DE293904C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Es ist wiederholt versucht worden. Cyanverbindungen mittels direkter Synthese aus Kohle und Stickstoff herzustellen, gewöhnlich in Gegenwart einer Alkali- oder Erdalkaliverbindung, um Metallcyanid oder -cyanat zu erhalten. Die Synthese hat sich an sich als ausführbar erwiesen; für industriellen Betrieb aber hat keines der bisher vorgeschlagenen Verfahren verwendet werden können. Die hauptsächlichsten Ursachen hierfür bestehen teils in der Schwierigkeit, die für die stark endothermische Reaktion erforderliche Wärme zuzuführen, teils darin, daß das Mauerwerk der verwendeten Apparate sehr bald von den geschmolzenen Alkaliverbindungen zerstört wurde. Aus diesem Grunde wurde der Gedanke auf die Verwendung von elektrischen Öfen geleitet, und Versuche hiermit wurden auch seinerzeit ausgeführt. Die Erfolge wurden jedoch ebenso schlecht wie bei der vorher versuchten Erhitzung in Retorten. Der elektrische Strom folgte den Innenwänden des Ofenraumes entlang und verbrannte diese, und die zerstörende Einwirkung der Alkalien auf das Ofenmaterial war ebenso schlimm wie vorher.

Es wurde nun gefunden, daß eine der hauptsächlichsten Ursachen für alle diese schlechten Ergebnisse in der ungeeigneten Form des verwendeten elektrischen Ofens lag. Dieser Ofen war nämlich bisher aus einem zylindrischen Schacht gebildet mit durch die Wände hineinragenden Kohlenelektroden. Bei Erhitzung der Beschickung schmolzen die beschickten Alkalien und fingen an, an den Wänden des Schachtes herabzufiießen. Da, wie bekannt, geschmolzene Salze verhältnismäßig gute Leiter des elektrischen Stromes sind, war die Folge hiervon, daß nur ein Teil des Stromes den beabsichtigten Weg durch die Beschickung nahm, während ein anderer Teil den Wänden entlang floß und diese erhitzte und zerstörte. Um diese Übelstände zu vermeiden, wird nach vorliegender Erfindung für die Ausführung des Prozesses ein mit einem oder mehreren Schächten oder Beschickungsöffnungen versehener elektrischer Ofen an sich bekannter Bauart verwendet, dem inwendig eine solche Form gegeben ist, daß die Beschickung an einer oder mehreren Stellen Gelegenheit hat, sich in dem Ofenraum zu verbreiten, so daß die Oberfläche dieser Verbreitung (der Böschungsfläche) der Beschickung einen größeren oder kleineren Neigungswinkel gegen die Vertikalebene bildet, woneben einige oder samtliehe Elektroden mit dem in Behandlung stehenden Material an solchen Stellen in Berührung gesetzt werden, wo die genannte Be-

grenzungsnache eine Neigung nach abwärts und auswärts hat.

Der Ofen kann z. B. eine solche Form erhalten, daß an einer oder mehreren Stellen eine Vergrößerung der horizontalen Durchschnittsfläche des Ofens im Verhältnis zu oberhalb belegenen Teilen des Ofens vorhanden ist. Dem Ofenraum kann somit an dieser Stelle oder Stellen z. B. die Form eines Kegelstumpfs oder einer Pyramide oder auch eine andere Form, die die genannten Bedingungen erfüllt, gegeben werden. Dadurch wird vermieden, daß die geschmolzenen Alkalien den Ofenwänden entlang fließen und einen Weg für den elektrischen Strom bilden; der Strom muß vielmehr den vorgesehenen Weg durch die Beschickung nehmen, wodurch das Ofenmaterial gegen Zerstörung geschützt wird.
Beiliegende Zeichnungen stellen verschiedene Ausführungsformen von für die Ausführung des neuen Verfahrens geeigneten elektrischen öfen beispielsweise dar, und zwar zeigt

Fig. ι einen Ofen im Vertikalschnitt nach Linie C-D der Fig. 2, und

Fig. 2 zeigt denselben Ofen im Horizontalschnitt nach Linie A-B der Fig. 1.

Fig. 3 und 4 zeigen im Vertikalschnitt zwei andere Ausführungsformen eines zur Ausführung des neuen Verfahrens geeigneten Ofens.

Die Erfindung möge zunächst unter Bezugnahme auf Fig. ι und 2 beschrieben werden, ι ist der eigentliche Schmelzraum, oberhalb dessen ein Schacht 2 angeordnet ist. 3 sind Elektroden für die Zuführung der elektrischen Energie. Dort, wo die Elektroden durch das Mauerwerk hindurchgehen, sind sie von wassergekühlten Rahmen 4 umgeben, und ferner sind Anordnungen zum Einblasen von Gas, z. B. durch Rohrleitungen 5 und 6, rings um die Elektroden, getroffen. 7 bezeichnet eine schematisch dargestellte Kondensierungsvorrichtung für die gebildeten Gase. 8 ist eine Beschickungsvorrichtung von gewöhnlicher Konstruktion, und 9 ist ein Abzug für Gase.

