Verfahren zur Durchführung von Gasreaktionen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung von Gasreaktionen und kennzeichnet sich dadurch, dass man in einer Kammer, die aufgewirbelte feste Teilchen enthält, räumliche Funkenentladungen hervorruft und das zu behandelnde Gas durch eine am Boden der Kammer angebrachte, poröse Platte in die Kammer einbringt, so dass das Gas der Funkenentladung ausgesetzt ist.
Unter den zahlreichen bekannten Verfahren zur Durchführung von Gasreaktionen befinden sich auch solche, bei denen im Gas Lichtbogen- oder Funkenentladungen hervorgerufen werden. Bei diesen Methoden ist aber die räumliche Ausdehnung des Lichtbogens oder der Funken im Gas so gering, dass kein genügender Kontakt zwischen dem Gas und der elektrischen Entladung stattfindet und aus der Kammer ein Gemisch von unverändertem Gas mit einem kleinen Anteil an Reaktionsprodukt austritt.
Diese Verfahren liefern also nur eine geringe Ausbeute.
Die Erfindung beseitigt diesen Nachteil. Durch das neue Verfahren wird die Schwierigkeit überwunden, indem man die Funkenentladung in einer Kammer zwischen aufgewirbelten, also schwebenden, festen Teilchen vor sich gehen lässt, und das der elektrischen Einwirkung zu unterwerfende Gas durch die Entladungszone hindurch führt. In einer solchen Kammer vollzieht sich die Funkenentladung räumlich im ganzen Volumen der aufgewirbelten Teilchenmasse. Infolgedessen unterliegt das Gas, das durch die Masse der schwebenden Teilchen hindurchgeleitet wird, in seinem ganzen Volumen der Einwirkung der elektrischen Entladung. Der Betrag der Umsetzung ist daher viel höher als bei den bekannten Verfahren und die Ausbeute an Reaktionsprodukt weitaus grösser.
Der Hauptvorteil des neuen Verfahrens liegt also darin, dass es eine hohe Ausbeute ergibt. Andere Vorteile werden aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.
Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden, welche einen Querschnitt durch eine Kammer zeigt, wie sie bei dem vorliegenden Verfahren beispielsweise verwendet werden kann.
Mit 1 ist die Wirbelkammer bezeichnet, und 2 stellt eine mikroporöse Platte dar, die in dem unteren Teil der Kammer 1 eingesetzt ist. Die mikroporöse Platte 2 ist aus einem Material hergestellt, welches zwar das Gas, nicht aber die Teilchen des Wirbelpulvers, wie Kohlenstoffpulver, hindurchtreten lässt. Bei 3 ist der Einlass für das der Umsetzung zu unterwerfende Gas dargestellt und mit 4 ist das Wirbelpulver in der Kammer 1 bezeichnet. 5 und 5' sind Elektroden, welche in der Kammer 1 so angeordnet sind, dass sie während des Betriebes der Vorrichtung in die Masse der aufgewirbelten Teilchen eintauchen. 6 ist eine elektrische Stromquelle, die Wechselstrom liefert. Bei 7 ist ein Schalter angedeutet. Die Stromquelle 6 ist mit den Elektroden 5 und 5' durch den Schalter 7 verbunden.
In der vorstehend beschriebenen Einrichtung kann man beispielsweise Kohlenstoffteilchen benutzen, die durch ein Sieb von 60-100 Maschen pro 2,5 cm hindurchgehen. Man bringt das Pulver in die Kammer 1 ein und führt das zu behandelnde Gas unter Druck durch den Gaseinlass 3 zu. Das Gas steigt in Form feiner Fäden durch die mikroporöse Platte 2 empor und wirbelt das Kohlenstoffpulver über der Platte 2 auf. Das Gas tritt dann durch die wirbelnde Pulvermasse in vertikaler Richtung nach aufwärts und kommt dabei in feinster Verteilung in innige Berührung mit den Wirbelteilchen, etwa wie Dampfblasen in kochendem Wasser oder aufsteigender Rauch.
Wenn nun in diesem Zustand der Schalter 7 geschlossen und ein Wechselstrom den Elektroden 5 und 5' aus der Stromquelle 6 zugeführt wird, und wenn man die Spannung zunehmend steigert, tritt zwischen allen Wirbelteilchen in der ganzen Masse eine Funkentladung ein, wodurch das zwischen ihnen befindliche Gas in seinem ganzen Volumen der Einwirkung der Entladung unterliegt. Der Einfluss der Entladung macht sich nicht nur stellenweise geltend, wie bei den bekannten Verfahren, sondern wirkt sich im ganzen Raum aus, so dass das Gas kräftig reagiert und oben aus der Kammer praktisch reines Reaktionsprodukt abgezogen werden kann, je nach der vorgenommenen Reaktion, z. B. ein aufgespaltenes oder polymerisiertes Erzeugnis.
