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Publication number: DE253080C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 253080 KLASSE 12#. GRUPPE-fc

JOHN RUDOLPH CHRISTIAN RUDOLPHS

in NACKA β. STOCKHOLM und ANDERS GUSTAF THISELL in STOCKHOLM.

Verfahren zum Durchführen von chemischen Reaktionen zwischen festen, in geeigneten Behältern eingeschlossenen Stoffen und Gasen oder Gasgemischen bei erhöhter Temperatur in Ringöfen.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 1. Juni 1911 ab.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Durchführen von chemischen Reaktionen zwischen festen Stoffen und Gasen oder Gasgemischen nach dem Ring-

5 ofenprinzip.

Als ein Beispiel sei hier angeführt die Reduktion von Metalloxyden, wie Oxyden des Eisens, Magnesiums, Bariums, Chroms, Kupfers usw., entweder für sich oder in Mischung

ίο miteinander oder mit anderen Stoffen unter Einwirkung von reduzierenden Gasen, z. B. Generatorgas oder Wasserstoffgas. Eine andere beispielsweise Ausführungsform ist die Verwendung des Verfahrens zum Durchführen von Azotierungen, z. B. zur Herstellung von Kalkstickstoff durch Einwirkung von Stickstoffgas auf Kalziumkarbid bei erhöhter-Temperatur. Man kann auch Kieselsäure aus Kohlenmischungen oder Metalloxyden entfernen, und zwar indem man Fluorgas durch derartige Materialien leitet. Das Verfahren kann auch,zum Chlorieren von Stoffen benutzt werden. Zwei oder mehrere Reaktionen können nacheinander ausgeführt werden, z. B. Rösten und Reduzieren -bei der Herstellung von Eisenschwamm aus Eisenschlick.

Das Verfahren ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß der feste Stoff, gegebenenfalls in feiner Verteilung, in Chamotte-

kassetten oder anderen geeigneten Behältern, die in nach dem Ringofenprinzip angeordneten Kammern eingeschlossen und zur Erhitzung von außen her ausgebildet sind, der Einwirkung des, wenn erforderlich, vorgewärmten Reaktionsgases oder Gasgemisches oder aber nacheinander der Einwirkung von zwei oder mehreren verschiedenen Gasen oder Gasgemischen ausgesetzt wird. Das Gas oder die Gase werden unter Druck durch das in die Kassetten eingeschlossene Material hindurchgepreßt, ohne daß dabei das genannte Reaktionsgas vor oder während der Reaktion mit dem Heizgas in Berührung kommt. Nach dem Durchgang durch das Material wird das Reaktionsgas jedoch mit den Heizgasen gemischt und die Mischung durch vorn liegende Kammern geleitet, um das in diesen befindliche Material vorzuwärmen. Hierdurch wird erreicht, daß Reaktionen ausgeführt werden können unter vollständiger Ausnutzung der angewandten oder gebildeten Wärme, und daß mehrere verschiedene Reaktionen nacheinander in demselben Material ausgeführt werden können, ohne daß es erforderlich ist, dasselbe in verschiedene Behälter zu bringen.

Um ein Festsintern des der Reaktion ausgesetzten Materials auf den Wänden der feuerfesten Umhüllungen (z. B. Chamottekassetten) und um gegebenenfalls eine schiäd-

I si arc

liehe Einwirkung des Reaktionsgases auf die ] genannten Umhüllungen zu verhindern, kann man in. bekannter Weise zwischen Material und Umhüllung eine Zwischenlage aus einem hierfür geeigneten Stoffe, die porös sein kann, einlegen.