Beispielsweise verläuft die Herstellung von Kaliumcyanid in diesem Ofen folgendermaßen:

Als Ausgangsmaterial dient Kaliumkarbonat

oder Kaliumhydrat. Als Kohle wird am besten Holzkohle benutzt. Das Stickstoffgas soll zweckmäßig möglichst rein sein und kann am einfachsten durch fraktionierte Destillation von flüssiger Luft erhalten werden. Die Holzkohle und die Kaliverbindung werden mittels des Beschickungsapparates 8 in den oberen Teil des Schachtes eingeführt. Es ist dabei zweckmäßig die Kaliverbindung an derselben Seite des Ofens aufzugeben, an welcher das Stickstoffgas eingeblasen wird. Der Beschikkungsapparat ist aus diesem Grunde gemäß Fig. ι in zwei Abteilungen geteilt, eine größere Abteilung 16 für Holzkohle und eine kleinere

17 für die Kaliverbindung. Die Elektroden 3 werden mit der Beschickung an Stellen, wo diese nicht gegen die Innenwände oder das Gewölbe des Ofens drücken, in Berührung gesetzt.

Dadurch wird der Strom verhindert, sich einen Weg durch das Mauerwerk zu suchen, welches bei der im Ofen vorhandenen Temperatur leitend für den elektrischen Strom wird. Stickstoff wird — vorzugsweise in Überschuß — durch das Mundstück 5 zugeführt, welches in eine rings um die Elektrode angeordnete Öffnung einmündet, die mit dem freien Raum in Verbindung steht, der zwisehen der freien Fläche der herabsinkenden Beschickung und dem Mauerwerk vorhanden ist, oder aber, es kann der Stickstoff in die genannten freien Räume durch in der unmittelbaren Nähe der Elektroden in anderer Weise angeordnete öffnungen eingeführt werden. In diesen freien Räumen hat das Gas Gelegenheit, sich auf einer großen Oberfläche zu verbreiten und folglich schnell erhitzt zu werden und so gleichförmig als möglich mit einem mögliehst großen Teil der Beschickung in Berührung zu kommen. · Durch das Einblasen der Gase rings um die Elektrode wird der Vorteil erzielt, daß die Elektrode dadurch abgekühlt wird, ohne daß die Abkühlung Energieverlust verursacht.

Wird nun, mit ,Hilfe des elektrischen Stromes, die Temperatur in dem Ofenraum.genügend hoch gehalten, so geht die Reaktion, falls Kaliumkarbonat verwendet wird, hauptsächlich gemäß folgender Formelgleichung vor sich:

K₂CO₃ +4C+2N = 2KCN + 3CO.

Es ist zweckmäßig — obgleich keineswegs unbedingt notwendig — die Temperatur so hoch zu halten, daß das gebildete Cyanid vergast . wird. Dies verursacht allerdings den Übelstand, daß auch ein Teil des Kaliumkarbonats verflüchtigt wird. Wenn aber die Be-Schickung des Karbonats, wie oben angegeben, an der einen Seite des Ofens geschieht, muß es einen verhältnismäßig langen Weg nur durch glühende Kohle gehen und kann dann in Reaktion damit und mit dem hindurchströmenden Stickstoff kommen. Nur ein geringer Teil des Karbonats wird unter diesen Verhältnissen den Ofen unzersetzt verlassen, weshalb keine bedeutenden Übelstände durch die Vergasung der gebildeten Cyanverbindungen entstehen. Das mit Kohlenoxyd und einem kleinen Teil von anderen Gasen vermischte Cyanid wird aus dem Ofen durch die Leitung

18 in einen Kondensator 7 geleitet, wo das Cyanid kondensiert und gesammelt wird. Die dort nicht kondensierten Gase können unmittelbar aus dem Kondensationsapparat ab-

geleitet oder auch, wie auf der Zeichnung gezeigt, wieder in den Ofenschacht durch die Leitung 19 und die Öffnungen 19' eingeleitet werden. Das letzterwähnte Verfahren ist im allgemeinen vorzuziehen, weil die abgehenden Gase immer etwas Cyanid entweder unkondensiert oder in fein verteiltem dampfförmigen Zustand enthalten. Außerdem können auch andere Cyanverbindungen vorhanden sein, die erst bei einer niedrigeren Temperatur kondensierbar sind. Ein Abtrennen dieser kondensierbaren Stoffe von den nichtkondensierbaren Gasen kann bei ihrem Gang durch die kalte Beschickung stattfinden, wonach die in der Beschickung kondensierten Stoffe mit dieser nach den unteren wärmeren Teilen des Ofens geführt werden.

Die Asche der Holzkohle und sonstige Schlacke wird durch die Abstichöffnung 25 ,20 am Boden des Ofens in üblicher Weise abge-' zapft.

Um eine Kondensation der Gase in dem zwischen den Elektroden und den wassergekühlten Rahmen vorhandenen Raum oder Öffnung zu verhindern, kann an denjenigen Elektroden, wo Einpressen von Stickstoff nicht stattfindet, eine kleine Menge von dem aus dem Ofen abgehenden Gase oder auch andere Gase von geeigneter Zusammensetzung und Temperatur hineingepreßt werden. Es ist von Bedeutung, daß keine Kondensation zwischen der Elektrode und dem Kühlrahmen vorkommt, weil sonst durch die daselbst kondensierten Produkte ein Festsetzen der Elektroden verursacht werden kann, wodurch die Regulierung der Elektroden erschwert wird.

