DE590806C - UEberfuehrung von Stickstoff in Stickstoff-Sauerstoff-Gemischen in Stickoxyde oder in Stickstoff-Kohlenwasserstoff-Gemischen in Cyanwasserstoff mittels des elektrischen Lichtbogens - Google Patents
UEberfuehrung von Stickstoff in Stickstoff-Sauerstoff-Gemischen in Stickoxyde oder in Stickstoff-Kohlenwasserstoff-Gemischen in Cyanwasserstoff mittels des elektrischen LichtbogensInfo
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Description
Bekanntlich -nehmen die Elektronen an den von elektrischen Entladungen erzeugten chemischen
Reaktionen dadurch teil, daß sie eine Aktivierung der Moleküle oder Atome in den
von den elektrischen Entladungen durchlaufenen Systemen bewirken. Dies erfolgt z. B.
bei der Bildung von Stickoxyd durch die Aktivierung von Stickstoff und Sauerstoff
mittels des elektrischen Bogens sowie bei der Bildung von Cyanwasserstoff durch die Wirkung
des Lichtbogens auf Gemische von Stickstoff und Kohlenwasserstoffen.
Man kann die durch die elektrischen Entladungen erzeugte chemische Wirkung dadurch
verbessern, daß man als Elektrodenmaterial Körper verwendet, die leicht Elektronen
erzeugen. Hierzu eignen sich namentlich solche Stoffe, die, wie die Erdalkalioxyde
oder Verbindungen eines Alkali- oder Erd-
ao alkalimetalle, ein hohes thermoionisches Emissionsvermögen besitzen, d. h. durch
Temperaturerhöhung leicht Elektronen er-
. zeugen. Es ist festgestellt worden, daß die Gegenwart solcher Verbindungen, wie Bariumoxyd,
in einem Stickstoff-Sauerstofi-Gemisch die Bildung von Stickoxyd auf thermischemi-Wege
verbessert.
Verbindungen diesef Art sind bereits als Elektrodenüberzüge 'für die Synthese von
Stickoxyd mittels des elektrischen Bogens vorgeschlagen worden, haben sich jedoch,
namentlich bei längerem Betriebe, von nicht genügender Haltbarkeit erwiesen.
Von der Tatsache ausgehend, daß die Wirksamkeit der auf einer Elektrode niedergeschlagenen
Alkali- oder Erdalkaliverbindungen von deren Alkali- oder Erdalkaligehalt herrührt, wurde versucht, mit dem Metall der
Elektrode ein Alkalimetall, z. B. Lithium, oder ein Erdalkalimetall, z.'B. Calcium, jedes
für sich oder beide zusammen, zu legieren. Die Alkali- oder Erdalkalimetalle sind die
Metalle, die das höchste Elektronenemissionsvermögen , und die niedrigste Ionisationsspannung besitzen. Aus diesem Grunde liefern
sie leichter die Elektronen, deren Wirkung die chemischen Synthesen, die mit Hilfe der
elektrischen Entladungen erzeugt werden, mehr oder weniger bestimmt. Es wurde gefunden,
daß bei Anwendung solcher Elektroden die Ausbeute an Stickoxyd erheblich verbessert
werden konnte. Diese Wirkung wurde nicht nur bei der Bindung des Stickstoffs als
Oxyd durch den Lichtbogen im Stickstoff-Sauerstoff-Gemisch festgestellt, sondern auch
bei der Bindung des Stickstoffs als Cyanwasserstoff durch den Lichtbogen in einem
Stickstoff-Kohlenwasserstoff-Gemisch.
Von der Fähigkeit der Alkali- und Erdalkalimetalle, Elektronen auszusenden, ist
schon bei der Herstellung von Kathodenröhren in der drahtlosen Telegraphie, von
Leuchtröhren für Lichtreklame und von Zündkerzen für Explosionsmotoren Gebrauch
gemacht worden, ferner auch bei der Erzeugung von elektrischen Lichtbogen, zum
Zwecke, Stickoxyd aus atmosphärischer Luft oder Gemischen von Sauerstoff und Stickstoff
zu gewinnen. Hierbei wurden jedoch Elektroden verwendet, die aus Metallen, wie Aluminium
und Siliciunij bestehen, deren Oxyde
ίο das von dem elektrischen Lichtbogen gebildete
Stickoxyd infolge ihrer katalytischen Wirkung nicht wieder mehr oder weniger zerstören. Noch vorteilhafter kann der
gleiche Zweck erreicht werden bei Anwendung von Elektroden aus besonderen Legierungen
von Aluminium und Silicium mit Alkali- und Erdalkalimetallen, wie Calcium, Barium, Cerium, Rubidium usw., oder auch
mit Thorium, deren Oxyde eine der Bildung von Stickoxyd günstige katalytische Wirkung
aufweisen.
Wesentlich bei dieser älteren Arbeitsweise ist jedoch, daß Aluminium und Silicium die
. Grundelemente der Elektroden bilden.
Erfindungsgemäß sollen dagegen die Alkali- und Erdalkalimetalle mit irgendeinem
anderen Metall legiert sein, namentlich mit solchen Metallen, wie Kupfer oder Eisen, die
gewöhnlich zu Elektroden in Lichtbogenöfen für die Oxydation von Stickstoff zu Stick-
oxyd verwendet werden, oder aber auch mit anderen Metallen, deren Verwendung als
günstig erkannt worden ist, was z. B. für Silber der Fall ist.