Das neue Verfahren, bei dem ein Gas in seinem ganzen Volumen einer chemischen Umsetzung unter der Einwirkung der räumlich verteilten Funkenentladung zwischen den wirbelnden Teilchen unterworfen wird, unterscheidet sich wesentlich von der üblichen Gasreaktion durch Funken. Bei dem neuen Verfahren übt die Entladung einen katalytischen Einfluss aus.
Man hat auch schon bei anderen chemischen Reaktionen die Aufwirbelung verwendet, diese Verfahren lassen sich aber mit dem vorliegenden Verfahren nicht vergleichen. Man hat dabei in eine Pulvermasse ein Wirbelgas eingeblasen, das unter einem bestimmten hohen Druck stets und zur Hervorrufung einer Reaktion im Pulver mit einem Katalysator gearbeitet. Von einer solchen Arbeitsweise unterscheidet sich das neue Verfahren grundlegend.
Bei diesem Verfahren wird ein Gas zwecks Durchführung einer Reaktion im Gas durch die mikroporöse Platte in fein verteiltem Zustand in die aufgewirbelte Pulvermasse eingeführt und dort der elektrischen Funkenentladung ausgesetzt. Die Zuführung des Reaktionsgases bedarf dabei keines grossen Druckes. Der Druck muss gerade hoch genug sein, um den Druckverlust im Wirbelpulver zu überwinden. Der Druck wird zweckmässig so eingestellt, dass die Teilchen in Schwebe gehalten werden. Mehr ist nicht notwendig.
Als Wirbelpulver können verschiedene Stoffe benutzt werden. Kohlenstoffpulver von der Grössenordnung 60 Maschen pro 2,5 cm hat sich als besonders wirksam erwiesen und wird daher bevorzugt.
Um die Potentialdifferenz zwischen den einzelnen Teilchen des Kohlenstoffpulvers zu heben, ist es vorteilhaft, Wechselstrom zur Aufladung zu verwenden. Das Reaktionsgas kann sowohl ein einheitliches, reaktionsfähiges Gas als auch eine Mischung verschiedener Gase sein.
Beispiele
Eine poröse Porzellanplatte von 30 mm Dicke wurde als Einsatzboden für eine Wirbelkammer benutzt, deren Abmessungen
160 (Höhe) X 300 (Tiefe) X 400 mm (Breite) betrugen. Kohlenstoffpulver von der Grösse 60 Maschen 2,5 cm wurde mit Methangas aufgewirbelt.
Die Elektroden bestanden aus Eisenplatten mit einer Oberfläche von 9000 cm2. Sie waren einander gegenüber in einem Abstand von 10 cm in die Wirbelkammer eingesetzt. Ein elektrischer Wechselstrom mit einer Spitzenspannung von 400 V und einer Periode von lSloo sec wurde den Elektroden aufgedrückt. Der Kraftverbrauch betrug 0,8 KW. Das Methangas wurde der porösen Platte unter einem Druck von ungefähr 4 kg'cm2 zugeführt. Aus der Kammer konnte ein Gemisch von Wasserstoff und Acetylen in einer Menge von 1 m3;sec entnommen werden.
Die chemische Reaktion lässt sich durch die Formel
EMI2.1
wiedergeben. Das Kohlenstoffpulver erwies sich als recht nützlich, um eine Oxydation des Wasserstoffs zu verhindern.
Das vorstehend beschriebene Beispiel ist angeführt worden, um zu zeigen, wie man das neue Verfahren zur Aufspaltung von Gasen verwenden kann.
Das Verfahren lässt sich aber ebensogut zur Gassynthese benutzen.
Man kann den Wirbelteilchen auch einen oder mehrere Katalysatoren beimischen, um die Gasreaktion zu beschleunigen. Beispielsweise kann für diesen Zweck Nickelschwamm herangezogen werden.
Mitunter ist es zweckmässig, den Wirbelteilchen einen Hochfrequenzwechselstrom zuzuführen, um eine kräftige Funkenentladung zu erzielen. Vorteilhaft ist es, als Wirbelteilchen leitende Stoffe zu benutzen. Wenn man aber Hochfrequenz anwendet, kann man auch nichtleitende Stoffe benutzen.
Process for carrying out gas reactions
The present invention relates to a method for carrying out gas reactions and is characterized in that spatial spark discharges are created in a chamber which contains suspended solid particles and the gas to be treated is introduced into the chamber through a porous plate attached to the bottom of the chamber, so that the gas is exposed to the spark discharge.
Among the numerous known methods for carrying out gas reactions there are also those in which arcing or spark discharges are caused in the gas. With these methods, however, the spatial expansion of the arc or the sparks in the gas is so small that there is insufficient contact between the gas and the electrical discharge and a mixture of unchanged gas with a small proportion of reaction product emerges from the chamber.
These processes therefore only give a low yield.
