Wynalazek dotyczy rozkladania amo¬ niaku w celu wytwarzania mieszanin wodo¬ ru i azotu.Amoniak jest latwo dostepny po bardzo niskich cenach i mozna go ekonomicznie sto¬ sowac do wytwarzania mieszanin wodoru i azotu potrzebnych do róznych celów, zwlaszcza w przemysle hutniczym. Prze¬ puszczanie amoniaku gazowego ponad od¬ powiednimi katalizatorami w podwyzszo¬ nych temperaturach powoduje latwy roz¬ klad tego gazu, lecz stosowanie znanych aparatów do tego celu nastrecza wiele trudnosci.Aparat taki powinien byc zwarty i wy¬ dajny pod wzgledem cieplnym, lecz nad¬ mierne natezenia, powodowane przez róz¬ nice temperatury, w polaczeniu z nagryza¬ niem metali zwykle stosowanych przez amoniak i wodór, zwlaszcza jesli moga sie wytwarzac nadmiernie wysokie temperatu¬ ry, powoduja przedwczesne zuzycie takie¬ go aparatu i koniecznosc zbyt czestej na¬ prawy. Najwrazliwsza czescia takiego apa¬ ratu jest na ogól grzejnik elektryczny, a za¬ miana lub reparacja tego grzejnika wyma¬ ga zdejmowania plaszcza z calego aparatu, a nie tylko z samego grzejnika. Oprócz znacznego nakladu pracy oraz przerwy w ruchu znaczna wade stanowi równiez ta okolicznosc, ze katalizator w aparacie sta¬ je sie mniej skuteczny po wystawieniu go na dzialanie powietrza.W aparatach znanych grzejnik jest umieszczany w ten sposób, ze — po przej¬ sciu przez pierscieniowa komore katalitycz¬ na — produkty rozkladu stykaja sie bezpo¬ srednio z grzejnikiem. Takie urzadzenie okazalo sie niezupelnie odpowiednie w praktyce ze wzgledu na trudnosc regulo-wiania temperatliry w warstwie katalitycz¬ nej. Bardziej równomierny rozklad tempe¬ ratur osiagano w urzadzeniu do prowadze¬ nia procesu w dwóch zabiegach, przy uzy¬ ciu grzejnika umieszczonego miedzy dwie¬ ma warstwami katalizatora, W tym urza¬ dzeniu trudno jest jednak osiagnac potrze¬ bna temperature równomiernie rozlozona w calef masie i trudno jest tak urzadzic grzej¬ nik, zeby aparat odpowiadal stawianym wymaganiom. W obydwóch tych odmia¬ nach urzadzenia kontrola grzejnika lub je¬ go reparacja powodowaly zniszczenie ka¬ talizatora wskutek utlenienia, poniewaz nie mozna bylo zapobiec dostepowi powietrza do katalizatora.Czesto równiez katalizator ulegal azo¬ towaniu amoniakiem i przybieral przy tym wskutek rekrystalizacji postac zwartej hfb pólzwartej masy, która zatykala komore katalizatora. W wyniku tego opór, jaki na¬ potykal przeplyw gazów przez aparat, wzrastal szybko do wartosci niedopuszczal¬ nych w praktyce.Wynalazek dotyczy nowego urzadzenia do rozkladania amoniaku, w którym komo¬ ra katalityczna i grzejnik elektryczny sa la¬ two dostepne. Grzejnik reguluje sie termo¬ statycznie, a ponadto grzejnik i komore mozna szybko zaistepowac nie zdejmujac plaszcza z innych czesci aparatu.Stwierdzono, ze w celu unikniecia szyb¬ kiego wzrostu oporu przeciwko przeplywo¬ wi gazu przez aparat stosunek przekroju poprzecznego komory katalitycznej, wyra¬ zonego w centymetrach kwadratowych, do szybkosci, z jaka amoniak wchodzi do ko¬ mory, wyrazonej w centymetrach szescien¬ nych na sekunde, winien wynosic co naj¬ mniej 0,04, przynajmniej w tych miejscach komory, w których amoniak nie zdazyl je¬ szcze ulec rozkladowi w znaczniejszej czesci.Zgodnie z wynalazkiem amoniak gazo¬ wy prowadzi sie przez komore zaopatrzona w katalizator rozkladajacy amoniak. Do komory dostarcza sie cieplo przez promie¬ niowanie z grzejnika lub grzejników elek¬ trycznych, otaczajacych