CH377322A - Verfahren und Einrichtung zur Durchführung chemischer Reaktionen - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren und Einrichtung zur Durchführung chemischer Reaktionen
Es ist bekannt, dass man chemische Reaktionen in einem von einer elektrischen Entladung, insbesondere einer elektrischen Bogenentladung erfüllten Raum durchführen kann, wobei man als Reaktionsprodukte energiereiche Verbindungen gewinnen kann.



  Beispielsweise kann man auf diese Weise Kohlenwasserstoffe sehr verschiedener Kettenlänge spalten und mit guter Ausbeute zu Acetylen dehydrieren.



  Der Vorteil dieser Arbeitsweise besteht vor allen Dingen darin, dass man die Ausgangsstoffe sehr rasch in die eigentliche Reaktionszone einbringen kann, dass man ferner in der Reaktionszone sehr hohe Energiezustände erreichen kann, und dass man schliesslich mit verhältnismässig einfachen Mitteln eine sehr rasche Abkühlung der Reaktionsprodukte erzielen kann. Dadurch lassen sich Gleichgewichtseinstellungen erhalten, die man mit Hilfe thermischer Energie nicht erreichen kann.



   So offenkundig vorteilhaft die Durchführung chemischer Reaktionen in von elektrischen Entladungen erfüllten Räumen ist, so stehen einer breiteren Anwendung dieser Methode die verhältnismässig hohen Kosten für die Aufrechterhaltung der elektrischen Entladung während der Reaktionsabläufe entgegen.



  Dies liegt darin begründet, dass ein grosser Teil der elektrischen Energie, die man derartigen Entladungen zuführt, nicht in Form von energiereichen Reaktionsprodukten zurückerhalten werden kann, sondern lediglich zur Stabilisierung der elektrischen Entladung verbraucht wird. Das gilt vor allem für den Fall, dass man Entladungen erheblicher Längenausdehnung, z. B. solche von einer Länge von 1 m und mehr, benutzen will, die man bei Verwendung von einphasigem oder mehrphasigem Wechselstrom im allgemeinen nur unter erheblichen technischen Schwierigkeiten aufrechterhalten kann. Man muss in solchen Fällen mit Gleichspannung arbeiten und zu diesem Zweck kostspielige Gleichrichtereinrichtungen verwenden.



   Mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfahrens gelingt es jedoch, diese Schwierigkeiten zu beseitigen, insbesondere die der elektrischen Entladung zugeführte Energie praktisch vollständig für die eigentlichen chemischen Umsetzungen nutzbar zu machen und ausserdem die Verwendung von ein- oder mehrphasigem Wechselstrom, insbesondere bei grossen Elektrodenabständen, zu ermöglichen.



   Das erfindungsgemässe Verfahren zur Durchführung chemischer Reaktionen, wobei das gas- oder dampfförmige Ausgangsgut durch eine elektrische Entladung geleitet wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Elektroden, an denen die elektrische Entladung ansetzt, Berührung mit einer Ladungsträgerquelle hat, die durch eine dauernde Flamme gebildet wird, wobei die Flamme sich über   109/o    des Abstandes zwischen den beiden Elektroden in Richtung auf die Gegenelektrode erstreckt und die Flamme durch Verbrennung eines Brennstoffes mit Sauerstoff erzeugt wird.



   Die für die Aufrechterhaltung der Entladung, insbesondere bei Wechselspannung und grossen Längen, benötigten Ladungsträger werden gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren einer Flamme entnommen, die durch Verbrennung irgendeines Brennstoffes mit Luft oder Sauerstoff eine ununterbrochen fliessende Quelle solcher Ladungsträger darstellt. Vorzugsweise verwendet man für die Erzeugung der Flamme einen gas- oder dampfförmigen Brennstoff. Die Verbrennung kann mit gewöhnlicher Luft, mit sauerstoffreicher Luft oder auch mit reinem Sauerstoff unterhalten werden, je nach den speziellen Bedingungen, die bei der durchzuführenden chemischen Umsetzung be  achtet werden müssen. Die Auswahl des beispiels weise gasförmigen Brennstoffs richtet sich dabei ebenfalls danach, welche Verbrennungsprodukte entstehen dürfen und welche man tunlichst vermeiden soll.

