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Verfahren zur Entfernung oder Vermeidung von Abscheidungen bei Umsetzungen
im elektrischen Lichtbogen Bei zahlreichen chemischen Umwandlungen treten oft unerwünschte
Abscheidungen von festen oder halbfesten Stoffen auf, die zu störenden Erscheinungen,
wie Nebenreaktionen oder Verstopfungen der Vorrichtung, Anlaß geben. So entsteht
bekanntlich bei der Behandlung gas- oder dampfförmiger kohlenstoffhaltiger Stoffe
im elektrischen Lichtbogen, z. B.. zwecks Herstellung von Blausäure oder Acetylen,
in größerer oder kleinerer Menge Kohlenstoff, der sich zum Teil schon an den Wänden
des Reaktionsraumes, zum Teil in den sich anschließenden, zur Abkühlung der Reaktionsprodukte
dienenden Vorrichtungen absetzt und so einen möglichst raschen Wärmedurchgang durch
die Metallwände verhindert; so daß das Reaktionsgemisch zu lange auf hoher Temperatur
gehalten wird, was zur Bildung unerwünschter Nebenprodukte Anlae gibt. Es kommt
hinzu, daß in vielen Fällen die Gegenwart von Ruß katalytisch beschleunigend auf
die Bildung der unerwünschten Nebenprodukte einwirkt. Diese Schwierigkeiten sind
naturgemäß in erhöhtem Maße vorhanden, wenn man kohlenstoffhaltige Gase absichtlich
auf Ruß verarbeitet oder wenn schon in den Ausgangsgasen Kohlenstoff, o. dgl. enthalten
ist. Es wurde nun gefunden, daß man diese störenden Ablagerungen in einfacher und
sehr wirksamer Weise leicht dadurch verhindern bzw. beseitigen kamt, daß man den
zu behandelnden Gasen oder Dämpfen; oder einem Teil derselben dauernd oder zeitweise
fein verteilte, feste, an der chemischen Umsetzung nicht teilnehmende Stoffe, z.
B. Sand, Asche o. dgl., beimischt. Diese bewirken, daß die Wände der Vorrichtung
stets frei von Ruß u. dgl. gehalten werden bzw. daß dieser innerhalb kürzester Zeit
restlos wieder entfernt wird, falls schon eine Ablagerung stattgefunden hat. Der
Zusatzstoff und die von den Wänden abgerissenen Ablagerungen können in besonderen
Kammern in bekannter Weise leicht wieder aus dem Gas abgeschieden werden. Diese
Abscheidung läßt sich besonders leicht durch Einspritzen von Flüssigkeiten in das
Gas, bewirken; die Flüssigkeiten werden dann zusammen mit den festen Teilen in üblichen
Flüssigkeitsabscheidern wieder entfernt.
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Die für die Reinigung erforderliche Menge der festen Zusatzstoffe
ist im allgemeinen sehr gering. So genügt z. B. bei der Herstellung von Acetylen
aus Methan im elektrischen Lichtbogen eine Zugabe von o,31
Sand
während i Minute in jeder Stunde, um das Innere eines 5oo-1cW-Lichtbogenofens vollkommen
blank zu halten. Während der Zugabe des Sandes reißt der gegen äußere Eingriffe
im allgemeinen sehr empfindliche Lichtbogen nicht ab. Auf diese Weise ist es möglich,
einen ununterbrochenen Lichtbogenbetrieb während mehrerer Tage zu erreichen, während
ohne Sandzugabe unter denselben Bedingungen der Ofen zwecks Entrußung etwa alle
4 bis 6 Stunden abgestellt und geöffnet werden muß.
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Das vorliegende Verfahren hat außer den Vorteil, daß die Reinigung
auch während des Betriebes vorgenommen «erden kann, ohne daß es notwendig ist, den
Ofen oder einzelne Teile desselben auseinanderzunehmen, noch den weiteren großen
Vorteil, daß durch die Zugabe der festen Stoffe das gasförmige oder flüssige Reaktionsprodukt
nicht verdünnt und außerdem immer in praktisch konstanter guter Ausbeute erhalten
wird.
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Die Zuführung der festen Teilchen kann in verschiedener Weise geschehen.
Man kann sie dem zu behandelnden Gas oder einem Teil desselben schon vor Eintritt
in den Ofen dauernd oder zeitweise beimischen. Unter Umständen ist es vorteilhaft,
den Sand o. dgl. einem inerten, an der Reaktion nicht teilnehmenden Gas beizumischen.
