Wynalazek niniejszy dotyczy sposobu otrzymywania magnezu metalicznego przez redukcje weglem tlenkowych zwiazków ma¬ gnezowych, przeprowadzana w -temperatu¬ rach znacznie wyzszych od temperatury wrzenia magnezu, wobec czego- magnez jest wyzwalany w postaci par magnezu.Do niedawna magnez byl otrzymywany wylacznie w sposób elektrochemiczny, na¬ tomiast na wieksza skale nie korzystano zu¬ pelnie ze sposobów czysto cieplnych.W szczególnosci gdy chodzi o redukcje tlen¬ ku magnezu weglem wedlug równania MgO + C ~Z Mg + CO, pomimo wielo¬ krotnych prób az do ostatnich czasów na¬ potykano znaczne trudnosci, .polegajace na tym, ze utworzone pary magnezu pod dzia¬ laniem jednoczesnie powstajacego tlenku wegla i przy obnizaniu temperatury ponizej temperatury odtleniania magnezu utlenia¬ ly sie w zakresie duzego spadku tempera¬ tury z powrotem na tlenek magnezu* Trud¬ nosc te usunieto skutecznie dopiero za po¬ moca sposobu wedlug patentu nr 19 326, który polega na tym, ze patrowe i gazowe produkty reakcji az do opuszczenia prze¬ strzeni redukcyjnej sa utrzymywane w tem¬ peraturze, w której równowaga reakcji od¬ wracalnej lezy na stronie powstawania ma¬ gnezu, a dopiero przy wyjsciu produktów tych z przestrzeni redukcyjnej przez dopro¬ wadzanie duzych ilosci wodoru (albo inne-go gazu obojetnego wzgledem magnezu) rozciencza sie je i jednoczesnie obniza sie temperature nagle do temperatury znacznie nizszej od temperatury krzepniecia magne¬ zu. Magnez opada wówczas w postaci pylu magnezu. Gaz chlodzacy, wydostajacy sie ze skraplacza, poddaje sie, po oddzieleniu pylu magnezu, oczyszczaniu w celu usunie¬ cia tlenku wegla i nastepnie zostaje ponow¬ nie zastosowany w obiegu. Poniewaz dosta¬ tecznie szybkie ochlodzenie par magnezu wymaga stosowania zbyt duzej ilosci gazu chlodzacego (50 — 70 m3 na 1 kg magnezu), przeto koszty oczyszczania dla oplacalno¬ sci sposobu posiadaja znaczenie zasadni¬ cze. Wynalazek niniejszy ma na celu obni¬ zenie tych kosztów przez zastosowanie wo¬ doru jako gazu chlodzacego, przy czym dzialanie oczyszczajace wskutek tego nie tylko nie pogarsza sie, lecz nawet staje sie lepsze.Sposób wedlug wynalazku polega na tym, ze z mieszaniny gazów opuszczaja¬ cych skraplacz komory redukcyjnej po od¬ dzieleniu pylu magnezu usuwa sie tyle tlenku wegla, ile odpowiada przyrostowi przez powstawanie tlenku wegla podczas redukcji, stosujac selektywna adsorpcje za pomoca wegla aktywnego w niskich tempe¬ raturach i tak oczyszczona mieszanine ga¬ zów stosuje sie potem znowu jako gaz chlodzacy. Najlepiej jest, gdy mieszanine gazowa, odprowadzana ze skraplacza, roz¬ dzieli sie na dwie czesci, z których jedna, najlepiej mniejsza, zostaje wydzielona bez zmiany, natomiast druga czesc podda¬ je sie oczyszczaniu za pomoca wegla ak¬ tywnego, aby w ten sposób mieszanine po¬ nownie zuzytkowac w obiegu kolowym.Adsorpcja za pomoca wegla aktywne¬ go nie moze sluzyc do calkowitego lub pra¬ wie calkowitego rozdzialu wodoru i tlenku wegla, gdyz stala adsorpcji obydwóch ga¬ zów wzgledem wegla aktywnego równiez w nizszych temperaturach roboczych