lub otoczonych przez komore, albo' z jednych i drugich ra¬ zem, przy czym grzejnik lub grzejniki sa wszedzie zabezpieczone od dostepu amo¬ niaku przed rozkladem oraz gazów wytwo¬ rzonych na skutek rozkladu.Powierzchnie komory katalitycznej, po¬ bierajace cieplo, powinny byc mozliwie du¬ ze, aby uniknac znacznych róznic tempera¬ tur w masie katalizatora. Wymiary komory katalitycznej oraz grzejnika, a takze odle¬ glosc tych czesci od siebie powinny byc najlepiej takie, zeby cieplo pobierane przez komore katalityczna nie przewyzszalo 6 450 kalorii kilogramowych na metr kwadrato¬ wy w ciagu godziny, a najlepiej, zeby nie przewyzszalo 4 850 kalorii kilogramowych na metr kwadratowy w ciagu godziny. Jest rzecza wskazana, aby komora katalityczna miala postac wezownicy rurowej lub pew¬ nej liczby wezownic rurowych o dosc gru¬ bych sciankach i O stosunkowo malej sredni¬ cy wewnetrznej, np. od 2,5 — 5 cm, oraz aby w przestrzeni objetej przez wezownice umieszczony zostal grzejnik. W takim urza¬ dzeniu komora katalityczna ma wielka uzy¬ teczna powierzchnie ogrzewania i przy za¬ chowaniu pewnych wymiarów jest bardzo wygodna w praktyce. Komora katalityczna moze byc równiez naczyniem pierscienio¬ wym, np, pierscieniem o szerokosci 2,5 cm, które otacza promieniujacy grzejnik elek¬ tryczny albo jest przezen otoczone.Dalsza cecha wynalazku jest polaczenie komory katalitycznej z wymiennikiem cie¬ pla w ksztalcie podwójnej wezownicy w ta¬ ki sposób, zeby zlacza miedzy wewnetrzna rura wymiennika a wylotem do gazu we¬ zownicy katalitycznej oraz zlacza miedzy zewnetrzna rura wymiennika a wpustem do gazu wezownicy katalitycznej byly umiesz¬ czone w stosunkowo chlodnych i dostep¬ nych czesciach aparatu. Najlepiej jest we¬ zownice katalityczna i grzejnik umiescic w przestrzeni cylindrycznej, otoczonej jedna — 2 —lub kilkoma warstwami materialu izolacyj¬ nego, w którym osadzona jest wezownica wymiennika, przy czym calosc jest zaopa¬ trzona w izolacyjne pokrywy koncowe, w jednej z których osadzone sa zlacza a tak¬ ze przewody doprowadzajace elektrycz¬ nosc, przewody prowadzace do termopary i urzadzenia termostatycznego.Wynalazek zapewnia duza wydajnosc cieplna grzejnika oraz zasadniczo równo¬ mierna temperature w calej komorze kata¬ litycznej.Na rysunku przedstawiony jest w prze¬ kroju aparat wedlug wynalazku. Wedlug fig. 1 w srodku aparatu znajduje sie grzej¬ nik elektryczny 1 zlozony z drutu oporowe¬ go, nawinietego na rdzen ogniotrwaly i ota¬ czajacego ten rdzen. Grzejnik znajduje sie w niewielkiej odleglosci od wezownicy ka¬ talitycznej 2, wykonanej ze znanego stopu stalowego, zawierajacego w przyblizeniu 18% chromu, 8% niklu, 0,5 — 1% wolfra¬ mu i 0,4 — 8% tytanu.Komore katalityczna otacza plaszcz po¬ dwójny 3, uzyty jako pomieszczenie wykla¬ dziny izolujacej 4 z cementu sylimanitowe- go (zamiast plaszcza 3 i wykladziny 4 moz¬ na zastosowac cylinder wytrzymaly na go¬ raco). Miedzy zewnetrzna sciana plaszcza a oslona zewnetrzna 6 znajduje sie izolacja 5 zlozona z odpadków welny. W welnie tej umieszczona jest wezownica podwójna 7, 8 sluzaca jako wymiennik ciepla miedzy do¬ plywajacym amoniakiem a uchodzacymi gazami. Jeszcze jeden plaszcz metalowy (nieprzedstawiony na rysunku), o nieco mniejszej srednicy niz plaszcz 3, moze byc umieszczony w pierwszym plaszczu, przy czym grubosc tego plaszcza jest taka', iz róznice temperatury na jego powierzchni sa male wskutek