DE562516C

DE562516C - Verfahren zur katalytischen Zersetzung von Ammoniak

Info

Publication number: DE562516C
Application number: DEP63600D
Authority: DE
Original assignee: Du Pont Ammonia Corp
Current assignee: Du Pont Ammonia Corp
Priority date: 1930-08-01
Filing date: 1931-07-29
Publication date: 1932-10-26
Also published as: US1988781A; US1915120A; FR720936A; GB363300A; BE381690A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung gasförmiger Gemische von Wasserstoff und Stickstoff durch thermische Zerlegung von Ammoniak.

S Die Herstellung von Ammoniak auf dem Wege der unmittelbaren Synthese liefert das Erzeugnis in allgemein greifbaren Mengen und zu mäßigen Preisen, so daß es für viele Zwecke ein sehr günstiges und wirtschaftliches Ausgangsmaterial zur Gewinnung von Wasserstoff, Stickstoff oder Mischungen dieser Gase bildet. Ammoniak kann in Wasserstoff und Stickstoff zerlegt werden, indem man es in gasförmigem Zustande bei erhöhter Temperatur über einen geeigneten Katalysator leitet. Versuche, dieses Verfahren zur Gaserzeugung für den Handelsbedarf nutzbar zu machen, zeigten Schwierigkeiten, namentlich um einen ausreichenden Wärmewirkungsgrad zu erreichen, und außerdem, um die Zerlegung mittels einer gedrängten, tragbaren und nicht kostspieligen Vorrichtung wirtschaftlich ausführen zu können.

Die Erfindung schlägt eine Arbeitsweise zur thermischen Zerlegung von Ammoniak vor, bei welcher der Wärmewirkungsgrad gesteigert ist und der Arbeitsvorgang glatt verläuft. Ferner will die Erfindung das zu zerlegende Ammoniak auch in neuartiger Weise verdampfen. Schließlich schlägt die Erfindung eine Vorrichtung für die Zerlegung vor. Gemäß dem neuen Verfahren soll das Ammoniakgas mit einem dasselbe zerlegenden Katalysator in Berührung gebracht und dabei mittels einer elektrischen Heizvorrichtung indirekt, nämlich unter Vermittlung der gasförmigen Zerlegungsprodukte, erhitzt werden. Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes wird, wenn flüssiges Ammoniak als Ausgangsmaterial dient, dieses verdampft, und das sich ergebende Ammoniak wird, ehe es über den Katalysator geführt wird, vorerhitzt, und zwar geschieht beides mittels der heißen Zerlegungsgase.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung besitzt eine ringförmige Kammer für den Katalysator, welche eine zentral angeordnete elektrische Heizvorrichtung in einem gewissen Abstande umgibt. Ferner besitzt die Vorrichtung Hilfsmittel, um Ammoniakgas durch die Katalysatorkammer zu schicken, und Hilfsmittel, um die Zerlegungsprodukte zwecks Wärmezufuhr durch den Ringraum zwischen der Heizvorrichtung und der Katalysatorkammer zu leiten.

Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der Erfindung ist auf der Zeichnung dargestellt. Abb. 1 ist ein Schnitt durch eine

Vorrichtung zur Erzeugung von Ammoniakgas aus flüssigem Ammoniak. Ein Gehäuse 2i ist mit Deckel und Boden 22, 23, einem Einlaß 1 für flüssiges Ammoniak und einem Auslaß 2 für Ammoniakgas versehen. Im Innern des Behälters 21 befindet sich eine Heizschlange 4, mittels welcher das flüssige Ammoniak verdampft und das Ammoniakgas vorerhitzt wird, und zwar mittels der in den gasförmigen Zerlegungsprodukten enthaltenen Wärme. Abb. 2 zeigt gleichfalls im Schnitt die Zerlegungsvorrichtung. Sie besitzt ein Gehäuse/ mit Deckel und Boden 12, 13 und inneren Zylindern 8, 9, 14, welche so angeordnet sind, daß zwei ringförmige Katalysatorräume 15, 16 und ein Heizraum 17 entstehen.

In die \'orf ichtung nach Abb. 1 wird flüssiges Ammoniak, zweckmäßig z. B. unmittelbar aus einer gewöhnlichen Ammoniakflasche des Handels, unter dem Einfluß seines eigenen Druckes bei 1 eingeführt. Die in der Zerlegungsvorrichtung nach Abb. 2 gewonnenen heißen Zerlegungsprodukte treten bei 3 in die Heizschlange 4 ein und verlassen diese bei 5· Sie verdampfen durch ihre Wärmeabgabe das flüssige Ammoniak und heizen zugleich das erzeugte Ammoniakgas vor, ehe dieses bei 2 austritt, um bei 6 in die Zerlegungsvorrichtung überzuströmen.

Im Ringraum 15 kommt das Ammoniakgas mit dem in 15 enthaltenen Katalysator in Berührung; ferner wird es noch durch Wärmeaustausch mit dem Gase, welches sich bereits im Ringraum 16 befindet, erhitzt. Die Zerle gung beginnt im allgemeinen sofort im Räume 15 und wird im Räume 16 fortgeführt und beendet. Hier strömen die Gase in entgegengesetzter Richtung und im Wärmeaustausch mit den Gasen im Ringraume 17.

Am oberen Ende des Raumes 16 liegt ein durchbrochener Ring 24 auf Stegen 25. Dort treten die Gase aus und wenden sich, um in den Ringraum 17 einzutreten, wo sie mit der elektrischen Heizspirale 10 in Berührung kommen, die auf einem das Innenrohr 14 umgebenden Alundumrohr 18 sitzt. Die heißen Zerlegungsprodukte verlassen die Vorrichtung bei 19, um bei 3 in die Rohrschlange 4 des Verdampfers und Vorerhitzers nach Abb. ι einzutreten.

