-
Verfahren zur Erzeugung praktisch sauerstoff- und stickoxydfreier
Gemische von Stickstoff und Wasserstoff Es besteht in der. Technik ein Bedürfnis
nach reduzierenden Schutzgasen, insbesondere zwecks Verwendung bei Blankglühprozessen.
Ferner werden derartige Gase zur Sicherung von Tanks verwendet, in denen Brennstoffe
gelagert werden, deren Dämpfe mit Luft explosive Gemische ergeben. Es ist bekannt,
zu diesem Zwecke Sticksboff-Wasserstoff-Ge-'mische aus Ammoniak herzustellen, indem
das Ammoniak unter Zuführung von Wärme mit Hilfe von Katalysatoren in seine Bestandteile
zerlegt wird. Diese Maßnahme erfordert jedoch verhältnismäßig umständliche Vorrichtungen.
Auch erhält man in diesem Falle nur ein. Gasgemisch, das auf i Raumteil Stickstoff
. 3 Raumteile Wasserstoff enthält und bei dem das gegenseitige Verhältnis von Stickstoff
und Wasserstoff bei der Herstellung nicht beeinflußt werden kann.
-
Es ist ferner bekannt, zur Herstellung :derartiger Gasgemische das
Ammbniak partiell mit Luft zu verbrennen. Die Verbrennung des Ammoniaks mit Luft
hat den Vorteil, daß man durch die Einstellung der Luftmenge den .Stickstoffgehalt
des Gasgemisches weitgehend verändern kann. Zur Durchführung dieses Verfahrens sind
besondere Maßnahmen notwendig, um eine kontinuierliche Flammenbildung und damit
eine stetige Verbrennung zu ermöglichen. Man hat zu diesem Zwecke vorgeschlagen,
das Ammoniak zunächst ohne Zusatz von Luft oder Sauerstoff unter Benutzung von von
außen zugeführter Wärme rein katalytisch sü weit zu zersetzen, daß das entstehende
Gasgemisch mindestens 2o % freien Wasserstoff enthält; in einer zweite Stufe wurde
dann dieses Gasgemisch mit Luft -ohne Anwendung von Katalysatoren verbrannt. Zur
Durchführung- dieses Verfahrens ist ein ziemlich verwickelt gebauter Apparat erforderlich.
-
Es wurde gefunden, daß man in sehr einfacher Weise und in einem höchst
einfachen Apparat. ein. praktisch sauerstoff- und stickoxydfreies Gemisch von Stickstoff
und Wasserstoff erhalten kann, wenn man auf i Raumteil Ammoniak weniger als
0,75 Raumteile Sauerstoff als solchen oder in Form von Luft bzw. im Gemisch
mit anderen Gasen anwendet und die Verbrennung in Gegenwart von Metallen. der Eisengruppe
oder solche Metalle .enthaltenden- Legierungen als Katalysatoren vornimmt. Die als
Katalysatoren dienenden Metalle oder Legierungen gelangen vorzugsweise in Form von
Drähten, Netzen oder Drehspänen, zur Anwendung. Als besonders
geeignet
haben sich Netze aus Nickeldraht erwiesen. Zweckmäßig arbeitet man bei Temperaturen
zwischen äoo und 125o°.
-
Die bekannte Tatsache, daß Eisen imstande: ist, auf Ammoniak katalytisch
zersetzend eili-. zu@,#,irken, bot keinen Hinweis für die EAt-. Wicklung des erfindungsgemäßen
Verfahrens;' welches sich an Stelle der katalytischen Zersetzung der katalytischen
Oxydation des Ammoniaks, also einer ganz anderen Reaktion, bedient.
-
Während bisher in der Technik die katalytische Oxydation von Ammoniak
nur zur Herstellung von Stickoxyden angewandt wurde, bezweckt Glas vorliegende Verfahren
die Herstellung praktisch völlig stickoxydfreier Stick-Stoff-Wasserstoff-Gasgemische.
Angesichts der Tatsache, daß nicht nur die Oxyde der Metalle der Eisengruppe, sondern
auch diese Metalle selbst als Katalysatoren für die Verbnennung von Ammoniak zu
Stickoxyden empfohlen wurden, war es überraschend, daß bei der Verwendung von Metallen
der Eisengruppe und deren Legierungen, insbesondere von Nickel, als Katalysator
keinerlei Stickoxyde auftreten und daß das Ammoniak schnell bis auf Bruchteile eines
Prozentes umgesetzt wird. Auch über den- Einfluß von anderen Katalysatoren auf Ammoniak-Luft-Gemische
war nur bekannt, daß sie je nach den Arbeitsbedingungen entweder zur Bildung von
Stickstoff und Wasser oder aber zur Entstehung von Stickoxyden Anlaß geben. Verbrennt
man z. B. Ammoniak mit einem Unterschuß von Luft an Platinkatalysatoren, so verbleiben
im Gemisch stets Stickoxyde @ in solchen Mengen, daß die 'praktische Verwendung
des Gases zu den vorliegenden Zwecken nicht in Frage kommt. Auch erfolgt bei der
Verbrennung von Ammoniak mit Luft im Unterschuß nur ein unvollständiger Umsatz von
Ammoniak, und es gehen beträchtliche Mengen unzersetzten Ammoniaks mit in das Endgas.
