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Verfahren zur Herstellung von Kontaktkörpern Vorliegende Erfindung
betrifft ein I#-,ontaktmaterial, das ganz oder im wesentlichen aus Eisenoxyd besteht,
wie solcheMaterialien bei verschiedenen Verfahren zur synthetischen Gewinnung von
Ammoniak benutzt werden, um Kohlenoxyd - enthaltendes Gas und Dampf miteinander
zu Kohlendioxyd und Wasserstoff umzusetzen.
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Wenn solche Kontaktmaterialien in losem oder gekörntem Zustand verwendet
werden, stellen sie dem Durchgang der Gase einen rasch anwachsenden Widerstand entgegen,
so daß ihre Wirksamkeit bald erschöpft ist. Es hat sich aber bisher als kaum .durchführbar
erwiesen, pulverförmiges Eisenoxyd zu Formlingen von genügender Porosität zu verpressen.
Man konnte hier nur so vorgehen, daß man die Körper naß formte und sie mit einem
Bindemittel oder mittels Flüssigkeit zusammenhielt. Alsdann aber bewirkte die während
der Katalyse oder schon vorher herrschende Hitze das Entstehen von Dämpfen in der
Masse, die die Körper zersprengen und in Pulver verwandeln. Demgegenüber hat man
schon die Verwendung von Eisenoxydhydrat vorgeschlagen, z. B. in Form von Raseneisenerz,
Bauxit o. dgl. Man kann diese Stoffe zwar in trockenem Zustand mittels einer Handpresse
komprimieren, aber sie müssen das in ihnen enthaltene chemisch gebundene Wasser
abgeben und verlieren dabei ihren Zusammenhalt. Es wurde nun ermittelt, daß man
gepulvertes Eisenoxyd, wie Hämatit oder Roteisenstein, ohne Bindemittel zu porösen
Körpern verformen kann, in denen die einzelnen Körner ihre gegenseitige Lage trotz
aller Temperaturschwankungen behalten. Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht,
daß man das gepulverte Material auf 5oo bis 75o° C erhitzt und .es einem Druck von
Soo bis rooo Atmosphären unterwirft. Es hat sich herausgestellt, daß in den so erzeugten
Stücken der anfängliche Zusammenhalt zwischen den einzelnen zusammengepreßten Eisenoxydteilchen
gegenüber den Einwirkungen der zu katalysierenden Gase und der Hitze viel länger
vorhält, als wenn man diesen Zusammenhalt durch klebende Mittel erzielt hätte, daß
ferner diese Stücke mechanischen Stößen sehr gut widerstehen, und daß, wenn sie
wirklich einmal zerbrechen, sie nur in einzelne Stücke zerlegt werden, nicht aber
zu Pulver zerfallen.
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Ihre größere Festigkeit und Dauer ist wohl zum Teil dem Umstande zuzuschreiben,
daß die während des Verfahrens trockene Masse bis zu .einem gewissen Grade mit ihren
einzelnen Teilchen ineinan.derg.preßt wird, während, wenn eine flüssige oder plastische
Masse zugegen ist, dann die einzelnen Teilchen der katalytischen Substanz eben durch
das Bindemittel in einer gewissen Entfernung voneinander gehalten werden.
Man
verfährt zur Ausführung der Erfindung beispielsweise wie folgt: Beispiel i Eiserne
'.Nägel oder Bohrspäne oder beides werden in Salpetersäure gelöst. Ein passendes
Verhältnis ist das von i 5o kg Eisen in 1235 kg Salpetersäure von 40° Be. Zu der
so erhaltenen Lösung von salpetersaurem Eisen setzt man eine verhältnismäßig kleine
Menge von Kaliumbichromatlösung, z. B. 26,5 kg Bichrömat und 340 kg Wasser. Letzteres
dient einerseits zur Lösung des Bichromats, andererseits zur Verdünnung der Säure.