Man kann als Trägergas bzw. -dampf auch einen auf die zu entfernenden Abscheidungen
physikalisch, z. B. durch Lösung oder chemisch einwirkenden Stoff benutzen, wie
Sauerstoff, Wasserdampf o. dgl. Auch kann es vorteilhaft sein, während der Zugabe
der festen Stoffe für kurze Zeit die Gasgeschwindigkeit zu erhöhen, um die scheuernde
Wirkung der festen Teilchen zu verstärken, ohne daß dadurch die besonderen Vorteile
des Verfahrens (kontinuierlicher Betriebe, Reinigung ohne Öffnung der Vorrichtung,
praktisch konstante Raumzeitausbeute) in Frage gestellt werden.
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Unter Umständen ist es zweckmäßig, in der Nähe besonders gefährdeter
Stellen des Ofens Öffnungen anzubringen, durch die man dauernd oder zeitweise etwas
Gas, gemischt mit den festen Teilchen, zugibt. Es ist auch möglich, die festen Teilchen
für sich in den Reaktionsraum einzuführen, z. B. mittels einer Schnecke. In manchen
Fällen empfiehlt es sich, die festen Teilchen als Wärmeträger zu benutzen und sie
vor der Einführung hoch zu erhitzen. Im Falle dauernder Zugabe vermeidet man in
dieser Weise nicht nur eine Abkühlung des Gases, sondern man kann dieses damit unter
Umständen auch erwärmen.
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Eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung wird
durch die Zeichnung veranschaulicht. In der Zeichnung bedeutet i das Zuführungsrohr
für die der Behandlung im elektrischen Lichtbogen zu unterwerfenden Gase. Der Lichtbogen
brennt zwischen den Elektroden 5 und q., von denen die letztere mit Wasser gekühlt
wird, das bei 3 zu- und bei 7 abfließt. Durch das Rohr 2 und die Öffnung ä wird
Sand mit Hilfe eines Trägergases dem Ofen zugeführt. Bei einem in dieser Weise gestalteten
5oo-1cW-Ofen, in dem Methan auf Acetylen verarbeitet wird, genügt die Zuführung
von 0,31 Sand pro Stunde innerhalb i Minute, um die Wandungen des Ofens von
schädlichen Kohlenstoffablagerungen frei zu halten.
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Es ist bereits bekannt, bei Wärmebehandlungen von Ölen, die zu unerwünschten
Kohlenstoffabscheidungen führen können, dein zu behandelnden Öl feste Stoffe zuzumischen,
um in dieser Weise die unerwünschten Abscheidungen an den Wandungen der von dem
Öl durchströmten Gefäße bzw. Rohre zu verhindern. Eine solche Maßnahme war bei der
Behandlung gas- oder dampfförmiger kohlenstoffhaltiger Stoffe im elektrischen Lichtbogen
keineswegs selbstverständlich, denn es war anzunehmen, daß der Lichtbogen bei Zugabe
von Sand o. dgl. zum Gasstrom erlöschen würde, da bei der großen Empfindlichkeit
des Lichtbogens sonst schon geringe Störungen im Gasstrom einen geregelten Betrieb
unmöglich machen.
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Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung von Cyanwasserstoff
aus hocherhitztem Wasserstoff, Kohlenstoff und Stickstoff im elektrischen Lichtbogen
soll der erforderliche Kohlenstoff ganz oder teilweise mit dem Stickstoff und Wasserstoff
in fein verteilter fester liorin dem Lichtbogen zugeführt werden. Der in fester
Form eingeführte Kohlenstoff verschwindet aus dem Gasstrom, da er mit dem Stickstoff
und Wasserstoff unter Bildung von Cyanwasserstoff reagiert. Hingegen werden bei
dem vorliegenden Verfahren solche fein verteilten festen Stoffe in den Lichtbogen
eingeführt, welche an der chemischen Umsetzung selbst nicht teilnehmen und ihren
festen Zustand während des Durchgangs durch den Reaktionsraum behalten. Bei der
Herstellung von Stickoxyden im elektrischen Lichtbogen hat man fernerhin vorgeschlagen,
feste Substanzen in den Gasstrom einzuführen, um eine Temperaturerniedrigung zu
bewirken oder um diese Stoffe an der Reaktion selbst teilnehmen zu lasen. Die Zuführung
fein verteilter fester Stoffe erfolgt gemäß der Erfindung bei einer wesentlich anderen
Umsetzung und dient dem Zweck, Störungen zu beseitigen, welche gerade bei der Umsetzung
gas- oder dampfförmiger kohlenstoffhaltiger Stoffe im Lichtbogen durch schädliche
Ablagerungen leicht verursacht werden.