DE289844C

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Publication number: DE289844C
Application number: DENDAT289844D
Authority: DE
Publication date: 1900-01-01

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 12 L GRUPPE

W. LACHMANN in DRESDEN.

mit Hilfe freien Stickstoffs.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 26. Juli 1913 ab.

Vorliegende Patentschrift bezieht sich auf eine neue, bei erhöhten Temperaturen ausgeführte Gewinnungsweise von Stickstoffsauerstoffverbindungen mit Hilfe freien Stickstoffs.

Sie besteht aus zwei aufeinanderfolgenden Perioden. Bei der ersten, der »Erhitzungsperiode«, wird in einem als Wärmespeicher wirkenden Stoff, dem »Hilfsstoff« (besonders Magnesia), zunächst Hitze aufgespeichert,

ίο und zwar durch gesonderte und unmittelbare Überleitung von hocherhitztem Gas, dem »Erhitzungsgas«, worauf bei der zweiten Periode, der »Aktionsperiode«, das stickstoffsauerstoffbaltige Gemisch in den Wärmespeicher geleitet wird, in welchem es dessen Hitze übertragen erhält bei inniger gegenseitiger Berührung der Stoffe, die (oder gegebenenfalls deren Zersetzuhgsprodukte) aufeinander einwirken sollen.

Als Erhitzungsgas soll Verbrennungsgas dienen, welches durch Verbrennung festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffs vornehmlich mit Sauerstoff oder sauerstoffreichem Gas statt mit Luft und daher mit Leichtigkeit von sehr hoher Temperatur erhalten wird.

Der dem neuen Verfahren zugrunde liegende Gedanke besteht daher darin, die,Erhitzung nicht mittelbar (in von außen erhitz ten Retorten u. dgl.), sondern unmittelbar durch stark erhitztes Gas vorzunehmen, dabei aber den Prozeß in zwei einzelne Perioden, die Erhitzungs- und die Aktionsperiode, zu teilen,

. so daß auf Seiten des Erhitzungsgases bei dessen Erzeugung keine starke Verdünnung mit an der Verbrennung unbeteiligten Gasen und daher eine sehr ökonomische Ausnutzung der hohen Verbrennungstemperatur stattfindet, auf Seiten des Stickstoffsauerstoffgemisches und ebenso auf Seiten des aus der Aktionsperiode hervorgehenden Reaktionsgases aber gleichfalls keine starke Verdünnung und Verunreinigung (mit Verbrennungsgasen). Eine solche Vermischung bedeutet eine starke Entwertung aller genannten Gase, und zwar des Stickstoffsauerstoffgemisches, weil einTeil davon im noch freien, nicht umgesetzten Zustand aus der Aktionsperiode hervorgeht und dieser von neuem unterworfen werden muß, und ferner deshalb, weil die gegenseitige ehemische Wirkungskraft des Stickstoffs und des Sauerstoffs durch die Verdünnung geschwächt wird; ferner des gasförmigen Produkts hinsichtlich seiner Abscheidung (ζ. Β. Überführung in den flüssigen oder festen Zustand mittels Kühlung, oder Absorption durch Absorptionsmittel), und endlich des Erhitzungsgases aus folgenden Gründen: 1. Seine Temperatur wird außerordentlich erniedrigt. 2. Nach seiner Ausnutzung kann es nicht ohne weiteres noch für andere Zwecke (insbesondere Heiz zwecke) Venvendung finden. 3. Wenn es infolge der Anwendung von reinem Sauerstoff stickstofffrei ist und infolgedessen bei Wahl unvollständiger Verbrennung aus reinem Kohlenoxyd oder reinen Gemischen von Kohlenoxyd und Wasserstoff besteht, so stellt es für darauffolgende Verbrennung mit Luft oder

Sauerstoff ohne Aveiteres ein äußerst wertvolles Brenngas dar, wozu auch seine hohe Temperatur (Abhitze) beiträgt. Dieses Vorteils geht man verlustig, wenn das Erhitzungsgasmit dem das gasförmige Produkt enthaltenden Reaktionsgas vermischt ist. 4. Wenn das Erhitzungsgas infolge der Anwendung von reinem Sauerstoff stickstofffrei ist und infolgedessen bei Wahl vollständiger Verbrennung aus reiner Kohlensäure, oder reinen Gemischen von Kohlensäure und? Wasserdampf besteht, so läßt es sich (σ.) durch Überleiten über glühenden Kohlenstoff (Koks) leicht in ein für die Erzeugung des Erhitzungsgases und natürlieh auch für andere Zwecke verwendbares, hochwertiges Brenngas umwandeln, wobei seine hohe Temperatur (Abhitze) eine Ersparnis an Brennmaterial und Sauerstoff zur Folge hat, oder es läßt sich (/?) leicht auf komprimierte, flüssige Kohlensäure verarbeiten. Diese Vorteile bieten, sich nicht, wenn das· Erhitzungsgas in Mischung mit dem. Reaktionsgas resultiert.

Da durch Verbrennung von reinem brennbaren Gas (Leuchtgas, Wassergas, Petroleumdampf usw.) oder von Kohle mit reinem Sauerstoff so außerordentlich hohe Tempe- \ r.aturen entstehen, daß denselben* kein Ofenmaterial Widerstand leistet, so muß man die Verbrennungstemperatur auf die praktisch zulässige herabsetzen und zu diesem Zweck bei der zur Erzeugung des Erhitzungsgases dienenden Verbrennung wenigstens nahe den Ofenwandungen entweder nur sauerstoffangereicherte Luft anstatt reinen Sauerstoffs anwenden: oder·,, da: der zur Verfügung: stehende Sauerstoff meist rein ist und durch Wiedervermischung mit Stickstoff (Luft) in gewissem Sinne entwertet werden würde,, ein Gemisch· von Sauerstoff mit geeigneten anderen Gasen: statt, mit Stickstoff, und zwar vorzugsweise wärmebindend wirkenden Gasen- verwenden,, als-welche sieh Wasserdampf, Kohlensäure und Gemische beider bieten. Mit diesen Gasen kann vor. der· Verbrennung: auch der Brennstoff verdünnt werden; wenn er gas- oder dampfförmig ist. Wie schon erwähnt, besteht das-. Erhitzungsgas- und. daher- auch das der Erhitzungsperiode entstammende Abgas unter Umständen; aus reiner, Kohlensäure oder reinen. Gemischen von: solcher mit Wasserdampf, und es bietet dann solches Abgas im Vergleich: zu. frischem Wasserdampf und frischer Kohlensäure-den Vorteil, infolge der in ihm: enthaltenen Abhitze bereits hocherhitzt zu sein, so daß für die Erzielung: einer gleichgroßen Menge Erhitzungsgases von gleichhoher Temperatur geringere Mengen Brennstoff und· Sauerstoff aufgewendet werden müssen.

Da bei: der Verbrennung von Kohlenstoff mit Sauerstoff zu Kohlenoxyd nur 29 400 Kai., bei. Verbrennung zu Kohlensäure aber 97 650 Kai. entwickelt werden, so ist es stets vorteilhaft, für die Erhitzungsperiode den Brennstoff vollkommen zu verbrennen, es müßte denn¹ Kohlensäure (und Wasserdampf) auf den als Wärmespeicher benutzten Stoff unerwünscht (z. B. oxydierend) einwirken, in welchem Falle als Erhitzungsgas natürlich Kohlenoxyd in. Frage käme, ebenso wie umgekehrt die Verwendung von Kohlensäure nicht mehr bloß vorteilhaft, sondern notwendig wäre, wenn. Kohlenoxyd auf jenen Stoff schädlich (z. B. reduzierend) wirken würde.

Der feuerfeste Wärmespeicher (Ofen), welcher zur Ausführung des vorliegenden, in Erhitzungs- und Aktionsperiode zerfallenden Verfahrens dienen soll, kann auch Ringform besitzen und durch radiale Scheidewände in ringförmig nebeneinanderliegende Einzelöfen geteilt sein;. Ein ganz besonders- zweckmäßiger Betrieb besteht dann darin, daß in diesem Ring sowohl das Erhitzungsgas (Verbrennungsgas-) wie. auch das Stickstoff sauerstoffgemisch immer eine Serie aufeinanderfolgender Öfen durchströmt, und zwar beide Gase in gleicher Richtung (auf die Ringform bezogen also in· gleicher Drehrichtung:), und, daß die Einschaltung, der, Einzelöfen· gleichfalls in· der wie gesagt übereinstimmenden Zugrichtung der beiden Gasströme erfolgt, oder daß mit anderen Worten die Einschaltung eines Ofens in den kreisbogenförmigen- Weg; des betreffenden Gases immer am Ende dieses AVeges, die Ausschaltung, immer am Anfang desselben vorgenommen wird,, wodurch immer der zuletzt eingeschaltete Ofen von dem Gas zuletzt durchströmt wird: Diese Betriebsweise ergibt die beste, sparsamste Verwertung der. Hitze des Erhitzungsgases.

Die zur Verwendung: gelangenden Gase können: natürlich, wenn ursprünglich von gewöhnlicher oder wenig hoher Temperatur, wie Sauerstoff und eventuell frischer Wasserdampf,, mittels Durchl'eitung; durch Wärmespeicher vorerhitzt werden, in denen man: vorherAbgas-hitze aufspeichert, wodurch Abhitze nutzbar gemacht wird..

