DE341230C - Vorrichtung zur Vornahme exothermischer Synthesen, insbesondere des Ammoniaks - Google Patents

Description

Bei Behältern oder Gefäßen, in denen sich bei hoher Temperatur und hohem Druck Reaktionen, insbesondere solche, die zur Synthese des Ammoniaks bestimmt sind, vollziehen, ist es bekanntlich von höchster Bedeutung, daß die den Druck aushaltende Wandung lediglich einer Temperatur untere worfen wird, die genügend tief ist, damit sie die erforderliche mechanische Widerstandsfähigkeit beibehält und gleichzeitig dem schädlichen Einfluß der Gase, vor oder nach der Reaktion, widersteht. Dies ist insbesondere wichtig, wenn man bei sehr hohen, von dem Erfinder an anderer Stelle mit dem Namen Hyperdrücken bezeichneten Drücken arbeitet, die 400 bis 2000 Atm. betragen können.

Gemäß einem anderweitig beschriebenen Verfahren benutzt man zu diesem Zwecke eine die Wärme schlecht leitende Wandung, die

ao aus einer Flüssigkeit besteht, welche feste Körper enthält, die dazu bestimmt sind, die Flüssigkeit unbeweglich zu halten.

Bei der den Gegenstand vorliegender Erfindung bildenden Vorrichtung werden diese flüssige Wandung und weitere hierzu gehörige Vorkehrungen in der nachfolgend beschriebenen Weise getroffen und benutzt.

In erster Linie werden, um die Flüssigkeit der isolierenden Wandung unbeweglich zu halten, feste Körper von schlechter Wärmeleitfähigkeit verwendet, jedoch nicht wie sonst in körnigem oder pulverförmigem Zustande, sondern in Gestalt eines Rohres oder eines Stapels übereinandergesetzter Ringe, die ebenfalls in. wirksamer Weise die Bewegungen der Flüssigkeit und der Gase verhindern. Diese Ringe können zu einer oder mehreren konzentrischen Säulen aufgestapelt sein, die von besagter Flüssigkeit benetzt werden. Ferner wird bei vorliegendem Apparat zum Überleiten des Gasgemisches auf die katalytische Substanz ein in der Mitte des Apparates angeordnetes, durch die katalytische Substanz hindurchgeführtes Rohr verwendet. In dieser Weise erhitzen sich die zuströmenden, in Reaktion zu bringenden Gase fortschreitend durch Berührung der warmen bereits in Reaktion getretenen Gase. Gemäß der Erfindung dient das Zentralrohr gleichzeitig zur Zuführung des elektrischen Stromes, der die zur Einleitung oder Aufrechterhaltung der Reaktion nötige Hitze erzeugt. Außerdem ist dieses Rohr mit Spitzen oder Stacheln versehen, die die katalytische Substanz in passender Weise stützen.

Auf der Zeichnung ist eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes dargestellt.

Die Reaktion vollzieht sich in einem senkrecht stehenden Stahlrohr T, das von dem inneren Mantel T¹ durch einen wärmeisolierenden Raum getrennt ist, welcher aus einem

Stapel von aus wärmeisolierender Masse bestehenden Ringen A besteht, die von einem geschmolzenen, beständigen und wenig flüchtigen Körper B benetzt werden. Im Falle der Ammoniaksynthese kann dieser Körper beispielsweise aus einem Gemisch von Ätzkali und Ätznatron bestehen, während die Ringe aus Eisenoxyduloxyd hergestellt sind. Das obere Ende des Stahlrohres T kann sich frei ίο dehnen; das untere Ende dagegen läuft in eine Kappe R aus, welche als dichter Abschlußkörper dient. Im Innern des Rohres T¹ befindet sich die Katalysatormasse C.

Die in Reaktion zu bringenden komprimierten Gase gelangen in den Apparat durch das Rohr E, welches sich als Austauscherschlangenrohr S und als gerades Zentralrohr t im Apparat fortsetzt, treten durch die untere Öffnung O aus dem Rohr t heraus und durchstreichen dann aufwärts ziehend die Katalysatormasse, bei deren Berührung sie sich verbinden, um schließlich nach Abgabe ihrer Wärme an die einströmenden Gase durch das Rohr F abzu ziehen. Das Zentralrohr dient gleichzeitig als elektrischer Heizwiderstand und ist zu diesem Zwecke an den durch die isolierende Dichtung / hindurchgeführten Stromabnehmer P angeschlossen. Den anderen Pol bildet die Metallmasse selbst, was keinerlei Übelstand verursacht, da die erforderliche Stromspannung einen niedrigen Wert besitzt, der gleichzeitig die Durchführung der elektrischen Isolation der Dichtung wesentlich erleichtert.

