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Ofen für bei hohen Temperaturen und im wesentlichen unter normalem
Druck verlaufende Reaktionen Gegenstand der Erfindung ist ein Ofen für bei hohen-
Temperaturen und im wesentlichen bei normalem oder verhältnismäßig geringem Überdruck
verlaufende Reaktionen.
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Bei derartigen Reaktionen ist es einmal wichtig, daß ein guter Wärmedurchgang
durch die Ofenwandung gesichert ist und daß außerdem der Durchtritt von oxydierend
wirkenden Gasen zum Reaktionsraum verhindert wird, weil viele der hier in Frage
kommenden chemischen Vorgänge gestört werden würden.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, -Retorten mit Wandungen aus Nickelchrom
herzustellen. Diese sind sehr kostspielig, außerdem sind sie nicht haltbar, wenn
sie unter reduzierenden Bedingungen erhitzt werden; ferner werden sie von alkalischen,
oxydierenden Stoffen angegriffen.
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Gemäß der Erfindung soll ein Ofen für das Arbeiten bei hohen Temperaturen
in der Weise gebaut sein, daß der Reaktionsraum abgegrenzt wird durch eine Wand,
die aus mindestens drei Schichten besteht, und zwar einer äußeren Wandschicht aus
einem hoch feuerfesten Material, wie Schamotte,Dolomit, Magnesit, Siliziumkarbid
o. dgl., einer inneren, den Reaktionsraum begrenzenden Metallwand, beispielsweise
aus Nickel, Kupfer, Eisen o. dgl., und einer Zwischenschicht aus einem flüssigen
oder rieselfähigen Material mit reduzierenden Eigenschaften, an dessen Stelle auch
reduzierende Gase benutzt werden können. Die Zwischenschicht kann beispielsweise
aus bei der Reaktionstemperatur flüssigem Metall bestehen, und zwar vorzugsweise
aus einem Metall, das auch =bei hoher Temperatur einen niedrigen Dampfdruck hat,
wie Aluminium, Zinn, Blei o. dgl., oder aus einer geeigneten Metallegierung. Kohlenstoff
beispielsweise in kleinen Stücken, Stäben o. dgl. kann in die Zwischenschicht zur
Kohlung des Metallbades eingebracht werden. Die Zwischenschicht kann auch aus bei
der Reaktionstemperatur festem Metall, zweckmäßig in Pulverform, vorzugsweise unter
Beimischung von Kohle, bestehen. Durch den besonderen Aufbau der Ofenwand wird erreicht,
daß oxydierende Gase, die von außen durch die äußere, aus feuerfestem Stoff bestehende
Wandung hindurchdiffundieren können, weder den Reaktionsraum des Ofens erreichen
noch
auch die innere, aus Metall bestehende Ofenwand durch Oxydation
bei den hohen Arbeitstemperaturen angreifen können. Durch die äußere feuerfeste
Wand hindurchdiffundierende Gase werden von den reduzierend wirkenden Stoffen der
Zwischenschicht unschädlich gemacht. Das reduzierende Material der Zwischenschicht
kann in geeigneter Weise erneuert oder regeneriert werden. Wenn geschmolzenes Metall
als Zwischenschicht benutzt wird, in dem Kohlenstoff gelöst ist, so kann durch Zugeben
von neuem Kohlenstoff in geeigneter Form, sei es unmittelbar in dem Raum der Zwischenschicht,
sei es außerhalb dieses Raumes, bei geschmolzenem Metall eine neue Kohlung erfolgen.
Wenn geschmolzene Metalle benutzt werden, die unter dem Einfluß der eintretenden
oxydierenden Gase teilweise oxydiert werden und Schlacken, Aschen o. dgl. bilden,
so können diese in geeigneter Weise abgezogen und das verbrauchte Metall durch neues
ersetzt werden. Wenn eine Zwischenschicht aus einer Mischung von Kohlenpulver und
Metallpulver benutzt wird, welche eine besonders gute Wärmeleitfähigkeit besitzt
und stark reduzierend wirkt, kann das Material der Zwischenschicht, nachdem ein
erheblicher Teil des Kohlenpulvers durch die von außen eingedrungenen oxydierenden
Gase verbrannt ist, abgezogen und durch frisches ersetzt werden. Das Abziehen kann
durch halb oder. ganz selbsttätig wirkende Vorrichtungen in regelmäßigen Zwischenräumen
geschehen. Reduzierende Gase können mit einer geeigneten Strömungsgeschwindigkeit,
zweckmäßig unter einem Druck, der dem Druck des äußeren Verbrennungsraumes entspricht,
hindurchgeleitet werden.
