DE272385C

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Publication number: DE272385C
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Description

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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

der Substanzen.of the substances.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren und ein Apparat zur Durchführung von Reaktionen zwischen festen Körpern in Sand- oder Pulverform und Gasen bei hoher Temperatur, wobei der feste Körper, der sowohl ein Gemenge verschiedener Substanzen als auch ein chemisch einheitlicher Stoff sein kann, seine Form vor, während und nach der Reaktion in physikalischer Hinsicht nicht oderThe present invention relates to a method and an apparatus for carrying it out of reactions between solids in sand or powder form and gases at high Temperature, being the solid body that is both a mixture of different substances as well as a chemically uniform substance, its form before, during and after Reaction in physical terms not or

ίο nur wenig ändert, d. h. nicht schmilzt oder stark zusammenbackt, sondern höchstens sintert. Für die wirtschaftliche Durchführung solcher Reaktionen ist es vor allem wichtig, daß die aufzuwendende Wärme auf ein Minimum beschränkt und gleichzeitig eine innige Berührung zwischen dem festen Körper und dem Gas bewirkt wird. Der den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildende Apparat besteht in einem aus geeignetem, feuerfestem Material hergestellten runden Herd, dessen obere Fläche gegen die Mitte zu sich trichterförmig vertieft. Gemäß dem Verfahren bewegt sich der feste Körper vom äußeren Rand des Herdes gegen die Mitte zu, während das Gas umgekehrt von der Mitte des Herdes nach außen gegen den Rand strömt. Dabei wird dafür gesorgt, daß die feste Substanz dem in radialer Richtung über den Herd strömenden Gas nicht direkt entgegengeführt wird, sondern sich in Form einer Spirale der Mitte des Herdes nähert. Dadurch und durch entsprechende Anordnung eines Gewölbes über dem Herd wird dem Gasίο changes little, d. H. does not melt or strongly cakes, but at most sinters. For the economic implementation of such Reactions, it is especially important that the heat expended to a minimum limited and at the same time an intimate contact between the solid body and the Gas is effected. The apparatus forming the subject of the present invention consists in a round stove made of suitable refractory material, the upper surface of which towards the middle deepened to form a funnel. According to the method, the fixed one moves Body from the outer edge of the stove towards the center, while the gas is reversed from the center of the hearth flows outwards towards the edge. It is ensured that the solid substance does not directly correspond to the gas flowing in the radial direction over the hearth but rather approaches the center of the hearth in the form of a spiral. Through this and by appropriate arrangement of a vault above the stove, the gas

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und der festen Substanz Gelegenheit zu intensivem Wärmeaustausch gegeben, d. h. die feste Substanz wärmt sich an den heißen Gasen vor. In der Mitte des Herdes ist die Wärmequelle angebracht, die bei sehr hoher Reaktionstemperatur vorzugsweise ein elektrisches Heizelement, sei es einen Lichtbogen oder einen Widerstandskörper, darstellt, gelegentlich aber auch durch Verbrennung eines Bestandteiles des zugeführten Gases geschaffen werden kann. Die Wärmequelle ist vom Herd selbst unabhängig und wirkt auf die reagierenden Substanzen durch Leitung und Strahlung. Auf diese Weise passieren diese Substanzen im Zentrum des Herdes die heißesten Stellen, und es findet hier die gewünschte Reaktion in der Hauptsache statt. Die feste Substanz fällt dann durch eine im Zentrum des Herdes angebrachte öffnung, durch welche auch das Reaktionsgas einströmt, herunter.and given the solid substance an opportunity for intensive heat exchange, d. H. the fixed Substance warms up on the hot gases. The heat source is in the middle of the stove attached, which, if the reaction temperature is very high, is preferably an electrical heating element, be it an arc or a resistance body, but occasionally also can be created by burning a component of the supplied gas. the The heat source is independent of the stove itself and acts on the reacting substances by conduction and radiation. In this way these substances pass in the center of the Hearth the hottest places, and it is here that the desired reaction mainly takes place instead of. The solid substance then falls through an opening made in the center of the hearth, through which the reaction gas also flows in, down.

Von einem bekannten, durch Bestrahlung wirkenden elektrischen Ofen mit kontinuier-Beschickung unterscheidet sich der Erfindungsgegenstand dadurch, daß bei ersterem feste Körper durch Bestrahlung mit dem elektrischen Lichtbogen geschmolzen werden, bei letzterem dagegen nicht. Bei dem bekannten Ofen wird dem Herd das Beschickungsmaterial durch Züge, die sich in einem über dem Herd angebrachten Schutzdach befinden, zugeführt; es wandert also nicht spiralförmig von der äußeren Aufgabestelle nach der Mitte des Herdes zu.From a known continuous-feed irradiation electric furnace The subject matter of the invention differs in that the first solid body by irradiation with the electrical Arc are melted, but not with the latter. In the known furnace the stove, the feed material through pulls, which are attached in one above the stove Canopy are located, fed; so it does not move in a spiral from the outer one Feed point towards the middle of the stove.