Ferner sind die Verluste an den teuren Platinkatalysatoren bei den hohen Arbeitstemperaturen
sehr groß.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hat man es durch die Einstellung
der Luftmenge in der Hand, das Verhältnis von Stickstoff und Wasserstoff in dem
erzeugten Gasgemisch weitgehend zu beeinflussen. So erhält man durch Verwendung
der maximal zulässigen Luftmenge ein wasserstoffarmes und stickstoffreiches Gasgemisch.
Ebenso lassen sich andererseits sehr wasserstoffreiche Gasgemische erzeugen. In
diesem Falle ist es zweckmäßig, das dem Katalysator zugeführte Ammoniak-Luft-Gemisch
oder Ammoniak bzw. Luft für sich vorzuwärmen, insbesondere vor ihrem Zusammenbringen
mit dem Katalysator in Wärmeaustausch mit den heißen Reaktionsgasen zu bringen,
damit die Temperatur des Katalysators die erforderliche Höhe behält. Ferner kann
man durch Anwendung von .. uerstofl an Stelle von Luft den Wasser-, , 4 stöffgehalt
des erzeugten Gasgemisches auf .68@ bis 70 % erhöhen.
-
.'Die Abführung der bei der Oxydation des Ammoniaks frei werdenden
Wärme kann auf verschiedene Weise erfolgen, z. B. durch indirekte Kühlung mit Wasseroder
im Wärmeaustausch mit Gasen, wie auch durch unmittelbare Berührung oder Waschung
der Reaktionsgase mit Wasser. Die zulässige Höchsttemperatur richtet sich nach dem
zur Verwendung kommenden Katalysator; bei Anwendung von Nickelnetzen als Katalysator
soll sie zweckmäßig 115o bis 125o° nicht überschreiten. Zweckmäßig erfolgt die Kühlung
des Katalysators, indem man einen Teil des Reaktionsgases nach entsprechender Abkühlung
im Kreislauf dem Ausgangsgasgemisch wieder zusetzt. Bei den hohen in Betracht kommenden
Reaktionstemperaturen empfiehlt es sich ferner, die hocherhitzten Apparateteile
aus besonders widerstandsfähigen Materialien, z. B. nickel- und chromhaltigen Eisenlegierungen,
herzustellen. Ein besonderer Vorteil des vorliegenden Verfahrens liegt darin, daß
man auch bei tieferen Temperaturen arbeiten und 'wasserstoffreiche Gasgemische erzeugen
kann. Beispiel i Durch die Leitung a (vgl. die Zeichnung) werden stündlich in das
Rohr b, das eine lichte Weite von 1o cm besitzt, 44 cbm eines Gasgemisches eingeführt,
das aus 24. cbm Luft und 2o cbm Ammoniak besteht. In dem oberen Teil des Rohres
befinden sich mehrere als Katalysator wirkende feinmaschige Nickeldrahtnetze c,
an denen sich die Verbrennung des Ammoniak-Luft-Gemisches selbst unterhält, nachdem
bei Inbetriebnahme der Vorrichtung die Netze durch Wasserstoffflamme oder elektrische
Heizung auf die Zündtemperatur ödes Gasgemisches angeheizt worden sind. Die Arbeitstemperatur
beträgt etwa 900°.
-
Das entstandene Reaktionsgemisch verläßt durch den mit Wasser versehenen
Behälter d, in dem geringe Mengen noch unzersetzten Ammoniaks entfernt werden (etwa
o, i bis 0,2 % des Gasgemisches), das Rohr b und wird durch das Rohr c, dessen unterer
Teil mit Füllkörpern, wie Raschigringen, gefüllt ist, und die Leitung/ abgeführt.
Zur Kühlung der heißen Reaktionsgase sind die beiden Rohre b und e mit einem Kühlmantel
umgeben, -der mit Wasser gekühlt wird. In der Vorrichtung werden stündlich 49 cbm
eines Gasgemisches erhalten, das aus 40,4 % Wasserstoff und 59,6 % Stickstoff besteht.
Leitet
man durch die gleiche Vorrichtung bei etwa i i oo° stündlich 34 cbm eines Gasgemisches,
das aus 24 cbm Luft und i o cbm Ammoniak besteht, so werden 29 cbm eines Gasgemisches
jerhalten, das aus 17 % Wasserstoff und 83 % Stickstoff besteht. Beispiel 2 In der
in Beispiel i beschriebenen Apparatur sind als Katalysator sechs Drahtnetze aus
Nickel-Eisen-Chrom-Legierung mit 26o Maschen pro Quadratzentimeter eingebaut. Es
werden stündlich 16 cbm Ammoniak und 5o cbm Luft durchgeschickt und 5o,8 cbm Stickstoff-Wasserstoff-Gemisch
mit einem Gehalt von 6,2 % Wasserstoff erhalten. 16 bis i 9 cbm dieses Gasgemisches
werden nach Abkühlung dem Ammoniak-Luft-Gemisch wieder zugeführt, um ein unerwünschtes
Ansteigen der Temperatur über etwa 1'50' zu verhindern.