DE198240C

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Publication number: DE198240C
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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT,PATENT OFFICE,

Die Erfahrungen, welche bei den Versuchen zur Erzeugung von Stickstoffoxyden auf elektrischem Wege gemacht worden sind, gehen dahin, daß eine rationelle Ausbeute (d. h. ein möglichst großes Quantum von Stickstoffoxyd pro Einheit aufgewendeter elektrischer Arbeit) nur erzielt werden kann bei nur einmaligem Durchgang der Gase durch die Flammenbogenstrombahn. In den bisher verwendeten Apparaten wird die Kühlung der in Reaktion gewesenen, den elektrischen Flammenbogen verlassenden Gase dadurch bewirkt, daß ein weit größeres Gasquantum als dasjenige, welches in Reaktion treten kann, durch die Flamme bzw. an derselben vorbeigeleitet wird, so daß die durch Wirkung der Flamme gebildeten gasförmigen Produkte sich unmittelbar nach der Reaktion mit diesen Gasmengen mischend abkühlen können. Nun ist aber in Betracht zu ziehen, daß ein großer Teil der elektrischen Energie, welche in diesen Apparaten aufgewendet wird, erforderlich ist, um denjenigen Teil des durch den Apparat ziehenden Gases, welcher in Reaktion tritt, die für diese Reaktion nötige hohe Temperatur zu erteilen, während nur ein kleinerer Teil der elektrischen Energie nach erfolgter Temperaturerhöhung für die chemische Reaktion an sich erforderlich ist und durch diese gebunden wird. Die Rechnung und praktische Versuche haben ergeben, daß man wenig unter 2,5 cbm Gasgemisch pro eine Kilowattstunde gehen kann, um eine Abkühlung der abgehenden Gase auf etwa 700⁰ noch als gesichert betrachten zu können. Wird aber die Abkühlung nicht bis gegen etwa 700° rasch genug durchgeführt, so ist unmittelbar nach der Flammenreaktion eine teilweise Zersetzung der soeben gebildeten Stickstoffoxyde unvermeidlich. Es mag bemerkt werden, daß auch bei 700° noch eine Zersetzung erfolgen kann, aber so langsam erfolgt, daß ihr praktische Bedeutung nicht zukommt. Der Umstand, daß mit den in Reaktion tretenden Gasmengen große Überschüsse von Gas zugeführt werden müssen, hat zur Folge, daß es nicht leicht möglich ist, in dem den Apparat verlassenden Produkt mehr als etwa 2 Prozent des total abziehenden Gasvolumens an •Stickoxyd zu erhalten.The experience that has been made in the attempts to produce nitrogen oxides by electrical means is that a rational yield (i.e. the largest possible amount of nitrogen oxide per unit of electrical work expended) can only be achieved if the gases pass through only once the flame arc flow path. In the apparatuses used hitherto, the cooling of the gases that have been in reaction and leaving the electric flame arc is effected in that a much larger gas quantum than that which can react is passed through the flame or by the same, so that the effect The gaseous products formed by the flame can cool down immediately after the reaction by mixing with these amounts of gas. However, it must now be taken into account that a large part of the electrical energy which is expended in these apparatuses is required in order to impart the high temperature necessary for this reaction to that part of the gas passing through the apparatus which reacts , while only a smaller part of the electrical energy is required for the chemical reaction after the temperature increase has taken place and is bound by it. The calculation and practical tests have shown that you can go a little below 2.5 cbm of gas mixture per kilowatt hour in order to be able to consider a cooling of the outgoing gases to about 700 ^° as guaranteed. If, however, the cooling is not carried out quickly enough to about 700 °, a partial decomposition of the nitrogen oxides just formed is inevitable immediately after the flame reaction. It may be noted that decomposition can still take place at 700 ° , but it occurs so slowly that it is of no practical importance. The fact that large excesses of gas have to be added with the reacting gas quantities means that it is not easily possible to obtain more than about 2 percent of the total gas volume of nitrogen oxide in the product leaving the apparatus.

Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Einrichtung zur Behandlung von Gasen oder Gasgemischen mit dem elektrischen Lichtbogen, z. B. behufs Erzeugung von Stickstoffoxyden aus Luft, welche gestattet, einen viel größeren Gehalt an Reaktionsprodukten, z.B. Stickstoffoxyden, in dem den Apparat verlassenden Produkt zu erhalten. Sie ist in beiliegender Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Fig. 1 zeigt einen Längs- schnitt, Fig. 2 einen Querschnitt davon.The present invention is a device for the treatment of gases or Gas mixtures with the electric arc, e.g. B. for the production of nitrogen oxides from air, which allows a much larger content of reaction products, e.g. nitrogen oxides, in the apparatus to get leaving product. It is shown in the accompanying drawing in an exemplary embodiment. Fig. 1 shows a longitudinal section, Fig. 2 is a cross section thereof.

Von den beiden Elektroden a, b besitzt die eine α zylindrische Form, ist aber an ihrem unteren Ende abgerundet, während die andereOf the two electrodes a, b has an α cylindrical shape, but is rounded at its lower end, while the other

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Elektrode b aus einem eine größere Zahl von Kanälen enthaltenden metallischen Körper besteht, an den sich oben und unten je ein Hohlzylinder anschließt. Beide Elektroden sind zur Kühlung mittels einer Flüssigkeit,, ζ. B. öl, Wasser, eingerichtet, und zwar reicht ein Rohr c, das unten offen ist, bis nahe zur Spitze der Elektrode a in dieselbe hinein, während bei der Elektrode b nur im Mantelteil eine mit Zu- und Ableitung versehene Aussparung vorhanden ist. Die Kühlung der Elektrode α erfolgt durch Zuleiten der Kühlflüssigkeit durch das Rohr c und Wiederaustritt derselben durch den Stutzen d. DieElectrode b consists of a metallic body containing a large number of channels, to which a hollow cylinder is connected at the top and bottom. Both electrodes are for cooling by means of a liquid ,, ζ. B. oil, water, set up, namely a pipe c, which is open at the bottom, up to near the tip of the electrode a in the same, while in the case of the electrode b is provided with a supply and discharge recess only in the jacket part. The electrode α is cooled by feeding the cooling liquid through the tube c and exiting it again through the nozzle d. the

is beiden Elektroden sind gegeneinander durch die Muffe e aus gut isolierendem Material elektrisch isoliert; Stromzuleitungen f und g dienen zur Zuführung der elektrischen Energie. Die dem freien Ende der Elektrode a gegenüberliegende Fläche der Elektrode b ist eben und. nur wenig von ersterem entfernt. Der mittlere Teil der Elektrode b ist von einer Spule h umgeben, welche zur Erzeugung eines kräftigen magnetischen Feldes bestimmt ist. Die magnetischen Kraftlinien dieses Feldes stehen senkrecht zur erwähnten ebenen Fläche der Elektrode b. The two electrodes are electrically isolated from one another by the sleeve e made of a well-insulating material; Power supply lines f and g are used to supply electrical energy. The surface of the electrode b opposite the free end of the electrode a is flat and. only a little removed from the former. The middle part of the electrode b is surrounded by a coil h which is intended to generate a strong magnetic field. The magnetic lines of force of this field are perpendicular to the aforementioned flat surface of electrode b.

Die in Reaktion zu bringenden und zur Kühlung erforderlichen Gase treten durch den Stutzen i in den von der Elektrode b umschlossenen Hohlraum ein, drücken die Flamme gegen die Fläche der Elektrode b, gehen durch die Fiatnme und gelangen durch die Kanäle der Elektrode b aus dem Apparat.The gases to be reacted and required for cooling enter the cavity enclosed by the electrode b through the nozzle i , press the flame against the surface of the electrode b, pass through the membrane and pass through the channels of the electrode b out of the apparatus .

