DE368531C - Verfahren und Vorrichtung zur Synthese des Ammoniaks - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 5. FEBRUAR 1923

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 12 k GRUPPE

(S58062 IFfi2k)

Societe l'Air Liquide, Societe Anonyme pour l'Etude et FExploitation des Procedes Georges Claude in Paris.

Verfahren und Vorrichtung zur Synthese des Ammoniaks. Patentiert im Deutschen Reiche vom 15. November 1921 ab.

Für diese Anmeldung ist gemäß dem Unionsvertrage vom 2. Juni 1911 die Priorität auf Grund der Anmeldung in Frankreich vom 20. November 1920 beansprucht.

Vorliegende Erfindung betrifft die weitere Ausbildung des anderweitig (siehe z. B. französische Patentschrift 524648) beschriebenen Verfahrens zur Synthese des Ammoniaks,' gemäß welchem die in Reaktion zu bringenden" Gase bei indirekter Berührung der Kontaktsubstanz erhitzt werden, indem man sich hierzu einer zwischengeschalteten Wandung bedient, deren Wärmeleitfähigkeit so gewählt ist, daß nach . Einstellung des/normalen Betriebes die^vGäse-io

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die katalytisch^ Substanz bei einer Temperatur. erreichen, welche die normale Unterhaltung; der Reaktion gestattet und vorzugsweise auf dem niedrigsten Wert steht.

Der nachfolgend beschriebenen Erfindung gemäß muß die Wärmeleitfähigkeit dieser Wandung, z. B. des die Kontaktsubstanz enthaltenden Rohres, noch eine weitere Bedingung erfüllen. Es muß nämlich nicht nur der Wärmeaustausch durch die Wandung des Kontaktrohres hindurch im ganzen so sein, daß die Gase mit passender Temperatur auf die Kontaktmasse gelangen, sondern es muß auch, der Wert der Leitfähigkeit von jedem Elemente der Rohrwand ein solcher sein, daß die durch die Reaktion in der diesem Element entsprechenden Kontaktschicht entwickelte Wärme, und nur diese, auch dort durch die außen vorbeistreichenden Gase aufgenommen wird. Mit diesem Kunstgriff, und insbesondere im Falle der Anwendung von Hyperdrücken dank dem aus der Benutzung passender Druckhöhen sich ergebenden hohen Verbindungsfaktor, strebt man einem Ideal zu, das erreicht wird, wenn die Reaktion in der ganzen Länge der Kontaktmasse bei einer Temperatur stattfindet, die, unter Gewährleistung einer guten Ausbeute, so gleichmäßig und niedrig als möglich ausfällt, was für die Reaktion selbst und für die Erhaltung der Kontaktstoffe höchst günstig ist. Für wirksame Katalysatoren, die gegenwärtig verwendet werden, liegen diese passenden Hyperdrücke in der Größenordnung von 1000 Atm.; für weniger wirksame Katalysatoren wurden sie darüber hinausgehen und für wirksamere Katalysatoren darunterbleiben. Zur Erfüllung der vorerwähnten zusätzlichen Bedingung muß die Abnahme des wärmeisolierenden Wertes der Isolation (falls man zu diesem Mittel greift, um die Wärmeleitfähigkeit, zai regeln) von der Stelle ab stattfinden, an welcher die in Reaktion zu bringenden Gase in das äußere Rohr eintreten-und an welcher die Reaktion wenig intensiv und der Temperaturunterschied maximal ist, bis zum anderen Rohrende, wo die Temperaiurdifferenz theoretisch gleich Null ist und demzufolge besagte Isolation Null betragen- muß. Im übrigen läßt sich auf rechnerischem oder experimentellem Wege leicht die Gesetzmäßigkeit bestimmen, nach der die Veränderung des Wertes dieser . Wärmeisolation zu erfolgen hat.

Die zweeks Herbeiführung dieser Wertänderung zu erfüUendenBedingung'eit können-auch, namentlich bei großen Apparaten, mit einem aus Metall von schlechter Wärmeleitfähigkeit ' bestehenden, Innenrohr erreicht werden, dessen Dieke. sich von einem bis zum anderen Ende in. passender Weise ändert.

