-
Verfährep, um eine chemische Reaktion in zu Briketten geformten Mischungen
durch . elektrische Erhitzung zu bewirken. Viele Patente sind .in :den Industrieländern
auf Verfahren und Vorrichtungen zum Fixieren von Stickstoff durch die Herstellung
von Aluminiumnitrid erteilt worden, wobei ein Gemisch von. Aluminium bzw. Aluminiumerzen
oder Aluminiumveribindungen, wie Tonende o. ,dgl., und, Kohle auf ein stickstoffhaltiges
Gas in einem elektrischen Ofen bei einer geeigneten Temperatur wirkt.
-
Keines dieser Verfahren und keine der dazu dienenden Vorrichtungen
scheinen seich in der Praxis, bzw. für dien Fabrikationsbetrieb, bewährt zu haben.
Diesem Mangel wird :durch das vorliegende Verfahren abgeholfen.
-
Um die Porosität ider fein verteilten Aluminium- bzw. Tonerdemischung
zu erhöhen und dadurch den Durchtritt des Gases zu erleichtern, ist auch vorgeschlagen
worden, einen Überschuß von Kohlenstoff anzuwenden, jedoch hat di'es, offenbar nicht
die Schwierigkeiten beseitigt.
-
Es ist auch vorgeschlagen worden, eine gleichmäßige Verteilung des-
elektrischen Stromes durch die Masse, unddadurch gleichmäßige Exhitzung durch den
Strom auf die Weise zu erzielen, daß,die Mischung in Form von Briketten angewendet
wird. Auch dies scheint nicht erfolgreich gewesen zu sein. Ferner eist empfohlen'
worden, in den kontinuierlichen elektrischen Öfen, in welchen das behandelte Material
als Heizwiderstand! dient, einen Überschuß von Kohlenstoff in derartigem Maße anzuwenden,
daß .der Durchgang des Stromes trotz des Verbrauchs von Köhlenstoff während der
Reaktion gesichert ist. In .diesem Falle ist empfohlen worden, die Mischung in pulverförmigem
Zustande oder in Form von Agglomeraten anzuwenden, wobei der Kohlenstoff, der ,dazu
dient, den Durchgang des Stromes zu sichern, besonders zugesetzt wird. Auch dieses
Verfahren hat sich praktisch nicht bewährt.
-
Die Aufgabe, welche gelöst werden sollte, bestand darin, eine gleichmäßig
ble'b"ende Erhitzung der Mischjung bei geeigneter Temperatur zu erhalten, wozu es
natürlich notwendig .ist, d'aß der elektrische Leitungswiderstand' durch die Masse
während des Verfahrens gleichbleibt. Wenn an einzelnen Teilen der Beschickung, bzw.
der Reaktionsmasse, Schmelzungen und damit Veränderungen in .dem Leitungswiderstand
stattfinden, so ist naturgemäß der Heizprozeß in dem ganzen Ofen gestört, und es
findet ein ungleichmäßiger Stromdurchgang, Kurzschluß o. digl. statt.
-
Wenn die Mischung von Tonerde und Kohlenstoff in Form von Briketten
angewendet wird, so haben die letzteren ,das Bestreben, unter der hohen Erhitzung
zusammenzuschmelzen,
woraus sich naturgemäß eine Veränderung in
.dem Leitungswid'erstarnd an den Stellen, wo ein Zusammenschmelzen stattfindet,
ergibt. An diesen Stellen wird der Leitungswiderstand bedeutend verringert und der
Strom wird diese Stellen für seinen Durchgang vorziehen und von anderen Stellen
abgelenkt werden. Die Folge ist, :daß die Hitze in ,der Beschickung sich ungleichmäßig
verteilt, woraus sich, wie ersichtlich, viele Übelstände ergeben. Für eine erfolgreiche
Durchführung des Verfahrens ist es unbedingt notwendig, d'aß die Hitze in allen
Teilender Beschickung während,d'es ganzen, Verfahrens .gleich bleibt. Es ist der
Zweck der vorliegenden Erfindung, diese Übelstände zu beseitigen.