lezy zbyt blisko siebier ale ,zato przedstawia specjalne zalety w zastosowaniu do sposo¬ bu wedlug wynalazku niniejszego, w któ¬ rym chodzi tylko o to, aby z wyjsciowej mieszaniny gazów usunac tyle tlenku we¬ gla, ile odpowiada przyrostowi go podczas redukcji. Dzieki takiemu korzystnemu spo¬ sobowi oczyszczania mieszaniny gazowej zostaje ona uwolniona nie tylko od tlenku wegla, lecz równiez od innych zanieczysz¬ czen, które zawiera coi prawda w bardzo malych ilosciach, ale których obecnosc w gazie chlodzacym oddzialywa bardzo niekorzystnie na przebieg skraplania sie par magnezu. Okazuje sie, ze przez do¬ prowadzanie oczyszczonego w ten sposób wodoru do obiegu gazu chlodzacego od¬ wrócenie reakcji w temperaturze skrapla¬ nia par magnezu przy zachowaniu innych calkowicie tych samych warunków moze byc powstrzymane o wiele skuteczniej, ani¬ zeli np. przy oczyszczaniu mieszaniny ga¬ zowej przez utlenianie wodoru, co wyraza sie tym, ze zawartosc magnezu metaliczne¬ go w produkcie skraplania wzrasta w stop¬ niu nieoczekiwanym.Aby zawartosc wodoru w mieszaninie gazowej, przeprowadzanej przez wegiel aktywny bez wiazania, przy oszczednym stosowaniu silnego ochladzania tlenku we¬ gla byla wystarczajaco oswobodzona, zale¬ ca sie przerywanie ladowania srodka ad- sorpcyjnego, zanim ustali sie równowaga adsorpcyjna. Dopóki wegiel aktywny po¬ siada jeszcze calkowita zdolnosc pochla¬ niania, wychodzacy wodór zawiera tylko male ilosci CO. Przy wzrastajacym nasy¬ ceniu wegla aktywnego krzywa zawartosci w gazach tlenku wegla wzrasta stromo, az do uzyskania równowagi adsorpcyjnej.Gdy równiez i srednia zawartosc tlenku wegla w absorbowanej mieszaninie gazowej jest w kazdym razie mniejsza od zawarto¬ sci w mieszaninie wyjsciowej, to i w tych warunkach wszystko przemawia za jak najkrótszym czasem trwania adsorpej i w urzadzeniu absorpcyjnym. Wytworzony — ' 2 —;produkt adsorpcji przy zastosowaniu od¬ powiedniego podcisnienia daje sie usunac calkowicie w ciagu kilku minut- Nawet tv razie stosowania urzadzenia, skladaja¬ cego sie tylko z dwóch komór adsoorpcyj- nycih, pracujacych na przemian, mozna za -kazdym razem stosowac na przemian ad¬ sorpcje i dezadsorpcje trwajace po kilka minut. Po odlaczeniu pompy prózniowej wegiel aktywny jest gotów do pochlaniania przy nastepnej adsorpcji bez koniecznosci stosowania specjalnych srodków uaktyw- Jiia^jacych go. Stosujac slabe ogrzewanie, mp. do temperatury 70°. C, wystarcza co pe¬ wien czas uwalniac produkty adsorpcji od zatrzymanych domieszek, które w tempe- Taturzeroboczej sa nielotne i nie posiadaja .dostatecznie duzej preznosci par, aby mo¬ gly byc usuniete przez zastosowanie pod¬ cisnienia (jak np. woda), dlatego korzyst¬ nie jest stosowac urzadzenie, skladajace sie z trzech komór adsorpcyjnych, z któ- Tych przynajmniej jedna jest zaopatrzona w urzadzenia grzejne i chlodnicze.Do uzyskania duzej oplacalnosci spo¬ sobu wedlug wynalazku przyczynia sie po- madto ta okolicznosc, ze przy szybkiej zmianie okresów adsorpcji i dezadsorpcji ilosc srodka adsorpcyjnego moze byc tak mala, ze wynosi tylko mala czesc ilosci za¬ zwyczaj stosowanej. Wobec slabego zuzy¬ cia wegla aktywnego mozna go stosowac w ciagu bardzo dlugiego czasu.Produkty adsorpcji usuwa sie w zmany sposób najlepiej przez obnizenie cisnienia, W ten sposób otrzymuje sie skladnik wo¬ dorowy, silnie wzbogacony w tlenek wegla, który moze byc przerobiony w dowolny sposób. Gdy wodór zwiazany srodkiem ad- sorpcyjnym nie jest doprowadzany ponow¬ nie doi obiegu kolowego, wówczas musi byc doprowadzana odpowiednia ilosc swiezego wodoru.Najlepiej jest jednak gazowe produkty 'adsorpcji poddawac w znasiy sposób dal¬ szej przeróbce chemicznej lub fizycznej w celu oddzielenia tlenku wegla od wodo¬ ru z ewentualnym odzyskaniem CO a otrzymany przy tym oczyszczony wodór mozna równiez ponownie doprowadzac do obiegu. W tym celu odpowiednia czesc mieszaniny gazowej, poddanej adsorpcji, doprowadza sie do zadanej zawartosci w niej tlenku wegla, np. przez utlenianie wodoru. Nadmiar pozostalej ilosci miesza¬ niny gazowej, poddanej adsorpcji, wystar¬ cza, aby przez spalenie otrzymac ilosc pa¬ ry potrzebna do tej przemiany.Gdy stosuje sie przy tym zabiegi uzu¬ pelniajace, jak obnizanie cisnienia w dwóch lub kilku stopniach i oddzielne pobieranie uwolnionych przez to produktów adsorpcji, co jest znane, mozna w pewnym stopniu wydzielic stosunkowo uboga w tlenek we¬ gla frakcje, zanim uwolni sie czesc miesza¬ niny bogatej w tlenek wegla. Te czesc ubo¬ giej w tlenek wegla mieszaniny, tworzacej przedgon, najlepiej odprowadza sie z po¬ wrotem do mieszaniny wyjsciowej przed wprowadzaniem jej do komory adsorpcyj- nej.Przyklad. 13 200 m3 na godzine mie¬ szaniny gazowej, skladajacej sie z 96,14°/o wodoru i 3,86°/o tlenku wegla, doprowadza sie dto obiegu kolowego, przy czym przez redukcje przybywa na godzine 155 m3 stu¬ procentowego CO, wskutek czego ilosc ga¬ zu wychodzacego ze skraplacza wzrasta do 13 355 m3 na godzine, a zawartosc w nim tlenku wegla wzrasta do 4,95%. Z tej mie¬ szaniny gazowej wydziela sie bez zmiany 3 685 m3 gazów na godzine, natomiast 9 670 m3 na godzine doprowadza sie do ko¬ mór adsorpcyjnych, wypelnionych weglem aktywnym. Z produktów adsorpcji przez zmniejszenie cisnienia do' 100 mm slupa rteci (Hg) mozna odpedzic jako przedlgon gazowy 330 m3 na godzine o zawartosci 6% tlenku wegla. Przedgon ten laczy sie z 9670 m3 na godzine mieszaniny gazowej, pochodzacej ze skraplacza komory reduk¬ cyjnej i przeznaczonej do oczyszczania za — 3 —pomoca wegla aktywnego, zadnim mieszani¬ na ta zostanie doprowadzona do komory adsorpcyjnej, wskutek czego ilosc tej mie¬ szaniny wzrasta do 10 000 m3 na godzine.Cala ta ilosc mieszaniny zostaje nastepnie ochlodzona do temperatury — 50° C i prze¬ puszczona przez ochlodzony do tej samej temperatury wegiel aktywny, przy czym otrzymuje sie bez zwiazania 9 340 m3 na godzine mieszaniny gazowej, w której za¬ wartosc tlenku wegla spada do' 3,45%, Z produktów adsorpcji przez dalsze zmniejszenie cisnienia do okolo 10 mm Hg wywiazuje sie 330 m3 na godzine miesza¬ niny gazowej, zawierajacej 4,7% tlenku wegla. Z tej czesci mieszaniny spala sie 115 m3 na godzine gazów w celu otrzyma¬ nia pary, za pomoca której reszte miesza¬ niny przetwarza sie na 200 m3 na godzine wodoru o zawartosci 3% CO.Zawartosc tlenku wegla w mieszaninie wyjsciowej Przyrost tlenku wegla Czesc mieszaniny gazowej niezmieniona Gaz wyjsciowy po adsorpcji weglem Przetworzone produkty adsorpcji Urzadzenie do wykonywania tego sposobu zostalo przedstawione schematycznie na rysunku.Otrzymywanie par magnezu przepro¬ wadza sie w piecu elektrycznym 1, pola¬ czonym ze skraplaczem 2, do którego prze¬ prowadza sie mieszanine par magnezu i gazów, zwlaszcza tlenku wegla, powsta¬ jaca v{ komorze odtleniajacej pieca 1.Wydzielona bez zmiany czesc miesza¬ niny gazowej, odprowadzanej ze skrapla¬ cza w ilosci 3 685 m3 na godzine i zawie¬ raj acej 4,95% CO, miesza sie z 9 340 ma gazu, który wychodzi w ciagu godziny po oczyszczeniu z komory adsorpcyjnej i za¬ wiera 3,45% CO. Przy mechanicznej stra¬ cie 25 m3 na godzine mieszaniny gazowej otrzymuje sie w ten sposób 13 000 m3 wo¬ doru o zawartosci 3,88% CO, który wraz z 200 m3 gazu, otrzymywanego na godzine przez utlenianie wodoru do* zawartosci 3% CO, daje 13 200 m3 na godzine o za¬ wartosci 3,86% CO i cala ta ilosc miesza¬ niny gazowej jest doprowadzana do skra¬ placza jako chlodzaca mieszanina gazowa.Nizej podana tabela przedstawia zestawie¬ nie zawartosci tlenku wegla w mieszaninie gazowej z powyzszego przykladu, wyrazo¬ ne w liczbach zaokraglonych. — 13 200 . 3,86 = 510 m3/godz — 155 =155 m3/godz 665 m8/godz — 5 685 . 4,95 = 182 m3/godz — 9 340 . 3,45 = 322 m3/godz — 200 . 3 = 6 m3/gpdz 510 m3/godz 665—510 = 155 m3/godz Przez przewód wdmuchiwany jest gaz chlodzacy, sluzacy do skraplania par mar gnezu na pyl magjiezu, Mieszanina gazu chlodzacego z pylem magnezu i gazowymi produktami reakcji nastepnie jest przepro¬ wadzana przewodem 4 do chlodnicy 5t a stad do filtru 6, w którym oddzielony zostaje pyl magnezu, gazy zas sa przepro¬ wadzane dalej przewodem 7^ polaczonym. — 4 —z przewodami 8, 9. Przez przewód 8 prze¬ prowadza sie mala czesc mieszaniny gazo¬ wej do gazomierza 10, natomiast przez przewód 9 wieksza czesc mieszaniny do¬ prowadza sie za pomoca dmuchawy 12 do chlodnicy 14 o niskiej temperaturze. Sto¬ sunek ilosciowy gazów przeprowadzanych przez przewody 8 i 9 reguluje sie przez odpowiednie nastawianie wielkosci po¬ przecznych przekrojów tych przewodów.Chlodnica 14 jest polaczona przewodem 15 z komora adsorpcyjna 16, zawierajaca wegiel. Urzadzenie posiada przynajmniej dwie komory adsorpcyjne, wlaczane na przemian do pracy, najlepiej jest jednak stosowac trzy komory, z których przynaj¬ mniej jedna jest zaopatrzona w urzadzenie do ogrzewania i ochladzania. Komory ad¬ sorpcyjne 16, polaczone równolegle, sa za¬ opatrzone w dwa przewody 17 i 18. Prze¬ wód 17 prowadzi z powrotem do gazomie¬ rza 10f z którego zebrany gaz jest odsysa¬ ny przez przewód 19 za pomoca dmucha¬ wy 20 i wtlaczany przez przewód 3 do skraplacza 2. Drugi przewód 18 laczy ko¬ mory 16 ze ssawcza czescia pompy 21, do której strony tlocznej przylaczony jest przewód 22 wspólny dla