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Verfahren zur gefahrlosen Durchführung zur Explosion befähigter Gasreaktionen
Bei der auf allen Gebieten der anorganischen und organischen Chemie fortschreitenden
Tendenz zur Anwendung der Gasphase als Reaktionszone, insbesondere unter Benutzung
von Kontakten, häufen sich die Möglichkeiten des Zerknalls der Gasgemische vor oder
am Kontakt bzw. des Rückschlags der Zersetzung oder Zündung in das zugeleitete Frischgas.
Man hat diese Gefahr in speziellen Fällen dadurch zu umgehen versucht, daß man z.
B. beide Gaskomponenten getrennt in die das Katalysatormaterial enthaltende Lösung
oder Mischung eingeführt hat, wie bei der Darstellung des Acetyientetrachlorids
gemäß der deutschen Patentschrift 154 657, oder indem man bei der Darstellung der
gleichen Substanz gemäß der Patentschrift 204883 die beiden Gase in den mit Sand
gefüllten Kontaktraum eintreten läßt. Ähnlicher Anordnungen hat man sich auch bei
der Umsetzung der Halogene mit Wasserstoff bedient. Bei Verfahren, denen ein Oxydationsprozeß
zugrunde liegt, und die durch die Exothermie bei der Reaktion besonders die Gefahr
einer unzulässigen Überhitzung boten, hat man durch Zumischung indifferenter, als
Verdünnungsmittel oder auf Grund ihrer hohen Wärmekapazität wirkenden Gase diesen
Störungen entgegenzuarbeiten gesucht, mußte dafür aber die Nachteile einer solchen
Zumischung beim Aufarbeiten des Reaktionsprodukts mit in Kauf nehmen. An einer universell
anwendbaren Vorrichtung aber hat es bisher gefehlt.
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Diese wird nun in der nachstehend beschriebenen Vorrichtung bei dem
Betreiben solcher. Gasreaktionen beansprucht.
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Angenommen, man wolle eine Reaktion zwischen zwei gasförmigen Komponenten
in einem Reaktionsraum oder an einem Kontakt unter starker positiver Wärmetönung
durchführen, deren Ableitung zur Einhaltung optimaler Temperaturbedingungen und
zur Vermeidung von Explosionen unbedingt erforderlich ist, so ist die beanspruchte
Erfindung durch eine Flüssigkeitssäule gekennzeichnet, die sich, im Sinne der Gasbewegung
vor oder unter dem Reaktionsraum der Kontaktschicht (z. B. Metallnetz, körnige,
pulvrige oder geformte Masse und ähnliches) über den ganzen Querschnitt der Zuleitung
erstreckt, und durch die das gesamte Frischgas, in zahllose Gasblasen verteilt,
hindurchperlen muß. Als solche Gasverteilungsvorrichtung wirkt z. B. die Ausbildung
des Bodens, auf dem die Flüssigkeit sich befindet, als Sieb oder Lochblech, sehr
engmaschiges Drahtnetz 0. dgl. Die Vorrichtung ist demnach gekennzeichnet als -
eine auf einem Siebboden oder ähnlichem ruhende zusammenhängende Flüssigkeitssäule,
deren
Ablauf durch diesen Boden durch den Druck des entgegenströmenden
Gases verhindert wird. Sie ist etwas ganz anderes als die im Bergbaubetrieb angewandten
Explosionssicherungen, bei denen durch fein verteilte Flüssigkeitsnebel Stollen
explosionssicher abgeriegelt werden sollen.
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Diese Flüssigkeitsschutzsäule nimmt, da sie je nach Bedarf bis ganz
dicht an den Reaktionsraum oder unter den Kontakt herangeführt werden kann, den
größten Teil der dort gebildeten und von ihm durch Strahlung oder Konvektion fortgeleiteten
Wärme auf, und man hat es durch Regulierung der Zulaufgeschwindigkeit der Flüssigkeit
in der Hand, die Größenordnung dieser Wärmewegnahme und -ableitung den besonderen
Bedürfnissen der Reaktionsbedingungen anzupassen und die Höhe der Flüssigkeitssäule
den Arbeitsbedingungen entsprechend einzustellen.