The invention overcomes this disadvantage. The new method overcomes the difficulty in that the spark discharge is allowed to go ahead in a chamber between whirled up, i.e. floating, solid particles, and the gas to be subjected to the electrical action is passed through the discharge zone. In such a chamber the spark discharge takes place in the entire volume of the suspended particle mass. As a result, the gas which is passed through the mass of the suspended particles is subject to the action of the electrical discharge in its entire volume. The amount of conversion is therefore much higher than in the known processes and the yield of reaction product is much greater.
So the main advantage of the new process is that it gives a high yield. Other advantages will be apparent from the description below.
The invention is to be explained in more detail with reference to the drawing, which shows a cross section through a chamber such as can be used, for example, in the present method.
1 denotes the vortex chamber and 2 represents a microporous plate which is inserted in the lower part of the chamber 1. The microporous plate 2 is made of a material which allows the gas, but not the particles of the fluidized powder, such as carbon powder, to pass through. At 3 the inlet for the gas to be subjected to the reaction is shown and at 4 the fluidized powder in the chamber 1 is designated. 5 and 5 'are electrodes which are arranged in the chamber 1 in such a way that they are immersed in the mass of the suspended particles during operation of the device. 6 is an electric power source that supplies alternating current. At 7 a switch is indicated. The power source 6 is connected to the electrodes 5 and 5 'through the switch 7.
For example, in the device described above, one can use carbon particles which pass through a 60-100 mesh per 2.5 cm sieve. The powder is introduced into the chamber 1 and the gas to be treated is introduced under pressure through the gas inlet 3. The gas rises in the form of fine threads through the microporous plate 2 and swirls the carbon powder up above the plate 2. The gas then passes vertically upwards through the swirling powder mass and comes in very fine distribution in close contact with the swirling particles, such as vapor bubbles in boiling water or rising smoke.
If the switch 7 is closed in this state and an alternating current is supplied to the electrodes 5 and 5 'from the power source 6, and if the voltage is increased increasingly, a spark discharge occurs between all the vortex particles in the whole mass, causing the one between them Gas is subject to the effect of the discharge in its entire volume. The influence of the discharge is not only felt in places, as in the known processes, but affects the entire room, so that the gas reacts vigorously and practically pure reaction product can be withdrawn from the top of the chamber, depending on the reaction carried out, e.g. . B. a split or polymerized product.
The new process, in which a gas is subjected to a chemical reaction in its entire volume under the action of the spatially distributed spark discharge between the swirling particles, differs significantly from the usual gas reaction through sparks. In the new process, the discharge has a catalytic influence.
Fluidization has also been used in other chemical reactions, but these processes cannot be compared with the present process. A fluidizing gas has been blown into a powder mass which always works with a catalyst under a certain high pressure and to cause a reaction in the powder. The new process differs fundamentally from such a way of working.
In this process, a gas is introduced through the microporous plate in a finely divided state into the fluidized powder mass for the purpose of carrying out a reaction in the gas and there exposed to the electrical spark discharge. The supply of the reaction gas does not require any great pressure. The pressure must be just high enough to overcome the pressure loss in the vortex powder. The pressure is expediently adjusted so that the particles are kept in suspension. Nothing more is necessary.
Various substances can be used as vortex powder. Carbon powder on the order of 60 meshes per 2.5 cm has been found to be particularly effective and is therefore preferred.
In order to raise the potential difference between the individual particles of the carbon powder, it is advantageous to use alternating current for charging. The reaction gas can be either a uniform, reactive gas or a mixture of different gases.
Examples
A porous porcelain plate 30 mm thick was used as an insert floor for a vortex chamber, the dimensions of which
160 (height) X 300 (depth) X 400 mm (width). Carbon powder with a size of 60 meshes 2.5 cm was whirled up with methane gas.
The electrodes consisted of iron plates with a surface area of 9000 cm2. They were placed opposite each other at a distance of 10 cm in the vortex chamber. An alternating electrical current with a peak voltage of 400 V and a period of lSloo sec was applied to the electrodes. The power consumption was 0.8 KW. The methane gas was supplied to the porous plate under a pressure of about 4 kg'cm2. A mixture of hydrogen and acetylene in an amount of 1 m3; sec could be withdrawn from the chamber.
The chemical reaction can be expressed by the formula
EMI2.1
reproduce. The carbon powder was found to be quite useful in preventing the hydrogen from oxidizing.
The example described above has been given to show how one can use the new method for splitting gases.
However, the process can be used just as well for gas synthesis.
One or more catalysts can also be admixed with the fluidized particles in order to accelerate the gas reaction. For example, nickel sponge can be used for this purpose.
Sometimes it is useful to supply the vortex particles with a high-frequency alternating current in order to achieve a powerful spark discharge. It is advantageous to use conductive materials as vortex particles. But if you use high frequency, you can also use non-conductive materials.