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Verfahren zur Herstellung von Calciumcyanamid Calciumcyanamid wird
technisch ausschließlich durch Reaktion von Stickstoff mit gemahlenem Calciumearbid
bei Temperaturen von etwa 900' C hergestellt. Gemäß einem speziellen Verfahren
wird Calciumcyanamid über Calciumcarbid dadurch hergestellt, daß man Caleiumoxyd-Kohle-Gemische
durch unvollständige Verbrennung von Kohlenwasserstoffen in einer Wirbelschicht
aus Teilchen von Calciumoxyd herstellt und dieses Calciumoxyd-Kohle-Gemisch anschließend
bei Temperaturen von 1650 bis 2760' C
-unter teilweiser Verbrennung
des Kohlenstoffs mit Hilfe von Sauerstoff zu Caleiumcarbid umsetzt. Das Reaktionsprodukt
wird dann aus der Verbrennungszone abgezogen und in einem Stickstoffstrom auf eine
Temperatur von 800 bis 9801 C gekühlt, wobei sich Calciumcyanainid
bildet. Diese über die Stufe des Caleiumcarbids führenden Verfahren zur Herstellung
von Calciumeyanamid sind technisch sehr aufwendig, da für die Herstellung des Calciumcarbids
sehr hohe Temperaturen erforderlich sind, für deren Erzeugung eine erhebliche Energiemenge
aufgewendet werden muß.
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Es ist auch bekannt, Calciumcyanamid direkt durch Umsetzung von Kalk,
Kohlenstoff und Stickstoff gemäß der Formel CaO + 2 C + N2 = CaCN2
+ Co
herzustellen. Diese direkten Verfahren, die zum Teil bei Temperaturen
von über 2000' C durchgeführt werden müssen, haben jedoch bisher keinen Eingang
in die Technik gefunden, da für die Einhaltung dieser Temperaturen erhebliche Energiemengen,
insbesondere elektrische Energie, aufgewendet werden müssen und sie nur geringe
Ausbeuten an Calciumcyanamid liefern.
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So ist ein Verfahren bekanntgeworden, bei dem Calciumeyanamid unmittelbar
aus Calciumoxyd, Kohlenstoff und Stickstoff hergestellt wird, indem man die beiden
Feststoffe bei etwa 2000' C mit Stickstoff behandelt.
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Gemäß einem anderen bekannten Verfahren stellt man zunächst aus Caleiumoxyd
oder Verbindungen, die bei der Reaktionstemperatur Calciumoxyd liefern, z. B. Calciumearbonat
oder Calciumhydroxyd, und Kohle und einem geeigneten Bindemittel Briketts her, denen
man gegebenenfalls katalytisch wirkende Substanzen, wie Caleiumfluorid, Calciumchlorid
oder Eisenoxyd zusetzt. Diese Briketts werden kontinuierlich in einen elektrischen
Ofen eingebracht, in dem sie auf 1600' C erhitzt werden. Im Gegenstrom zu
diesen Briketts wird Stickstoff durch den Ofen geleitet. Auch dieses Verfahren hat
keinen Eingang in die Technik gefunden, da es relativ aufwendig ist.
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In neuerer Zeit ist ein Verfahren bekanntgeworden, bei dem man die
festen Komponenten, nämlich ungelöschten Kalk und das kohlenstoffhaltige Material
bei einer Temperatur von 1300 bis 17000 C
in Gegenwart von Stickstoff
unter Druck, der bei 2,5
bis 13 atü liegen kann, reagieren läßt. Auch
dieses Verfahren ist relativ aufwendig, da die Reaktion bei einem überdruck durchgeführt
wird, sich nur schwierig kontinuierlich gestalten läßt und die gesamte Wärme durch
elektrische Energie aufgebracht werden muß.
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Es wurde nun gefunden, daß man Caleiumcyanamid durch Umsetzung von
Calciumoxyd, Kohlenstoff und Stickstoff bei Temperaturen zwischen 1300
und
16001 C, vorzugsweise 1400 und 15001 C, auf einfachere Weise vorteilhaft
herstellen kann, wenn man pulverförmiges Calciumoxyd in an sich bekannter Weise
in einer ersten Wirbelschicht durch unvollständige Verbrennung von Kohlenwasserstoffen,
vorzugsweise von schweren Ölen, auf Temperaturen von 1200 bis 1400' C aufheizt
und das aufgeheizte Calciumoxyd zusammen mit dem gebildeten Kohlenstoff abzieht
und das Calciumoxyd-Kohlenstoff-Gemisch dann in einer zweiten Wirbelschicht unter
Wärmezufuhr mit Stickstoff umsetzt und das Produkt an schließend in einer Stickstoffatmosphäre
auf eine Temperatur unterhalb 1100' C abkühlt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dient die Verbrennungsluft als
Wirbelgas für die Verwirbelung des Calciumoxyds, das zweckmäßig in einer Korngröße
von 100 bis 800 #t eingesetzt wird. Als Kohlenwasserstoffe können
für das Verfahren grundsätzlich sämtliche bei Normaltemperatur gasförmige oder flüssige
Kohlenwasserstoffe eingesetzt werden. Besonders zweckmäßig arbeitet man jedoch mit
schweren ölen, z. B. Rohöl oder Heizöl, die sich durch
einen hohen
Kohlenstoffgehalt auszeichnen. Bei der unvollständigen Verbrennung dieser Kohlenwasserstoffe
schlägt sich der gebildete Kohleni#toff als feiner Ruß auf dem Caleiumoxyd nieder
und wird zusammen mit diesem in die zweite Wirbelschicht eingeführt, in der die
Umsetzung mit Stickstoff zu Caleiumeyanamid,durchgeführt wird. Die unvollständige
Verbrennung wird-zweckmäßig so-geleitet, daß das Gewichtsverhältnis Calciumoxyd
zu Kohlenstoff von etwa 2,3 bis 1,6 beträgt, Eine für die- Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Anlage ist in der Figur beispielsweise
und schematisch veranschaulicht.
