DE931644C

DE931644C - Reaction chamber

Info

Publication number: DE931644C
Application number: DED7888A
Authority: DE
Inventors: Ernst Dr Wagner
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1951-02-01
Filing date: 1951-02-01
Publication date: 1955-08-16

Description

Reaktionskammer Gegenstand der Erfindung ist eine Reaktionskammer für Umsetzungen bei hohen Temperaturen, vorzugsweise über 7000 C, z. B. zwischen 800 und 12000 C. In diesem Gebiet hoher Temperaturen verwendet man meistens, insbesondere bei Reaktionen, die korrosionsbeständiges Wandmaterial erfordern, keramische Baustoffe. Dabei müssen jedoch, sofern es sich um endotherme Realktionen handelt, erhebliche Energieverluste wegen der schlechten Wärmeleitfähigkeit des Wandmaterials in Kauf genommen werden; bei exothermen Reaktionen treten aus denselben Gründen Schwierigkeiten bei der Abführung der Reaktionswärme auf. In beiden Fällen ist ganz allgemein dile Trägheit des Wärmeflusses sehr störend und beeinflußt die Elastizität der Reaktionsführung.Reaction chamber The invention relates to a reaction chamber for reactions at high temperatures, preferably above 7000 C, e.g. B. between 800 and 12000 C. In this area of high temperatures one mostly uses, in particular for reactions that require corrosion-resistant wall material, ceramic building materials. However, if it is an endothermic reaction, it must be considerable Energy losses due to the poor thermal conductivity of the wall material in purchase be taken; difficulties arise in exothermic reactions for the same reasons in the dissipation of the heat of reaction. In both cases it is generally dile The inertia of the heat flow is very disruptive and affects the elasticity of the reaction.

Es wurde nun gefunden, daß man Reaktionskammern für derartige Umsetzungen bei hohen Temperaturen verwenden kann, die ganz oder zu einem wesentlichen Teil aus metallischem Werkstoff bestehen, wenn man die Oberflächenteile, die dem Einfluß der Reaktionsteilnehmer ausgesetzt werden, durch besondere Maßnahmen schützt. Es hat sich gezeigt, daß die bisher beobachteten Schwierigkeiten bei Verwendung von metallischem Material, vor allem die Korrosion des Metalls, in einfacher Weise durch die Aufbringung eines vorzugsweise dünnen Metalloxydüberzugs überwunden werden können. Die Erzeugung dieses Überzugs kann in an sich bekannter Weise erfolgen. Gute Ergebnisse wurden erzielt durch Aufspritzen von flüssigem Aluminiummetall mit der Schoppschen Pistole und anschließendem Oxydieren zu Aluminiumoxyd. Es hat sich dabei als günstig erwiesen, von Aluminium hoher Reinheit, z. B. dem sogenannten Raffinade-Aluminium, auszugehen. It has now been found that reaction chambers can be used for such reactions at high temperatures can use all or a substantial part consist of metallic material if you consider the surface parts that are affected the reactants are exposed, protects them through special measures. It has been shown to address the previously observed difficulties with the use of metallic material, especially the corrosion of the metal, in a simple manner the application of a preferably thin metal oxide coating can be overcome. This coating can be produced in a manner known per se. Good results were achieved by spraying liquid aluminum metal with the Schoppschen Gun and subsequent oxidation to aluminum oxide. It has been found to be inexpensive proven to be of high purity aluminum, e.g. B. the so-called refined aluminum, to go out.

Vor der Oxydation kann es in gewissen Fällen von Vorteil sein, die durch Aufspritzen erzeugte Metall schicht auf mechanischem Wege, z. B. durch Druckpolier,en, unter möglichst weitgehender Beseitigung der Poren, zu verdichten bzw. zu glätten. Before the oxidation, it can be advantageous in certain cases that the metal layer generated by spraying by mechanical means, for. B. by pressure polishing, while removing the pores as much as possible, to compress or smooth.

Die Oxydation erfolgt zweckmäßig auf thermischem Wege, wobei dafür gesorgt wird, daß das Metall, z. B. Aluminium, möglichst quantitativ in Oxyd übergeführt wird.The oxidation is expediently carried out by thermal means, with this being the case it is ensured that the metal, e.g. B. aluminum, converted as quantitatively as possible into oxide will.

Um zu verhindern, daß das Überzugsmaterial beim Aufspritzen bzw. während der thermischen Oxydation in das Grundmetall leindiffundiert und sich mit ihm legiert, wird die Oberfläche des Grundmetalls, d. h. der metallischen Wandung, einer Oxydationsbehandlung unterzogen. Zu Beginn der thermischen Oxydation wird ein Sauerstoffaustausch an der Grenzfläche zwischen oxydierter Metallband und dem unedleren tSberzugsmetall, z. B. des Aluminiums, beobachtet, wodurch eine Art Verwachsen des Überzugs mit der Wand erzielt wird. To prevent the coating material from being sprayed on or lead diffused into the base metal during thermal oxidation and alloyed with it, the surface of the base metal, i. H. the metallic wall, subjected to an oxidation treatment. At the beginning of the thermal oxidation an oxygen exchange at the interface between the oxidized metal strip and the less noble cover metal, e.g. B. of aluminum, observed, creating a kind of intergrowth the coating with the wall is achieved.

