DD210017A5 - Verfahren zur herstellung von kalziumkarbid aus pulvrigem kalk oder kalkstein und kohlenstaub - Google Patents

Verfahren zur herstellung von kalziumkarbid aus pulvrigem kalk oder kalkstein und kohlenstaub Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kalziumkarbid aus einem pulvrigen Kalkmaterial und Kohlenstaub. Das pulvrige Kalkmaterial wird, evtl. zusammen mit einem Reduktionsmittel, mit Hilfe eines Traegergases in ein von einem Plasmagenerator erzeugtes Plasmagas eingeblasen. Das erhitzte Kalkmaterial wird dann, zusammen mit einem verwendeten Reduktionsmittel sowie dem energiereichen Plasmagas in eine Reaktionskammer eingebracht, die im wesentlichen allseits von einem festen stueckigen Reduktionsmittel umschlossen ist. Wenn das Kalkmaterial aus gebranntem Kalk besteht, wird dieser geschmolzen und zu fluessigen Karbid reduziert, waehrend, wenn das Kalkmaterial aus pulvrigem Kalkstein besteht, dieser direkt in der Reaktionszone zu fluessigem Karbid gebrannt wird.

Description

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Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kalziumkarbid aus pulvrigem Kalk oder Kalkstein und Kohlenstaub ♦
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Kalziumkarbid wird seit Anfang des Jahrhunderts hergestellt und seit langem als Rohmaterial in der Industrie für Schwerchemikalien benutzt, beispielsweise zur Herstellung von Kalkstickstoff und PYG. Die Bedeutung von Karbid als chemisches Rohmaterial hat zisar abgenommen, doch wird es im großen Umfange bei der Herstellung von Acetylengas für den Maschinenbau und den Schiffbau verwendet· In den letzten Jahrzehnten wird mehr und mehr Karbid in der Eisen- und Stahlindustrie zur Entschwefelung verwendet·
Kalziumkarbid wird in Lichtbogenöfen, und zwar insbesondere in geschlossenen Öfen hergestellt, welche mit Söderberg-Blektroden ausgestattet sind· Als Rohstoffe werden gebrannter Kalk, Koks und Anthrazit verwendet. Die Rohstoffe müssen eine bestimmte !Teilchengröße von ca· 5 bis 40 mm haben, damit das Bett die korrekte Porosität aufweist und in der Charge korrekte elektrische Bedingungen herrschen· Die Rohstoffe müssen daher zunächst gesiebt werden, woraufhin der so erhaltene feine Anteil in gewissem Umfang in den Ofen über ein Zellelektroden-System eingebracht werden kann. Die Betriebstemperatur im Ofen beträgt ca* 2000 0C. Das Karbid wird in Pfannen abgezapft und man läßt es erstarren, bevor es zerkleinert, gesiebt und verpackt wird. Das technische Karbid
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enthält ca· 78 % CaGg» 15 % CaO und einige weitere vom KaIk- und Kohlenmaterial herrührende Oxide·
Der Energieverbrauch beträgt etwa 3500 kWh pro t an technischem Karbid, berechnet als Ofenenergie· Hierzu kommen noch etwa 300 kWh pro t in Form von Hilfsenergie hinzu·
Ein schwerwiegender Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht darin, daß das Rohmaterial in stückiger Form vorliegen muß, wodurch die zur Verfugung stehenden Stoffe begrenzt sind· Feinkörniger Kalk/Kalkstein und feinkörniges Kohlematerial sind im allgemeinen wesentlich preiswerter als Material in stückiger Form·
Das Lichtbogenofen-Verfahren ist außerdem gegenüber den elektrischen Eigenschaften der Rohstoffe empfindlich, was ebenfalls die ?/ahl begrenzen kann· Es ist daher von Bedeutung, ein Verfahren zu verwirklichen, welches gegenüber der Auswahl der Rohstoffe unempfindlich ist und bei welchem die Rohstoffe von der elektrischen Leitfähigkeit der Ofencharge getrennt sind·
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens, mit dem Kalziumkarbid auf einfache und wirtschaftliche Weise hergestellt werden kann·
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten
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Nachteile auszuschalten und ein Verfahren zu verwirklichen, welches die Herstellung von Kalziumkarbid in einem einzigen Schritt unter Verwendung von Rohstoffen in Pulverform erlaubt. Das Verfahren soll auch.die Möglichkeit schaffen, Karbid direkt aus feinkörnigem Kalkstein (CaCOo) herzustellen, indem der Kalkstein direkt in der Reaktionszone gebrannt wird, um Kalk zu bilden·
Erfindungsgemäß wird dies bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch erreicht, daß der pulvrige Kalk oder Kalkstein evtl· zusammen mit einem Reduktionsmittel, mit Hilfe eines !Prägergases in ein von einem Plasmagenerator erzeugten Plasmagas eingeblasen wird und danach der derart erhitzte Kalk oder Kalkstein, zusammen mit einem verwendeten Reduktionsmittel und dem energiereichen Plasmagas in eine Reduktionskammer eingebracht wird, welche im wesentlichen allseits von einem festen stückigen Reduktionsmittel umschlossen ist.
Dabei wird der Kalk geschmolzen und zu flüssigem Karbid reduziert. Alternativ wird der Kalkstein direkt in der Reaktionszone gebrannt, woraufhin die .Reaktionen CaCO,—** CaO + CO2 und CaO + 3C —*· CaC2 + CO ablaufen.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Verwendung von pulvrigen Stoffen erleichtert die Auswahl der Rohstoffe für das Karbid und man kann daher preiswertere Stoffe auswählen. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren ist außerdem in Bezug auf die elektrischen Eigenschaften der Rohstoffe unempfindlich, wodurch die Wahl eines Reduktionsmittels erleichtert wird.
Das eingeblasene Reduktionsmittel kann Kohlenstoff sein wie