Bei der praktischen Durchführung des Verfahrens wird das Material zweckmäßig zu gleich dicken Wänden um einen oder mehrere

ίο lotrechte Kanäle oder um eingeführte gelochte Rohre geformt. In diese Kanäle oder Rohre wird das Reaktionsgas unter Druck j eingeführt, zweckmäßig in der Richtung von unten nach oben und von dort aus unter Einwirkung des Druckes durch das poröse Material in der Richtung von innen nach außen gepreßt. Hierbei ist es zweckmäßig, die genannten Kanäle mit einem pulverförmigen Stoff zu füllen, wodurch das Durchströmen des Gases durch die Kanäle verlangsamt und daher sein Durchdringen durch das Material erleichtert wird und auch eine gewisse Einwirkung auf das Reaktionsgas oder das behandelte Material ausgeübt werden kann. Als ein Beispiel eines derartigen Stoffes sei Kohlenpulver erwähnt. Wenn hierbei das angewandte Reaktionsgas ein reduzierendes Gas ist, Z.B.Generatorgas, so wird' die in demselben unter Umständen enthaltene Kohlensäure von dem Kohlenpulver zu Kohlenoxyd reduziert, welches selbst reduzierend wirkt.

Der zur Ausführung der Erfindung dienende Ofen muß also Kanäle oder Rohrleitungen zur Zufuhr von Reaktions- und Heizgas - enthalten, von denen aus die entsprechenden Gase mittels geeigneter Vorrichtungen, z. B.

beweglicherÜberführungsrohre, in das Innere der Kassetten (das Reaktionsgas) oder in die diese umgebenden Kammern (das Heizgas) geleitet werden, wo das Heizgas mit vorgewärmter Luft verbrannt wird. Die genannten Kammern sind in an sich bekannter Weise in einer Reihe nach dem Ringofenprinzip angeordnet.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in dem Folgenden als ein Beispiel die Behandlung" von Eisenschlick zur Gewinnung von Eisenschwamm angegeben. Hier wird im Laufe derselben Erhitzung, aber in verschiedenen Operationen, sowohl das Rösten zum Entfernen des Schwefels und anderer Verunreinigungen als auch die Reduktion des Eisenoxyds durchgeführt.

.55 Jn den beiliegenden Zeichnungen ist ein zur Ausführung der Erfindung dienender Ofen, der das Verfahren selbst erkennen läßt, in einem Ausführungsbeispiel dargestellt.

Fig. ι zeigt einen Aufriß des Ofens. Fig. 2 zeigt einen Teil des Ofens im Aufriß, wobei die einzelnen Teile deutlicher angegeben sind.

Fig. 3 ist ein Vertikalschnitt durch den Ofen nach der Linie A-B in Fig. 2. Fig. 4 zeigt einen Vertikalschnitt nach der Linie C-D der Fig. i, wobei ein in Fig. 1 nicht gezeigtes Überführungsrohr auf der Kammer 17 angegeben ist. Fig. 5 stellt in größerem Maßstabe eine Kassette dar zwecks Erläuterung des Füllens derselben.

Der Ofen besteht, um der Erfindung zu genügen, aus einer Anzahl zweckmäßig in zwei Reihen angeordneter Kammern. Auf der Zeichnung ist ein Ofen mit 34 Kammern angegeben, wobei 17 Kammern in jeder Reihe liegen, die mit 1, 2, 3 .... 14 — 21 .... 32, 34-bezeichnet sind. Die beiden Reihen von Kammern sind an den beiden Enden des Ofens durch Leitungen X verbunden. Jede Kammer ist mit einem abnehmbaren Deckel L versehen. Zwischen den beiden Reihen von Kammern sind zwei Rohrleitungen F und G angeordnet, von welchen die erstere F zum Zuführen von Generatorgas und die letztere G zum Zuführen von Luft dient.

Die Rohrleitungen G und F sind mit senkrechten Zweigleitungen G' und F' entspre- _e chend versehen. Mit den genannten Zweigleitungen G' und F' können abnehmbareÜberführungsrohre r, I bzw. E, η verbunden werden, so daß durch die Überführungsrohre r bzw. E entweder Luft von der Leitung G oder Generatorgas von der Leitung F entnommen und durch in der Ofenwandung vorgesehene Kanäle ζ in die Kassetten eingeleitet werden. Oder es kann auch Luft von der Leitung G und Gas von der Leitung F durch die Überführungsrohre / bzw. η in die die Kassetten umgebenden Kammern geleitet werden. Die Luft und das Gas, welche durch die letztgenannten Überführungsrohre geleitet worden sind, sind nur zur aus\vendigen Erhitzung der Kassetten verwendet und kommen niemals mit dem in diesen enthaltenen Material in Berührung.