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In den Wirbelreaktor 1 wird durch Leitung 2 der für die Reaktion
erforderliche Kalk eingeführt. D *er Kalk kann gegebenenfalls mit einem Teil
des für die spätere Umsetzung zu Calciumcyanamid erforderlichen Kohlenstoffs vermischt
sein. An Stelle des Kalks können selbstverständlich auch Verbindungen in den Reaktor
eingeführt werden, die bei den angewandten Temperaturen in Caleiumoxyd übergehen,
z. B. Calciumearbonat. Durch Leitung 3 wird dem Reaktor Heizöl oder Heizgas
zugeführt, während durch Leitung 4 die gleichzeitig als Wirbelgas dienende Verbrennungsluft,
die zweckmäßig vorgewärmt ist, in den Reaktor eingeführt wird. Durch unvollständige
Verbrennung des Heizmittels mit Luft wird die Wirbelschicht und damit der eingeführte
Kalk auf eine Temperatur von z. B. 13001 C aufgeheizt, wobei gleichzeitig
der für die spätere Umsetzung erforderliche Kohlenstoff gebildet wird. Durch einen
überlauf wird aus der Wirbelschicht kontinuierlich eine Mischung von Caleiumoxyd
und Kohlenstoff abgezogen und in den Abscheider 5 eingeführt. Die Verbrennungsgase
verlassen den Abscheider 5 durch Leitung 6. Die Feststoffe gelangen
Üurch das Rohr 16 in den eigentlichen Reaktor 7.
Dieser Reaktor besteht
aus zwei Wirbelzonen. In der ersten Wirbelschicht 8 wird das Caleiumoxyd
auf Reaktionstemperatur von etwa 1450' C z. B. durch elektrische Widerstandsheizung
aufgeheizt, während durch Leitung 9 Stickstoff eingeführt wird. Die Aufheizung
kann jedoch auch dadurch erfolgen, daß in dem Reaktor 1 mehr Kohlenstoff
gebildet wird als für die eigentliche Umsetzung zu Caleiumcyanamid erforderlich
ist und dieser überschüssige Kohlenstoffanteil durch gleichzeitige Zufuhr von Luft
in dem Reaktor 8 verbrannt wird. Der in den Reaktor eingeleitete Stickstoff
wird zweckmäßig vorgeheizt. In diesem Reaktor findet die Bildung des Calciumcyanamids
statt. Das gebildete Cyanamid wird aus der Wirbelschicht 8 kontinuierlich
in die Wirbelschicht 10 übergeführt, die mit kaltem Stickstoff, der durch
Leitung 15 eingeführt wird, betrieben wird., In die sein Reaktor
10 wird das Produkt auf eine Teräperatur von 11000 C ode darunter
abgekühlt. Diese r Maßnahme ist erforderlich, da das gebildete Cyanamid bei der
Reaktions-temperatur teilweise verflüchtigt wird. Der kohlenoxydhaltige Stickstoff
wird durch Leitung 11 abgezogen und kann beispielsweise in eine Nachverbrennungsanlage
eingeführt werden, in der das Kohlenoxyd verbrannt und die gebildete Wärme zur Dampferzeugung
ausgenutzt wird. Nach Entfernung des gebildeten Kohlendioxyds wird der Stickstoff
wieder verwendet. Durch einen Regler, der zwei Drosselklappen in den Gasleitungen
6 und 11
steuert, wird bewirkt, daß zwischen dem Abscheider
5
und dem Reaktor 7 kein Drückunterschied besteht, daß also verhindert
wird, daß das Gas durch Leitung 16 abströmt. Das auf, eine Temperatur von
1100' C
abgekühlte Produkt wird durch Leitung 12 in den Drehrohrkühler
13 eingeführt und durch Leitung 14 aus diesem ausgeschleust.
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Die erfindungsgemäße Arbeitsweise gestattet, Calciumeyanamid auf einfache
Weise direkt aus Kohlenstoff, Calciumoxyd und Stickstoff zu gewinnen. Ein wesentlicher
Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, daß es auf einfache Weise kontinuierlich
durchgeführt werden kann und daß ein wesentlicher Teil der für die Umsetzung benötigten
Wärme nicht wie bei den bisher bekannten Verfahren durch Verbrauch elektrischer
Inergie, sondern durch Verbrennung erzeugt wird.