DE262325C

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Publication number: DE262325C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

-M 262325-KLASSE 12/*. GRUPPE

Dr. ALOIS HELFENSTEIN in WIEN.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 24. November 1911 ab.

Es ist bekannt, Gasreaktionen bei hoher Temperatur in der elektrischen Hochspannungsflamme auszuführen, wie dies bei den bekannten Luftverbrennungsmethoden geschient. Die Hochspannungsflamme besitzt nur eine beschränkte Anwendungsmöglichkeit, insofern sie nur die Reaktion zwischen Gasen allein ermöglicht; sie gestattet nicht, in einfacher Weise auch feste und flüssige Körper

ίο so anzuordnen, daß diese an der Reaktion der Gase, sei es als Katalysator, sei es als chemisch wirksame Stoffe, teilnehmen. Außerdem ist die Hochspannungsflamme in bezug auf Belastungsmöglichkeit an eine obere Grenze gebunden, die es wenigstens bis heute nicht ratsam machte, die Apparate über 1000 Kilowatt hinaus zu belasten. Dazu bedarf die Hochspannungsflamme besonderer Vorkehrungen zur Zündung und Erhaltung der Flamme sowie komplizierte Einrichtungen zur Strömregulierung ; ferner sind spezielle Vorsichtsmaßregeln zur Sicherung der Arbeiterschaft notwendig.

Demgegenüber eignet sich der Niederspannungsofen weit besser zur Ausführung von Gasreaktionen, da er alle diese Mängel nicht kennt und von vornherein mit viel größeren Kräften pro Ofen zu arbeiten imstande ist.

Gegenüber elektrischen Entladungen, wie Flammenbogen o. dgl., in Gasräumen hat die reine Widerstandserhitzung des Schmelzbades den Vorteil, daß die Erhitzung stoßfrei erfolgt, wodurch einerseits die Maschinen wesentlich geschont werden und andererseits der Prozeß selbst ruhiger vonstatten gehen kann.

Weiter wird bei Flammenbogenerhitzung in einem geschmolzenem Bade das Bad selbst ungleichmäßig und nur teilweise erhitzt, während bei reiner Widerstandserhitzung die Erhitzung selbst gleichmäßig erfolgt. Die höchste Temperatur herrscht bei Flammenbogenerhitzung naturgemäß im Flammenbogen selbst und nicht im Schmelzbade, bei Widerstandserhitzung dagegen erhält das Schmelzbad die gleichmäßige hohe Temperatur.

Lichtbogenerhitzung macht die Anwendung größerer Einheiten unmöglich, schon wegen der auftretenden Stöße und der dadurch bedingten Beanspruchung der Elektroden und der Maschinen, während Widerstandserhitzung die Anwendung von Einheiten, die im Herde 2000 bis 4000 elektrische H. P. aufnehmen, gestattet.

Bei bekannten Anordnungen soll die Flüssigkeit bei der Flammenbogenerhitzung prinzipiell nicht als Heizkörper und zum Übertragen der Wärme verwendet werden, sondern die im Flammenbogen gebildeten Reaktionsprodukte absorbieren, während nach vorliegender Erfindung das flüssige Bad gerade in erster -Linie als Heizkörper dient und in zweiter Linie die leichte Regulierbarkeit der zentral über den Ofenherd hängenden Elektroden ermöglicht.

Der Niederspannungsofen als Widerstandsofen ist zur Ausführung von Gasreaktionen z. B. im Patent 148457 vorgeschlagen worden. Hier wird zwischen festen Elektroden ein körniges Widerstandsgut eingeschaltet, das bei Stromdurchgang hoch erhitzt wird und durch welches die Gase, die zur Reaktion kommen

