DE189864C

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Publication number: DE189864C
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Priority date: 1904-01-21
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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

- JVl 189864 KLASSE Ml GRUPPE- JVl 189864 CLASS Ml GROUP

Dr. DEMETRIO HELBIG in ROM.Dr. DEMETRIO HELBIG in ROME.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 13. September 1904 ab.Patented in the German Empire on September 13, 1904.

Bei den bisher vorgeschlagenen Verfahren zur Oxydation des Stickstoffes im elektrischen Lichtbogen erfordert die Aufrechterhaltung der elektrischen Flamme im Stickstoff-Sauerstoffgemisch bekanntlich eine sehr hohe Spannung. So werden beispielsweise nach den Angaben Habers (Zeitschr. f. Elektrochemie IX, 1903, S. 383) bei dem Bradley-Lovejoyschen Verfahren die Lichtbogen bei etwa 10 000 Volt Spannung mit etwa 0,004 Ampere gebildet. xA,ber trotz dieser hohen Spannung sind die Lichtbögen sehr empfindlich und werden schon von ganz schwachen Gasströmungen ausgeblasen. Infolgedessen ist es bei diesem Verfahren unmöglich, in der Zeiteinheit ein großes Quantum Gas durch die elektrische Flamme zu führen, d. h. mit erheblichen Gasgeschwindigkeiten zu arbeiten. Die auf diese Art erhaltenen Flammenbögen sind ferner verhältnismäßig klein und füllen den Querschnitt des Reaktionsraumes nur unvollkommen aus. Es kommt daher auch nicht die gesamte Gasmasse mit der heißesten Zone in Berührung, sondern ein großer Teil des Gases verläßt den Reaktionsraum ohne die höchstmögliche Temperatur erreicht- zu haben. Infolgedessen bleibt der Stickoxydgehalt der abziehenden Gase hinter dem der höchsten Temperaturzone entsprechenden Gehalt ganz erheblich zurück. Man hat diesen Übelständen abzuhelfen versucht, .indem man die Flammenbögen mit Hilfe von Magneten, durch Abreißen usw. zu Flammenscheiben verbreiterte. Solche Maßnahmen erfordern aber komplizierte Anordnungen, ohne unter allen Umständen den gewünschten Erfolg zu sichern.In the previously proposed method for the oxidation of nitrogen in the electrical Arc requires the maintenance of the electric flame in the nitrogen-oxygen mixture known to be a very high voltage. For example, according to Habers (Zeitschr. F. Elektrochemie IX, 1903, p. 383) in the Bradley-Lovejoy method, the arcs at about 10,000 volts of voltage formed with about 0.004 amps. xA, over despite this high voltage the arcs are very sensitive and are affected by very weak gas flows blown out. As a result, in this method, it is impossible in the unit of time to pass a large quantity of gas through the electric flame, d. H. with considerable Gas velocities to work. The flame arcs obtained in this way are also relatively small and fill the cross-section of the reaction space only imperfectly. Therefore, not all of the gas mass comes with the hottest one Zone in contact, but a large part of the gas leaves the reaction space without to have reached the highest possible temperature. As a result, the nitrogen oxide content remains of the withdrawn gases behind the content corresponding to the highest temperature zone quite considerably. Attempts have been made to remedy these evils by widened the flame arcs with the help of magnets, by tearing them off, etc. to form flame discs. Such measures require but complicated arrangements without achieving the desired result under all circumstances to back up.

Das im folgenden beschriebene Verfahren ermöglicht es nun, die Verbrennung des Stickstoffes mit einem elektrischen Flammenbogen von geringer Spannung bei verhältnismäßig hoher Stromstärke auszuführen, der außerdem gegen Gasströmungen sehr beständig ist. Das Verfahren beruht · auf der bekannten Tatsache, daß gewisse Metalloxyde, insbesondere die Oxyde von Kalzium und Magnesium die Eigenschaft haben, im hocherhitzten Zustande die elektrische Leitfähigkeit in der Nähe befindlicher Gase außerordentlich zu erhöhen. Umschließt man nämlich den zwischen den Elektroden in einem Stickstoff-Sauerstoffgemisch brennenden Flammenbogen mit einem Mantel aus Magnesiumoxyd oder Kalziumoxyd, so ist zur Erhaltung des Flammenbogens nur mehr die außerordentlich geringe Spannung von 300 bis 600 Volt erforderlich, obwohl sich die Stromstärke gleichzeitig stark erhöht. Dabei verändert die elektrische Flamme ihr. Aussehen. Sie verbreitert sich und füllt den durch das Metalloxyd begrenzten Reaktionsraum so vollständig aus, daß das hindürchgeführte Gas ganz gleichmäßig erhitztThe process described in the following now makes it possible to burn the nitrogen with an electric flame arc of low voltage at relatively run high amperage, which is also very resistant to gas flows. That The method is based on the known fact that certain metal oxides, in particular the oxides of calcium and magnesium have the property when highly heated to greatly increase the electrical conductivity of gases in the vicinity. If the one between the electrodes is enclosed in a nitrogen-oxygen mixture burning arc of flame with a jacket of magnesium oxide or calcium oxide, so is to maintain the arc of flame only the extremely low voltage of 300 to 600 volts is required, although the current strength increases significantly at the same time. In doing so, the electric flame changes your. Appearance. It widens and fills the reaction space delimited by the metal oxide so completely that the gas passed through it heats up evenly

