DE2301022A1 - Brennbare mischung zur erzeugung von stickstoff - Google Patents
Brennbare mischung zur erzeugung von stickstoffInfo
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Description
HÖÖER - STELLRECHT- GRIESSBACH - HAECKER
IN *TUTT«ABT
Λ 39 853 πι
a - 123 .
2.Jan. X973
Mine Safety Appliances Company 400 Penn Center Boulevard Pittsburgh, Penn. 15235, USA
Brennbare Mischung zur Erzeugung von Stickstoff
Die Erfindung betrifft eine brennbare Mischung zur Erzeugung von Stickstoff während des Brennes, d.h. von Mischungen, die
beim Brennvorgang Stickstoff frei setzen.
Es ist bekannt. Stickstoff aufgrund einer thermischen Zerlegung
von Natriumazid frei zu setzen und zu erzeugen, wobei,
obwohl das erzeugte Gas reiner Stickstoff ist, die Reaktion Natrium in stöchiometrischen Anteilen erzeugt. Dabei ist es
auch schon gelungen, die Erzeugung von Natrium dadurch zu reduzieren, daß man das Natriumazid mit Natriumnitrat zur Reaktion
gebracht hat, um die beim Brennvorgang ablaufende Reak-
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tion mindestens teilweise auf die Erzeugung von Natriumoxyd zu richten. In der Praxis ergeben sich jedoch bei Verwendung
dieser Reaktion für die Gaserzeugung mindestens drei wesentliche Probleme, erstens ist nämlich diese Reaktion extrem
schnell, sie befindet sich nahezu an dem Punktier als explosiv
zu bezeichnen ist,- zweitens wird ein beträchtlicher Anteil von Hitze freigegeben, d.h. die Reaktion ist extrem exothermisch
und drittens wird noch immer freies Natrium erzeugt. Die bekannte Reaktion ist sogar schon verwendet worden, um
eine Natriumdampfwolke für die Untersuchung der oberen Atmos- :
phäre von Ballons aus zu erzeugen, die eine große Höhe erreichen. Bei einigen Anwendungsfällen, beispielsweise bei der
Erzeugung von Gas für Anwendungsfalle im Bereich des Unterwasserauftriebs
bzw. Schwebeverhaltens ist die Gegenwart von Natrium inkonsequent, die starke Wärmeerzeugung und die extrem
schnell ablaufenden Reaktionen können aber auch die zu füllende Anordnung beschädigen oder zerreissen. Bei anderen Anwendungsfällen,
beispielsweise zur Gaserzeugung zum Aufblasen von Ballons oder für Atemzwecke ist die Anwesenheit von Natrium
in dem Gas unerwünscht und auch gefährlich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine brennbare Mischung zur Erzeugung von Stickstoff zu schaffen, bei welcher
die Verbrennungsreaiction mit langsamer Rate in zweckvoller Weise
abläuft, wo nur eine geringere Wärmeentwicklung als bei bekannten Mischungen auftritt und wobei insbesondere auch während
der Verbrennung kein Natrium entsteht.
Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von der eingangs genannten brennbaren Mischung und besteht erfindungsgemäß
darin, daß die bei normalen Umgebungstemperaturen stabile Mischung im wesentlich besteht aus einem zusammenhängenden
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kompakten Körper einer innigen Mischung aus feinverteiltem
Natriumazid und einem polyvalentem Metal!sulfat.
Erfindungsgemäße Mischungen sind bei normaleeüblichen Temperaturen
stabil und brennen bei Entzündung mit einer selbsterhaltenden, flammenlosen Verbrennungsreaktion. In dieser HIn-
s
sieht ähneln die Mischungen den gut bekannten Chloratkerzen
sieht ähneln die Mischungen den gut bekannten Chloratkerzen
s. ■■; ■
zur Erzeugung von Sauerstoff, auch werden die erfindungsgemäßen
Mischungen in allgemein der gleichen Weise zur Erzeugung von Stickstoff eingesetzt, wie dies für die Sauerstoffkerzen zur
Erzeugung von Sauerstoff zutrifft. Die Mischungen werden in
einem Behälter mit geeigneten Auslassen und ZündanOrdnungen
eingebracht und werden, wenn gewünscht, dann entzündet, wobei bei fortschreitender Verbrennung der erzeugte Stickstoff aus
dem Behälter entlassen wird.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und in diesen niedergelegt.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung im einzelnen
näher erläutert.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß Mischungen von Natriumazid mit polyvalenten Metallsufaten oder ihren Hydraten
mit mäßiger Reaktionsgeschwindigkeit zur Erzeugung von Stickstoff brennen bei gleichzeitiger mäßiger Hitzereaktion. ^
Solche Mischungen brennen dann, wenn der Anteil von Natrium-
-in
azid ausreichend niedrig ist,/geeigneter Weise weniger als 3 Mol Hatriumazid für jedes molekulare Äquivalent von Sulfatj.onen-mit einer Erzeugungsrate von Natrium mit im wesentlichen 0; die Anteile sind dann so, daß nicht mehr als 3 Mol Natriumazjd für jedes Mol eines bivalenten Metallsufates wie bei-
azid ausreichend niedrig ist,/geeigneter Weise weniger als 3 Mol Hatriumazid für jedes molekulare Äquivalent von Sulfatj.onen-mit einer Erzeugungsrate von Natrium mit im wesentlichen 0; die Anteile sind dann so, daß nicht mehr als 3 Mol Natriumazjd für jedes Mol eines bivalenten Metallsufates wie bei-
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spielsweise CaSO, oder nicht mehr als 9 Mol Natriumazid für
jedes Mol eines trivalenten Metallsulfats, wie beispielsweise
verwendet werden.