-
. Gemäß der Erfindung wird' fein verteilte Tonende, welche mehr oder
weniger rein sein kann, wie z. B. kalzinierter natürlicher Bauxit, mit nur so viel
fein verteiltem Kohlenstoff gemischt, als für die chemische Reaktion notwendig ist,
und es werden a-us dieser Mischung, zweckmäßig unter Zusatz eines Bindemittels,
Brikette hergestellt. Letztere mögen die Form kurzer Zy'lind'er erhalten, welche
etwa 50 mm im Durchmesser haben und etwa q:5 mm lang sind. Es hat sieh in
der Praxis herausgestellt, daß innerhalb gewisser Grenzen bessere Resultate mit
unter stärkerem Druck hergestellten Briketten erzielt `verden, was wahrscheinlich
seinen Grund darin hat, d'aß bei den stärker gepreßten Briketten Tonerde und Kohlenstoff
miteinander besser in Berührung kommen. Diese Brikette werden mit Kohlenstoff oder
einer an@dferen geeigneten, elektrischleitenden, schwerflüssigen Substanz, die mit
unregelmäßiger Stückenform in Anwendung kommt, gemischt, -,vobei der Durchmesser
-der Stücke etwa 1:2 bis 15 cm beträgt.
-
Durch eine derartige kombinierte Anwendung von Briketten zusammen
mit -den unregelmäßig geformten großen Stücken von Kohlenstoff o. dgl. werden .dfe
Brikette am Schmelzen verhindert. Die Form und' Größe der Brikette und der Kohlenstoff-
o. dgl. Stücke kann natürlich dem Verfahren entsprechend schwanken. Die Koh:lenstoffstücke
haben hierbei eine größere elektrische Leitungsfähigkeit als die Brikette, und der
Strom nimmt daher vorzugsweise seinen Weg durch die Kohlenstoffstücke o. dgl., welche
bei diesem Verfahren gewissermaßen Heizelemente bilden, durch welche die Temperatur
der Brikette auf einen bestimmten, für die Reaktion notwendigen Grad gebracht wird:
Diese Heizelernente verhalten sich in- dem vorliegenden Verfahren chemisch indifferent.
Sie halten,die Brikette mechanisch voreinander getrennt. und verhindern @dadurch
ein Schmelzen bzw. Zusammenschweißen. Die Stücke bzw. Heizelemente der beschriebenen
Art werden in einem derartigen Verhältnis zu den Briketten angewendet, d'aß sie
eine Anzahl Leitungswege für den elektrischen Strom durch die Masse bilden. Es ist
nicht ganz sicher,'bis zu welchem Grade der Heizwiderstand dieser durch dlie Masse
der Brikette verteilten Kohlenstoffelemente auf deren geringes elektr's.ches Leitungsvermögen
zurückzuführen ist, und wie weit hierbei der verhältnismäßig geringe Kontakt zwischen
.den einzelnen Stücken eine Rolle spielt. Durch Versuche hat sich jedoch herausgestellt,
daß die gewünschten Wirkungen erzielt werden, wenn .ungefähr 6o bis 65 Gewichtsprozente
auf die .Kohlenstoffstücke bzw. Heizelemente kommen, während 35 bis 40 Prozent den
Briketten zukommen. Für die- Erhaltung der Wärme ist es wünschenswert, die Menge
der Widerstandselemente so nnbdrig wie möglich zu halten, sofern nur eine Schmelzung
der Brikette verhindert wird. Jedoch soll damit nicht gesagt sein, daß bei den letzteren
eine schwache Sinterung ganz ausgeschlossen ist. Vielmehr wind -durch einen schwachen
Grad der Sinterung die Reaktion gefördert. Die Widerstandselemente werden vorzugsweise
aus Kohlenstoff oder Graphit hergestellt, jedoch könnten sie auch aus einem anderen
geeigneten schwerflüs,sigen Material bestehen. Der Kohlenstoff kann in Form von
Koks, Kohle oder besonders präparierter Kohle, wie solche für die Herstellung von
Elektroden ,dient, verwendet wenden. Der letzteren Form ist .der Vorzug gegeben.