   Will man beispielsweise bei der beabsichtigten chemischen Reaktion einen gegen Wasserdampf empfindlichen
Stoff erzeugen, so wird man für die Erzeugung der
Flamme als Brennstoff ein Gas wählen, welches möglichst wenig Wasserstoff enthält, so dass bei der Verbrennung dieses Brennstoffes auch entsprechend wenig Wasserdampf gebildet wird. Man wird ferner den Brennstoff so auswählen, dass er eine an Ladungsträgern möglichst reiche Flamme liefert. Sollte die in der Flamme enthaltene Ladungsträgermenge für die Erhaltung der Entladung nicht ausreichen, so ist es zweckmässig, dem Brennstoff gewisse Substanzen in feinverteilter Form zuzumischen, die bei der Verbrennung in besonders starkem Masse Ionen bilden. Dazu gehören vor allen Dingen die Halogenverbindungen der Alkali- und Erdalkalimetalle.



   Die   Flammenlänge. der    Verbrennungsreaktion richtet sich nach dem für die Flammenbildung verwendeten Brennstoff; ferner nach der Durchsatzmenge des umzusetzenden Ausgangsgutes und schliesslich auch nach den Abmessungen der Einrichtungen, insbesondere auch der Elektrodenform. Es ist zu sagen, dass die Länge der Flamme mehr als   10 /o    des Abstandes zwischen den Elektroden betragen muss.



  Es hat sich gezeigt, dass die Verbrennungswärme, die bei der Erzeugung der Flamme entsteht, genügend Ladungsträger hervorbringt, um die elektrische Entladung vollkommen zu stabilisieren, so dass die in der Entladung umgesetzte elektrische Energie nahezu vollständig für die beabsichtigten chemischen Umsetzungen wirksam wird.



   Wenn der im Bereich der elektrischen Entladung umzusetzende Ausgangsstoff selbst ein brennbares Gas ist, so kann man auf die Zufuhr eines besonderen Brenngases zwecks Erzeugung der Flamme verzichten und lediglich den für die Erzeugung der Flamme notwendigen Sauerstoff zuführen, d. h. mit sogenannter umgekehrter Flamme arbeiten.



   Schliesslich ist es auch möglich, falls das umzusetzende Ausgangsgut brennbar ist, einen Teil desselben zusammen mit Sauerstoff oder Luft für die Erzeugung der Flamme zu verwenden, wobei diese z. B. so eingestellt wird, dass eine Dehydrierung des Brennstoffes, falls es sich um Kohlenwasserstoffe handelt, erfolgt. Einer derartigen Dehydrierung wird dann die elektrische Entladung in einstellbarer Stärke überlagert, in welcher dann ausserdem der Rest des Ausgangsgutes umgesetzt wird. Durch diese Massnahme kann man die Flammentemperatur erhöhen und die Ausbeute an gewünschten Produkten verbessern, insbesondere ein Endprodukt mit einer erhöhten Konzentration an Dehydrierungsprodukten erhalten.



   Die Ausbildung der Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens kann in sehr verschiedener Weise erfolgen. Im folgenden wird als Beispiel eine Einrichtung beschrieben, die in schematischer Form in der Zeichnung dargestellt ist und an der die Erfindung näher erläutert werden soll.



   Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch die Einrichtung, und
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Einrichtung in der Ebene II-II.



   Der Umsetzungsraum, in welchem die elektrische Entladung aufrechterhalten wird und die chemischen Reaktionen durchgeführt werden, besteht aus dem Gehäuse 1, welches im allgemeinen auf Erdpotential liegt. In dieses Gehäuse münden die Elektroden 2 und 3 ein. Die Elektrode 2 besteht aus einem Isolator 4, an dessen einem Ende sich der metallische Elektrodenkopf 5 befindet. Der Isolator 4 hat eine zentrale Bohrung 6, durch die das umzusetzende Ausgangsgut, welches durch Leitung 7 zugeführt wird, bis zu dem Kopf 5 gelangt. Dort wird das Ausgangsgut durch Kanäle 8 seitlich geführt und so umgelenkt, dass es aus dem Elektrodenkopf 5 in annähernd tangentialer Richtung durch Öffnungen 9 austritt.