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In den Zeichnungen sind einige Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise
schematisch dargestellt.
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Abb. r zeigt einen Längsschnitt durch eine Einzelofenwandung.
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Abb.2 zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine stehende Retorte
oder Ofenkammer.
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Abb. 3 zeigt einen ähnlichen Schnitt durch eine Retorte anderer Bauart.
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Die einzelne Ofenwandung besteht, wie aus Abb. z ersichtlich, aus
einer äußeren feuerfesten Wand a und einer inneren, bei den in Betracht kommenden
Temperaturen praktisch gasdichten Metallwand b. Zwischen den beiden Wänden ist ein
freier Raum c, der mit dem obengenannten reduzierenden, flüssigen, rieselfähigen
oder auch gasförmigen Stoff gefüllt ist bzw. von demselben durchflossen oder durchströmt
wird. Die Füllung des Raums c kann beispielsweise in der Weise erfolgen, daß kleine
Stücke eines stark kohlenstoffhaltigen Materials, wie Kohle, Koks o. dgl., eingebracht
werden, und daß dann ein geeignetes geschmolzenes Metall, beispielsweise Aluminium,
aus einem hochstehenden Behälter nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren von
unten eingelassen und in dem Zwischenraum zwischen den Wandungen a und
b aufsteigen gelassen wird. Bei der Benutzung von festen rieseffähigen Stoffen
wird beispielsweise eine Mischung von Kohlenpulver und metallischem Eisenpulver
in den Raum c von oben eingeführt.
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Abb. 2 zeigt schematisch eine einfache Ausführungsform eines Ofens
nach der Erfindung. a ist eine beispielsweise zylindrische fugenlose Retorte aus
hoch feuerfestem Stoff. b ist ein rundes, inneres Metallrohr, beispielsweise aus
Nickel oder Eisen; zwischen beiden Wandungen bleibt ein Ringraum c frei. Derartige
Ofen können so dimensioniert werden, daß das innere Metallrohr b die mechanische
Beanspruchung der Ofenbeschickung aufnimmt, so daß die äußere feuerfeste Wand a
verhältnismäßig dünn gehalten werden kann, wodurch ein guter Wärmedurchgang gewährleistet
wird. Das Metallrohr b kann mit einer Vorrichtung zum Herausheben versehen sein,
so daß es nach längerem Betriebe des Ofens ausgewechselt und durch ein neues ersetzt
werden kann, ohne die Heizung der Ofenbatterie einzustellen. Hierdurch wird der
Vorteil erreicht, daß die gegen Temperaturdifferenzen empfindlichen äußeren Wände
a dauernd einer gleichmäßigen Temperatur unterworfen bleiben. Um die verhältnismäßig
dünne äußere Wand a, beispielsweise bei Vertikalöfen, gegen Zerspringen infolge
von Spannungen bei der Ausdehnung zu schützen, kann eine freie Ausdehnbarkeit dieser
äußeren Wand, beispielsweise durch Aufbau nach dem Teleskopprinzip oder durch Benutzung
einer entsprechenden Konstruktion der Endstücke, erzielt werden.
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In Abb. 3 ist ein Ofen schematisch dargestellt, bei dem geschmolzenes
Metall in den Ringraum c bzw. durch diesen hindurchgeleitet werden kann. Es ist
ferner eine Vorrichtung d mit einer leicht auf- und abwärts; gehenden Bewegung angegeben,
die zur kontinuierlichen Entleerung des Reaktionsraums dient.
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Der Ofen nach der Erfindung ist besonders geeignet für alle diejenigen
Zwecke, bei denen eine schnelle Wärmeübertragung von der äußeren Wärmequelle zu
dem Inhalt der Retorte oder Kammer von Bedeutung ist, ohne daß oxydierende Gase
zutreten können. Dies ist z. B. der Fall bei Stickstoffbindungsverfahren und besonders
bei der Herstellung von Cyaniden durch Erhitzung von Alkali-oder Erdalkalikarbonaten
oder -oxyden mit
Kohlenstoff in einer Stickstoffatmosphäre mit oder
ohne Anwesenheit eines Katalysators.