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Verfahren zur Ausnutzung der bei -der Oxydation von Metalloidwasserstoffverbindungen
zu Mineralsäuren frei werdenden Energie.
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Bei der Oxydation von Metalloidwasserstoffverbindungen, wie Schwefelwasserstoff,
Ammoniak, Phosphorwasserstoff und andere, zu den entsprechenden Säuren: Schwefelsäure,
Salpetersäure, Phosphorsäure und andere werden recht erhebliche Energiemengen frei,
deren Ausnutzung bisher höchst unvollkommen war oder gänzlich außer acht gelassen
wurde. Das vorliegende Verfahren zur Ausnutzung der bei der Oxydation von Metalloidwasserstoffverbindungen
zu Säuren frei werdenden Energie besteht darin, daß man das zu oxydierende Gas mit
Sauerstoff enthaltendem Gas in solchen Mengen mischt, daß ein explosives Gemenge
entsteht, und dieses Gemenge in den Explosionszylinder eines Gasmotors zur Verbrennung
bringt.
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Da das Reaktionsprodukt den Auspuff des Motors mit hoher Temperatur
verläßt, oft auch noch in reaktionsfähigem Zustand, so kann man die Wärmeausbeute
dadurch erhöhen, daß man die Abkühlung und Kondensation der Abgase zwecks Erzeugung
von Abwärmekraft in einem Oberflächenkondensator als Abwärmeverwerter vornimmt.
Das bei der explosiven Oxydation von Schwefelwasserstoff entstehende Gasgemisch
besteht aus SO3 und H20 mit einer Temperatur von etwa 5000 C. Leitet man diese Gase
beispielsweise in die Heizröhren eines Dampfkessels, d. h. eines Abwärmeverwerters,
so vereinigen sie sich dort zu einer abgekühlten Schwefelsäurelösung und geben außer
der ihrer Wärmekapazität entsprechenden Wärmemenge noch die Kondensationswärme des
Wassers und die Lösungswärme des SO3 in Wasser ab, womit Dampfkraft erzeugt werden
kann.
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Erfahrungsgemäß arbeiten die Gasmotoren am günstigsten, wenn der
Energiegehalt des ihnen zugeführten Gasgemisches ein bestimmter oder wenigstens
ein innerhalb gewisser Grenzen liegender ist, und zwar rechnet man beispielsweise
mit durchschnittlich 600 Kal. auf den Kubikmeter Explosionsgemisch, auf welche Gemischwerte
die Leuchtgasmotoren z. B. durchkonstruiert zu werden pflegen. Um diesen Wert auch
bei vorliegendem Verfahren innezuhalten, mischt man vorteilhaft zu solchen Explosionsmischungen,
die zu großen Energieinhalt haben, indifferente Gase, z. B.
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Luft, im Überschuß.
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Beispiel 1.
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Io00 cbm-H2S werden mit I I ooo cbm Luft gemischt und dem Explosionszylinder
zuge-- führt. Die theoretische Lufllllenge von 8675 chm würde 760 Kal./chm geben,
also einen für den Motor zu hohen Wert. Bei einer Ausnutzung von 27,5 Prozent der
zugeführten Verbrennungswärme im Motor bekommt man rund 2I I0 kW/Std unmittelbare
Energie, da die Reaktionsenergie rund 61/2 Millionen Kalorien beträgt. Die Hälfte
der letztgenannten Wärmemenge geht mit den Auspuffgasen fort und kann zusammen mit
etwa 13/4 Millionen Kalorien Lösungswärme und 0,5 Millionen Kalorien Kondensationswärme
mit etwa
15 Prozent Ausbeute in 770 kW/Std. Dampf kraft verwandelt
werden, ohne den Maschinenabdampf noch zu rechnen. Es geben somit I000 cbm H2S neben
4400 kg H2SO4 rund 2900 kW/Std.
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Beispiel 2.
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1000 cbm Ammoniak werden mit 1140 cbm reinen Sauerstoff und 4000
cbm Luft gemischt und nach dem Explosionszylinder gefördert. Eine Mischung von I000
cbm NH3 und der entsprechenden Luftmenge von 9600 cbm würde eine Mischung von 342
Kal/cbm gehen, also unter Umständen eine zu schwache. Wie oben berechnet sich aus
der Verbrennungswärme von rund 3½ Millionen Kalorien eine unmittelbare Kraftausbeute
von 1160 kW/Std., aus den Abgasen auf 35okW/Std., so daß man bei der Oxydation von
I000 cbm Nil3 außer 3633 kg HNO3 von 450 Be bekommt: 1500 kW/Std.
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Energie.
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Beispiel 3.
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Iooo cbm NH3 und 1000cbm X, werden mit 500 cbm Luft und 2500 cbm
0, gemischt und zur Explosion gebracht. Man bekommt neben 4500 kg HNO3 von 39° Be
einen Energieertrag von 2600 kW/Std.
