148571. lajstromszámú szabadalom • Eljárás alumíniumnitrid gyártására
2 148.571 lényegében oly módon megy végbe, mintha a következő reakció játszódnék le: n A12 0 3 (szilárd) -f 3 C n H 2 „ + 2 (gáz) + n N 2 (gáz) • (3) • 2n AIN (szilárd) + 3n CO (gáz) + 3(n+l)H2 (gáz) Célszerű azonban, amint ezt már a fentebb idézett korábbi bejelentésünkben leírtuk, e reakció során olyan feltételek mellett dolgozni, hogy a nitrogénnek az a mennyisége, amely bármely pillanatban érintkezésben áll a szén és az alumíniumoxid valamely adott mennyiségével, gyakorlatilag feleslegben legyen a (3) egyenletnek megfelelő el-A reaktorkamrába bevezetett szénhidrogénnek valamely adott alumíniumoxid-tömegre számított mennyiségét oly módon szabjuk meg, hogy a krakkolás útján kapott szénatomok teljes száma legalább egyenlő vagy még nagyobb legyen, mint a jelen eljárás szerint kezelt alumíniumoxid-molekulák számának háromszorosa. Minthogy a bevezetett szénhidrogén térfogata és analitikai öszszetétele ismeretes, az említett szénatom-szám könnyen és bármely pillanatban meghatározható, pl. oly módon, hogy meghatározzuk egyebek között a reaktor-kamrából távozó gázokban jelenlevő hidrogénatomok számát és az ennek alapján számított szén-mennyiségből adott esetben levonjuk a távozó gázok által elragadott szabad szén mennyiságét. A jelen találmány szerinti eljárás egyik előnyös kiviteli alakja esetében 4-nél kevesebb szénatomot tartalmazó szénhidrogéneket, pl. metánt használunk fel az eljáráshoz; ez azt a célt szolgálja, hogy ily módon a krakkolás során specifikusan egyrészt redukáló szén, másrészt hidrogén keletkezzék. Ilyen szénhidrogének felhasználása esetén lehetőség van arra, hogy lényegileg meggátoljuk a könynyű szénhidrogének keletkezését; ez utóbbiak ugyanis egyrészről korlátozzák a redukáló szén képződő mennyiségét, másrészről szennyezik a reaktorkamrából nyert gázelegyet. A feltaláló megállapította, hogy a szénhidrogéneknek redukáló szén egyidejű képződésével járó krakkolása a jelen találmány értelmében oly módon érhető el, hogy az említett szénhidrogéneket közvetlen érintkezésbe hozzuk a kezelendő alumíniumoxiddal. Ahhoz, hogy a krakkolás iparilag kielégítő reakciósebességét és iparilag kielégítő; csaknem mennyiséginek tekinthető hatásfokát biztosítsuk, elegendő magas hőmérsékleten kell a krakkolást lefolytatni; ebből a célból 1100— 1200 C° feletti, előnyösen 1400 C° körüli, vagy még magasabb, a nitridképzés hőfokának kb. megfelelő hőmérséklet alkalmazandó. A közönséges viszonyok között gáznemű vagy folyékony halmazállapotú szénhidrogéneket a jelen találmány értelmében hidegen, vagy előnyösebben előzetesen felhevített állapotban vezetjük be a kezelendő alumíniumoxiddal való érintkeztetés céljaira szolgáló készülékbe; eljárhatunk oly módon is, hogy a szénhidrogéneket előzetesen rnár olyan hőmérsékletre hevítjük, amely csak kevéssel alacsonyabb a krakkolás megkezdődésének hőfokánál. méleti mennyiséghez viszonyítva. Ez azt jelenti, hogy a jelen találmány tárgyát képező eljárás szerint a szénhidrogén-vegyület krakkolása útján kapott szén minden 3 atomjára számítva gyakorlatilag 1 mólnál nagyobb mennyiségű nitrogént hozunk reakcióba; így tehát a reakció gyakorlatilag az alábbi módon írható fel: Az említett szénhidrogéneknek az érintkeztető készülékbe való bevezetése vagy tiszta állapotban, vagy — amint ezt a későbbiek folyamán közelebbről ismertetni fogjuk •— az alumíniumnitrid előállításához szükséges mennyiségű nitrogénnel kevert alakban történhet. A jelen találmány egyik (megvalósítási módja esetében — megjegyzendő azonban, hogy a találmány egyáltalán nem korlátozódik erre a megvalósítási alakra — a. szénhidrogéneket közvetlenül krakkóijuk alumíniumoxiddal érintkeztetve, olyan hőmérsékleten, amely lényegileg megfelel az alumíniumklorid alumíniumoxidból és nitrogénből, redukáló szén jelenlétében végbemenő képződési reakciója hőmérsékletének, vagyis 1750 C° alatti hőmérsékleten. Ily módon az eljárás két lépését, a szénhidrogén krakkolását és a nitrogén jelenlétében végbemenő nitridképzést közvetlenül egymás után, sőt egyidejűleg, pl. ugyanabban a készülékben is lefolytathatjuk. Ebben az esetben az alumíniumoxid nitrogénnel, szén jelenlétében végbemenő nitridképzési reakciójának zónája a jelen találmány értelmében vagy közvetlenül csatlakozhat a szénhidrogéneknek az alumíniumoxidon lefolyó krakkolási zónájához, amelyben a redukáló szenet benső érintkezésbe hozzuk az alumíniumoxiddal, vagy részben vagy egészben egybeeshet ezzel a krakkolási zónával. A jelen találmány szerinti eljárás egyik különleges kiviteli módja esetében a bevezetésre kerülő szénhidrogénekhez levegőt is adhatunk; ez a levegő esetleg még vízgőzzel és/vagy hidrogénnel (esetleg feleslegben) lehet keverve. A levegő hozzákeverésének célja az, hogy a szénhidrogének részleges elégését idézze elő; ebben az esetben azonban a bevezetésre kerülő oxigén teljes rnenynyiségét, amelynek kisebbnek keil lennie a szénhidrogének teljes elégetéséhez szükséges menynyiségnél, oly módon kell megszakítani, hogy az exo.term elégési reakció által szolgáltatott kalóriák mennyisége részben vagy egészben megfeleljen a szénhidrogének krakkolására szükséges kalóriamennyiségnek. A feltaláló megállapítása szerint a szénhidrogének, pl. a metán levegő jelenlétében történő gondos elégetésének az alábbi (4) reakcióegyenlet szerint végbemenő folyamata (4) CH4 ^ 0 2 + 2 N2 — * CO + 2 N2.+ 2 H 2 n ÁI2 0 3 (szilárd) + 3 C n H 2 n + 2 (gáz) + (n+x) N 2 (gáz) > (3/a) > 2 AIN (szilárd) + 3n CO (gáz) + 3(n+l) H2 (gáz) + x N 2 (gáz)
