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Verfahren zur Herstellung eines Katalysators, namentlich für die Ammoniaksynthese
aus seinen Elementen, unter Verwendung von Oxyden des Eisens Für die Herstellung
von Eisenkatalysatoren für die Synthese des Ammoniaks aus seinen Elementen benutzte
man bisher als Ausgangsmaterial reines oder Handelseisen. Es wurde auch vorgeschlagen,
Eisenoxyde, beispielsweise Magnetit, zu verwenden, welche zuvor auf etwa iooo° C
zu erhitzen waren, weil: es sich ergeben haben soll, daß das Magnetft nach dem Erhitzen
einen besseren Katalysator lieferte.
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Die Eisenkatalysatoren, welche aus den in dieser Weise behandelten
Eisenoxyden oder aus dein Magnetft bereitet worden sind, haben bei ihrer technischen
Anwendung Nachteile gezeigt, weil, wie sich herausgestellt hat, die Oxyde durch
eine einfache Erhitzung auf gegen tooo° nicht genügend gereinigt wurden.
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Es wurde nun gefunden, daß, ein sehr guter Katalysator erhalten wird,
wenn man Eisenoxyde, gegebenenfalls zusammen mit Oxyden verwandter Metalle, mit
bestimmten Mengen von anderen Stoffen, welche eine höhere Verbrennungswärme haben
als Eisen., in Sauerstoff erhitzt, so daß die Masse durch die bei der Oxydation
frei werdende Wärme auf eine Temperatur sehr nahe der Siedetemperatur gebracht wird.
Bei dieser sehr hohen Temperatur werden die in den verwendeten Oxyden anwesenden
und für die Ammoniaksynthese schädlichen Verunreinigungen. nebst einer gewissen
Menge Eisenoxyd verflüchtigt, während gleichzeitig die dünnflüssige oxydische Masse
vollkommen homogen wird. Die zu verwendenden Oxyde können natürliche oder künstliche
Eisenoxyde sein, welche mit natürlichen oder künstlichen Oxyden anderer geeigneter
Metalle. vermischt -sein können, wie z. B. manganhal'tige Eisenoxyde, Titanhämatit,
Chromeisenstein, Wolframit USW.
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Als Stoffe, welche durch ihre hohe Verbrennungswärme die Schmelzung
und die starke Erhitzung der Massen herbeiführen sollen, und welche deshalb als
Heizstoffe zu betrachten sind, kann man Magnesium, Aluminium, Calci'um, Silicium',
gegebenenfalls!ih Mischung mit Kohle, ,außerdem die Silicide des Calciums, des Magnesiums,
des Mangans und endlich auch einige Ferrolegierungen, wie hochprozentiges Ferrosilicium,
Ferrotitan, Ferromangan, anwenden. Man wird gewöhnlich nicht bloß den einen oder
den anderen der angeführten Heizstoffe benutzen, sondern gleichzeitig einige derselben,
und zwar wird dhie Wahl auch dadurch geleitet, daß man durch das hier beschriebene
Verfahren nicht bloß eine Reinigung der Masse erreichen, sondern auch in die geschmolzene
Masse des Eisenoxyduloxydes eine gewisse Menge von Oxyden homogen einverleiben will,
welche durch Wasserstoff nicht reduziert werden, und welche, wahrscheinlich durch
Vergrößerung der Eisenoberfläche, die katalytische Wirkung des Eisens vermehren.
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Wenn man z. B. zu i kg Magnetft, 54,2g
Aluminium, 24,49 Magnesium,
24,2-g Calciumsilicid
mischt und in Sauerstoff verbrennt, so findet
eine Wärmeentwicklung vom, rund 75o ooo Gramm-Kalorien statt. Die für die Erhitzung
des Magnetits auf seine Schmelztem-1 peratur, für sein Schmelzen und für, das Schmelzen
der Reaktionsprodukte nötige Wärmemenge kann auf gegen 400 ooo Gramm-Kalorien berechnet
werden; die Differenz dient zur Erhöhung der Temperatur der Masse. Die geschmolzene
Masse, die man so exhält, wird etwa 15 bis I6% von durch Wasserstoff nicht reduzierbaren
Oxyden (Mg0, A1203, SiO2, Ca0) enthalten. Eine viel gTö-Bere Menge umreduzierbarer
Oxyde. als die oben angegebene zu verwenden., ist nicht vorteilhaft, weil mit der
Zunahme dieser Oxydmenge jene des Eisens abnimmt. Da die Wirkung eines Katalysators
seiner Menge und seiner Oberfläche proportional ist, muß man experimentell das Optimum
seiner Wirk Ling suchen.
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Das hier beschriebene Verfahren -unterscheidet sich von dem der französischen
Patentschrift 514 o46 darin, daß hier von Oxyden des Eisens oder der Metalle der
Eisengruppe ausgegangen wird und die ihnen zugesetzten Metalle oder denen Verbindungien,
welche eine höhere Verbrennungswärme als Eisen aufweisen, durch einen überschuB
von Sauerstoff verbrannt werden.
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Von dem Verfahren der deutschen Patentschrift 254 437 unterscheidet
sich das vorliegende dadurch, daß, von Oxyden ausgegangen wird; und daß 4e Menge
der zugesetzten Fremdstoffe derartig groß äst, daß durch deren Verbrennung eine
Temperatur erreicht wird, bei der die Schhnelzmasse in lebhaftes Sieden gerät und
ein. Teil zur Verdampfung kommt.
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Von den beiden erwähnten Verfahren unterscheidet sich das vorliegende
sowohl durch die Ausgangsstoffe als auch durch die Art und Weise, wie die Erhitzung
herbeigeführt wird.
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Das vorliegende Verfahren bietet den Vorteil., die für den Eisenkatalysator
nötigen Zusätze in genau bestimmten Mengen einzuführen und dazu von Stoffen ausgehen
zu können, welche die fraglichen Zusätze enthalten, wie z. B. Titanhämatit, Chromit
o. dgl. Außerdem erlaubt die Art und Weise, wie,die Erhitzung der Masse erfolgt,
eine sehr hohe Temperatur zu erreichen, weil die Oxydationswärme der Heizstoffe
in einem sehr kleinen Zeitintervall. frei wird, so daß die Wärmeverluste durch Strahlung
sehr reduziert sind.
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Zur Ausführung vorliegenden Verfahrens verfährt man z. B. wie. folgt:
Auf dem Boden eines zylindrischen feuerfesten Tiegels wird eine Schicht aus einer
Mischung von pulverigem Eisenoxyd und calciniertem Dolomit gestampft. Man stellt
einen Zylinder aus dünnem Metallblech lotrecht in den Tiegel und preßt obige Mischung
auch in den Raum zwischen der Wand des Zylinders und jener des Tiegels ,ein. Der
Zylinder wird alsdann mit der Reaktionsmischung beschickt und diese zuerst an einer
Stelle durch eine Stichflamme erhitzt; darauf lläßt man .einen starken Sauerstoffstrahl
einwirken. Hierdurch verbreitet sich die Reaktion durch die ganze Masse hindurch;
zunächst erfolgt ein Schmelzen, dann ein heftiges Sieden und Oxyddämpfe werden aus
der Masse ausgestoßen. Man läßt den Sauerstoff auf die geschmolzene Masse so lange
einwirken, bis sie infolge der Abkühlung breiartig wird. Nach dem Erkalten wird
die Masse in Stücke gebrochen, durch Wasserstoff oder durch die Wasserstoff-S4ckstoffinischung
reduziert und als Katalysator verwendet.