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Verfahren zur Verbrennung von Ammoniak Bei der üblichen Verbrennung
von Ammoniak mit Luft erfordert die Oxydation und Absorption der im Verbrennungsgemisch
enthaltenen Stickoxyde beträchtliche Zeitdauer und große Räume. Man hat zur Behebung
dieser Nachteile die Verbrennung des Ammoniaks unter Erzeugung eines Gemisches von
Stickoxyden und Wasserdampf mit hochkonzentriertem Sauerstoff durchgeführt, wodurch
wegen der gesteigerten Reaktionstemperatur besondere Maßnahmen für die Kühlung des
Kontaktes erforderlich wurden. Die Kühlung des Kontaktes wurde beispielsweise durch
Verwendung von flüssigem Ammoniak vorgenommen, wobei ein Teil der Reaktionswärtne
durch Verdampfen des Ammoniaks abgeführt wird. Als weiteres Kühlmittel ist die Verdampfungswärme
des Wassers zur Abführung der gesteigerten Reaktionswärme benutzt worden. Bei allen
diesen Ver= fahren ist durch Anwendung von engen Gaskanälen und hohen Strömungsgeschwindigkeiten
dafür Sorge zu tragen, daß die explosiblen Gasgemische nicht vorzeitig zur Entzündung
gebracht werden. So wurde bei Verwendung netzförmiger Katalysatoren unterhalb des
Katalysators eine wässerige Schicht angebracht, durch die man das Verbrennungsgemisch
hindurchleitete. Durch die rückstrahlende Wärme des Kontaktes fand eine Verdampfung
des Wassers aus der wässerigen Schicht unterhalb des Kontaktes statt. Infolge der
mangelhaften Wärmeleitung des Wasserdampfes reichte jedoch die auf diese Weise durchgeführte
Kühlung praktisch nicht aus. Einen noch geringeren Effekt erzielte man bei Anbringung
der wässerigen Schicht oberhalb des netzförmigen Katalysators.
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Es ist des weiteren versucht worden, bei der katalytischen Verbrennung
von Ammoniak mit reinem Sauerstoff oder sauerstoffreichen Gasen die überschüssige
Reaktionswärme dadurch abzuleiten, daß sämtliche Teile des Katalysators in sehr
geringer Entfernung von den umgebenden Apparatwänden angebracht werden und daß durch
Kühlung der letzteren mit einer geeigneten KühlflüA-sigkeit ein so starkes Temperaturgefälle
zwischen Katalysator und Apparatwandttng hervorgerufen wird, daß Explosionen verhindert
werden. In diesem Falle muß die überleitung des Oxydationsgemisches über den Katalysator
in einem sehr engen Raum zwischen den umgrenzenden Kühlflächen erfolgen. Es wird
dadurch der schwere Nachteil ausgelöst, daß das bereits gebildete Stickoxyd mit
noch nicht umgesetztem Ammoniak unter Bildung von Ammoniumnitrit in Reaktion tritt.
Da Ammoniumnitrit bei der hohen Temperatur unmittelbar in Stickstoff und Wasser
zerfällt, so wird die Ausbeute außerordentlich stark herabgesetzt. Außerdem haftet
auch
diesem Verfahren der Nachteil an, daß die Wärmeabführung durch
Gasschichten hindurch nicht genügend wirksam ist, so daß diese Kühlweise praktisch
nicht durchführbä.,w,, ist.
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Auch hat man vorgeschlagen, bei der katä,' lytischen Ammoniakverbrennung
beliebige Kontakte zum Zwecke der Temperaturregelung in direkter Verbindung mit
metallischen Kühlflächen anzuordnen, die von einem beliebigen Kühlmittel durchströmt
bzw. bespült werden. Durch das direkte Anliegen des Kontaktes an die Kühlflächen
werden auf der Kontaktfläche außerordentlich ungünstige Strömungswiderstände hervorgerufen,
die nur durch eine ganz besondere Ausbildung dieser Kühlflächen zu beheben sind.
Abgesehen von der Kompliziertheit solcherVorrichtungen erweist es sich als ungünstig,
daß die Kontakte in der Brennzone sich in direkter Berührung mit den aus Fremdmetall
hergestellten Kühlflächen befinden, da die Platinkatalvsatoren der Ammoniakoxydation
gerade gegen Verunreinigungen durchFremdmetalle außerordentlich empfindlich sind.
Außerdem ist infolge der geringen Durchtrittsquerschnitte die Belastbarkeit der
Kontakte gering; auch ist es schwierig, derartige Kontakte gleichmäßig zu zünden,
da bei hinreichender Vorheizung der Kontakte eben die vorerwähnte Gefahr einer Verunreinigung
des Platins durch Vremdmetall infolge eintretender Legierung besteht.
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Es wurde nun erkannt, daß bei Verbrennung von Ammoniak mit an Sauerstoff
angereicherten Gasen, vornehmlich jedoch mit hochkonzentriertem Sauerstoff, eine
beliebig weitgehende Kühlung des Katalysators und somit die Ausschaltung jeglicher
Explosionsgefahr bei der Verbrennung erreicht wird, wenn Kontakte aus formbarem
Stoff, vornehmlich aus Platin bzw. dessen Legierungen, verwendet werden, die mit
Verlängerungen aus dem gleichen Metall in eine wässerige Schicht eintauchen. Bei
von unten nach oben durch den Kontakt strömendem Ammoniak-Sauerstoff-Gemisch läßt
man die an den Kontakten angebrachten Verlängerungen aus dem gleichen Metall entweder
unten oder oben bzw. oben und unten in eine wässerige Kühlschicht eintauchen.
