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.