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Man kann durch Variieren der Höhe dieser Flüssigkeitssäule den Abstand
zwischen der Oberfläche und der unteren Schichtgrenze des Kontakts zu einer so schmalen
Zone gestalten, daß diese zur Entwicklung einer gerichteten Explosionswelle oder
gar Detonation nicht ausreicht, so daß die Flüssigkeitssäule als eine Explosionssicherung
oder als Rückschlagventil wirkt.
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Im einzelnen ergeben sich folgende Ausführungsformen: I. Die Explosionssicherungswirkung
der Flüssigkeitssäule soll kombiniert werden mit der Abgabe einer bestimmten Dampf-
oder Gasspannung an das oder die Reaktioqsgase. In einem solchen Falle braucht man
entweder als Kühlschicht diejenige Flüssig keit, durch deren durch die abgeleitete
Reaktionswärme bewirkte Verdampfung man die erforderliche Gasspannung erhält; die
Größe dieser Gasspannung kann man durch an sich bekannte Mittel weiter beeinflussen,
z. B. indem man verdünnte oder konzentrierte Lösungen z. B. von Salzen oder auch
Lösungsgemische zuführt oder der Kühlschicht noch besondere Wärme zur oder abführt,
z. B. durch ergänzende Benutzung von besonderen Heiz- oder Kühlschlangen, oder man
läßt einen der Reaktionsteilnehmer ganz oder zu einem Teilbetrag in der Flüssigkeitsschicht
sich lösen oder führt durch eine innerhalb der Flüssigkeitsschicht befindliche zweite
Gasverteilung (Düse, Lochschiangen usw.) das Gas zu. z. Die Explosionssicherungswirkung
soll kombiniert werden mit einer chemischen Ulnsetzung eines oder der Reaktionsgase
in der Flüssigkeitsschicht. Als solche kann z. B. eine chemische Reinigung, Trocknung,
Aktivierung 0. dgl. erstrebt werden. Auch hier ist eine vielseitige Möglichkeit
durch Zumischung, Suspendierung, Lösung oder sonstige dauernde oder intermittierende
Veränderung der chemischen oder physikalischen Beschaffenheit der Flüssigkeitssäule
gegeben.
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Auch die Verlegung eines Teiles der Kontaktumsetzung der Reaktionsgase
in die Flüssigkeitssäule gehört hierher. Es ist einleuchtend, daß der Erfindungsschutz
einer solchen Sicherungsvorrichtung nicht beschränkt bleibt auf das Arbeiten mit
gewöhnlichem Druck, sondern daß sich ihre wirksamsten Effekte erst bei höheren Betriebsdrucken
mit ihren höheren Wärmemnsätzen und größeren Gefahren zeigen. Ebenso ist die Vorrichtung
wirksam, wenn neben ihr noch andere Vorrichtungen zur Beeinflussung der Reaktionslage
angewandt werden, wie Kühlung der Apparaturwandungen, Vorwärmung oder Vorkühlung
der ReaktionsteX nehmer, Zumischung inerter oder wärmeaufnehmender oder -abgebender
Gase. Als Beispiel führen wir die Chlorierung von Methan oder Erdgas an. Nach T
011 a csk o und K 1 i n g (Abhandlungen der Krakauer Akademie der Wissenschaften
I9I2, A. 52, 295 bis 306; Zentralbl. I9I3, II, 99) sind die günstigsten Bedingungen
der Chlorierung Temperaturen von etwa 4000 und Anwendung eines Kupferchlorid-Katalysators.
Die starke Explosibilität des Gasgemisches zwang bisher aber dazu, eines der beiden
Gase im starken Überschuß anzuwenden. Bei der vorliegenden Erfindung ist es nun
möglich, die Gase im stöchiometrischen Verhältnis zur Einwirkung aufeinander zu
bringen. Als Kühlflüssigkeit werden die hochchlorierten Produkte benutzt, wie sie
beim Arbeiten mit Erdgas im Laufe des Prozesses als Nebenprodukt anfallen; durch
eingelegte Kühlschlangen wird ihre Verdampfung möglichst verhindert. Soweit sich
ein Ab destillieren nicht vermeiden läßt, werden diese Anteile bei der fraktionierten
Kondensation der Reaktionsprodukte wieder aufgefangen und im Kreislauf der Sicherhe*svorlage
zugeführt. Das eine Gas wird durch die Flüssigkeitssicherung, das andere unmittelbar
in den Raum zwischen Sicherung und Kontakt eingeleitet.