Dagegen sind Elektroden aus Aluminium,
Silicium oder Legierungen dieser beiden Metalle von dem vorliegenden Verfahren ausgeschlossen,
da die mit solchen Elektroden erzielten Ausbeuten erfahrungsgemäß viel geringer sind als bei Verwendung von Elektroden
aus den anderen obenerwähnten Metallen.
So wurde z. B. festgestellt, daß, wenn man die Ausbeute an Salpetersäure in einem Ofen
mit Elektroden aus reinem Kupfer mit 100 bezeichnet, die mit Aluminiumelektroden erhaltene
Ausbeute 87 und mit Elektroden aus einer Aluminium-Silicium-Legierung mit 15 °/0
Siliciumgehalt nur noch 76 beträgt. Überdies besitzen die Aluminiumelektroden einen sehr
niedrigen Schmelzpunkt (657 °), was für Lichtbogenofenelektroden ein bedeutender
Nachteil ist. ' Elektroden aus Aluminium-Silicium-Legierung mit 15 °/0 Siliciumgehalt
schmelzen sogar schon bei 5700 und sind daher fast unbrauchbar.
Die Wirksamkeit der Gegenwart von Alkali- oder Erdalkalimetallen in den Elektroden
wird durch untenstehende Ergebnisse erläutert.
I. Lichtbogen von 140 mA Stromstärke und 80 bis 140 W Leistung in Luft bei atmosphärischem
Druck.
Zusammensetzung
der Elektrode
der Elektrode
Cu
CuLi (0,8% Li)
CuLi (1,7% Li)
CuLi (3% Li)
CuCa (1,5% Ca)
CuCaLi (1% Ca und 1% Li)
CuBa (0,9% Ba)
Ag
AgLi (4% Ii)
Gasmenge
in Liter
pro Stunde
25 25 25 25
40
25 25 40 40 Spannung
des
Lichtbogens
in Volt
in Volt
957
805
805
59°
495
700
480
495
700
480
935
687
610
687
610
Verbesserung
in «/0
der Ausbeute
bei der Bindung
von Stickstoff'
58
97
158
158
69
116
116
46
51
II. Diese Vermehrung der Ausbeute wurde auch in einem größeren Apparat, der mit einer
Stromstärke von 3 A und einer Leistung von 2 bis 3 kW arbeitete, festgestellt.
| Elektrode | Gasmenge in cbm pro Stunde |
Spannung des Lichtbogens in Volt |
Vermehrung der Ausbeute in % bei der Bindung von Stickstoff |
| Cu |
5.7 .
5,7 5,7 |
1070 750 650 |
78 108 |
| CuLi (i,7% Li) CuLi(3%Li) |
III. Lichtbogen von 140 niA in einem Gemisch von Methan und Stickstoff bei einem
Druck von 100 mm.
| Elektrode | Gasmenge in cbm pro Stunde |
Spannung des Lichtbogens in Volt |
Vermehrung der Ausbeute in% bei der Bindung von Stickstoff |
| Cu | 10 1/Std. IO 1/Std. |
675 580 |
|
| CuLi (0,8.% Li) | 25 |
IV. Lichtbogen in einem Gemisch von Stickstoff und Benzindampf.
| Elektrode | Gasmenge in cbm pro Stunde |
Spannung des Lichtbogens in Volt |
Vermehrung der Ausbeute in % bei der Bindung von Stickstoff |
| Cu | 10 1/Std. 10 1/Std. |
680 450 |
65 |
| CuLi (i,7 7o Li) .'. |
Wie aus vorstehenden Beispielen ersichlich ist, sind die erzielten Ausbeutesteigerungen
sehr erheblich und können bis nahezu 160 °/0
betragen.
Diese Verbesserungen sind nicht einer Änderung des Leistungsfaktors des Lichtbogens
zuzuschreiben, da dieser Faktor beim Übergang vom reinen Metall zur Legierung
keiner Änderung unterworfen war. .
Ferner bewirkt die Spannungsverminderung, die durch die Verwendung der hier vorgesehenen
Elektroden entsteht, einen entsprechend geringeren Energieaufwand. Infolgedessen
wird die Temperatur der Gase weniger hoch und die Wiederzersetzung des erhaltenen Stickstofjfoxydes oder des Cyanwasserstoffes
geringer, so daß die Ausbeuten, berechnet auf die verwendeten Elektrizitätsmengen, ebenfalls größer werden.
Die Gegenwart von Alkali- oder Erdalkalimetallen in den Elektroden trägt überdies
noch in sehr großem Maße zur Erhöhung der Stabilität des Lichtbogens bei.
Ferner wuide festgestellt, daß die Gegenwart kleiner, optimaler Mengen von Alkali-
oder Erdalkalimetallen in der Elektrode dieser eine größere Widerstandskraft verleiht.
So werden z. B. beim Lichtbogen in einer Stickstoff-Sauerstoff-Atmosphäre Kupferelektroden,
die Calcium enthalten, weniger stark oxydiert als Elektroden aus reinem Kupfer.
Die nach vorliegender Erfindung in Betracht kommenden Alkali- und Erdalkalimetalle
werden gegenwärtig in der Industrie billig hergestellt.
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Überführung von Stickstoff in Stickstoff-SauerstofE-Gemischen in Stickoxyde oder in Stickstoff-Kohlenwasserstoff-Gemischen in Cyanwasserstoff mittels des elektrischen Lichtbogens, dadurch gekennzeichnet, daß man Elektroden aus zu diesem Zwecke gebräuchlichen Metallen, wie Kupfer oder Eisen, mit Ausschluß von Aluminium und Silicium, in Legierung mit Alkali- oder Erdalkalimetallen oder auch beiden Arten dieser Metalle verwendet.
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