wird. Überraschenderweise ist die Flamme auch gegen Gasströmungen viel weniger empfindlich geworden und reißt, mit genügender Stromstärke unterhalten, auch beim Hindurchströmen eines sehr raschen Gasstromes nicht mehr ab. Hierdurch wird es ermöglicht, in einem verhältnismäßig kleinen Reaktionsraum unter vorteilhafter Ausnutzung der elektrischen Energie große Gasmassen inwill. Surprisingly, the flame is much less resistant to gas flows as well become sensitive and tears, entertained with sufficient amperage, even with A very rapid gas stream no longer flows through. This makes it possible in a relatively small Reaction space with advantageous use of electrical energy in large gas masses

ίο der Zeiteinheit zur Reaktion zu bringen; dabei werden gleichzeitig infolge der Möglichkeit, mit einer viel kleineren Anzahl von Reaktionsflammen auszukommen, die Verluste durch Strahlung u. dgl. vermindert. Da sich die Flammenzone durch, den ganzen Reaktionsraum erstreckt, wird ferner eine bisher nicht erreichte hohe Erhitzung der den Gasraum durchströmenden Gasmasse gewährleistet, infolgedessen ist der Prozentgehalt der . abziehenden Gase an Stickoxyd erheblich höher, als für die bisher bekannten Verfahren angegeben wird.ίο the unit of time to react; included are simultaneously due to the possibility of having a much smaller number of Get along with reaction flames, the losses due to radiation and the like. Reduced. That I the flame zone extends through the entire reaction space, has not yet become one achieved high heating of the gas mass flowing through the gas space ensured, as a result is the percentage of. withdrawing gases of nitrogen oxide are considerably higher than indicated for the previously known processes will.

Bei der guten Leitfähigkeit der verwendeten Metalloxyde, namentlich des Magnesiumoxyds für Wärme, würden auch die äußeren Wandungen des Ofens sich bald sehr stark erhitzen und durch Strahlung zu erheblichen Wärmeverlusten führen, wenn nicht durch geeignete Kühlung einer zu starken Erhitzung vorgebeugt würde. Diese Kühlung kann sehr zweckmäßig in an sich bekannter Weise dadurch erfolgen, daß die Zufuhr der frischen, kalten Gase durch im Ofen angebrachte Kanäle im Gegenstrom gegen die abziehenden heißen Gase geschieht. Die abziehenden heißen Gase geben hierbei unter Vermittelung des Ofenmaterials als Wärmeüberträger den größten Teil ihrer Wärme an die zugeführten Gase ab, welche so eine ausgezeichnete Vorwärmung erfahren. Man erreicht hierdurch außer dem Schütze des Ofens auch noch eine gute Ausnutzung der Wärme.With the good conductivity of the metal oxides used, namely magnesium oxide for warmth, the outer walls of the furnace would soon become very hot and too much due to radiation Heat loss if not prevented by suitable cooling from excessive heating. This cooling can be done very conveniently in a manner known per se in that the supply of the fresh, cold gases happen through channels in the furnace in countercurrent to the withdrawing hot gases. The withdrawing ones hot gases give off as a heat transfer medium through the furnace material Most of their heat is transferred to the supplied gases, which are so extremely well preheated. Man in addition to protecting the furnace, this also makes good use of the Warmth.

An Stelle von Kalziumoxyd und Magnesiumoxyd lassen sich natürlich alle Metalloxyde oder Gemische solcher verwenden, die bei genügender Feuerbeständigkeit die Eigenschaft haben, in hocherhitztem Zustande die elektrische Leitfähigkeit der sie umspülenden Gase zu erhöhen. Es sind dies außer den meisten Oxyden der Magnesiumgruppe und Erdalkalimetalle auch die Oxyde einiger seltener Elemente, wie Lanthan, Zirkon. Andere Metalloxyde, wie z. B. Aluminiumoxyd, haben diese Eigenschaften nicht. Auch andere feuerbeständige Materialien, z.B. Öfen aus Schamotte, erfüllen trotz ihrer großen Hitzebeständigkeit den gewünschten Zweck nicht. Bei einigen bekannten Konstruktionen elek-Instead of calcium oxide and magnesium oxide, of course, all metal oxides can be used or use mixtures of those which have the property with sufficient fire resistance have, in a highly heated state, the electrical conductivity of the wash around them Increase gases. Besides most oxides of the magnesium group and alkaline earth metals, these are also the oxides of some rarer elements such as lanthanum, zircon. Other metal oxides, such as. B. aluminum oxide, do not have these properties. Also other fire-resistant materials, e.g. stoves Fireclay, despite their great heat resistance, does not serve the desired purpose. In some known constructions elec-