In derselben Weise, wie oben der Prozeß zur Herstellung von Kaliumcyanid beschrieben worden ist, kann er auch zur Herstellung von verschiedenen anderen Cyaniden ausgeführt s werden, besonders zur Herstellung von Natriumcyanid. Bei Herstellung von Bariumcyanverbindungen müssen jedoch gewisse Abänderungen vorgenommen werden, die dadurch bedingt sind, daß die Bariumverbindungen, die als Ausgangsmaterial dienen können, einen viel höheren Schmelzpunkt als z. B. die entsprechenden Kalium- oder Natriumverbindungen haben.

In Fig. 3 ist ein Ofen dargestellt, bei welchem der Schmelzraum so angeordnet ist, daß dem in den Ofenraum 1 aus dem Schachte 2 hinabsinkenden Material — ohne freie Räume zu bilden — Gelegenheit gegeben wird, sich in dem Ofenraum derart zu verbreiten, daß die Böschungsflächen einen für den Zweck genügend großen Winkel mit der Vertikalebene bilden, um zu verhüten, daß die geschmolzenen Alkalien an diesem Teil der Wände entlang fließen, was, wie oben gesagt, zur Folge haben würde, daß der Strom den Wänden entlang geleitet und bald dieselben zerstören würde.

In dieser Fig. 3 bezeichnet, wie in den oben beschriebenen Figuren, 2 den Ofenschacht, ι den Schmelzraum und 3 die Elektroden. 35 bezeichnet einen wassergekühlten Rahmen, durch welchen die Elektroden in den Schmelzraum eingeführt werden. 36 sind Zuführungsleitungen für Stickstoff. 37 ist eine zur Ab- leitung der während des Prozesses gebildeten Gase dienende Leitung. 38 bezeichnet eine Abzapföffnung für Schlacke und andere Stoffe, die in flüssigem Zustand aus dem Ofen entfernt werden.

Gemäß Fig. 4 hat der Ofenraum eine solche Form, daß, wie nach den Fig. 1 und 2, ein oder mehrere freie Räume 39 zwischen der hinabsinkenden Beschickung, deren Böschungsfläche mit punktierten Linien bezeichnet ist, und dem Mauerwerk des Schmelzraumes entstehen.

Der Arbeitsgang selbst geht hauptsächlich in derselben Weise wie oben beschrieben vor sich.

Es kann unter gewissen Verhältnissen vorteilhaft sein, den Stickstoff ausschließlich oder zum größten Teil an der einen Seite des Ofens einzublasen. Falls der Ablauf für die gebildeten Gase so angeordnet ist, wie auf den Zeichnungen gezeigt ist, soll zweckmäßig der Stickstoff an derjenigen Seite eingeblasen werden, die diesem Ablauf entgegengesetzt ist, um auf diese Weise den Stickstoff zu zwingen, während einer längeren Zeit mit den übrigen Beschickungsmaterialien in Berührung zu sein.

Vorstehend ist der Arbeitsgang unter der Voraussetzung beschrieben, daß die Cyanverbindungen als Endprodukt erhalten werden sollen. Das Verfahren kann jedoch auch mit großem Vorteil in solchen Fällen Verwendung finden, wo diese Verbindungen nur ein Zwischenprodukt bilden, z. B. bei der Synthese von Ammoniak.

Claims (2)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Verfahren zur synthetischen Herstellung von Cyanverbindungen oder von Stickstoffverbindungen, bei deren Bildung Cyan-Verbindungen als Zwischenprodukte dienen, in elektrischen öfen, wobei geeignete Metallverbindungen, ζ. Β. Alkaliverbindungen oder Verbindungen von alkalischen Erdmetallen, zusammen mit Kohle in Gegenwart von Stickstoff erhitzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchführung der Reaktionen in einem mit einem oder mehreren Schächten oder Speiseöffnungen versehenen elektrischen Ofen von an sich bekannter Bauart erfolgt, der innen so geformt ist, daß das Beschickungsmaterial

   an einer oder mehreren Stellen Gelegenheit hat, sich in dem Ofenraum zu verbreiten und dort mit seiner Verbreitungs- oder Böschungsfläche einen größeren oder kleineren Winkel gegen die Lotebene zu bilden, wobei die Elektroden oder ein Teil von ihnen an solchen Stellen mit der Beschickung in Berührung kommen, wo ihre Begrenzungsfläche nach abwärts und auswärts geneigt ist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Durchführung der Reaktionen dienende elektrische Ofen von an sich bekannter Bauart innen eine solche Form hat, daß ein oder mehrere freie Räume zwischen der in den Schmelzraum des Ofens hinabsinkenden Beschickung und dem Mauerwerk des Schmelzraumes vorhanden sind, wobei die Elektroden oder ein Teil von ihnen durch die freien Räume hindurch mit der Beschickung in Berührung gebracht werden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.