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Bei Bandkontakten werden die Verlängerungen beispielsweise durch konzentrisch
eingerollte Bänder, die aus dem Kontaktmaterial bestehen, von größerer Breite als
der der Kontaktbänder geschaffen.
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Bei Netzkontakten dienen als Verlängerungen beispielsweise Drähte,
deren Enden aus der Ebene des Netzes. hervorragen. Des weiteren können zur unmittelbaren
Wärmeableitung vom Netzkontakt zur wässerigen Schicht hin die zur Wärmeableitung
in der Technik bekannten Mittel, beispielsweise Wolle aus metallischem Kontaktmaterial,
ver-,_Nv@ndt werden.
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tn @e verwendeten Verlängerungen des Ka-i R rysators, die in
eine wässerige Kühlschicht Atauchen, gestatten eine leicht regelbare Wärmeabfuhr,
so daß eine Überhitzung der Katalysatoren vermieden werden kann. Durch Einstellen
der Entfernung zwischen der Oberfläche der Kühlflüssigkeit und dem Katalysator ist
außerdem eine leichte Reguliermöglichkeit und eine große Anpassungsfähigkeit an
Betriebswechsel gegeben. Dadurch, daß die als Wärmeableiter dienenden Verlängerungen
aus dem gleichen Metall bestehen wie der Katalysator, ist die Sauberhaltung des
Katalysators gesichert, da jegliche Legierungsgefahr mit Fremdmetallen, die die
Wirksamkeit des Katalvsatormetalles verringern könnten, bei der erfindungsgemäßen
Anordnung ausgeschaltet ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die ableitenden
Metallflächen gleichzeitig als Stützvorrichtungen des Katalysators wirken. Da sie
nämlich durch die Kühlung kalt gehalten werden, sind sie schwerer verformbar als
die heißen Katalysatorteile selber, mit denen sie eine mechanische Einheit bilden.
Sie geben dem Katalysator daher eine größere Festigkeit. Das Zünden der Kontakte
ist außerordentlich erleichtert, da man wegen des Fortfalles einer Legierungsgefahr
erst nach Erreichung der Zündtemperatur den Stand der Kühlflüssigkeit auf die gewünschte
Höhe einzustellen braucht.
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Die Kühlwirkung der unteren wässerigen Schicht, in die die Verlängerungen
des Katalysators eintauchen, kann durch Zugabe von Ammoniumsalzen, deren Anionen
unter den Reaktionsbedingungen keine den Katalysator angreifenden bzw. die Reaktion
hindernden Spaltprodukte liefern, gesteigert werden. Als solche eignen sich beispielsweise
Ammoniumsulfit und Ainmoniumsulfat. Die Kühlwirkung wird hierbei durch die wärmeverbrauchende
Dissoziation des 'unter den Arbeitsbedingungen zerfallenden Ammoniumsalzes bewirkt.
Des weiteren wird eine Steigerung der Kühlwirkung durch Verwendung des gesamten
Ammoniaks oder eines Teils desselben in flüssiger Form erreicht. Die beschriebenen
Maßnahmen können bei sämtlichen bekannten Arten von Kontakten, beispielsweise auch
rotierenden, Verwendung finden.
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Unter Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen erhält man ein Verbrennungsprodukt,
dessen Oxydation und Absorption wegen der geringen Menge an inerten Gasen wesentlich
gegenüber den bei der Verbrennung von Ammoniak mit Luft erhaltenen Gemischen beschleunigt
wird. Das Verfahren gestattet die Verwendung von Ammoniak-
Sauerstoff-Gemischen
mit Ammoniakgehalten bis zum theoretischen Verbrennungsgemisch und infolgedessen
die unmittelbare Gewinnung von konzentrierter Salpetersäure aus den Verbrennungsgasen.
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Bei der Durchführung des Versuchs wurde eine Anlage verwendet, bei
der die Kontakte die Gasführung von unten nach oben erforderten. Die Kühllamellen
waren in Richtung der Gasströmung vor dem Kontakt. angebracht. Das Gewicht eines
jeden Kontaktes betrug insgesamt 150 g, wovon i25 g für den eigentlichen
Kontakt und 25 g für die Kühllamellen verwendet waren.
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Als Ausgangsgas wurden je Kontaktofen i 189 cbm Gemischgas
mit einem Ammoniakgehalt von 13 Volumprozent in 24 Stunden umgesetzt. Die je Ofen
eingesetzte Ammoniakmenge in 24 Stunden betrug somit ii8kg. Nachdem Zündung eingetreten
war, wurde das als Kühlflüssigkeit dienende Wasser auf solche Höhe eingestellt,
daß die aus der unteren Ebene des Bandkontaktes herausragenden Kühllamellen in etwa
2o mm Entfernung von der Unterseite des Bandkontaktes in die Kühlflüssigkeit eintauchten.
Die Temperatur des Kontaktes ging je nach der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers
von goo° auf 7oo bis 780° zurück. Bei einer Durchschnittstemperatur von 74.0° wurde
eine Stickoxydausbeute von 97/, etreicht. Die Kondensation der Stickoxyde ergab
bei einer Kondensationstemperatur von io° eine 6o°/oige Salpetersäure.