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Verfahren zur Synthese von Ammoniak Bei den üblichen Verfahren zur
Synthese des Ammoniaks wird eine Mischung von Stickstoff und Wasserstoff verwendet,
die möglichst wenig Fremdgase enthält und von allen Verunreinigungen befreit ist,
die als Katalysatorgifte wirken könnten. Das führt zu ziemlich hohen Herstellungs-
und Reinigungskosten für das gasförmige Reaktionsgemisch.
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Es würde augenscheinlich von großer Bedeutung sein, wenn man Ammoniak
unmittelbar aus rohen technischen Gasen, wie Koksofengas, Wassergas, Hochofengas
oder irgendeinem andern mehr oder weniger wasserstoffreichen Gase, herstellen könnte,
ohne daß man die Fremdgase abzutrennen brauchte und ohne andere Reinigungsmaßregeln
als diejenigen, die durch Erwägungen auf mechanischen Gebiete nahegelegt werden,
etwa wenr, zu fürchten wäre, daß sonst die Kompressoren angegriffen oder die Leitungen
durch Abscheidungen verstopft werden könnten. Könnte man diese Gase ohne weiteres
verwenden oder gegebenenfalls nach einfachem Zusatz einer passenden Menge Stickstoff
(der übrigens ebenfalls in Form von minderwertigen Gasen, wie Rauch- oder Generatorgas,
zugeführt werden kann), so würde man zu sehr niedrigen Gestehungspreisen für die
zu der Synthese gebrauchten Ausgangsmaterialien gelangen. Jedoch schien es so, als
ob die schnelle Vergiftung der Katalysatoren durch! die Fremdgase (d. h. die Gase
außer Stickstoff und Wasserstoff) sowie die in den Mischungen enthaltenen Verunreinigungen
der unmittelbaren Verwendung solcher Gasgemische im Wege stehen müßte.
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Es ist schon vorgeschlagen worden, Ammoniak aus sehr unreinen technischen
Gasen dadurch herzustellen, daß man mit oder ohne Verwendung von Katalysatoren fortwährend
im Verlauf der Synthese den Druck und die Temperatur veränderte, wobei diese gleichzeitigen
und dauernden Veränderungen der Gleichgewichtsbedingungen angeblich die Bildung
der synthetischen Verbindungen erleichtern sollten. Der beabsichtigte Zweck dieses
Verfahrens scheint aber nur zum Teil erreicht zu sein, denn der Urheber des Verfahrens
gibt selber an, daß er nur äußerst kleine Ausbeuten erhalten habe. Außerdem können
diese fortwährenden Druck- und Temperaturänderungen nicht ohne erheblichen Energieaufwand
erreicht werden und sind schwierig zu bewerkstelligen, weil man nach denn Grundgedanken
dieses Verfahrens gleichzeitig verdichten und abkühlen müßte. Nach einem von dem
Urheber des Verfahrens angegebenen Beispiel werden die Gase mit 7,5 % Luft
verdichtet; das verwendete Wassergas muß also teilweise verbrennen, und bekanntlich
bilden sich, bei jeder Verbrennung in Gegenwart
einer unzureichenden
Menge Luft Spuren von Ammoniak.
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Die Erfinder haben nun entdeckt, daß-. beim Arbeiten mit konstant
gehaltenem Drüc1t"-von über r5oo kg/cm=, vorzugsweise vom ü@ep.= Zooo kg/cm', und
bei konstant gehaltener Ten--"" peratur zwischen 450 und i2oo° C fast älle' Stoffe
imstande sind, die Synthese des Ammoniaks hervorzurufen, selbst in Gegenwart von
Verunreinigungen und Fremdgasen, die als äußerst gefährlich für die Katalysatoren
angesehen werden, wie sie bei niedrigeren Drucken angewendet werden. Bei den nach
der Erfindung angewendeten sehr hohen Drucken findet die Bildung von Ammoniak sogar
statt, wenn man die Gase einfach erhitzt, ohne daß man irgend etwas in die Reaktionskammer
hineinbringt.
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Nach den allgemeinen Anschauungen war es zwar zu erwarten, daß Drucksteigerung
eine Vermehrung der Ammoniakausbeute zur Folge haben würde. Aber die klassischen
Versuche von H a b e r und C 1 a u d e ließen nicht voraussehen, daß bei .Drucken
von i 50o bis 2ooo Atm. besondere Katalysatoren entbehrlich sein würden, daß man
also infolgedessen Ammoniak aus unreinen technischen Gasen Würde herstellen können.