In Fig. 4 sind alle Überführungsrohre E, r, I und η gezeigt, in der Praxis nehmen sie aber niemals gleichzeitig diese Stellung auf einer und derselben Kammer ein, wie aus der nachstehenden Beschreibung des Verlaufes ersichtlich ist. ·

Die einzelnen mit Deckeln L versehenen ■ Kammern sind in Fig. 3 dargestellt. In jeder Kammer ist eine Anzahl von Kassetten angeordnet (sechs in der Zeichnung), welche das IU reduzierende Erzpulver enthalten, wie im folgenden näher erläutert ist. Zwischen den Kassetten in den Kammern sind zwecks Stützung eine Anzahl feuerfester Ziegel eingesetzt, wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich ist.

Das Füllen der Kassetten geschieht in folgender Weise (Fig. 5). In die leere Kassette 35 wird eine Form 36 aus Eisenblech einge-

führt. In den Raum zwischen der Form" und den Innenwänden der Kassette wird eine Schicht 37 aus Kalkmehl, Magnesitpulver oder einem anderen geeigneten Material eingefüllt, und nachdem in die Form ein oder mehrere Kerne 38 eingeführt worden sind, wird dieselbe mit Erzpulver 39 gefüllt. Diese Füllung kann zweckmäßig in der Weise geschehen, daß auf je 20 bis 30 cm eingefülltes Erzpulver eine dünne Schicht 40 aus Kalkmehl oder einem anderen geeigneten Material aufgestreut wird,. welches das Zusammensintern des Erzpulvers zu einem einzigen Stück bei der folgenden Erhitzung verhindert. Dann werden die Form, und die Kerne ausgezogen, wobei in jeder Kassette eine mit einem oder mehreren vertikalen Kanälen "'versehene Erzsäule zurückbleibt. Diese können dann mit passenden Formstücken, beispielsweise aus Chamotte, überdeckt werden. Nachdem alle Kassetten in dieser Weise gefüllt worden sind, wird der Deckel L auf die Kammer gelegt und diese darauf in die Reihe eingeschaltet.

Wie mit punktierten Linien in Fig. 4 angedeutet ist, ist es zweckmäßig, unter den Kammerreihen Kanäle 50 anzuordnen, in welchen auf Gleisen Transportwagen 51 be\veglich sind. Hierbei sind die Kassetten mit Hilfe von Teilen 35¹ verlängert, die in die Kanäle 50 hineinragen und an den unteren Enden mit Schiebern 52 oder ähnlichen Verschlußorganen versehen sind. Diese Verlängerungen sind immer mit fertigbehändeltem Material gefüllt. Diese Vorrichtung bezweckt, ein bequemes Entleeren der Kassetten zu ermöglichen.