Um zu verhüten, daß der hauptsächlichste Teil der vom Durchfluß des elektrischen Stromes herrührenden Wärme in dem schlangenförmigen Rohrteil 5 entsteht, können die Windungen der Schlange aus einem Metall bestehen, das leitfähiger und dicker ist als der übrige Teil des Rohres, oder es können die Windungen mittels einer angelöteten Metallstange kurzgeschlossen sein, welch letzteres jedoch den Nachteil hat, daß dem Schlangenrohr die geringe Biegsamkeit entzogen wird, die es zum Zwecke der Dehnung und Zusammenziehung braucht. Dünne Scheiben D aus Steingut oder Porzellan, die vor dem Anlöten der Stacheln an das Zentralrohr in passenden Abständen auf dieses aufgeschoben werden, verhindern etwaigen Kurzschluß.

Bei Anwendung des vorbeschriebenen Apparates zur Hyperdrucksynthese des Ammoniaks gemäß dem anderweitig beschriebenen Verfahren gestattet die außergewöhlich stark komprimierte, das Rohr füllende Gasatmosphäre, einen elektrischen Strom von besonders hoher Dichte zu benutzen. Infolge dieses Umstandes und der Stärke des im Zentralrohr t zirkulierenden Gasstromes kann in diesem Rohre trotz seinem geringen Querschnitt eine hohe Kraft verbraucht werden, die gleich oder größer ist als die durch die Reaktion zustande gebrachte Wärmeleistung und z. B. 3 kW pro Meter bei einem Rohre von 12 mm Durchmesser beträgt. Die Wärmeabgabe nach außen erreicht demnach von vornherein ihren vollen Wert, und demzufolge gilt das gleiche hinsichtlich der Temperaturdifferenz durch die thermisch schützende Schicht.

Dieser Umstand ist von hoher Bedeutung, da ihm zufolge das Rohr T in normale Arbeitsbereitschaft versetzt wird, ohne in irgendeinem Augenblick der Temperatur der Reaktionskammer unterworfen zu sein, was sonst der Fall wäre, wenn zur Einleitung der Reaktion eine geringe elektrische Leistung Anwendung fände, die die Temperatur progressiv steigern und in der Schutzwandung nur einen wenig hohen, der Wärmeabgabe fast proportionalen Temperaturabfall hervorrufen würde.

Sobald die nötige Temperatur erreicht ist, wird der Strom unterbrochen, und an dessen Stelle tritt dann die Reaktionswärme in Wirksamkeit.

Die Benutzung der beschriebenen Vorrichtung bietet noch weitere Vorteile, wenn die isolierende Wandung aus einem geschmolzenen Körper besteht, der bei gewöhnlicher Temperatur fest ist. Da von vornherein in der ganzen Länge des Rohres eine intensive Wärme erzeugt wird, so kann von Beginn an, von einem "bis zum anderen Ende der Schutzwandung, eine dünne Flüssigkeitsschicht sich bilden, welche verhindert, daß etwa entstehende lokale Drücke das Rohr T¹ zerstören, was sonst leicht eintreten könnte, wenn die Schutzwandung in fast ihrer- gesamten Länge starr bliebe.

Ferner wird bei Anwendung eines Zentralrohres zur Überleitung der Gase auf die Katalysatormasse der verlorene Querschnitt, dem man bei Vorrichtungen mit anderer Gaszuführung begegnet, ganz bedeutend verringert.

Claims (3)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Vorrichtung zur Vornahme exothermischer chemischer Synthesen, insbesondere des Ammoniaks, die unter hohem Druck und bei hoher Temperatur stattfinden, bei der die in Reaktion zu bringenden Gase von den bereits in Reaktion getretenen Gasen erhitzt werden, indem sie durch ein Austauscherschlangenrohr sowie ein durch die Katalysatormasse hindurchgeführtes Zentralrohr geleitet werden, und bei der die den Druck aushaltende Wandung von der Katalysatorkammer durch einen Raum thermisch isoliert ist, der einen bei der Reaktionstemperatur flüssigen Körper ent- iao hält, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Raum außerdem mit einem Rohr oder

   aufeinandergesetzten Ringen aus festen, die Wärme schlecht leitendem Material ausgestattet ist und das Zentralrohr sowie das Schlangenrohr zur Durchleitung des zum Erhitzen der Vorrichtung nötigen elektrischen Stromes Verwendung finden.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Stach ein zum Stützen der Katalysatormasse und mit Isolationsscheiben (D) zum Verhüten der Bildung von Kurzschlüssen ausgestattete Rohr (t) an seinem unteren Ende an einen Stromabnehmer, an seinem oberen Ende an das Schlangenrohr (S) angeschlossen ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, insbesondere zur Hochdrucksynthese des Ammoniaks geeignet, bei der zur Bildung der isolierenden Flüssigkeit ein Gemisch von Ätzkali und Ätznatron Verwendung findet, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Stoff des Rohres oder der aufeinandergesetzten Ringe, die von dieser Flüssigkeit bespült werden, aus Eisenoxyduloxyd besteht.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.