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Man könnte daher meinen, daß bei den von den Erfindern versuchten
Drucken, d. h. bei Drucken zwischen 2ooo und 4000 kg/cm' oder bei noch höheren Drucken
die Reaktion eine rein thermische wäre. Es würde jedoch voreilig sein, dies zu behaupten,
denn man kann ' immer die Möglichkeit einer katalytischen Wirkung der Gefäßwände
geltend machen. Tatsächlich haben die Erfinder in jedem Fall eine beträchtliche
Bildung von Ammoniak festgestellt, gleichgültig welches Material zur Herstellung
der Apparate benutzt wurde.
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Übrigens empfiehlt es sich immer, die Reaktionskammer nicht ganz leer
zu lassen, wenn es auch damit nur bezweckt würde, eine bessere Verteilung der Temperaturen
zu sichern. Praktisch ist es immer von Vorteil, die Reaktionskammer mit Stoffen,
wie z. B. Asbest, Chamotte, Eisenspänen, zu füllen, die es immr ermöglichen, die
Leistung der Apparate- mehr oder weniger zu erhöhen. Diese Katalysatoren, wenn man
diesen Ausdruck verwenden darf, haben in jedem Fall durchaus nichts -gemein mit
den besonderen Katalysatoren, die bisher verwendet werden, sie können sehr lange
vorhalten und immer beträchtliche Mengen Ammoniak erzeugen, sogar in Gegenwart von
Verunreinigungen in sehr großer Menge.
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Man kann auch, wohlverstanden, als Füllstoffe die besonderen" Katalysatoren
verwenden, die bei niedrigeren Drucken verwendet werden, wobei das wesentliche Merkmal
der Erfindung in der Anwendung sehr unreiner Gase besteht, wie derjenigen, die oben
er-«ähnt worden sind, eine Verwendung, die `.s4irch die sehr hohen Drucke ermöglicht
wird. :-_ Beispiel '' In eine aus einem Ouarzrohr bestehende, innen mit Asbest beschickte
Reaktionskammer, die auf 80o° erhitzt ist und in eine druckfeste Hülle eingeschlossen
ist, läßt man unter einem Druck von 4ooo kg/cm2 ein Gasgemisch eintreten, das folgende
Zusammensetzunsr hat:
| H2 S . . . . . . . . . . . . 5,3 Volumprozent |
| O ............. o,6 - |
| - |
| H ............. 71,2 |
| N ............. 22,9 - |
Am Ausgang des Apparates bemerkt man eine beträchtliche Bildung von Ammoniak, selbst
wenn der Asbest bis zum vollständigen Verschwinden jeder Spur von Eisen mit Königswasser
gewaschen worden ist, und diese Ammoniakbildung bleibt während der ganzen Dauer
der Versuche ziemlich konstant. Dieselben Ergebnisse kann man erzielen, wenn man
unter denselben Bedingungen wie vorstehend mit einem Gasgemisch arbeitet, das aus
rohem Leuchtgas hergestellt ist und folgende. Zusammensetzung hat:
| H,S . . . . . . .. . . .. i,i Volumprozent |
| C02 ............ i - |
| CH .i ..... 11,5 - |
| andere Kohlen- |
| wasserstoffe .... o,2 - |
| CO ............ 6,3 - |
| H ...... ..... 645 - |
| N ............ 15,4 - |
Die Zusammensetzung der Gase wird hier nur beispielsweise angegeben; viele andere
gleichartige Gasgemische sind von den Erfindern mit demselben Erfolg verwendet worden.
Die angegebene Temperatur von 80o° C, die, wie sich zeigt, in den untersuchten Fällen
die vorteilhafteste ist, kann auch eine andere sein; es ist schwer, allgemein die
beste Temperatur anzugeben, da diese j e nach den Arbeitsbedingungen ziemlich schwankt.
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Mit solchen Ausgangsstoffen beobachtet man allgemein die gleichzeitige
Bildung von flüssigen organischen Produkten, deren Beschaffenheit je nach der chemischen
Zusammensetzung des verwendeten Gemisches und den verschiedenen anderen Bedingungen
wechselt. Diese Produkte sind oft sehr wertvoll, und im allgemeinen gleicht ihre
Erzeugung richtig die zusätzlichen Kompressionskosten aus, die teils aus der Anwendung
höherer Drucke, teils aus der Gegenwart von Fremdgasen entstehen.