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beispielsweise Erdgas, Kohlenstaub, Holz- oder Tierkohlepulver, Anthrazit, Petrolkoks, der eventuell gereinigt sein kann, und/oder Koksgrus·
Die für den Ablauf des Verfahrens erforderliche Temperatur kann ohne weiteres durch Einstellung der Menge an elektrischer Energie gesteuert werden, welche pro Einheit Plasmagas zugeführt wird, um optimale Bedingungen bei geringstmöglichem Energieverbrauch zu erreichen·
Da der Kalkstein direkt in der Reaktionszone "gebrannt" wird, ist kein Kalkofen erforderlich, so daß eine beträchtliche Bnergieersparnis erreicht wird, indem der gebrannte Kalk: direkt in Karbid umgewandelt wird, ohne daß er zunächst abgekühlt und dann auf Reaktionstemperatur erhitzt werden muß,
Hach einem bevorzugten Durchführungsbeispiel der Erfindung wird das feste Reduktionsmittel in stückiger lorm kontinuierlich der Reaktionszone in dem gleichen Maße zugeführt, in welchem es verbraucht wird.
Koks, Holz- oder Tierkohle, Petrolkoks.und/oder Ruß eignen sich als Reduktionsmittel in stückiger Form, und das im Verfahren verwendete Plasmagas besteht zweckmäßigerweise aus von der Reaktionszone erneut in Umlauf gebrachtem Prozeßgas·
Das stückige Reduktionsmittel kann aus einem Pulver bestehen, welches mit Hilfe eines Binders in stückige Form umgewandelt wurde, wobei dieser Binder aus G und H und evtl· auch aus 0 zusammengesetzt ist, wie beispielsweise Sucrose»
Hach einem anderen Vorschlag der Erfindung besteht der ver-
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wendete Plasmagenerator aus einem. Induktions-Plasmagenerator, so daß Verunreinigungen seitens der Elektroden auf ein Minimum herabgesetzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft zur Herstellung von technischem Karbid mit hohem Gasgehalt verwendet werden, in welchem Pail extrem reiner Kalk/Kalkstein und ein Reduktionsmittel mit sehr geringem Gehalt an Verunreinigungen als Rohstoffe verwendet werden·
Erfindungsgemäß werden die Reaktionen vorzugsweise in einem Reaktor wie einem Schachtofen durchgeführt, welcher kontinuierlich von oben her mit einem festen Reduktionsmittel über eine Gicht beschickt wird, welche gleichmäßig verteilte geschlossene Speisekanäle oder einen Ring-Speisekanal nahe dem Umfang des Schachtes besitzt·
Das pulvrige Kalkmaterial wird am Boden des Reaktors über Winddüsen mit Hilfe eines inerten oder reduzierenden Gases eingebracht. Gleichzeitig kann Kohlenwasserstoff und evtl· sogar Sauerstoffgas eingeblasen werden, und zwar vorzugsweise durch die gleichen Winddüsen·
Im unteren Teil des mit stückigem Reduktionsmittel gefüllten Schachtes befindet sich eine Reaktionskammer, welche allseits von diesem stückigen Reduktionsmittel umschlossen ist. Die Reduktion von CaO und das Schmelzen erfolgt ebenso augenblicklich in dieser Reduktionszone wie das Brennen von Kalkstein zu Kalk, wenn Kalkstein als Ca-Träger verwendet wird·
Das den Ofen verlassende Reaktorgas, welches aus einer Mischung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff in hoher Konzentra-
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tion besteilt, kann erneut in Umlauf gebracht und aur Erzeugung des Plasmagases -wie auch als Trägergas verwendet werden, um das pulvrige Rohmaterial einzublasen·
Ausführungsbeispiel
Zwei Versuchsbeispiele sollen nachstehend die Erfindung weiter erläutern·
Beispiel 1
Bs wurde ein Versuch im Maßstab 1:2 durchgeführt· Peinkörniger gebrannter Kalk mit einer Teilchengröße von weniger als
2 am wurde als KaIk-Rohmaterial verwendet. Die "Reaktionskammer" bestand aus Koksj Kohlenstaub wurde als Reduktionsmittel verwendet und gewaschenes Reduktionsgas, welches aus GO und H2 bestand, wurde als Trägergas und als Plasmagas verwendet·
Die zugeführte elektrische Energie betrug 1000 kW· 4 kg CaO/ min wurden als Rohmaterial zugeführt und als Reduktionsmittel
3 kg Kohlenstaub pro Minute sowie 0,4 kg Koks pro Minute.
Während des Versuchs wurde eine Gesamtmenge von ca· 500 kg technisches Karbid hergestellt, welches einen CaC2~Gehalt von 78 % besaß· Der durchschnittliche Stromverbrauch betrug •ca· 4 kWh pro kg hergestelltes Karbid·
Der Versuch wurde in kleinem Maßstab durchgeführt, so daß der Wärmeverlust beträchtlich war· Bei einer Rückgewinnung des Gases kann der Stromverbrauch weiter reduziert werden und bei einer größeren Anlage sind die Wärmeverluste ebenfalls weit geringer.
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Beispiel 2
Bin Versuch wurde im Maßstab 1:2 durchgeführt. Peinkörniger Kalkstein in einer Teilchengröße von weniger als 2 mm wurde als Kalk-Rohmaterial verwendet· Die "Reaktionskammer" bestand aus Koks. Kohlenstaub wurde als Reduktionsmittel verwendet und gewaschenes Reduktionsgas, welches aus CO und H2 bestand, wurde als 2rägergas und als Plasmagas verwendet.
Die zugeführte elektrische Leistung betrug 1000 kW. 4,5 kg CaO/min wurde als Rohmaterial eingebracht und als Reduktionsmittel 1,8 kg Kohlenstaub pro Minute sowie 0,4 kg Koks pro Minute.
Eine Gesamtmenge von ca. 500 kg technisches Karbid wurde während des Versuchs hergestellt, welches einen CaCp-Gehalt von 78 % besaß. Der durchschnittliche Stromverbrauch betrug etwa 6 kWh.pro kg hergestelltes Karbid.
Auch dieser Versuch wurde in kleinem Maßstab durchgeführt, so daß der Wärmeverlust beträchtlich war. Bei einer Gasrückgewinnung kann der Stromverbrauch weiter reduziert werden und die Wärmeverluste sind bei einer größeren Anlage ebenfalls weit geringer.

