DE264393C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVl 264393 -. KLASSE 13g, GRUPPE

in KRISTIANIA.

Bei der Herstellung von Stickstoffverbindungen durch Verbrennung des Stickstoffes der Luft in einer elektrischen Hochspannungsflamme wird nur ein verhältnismäßig kleiner Teil der von der elektrischen Energie entwickelten Wärme für den Oxydationsprozeß nutzbar gemacht. Man hat deshalb versucht, durch verschiedene Vorkehrungen die in den aus den Stickstofföfen kommenden Gasen enthaltene Wärme für andere technische Zwecke auszunutzen; unter anderem wurden die Gase durch Dampfkesselanlagen geleitet. Der Nutzeffekt dieser Vorrichtungen zur Ausnutzung der Wärme ist jedoch nicht besonders groß gewesen. Die nötigen großen Anlagekosten und das bedeutende Raumbedürfnis im Verhältnis zur gewonnenen Wärme einerseits und die durch das Leiten der Gase durch Rohre oder Kanäle verursachten großen Wärmeverluste anderseits tragen jedes für sich dazu bei, die Rentabilität der Anlagen zu verringern.

Diese Übelstände werden sämtlich vermieden, wenn man nach dieser Erfindung den Stickstoffofen als einen wesentlichen Teil der Kesselanlage anordnet, was möglich ist, wenn man sowohl für die Stickstofföfen als für die Kesselanlage zweckentsprechende Formen wählt. Nach der Erfindung wird ein Stickstoffofen . der Rohrofen type (d. Si.' derartige Hochspannungsöfen, bei denen die Flamme wesentlich unter Beeinflussung eines starken Luftstromes ausgezogen wird) in einem Kessel geeigneter Bauart eingebaut, so daß der Stickstoffofen die Feuerung ersetzt. Die ganze im Stickstoffofen entwickelte Wärme kann somit, sofern sie nicht zur Oxydation des ' Stickstoffes ausgenutzt wird, dem Kessel ohne Wärmeverlust zugeführt werden. Als für diesen Zweck besonders geeignete Kesseltypen kommen senkrechte Kessel mit kombiniertem Flammrohr- und Heizrohrsystem oder Wasserrohrkessel, besonders die sogenannten Steilrohrkessel in Betracht.

Die Erfindung umfaßt nicht nur die hier erwähnte Vereinigung eines Stickstoffofens und eines Dampfkessels, sondern auch die Ausnutzung der in dieser Weise erhaltenen Kesselanlage für andere Zwecke, besonders als Eindampfungsapparate für die bei der Herstellung der Stickstoffverbindungen erhaltene Lauge (Nitrat- oder Nitritlauge usw.),was im nachfolgenden näher erläutert werden soll.

Die Zeichnungen zeigen zwei Ausführungsformen einer Kesselanlage gemäß der Erfindung.

Fig. ι und 2 sind senkrechter Schnitt bzw. Querschnitt einer Kesselbauart, bei welcher die Stickstofföfen von unten eingesetzt sind, und . ■-.'■■■■

Fig. 3 und 4 sind entsprechende Schnitte einer Kesselbauart, "bei weicher die Stickstofföfen von oben eingesetzt sind.

Bei der erstgenannten Ausführungsform hat der Kessel ein Flammrohr A und Heizrohre B, welche zwischen den Endwänden C und D eingesetzt sind. Unter der Rohrwand C ist ein

(2. Auflage, ausgegeben am ti. November

mit Schamotte E ο. dgl. isolierter Raum F gebildet, welcher das Flammrohr A mit den Heizrohren B verbindet. Oben gelangen die Gase aus den Heizrohren in einen Raum G, aus welchem sie weiter nach Kühlvorrichtungen u. dgl. geleitet werden. Dieser Raum ist vom Flammrohr A durch einen aus Schamotte ausgeführten Raum H getrennt, welcher so weit nach unten in einem erweiterten

ίο Teil I des Flammrohrs gebaut ist, daß der unterste Punkt des Raumes hinreichend unter dem Dampfraum des Kessels zu liegen kommt.