Hierzu gibt man langsam einen Überschuß an gemahlenem festem kohlensaurem Magnesium,
also an Magnesit. Etwa 126o kg dürften genügen. Durch einen Teil des Magnesits wird
das Eisen ausgefällt. Das so durch den als Fällungsm.ittel dienenden Teil des Magnesits
niedergeschlagene Eisen schlägt sich auf dem Rest des Magnesits nieder, dessen Überschuß
also einen Kontaktstoffträger bildet. Das hiernach erhaltene Erzeugnis ist ein poröser
Schlamm, in dem noch das Reaktionswasser als Flüssigkeit enthalten ist. Es wird
dann in einem Ofen mit Pfanne al*ühlich auf etwa Zoo bis 3oo° C erwärmt, t Wasser
und einen Teil der Salpetersäure auszutreiben, und dann in einem Röstofen auf höhere
Temperatur, etwa auf 700° C, erhitzt, bis die Dampfentwicklung im wesentlichen nachgelassen
hat. Das so erhaltene Erzeugnis kann als eine Mischung von Eisen- und Magnesiumoxyden
angesehen werden. Es besitzt die Eigenschaften einer harten,und kratzenden Masse,
die kleine Anteile Kali und Chrom aus dem Kaliunibichromat enthält. Das trockene
Erzeugnis wird zerkleinert, bis es ganz durch ein i2-Maschen-Sieb geht, und dann
in feste Stücke oder Tabletten gepreßt, zweckmäßig unter einem Druck von etwa 8oo
bis iooo Atmosphären. Jede beliebige, geeignete Tablettpresse kann hierfür verwendet
werden. Immerhin erscheint es nötig, besonders kräftig gebaute Pressen zu nehmen,
damit sie bei dem harten und kratzenden Material gegen hierdurch zu befürchtende
Zerstörungen genügend widerstandsfähig sind. Die Preßerzeugnis-e erhalten zweckmäßig
gewöhnliche Tablettenform mit zylindrischem Umfang und ausgebogenen Emdflä;chen.
Diese Form scheint stärker und weniger dem Zerbrechen oder Zerkrümeln ausgesetzt
zu sein, als Tabletten von Kugel- oder flacher Form. Eine Tablette von etwa i cm
Durchmesser und etwa o,5 cm Dicke in der Mitte sowie von etwa 0,3 cm Dicke
am Rand, also von etwa 0,3 ccm Inhalt, wiegt ungefähr o,5 g und ist die beste
Größe für die fraglichen Körper. Der Grad der erfolgten Zusammenpressung ist auch
daraus ersichtlich, daß ioo ccm des zu pressenden Materials etwa C>o bis 7o g wiegen,
je nach der Korngröße, daß aber ioo ccm dies gepreßten Materials, ebenso gemessen,
ioo g wiegen, während (las spezifische Gewicht der Tabletten. selbst etwa 1,65 ist.
Die Porosität der Tabletten erhellt daraus, daß i ccm davon etwa 0,45 ccm Wasser
absorbieren kann.
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Beispiel 2 30o g eiserne Nägel werden in einem geringen Üb@erschuß
von Salpetersäure gelöst. Die Lösung von salpetersaurem Eisen wirrt dann in 45 1
Wasser eingegossen, zu denen man vorher 31 Ammonjagser von, 26° B6 zugegeben hat.
Dies Ammoniak erzeugt eine ähnliche Wirkung wie das Magnesiumkarbonat im ersten
Beispiel. Das heißt, es bewirkt die Ausfällung von Eisenhydroxyd. Man läßt diesen
Niederschlag absitzen und wäscht ihn durch Dekantieren mit Wasser. Dann filtriert
man, trocknet und erhitzt auf 5oo° C. Das geglühte Material, das sich nun als grobes
Pulver darstellt, wird mit io °j" seines Gewichts Wasser angefeuchtet. Man läBt
es dann durch ein 2o-Maschen-Sieb gehen, trocknet bei ioo° C, und wenn es trocken
,ist, pr eßt man es zu festen Körpern oder Tabletten wie nach Beispiel i.
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Beispiel 3 Man verwendet als Ausgangsmaterial z. B. Hämatit, der Eisen
in Form des Oxyds Fee 03 enthält, und den man mit Ätzkali, Wasser und Magnesit mischt.
Z.-B-, kann man 7,5 ä technisches Ätzkali in Wasser lösen und mit 107,5 g Hämatit
und 630 .g Magnesit mischen, so daß ein gleichförmiger Brei entsteht. Die Masse
wird im Dampfbad getrocknet und sodann im- Muffelofen zuerst vier Stunden auf 5oo
bis 525° C, dann zweiundeiriehalbe Stunde lang von 525 bis 700° C, schließlich eine
Stunde lang auf 700 bis 715' C .erhitzt. Das so geglühte Material wird hiernach
in trockenem und zerkleinertem Zustand, wie vorhin beschrieben, zu Tabletten verpreßt.
Auch nach diesem Beispiel bildet der Magneet dran, Kontaktstoffträger für das Eisen
und das Kali oder für Kali und Mangan, wenn man Kaliumpermanganat benutzt.
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Es sei hierzu noch bemerkt, daß, während in den angeführten Beispielen
die Erhitzung dem Verformen vorangeht, sie auch nachher stattfinden kann. Auch kann
die Zusammensetzung des Materials und es können die in den Beispielen erwähnten
Temperaturen immer innerhalb gewisser Grenzen schwanken.