In Folge ihrer Stükkengröße und,des Umstandes, @däß der Raum zwischen den Stücken
durch die kleineren Brikette ausgefüllt ist, wird offenbar, wenigstens bis zu einem
gewissen Grade, e'n Schutz der Brikette gegen mechanische Verletzungen, Bruch o.,dgl.
erzielt.
-
Diese Mischung von Briketten und Widerstan@dskörpern wird in Form
einer Säule abwärts durch einen elektrischen Ofen geführt, wobei die Säule mit feststehenden
Elektroden in Berührung kommt, und die Mischung zwischen den Elektro,den den elektrischen
Heizwid !erstand bildet. Zu gleicher Zeit wird durch diese Beschickungssäule ein
beständiger, aufsteigender Strom; von Stickstoff oder .stickstoffhaltigem Gas durchgeleitet.
Die chemische Einwirkung zwischen dem Stickstoff und d ler BI.schickung findet hierbei
bei einer Temperatur von z8oo bis 2ooo° C statt. Bei diesem Verfahren könnte auch
Generatorgasfeuerung oder eine andere geeignete Gasfeuerung Anwendung finden.
-
Es ist bei diesem Verfahren von Wichtigkeit, daß der -Kohlenstoff
oder Widerstandselemente,
welche man auch in Hinblick auf .die chemische
Reaktion als überschüssigen Kohlenstoff bezeichnen kann, die Porosität der Brikette
nicht erhöht, und daß in den Briketten nur so viel Kohlenstoff angewendet ist, wie
für d ie chemische Reaktion notwendig ist. Es wind vielmehr dichten, bzw. kondensierten
Briketten der Vorzug vor porösen Briketten gegeben. Da ferner die Widerstandskörp2r
im wesentlichen den ganzen elektrischen Strom führen, so ersetzen sie nicht den
Kohlenstoff, welcher bei .der Reaktion in den Briketten verbraucht wird', und dier
Widerstand in ,dem Ofen wird d ürch, den Fortschritt der chemischen Reaktion, bzw.,die
Veränderung in der Zusammensetzung der Brikett-- nicht beeinflußt.
-
Der Grad der Hitze, welche sich im Ofen entwickelt, wird,durch die
angewendete elektrische Spannung bestimmt, da der Widerstand indem Ofen mehr oder
weniger gleich bleibt.
-
Infolge der bedeutend größeren Gestalt der Heizelemente bzw. Kohlenstücke
ist es leicht, sie von der Charge, nachdem d'reese dem Ofen entnommen ist, d urch
Sieben zu trennen. Die Kohlenstücke können von neuem benutzt .,werden, da sie in
dem Ofen nur wenig Veränderung erleiden und lediglich etwas durch Reibung abgenutzt
werden. Wenn sie schließlich . durch wiederholte Benutzung in ihrer Größe so weit
verringert sind wie die Brikette, können sie aus ,dem Prozeß entfernt werden, @da
es schwieriger wird, sie von den Briketten zu trennen.
-
Die Erfindung ist in der Zeichnung in einer Ausführungsform veranschaulicht,
wobei der elektrische Ofen, in welchem das Verfahren ausgeführt wird, im senkrechten
Schnitt veranschaulicht ist.
-
Der elektrische Ofen io ist mit einem geeigneten feuerfesten Futter
i i versehen und bildet in der Mitte einen senkrechten Schacht 12, .in den @die
Beschickung durch Rinnen bzw. Röhren 13 eingeführt wird, während.` die behandelte
Charge bei 1.4 aus dem Ofen abgezogen wird. Die Zuführung -der Beschikkung zu .dem
Ofen und die Entnahme aus dem Ofen geschieht zweckmäßig ununterbrochen durch auf
der Zeichnung nicht dargestellte Vorrichtungen, welche im allgemeinen dem Fachmann
geläufig sind. .
-
In der Mitte -des. Schachtes befindet sich an dem oberen Teile eine
eingehängte Elektrode 15, welche an dem Schachtfutter von einem E4ektrodenring 16
konzentrisch umgeben ist. Im übrigen besteht :das Futter des Schachtes zweckmäßig
aus hochfeuerfesten Kohlenblökken oder Steinen 17. Die Graphitelektroden sind durch
Polklemmen 18 und i9 an einen elektrischen Strom angeschlossen,, so ;daß der Strom
von einer Elektrode zu der anderen durch die zu behandelnde Masse hindurchgeht und
in der letzteren die für den chemischen Prozeß notwendige Wärme erzeugt.