  Das Ausgangsgut - ein Gas oder Dampf - folgt dann der allgemeinen Strömung in Richtung auf die Gegenelektrode 3, wobei das Gut eine die Achse der Entladung umlaufende Schraubenlinienbewegung ausführt.



   Durch die Bohrung 6 in dem Isolator 4 ist ein Rohr 10 geführt, welches den für die Erzeugung der Flamme benötigten Brennstoff sowie den Sauerstoff zu dem Elektrodenkopf 5 leitet. Es ist wesentlich, dass das Ende des Rohres 10 bzw. die darin befindliche Bohrung 11 unterhalb der vorderen Begrenzungsfläche 12 des Elektrodenkopfes 5 zu liegen kommt, damit die Flamme 13 bereits in der Ebene 12 einsetzt. Die elektrische Entladung hat etwa den bei 14 angedeuteten Verlauf und endet an der gekühlten Gegenelektrode 3. Diese besteht aus einem mit einem Wassermantel 15 umgebenen Rohr 16, durch welches das Reaktionsgemisch hindurchgezogen und durch Berührung mit den kalten Wänden schnellstens abgekühlt wird. 17 bedeutet die Spannungsquelle, beispielsweise die Hochspannungsseite eines Transformators.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH 1 Verfahren zur Durchführung chemischer Reaktionen, wobei gas- oder dampfförmiges Ausgangsgut durch eine elektrische Entladung geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Elektroden, an denen die elektrische Entladung ansetzt, Berührung mit einer Ladungsträgerquelle hat, die durch eine dauernde Flamme gebildet wird, wobei die Flamme sich über 100/o des Abstandes zwischen den beiden Elektroden in Richtung auf die Gegenelektrode erstreckt und die Flamme durch Verbrennung eines Brennstoffes mit Sauerstoff erzeugt wird.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Flamme durch die Verbrennung eines gas- oder dampfförmigen Brennstoffes mit Luft bzw. Sauerstoff erzeugt wird.

   2. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Brennstoff solche festen, flüssigen oder gas- bzw. dampfförmigen Stoffe beigemischt werden, die bei der Verbrennung Ladungsträger in besonders hohem Ausmass bilden.

   3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das umzusetzende Ausgangsgut nahe der im Bereich der Flamme liegenden Elektrode in die durch eine elektrische Bogenentladung gebildete Reaktionszone eingeführt wird.

   4. Verfahren nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsgut durch in der Elektrode liegende Kanäle in die Reaktionszone eingeführt wird und gegebenenfalls gleichzeitig zur Kühlung der Elektrode dient.

   5. Verfahren nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsgut unter Ausführung einer schraubenlinienförmigen Bewegung um die Achse der elektrischen Entladung in die Reaktionszone eingeleitet wird.

   6. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass brennbares Ausgangsgut wenigstens teilweise zur Aufrechterhaltung der trägerbildenden Flamme verwendet wird.

   7. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die chemischen Reaktionen bei normalen oder nur unwesentlich von normalem Druck abweichenden Drücken durchgeführt werden.

   8. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Entladung mit einoder mehrphasiger Wechselspannung betrieben wird.

   PATENTANSPRUCH II Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch eine massive, spannungsführende Elektrode, die eine zentrale Bohrung für die Zufuhr des die Flamme erzeugenden Brennstoff-Sauerstoff-Gemisches und ferner Kanäle für eine angenähert tangentiale Einführung des umzusetzenden Ausgangsgutes aufweist, und durch eine auf Erdpotential liegende rohrförmige Gegenelektrode, durch die das heisse Reaktionsgemisch unter gleichzeitiger Abkühlung abgezogen wird.