Um dile Wirkung dieser Oxydationsbehandlung zu fördern und gleichzeitig eine weitere zusätzliche Verankerung des Überzugmetalls auf der Oberfläche zu gewährleisten, kann diese z. B. durch Sandstrahl oder Ätzen aufgerauht werden. In order to promote the effect of this oxidation treatment and at the same time to ensure a further additional anchoring of the coating metal on the surface, can this z. B. be roughened by sandblasting or etching.

Im Interesse eines möglichst guten Wärmseüberganges haben sich Aluminiumoxydüberzüge mit einer Dicke nicht über 0,5 mm bewährt. Es hat sich gezeigt, daß auch Überzüge von nur 0,05 mm und darunter bereits einen sehr guten Schutz des Grundmetalls gewährleisten, wobei der Überzug um so dünner gehalten werden kann, je dichter und porenfreier er ist. Auffallend und für die Durchführung jeder katalytischen Wandreaktion sehr günstig ist die blasige und an eine Mondlandschaft erinnernde Oberflächenstruktur der oxydierte Schoopschicht, die eine mehrfach so große wirksame Oberfläche ergibt als eine keramische Alumininmoxydoberfläche. Durch Glätten des Materials vor der Oxydation kann die Oberflächenentwicklung beliebig beeinflußt werden. In the interest of the best possible heat transfer, aluminum oxide coatings are used Proven with a thickness not exceeding 0.5 mm. It has been shown that coatings of only 0.05 mm and below already ensure very good protection of the base metal, whereby the coating can be kept thinner, the denser and more pore-free he is. Striking and very useful for carrying out any catalytic wall reaction The blistered surface structure, reminiscent of a lunar landscape, is favorable the oxidized Schoopschicht, which results in an effective surface several times as large as a ceramic alumina surface. By smoothing the material before the Oxidation can influence the surface development in any way.

Mit der Reaktionskammer gemäß der Erfindung werden besonders günstige Ergebnisse bei der Herstellung von Blausäure aus Stickstoff- und Kohlenstoffverbindungen erzielt, wobei die Umsetzung in an sich bekannter Weise in Gegenwart oder Abwesenlheit von Sauerstoff oder Sauerstoffverbindungen erfolgen kann. Die bei diesen oder àhnlichen Umsetzungen verwendeten Katalysatoren, insbesondere Platinmetallikatalysatoren, können mit Vorteil gemäß der Erfindung auf den durch einen Alumininmoxydüberzug geschützten Oberflächen der Metallwandungen aufgebracht werden. With the reaction chamber according to the invention are particularly favorable Results in the production of hydrogen cyanide from nitrogen and carbon compounds achieved, the reaction in a conventional manner in the presence or absence can be done by oxygen or oxygen compounds. The ones with these or similar Catalysts used in reactions, in particular platinum metal catalysts, can advantageously be applied according to the invention to the aluminum oxide coating protected surfaces of the metal walls are applied.

Hierbei hat es sich gezeigt, daß die Haftung der Katalysatoren auf dem Oxydüberzug eine sehr gute ist. Der Katalysator, z. B. Platinmetalllegierung, kann in an sich bekannter Weise auf die Wandungen aufgebracht werden. So kann man z. B. organische Platinmetallverbindungen auf den Wandungen zersetzen, unter Bildung des Metalls, oder das Katalysatormetall bzw. die Legierung durch Aufspritzen aufbringen. Auch kann der Edelmetallauftrag in der Weise erfolgen, daß die Lösung der Edelmetailverbindung auf das vorerhitzte Wandmaterial aufgebracht, z. B. aufgesprüht wird, wobei ein Eindiffund.ieren der Lösung vermieden und eine sehr rasche Verflüchtigung des Lösungsmittels erreicht wird. Diese Arbeitsweise hat den Vorteil, daß auch die sehr aggressiven Lösungen der Platinmetalle in Königwasser Verwendung finden können.It has been shown that the adhesion of the catalysts the oxide coating is a very good one. The catalyst, e.g. B. platinum metal alloy, can be applied to the walls in a manner known per se. So you can z. B. decompose organic platinum metal compounds on the walls, with formation of the metal, or the catalyst metal or the alloy by spraying on. The noble metal can also be applied in such a way that the noble metal compound is dissolved applied to the preheated wall material, e.g. B. is sprayed on, with a Avoid diffusion of the solution and very rapid volatilization of the solvent is achieved. This way of working has the advantage that even the most aggressive Solutions of the platinum metals in Königwasser can be used.

Einer der Vorteile der Reaktionskammer gemäß der Erfindung besteht darin, daß durch die gute Wärmeleitfähigkeit und die geringe Wärmedämmung des Schutzüberzugs Reaktionstemperaturen angewandt werden können, die nahe an der Grenze der Dauerstandfestigkeit des metallischen Wandmaterials liegen. Als metallisches Wandmaterial haben sich bei der Herstellung von Blausäure aus Methan und Ammoniak in Abwesenheit von Sauerstoff gemäß der Erfindung Chrom-Nickel-Legierungen, gegebenenfalls auch Ohromnickelstähle, gut bewährt. One of the advantages of the reaction chamber according to the invention is in that due to the good thermal conductivity and the low thermal insulation of the protective coating Reaction temperatures can be used which are close to the limit of creep strength of the metallic wall material. As a metallic wall material in the production of hydrogen cyanide from methane and ammonia in the absence of oxygen according to the invention chromium-nickel alloys, optionally also non-ferrous nickel steels, well proven.

Für andere katalytische Reaktionen können an Stelle eines Aluminiumoxydüberzugs auch andere geeignete Metalloxydschichten verwendet werden, z. B. aus Oxyden des Magnesiums, Titans, der seltenen Erden, wie Cer usw. Die Aufbringung des Überzugs kann in ähnlicher Weise wie beim Aluminium erfolgen. Im Falle des Magnesiums ist es zweckmäßig, bei Anwendung der ,elektrischen Schoop-Pistole unter Schutzgas zu arbeiten. Die Wahl des geignetsten Metalloxyds erfolgt in jedem Einzelfalle je nach der durchzuführenden katalytischen Reaktion, dem verwendeten Katalysator und den Arbeitsbedingungen des Prozesses. In bestimmten Fällen kann es günstig sein, ein Metalloxyd zu verwenden, das von sich aus katalytische Wirksamkeit besitzt. Wird in einem solchen Falle ein zusätzlicher Katalysator verwendet, so braucht er naturgemäß nicht den Metalloxydüberzug vollständig zu bedecken. For other catalytic reactions, instead of an aluminum oxide coating other suitable metal oxide layers can also be used, e.g. B. from oxides of Magnesium, titanium, rare earths such as cerium, etc. The application of the coating can be done in a similar way to aluminum. In the case of magnesium it is it is advisable to use the electric Schoop gun under protective gas work. The choice of the most suitable metal oxide is made in each individual case depending on the catalytic reaction to be carried out, the catalyst used and the Working conditions of the process. In certain cases it can be beneficial to have one To use metal oxide, which by itself has a catalytic effect. Will if an additional catalyst is used in such a case, it is naturally necessary not to completely cover the metal oxide coating.

Es ist zwar bekannt, Unterlagen aus Schwermetallen dadurch mit einem Überzug zu versehen, daß metallisches Aluminium geschmolzen und aufgespritzt wird. Durch Oxydation, besonders in der Wärme, wird dieser Überzug in eine Schicht von Aluminiumoxyd umgewandelt. Derartige Überzüge, die ohne vorherige oberflächliche Oxydierung des Untergrundes aufgebracht sind, haben aber den Nachteil, daß durch Legierungsbildung eine unerwünschte Änderung der Eigenschaften des Untergrundes eintreten kann. Ferner haften nachträg lich oxydierte Aluminiumüberzüge nur schlecht auf einer Metallunterlage. It is known to use heavy metal documents with a To provide a coating that metallic aluminum is melted and sprayed on. Oxidation, especially when exposed to heat, turns this coating into a layer of Converted to aluminum oxide. Such coatings, which without prior superficial Oxidation of the substrate are applied, but have the disadvantage that through Alloy formation is an undesirable change in the properties of the substrate can occur. Furthermore, subsequently oxidized aluminum coatings adhere poorly on a metal base.

Claims

PATENT CLAIM: I. Realçtionskammer for reactions at high temperatures, z. B. for the extraction of hydrogen cyanide from nitrogen and carbon compounds, consisting entirely or to a substantial extent of metallic material, in particular Chromium-nickel or chromium-nickel steels, characterized in that the metallic Surface of the inner walls with a metal oxide coating, preferably made of aluminum oxide, which is based on the previously, if necessary after a Roughened, oxidized metal surface is applied.

2. Reaction chamber according to claim I, characterized in that for Application of the metal oxide coating to the walls of the metal in question, e.g. B. aluminum, in a known manner, for. B. with the Schoop pistol, sprayed on, the coating may be compressed mechanically and then oxidized will.

3. Reaction chamber according to claim I or 2, characterized in that that when carrying out catalytic reactions, e.g. B. the formation of hydrogen cyanide made of hydrocarbons and methane, the noble metal catalyst as a coating on the Oxide layer is applied.

4. Reaction chamber according to Claims 1 to 3, characterized in that that the platinum metal catalyst by spraying or by chemical decomposition organic platinum metal compounds on the oxide surface of the reaction chamber wall is upset.

Printed publications: S t u c k e r t, Die Emailfabrikation, 2nd edition, 1941, 5.5, 95 and I32; Make, Metallic Coatings, 3rd Edition.

1948, pp. 372 and 373; British Patent No. 293 572.