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Verfahren und Vorrichtung zur synthetischen Herstellung von Ammoniak.
Bei der Ammoniaksynthese mittels Katalysatoren unterscheidet man heute in der Hauptsache
zwei Verfahren, und zwar ein solches, bei welchem mit Drucken bis zu 40o Atm., und
ein solches, bei welchem mit Drucken von 400 bis 2ooo Atm. gearbeitet wird.
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Bei letzterem arbeitet man mit hohen Ammoniakkonzentrationen, es hat
aber den großen Nachteil, allzu große Wärmemengen zu erzeugen, deren Abführung mit
großen Schwierigkeiten verbunden ist, ganz abgesehen davon, daß diese Wärmemenge
bis jetzt für die Ammoniaksynthese selbst nicht nutzbar gemacht werden konnte. Bei
dem ersteren Verfahren dagegen, bei dem man nur mit niedrigen Drucken arbeitet,
erhält man im allgemeinen nur geringe Ammoniakmengen,. deren restlose Entfernung
aus dem Gasgemisch zwar unbedingt notwendig ist, sich jedoch bis heute entweder
nur unvollkommen durchführen läßt oder sich wirtschaftlich ungünstig gestaltet.
Gemäß der Erfindung sollen nun diese beiden Übelstände, nämlich die Nichtausnutzung
der Reaktionswärme beim Hochdruckverfahren für die Ammoniaksynthese selbst und die
wirtschaftlich unrationelle und unvollständige Entfernung des Ammoniaks aus dem
Gasgemisch bei dem Niederdruckverfahren, beseitigt werden. Dies geschieht nach dem
neuen Verfahren auf einfachste Weise dadurch, daß man die beiden Verfahren zu einem
einzigen vereinigt, was mittels ddr in der Zeichnung beispielsweise schematisch
in zwei Ausführungsformen dargestellten Vorrichtung auf folgende Art geschehen kann:
Ein HochdruckrohrA (Abb. i), z. B. mit einer lichten Weite von etwa 5o bis 6o mm,
wird in bekannter Weise mit einer Innenheizung versehen und mit Kontaktmasse gefüllt.
Dieses Hochdruckrohr A, in dem z. B. 6oo Atm. Druck herrschen, wird mit einem liederdruckrohr
B, in dem etwa Zoo Atm.
Druck herrschen, konzentrisch umgeben und
letzteres ebenfalls mit Kontaktmasse gefüllt. Hierdurch werden zweierlei Vorteile.erreicht.
Einmal wird die im Hochdruckrohr erzeugte Reaktionswärme durch Strahlung an die
Kontaktmasse des NiederdruckrohresB abgeführt. Gleichzeitig erreicht man hierdurch
einen zweiten Vorteil, der darin besteht, die Druckbelastung des Rohres A um den
Betrag des Druckes im Niederdruckrohr zu entlasten. Dies bedeutet mithin nicht nur
einen konstruktiven Vorteil, sondern gewährleistet gleichzeitig auch eine erhöhte
Betriebssicherheit bei einer gewissen Materialersparnis für die Herstellung des
Hochdruckzylinders A.
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Die für den Niederdruckkatalysator benötigte Wärmemenge wird durch
richtige Auswahl des Druckes und des Katalysators im Rohr A geregelt. Die Auswahl
dieses Katalysators wird derart getroffen, daß er z. B. bei 6oo Atm. eine solche
Ausbeute an Ammoniak gibt, daß die entstandene Reaktionswärme ausreicht, um den
Katalysator im Niederdruckrohr auf die notwendige Reaktionstemperatur zu bringen.
Da bekanntlich die Ammoniakkonzentration proportional dem Drucke ansteigt, so hat
man es in der Hand, durch Regulierung des Druckes im Hochdruckrohr Ausbeute und
Reaktionswärme und mithin auch die Erhitzung des Niederdruckkatalysators in den
erforderlichen Grenzen zu halten.
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Nach Austritt der Gasgemische aus den Kontaktbehältern werden beide
Gasströme von Zoo und 6oo Atm. vereinigt und das gebildete Ammoniak zur Kondensation
gebracht. Während dies bei dem Hochdruckverfahren durch einfache Abkühlung gelingt,
ist es bei dem Niederdruckverfahren ausgeschlossen. Hierbei war bis jetzt Absorption
durch Wasser oder Schwefelsäure notwendig, was zum Teil sehr umständlich, zurr Teil
unvollkommen und gefährlich und mit viel Arbeit und Unkosten verbunden war. Nach
der Erf ndung gelingt es indessen,. das Ammoniak aus den beiden Gasströmen durch
einfache Kühlung zur Kondensation zu bringen. Zu diesem Zwecke wird der Hochdruckgasstrom
auf den Druck des Gasstromes im Niederdruckzylinder entspannt. Durch diese Entspannung
wird das Gasgemisch derart gekühlt, daß sich das Ammoniak in den nunmehr vereinigten
Gasströmen ohne weiteres kondensiert. Auf diese Weise gelingt -es im Gegensatz zu
dem bekannten Verfahren, das Ammoniak durch einfache Entspannung sowohl aus dem
Hochdruck- als auch aus dem Niederdrucksystem zu entfernen.
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Angenommen, es sei im Hochdruckrohr A eine Gasgeschwindigkeit von
5o cbm in der Stunde und eine ebensolche im Niederdruckrohr B vorhanden, d: e Ausbeute
an Ammoniak sei im Hochdruckrohr i Prozent auf 3o Atm., im Niederdruckrohr dagegen
2 Prozent, der Druck im Hochdruckrohr sei 6oo Atm., im Niederdruckrohr Zoo Atm.,
dann erhält man im Hochdruckrohr etwa 20 Prozent Ammoniak und im Niederdruckrohr
etwa io bis 12 Prozent, zusammen etwa 3o Prozent. Nach dieser Umsetzung sind im
Hochdruckrohr noch etwa 3o cbm Restgas und im Niederdruckrohr etwa 38 cbm vorhanden.
Nachdem nun das Ammoniak durch Kondensation auf die oben angegebene Weise aus dem
gemeinschaftlichen Gasstrom m:t 2oo Atm. entfernt ist, wird dieses wiederum im Kreislauf
als Niederdruckstrom verwendet, während für das Hochdruckrohr neues Gas aus dem
Gasometer angesaugt wird.
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Man kann aber auch mittels Kompressors den vereinigten, von Ammoniak
befreiten Gasstrom von Zoo auf 5oo Atin. bringen und ihn wieder in den Kreislauf
gehen lassen, während für das Niederdruckrohr neue Gasmengen angesaugt werden, worauf
sich der Prozeß in der gleichen Weise abspielt wie oben. Selbstverständlich kann
man auch die beiden kombinierten Prozesse, Überdruck und Niederdrucksynthese, nicht
m einem konzentrisch angeordneten System, sondern auch nebeneinander angeordnet
vor sich gehen- lassen, etwa indem man die Niederdrucksynthese statt in dem Mantelgefäß
B in einem Schlangenrohr C (Abb.2) durchführt. Hierbei erreicht man natürlich. nur
den Vorteil der leichten Ammoniakentfernung aus dem Gasgemisch, nicht aber auch
zugleich den der ökonomischen Ausnutzung der Reaktionswärme für die Ammoniaksynthese
selbst.