Der Apparat eignet sich auch zum Arbeiten unter Druck.The apparatus is also suitable for working under pressure.

Die Wirkungsweise des beschriebenen Apparates beruht auf der Beobachtung der folgenden neuen Erscheinungen:The operation of the apparatus described is based on the observation of the following new appearances:

_; Wird in einem stärken magnetischen Felde zwischen einer plattenförmigen Elektrode, deren Fläche die magnetischen Kraftlinien senkrecht durchschneiden, und einer zweiten Elektrode, welche senkrecht zu dieser Platte in geringerer Entfernung von letzterer sich befindet, eine elektrische Flamme erzeugt, so kreist sie unter Wirkung des magnetischen Feldes, indem sie die plattenförmige Elektrode beinahe in ganzer Ausdehnung bestreicht. _; If an electric flame is generated in a strong magnetic field between a plate-shaped electrode, the surface of which is cut perpendicularly by the magnetic lines of force, and a second electrode, which is perpendicular to this plate at a smaller distance from the latter, it circles under the action of the magnetic field by brushing the plate-shaped electrode almost over its entire extent.

Das Auge glaubt beim Beschauen der Platte der Elektrode nur wahrzunehmen, daß diese Platte von der Flamme vollständig bedeckt ist. Da die elektrische Flamme sich ganz der Oberfläche der Elektrode' b anschmiegt, ist der Weg, den die durch Reaktion erzeugten Produkte von der Reaktionsstelle (d. h. derWhen looking at the plate of the electrode, the eye only believes to perceive that this plate is completely covered by the flame. Since the electric flame hugs the surface of the electrode ' b , the path taken by the reaction products from the reaction site (i.e. the

..,, Flamme) bis zur .Metallkühlung zurücklegen müssen, äußerst klein, infolgedessen tritt diese Kühlung, zumal da die Gase heftig gegen die Metallelektrode gedrängt werden, augenblicklich nach'der Reaktion in Wirkung und es kann das für die Abkühlung dienende Gasquantum bedeutend vermindert werden. Zweckmäßig werden diese Abzugskanäle so berechnet, daß die Abkühlung der Gase bis auf 700⁰ möglich ist. Passend gewählte Größenverhältnisse vorausgesetzt, wird pro Kilowattstunde Flammenenergie nur noch etwa Y₂ cbm Gas erforderlich sein... ,, Flame) to .Metal cooling, extremely small, as a result of this cooling, especially since the gases are violently pressed against the metal electrode, takes effect immediately after the reaction and the gas quantity used for cooling can be significantly reduced will. These exhaust ducts are expediently calculated in such a way that the gases can be cooled down to 700 ^° . Assuming appropriately chosen proportions, only about Y ₂ cbm of gas will be required per kilowatt hour of flame energy.

