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Apparat zur katalytischen Verbrennung von Ammoniak mit Luft oder Sauerstoff
Bei der katalytischen Verbrennung von gasförmigem Ammoniak mit Luft oder Sauerstoff
zu nitrosen Gasen liegt bekanntlich eine besondere Schwierigkeit in der gleichmäßigen
Verteilung des zugeführten Gasgemisches auf die gesamte Fläche des Kontaktes, und
diese Schwierigkeit wird um so größer, je größer man die Einheit des Kontaktes gestalten
will, d. h. also auch, je größere Einheiten von Verbrennungselementen man schaffen
will. Da andererseits der Nachteil einer ungleichmäßigen Belastung der verschiedenen
Teile der Kontaktfläche sich nicht nur in einer verringerten Ausbeute, sondern auch
in einer mehr oder minder raschen Zerstörung der überlasteten Kontaktteile ausdrückt,
so war man bestrebt, besondere Maßnahmen zu treffen oder Einrichtungen zu schaffen,
die eine möglichst große Gleichmäßigkeit der Verteilung gewährleisten sollten. So
beschreibt z. B. die Patentschrift 366 715 die Maßnahme, daß die Kontaktschicht
zwischen zwei Siebplatten eingeschlossen wird, die mit gekörntem Material in entsprechender
Schichthöhe bedeckt sind, um auf diese Weise eine Gleichmäßigkeit der Gasverteilung
zu erzielen. Indessen hängt natürlich auch bei dieser Maßnahme die Gleichförmigkeit
sehr von der Gleichmäßigkeit der gekörnten Schicht ab, und es leuchtet ein, daß
diese Maßnahme nicht vollkommen sein kann. Andere Vorschläge wieder benutzen die
Tatsache, daß sich ein Gasstrom von großer Geschwindigkeit verhältnismäßig gleichmäßig
auf einen stark vergrößerten Ouerschnitt verteilt, wenn die Querschnittszunahme
in der Strömungsrichtung allmählich erfolgt, also nach dem sogenannten Diffusorprinzip,
mittels dessen gleichzeitig der Vorteil erreicht wird, daß man trotz großen Kontaktquerschnittes,
der durch die zulässige höchste Strömungsgeschwindigkeit des Gases durch den Kontakt
bedingt ist, doch nur kleine Ouerschnitte für die Gaszu- und -ableitunbenötigt.
Indessen versagt bei großen KOntaktquerschnitten auch diese Maßnahme bis zu einem
gewissen Grade, weil es nicht möglich ist, einen Diffusor zu bauen, der bei großen
Ouerschnitten einen wirklich gleichmäßigen Gasstrom ergibt. Es zeigt sich vielmehr,
daß nahe der Achse stets eine erheblich größere Strömung auftritt als am Rande,
und zwar wird dieser Unterschied um so größer, je größer der Durchmesser des Diffusors
absolut genommen wird. Will man diesem Übelstande begegnen, so würde man gezwungen
sein, die Länge des Diffusors unverhältnismäßig zu vergrößern. Um diesen Übelstand
zu beseitigen, wird erfindungsgemäß in der Weise verfahren, daß man einem großen
Kontaktquerschnitt die Gase nicht mittels eines einzigen großen Dnffusors, sondern
mittels einer großen Anzahl verhältnismäßig kleiner Diffusoren zuführt, die in der
einfachsten Weise in den weiten Kontaktraum unterhalb des Kontaktes eingebaut werden
können. In der Ausführung gestaltet sich diese Herstellung der vielen kleinen Diffusoren
äußerst, einfach, indem man sie zu
einem gemeinsamen Element vereinigt,
wodurch sich eine Platte von entsprechender Dicke ergibt, die die Difftisoröffnungen
enthält, und zwar genügt es, wenn die Diffusoreinströmungsöffnungenkreisförmigen,
die Ausströmungsöffnungen dagegen quadratischen Querschnitt haben, wobei sich an
der Ausströmungsseite messerscharfe Rippen bilden, die ihrerseits ein Netz von Quadraten
erzeugen, auf das man ohne weiteres den Kontaktkörper, z. B. ein feinmaschiges Edelmetallnetz,
auflegen kann. Hierdurch wird gleichzeitig der Vorteil erreicht, daß man sehr große
Kontaktflächen aus einem Stück verwen-(len kann, weil ja ein Durchhängen bei dieser
Anordnung nicht eintreten kann. Da natürlich bei dieser Anordnung der Diffusorkörper
sehr heiß wird, ja sogar ins Glühen gerät, so kann natürlich zu seiner Herstellung
kein Material verwendet werden, das durch den Sauerstoff der Luft angegriffen und
zerstört werden kann. Man wird also diesen Diffusorkörper aus einem feuerfesten
Material herstellen.