Durch die von der festen Substanz ausgefüllten Züge können aber größere Gasmengen ohne bedeutenden Druckverlust nicht durchgeleitet werden. Auf dem Reaktionsherd selbst kann S nur ein sehr unvollkommener Wärmeaustausch zwischen Gas und Reaktionsgemisch stattfinden, und außerdem fehlen alle Mittel, um ein gleichmäßiges Zutreten des Gutes von den höheren Teilen des Herdes nach der Tiefe hin zu erzielen.Due to the puffs filled by the solid substance, however, larger amounts of gas can be transported without significant Pressure loss cannot be passed through. On the reaction hearth itself, S can only achieve a very imperfect heat exchange take place between the gas and the reaction mixture, and, moreover, all means are lacking to achieve a uniformity To achieve access of the goods from the higher parts of the hearth towards the depth.

ι ο Der bekannte Ofen vermag daher der durch den Erfindungsgegenstand gelösten Aufgabe, daß nämlich das aus der Zone der höchsten Temperatur kommende Gas seine Wärme möglichst vollständig an die der Reaktionszone zustrebende feste Substanz abgibt, in keiner Weise zu genügen.ι ο The well-known oven is therefore capable of the Object of the invention solved problem, namely that from the zone of the highest temperature incoming gas as completely as possible to that of the reaction zone emits solid substance, in no way sufficient.

Der Bau und die Wirkungsweise des vorliegenden Apparates, der sich besonders zur Herstellung von Aluminiumnitrid aus Tonerde oder tonerdehaltigen Substanzen und Kohle mit einem stickstoffhaltigen Gas, wie Generatorgas, eignet, wird nachstehend an Hand des gezeichneten Ausführungsbeispieles beschrieben. Der Ofen besteht in der Hauptsache aus einem inneren Herd A und einer Vorwärmezone in Form eines Ringes B. Der Boden beider besteht aus einem auf Rollen gelagerten und drehbaren Tisch C, welcher mit einer zentralen Bohrung versehen ist. Die obere Ringfläche dieses Drehtisches ist entweder horizontal oder sie bildet, je nach der Natur des zu verarbeitenden Materials, nach innen (wie bei der gezeichneten Ausführungsform) oder nach außen einen passenden Winkel mit der Horizontalen. Um unter allen Umständen eine Fortbewegung des Gutes von außen nach innen gegen die Mitte des Herdes zu haben, besitzt der Ofendeckel D eine oder mehrere Rippen F, die so gestellt sind, daß sie bei Drehung des Tisches das Gut fortwährend langsam nach innen schaffen. Im Deckel sind ein, zwei, drei oder mehr Löcher vorhanden, durch welche Elektroden E eingeführt werden, je nachdem man Gleichstrom, Wechselstrom oder Drehstrom usw. benutzen will. Um eine gasdichte Einführung der Elektroden durch den Deckel D zu ermöglichen, können in den Löchern stopfbüchsenartige Vorrichtungen angebracht sein. Die Elektroden arbeiten auf einem in der zentralen Öffnung C¹ des Tisches C feststehenden Kohleblock K, welchen man nach Belieben auch zur einseitigen Stromzuführung benutzen kann. Die Lichtbogenheizung kann auch durch Widerstandserhitzung ersetzt werden. Die Lichtbögen werden dann einfach durch passende Widerstandssäulen ersetzt.The construction and operation of the present apparatus, which is particularly suitable for the production of aluminum nitride from alumina or alumina-containing substances and coal with a nitrogen-containing gas, such as generator gas, is described below with reference to the illustrated embodiment. The furnace consists mainly of an inner hearth A and a preheating zone in the form of a ring B. The bottom of both consists of a rotatable table C, which is mounted on rollers and provided with a central bore. The upper ring surface of this turntable is either horizontal or it forms, depending on the nature of the material to be processed, inwards (as in the illustrated embodiment) or outwards a suitable angle with the horizontal. In order to have a movement of the goods from the outside inwards towards the center of the hearth under all circumstances, the oven lid D has one or more ribs F which are positioned so that when the table is rotated they continuously move the goods slowly inwards. In the cover there are one, two, three or more holes through which electrodes E are inserted, depending on whether direct current, alternating current or three-phase current etc. are to be used. In order to enable a gas-tight introduction of the electrodes through the cover D , gland-type devices can be fitted in the holes. The electrodes work on a carbon block K which is fixed in the central opening C ^{1 of} the table C and which can also be used for one-sided power supply if desired. Arc heating can also be replaced by resistance heating. The arcs are then simply replaced by suitable resistance columns.