Der Ofen arbeitet in folgender Weise: Es sei angenommen, daß die Kammern 1 und 2, welche, da wie oben angenommen, Eisenschlick behandelt wird, fertig reduziertes Erz enthalten, entleert worden sind, um dann wieder beschickt zu werden. Der Schieber S, der in diesem Fall die Kammern 1 und 2 von den folgenden 3, 4 .... scheidet, befindet sich dabei in der in Fig. 1 angedeuteten Lage. Andere im Ofen befindliche Schieber sind dabei so eingestellt, daß Luft in der Leitung G durch ein abnehmbares Überführungsrohr 1 (vgl. Fig. 4) in die Kammer 3 und dann von dieser aus in die folgenden Kammern eingepreßt wird, welche dabei nebst ihrem Inhalt allmählich abgekühlt werden, während die durch sie hindurchströmende Luft selbst bis auf immer höhere Temperaturen erhitzt wird. Es sei nun weiter angenommen, daß Reduktion in der Kammer 18 und Oxydation in den Kammern 19, 20, 21 durchgeführt werden soll. Die Kammern 18 bis 21 sind bis auf die erforderliche Temperatur erhitzt worden, und zwar durch Verbrennung des durch das Überführungsrohr η von der Leitung F eingeführten Generatorgases beim Mischen derselben mit in den Kammern 1 bis 17 vorgewärmter Luft. Die hierbei erzeugten Flammen erhitzen die Kassetten und das darin eingeschlossene Erz bis auf die zweckmäßige Temperatur, z. B. 1000⁰ C. und darüber; die Verbrennungsprodukte kommen hierbei mit dem in den Kassetten enthaltenen Erz nicht in Berührung. Während die Verbrennungsprodukte ihren Weg zur Kammer 33 fortsetzen, geben sie ihre Wärme an die Kassetten der Kammern 22 bis 32 ab, deren Beschickungen dabei allmählich vorgewärmt werden, und schließlich an die neubeschickten Kassetten der Kammern 33. Von hier aus werden sie dann durch den Kanal α in die Leitung s und weiter zum Schornstein abgeleitet (Fig. 4).

Um eine rationelle Oxydation und Reduktion des im Ofen behandelten Erzes zu ermöglichen, sind besondere Kanäle angeordnet, die den Kassetten abwechselnd Luft oder Gas zuführen. Wenn das in den Kammern 19, 20, 21 befindliche Erzpulver bis auf die zur Oxydation erforderliche Temperatur erhitzt worden ist, wird Luft vom Luftkanal G durch die Überführungsrohre r eingeführt (vgl. rechte Seite, Fig. 4), welche unter dem Druck eines Gebläses steht. Hierbei werden die Verunreinigungen, besonders Schwefel, oxydiert. Das in den Kassetten der Kammer 18 befindliche Erz ist schon in dieser Weise von Verunreinigungen befreit worden und ist nunmehr zur Reduktion fertig. Zu diesem Zwecke wird zuerst Kohlenpulver oder ein anderes Reduktionsmittel durch die normal abgesperrten Löcher H im Deckel L eingeführt (siehe Fig. 3), und da die genannten Löcher mit den vertikalen Kanälen der Erzmasse in den Kassetten in Verbindung stehen, werden diese Kanäle mit Kohlenpulver oder einem anderen Reduktionsmittel gefüllt und am oberen Ende zugeschlossen. Dann werden die Löcher H durch zweckmäßige Absperrvorrichtungen zugesperrt und die im unteren Ende der Kassetten der Kammer 18 einmündenden Kanäle ζ durch ein Überführungs-. rohr E (linke Seite, Fig. 4) in Verbindung" mit dem Gaskanal F gebracht, von welchem Gas durch die genannten Kanäle 2 in die vertikalen Kanäle der Erzmasse eingeführt wird, und zwar in der Richtung von unten nach oben. Durch das pulverförmige Reduktionsmittel und die am oberen Ende der vertikalen Kanäle angebrachten Absperrvorrichtungen wird dabei das Gas verhindert, oben auszuströmen, und im Gas eventuell enthaltene · Kohlensäure wird durch Einwirkung des Reduktionsmittels in Kohlenoxyd umgewandelt. Die Strömungsgeschwindigkeit wird verlangsamt, so daß das Gas in die poröse

χ/0 U

Erzmasse hineingepreßt wird, wobei es unter Mitwirkung des Reduktionsmittels in bekannter Weise reduzierend wirkt.