-
Die Brikette 2o bestehen vorzugsweise aus einer mechanischen Mischung
von fein verte'ltem Kohlenstoff, Tonerde und einem geeigneten Bindemittel, und'
die Widerstandselemente 21 bestehen aus Kohl°nstoff und anderen geeigneten verhältnismäßig
nicht flüssigen Sübstanzen. Diese Widerstan ,dselemente, welche eine größere elektrische
Leitungsfähigkeit als die Brikette besitzen, bilden eiine Anzahl paralleler Wege
für den elektrischen Strom. Da sie nur unvollkommen miteinander in Berührung gebracht
sind und in sich d'em elektrischen Strom einen bedeutenden Widerstand bieten, wird
die nötige Hitze erzeugt, welche die chemische Reaktion. in den Briketten bewirkt-
- Diese Widerstandselemente lenken dien elektrischen Strom von den mehr oder weniger
schmelzbaren Briketten ab: jedoch ist anzunehmen, daß :ei.n kleiner Teil des Stromes,
der aber nicht schädlich wirken kann, durch die Brikette hindurchgeht. Diese -unschmelzbaren
Widerstandskörper sind ziemlich gleichmäßig d furch die Mischung verteilt und bewirken
eine fast gleichmäßige Erhitzung der Brikette, ohne d aß die letzteren durch ihren
eigenen Widerstand wesentlich erhitzt bzw. überhitzt «-erden. In -die Besch'ckung
wind von unten durch. Anschlußröhren 22, 23 Stickstoffgas oder -ein Stickstoff enthaltendes
Gas eingeleitet. Das kalte Gas wirkt auf ,die in dem unteren Teil des Schachtes
befindliche, bereits fertige Beschikku.ng abkühlend, so daß ein. verhältnismäßig
kaltes Material aus dem Ofen abgezogen wird, während gleichzeitig das Gas beim Aufsteigen
durch die abkühlende Beschickung derart vorgewärmt wird, daß es mit hoher Temperatur
in die zwischen den Elektroden befindliche Reaktionszone eintritt. Das die Reaktionszone
verlassende, mehr oder winiger verbrauchte Gas gibt seine Wärme an .die im oberen
Teile des Schachtes befindliche Beschickung ab und wärmt diese dadurch vor. Die
Beschickung gelangt daher mit verhältnismäßig hoher Temperatur in die Reaktionszone,
und das Gas entweicht in fast kaltem Zustand'-- durch die an die Beschickungsröhren
13 angeschlossenen Röhren 24 und 25, die mit einem .gemeinsamen Rohre 26 verbunden
sind. -%"'on -dem Rohr 26 wird idurch ein Zweigrohr 27 nur ein Teil des verbrauchten
Gases ausgestoßen, während derRest des Gases durch einen Waschraum 28 zwecks Reinigung
und Kühlung geleitet wird, um schließlich durch einen Zentrifugalventiqator 29 angesaugt
und durch die -bereits erwähnten Röhren 22, 23 wieder in den Ofen eingeblasen zu
werden.
Zwischen dem Waschbehälter 28 und dem Gebläse 29 ist ein
Röhr 31 -an das Rohr 26 angeschlossen, durch welches frisches, kaltes Gas angesaugt
und mit dem bereits benutzten Gas vermischt werden kann, um den Verbrauch an Stickstoff
auszugleichen. Das Gas nimmt demnach einen Kreislauf durch den Ofen, .in welchem
ein Teil des Gases verbraucht wird, während ein anderer Teil zugesetzt wird: Es
ist ersichtlich, daß das Gas der Beschickung im Überschuß zugeführt wird, wobei
der Überschuß .dazu dient, die fertige Beschickung zu kühlen und die niedergehende
frische Beschickung vorzuwärmen. Der überschuß an Gas dient demnach auch als- Wärmeträger
und Wärmeaustauschmittel.