Handelt es sich' um, Stickoxyde; wie sie bisher in: großindustrielleir Anlagen: mittels elektrischer Hitze gewonnen wurden, so gelangt beil der Aktionsperiode als Stickstoffs-auerstoffgemisch ein nur aus freiem Stickstoff und freiem Sauerstoff bestehendes zur Verwendung, wobei es- bekanntlich vorteilhaft ist. statt atmosphärischer Luft ein sauerstoffreicheres Gas- zu benutzen.

Um hierbei die unterhalb- der hohen Reak^ tionstemperatur gelegene Zone mittelhoher Temperaturen,.in welcher die gebildeten Stickexycle: eine Rückzersetzung. (Dissoziation) er-

Claims

leiden, schnell zu überschreiten, muß man das aus dem Wärmespeicher austretende, das Nutzprodukt enthaltende Reaktionsgas raschester Abkühlung (Abschreckung) unterwerfen.
Der Zweck und Wert des vorliegenden Verfahrens soll übrigens weniger in der Gewinnung ganz bestimmter Stickstoffverbindungen erblickt werden, sondern darin, daß freier Stickstoff überhaupt in ökonomischer Weise

ίο chemisch gebunden wird. In diesem Sinne würde es daher nicht viel ausmachen, wenn durch die Art der Abkühlung, durch die chemische Wirkung der zur Kühlung benutzten Stoffe, durch die Mitwirkung von Beimengungen des Gases bei der Aktionsperiode oder durch andere Einflüsse eine Umwandlung der ursprünglichen Produkte zu anderen Stickstoffverbindungen (Formamid, Harnstoff usw.) oder von Anfang an eine Bildung auch der letzteren erfolgt.

Die industrielle Bewertung des Verfahrens ergibt sich unter anderem aus der Überlegung, daß es bei weitem rationeller und ökonomischer ist, Wasserkräfte anstatt zur Erzeugung elektrischer Hitze vielmehr zur Luftfraktionierung zu benutzen und den gewonnenen Sauerstoff zur Verbrennung von Kohle u. dgl. und dadurch zur Erzielung von Temperaturen zu verwenden, deren Höhe bei Vorwärmung des Sauerstoffs und der Kohle lediglich durch die Widerstandsfähigkeit des Ofenmaterials (Magnesia, Zirkonoxyd usw.) sowie durch die Dissoziation der Verbrenhungsprodukte begrenzt wird und welche daher die elektrisch erzielten noch weit zu überragen vermögen.

Pate ν τ-Ansprüche:

i. Verfahren zur Gewinnung von Stickstoffsauerstoffverbindungen, insbesondere Stickoxyden, mit Hilfe freien Stickstoffs, dadurch gekennzeichnet, daß der Stickstoff im Gemisch mit freiem Sauerstoff und je nach der Zusammensetzung des Nutzproduktes eventuell noch mit anderen Stoffen über einen Stoff (Hilfsstoff, bei der BiI-dung von Stickoxyden aus den Elementen z. B. aus Magnesia bestehend) geleitet wird (»Aktionsperiode«), welcher als Wärmespeicher wirkt und in welchem man vorher zu letzterem Zweck durch heiße Verbrennungsgase (»Erhitzungsgas«), die vorzugsweise unter Zuhilfenahme von Sauerstoff oder sauerstoffreichem Gas statt von atmosphärischer Luft erzeugt werden. Wärme von hoher Temperatur aufspeichert (»Erhitzungsperiode«).

' 2. Bei der Erzeugung oder Verwendung des Erhitzungsgases für das Verfahren nach Anspruch 1, sofern letzteres Gas mit Hilfe von Sauerstoff oder sauerstoffreichem Gas statt Luft gewonnen wird, und zu dem Zweck, die Sauerstoffverbrennungshitze in ökonomischer Weise auf praktisch zulässige Temperaturen herabzusetzen, Benutzung von vorzugsweise noch erhitzt belassenem Abgas der Erhitzungsperiode, so daß dasselbe zu gewissem Anteil zur Zirkulation gelangt und hierbei jedesmal Bestandteil von neuem Erhitzungsgas wird, und zwar Benutzung dieses Abgases, sei es bei der Erzeugung des Erhitzungsgases zur Verdünnung des Sauerstoffs, insbesondere an den Ofenwandungen, oder des gegebenenfalls gas- oder dampfförmigen Brennstoffs, oder sei es bei der Verwendung des Erhitzungsgases zur Kühlung des Reaktionsgefäßes (Ofens), insbesondere an seinen Wandungen.

3. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend in einem durch radiale Scheidewände in ringförmig aneinanderliegende Einzelöfen geteilten Ofen.