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Die Anwendung eines solchen Diffusorkörpers ergibt nun einerseits
eine außerordentlich gleichmäßige Verteilung des Gasstromes auf die gesamte Kontaktfläche;
sie hat aber gegenüber der Einrichtung nach Patent 366715 den erheblichen Vorteil,
daß sie den Gasen keinen Widerstand bietet, der zu Druckverlust führt, und da bekanntlich
die Wirkung des Diffusors neben einer Vereichmäßigung der Strömung beim Übergang
auf größere Querschnitte eine Umsetzung von Geschwindigkeit in Druck zur Folge hat,
so wird durch die vorliegende Einrichtung der Erfindung kein Energieverlust herbeigeführt,
sondern der so erzielte Druckgewinn kann hinter dem Kontakt umgekehrt wieder in
Geschwindigkeit umgesetzt werden, selbstverständlich bis auf einen kleinen, durch
die Reibung an der Diffusorwand verursachten Verlust.
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In der beiliegenden Zeichnung ist die Einrichtung eines Kontaktelementes
nach vorstehender Erfindung in beispielsweiser Ausführung dargestellt.
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Abb. i zeigt einen senkrechten Längsschnitt durch das Verbrennungselement,
Abb. a eine Ansicht des Diffusors von unten, Abb. 3 eine Ansicht des Diffusors von
oben. Das Kontaktgefäß i besitzt zylindrischen,-ovalen oder sonstwie gestalteten
Querschnitt; ist der Kontaktkörper, beispielsweise ein Platindrahtnetz, 3 ist der
Diffu.sorkörper, .I die Gaszuführung und 5 die Gasabführung. Die Wirkungsweise ist
nach dem Gesagten ohne weiteres klar, und es sei nur noch vermerkt, daß bekanntlich
ein Diffusor am besten wirkt, wenn der Winkel zwischen seinem Mantel und der Achse
io° nicht überschreitet. Daraus ergibt sich für die Diffusoröffnung ein gewisses
Verhältnis zwischen Höhe sowie kleinerem und größerem Durchmesser. Da man je nach
der Größe des Verbrennungselementes die Diffusorplatte schon aus mechanischen Gründen
verschieden stark wird verwenden müssen, so ist es auch nicht möglich, bestimmte
Abmessungen für deren Stärke und die davon abhängigen Größen des Durchmessers der
Zuströmungs- und Abströmungsöffnung zu geben. Maßgebend ist nur, daß diese Größen
zueinander ein solches Verhältnis haben, daß die Diffusorwirkung nicht beeinträchtigt
wird; wobei als Richtlinie gilt. daß der obenerwähnte Winkel um so größer, die Diffusorlänge
also um so kürzer sein kann, je kleiner der einzelne Diffusor absolut genommen ist.
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Abb. a zeigt den Diffusorkörper vor unten gesehen, Abb.3 von oben
gesehen.
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In der beiliegenden Zeichnung ist noch eine Kammer 6 angeordnet, die
im Deckel gleichfalls Öffnungen aufweist, die zu den Diffusoröffnungen der darüberliegenden
Platte koaxial liegen. Diese Einrichtung wird lediglich zum Inbetriebsetzen des
Apparates gebraucht, und zwar in solcher Weise, daß der Kammer 6 Tiber die Einführungsöffnung
7 ein brauchbares Gas, z. B: Leuchtgas oder Wasserstoff, unter dem nötigen Druck
zugeführt wird, worauf die einzelnen aus der Decke dieser Kammer austretenden Gasströme
angezündet werden, wobei gleichzeitig in die obere Kammer nur Luft in entsprechender
Menge durch die Zuführung 4 eingeblasen wird. Es entsteht dann in jedem Diffusorkannal
eine brennende Gasflamme, die ihre Hitze in der Hauptsache nach oben hin entwickelt,
also den Kontaktkörper und den oberen Teil der Diffusorräume erhitzt und alsbald
zum Glühen bringt. Sowie die erforderliche Temperatur erreicht ist, schränkt man
die Zufuhr von brennbarem Gas allmählich ein und läßt dafür in die obere Kammer
anstatt Luft das Ammoniakluftgemisch mit passender Temperatur eintreten, alsdann
kann man nach kurzer Zeit das brennbare Gas völlig abstellen, weil jetzt die Verbrennung
des Ammoniaks für die Erhaltung der erforderlichen Temperatur sorgt. Man kann natürlich
an Stelle der unteren Kammer 6 auch ein Rohrsystem mit entsprechend angeordneten
Öffnungen für die Zuführung des brennbaren Gases anordnen, wenn nur durch entsprechende
Bohrungen in diesem Rohrsystem dafür gesorgt ist, daß die Gasströme axial in die
Diffusorräume hineinblasen. Die hier geschilderte Zündungsart ist natürlich auch
für solche Apparate zu verwenden, die nicht Diffusoren, sondern sogenännte
Siebplatten
anwenden, indessen kommt bei zylindrischen Kanälen die Anheizwirkung nicht so rasch
zustande wie bei den Diffusorräumen.
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Führt man nun nach erfolgter Anheizung nach wie vor in die obere Kammer
nur Luft ein, so kann man an Stelle des brennbaren Gases durch die untere Kammer
oder das entsprechende Rohrsystem das zu verbrennende Ammoniakgas einführen.