sollen, geleitet werden. Die vorliegende Erfindung bezweckt nun ebenfalls die Ausführung von Gasreaktionen im elektrischen Widerstandsofen mit Niederspannung, und zwar sollen im Gegensatz zum Patent 148457 geschmolzene und eventuell körnige Substanzen zwischen vertikalen (hängenden) Elektroden und dem zweckmäßig stromleitenden Ofenboden als Widerstandsgut eingeschaltet werden. Das über dem Ofenboden derart angeordnete geschmolzene Bad gestattet nämlich auch dann eine genaue Regulierung der vertikalen Elektroden, wenn zwischen dem Bad und den vertikalen Elektroden auch feste körnige Materialien zu Kontakt- bzw. Reaktionszwecken vorgesehen werden. In dieses geschmolzene Bad bzw. die darüber befindlichen körnigen Substanzen werden die zur Reaktion gelangenden Gase eingeblasen und erhitzen sich an den elektrisch erhitzten Widerstandsmassen bis zu jenem Grade, bei welchem die Reaktion der Gase untereinander oder mit den festen oder flüssigen Komponenten des Widerstandsgutes eintritt.

Um die Gase in _ einfacher Weise direkt in die höchsterhitzte Reaktionszone einzuführen, können dieselben durch zu diesem Zwecke an den vertikalen Elektroden vorgesehene Bohrungen in den Ofen eingeführt werden, doch ist auch eine andere Zuführung, z. B. durch den Ofenboden, wirksam.

Die geschmolzenen bzw. körnigen Widerstandsmassen können durch die elektrische Erhitzung selbst zur Reaktion gelangen und unbeschadet der an ihnen stattfindenden Gasreaktion sekundäre Produkte liefern, die periodisch abgestochen werden können.

Nehmen die geschmolzenen bzw. körnigen Massen an der Reaktion aktiv teil oder bilden sie sekundäre Produkte, so werden die verbrannten Teile durch Nachfüllen vorteilhaft um die vertikalen Elektroden herum fortwährend ergänzt.

Körnige Massen sind bei Gasreaktionen im elektrischen Ofen schon verwendet worden, doch fehlt hierbei die zentral hängende Elektrode, die durch Anordnung eines Schmelzbades leicht regulierbar ist, in Verbindung mit den um die Elektroden herum ■ und über dem Schmelzbad gelegten körnigen Massen, wodurch die Anwendung größerer Kräfte zur Ausführung von Gasreaktionen im Niederspannungsofen ermöglicht wird, da größere Kräfte, insbesondere über 2000 H. P., absolut genaue Regulierung und Konstanthaltung des Stromes erfordern, dies hauptsächlich wegen der Gefahr für die großen Maschinen und zum Zwecke, die große Kraft möglichst vollständig auszunutzen. Die Möglichkeit aber der Verwendung größerer Kräfte in einem Herde verbilligt ganz wesentlich die Apparatur, erleichtert bedeutend den Prozeß durch Anwendung größerer Herde, bietet größere Ökonomie in bezug auf die Ausnutzung der Energie und geringen Bedarf an Aufsichtspersonal sowie schließlich günstigere Ausnutzung des Ausgangsmaterials.

In Fig. ι und 2 ist eine beispielsweise Ausführungsform eines zur Ausführung des Verfahrens bestimmten Ofens im lotrechten Schnitt und Horizontalschnitt veranschaulicht.

Durch Rohr 1 wird das Gas oder Gasgemisch in den vertikal hängenden Stromleitungskörper 2 und in die Elektrode 3 geleitet und tritt am unteren Ende in das geschmolzene Bad 7 ein, das über dem stromleitenden Boden 6 angeordnet ist. Über diesem Bade befindet sich die körnige Kontakt- bzw. Reaktionsmasse 4, welche in dem Maße, wie sie verbraucht wird, durch die Stutzen 5 nachgefüllt wird. Diese Masse umgibt die vertikale Elektrode allseits und ist daher auch im Reaktionsraume stets in genügender Menge vorhanden, um so mehr als die Regulierbewegungen der vertikalen Elektrode das Nachrutschen tatkräftig unterstützen.

Das eingeleitete Gas oder Gasgemisch kommt nun an der hocherhitzten Widerstandsmässe zur Reaktion und die gas- bzw. dampfförmigen Produkte entweichen seitlich aus der körnigen Materialböschung in den tiefer angeordneten freien Raum 8, von wo sie zweckmäßig nach Zuführung von Kondensationsstoffen (durch die Düsen 9) durch die Kanäle 10 in den Sammelraum 11 eintreten.