Nachdem die Reduktion in der Kammer 18 bis zu dem gewünschten Grad fortgeschritten ist, wird das Überführungsrohr r von der Kammer 19 zu 22, um Luft zur Oxydation der Verunreinigung des in der letzten Kammer befindlichen Erzes einzuführen, und das Überführungsrohr E von der Kammer 18 zu 19 zwecks Einführung von Reduktionsgas übergeführt. In der Kammer 19 soll also nunmehr Reduktion stattfinden. Die Kammer 18 wird auf Abkühlung" gestellt, wobei eventuell die Reduktion in derselben vollzogen wird. Der Schieber 5" wird beispielsweise bei der Kammer 4 gestellt, und der Schieber S^f wird so umgestellt, daß die Verbrennungsgase über die eingeschalteten neubeschickten Kammern geleitet und von der letzteren derselben abgeleitet werden. Darauf wird die Operation wieder in der oben angegebenen Weise eingeleitet.

In ähnlicher Weise werden Reaktionen zwisehen anderen Gasen und festen Stoffen ausgeführt. Falls z. B. Kalkstickstoff hergestellt werden soll, werden die Kassetten mit pulverförmigem Kalziumkarbid gefüllt, während zweckmäßig vorgewärmtes Stickstoffgas durch die Leitung G zugeführt wird. In diesem Falle wird natürlich nur ein Prozeß, d. h. die Azotierung, ausgeführt.

Claims

Patent-An Sprüche:

i. Verfahren zum Durchführen von chemischen Reaktionen zwischen festen, in geeigneten Behältern eingeschlossenen Stoffen und Gasen oder Gasgemischen bei erhöhter Temperatur in Ringöfen, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Stoff, zweckmäßig in fein zerteiltem Zustande, in Chamottekassetten oder anderen geeig-. neten Behältern, die in nach dem Ringofenprinzip angeordneten Kammern eingeschlossen sind, der Einwirkung des gegebenenfalls vorgewärmten Reaktionsgases bzw. Gasgemisches ausgesetzt wird, indem man dieses unter Druck durch das in den Kassetten eingeschlossene Material hindurchpreßt, und zwar in der Weise, daß das Reaktionsgas vor oder während der Reaktion mit dem Heizgas nicht in Berührung kommt, aber nach Durchgang durch das Material mit jenem gemischt und durch vorn liegende Kammern geleitet wird, um das in diesen befindliche Material vorzuwärmen, alles zum Zweck, Reaktionen unter bestmöglicher Ausnutzung der angewandten oder gebildeten Wärme durchführen zu können.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere verschiedene Gase oder Gasgemische nacheinander durch das zu behandelnde Material gepreßt werden, zu dem Zwecke, mehrere verschiedenartige ■ Reaktionen in demselben Material ohne Umfüllen desselben durchführen zu können.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsgase oder Gasgemische vor der Einwirkung auf das zu behandelnde Material zwecks Vorwärmung" durch die bereits benutzten, der Abkühlung unterliegenden Kammern geleitet werden.
4. Ausführungsart des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material in den Kassetten zu gleich dicken Wänden um einen oder mehrere vertikale Kanäle oder um besondere, durchbohrte Rohre geformt wird, wobei in diese Kanäle oder Rohre, die an dem dem Einströmungsende des Reaktionsgases gegenüberliegenden Ende geschlossen sind, das Reaktionsgas, zweckmäßig in der Richtung von unten nach oben, unter Druck eingeführt und von dort aus unter Einwirkung des Druckes durch das zu behandelnde Material in der Richtung" von innen nach außen gepreßt wird.
5. Ausführungsart des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen das zu behandelnde Material und die Wandungen der es einschließenden Behälter eine Schicht eines Materials, das poröser ist als das zu behandelnde, eingelegt wird, zu dem Zwecke, den Durchgang des Reaktionsgases von dem oder den vertikalen Kanälen aus und quer durch das zu behandelnde Material zu erleichtern.
6. Ausführungsart des Verfahrens nach den Ansprüchen 1,4 und 5/ dadurch gekennzeichnet, daß die genannten vertikalen Kanäle, die andern dem Einströmungsende des Reaktionsgases gegenüberliegenden Ende geschlossen sind, mit einem pulverförmiger! Stoff gefüllt sind, der gleichzeitig eine gewisse Einwirkung auf das Reaktionsgas oder das behandelte Material auszuüben vermag.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.