przewodzenia. Promieniowa¬ nie, odbite od tego plaszcza w kierunku ko¬ mory katalitycznej, moze byc dzieki temu bardziej równomierne, a tym samym rów¬ nomierniejsza moze byc temperatura róz¬ nych wezownic komory katalitycznej.. Jest rzecza pozadana, aby ten plaszcz metalo¬ wy skladal sie z dwóch polówek pólcylin- drycznych w celu latwiejszego poslugiwa¬ nia sie nim.Urzadzenie termostatyczne 9 znanego typu, dzialajace na zasadzie bezposrednie¬ go rozszerzania sie, jest umieszczone mie¬ dzy wezownica katalityczna 2 a wewnetrz¬ na sciana metalowa plaszcza 3. W tym po¬ lozeniu przyrzad ten posiada temperature bardzo zblizona do temperatury wezowni¬ cy katalitycznej 2. Poniewaz urzadzenie termostatyczne nie posiada oslony, jest ono bardzo wrazliwe na zmiany temperatury, dzieki czemu regulujac prad elektryczny reguluje temperature komory katalitycznej.Aby -uniknac utleniania scianek ze¬ wnetrznych komory katalitycznej, miedzy wezownke 2 i plaszcz 3 mozna wlaczyc kilka pretów weglowych 10, dzieki czemu wokól komory katalitycznej, grzejnika, ter¬ mostatu i scianki plaszcza powstaje atmo¬ sfera o duzej zawartosci dwutlenku wegla.W urzadzeniu wedlug wynalazku moz¬ na stosowac jakikolwiek katalizator przy¬ spieszajacy rozklad amoniaku, np. stopio¬ ny'tlenek zelaza zziarnowany w mieszani¬ nie z malymi ilosciami przyspieszaczy ta¬ kich, jak tlenek glinu i tlenek magnezu.Takie katalizatory sa sklonne do kruszenia sie i rozpadania w wyzszych temperatu¬ rach roboczych, natomiast w jeszcze wyz¬ szych temperaturach, które moga wystepo¬ wac miejscowo wskutek stosunkowo male¬ go przewodnictwa cieplnego katalizatora, wykazuja sklonnosc do spiekania sie. W ce¬ lu ulatwienia rozchodzenia sie ciepla w ma¬ sie katalizatora do masy tej mozna wlaczyc metalowy material wypelniajacy, np. wiór¬ ki metalowe, srut, gwozdzie, siatke metalo¬ wa albo tez metalowy material wypelnia¬ jacy, zastosowany w postaci warstw umiesz¬ czonych na przemian z warstwami katali¬ zatora lub rozprowadzony mniej lub bar¬ dziej równomiernie w calej masie katali¬ zatora, przy czym zadna z czesci kataliza- — 3 —tora nie powinna znajdowac sie dalej niz o 1,25 do 2,5 cm od dobrego przewodnika, którym moze byc albo metalowy material wypelniajacy, opisany poprzednio, albo scianki metalowe lub wttazadla, utrzymu¬ jace katalizator. W przypadku stosowa¬ nia dostatecznie waskich warstw kataliza¬ tora dodawanie metalowego materialu wy¬ pelniajacego mozna pominac.Temperatura najbardziej pozadana, ja¬ ka nalezy utrzymywac w komorze katali¬ tycznej, waha sie w zaleznosci od uzytego katalizatora, lecz przy uzyciu zwykle sto¬ sowanego katalizatora z tlenku zelaza naj¬ odpowiedniejszym przedzialom temperatu¬ ry roboczej jest w przyblizeniu 540° — 570° C. Ponizej tego przedzialu -w gazach rozkladowych pozostawaloby zbyt wiele amoniaku, natomiast powyzej tego przedzialu katalizator wykazuje trwalosc stosunkowo, mala wskutek jego zbijania sie lub spiekania Przy puszczaniu w ruch aparatu ze swieza porcja katalizatora nalezy katali¬ zator najpierw zredukowac, zanim stanie sie on calkowicie aktywny przy rozkladzie amoniaku. Redukcje mozna prowadzic przy wlaczonym grzejniku przepuszczajac przez aparat wodór, gaz swietlny, wolny od siarki, lub inny gaz redukujacy. Równiez amoniak moze grac role gazu redukujace¬ go. Nalezy uwazac, aby gaz uzyty do re¬ dukcji byl wolny od trucizn katalizatora.Woda wytworzona podczas redukcji scie¬ ka z