Im Flammrohr sind drei Stickstofföfen K

einer bekannten Type eingebaut (im senkrechten Schnitt ist nur ein Ofen gezeigt). Die Luft tritt bei L hinein und streicht durch die

. Stickstofföfen in der durch die Pfeile angegebenen Richtung. M ist der wassergekühlte Teil des Ofens. Diese Kühlung, welche verwendet wird, um zu große Dissoziation zu vermeiden, kann jedoch nach bekannten Verfahren mittels eines Luftstromes bewirkt werden. Die Oxydationsgase treten in den Raum H hinein. Dieser wirkt wegen der hohen Temperatur der Gase als ein sehr kräftiger Überhitzer. Im Flammrohr A, durch welches die Gase, in abwärts gehender Richtung gehen, geben sie einen so großen Teil ihrer Wärme ab, daß sie jm Räume F auf die Verbindung der Heizrohre . mit der Kesselwand nicht zerstörend wirken werden. An diesem Punkte werden auch die Gase eine zu ihrer Benutzung in Luftheizungsöfen zur Erwärmung der bei der Konzentration der SaI-petersäure zu verwendenden Luft geeignete Temperatur haben, weshalb an dieser Stelle zweckmäßig .ein Stutzen N hierfür angeordnet wird. · . .

In jedem Flammrohr können ein oder meh-

rere Öfen angeordnet werden. Letzteres bietet einen gewissen Vorteil dadurch, daß die im Stickstoffofen auftretende eigentümliche Pumpenbewegung der Flamme und der Gase hierdurch aufgehoben wird.

" Bei dem in Fig. 3 und 4 gezeigten, mit Buchstabenhinweisungen entsprechend den Fig. 1 und 2 versehenen Ofen sind drei Flammrohre (mit je einem von oben eingesetzten Stickstoffofen) und vier Heizrohrgruppen angeordnet. Diese sind nicht in der Bodenplatte C des Kessels eingesetzt, sondern in Platten R, welche den Abschluß kürzerer Flammrohre 5" bilden, in denen die Gase sich' abkühlen können, bevor sie die Heizrohre erreichen.

Die Stickstofföfen sind von oben durch ein Rohr T eingeführt, welches eine Fortsetzung der Flammrohre bildet.

Die Anordnung mit einem Ofen in jedem Flammrohr bietet den Vorteil,'daß Verschlußeinrichtungen einfacher Bauart angebracht werden können, so daß jeder Ofen für sich auseinandergenommen werden kann, ohne daß der Betrieb der in den übrigen Flammrohren einliegenden öfen hierdurch gestört wird.

Bei dieser Anordnung ist der eigentliche Ofen von einem Rohr U umschlossen, welches die Kühleinrichtung M des Ofens trägt. Dasselbe Rohr wird zur Vorwärmung der dem Ofen zugeführten Luft benutzt; das Rohr ist deshalb innerhalb über beinahe der ganzen Länge mit Rippen versehen. Diese Rippen bewirken einen verbesserten Wärmeübergang der das Rohr umhüllenden Gase; die äußere Oberfläche des Rohres wird stark erhitzt, während die Rippen verhältnismäßig kalt bleiben, so daß die Festigkeit des Rohres nicht vermindert wird.

Hinlänglich weit unterhalb des Dampfraumes des Kessels ist das Flammrohr A eingeengt, während das Rohr U entsprechend ausgewalzt ist. Statt hier eine Dichtung zu verwenden, läßt man eine reichliche Gasmenge durch den zwischen dem Flammrohr A und dem Rohr U gebildeten Spalt V hindurchgehen ; da dieser Spalt unter dem Dampfraum des Kessels liegt, und da der Luftstrom im Rohre U auch eine starke Abkühlung bewirkt, werden die Gase in dieser Weise in so hohem Grade abgekühlt, daß keine Gefahr einer übermäßigen Erhitzung des Flammrohres an der Stelle, wo es den Dampfraum des Kessels durchsetzt, eintritt. Die verhältnismäßig geringe Gasmenge kann dann durch die öffnung im Rohre T in den Raum J übergehen und von dort weiter nach den Kühl- und Ab-Sorptionsvorrichtungen.

Bei dieser Anordnung fällt der Schamotteausbau im oberen Teile des Flammrohres gänzlich weg, und das Rohr U sowie das Flammrohr A. können sich frei bewegen in Übereinstimmung mit den auftretenden Temperaturänderungen.

Wie erwähnt, können die hier besprochenen Kessel vorteilhaft zum Eindampfen der Lauge benutzt werden, die man durch mit Flüssigkeiten arbeitenden Absorptionsverfahren erhält.

Zu diesem Zwecke werden die Kessel gleichzeitig für die Aufspeicherung, für die Erhitzung und für die erste Stufe der Eindampfung no benutzt; die in den Gasen enthaltenen Wärmemengen werden, nachdem sie durch die Kessel hindurchgegangen sind, danach zur abschließenden Konzentration mittels bekannter Eindampfungsapparate benutzt, die unmittelbar durch die gewonnenen nitrosen Gase erhitzt werden sta.tt mit Dampf oder direkter Feuerung.

Bei einer derartigen Anordnung werden bedeutende Vorteile erzielt: Die Kessel, welche bei dieser Anordnung unter atmosphärischem. Druck oder Vakuum arbeiten, brauchen eine

Claims (4)

bedeutend geringere Festigkeit; alle Dampfleitungen nach den gewöhnlichen Eindampfungsapparaten fallen weg, und der Betrieb wird von allen Gefahren und Schwierigkeiten befreit, welche das Arbeiten mit hochgespanntem Dampfe mit sich führt. Wenn es sich als wirtschaftlich zeigt, einen Teil der Hilfsmaschinen, wie Kompressoren, Pumpen o. dgl., mit Hilfe von Dampfmaschinen zu betreiben, kann ein Teil der Kessel für Herstellung des nötigen hochgespannten Wasserdampfes gebaut werden, während die übrigen Kessel für Benutzung zum Eindampfen der Lauge gebaut werden. Bei mehreren der zur Zeit benutzten Verfahren zur Gewinnung von atmosphärischem Stickstoff werden' die gewonnenen nitrosen Gase mit Wasser absorbiert; man erhält dann eine verhältnismäßig schwache Säure (bis zu 65 Prozent), die vorteilhaft in Säure der im Handel gebräuchlichen Stärke hinaufkonzentriert werden kann. Benutzt man für die sogenannte Hochkonzentration . wie gewöhnlich . Schwefelsäure, so muß sie rückkonzentriert werden, und zu diesem Zwecke wie zur Hochkonzentration der Salpetersäure wird vorteilhaft heiße Luft mit Temperaturen bis auf etwa 500 ° C. und überhitzter Dampf mit Temperaturen bis auf über 300 ° C. verwendet. Um die nötige Lufttemperatur zu erhalten, kann man vorteilhaft aus Metall (Schmiedeeisen oder Gußeisen) hergestellte Luftheizungsöfen verwenden, welche durch direkte Feuerung oder mittels der von den erzeugten nitrosen Gasen mitgeführten Wärme geheizt werden. Es ist jedoch nicht günstig, derartige Luftheizungsöfen bei der ursprünglichen hohen Temperatur (bis auf 12000C), mit welcher die Gase die jetzt bekannten Ofensysteme verlassen, direkt zu betreiben; um eine niedrigere Temperatur, z.B.6oo° C, zu erhalten, pflegt man. deshalb die Ofengase mit einem Teil der Gase, welche durch die bisher benutzten gewöhnlichen Dampfkesselsysteme hindurchgegangen sind, zu mischen. Hierbei entstehen einige Komplikationen in der Anlage und dem Betrieb derselben und Wärmeverluste in den von den öfen und Kessein zur Mischungsstelle führenden Leitungen. Dies wird bei den hier erwähnten Kesseln vermieden, indem es durch diese ermöglicht wird die nitrosen. Gase beinahe ohne Wärmeverlust bei der zum Betriebe der Luftheizungsöfen am. besten geeigneten Temperatur abzunehmen. Die Kessel sind nämlich, wie oben erwähnt, derartig gebaut, daß die Gase aus ihnen abgenommen werden können, nachdem sie einen Teil ihrer Wärme abgegeben haben und so auf die gewünschte Temperatur herabgebracht sind. Während man bei den bisher benutzten Anordnungen wenigstens zwei Regelungsorgane, das eine davon für Gase bis zu ° C, brauchte, wird bei dieser Anordnung nur ein Regelungsorgan für eine viel niedrigere Temperatur nötig. Dies gilt, wenn die Aufstellung von besonderen Luftheizungsöfen außerhalb der Kessel erwünscht ist. Die Luftheizungsöfen können indessen auch vorteilhaft im Kessel selbst angeordnet sein. Zu diesem Zwecke kann beispielsweise bei den in der Zeichnung gezeigten Kesseln der Luftheizüngsofen im Raum G oder F angeordnet werden. Um den nötigen überhitzten Dampf zur Hochkonzentration der Salpetersäure und zur Rückkonzentration der Schwefelsäure zu erhalten, können in den Kesseln Überhitzer angeordnet werden, welche in ähnlicher Weise die für den Zweck am besten geeignete Gastemperatur erhalten. Als Überhitzer oder Luftheizungsofen kann man in Verbindung mit den "ihier erwähnten Kesselsystemen vorteilhaft Rohrspiralen mit senkrechter Achse verwenden, wodurch eine ausgezeichnete Dampf- und Gasführung und gleichzeitig eine bequeme Wasserabscheidung erzielt wird. Patent-A ν Sprüche:

1. Kessel zur Erzeugung von Dampf oder zum Eindampfen von Losungen, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Kessel ein oder mehrere zur Herstellung von Stickstoffverbindungen dienende Hochspannungsflammenöfen derjenigen- Type eingebaut sind, bei der die Flamme durch einen mittels eines Luftstromes ausgezogenen Lichtbogen gebildet wird, so daß dieser bzw. diese öfen an Stelle der gewohnlichen Feuerung des Kessels treten.

2. Ausführungsform des Kessels nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vereinigung eines Flammrohres und eines Heizrohrkessels senkrechter Bauart, bei dem der bzw. die Kessel-Stickstofföfen in die Flammrohre von unten eingeführt sind, und bei dem als eine Verlängerung des oberen Endes des Flammrohres ejn mit Schamotte gefütterter Raum (H) vorgesehen ist, in den die Ofengase hineintreten, wobei dieser Raum in den Dampf raum des Kessels hineinreicht, so daß er als Überhitzer wirkt.

3. Ausführüngsform des Kessels nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine Vereinigung eines Flammrohr- und eines Heizrohrkessels senkrechter Bauart, bei dem der Stickstoffofen von oben in die Flammrohre eingeführt ist, und bei dem die unteren Enden der Heizrohre von kürzeren Flammrohren (S) ausgehen, zum

Zwecke, cine hinreichende Abkühlung der Gase zu bewirken, bevor sie in die Heizrohre gelangen.

4. Vorrichtung zur Ausnutzung der in den von den Stickstofföfen ausgehenden Gasen enthaltenen Wärme, dadurch gekennzeichnet, daß man diese Gase in einer Kesselanlage, wie die in Anspruch 1 angegebene, zum Teil ihre Wärme zur Erzeugung von Dampf oder zum Eindampfen einer Flüssigkeit abgeben läßt und zum Teil die Gase vom Feuerraum ableitet an einem Punkte, wo sie eine herabgesetzte Temperatur besitzen, um in Luftheizungsöfen zur Erzeugung von heißer Luft, be- sonders für Konzentration der Salpetersäure und Schwefelsäure, benutzt werden zu können.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.