DE421665C - Verfahren zur Ausnutzung der bei der Oxydation von Metalloidwasserstoffverbindungen zu Mineralsaeuren frei werdenden Energie - Google Patents

Verfahren zur Ausnutzung der bei der Oxydation von Metalloidwasserstoffverbindungen zu Mineralsaeuren frei werdenden Energie

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DE421665C
DE421665C DEB93270D DEB0093270D DE421665C DE 421665 C DE421665 C DE 421665C DE B93270 D DEB93270 D DE B93270D DE B0093270 D DEB0093270 D DE B0093270D DE 421665 C DE421665 C DE 421665C
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J3/00Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
    • B01J3/06Processes using ultra-high pressure, e.g. for the formation of diamonds; Apparatus therefor, e.g. moulds or dies
    • B01J3/08Application of shock waves for chemical reactions or for modifying the crystal structure of substances

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Description

  • Verfahren zur Ausnutzung der bei -der Oxydation von Metalloidwasserstoffverbindungen zu Mineralsäuren frei werdenden Energie.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Luft, im Überschuß.
  • Beispiel 1.
  • 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.
  • Beispiel 2.
  • 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.
  • Energie.
  • Beispiel 3.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • Die vorliegende Erfindung erstreckt sich nicht auf die bekannte Bildung von Kohlensäure durch Verbrennen von Kohlenwasserstoff-Luft- Gemischen.

Claims (3)

  1. PATENT-ANSPRÜCHE: I. Verfahren zur Ausnutzung der bei der Oxydation von Metalloidwasserstoffverbindungen zu den entsprechenden Mineralsäuren frei werdenden Energie, dadurch gekennzeichnet, daß man die zu oxydierende Wasserstoffverbindung des Metalloids, besonders Schwefel, Stickstoff, Phosphor, mit Sauerstoff enthaltenden Gasen in solchem Verhältnis mischt, daß ein explosives Gemisch entsteht, und dieses Gemisch in dem Explosionszylinder eines Gasmotors zur Verbrennung bringt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß man die nach der Explosion entweichenden Auspuffgase in einem Oberflächenkondensator als Abwärmeverwerter zwecks Erzeugung von Abwärmekraft abkühlt und kondensiert.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß man durch Zufügung indifferenter Gase die Explosivität des Gemisches vermindert.
DEB93270D 1920-03-09 1920-03-09 Verfahren zur Ausnutzung der bei der Oxydation von Metalloidwasserstoffverbindungen zu Mineralsaeuren frei werdenden Energie Expired DE421665C (de)

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DE959547C (de) * 1951-03-20 1957-03-07 Lennart Wikdahl Verfahren zur Durchfuehrung exothermer chemischer Reaktionen zwischen gasfoermigen Reaktionsteilnehmern unter Gewinnung mechanischer Energie

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