irischer Öfen wurden zwar einige der genannten Metalloxyde als Ofenmateriel gelegentlich schon benutzt; doch handelt es sich dabei entweder gar nicht um die Ausführung von Gasreaktionen, wie beim Moissanschen Kalkofen, oder um Reaktionen, bei denen dieses Material nur seiner Hitzebeständigkeit halber angewendet wird, im übrigen aber ohne Einfluß auf den Verlauf der Reaktion ist. Das gilt besonders für die Versuche von Hoyermann zur Darstellung von Blausäure aus Azetylen und Ammoniak in einem aus zwei Kalkblöcken bestehenden elektrischen Ofen.In Irish stoves, some of the metal oxides mentioned were occasionally used as furnace material already used; but it is either not a question of carrying out gas reactions at all, as is the case with Moissan's Lime kiln, or reactions in which this material is only used for its heat resistance sake, but otherwise has no effect on the course of the reaction. This is especially true for the experiments von Hoyermann for the representation of hydrogen cyanide from acetylene and ammonia in one electric furnace made of two blocks of lime.

Das beschriebene Verfahren wird zweckmäßig in der aus der beiliegenden Zeichnung ersichtlichen Apparatur in folgender Weise ausgeführt.The procedure described is expedient in the accompanying drawing apparent apparatus carried out in the following manner.

Der Block χ besteht z. B. aus Magnesia oder Kalk. Die Elektroden p,p^l, z. B. aus gekühlten Metallen bestehend, ragen durch zwei seitlich am Block χ angebrachte, mit den Packungen h, h^l versehene Bohrungen in einen den Block durchziehenden Kanal y hinein. Die elektrische Flamme wird in bekannter Weise angezündet, indem die Elektroden miteinander in Berührung gebracht und dann allmählich voneinander entfernt werden, bis nur noch ihre Spitzen in den Kanal y hineinragen; alsdann erfüllt die Flamme den ganzen zwischen den Elektroden verbleibenden Raum. Die zu behandelnden Gase (Luft) werden durch das Einlaßrohr a eingeblasen, strömen durch das Rohr b, sodann durch die parallel zu y und y¹ durch χ hindurchgeführten Kanäle r, treten bei \ in den Kanal y ein, durchqueren daselbst die Flamme, strömen durch den Kanal y^x und verlassen endlich durch das Rohr c den ■ Apparat.The block χ consists z. B. from magnesia or lime. The electrodes p, p ^l , z. B. consisting of cooled metals, protrude through two laterally attached to the block χ , with the packings h, h ^l provided holes in a channel y running through the block. The electric flame is lit in a known manner by bringing the electrodes into contact with one another and then gradually moving them apart until only their tips protrude into the channel y; then the flame fills all the space remaining between the electrodes. The gases to be treated (air) are blown in through the inlet pipe a , flow through the pipe b, then through the channels r running parallel to y and y ¹ through χ , enter channel y at \ , cross the flame there, flow through the channel y ^x and finally leave the apparatus through the pipe c.

Die den aus der Flamme heraustretenden Gasen innewohnende Wärme wird von den Wandungen von y¹ und c aufgenommen und an die frischen, im Gegenstrom das Rohr b und die Kanäle r durchströmenden Gase abgegeben , so daß letztere bereits vorgewärmt bei ■{ ankommen.The heat inherent in the gases emerging from the flame is absorbed by the walls of y ¹ and c and given off to the fresh gases flowing in countercurrent through tube b and channels r, so that the latter arrive at ■ {already preheated.

Die Platten d dienen sowohl zur Abdichtung als zur Vermeidung von Wärmeverlusten. Durch die Glimmerplatte s kann die Flamme beobachtet werden.The plates d serve both for sealing and to avoid heat loss. The flame can be observed through the mica plate s.

Claims

Patent-to sayings:

ι. Process for the preparation of nitrogen-oxygen compounds from atmospheric air or other gas mixtures containing nitrogen and oxygen by means of the electric arc, characterized in that the arc between enclosing walls

a refractory, in a strongly heated state, the conductivity of the supplied Gas-increasing metal oxide, such as calcium oxide or magnesium oxide, entertain will.

2. Embodiment of the method according to claim i, characterized in that that the gases leaving the arc are forced to prevent excessive heating of the furnace material their heat to the fresh ones by means of channels arranged in the oven itself to give off gases flowing after the arc.

For this purpose ι sheet of drawings.