Als Beispiel einer nach diesem Verfahren vorzunehmenden Reaktion sei die Vereinigung von Acetylen und Stickstoff zu Blausäure bzw. Cyanwasserstoff angeführt.

Acetylen und Stickstoff werden im gleichen Volumenverhältnis entsprechend der Gleichung:

CH

+ N₂ = 2 HCN

CH

durch die vertikale Elektrode in ein durch den Stromdurchgang hocherhitztes Schlackenbad geleitet; über dem Schlackenbad schwimmt Tierkohle oder Holzkohle als Kontaktsubstanz, an welcher die glatte Vereinigung der Kornponenten stattfindet. Das Produkt wird durch alkalische Kondensationsmittel beim Verlassen der elektrischen Erhitzungszone 'aufgenommen und der weiteren Reinigung und Gewinnung zugeführt.

Als weiteres Beispiel einer Reaktion, an dem die körnigen Massen über dem geschmolzenen Bad aktiv teilnehmen, sei die Darstellung von Tetrachlorkohlenstoff aus Holzkohle, Schwefel und Chlor genannt. Chlor wird in das über

einem zweckmäßig aus einer inerten Silikatschlacke bestehenden geschmolzenen Bad befindliche, elektrisch erhitzte Gemisch von Holzkohle und Schwefeldampf eingeleitet, wobei sich das Chlor, das sich vorübergehend an Schwefel bindet, mit Kohlenstoff zu Tetrachlorkohlenstoff vereinigt, während der Schwefel entweder im Schlackenbad aufgenommen wird oder in Dampfform wiedergewonnen

ίο werden kann.

Als Beispiel einer Gasreaktion, bei welcher das elektrische Heizbad gleichzeitig an der Reaktion teilnimmt, wird schließlich die Vereinigung von Silicium und Stickstoff zu Stickstoffsilicium angeführt. Das Heizbad besteht aus geschmolzenem Quarz, in welches Stickstoff eingeblasen wird. Über dem Heizbad (Quarzbad) befindet sich eine Kohlenschicht, welche die Reduktion des Quarzes zu Silicium bewirkt; das gebildete Silicium verbindet sich mit dem hocherhitzten Stickstoff zu Stickstoffsilicium, welches als solches gewonnen oder aber im Ofen weiterverarbeitet werden kann.

2S1 -\- 3N — Si₂N₅.

Dieses Verfahren kann insofern abgeändert werden, als über dem geschmolzenen Bad (Quarzbad), welches die Elektrodenregulierung begünstigt, Quarz und Kohle als Widerstand elektrisch erhitzt werden; dabei entsteht bei hoher Temperatur Silicium; in diese körnige Widerstandsmasse (Reaktionsmasse) wird dann Stickstoff eingeblasen, der sich mit dem Silicium verbindet und Siliciumstickstoff bildet.

Claims

Paten t-An Sprüche:

1. Verfahren zur Ausführung von Gasreaktionen im elektrischen Ofen, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Reaktion gelangenden Gase in ein zwischen vertikale bewegliche Elektroden und den zweckmäßig stromleitenden Ofenboden eingeschaltetes geschmolzenes Bad eingeblasen werden, wobei der flüssige Körper neben der Wärme-Übertragung auf die Gase sich auch an der Reaktion sowohl als Kontaktsubstanz wie als Reaktionskomponente beteiligen kann.

2. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über dem geschmolzenen Bad feste körnige Substanzen als Kontakt bzw. Reaktionskomponenten angeordnet werden, durch welche die hocherhitzten Gase bzw. Produkte, die aus dem geschmolzenen Bad austreten, hindurchstreichen.

3. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase nicht in das geschmolzene Bad selbst, sondern in die zwischen dem Bad und den vertikalen Elektroden als Widerstand eingeschalteten festen körnigen Substanzen eingeführt werden, wobei neben den Gasreaktionen auch Reaktionen der festen körnigen Massen allein zu sekundären Produkten stattfinden können, so daß das geschmolzene Bad nicht nur die Regulierung der vertikalen Elektroden ermöglicht, sondern noch zur Aufnahme von sekundären Produkten, Schlacken usw. dienen kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.