Der Gaszutritt zum Herd erfolgt durch die zentrale Öffnung C¹ des Drehtisches von unten her. In der Zeichnung tritt das Gas durch die Rohre G und V und die erwähnte Öffnung C¹ in den Herd und Reaktionsraum. Zur Abdichtung nach außen ist unterhalb des Drehtisches ein Wasser- oder Sandverschluß angebracht, indem der Tisch C an seinem untersten Ende einen zylindrischen Ansatz W besitzt, der in einer mit Wasser oder Sand gefüllten Rinne W¹ läuft.The gas access to the stove is through the central opening C ^{1 of} the turntable from below. In the drawing, the gas passes through pipes G and V and the aforementioned opening C ¹ into the hearth and reaction space. For sealing to the outside, a water or sand seal is attached below the turntable, in that the table C has a cylindrical extension W at its lowermost end, which runs in a channel W ¹ filled with water or sand.

Der Antrieb des Drehtisches kann auf irgendeine Art und Weise erfolgen und ist bei L angedeutet. The turntable can be driven in any way and is indicated at L.

Die Wirkungsweise des Apparates ist die folgende: The mode of operation of the device is as follows:

Der feste Körper tritt durch eine passende, die Verbindung des Herdes mit der Außenluft verhindernde Zuführungsvorrichtung H in den Ofen und fällt auf den Drehtisch. Er kann schon vor dem Eintritt in den Ofen, ζ. B. durch in den Reaktionsgasen noch vorhandene Wärme, eventuell auch durch Verbrennung derselben, vorgewärmt werden. Es kann hierzu auch die durch den Deckel verlorengehende Wärme benutzt und so dem Ofen wieder zugeführt werden. Auf dem Drehtisch wird das feste Material durch die abziehenden Reaktionsgase weiter vorgewärmt und bei der durch die vorspringenden Rippen des Deckels verursachten Fortbewegung nach innen so hoch erhitzt, daß es die Mitte des Herdes mit einer Temperatur erreicht, die nicht weit von der Reaktionstemperatur liegt. In der Mitte des Herdes geht dann die Reaktion vor sich. Durch das nachrückende frische Material wird das bei der Reaktion gebildete Produkt so weit nach innen gedrängt, daß es schließlich durch die zentrale Öffnung C¹ des Drehtisches herunterfällt. Es gelangt dann auf eine schiefe Ebene und rutscht auf dieser durch den Vorwärmer V in den Behälter S, aus welchem es durch irgendeine passende Vorrichtung unter gasdichtem Verschluß nach außen geschafft werden kann. The solid body enters the furnace through a suitable supply device H preventing the cooker from communicating with the outside air and falls onto the turntable. He can even before entering the oven, ζ. B. be preheated by the heat still present in the reaction gases, possibly also by combustion of the same. The heat lost through the lid can also be used for this purpose and thus fed back into the furnace. On the turntable, the solid material is further preheated by the evacuating reaction gases and, as it moves inward, caused by the protruding ribs of the lid, heated so high that it reaches the center of the hearth at a temperature not far from the reaction temperature. The reaction then takes place in the middle of the hearth. As the fresh material moves in, the product formed during the reaction is pushed so far inwards that it finally ^{falls down through the central opening C 1 of} the turntable. It then arrives on an inclined plane and slides on this through the preheater V into the container S, from which it can be carried to the outside by any suitable device under a gas-tight seal.

Die durch die Reaktion entwickelten Gase entweichen durch den Raum B zwischen Deckel und Drehtisch und gelangen in den ringförmigen Sammelkanal M, aus dem sie durch das Rohr O abgeführt werden.The gases developed by the reaction escape through the space B between the cover and the turntable and enter the annular collecting channel M, from which they are discharged through the pipe O.

Claims

Patent Claims:

i. Process for carrying out reactions between solids and gases at high temperature without changing the physical state of the substances, with systematic exchange of the existing ones Amount of heat between the substances entering and exiting the process, marked through the use of a funnel-shaped cooker with a heat source above the center and fixtures on it are attached, by means of which the solid substances to be treated spirally from the outer feed point the center of the hearth, moving to the inside out over the Preheating hot gases escaping from the stove

men and by the one at the lowest point of the stove, which is used for gas inlet opening to be discharged.

2. Device for performing the method according to claim i, characterized by arrangements that allow the funnel-shaped hearth to rotate around its vertical Enable central axis.

3. embodiment of the device according to claim 2, characterized in that the one attached above the stove and in a manner known per se with those that are independent of the stove Side walls firmly connected, a tight closure to the top causing lid vault in its shape the turntable adapts in such a way that the gases are forced to over.die in a thin layer to spread masses lying on the funnel surface, only then to be discharged to the outside to become.

4. embodiment of the device according to claim 2 and 3, characterized in that that the outlet of the charging device preventing communication with the outside air known construction is attached so that the solid substance on the outer edge of the funnel-shaped Hearth is scattered and scrapers attached to the vault follow a spiral movement of the solid substance to ensure a good heat exchange in the center of the hearth, for the purpose of copious contact between gas and solid matter to achieve.

1 sheet of drawings.