(SO.) _/ Es können geringere Anteile von Natriumazid verwendet
werden, wobei geeignete Anteilsverhältnisse beispielsweise so niedrig wären wie etwa 2 Mol Natriumazid auf jedes
molekulare Äquivalent von Sulfation, um geringere Gaserzeugungsraten mit etwas geringeren Gasausbeuten zu erzielen; mit noch
geringeren Sulfatanteilen ist jedoch eine Zündung und eine sich selbst erhaltende Verbrennung der Mischung nicht immer zuverlässig
bzw. betriebssicher. Es können auch für Zwecke, bei denen das Natrium toleriert werden kann, höhere Proportionen
von Natriumazid verwendet werden, in geeigneter Weise bis zu 8 Mol oder mehr NaN, auf jedes molekulare Äquivalent von
Sulfation. Der Anteil von 8 Mol von NaN3 für jedes molekulare
Äquivalent von Sulfation ist für die Großreaktion stöchiometrisch, beispielsweise
8 NaN3 + CaSO4 ^- 4 Na3O + CaS + 12N2.
Es können jedes polyvalente Metallsulfat oder Hydrat davon verwendet werden, wie beispielsweise Aluminiumsulfat
(Al2(SO4J3), Aluminiumsulfathexahydrat (Al2(SO4)3·6H3O) oder
Magnesiumsulfat (MgSO4). Im allgemeinen werden Kalziumsulfat
(CaSO4) oder seine Hydrate, wie beispielsweise Kalziumsulf
athemihydrat (CaSO.. l/2H„0) oder Kalziumsulfatdihydrat
(CaSO;,. 2H2O) bevorzugt. Es können auch Mischungen geeigneter
Sulfate verwendet werden, wenn gewünscht, um die Brennraten oder andere Eigenschaften der Mischungen einzustellen. Es
versteht sich auch, daß inerte Füllmaterialien verwendet werden können, um die Brenneigenschaften zu modifizieren.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wurden 16,7 g feinverteilten Natriumazids und 12,95 g feinverteilten
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Kalziumsulfat (2,7 Mol NaN- pro Mol CaSO.) sorgfältig gemischt.
2 Die Mischung wurde dann bei einem Druck von 2 800 kg/cm hinter einem Schutzschild in einen Formreaktor gepreßt, der
einen Durchmesser von 3,8 cm bei einer Tiefe von 5,9 cm aufwies. Nach Verschließen wurde der Reaktor durch ein Glaswollefilter
mit einem trockenen Gasmeßinstrument verbunden. Mittels eines elektrischen Feuerzeuges, welches eine kleine chemische
Ladung vom Thermit-Typ, die gegen eine Kante der Füllung gelegt war, wurde die Zündung der Ladung des Reaktorgefässes
eingeleitet. Die Ladung brannte mit linearer Geschwindigkeit von etwa 2,5 Zoll pro Minute, d.h. etwa 6,5 cm pro Minute und*~
erzeugte 5,7 Liter einer Gasmischung, die annähernd 99% N_
und 1% Wasserstoff enthielt. Die maximale Gastemperatur an dem Röhrenauslaß überschritt 300°C nicht. Der als Feststoff zurückbleibende
Rest und der Filter wurden auf Vorhandensein von freiem Natrium durch Behandlung mit Wasser untersucht;
es ergab sich kein Natrium.
Wurde dasselbe Verfahren angewendet, wie soeben beschrieben mit der Ausnahme, daß 11,0 g NaN- und 5,6 g CaSO. verwendet
wurden, dann überstieg die Brennrate 10 Zoll pro Minute, d.h. 25 cm pro Minute und es wurde ein beträchtlicher Anteil an
Natrium erzeugt. Mit weiterem Ansteigen der Anteile von Natriumazld, beispielsweise 8 Mol NaN3 pro Mol CaSO. vergrößerten
sich auch die Reaktionsrate und der Anteil des erzeugten Natriums; selbst bei diesen Anteilsproportionen war jedoch
die Reaktionsrate, d.h. Reaktionsgeschwindigkeit bescheiden und nicht explosionsmäßig schnell, wie dies in dem
Falle auftritt, wenn Natriumazid mit Natriumnitrat zur Reaktion gebracht wird.
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Claims (1)
- 2. Jan. 1973 ^ _ #Patentansprüche :Brennbare Mischung zur Erzeugung von Stickstoff während "des Brennens, dadurch gekennzeichnet, daß die bei normalen Umgebungstemperaturen stabile Mischung im wesentlichen besteht aus einem zusarnmenhängenden kompakten Körper einer innigen Mischung aus feinverteiltem Natriumazid und einem polyvalenten Metallsulfat.2. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das polyvalente Metallsulfat ausgewählt ist aus der Kalziumsulfat, Magnesiumsulfat, Aluminiumsulfat, Hydrate derselben und Mischungen derselben umfassenden Gruppe.3. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens ein molekulares Äquivalent eines Sulfations für jeweils 8 Mol Natriumazid enthält.4. Mischung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sulfat Kalziumsulfat ist.5. Mischung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie weniger als etwa 3 Mol Natriumazid für jedes molekulare Äquivalent eines Sulfations enthält.30983 2/0861
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US22139172A | 1972-01-27 | 1972-01-27 | |
| US22139172 | 1972-01-27 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2301022A1 true DE2301022A1 (de) | 1973-08-09 |
| DE2301022B2 DE2301022B2 (de) | 1975-06-12 |
| DE2301022C3 DE2301022C3 (de) | 1976-02-05 |
Family
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US3755182A (en) | 1973-08-28 |
| DE2301022B2 (de) | 1975-06-12 |
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|---|---|---|---|
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