energiewirtschaft wesentlich  günstiger gestaltet. So kann z. B., indem die ab  ziehenden Gase wenigstens einen Teil     ihrer    Wärme    an die Frischgase abgeben, eine wesentliche Ener  giemenge erspart werden. Bei Verwendung von z. B.       zwei    konzentrischen Rohren ist der Ausfluss der  gebildeten blausäurehaltigen Gase im Ringraum um  den Eingang der Frischgase und in der Nähe von  diesem angeordnet, so dass die grösste Temperatur  differenz zwischen Frisch- und Reaktionsgasen an  dieser Stelle herrscht, wodurch die beste Wärme  übertragung von den     ausreagierten    Gasen auf die  Frischgase gewährleistet ist.

   Tiefer im Rohr gleicht  sich die Temperatur zwischen dem innern und dem  äussern Ringraum weitgehend aus und ist von da an  praktisch von der von aussen zugeführten Wärme ab  hängig.  



  Es können mehrere beschriebene Reaktor  elemente innerhalb desselben Heizraumes angeordnet  werden. Solche Reaktorbatterien gewährleisten eine  bessere Ausbeute der Wärmeenergie und ermöglichen  die Aufstellung von grösseren Leistungseinheiten als  wenn jedes Reaktorelement einzeln beheizt werden  müsste.  



  In der Zeichnung wird eine beispielsweise Aus  führungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung  gezeigt.  



  Am obern Ende des Einsatzrohres 2 befindet  sich der Eintritt 1 der Reaktionsgase aus einer Gas  speiseanlage. Das untere Ende des Einsatzrohres ist  offen, so dass die vorgewärmten Gase in dem durch  das von aussen beheizte Reaktionsrohr 4 abgegrenz  ten Ringraum 3 zur Reaktion gelangen können.  Dieses Reaktionsrohr ragt in den Heizraum 5, wobei  dieser durch die untern, 6, und obern, 7, Platten  abgeschlossen ist. Die Abdichtung zwischen den  Rohren und der     Heizraumwand    erfolgt durch die  Stopfbüchsen 8, die an der     Heizraumwand    7 befestigt  werden, und durch die Asbestpackung 9.  



  Damit so wenig Wärme wie nur möglich vom  Reaktorelement ausgestrahlt wird, und eine gründ  liche Abkühlung der Reaktionsgase erfolgen kann,  ist das zum Ofen herausragende Ende der Reaktions  rohre mit einem wassergekühlten Kühlkopf 10 ver  sehen, wobei 11 und 12 die Ein- bzw. Austritte des  Kühlwassers bedeuten.  



  13 stellt den gasdichten Abschluss des Kühlkopfes  und 14 den Austritt der Reaktionsgase dar.  



  Das Verfahren wird z. B. unter den gleichen Be  triebsbedingungen in bezug auf Temperatur, Kata  lysatoren, Gasgeschwindigkeit und Zusammen  setzung der Ausgangsgase wie in dem Schweizer Pa  tent Nr. 335052 durchgeführt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I Verfahren zur Herstellung von Blausäure aus Methan und Ammoniak, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung verwendet wird, die mindestens zwei konzentrisch angeordnete Rohre aufweist, welche nacheinander, von innen nach aussen, von einem Gasgemisch in entgegengesetzter Richtung durchströmt werden, wobei die Methan und Ammo niak enthaltenden Frischgase in das innerste Rohr eintreten und ein Blausäure enthaltendes Gasgemisch das äusserste Rohr verlässt. UNTERANSPRUCH 1.

   Verfahren nach Patentanspruch I unter Ver wendung einer Vorrichtung, die zwei konzentrisch angeordnete Rohre aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Frischgase durch das innere Rohr geführt, dort durch die im äussern Rohr befindlichen Gase beheizt werden und dann in das äussere Rohr fliessen, um dort unter weiterer Wärmeaufnahme zu blau säurehaltigen Gasen umgesetzt zu werden. PATENTANSPRUCH 1I Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens zwei konzentrisch angeordnete Rohre enthält, wobei die benachbarten Rohre derart an dem einen Ende offen und am andern Ende ge schlossen sind, dass der Übertritt der Gase von einem Rohr in das andere erfolgen kann. UNTERANSPRÜCHE 2.

   Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Innenrohr und ein Man telrohr enthält, wobei einerseits das äussere Rohr an dem einen Ende des Rohraggregates geschlossen, das innere an diesem Ende jedoch offen ist, und am an dern Ende das Innenrohr mit einem Einlass für die Frischgase, das Mantelrohr mit einem Auslass für die umgesetzten Gase versehen ist. 3. Vorrichtung nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Gasen bestrichenen Oberflächen der Rohre katalytisch wirksam sind, wobei gegenüberstehende Katalysatorflächen höch stens 20 mm, vorzugsweise 10-6 mm, voneinander entfernt sind. 4.

   Vorrichtung nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Gasen bestrichenen Oberflächen der Rohre katalytisch wirksam sind und das Verhältnis des kleinsten Querschnittes, welcher dem Reaktionsraum entspricht, der zwischen den konzentrischen Rohren gebildet wird, zu den diesen Reaktionsraum begrenzenden beheizten Kontakt flächen 1 : 200 bis 1 : 800, vorzugsweise 1 : 300 bis 1 : 500, beträgt. 5. Vorrichtung nach Patentanspruch 1I und Un teranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das ge schlossene Ende des Mantelrohres in den Heizraum eines Ofens hineinragt. 6.

   Vorrichtung nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere aus konzentrisch an geordneten Rohren gebildete Reaktorelemente sich in einem einzigen Heizraum befinden.