rury 13. Amoniak gazowy doprowa¬ dza sie poczatkowo do czesci chlodniej¬ szych komory katalitycznej tak, iz goretsze sciany nie stykaja sie z gazami o bardzo duzej zawartosci amoniaku. Okolicznosc, ze temperatura wezownicy w dolnym kon¬ cu nie dosiega temperatury roboczej wiek¬ szej czesci wezownicy, wplywa równiez na zmniejszenie niebezpieczenstwa wytwarza¬ nia azotków.Mozna równiez wlaczyc alarmowy syg¬ nalizator temperatury 14 wprawiany w dzialanie przez termopare.Aparat wprowadza sie w dzialanie pod¬ noszac i utrzymujac temperature w apara¬ cie za pomoca grzejnika 1, a nastepnie pro¬ wadzac gazowy amoniak przez rure wpu¬ stowa 11 oraz wezownice 7 wymiennika ciepla, w której amoniak ogrzewa sie do granic temperatury reakcyjnej cieplem ga¬ zów przeplywajacych przez wezownice we¬ wnetrzna 8. Nastepnie amoniak gazowy plynie na dól przewodem 12 i dostaje sie do wezownicy katalitycznej 2, w której ulega rozkladowi plynac ponad katalizato¬ rem. Gorace gazy, uchodzace u góry we¬ zownicy katalitycznej i zlozone z mieszani¬ ny wodoru z azotem, przechodza do we¬ wnetrznej wezownicy 8 wymiennika ciepla i ostatecznie uchodza iz aparatu przewo¬ dem 13.Aparat typu opisanego powyzej, zbudo¬ wany tytulem próby, a mogacy wytwarzac okolo 2,5 m3, na godzine mieszaniny wodo¬ ru z azotem, wymagal zastosowania grzej¬ nika O' mocy 2,5 kw, który pracowal w przyblizeniu 40 minut na kazda godzine pracy aparatu. Powierzchnia promieniu¬ jaca tego grzejnika wynosila okolo 0,18 m2, a szybkosc objetosciowa amoniaku w we¬ zownicy katalitycznej wynosila okolo 500 objetosci amoniaku na 1 objetosc wezow¬ nicy na godzine. Powierzchnia wezownicy katalitycznej wynosila okolo 0,45 m2.W aparatach o stosunkowo malej szyb¬ kosci rozkladania gazu, potrzebnej do wiekszosci celów inzynieryjnych i hutni¬ czych, pracujacych z szybkoscia rozkladu od 1 do 10 m3 na godzine, zwlaszcza w przypadku stosowania zmiennych szybko¬ sci gazu oraz przerywanego doprowadzania go, gazoszczelne zlacza odporne w wyso¬ kiej temperaturze (oznaczone literami Ji i J2) w aparacie powinny sie znajdowac w mozliwie malej liczbie oraz powinny byc mozliwie male.Inny przyklad wykonania komory ka¬ talitycznej jest przedstawiony na fig. 2 w przekroju bocznym i na fig. 3 w rzucie po- — 4 —zi,omym. Komora ta sklada sie z pewnej liczby rur pionowych 15, których konce dolne sa polaczone rura 16. Konce górne mniej wiecej 3/4 czesci ogólnej liczby rur sa polaczone ze soba lacznikiem rurowym 17, do którego wprowadza sie amoniak przez rurke wlotowa 18. Pozostale rury pionowe sa polaczone ze soba lacznikiem rurowym 19, przez który produkty rozkla¬ du amoniaku doplywaja do rurki wyloto¬ wej 20. Szybkosc liniowa przeplywu ga¬ zu przez pierwsza polowe jego drogi po¬ przez komore katalityczna, to znaczy, gdy zawiera on jeszcze dosc znaczne ilosci amo¬ niaku nie rozlozonego, jest przeto znacznie mniejsza, niz szybkosc przeplywu w dru¬ giej polowie drogfr W pierwszej polowie komory katalitycznej amoniak ulega wiec bardzo szybko rozkladowi dzieki wiekszej powierzchni katalizatora i zachodzace azot- kowanie nie siega daleko w glab kataliza¬ tora, zawartego w poszczególnych rurach, tak ze unika sie szybkiego spadku cisnie¬ nia. W drugiej polowie komory katalitycz¬ nej wystepuje mniejsze niebezpieczenstwo szybkiego azotkowania, spiekania sie lub polowicznego spiekania katalizatora, wsku¬ tek mniejszego stezenia amoniaku nie roz¬ lozonego. PL