Claims (10)

g Berlin, 4. 11. 1983 AP C 01 P/252 670/4 62 500 18 Verfahren zur Herstellung von Kalziumkarbid jSrfindungsanspruch
1. Verfahren zur Herstellung von Kalaiumkarbid aus pulvrigem Kalk oder Kalkstein, gekennzeichnet dadurch, daß der pulvrige Kalk oder Kalkstein evtl. zusammen mit einem Reduktionsmittel, mit Hilfe eines Irägergases in ein von einem Plasmagenerator erzeugtes Plasmagas eingeblasen wird und danach der derart erhitzte Kalk oder Kalkstein, zusammen mit einem verwendeten Reduktionsmittel und dem energiereichen Plasmagas in eine Reaktionskammer eingebracht wird, welche im wesentlichen allseits von einem festen stückigen Reduktionsmittel umschlossen ist,
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Kalk aus gebranntem Kalk besteht, der geschmolzen und zu flüssigem -Karbid reduziert •wird.
3* Verfahrennach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Kalkstein direkt in der Reaktionszone gebrannt wird, woraufhin folgende Reaktionen ablaufen:
CaCO3 —*- CaO + CO2 und CaO + 3C —> CaC2 + CO
4· Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das eingeblasene Reduktionsmittel aus Kohlenwasserstoff besteht nie- z· B· Brdgas, Kohlenstaub, Holz- oder Tierkohlepulver, Anthrazit, evtl» gereinigtem Petrolkoks und/oder Kok3grus.
5· Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das
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feste stückige Reduktionsmittel in dem Maße, wie es verbraucht wird, kontinuierlich der Reaktionszone zugeführt wird·
6· Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß Koks, Petrolkoks und/oder Ruß als stückiges Reduktionsmittel verwendet wird·
7· Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das stückige Reduktionsmittel aus einem in stückige Form umgewandelten Pulver "besteht, zu welchem Zweck ein Bindemittel verwendet wird, welches aus C und H sowie evtl. auch 0 zusammengesetzt ist, wie z« B. Sucrose·
8· Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das im Prozeß verwendete Plasmagas aus von der Reaktionszone· erneut in Umlauf gebrachtem Prozeßgas besteht·
9· Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Plasmagenerator zwecks Verringerung der Verunreinigungen von den Elektroden auf ein Minimum aus einem Induktions-Plasmagenerator besteht·
10· Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Rohstoffe zur Herstellung von technischem Karbid mit hohem Gasgehalt extrem reiner Kalk sowie Reduktionsmittel mit sehr niedrigem Gehalt an Verunreinigungen als Rohstoffe verwendet werden·
DD83252670A 1982-09-07 1983-07-01 Verfahren zur herstellung von kalziumkarbid aus pulvrigem kalk oder kalkstein und kohlenstaub DD210017A5 (de)

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