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Zur Vermeidung von Schädigungen der Apparatur, insbesondere der Explosionszylinder
bei der Bildung von Säurelösungen aus Metalloidwasserstoffverbindungen unter Oxydation
derselben im Gasmotor ist folgende Vorsichtsmaßregel zu beachten: Es ist bei der
vorliegenden Arbeitsweise stets dafür zu sorgen, daß nach Aufhören der Oxydation
von H2S,NH3 usw. im Explosionsmotor unter allen Umständen durch mehrmaliges Nachverbrennen
von nicht Mineralsäuren bildenden Gasgemischen, also z.B.
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H2+Luft, CO+Luft, oder durch heiße neutrale Gase jegliche Verdichtung
von Säurelösung im ganzen Bereich der Explosionsmaschine und ihrer Abgasführung
verhütet wird. Ferner geht die Schaffung der richtigen Arbeitstemperatur im Zylinder
und in der Abgasleitung auf die gleiche Weise dem Beginn der chemischen Explosionsverbrennung
selbstverständlich voraus, um so mehr, als auch im Anfang eine Verdichtung im Bereich
der Gasmaschine, sofern deren Eisenwände nicht besonders geschützt sind bzw aus
säurefester Eisenlegierung bestehen, ausgeschlossen werden muß.
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Bei der Verbrennung des Gemisches von z B. H2Si + H2 + Luft werden
augenblicklich unter dem hohen Druck SO2 und Wasserdampf bei sogar weit höherer
Verbrennungstemperatur als 5000 C im brennenden Gewisch selbst gebildet, die durch
die übliche Kühlung der Zylinderwände mittels Wasser gedämpft wird auf die Temperatur
von etwa 450 bis 5000 C fühlbarer Wärme, mit welcher die Abgase in die Auspuffleitung
ziehen. Der hohe Druck wirkt der sonst bei der hohen Temperatur möglichen Spaltung
des SO3 in SO2+O entgegen. Es zieht SO3-Dampf und Wasserdampf 450 bis 5000 C heiß
durch die Auspuffleitung, um erst im Abwärmeverwertcr Irei stärkerer Abkühlung das
Monohydrat zu bilden. Daß man die Zylinder nicht zu weit abkühlen darf, weil sonst
die Verbrennung nicht gleichzeitig vorwärts schreitet, zeigt die Bemerkung im Loeffier-Riedler,
Ölmaschinen, Berlin 1916, S.503, vorletzter Absatz, wonach sogar Kühlung der Gas-
oder Olmaschine mit »Heißwasser« unter Druck (= 300 bis 4000 C) nach vielen Erfahrungen
im Großbetrieb für die Verbesserung des Wärmezustandes in der Maschine große Vorteile
bietet.
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Sogar der Abwärmeverwerter sollte besonders für die Schwefelsäurebildung
aus eisernen Röhren bestehen können (s. L u n g e, Sodaindustrie, I. Bd., III. Aufl.
S. I73 u. I74, ferner S. 922 sowie 930 u. 93I), da man bekanntlich starke Schwefelsäure
in schmiedeeisernen Kessein aufbewahren und transportieren kann, wofern nur Zutritt
feuchter Luft ausgeschlossen wird, und da man sogar schwäche-re Schwefelsäure -in
Eisenappataten konzentrieren - kann-- (s. Lunge, a. a. Q, S. 789, Zeile 15 von unten).
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Bei der HNO3-bildung aus NH3 auf diesem Wege wird man sich -durch
säurefeste Legierungen mit Silicium, Vanadin u. dgl. oder durch Emaillieren reine
Säure sichern, wenn es sich um Herstellung schwächerer Säure handelt Sollten sich
bei Verbrennung eines Metallloidwasserstoffes, z. B. Siliciumwasserstoff, falls
jemals praktisch genügende Mengen in einem Betrieb anfallen sollten, sich staubartige
Säureanhydride (SiO2) neben-dem Wasserdampf bilden, so läßt sich die Gefahr des
Scbmirgelns, wenn diese überhaupt bei dem unfühlbar feinen Niederschlag zu fürchten
wäre, der vielleicht sogar eher schmiert als schmirgelt, jedenfalls weitgehend vermeiden,
wenn der Explosionszylinder für Kieselwasserstoffverbrennung verti.kal -aufgestellt
und die Arbeit so geleitet wird, daß die Explosion von oben nach unter, also vertikal,
erfolgt, so daß der vornehmlich nach unten geschleuderte Staub jedesnial juit den
Abgasen hinausgeblasen wird.
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Im übrigen wird auch darauf hingewiesen, daß die Gichtgasmotoren
mit gewiß nicht vollständig statubfreiem Gas jahraus, jahrein laufen. Es kommt eben
durchaus auf die Staubart an, ob sie schmirgelt oder ob sie
schmiert,
und bei dermaßen ausgeschiedenem Staub, wie er hier unfühlbar fein ausfällt, ist
Schmierung wie mit Graphit zu erwarten.
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Die vorliegende Erfindung erstreckt sich nicht auf die bekannte Bildung
von Kohlensäure durch Verbrennen von Kohlenwasserstoff-Luft- Gemischen.