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Verfahren zum Erhitzen von festen, flüssigen oder gasförmigen Körpern
zum Zwecke der Herbeiführung chemischer Umsetzungen.
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Beim Erhitzen von Körpern oder Mischungen zum Zwecke der Herbeiführung
von chemischen Umsetzungen ergeben sich des öfteren gewisse Schwierigkeiten, wenn
diese Umsetzungen solcher Art sind, daß sie durch exothermische Reaktionen gestört
werden können.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß beim Vorhandensein einer
verhältnismäßig großen Masse eines Körpers, der ein guter Wärmeleiter ist und eine
Temperatur besitzt, die nicht über derjenigen liegt, bei welcher die exothermische
Reaktion beginnt, die entwickelte Wärme augenblicklich über die große Masse des
Körpers sich verteilt, ohne daß die Temperatur des letzteren sich merklich steigert;
hierdurch wird die exothermische Umsetzung vermieden oder wenigstens doch in hohem
Grade eingeschränkt.
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Zur Ausführung des Verfahrens werden der zu erhitzende Körper oder
die zu erhitzende Mischung in fein verteiltem Zustande und in beständiger Bewegung
in Berührung mit der Masse des gut leitenden Stoffes gehalten, so daß jede auftretende
exothermische Wärme schnell von dem Körperteilchen des der Umsetzung unterworfenen
Körpers abgeleitet wird.
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Als große Masse des wärmeleitenden Stoffes wird vorzugsweise ein
Bad von geschmol -zenem Metall vorgesehen. Die Benutzung eines solchen Bades als
Wärmequelle zur Herbeiführung von chemischen Umsetzungen ist bekannt und insbesondere
auch schon für die Verkohlung von organischen Stoffen, welche in den meisten Fällen
einen exothermischen Prozeß darstellt, benutzt worden. Das Bad ist indessen bisher
ohne Rücksicht auf seine Anwendung als WänneaufnahmemitLel, ausschließlicll als
Heizmittel angewendet worden, wobei die Wärme hierdurch in wirtschaftlicherer Weise
zugeführt wurde, als es durch Erhitzen eines das Material enthaltenden Gefcißes
von außen möglich war.
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So ist in der Schweizer Patentschrift 27390 vorgeschlagen worden,
Holz durch ein Bad von geschmolzenem Blei mittels eines endlosen Bandes hindurchzuführen
zu dem Zweck, das Holz in Holzkohle umzuwandeln. Wenn man Holz in dieser Weise zur
Herstellung von Holzkohle behandelt, ist es nötig, das Bleibad auf eine Temperatur
von 600 bis 7000 C zu erhitzen, die erheblich über der Temperatur liegt, bei welcher
die exothermische Umsetzung beginnt, welche die trockene D estillalation des Holzes
herbeiführt. Es folgt daraus, daß in einem Bade von einer derartig hohen Temperatur
die Wirkung der vorliegenden Erfindung niemals erhalten werden kann. Im übrigen
war bei diesem Verfahren die notwendige sehr feine Verteilung des zu erhitzenden
Körpers, also des Holzes, noch nicht erkannt worden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der fein verteilte Körper durch
geschmolzenes Metall hindurchgehen gelassen, das auf einer Temperatur erhalten wird,
die im wesentlichen gleich derjenigen ist, bei welcher die störende exothermische
Umsetzung beginnt, so daß jede Wärmemenge, die in dem Körper entwickelt wird, und
sonst seine Temperatur steigern würde, schnell von dem geschmolzenen Metall aufgenommen
wird.
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Die Erfindung soll im nachstehenden beispielsweise an der Hand der
trockenen Destillation von Holz und der Oxydation von Methan zwecks Herstellung
von Formaldehyd beschrieben werden.
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Es ist praktisch unmöglich, Holz in fein verteiltem Zustande nach
den bisher üblichen Destillationsverfahren zu behandeln, da die in einer gewissen
Phase des Prozesses auftretende und auf Wärmefreiwerden zurückzuführende Temperatursteigerung
so heftig ist, daß eine teilweise Zerstörung der wertvollen D estillationsprodukte
eintritt.
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Nach der Erfindung wird das fein verteilte Holz beispielsweise in
Form von Sägespänen oder Hobelspänen mit geeigneter Geschwindigkeit durch ein Bad
von geschmolzenem Metall hin durchgehen gelassen, das auf einer Temperatur von 450°
gehalten wird. Die D urchgangsgeschwindigkeit hängt von der Feuchtigkeitsmenge des
Holzes ab. Ein brauchbares Verfahren des Hindurchführens durch das Metall besteht
darin, daß die Sägespäne 0. dgl. unter der normalen Oberfläche des geschmolzenen
Bleis mittels einer umlaufenden
Trommel hindurchgehen gelassen
werden. Vorzugsweise;wird eine Destillationsvorrichtung benutzt, die ein endloses
Band besitzt, das über umlaufende Trommeln läuft, und das mit seinem unteren Trum
unter die Oberfläche des geschmolzenen Metalls taucht.