wszystkich komór adsorpcyjnych. Przewód 22 jest polaczo¬ ny z przewodami 23 i 24 za pomoca zaworu dwukanalowego 25. Przewód 23 jest po¬ laczony z przewodem 9 w miejscu znajdu¬ jacym sie przed dmuchawa 12 w kierunku przeplywu gazów. Przewód 24 prowadzi do gazomierza 26, z którego zebrany gaz jest odprowadzany do sprezarki 28 przez przewód 27, skad nastepnie przez przewód 29 jest odprowadzany do urzadzenia prze¬ mieniaj acegO' 30. Urzadzenie 30 posiada przewód 31, do którego wlaczony jest zbiornik 32, sluzacy do przyjmowania ga¬ zów doplywajacych z urzadzenia przemie¬ niajacego. Gazomierz 26 jest zaopatrzo¬ ny w przewód 33 polaczony z generatorem 34. Dzialanie tego urzadzenia jest naste¬ pujace: mieszanina par magnezu i gazo¬ wych produktów reakcji jest wsysana ze skraplacza 2 przez chlodnice 5 i filtr 6 za pomoca dmuchawy 12. W filtrze 6 oddzie¬ lony zostaje pyl magnezu zawarty w mie¬ szaninie gazowej. Czesc mieszaniny gazo¬ wej, odlprowadizanej przez przewód 7, jest doprowadzana przez przewód 8 do gazo¬ mierza 10, a reszta mieszaniny — do chlodnicy 14, w której poddaje sie ja ochla¬ dzaniu, np. do temperatury — 50°C.Z chlodnicy 14 mieszanine przeprowadza sie do komory adsorpcyjnej 16, której la¬ dunek zostaje ochlodzony wstepnie do tem¬ peratury — 50°C za pomoca urzadzenia chlodniczego, nie przedstawionego na ry¬ sunku. Podczas tego procesu zawór 17\ znajdujacy sie w przewodzie 17, zostaje otwarty, a zawór 18' w przewodzie 18 za¬ mkniety, wskutek czego niezwiazana miesza¬ nina CO i Hi moze przechodzic przewodetm 17 do gazomierza 10. Nastepnie strumien mieszaniny zostaje doprowadzony do dru¬ giej komory adsorpcyjnej, a pierwsza ko¬ more laczy sie z dmuchawa 21 w celu roz¬ ladowania przez zanikniecie zaworu 17' i otwarcie zaworu 18'. Az do uzyskania okreslonego podcisnienia (np. 100 mm Hg) odciaga sie mieszanine, w której zawartosc CO odpowiada w przyblizeniu jego zawar¬ tosci w mieszaninie wychodzacej ze skrap¬ lacza 2. Ten produkt wstepny zostaje od¬ prowadzony przewodem 23 do przewodu 9 przy jednoczesnym zamknieciu przewodu 24 zaworem dwukanalowym 25. Nastepnie przez przestawienie zaworu 25 strumien gazowy przeprowadza sie do przewodu 24, a cisnienie mieszaniny gazowej spada w dalszym ciagu az do okolo 10 mm Hg.W ten sposób .zostaje odprowadzona mie- sanina gazowa, zawierajaca okolo 50% CO.Mieszanina ta przechodzi przez przewód 24 do gazomierza 26, z którego zostaje przetloczona do urzadzenia przemienia¬ jacego 30 za pomoca sprezarki 28, w któ¬ rej tlenek wegla jest usuwany przez utle¬ nianie wodoru az do zawartosci tlenku — 5 —wegla, wynoszacej 3%. Po wyplukaniu mieszaniny z tlenku wegla przeprowadza sie ja jako gaz oczyszczony ze zbiornika 32 przewodem 31 do przewodu 3, do któ¬ rego za pomoca dmuchawy 20 doprowa¬ dzana jest mieszanina gazowa zebrana w gazomierzu, W celu uruchomienia urzadzenia wy¬ twarza sie w generatorze 34 wodór, a po usunieciu z niego CO az do osiagalnej naj¬ mniejszej zawartosci, z urzadzenia prze¬ mieniajacego 30 wdmuchuje sie go przez przewody 31 i 3 bezposrednio do skrapla¬ cza 2. PL