Bei gleichbleibendem Durchgangsquerschnitt für die Gase in der Reaktionszone kann die Menge des pro Kilowattstunde erforderlichen Gasquantums um so mehr vermindert werden, je größer die aufgewandte elektrische Energie ist. Dies hat seinen Grund · darin, daß die Gasgeschwindigkeit bei gleichbleiben-' dem Durchgangsquerschnitt um so größer ist, je größer die durchgedrängte Menge an Gas pro Zeiteinheit ist, und dementsprechend die Zeit, in welcher durch Mischung der Reaktionsprodukte mit kalten Gasen die erste Abschreckung bewirkt wird, kürzer ist Und auch der größeren Geschwindigkeit entsprechend früher der metallischen Kühlung der Entzug der übrigbleibenden Wärme überlassen wird. Die Zündung der Flamme erfolgt bei Wechselstrom bei jedem Richtungswechsel zwischen der Elektrode α und dem in kürzester Entfernung von ihr liegenden Punkt der Platte der Elektrode b, und es geht die Flamme dann aus dieser Lage in eine der Platte sich anschmiegende Lage über und rotiert. Bei Gleichstrom behält die Flamme einmal gezündet, stets ihre größte Ausdehnung beständig bei. ' -If the passage cross-section for the gases in the reaction zone remains the same, the amount of gas quantum required per kilowatt hour can be reduced all the more, the greater the electrical energy used. The reason for this is that the gas velocity, with the passage cross-section remaining the same, the greater the amount of gas permeated per unit of time, and correspondingly the time in which the first quenching is effected by mixing the reaction products with cold gases becomes, is shorter and, corresponding to the greater speed, the removal of the remaining heat is left to the metal cooling earlier. With alternating current, the flame is ignited with every change of direction between the electrode α and the point on the plate of the electrode b located at the shortest distance from it, and the flame then moves from this position into a position snuggling to the plate and rotates. With direct current, once ignited, the flame always maintains its greatest expansion. '-

Die von den Gasen an die Elektrodenkörper und von diesen an passende Kühlmittel abgegebene Wärme kann für verschiedene Zwecke weiter ausgenutzt werden.The coolant from the gases to the electrode body and from these to the appropriate coolant The heat given off can be used for various purposes.

Die Elektroden werden zweckmäßig aus Kupfer gebildet, sie können aber auch, passend geschützt, aus Eisen oder anderen Metallen, welche gleichzeitig die magnetischen Kraftlinien verstärken, bestehen. ·The electrodes are expediently made of copper, but they can also suitably protected, made of iron or other metals, which are simultaneously the magnetic lines of force strengthen, persist. ·

Die an ihrem unteren Ende abgerundete Elektrode α könnte auch ersetzt werden durch eine Elektrode, welche an ihrem der Elektrode b gegenüber befindlichen Ende eine zentrale Vertiefung aufweist, oder durch andere geeignet geformte Elektroden. The electrode α rounded at its lower end could also be replaced by an electrode which has a central depression at its end opposite the electrode b , or by other suitably shaped electrodes.

An Stelle der mit einer größeren Anzahl gerader, runden Querschnitt besitzenden Kanäle ausgestatteten Elektrode b könnte auch eine anders ausgebildete Elektrode mit zickzackförmigen Kanälen o. dgl. verwendet sein. Diese Elektrode könnte auch ähnlich wie ein ■■ Flammrohrkessel konstruiert sein, so daß also eine Kühlflüssigkeit (oder Dämpfe) Röhren, durch welche die Gase abziehen, direkt umspülen würde, oder sie könnte auch entsprechend als Wasserrohrkessel ausgebildet sein. Auch könnte eine gitterförmige Elektrode, Instead of the electrode b equipped with a larger number of straight, round cross-section channels, a differently designed electrode with zigzag-shaped channels or the like could also be used. This electrode could also be constructed similarly to a flame tube boiler, so that a cooling liquid (or vapors) would wash directly around tubes through which the gases are drawn off, or it could also be designed accordingly as a water tube boiler. A grid-shaped electrode,

welche aus massiven Stäbchen oder aus Röhren, die von Kühlflüssigkeit durchflossen werden, gebildet ist, Verwendung finden.which are made of massive rods or tubes through which coolant flows are formed, find use.

Claims

Patent claim:

Device for the treatment of gases or gas mixtures with the electric Arc, ζ. B. for the purpose of obtaining nitrogen oxides from air or others Gas mixtures containing nitrogen and oxygen, characterized in that the one mainly flat electrode, which under the influence of magnetic Lines of force swept by the electric flame, to a strongly cooled one Metal body formed with through channels for the reaction products formed or is metallically connected to such a body for the purpose of cooling the reaction products as required to be brought about immediately after their formation by contact with the metal body.

1 sheet of drawings.

Berlin, printed in the Reichsdruckerei.