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Die Sägespäne werden durch eine gasdichte Zuführvorrichtung in das
Ende der Retorte eingeführt, wo das Band in das geschmolzene Metall, in diesem Falle
Blei, hinabgeht, welches auf 350 erhitzt ist. Die Sägespäne werden durch das Band
in Schichtform zwischen dem unteren Trum und dem geschmolzenen Blei bewegt und werden
verkohlt. Die entstandenen Dämpfe und Gase entweichen um die Kanten des Bandes herum
und verlassen die Retorte durch den Gasabzug und gehen von dort zu einer Kondensationsvorrichtung.
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Die Holzkohle wird auf die Oberfläche des Bleis am anderen Ende der
Retorte gefördert, von wo sie durch eine gasdichte Vorrichtung abgezogen wird.
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Die Vorteile der Trockendestillation von Holz nach der Erfindung
ergeben sich aus folgenden Vergleichsversuchen.
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Zwei gleiche Mengen desselben Holzes in gleicher feiner Verteilung
wurden einmal durch Erhitzen der geschlossenen Masse durch starre Wände hindurch
behandelt, das andere Mal durch Eintauchen in geschmolzenes Blei bei ungefähr 350
C. Bei der Behandlung im Bleibade wurden an Produkten wie Methylalkohol und Essigsäure
gegenüber dem erstgenannten Verfahren 20 bis 25 Prozent mehr erhalten, während der
Teer eine Abnahme von etwa 40 Prozent erfuhr.
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Die teilweise Oxydation des Methan kann dadurch ausgeführt werden,
daß eine Mischung von 60 bis 80 Volumen Methan und 40 bis 20 Volumen Luft (oder
der entsprechenden Menge von Sauerstoff) in Form von feinen Gasblasen durch geschmolzenes
Metall, das auf 350 bis 4000 C: erhitzt ist, hindurchgehen gelassen wird.
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Eine geeignete Vorrichtung hierfür ist in der beiliegenden Zeichnung
beispielsweise schematisch dargestellt. n ist ein Gasbehälter, der Methan enthält,
b ein Ventil, das für den Zutritt von Luft eingestellt werden kann; c ist eine Pumpe,
welche Methan und Luft einsaugt und dieses Gemisch in die Glocke d hineinpreßt,
die in ein Bad e von geschmolzenem Blei untergetaucht ist. das auf einer Temperatur
von 350 bis 3oo"C durch eine geeignete, nicht dargestellte Heizvorrichtung gehalten
wird. Die Gase werden nach Durchgang durch das Blei durch die Wirkung der Pumpe
c durch den Kondensator f hindurchgezogen, wo der Formaldehyddampf kondensiert wird.
Das Kondensat fließt in den Aufnahmebehälter g. Der Raum über dem Bleibad e ist
mit dem in den Aufnahmebehälter führenden Rohr g mittels eines Rohres verbunden,
das zweckmäßig geknickt ist oder sonstwie wenigstens teilweise eine Abwärtsneigunggegen
das in den Behälter g eintauchende Rohr zeigt, damit eventuell kondensierte Formaldehyddämpfe
in den Behälter g und nicht in das Bleibad zurücklaufen. Die unveränderten Gase
gehen aus dem Raum über dem Bleibad e durch das vorbeschriebene Verbindungsrohr
zu dem unteren Ende des Isondensatorrohres/durch den Kondensator hindurch und wieder
zur Pumpe. In dieser Weise laufen die Gase ununterbrochen um, und die Zufuhr frischer
Gase wird so eingestellt, daß sie der Menge entspricht, welche bei jedem Umlauf
in Form von Formaldehyd wieder ausscheidet. Diese Menge beträgt ungefähr 2 Prozent
von der bei jedem Umlauf theoretisch möglichen.
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PATENT-ANSPRÜCHE : I. Verfahren zum Erhitzen von festen, flüssigen
oder gasförmigen Körpern zum Zwecke der Herbeiführung chemischer Umsetzungen, welche
durch exothermische Erhitzung gestört werden können, dadurch gekennzeichnet, daß
die Erhitzung in Gegenwart einer verhältnismäßig großen Menge eines Stoffes, der
ein guter Wärmeleiter ist und bei einer Temperatur stattfindet, die annähernd gleich
ist derjenigen, bei welcher die exothermische Umsetzung beginnt, so daß jede durch
den exothermischen Prozeß frei gewordene Wärme schnell durch die große Masse verteilt
wird, ohne daß deren Temperatur merklich gesteigert wird.