Die eben angestellten Erwägungen haben naturgemäß nur insoweit Anspruch auj. Genauigkeit, als die reagierenden Gase gleichmäßig • durch die Kontaktsubstanz hindurchstreichen. Es kann aber vorkommen, namentlich in ■ Rohren von weitem Querschnitt und speziell an den Stellen, wo die Reaktion am intensivsten ist, daß in den mittleren (achsial gelegenen) Teilen der Kontaktmasse ein beträchtlicher Temperaturüberschuß gegenüber den am Umfang gelegenen Teilen entsteht, wo der äußere Gasstrom die Abkühlung bewirkt. Dies beschleunigt die Abnutzung der Kontaktstoffe. Um diesem Übelstand zu begegnen, zwingt man , erfindüngsgemäß die gesamtenGase, in genügend kurz aufeinanderfolgenden Zwischenräumen an die Wandung heranzutreten, wodurch ein Vermischen der kälteren mit den wärmeren Teilen der Gase erfolgt. Um dies in einfacher Weise zu erreichen, kann man beispielsweise beim Einbringen der Kontaktmasse in das Rohr in geeigneten Abständen Ringe, beispielsweise aus Blechstücken, dazwischenlegen, welche einen etwas geringeren Durchmesser besitzen als das Rohr und abwechselnd voll oder in der Mitte durchlocht sind. Statt ihrer kann man auch volle, mit Einschnitten versehene Ringe benutzen und die Einschnitte übereinander so anordnen, daß die Gase gezwungen sind, das Rohr nach einer Schraubenlinie zu durchströmen. Bemerkt sei, daß diese letzte An-Ordnung, indem sie jedes innere Gasmolekül zwingt, auch nacheinander die verschiedenen Erzeugenden der Wandung zu bestreichen, ganz erheblich die Nachteile verringert, die die mangelhafte Zentrierung des die Kontaktsubstanz enthaltenden Rohres gegenüber dem drucktragenden Rohr verursacht.

Damit sich das Gas keine Gänge in die Kontaktsubstanz bahnt, empfiehlt es sich, die Kontaktsubstanz fest einzustampfen und den Apparat senkrecht zu stellen mit unten befindlicher Einströmung für. die kalten Gase.

Vorliegende Erfindung bezweckt ferner die Überwindung einiger Schwierigkeiten, "die ins-"besondere bei Ammoniakbildungsrohren für hohe Leistungen vorkommen, namentlich wenn •diese Rohre dick und kurz sind. So kann es, da an der Stelle, wo die eintretenden Reaktipnsgase auf die Kontaktsubstanz gelangen, die Reaktion sehr lebhaft, aber das Verhältnis der Größe der Leitflächen zum Innenvolumen sehr gering ist, vorkommen, daß die Ableitung der gesamten Reaktionswärme unmöglich ist und so äie Temperatur in diesem Teil mehr "oder weniger über die günstige' Höhe hinausgeht, wodurch die Lebensdauer der Kontaktmasse und die Erhaltung des äußeren Rohres gefährdet werden. ■

Diesem Übelstand kana man gemäß der Erfindung, dadurch begegnen, daß man in o'der_:i2o ohne, .Kombination. mit dem voibesehriebenen, Verfahren. eine Koataktmasse verwendet, die/ .-,

so zusammengesetzt ist, daß ihre Wirksamkeit· von der Stelle ab, an der die eintretenden Gase mit ihr in Berührung gelangen, bis zum 'Austritt der Gase zunimmt.

Zu diesem Zwecke kann man beispielsweise ungefähr dort, wo die eintretenden Gase auf die Kontaktmassen gelangen, aufeinanderfolgend Schichten verschiedener Kontaktstoffe gebrauchen, derart, daß sie von der Gaseintrittsstelle ab an Wirksamkeit zunehmen. Man kann aber auch die Reaktion dadurch mäßigen, daß man in dieser Zone den Raum der Kontaktmasse verringert, ohne die Größe der Wärmeleitfläche zu verringern. Dies erreicht man bei-

spielsweise durch Verringerung des Gasdurchgangsquerschnittes in der Kontaktmasse, z. B. indem man diesen Querschnitt in einer gewissen Länge mittels eines passenden Körpers teilweise verstopft.

Die Zeichnung veranschaulicht schematisch eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes unter Anwendung einer Wärmeschützbekleidung von zunehmender Leitfähigkeit. Die Kontaktmasse C ist in einem Rohr Γ enthalten, das von einer Wärmeschützmasse \E umgeben ist, deren Dicke abnimmt und beispielsweise nicht ganz bis zum Ende des Rohres T reicht. Im Innern des Rohres T befindet sich ein Kern N aus unangreifbarem Stoff.

Dieser Kern nimmt im Querschnitt ab und erstreckt sich über eine gewisse Länge des Innenrohres/soweit es keine oder nur wenig Wärme- ^schutzmasse aufweist.

Das drücktragende und der direkten Be-

rührung der Gase ausgesetzte Außenrohr H kann, wie anderweit gezeigt ist, ebenfalls von einer Wärmeschutzmasse umgeben sein. .

Die in Reaktion zu bringenden, durch A einströmenden Gase gelangen in den Raum B, in welchem sie sich infolge der vorgesehenen Wärmeschutzbekleidung £ von abnehmender Dicke nach und nach erhitzen, um darauf mit geeigneter Temperatur in die Kontaktmasse einzutreten, die sie durchströmen, hierbei zunächst um den Kern N herumstreichend.

Da die genaue Erreichung und Erhaltung des richtigen Wertes der Leitfähigkeit in jedem Punkte des Rohres T einige Schwierigkeiten bereiten kann, und da die Betriebsbedingungen, wie Drückhöhe, Zusammensetzung der Reaktionsgase und Erhaltung der Kontaktstoffe usw., sich ändern können, so kann man natürlich die erforderliche Temperatur durch geeignete Regulierungsmittel aufrechterhalten, ζ. Β. durch Benutzung elektrischer, an der Außenseite des Rohres H angeordneter Heizdrähte S. Diese Beheizung läßt man dauernd wirken, wenn der Drück, einen niedrigeren Wert hat als derjenige, der passend, d.h. notwendig ist, um mit dem benutzten Katalysator und bei der gewählten Reaktionsgeschwindigkeit von selbst die erforderliche Temperatur zu sichern, wobei dieser »passende« Wert in der Größenordnung von r ooo Atm. liegt, wenn gute gebräuchliche Katalysatoren verwendet werden.

Claims (3)

Patent-Ansprüche: '

1. Verfahren= zur Synthese des Am-.moniaks aus seinen Elementen, bei welchem die in Reaktion zu bringenden Gase durch indkekteJ[Berührung der in einem Gefäß,

z. B. in einem Rohr, enthaltenen Kontaktmasse auf die normale Reaktionstemperatur vorgewärmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsenergie und der dadurch erzeugten Reaktionswärme in jedem Querschnitt des Gefäßes oder des Rohres auch die Wärmeleitfähigkeit der Gefäßwandung dieser Stelle angepaßt wird, so 80" daß die Wärme dort so genau wie möglich an die in Reaktion zu, bringenden Gase abgegeben wird. ^

2. Vorrichtung zur Ausübung^des^Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß entweder das die Kontaktmasse enthaltende Rohr aus Metall an der Außenseite mit feinem Wärmeschutzmittel derart bekleidet ist, daß die Wärmeableitung am Rohr entlang im Sinne der zuströmenden Gase zunimmt, oder^daß das Rohr selbst von einem bis zum anderen Ende verschiedene Wandstärken mit im Sinne der zuströmenden Gase zunehmendem Wärmedurchtritt besitzt.

3. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch ι behufs Aufrechterhaltüng der zur Reaktion nötigen Wärme, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kontaktmasse derart zusammensetzt oder ihre Menge, z. B. durch Einschieben eines Körpers aus unangreifbarem Stoff, derart bemißt, daß ihre Wirksamkeit von der Gaseintrittsstelle bis zum Gäsaustritt zunimmt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.