Als Katalysator kann irgendein zur Zerlegung von Ammoniak geeigneter Stoff verwendet werden. Er kann z. B. aus granuliertem Eisen bestehen, welches etwa durch Reduktion aus geschmolzenem Eisenoxyd gewonnen ist und dem zweckmäßig Aktivatoren, wie Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd, Zirkoniumoxyd usw., zugesetzt werden. Ein besonders zweckmäßiger Katalysator ergibt sich durch Beimischung von 3 Gewichtsteilen Magnesiumoxyd und 3 Gewichtsteilen Aluminiumoxyd zu 100 Gewichtsteilen reinen Eisenoxyduloxyds. Man schmilzt das Gemisch, kühlt, zerkleinert und reduziert mit Wasserstoff bei 300 bis 350° C. Bei der Auswahl der Rohstoffe und der Herstellung des Katalysators ist dafür zu sorgen, daß keine Verunreinigung durch Schwefelverbindungen oder andere Katalysatorgifte eintritt.

Das Verfahren ist nicht an eine bestimmte Temperatur gebunden, sondern die - jeweils beste Temperatur ändert sich mit dem Katalysator. Bei dem oben beschriebenen Katalysator werden sehr günstige Ergebnisse erzielt, wenn er auf etwa 550 bis 650 ° gehalten wird. Insbesondere ist es zweckmäßig, im heißesten Teile des Katalysators, der sich etwa in der ersten Hälfte bis zwei Drittel des Ringraumes 16 befindet, die Temperatur auf ungefähr 600 ° zu halten.

Eine Vorrichtung der dargestellten und beschriebenen Art kann beispielsweise ein Gehäuse 7 aus einem normalen 6"-Schmiedeeisenrohr von etwa 370 mm Länge besitzen, wobei die Innenrohre 8, 9, 14 aus 4"-, 2¹J₂"- und ι "-Schmiedeeisenrohr bestehen und eine Chrom-Nickel-Heizspirale für 2100 bis 2200 W verwendet wird. Damit lassen sich stündlich etwa 4,25 cbm Wasserstoff-Stickstoff-Gasgemisch herstellen, wenn der Ammoniakzufluß bei ι so eingestellt wird, daß die erzeugten Gase bei 19 praktisch frei von Ammoniak entweichen.

Bei dem Verfahren und der Vorrichtung erzeugt der Wärmeaustausch in der Zerlegungsvorrichtung eine nahezu gleichbleibende Temperatur, die den glatten und günstigen Verlauf des Arbeitsganges sichert. Das in den Raum 15 gelangende Gas wird durch den Wärmeaustausch mit den Gasen im Räume 16 sehr rasch auf die Reaktionstemperatur gebracht. Durch Versuche wurde gefunden, daß etwa 90 °/o des Ammoniaks im Räume 15 und die restlichen 10 °/o im Räume 16 zerlegt wurden. Die Heizspirale 10 kommt nur mit praktisch ammoniakfreien Gasen in Berührung und wird daher nicht angegriffen. Ihre Wärmeleistung ist hoch, da Wärmeverluste durch die äußeren Katalysatorkammern vermieden werden.

Durch die Ausnutzung der Wärme der erzeugten Gase für die Verdampfung des zu zersetzenden Ammoniaks wird der thermische Gesamtwirkungsgrad erheblich verbessert. Zugleich vereinfacht sich die Vorrichtung wesentlich, denn eine besondere Wärmequelle ist nicht erforderlich. Die fühlbare und die Abwärme der Produkte werden zur Verdampfung des flüssigen Ammoniaks und zur Vorerhitzung des Ammoniakdampfes verwendet, und letztere steigert zugleich die Leistung des

Katalysators. Mäßige Temperaturschwankungen infolge äußerer Einflüsse korrigieren sich derart, daß der glatte und gleichmäßige Verlauf des Arbeitsganges gesichert ist. Wächst z. B. die Temperatur in der Zerlegungsvorrichtung, so nimmt selbsttätig die Ammoniakverdampfung zu, und die dann in größerer Menge bei 6 eintretenden Ammoniakgase verzögern die endothermische Zerlegungsreaktion. Analog regelt sich der Arbeitsgang bei vorübergehend sinkender Temperatur.

In der praktischen Ausführung werden die Gehäuse 7 und 21 sowie die Rohre für heißes Gas durch Wärmeschutzmasse isoliert. Zur Durchflußregelung usw. werden die erforderlichen Ventile o. dgl. angebracht.

Das Verfahren und die Vorrichtung eignen sich für die Zerlegung von Ammoniak im großen und im kleinen. Die dargestellte, gedrängt gebaute und tragbare Vorrichtung ist insbesondere für Betriebszwecke wie z. B. Schweißarbeiten mit wasserstoffhaltigen Gasen gedacht.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur katalytischen Zersetzung von Ammoniak unter Ausnutzung der in den austretenden Gasen enthaltenen Wärme zum Heizen des zu zersetzenden Ammoniaks, dadurch gekennzeichnet, daß eine entsprechende Zersetzungstemperatur in dem Katalysatorraum aufrechterhalten wird, und zwar indem einerseits Wärme durch einen elektrischen Widerstandserhitzer zugeführt wird und andererseits die austretenden, bei der Zersetzung entstandenen Gase zur Verdampfung des flüssigen Ammoniaks verwendet werden.

2. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus dem Verdampfer (21) und der mit diesem verbundenen Katalysatorkammer (7), die mit einer zentralen elektrischen Heizvorrichtung (10, 18) und Katalysatorringräumen (15, 16) versehen ist sowie den Gasweg (1, 2, 6, 15, 16, 24, 17, 19, 3 bis 5) aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen