DE334145C - Verfahren und Vorrichtung zur Darstellung von Cyanverbindungen - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Darstellung von Cyanverbindungen. Es sind bereits Verfahren zur Darstellung von Cyanverbindungen aus Stickstoff, Kohlenstoff und einem Alkali- oder Erdalkalimetall bekannt, wobei ein geschmolzener, metallischer Katalysator, wie z. B. Eisen, gesättigt mit Kohlenstoff, in fester und in fein verteilter Form verwendet wird.
• Gemäß vorliegender Erfindung werden nun besondere Mittel angewendet, durch welche die vorzugsweise dampfförmigen oder gasförmigen Einwirkungsmittel wie Alkalimetalldampf und Stickstoff oder Soda und Ammoniak gezwungen werden, in das katalytische Material einzudringen, sich dort fein zu verteilen und entsprechend lange damit in Berührung zu bleiben. Dadurch wird insbesondere eine große Ausbeute gewährleistet, und ferner dafür gesorgt, daß das katalytische Material mit Kohlenstoff gänzlich gesättigt ist.
• Das Wesentliche der neuen Erfindung besteht darin, daß eine aus Kohle oder kohlehaltigem Material bestehende Beschickung in den geschmolzenen Katalysator von oben so hineingepreßt wird, daß zum Zweck feinster Verteilung die von unten in das Schmelzbad des Katalysators eintretenden Bildungselemente, vorzugsweise Stickstoff und Alkali, beim Durchgang zum Zerstäuben und Zerplatzen gebracht werden. Dadurch wird die Dauer der Berührung dieser Elemente mit dem Katalysator und die Berührungsfläche zwischen Katalysator und Reaktionsstoffen vergrößert.
• Auf der Zeichnung ist im senkrechten Schnitt eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach vorliegender Erfindung veranschaulicht.
• Die Vorrichtung, besteht aus einer Kammer z, welche durch Röhren bzw. Kanäle .3 geringen Durchmessers mit einer unter Kammer = befindlichen anderen Kammer 6 verbunden ist, durch welche das gasförmige Einwirkungsmittel, das bei , in Gestalt von Blasen veranschaulicht ist, in das geschmolzene Eisen oder in anderes katalytisches Material s innerhalb des Ofens eingeleitet werden kann. Eine zweckmäßig aus Graphit bestehende Elektrode 7, die durch einen Stutzen 8 hindurchgeht, steht mit dem geschmolzenen Katalysator in Berührung. Die Elektrode 7 kann, wie bei 9 ersichtlich, mit einer geeigneten Packung oder Stopfbuchsenabdichtung versehen sein, um das Entweichen von geschmolzenem Material nach außen zu verhindern. Die Elektrode 7 ist an einen Leiter io angeschlossen, der von einer Elektrizitätsquelle ausgeht, die zweckmäßig Strom von geringer Spannung (2o bis 25 Volt) und von hoher Amperezahl liefert. Dabei kann gewünschtenfalls die Elektrode 7 als Abstichstopfen für das geschmolzene Material dienen. Von der einen Seite der Kammer i zweigt ein Kanal == ab, in dem eine Förderschnecke x2 zur Zuführung von vorzugsweise aschefreiern Graphit oder anderem kohleartigen Material dienen kann.
• Kanal 13 dient zum Abzug der gasförmigen und dampfförmigen Produkte.
• Durch Deckel 1q., der mit einer eisernen Abschlußplatte 15 verbunden ist, geht eine Stange 16, die von Ringen 17 aus wärmeisolierendem Material umgeben ist. Das untere Ende dieser Stange ist durch eine Haube 18 aus demselben Material wie das Ofenfutter geschützt, welche auf der beispielsweise aus Graphit bestehenden Elektrode i9 aufruht, in welche die Stange 16 ,eingeschraubt ist. Eine Packung oder Abdichtung 2o, die z. B. aus Kieselgur besteht, dient dazu, die Öffnung, durch welche die Stange 16 hindurchgeht, nach Art einer Stopfbuchse abzuschließen, und es wird dabei ein Stopfbuchsendeckelqi dazu benutzt, die Packung oder Dichtung 2o in ihrer Lage zu erhalten, wenn die Elektrode durch Kabel oder Seil z2 angehoben wird.
• Die Stange 16 kann, wie bei 23 ersichtlich, durch Gewichte belastet sein, um die richtige Lageneinstellung der Elektrode ig zu sichern.
• Oberhalb der geschmolzenen Masse 5 befindet sich eine Beschickung 2¢ aus Graphit oder anderem kohleartigen Material; wird nun die durch Gewicht belastete Elektrode ig veranlaßt, sich nach abwärts zu bewegen, so drückt dieselbe die schwimmenden Klumpen und Teilchen fest nach unten, wodurch ein großer Teil dieser KlumpenoderTeilchenindasgeschmolzene Eisen hineingepreßt wird. Infolgedessen ist der Katalysator für praktische Zwecke stets durch und durch mit Kohlenstoff durchsetzt bzw. gesättigt, während zugleich die Gegenwart feiner Kohleteilchen ein Zerplatzen des in Blasen durch die Röhren 3 einströmenden Einwirkungsmittels bewirkt, so daß nicht nur die Zeit, während welcher das Reaktionsmittel mit dem Katalysator in Berührung bleibt, vergrößert, sondern auch eine größere und dichtere Fläche des geschmolzenen Katalysators der Einwirkung des Reaktionsmittels ausgesetzt wird, wenngleich infolge der verwendeten hohen Temperatur die geschmolzene katalytische Lösungsfläche nicht so ausgedehnt zu sein braucht, wie dies erforderlich ist, wenn ein fester Katalysator zur Verwendung gelangt.
• Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung des Kohlenstoffes in dem elektrischen Ofen ist darin zu erkennen, daß die Kohle, die sich oberhalb des wagerechten Spiegels i' des geschmolzenen Katalysators befindet, als Heizwiderstand benutzt werden kann, so daß der Nachteil, der sonst bei der äußerst hohen Temperatur eines Lichtbogens, zusammen mit den Schwierigkeiten in der Wartung und der damit verbundenen Hitzeregelung und Verteilung entsteht, fortfällt. Dabei sind die Graphitteilchen vorzugsweise von solcher Körnung, daß sie durch ein Sieb von beispielsweise 8 bis f1/4 mm Maschenweite hindurchgehen.
• Annähernd die ganze Hitze wird in dem Widerstand erzeugt, der sich zwischen der oberen Elektrode und dem geschmolzenen Eisen befindet, und da letzteres ein sehr gutes Leitungsvermögen besitzt, pflanzt sich « die Hitze schnell nach unten fort, so daß die cyanidbildende Wirkung sofort beginnt, sobald die gasförmigen Blasen an dem Reaktionsmittel durch die Düsen 3 eintreten. Der Ofen ist an seinem unteren Teile elektrisch isoliert. Falls die Temperatur zu irgendeinem Zeitpunkte zu hoch wird, kann der Strom für einige Minuten vollständig abgestellt werden.
• Das verwendete gasförmige Einwirkungsmittel besteht vorzugsweise aus einem Gemisch von Alkalimetalldampf und Stickstoff, welches durch die Rohre 3 bei einer Temperatur von 80o bis goo ° C hindurchgeht.
• Wird beispielsweise Natrium benutzt, so kann ' dässelbe im Überschuß zur Anwendung gelangen, da es nach dem Durchgang durch den Ofen kondensiert und vom gebildeten Cyanid leicht und schnell durch Dekantieren bzw. Abziehen oder Destillieren getrennt werden kann.
• Läßt man die Reaktion bei annähernd den niedrigsten praktisch anwendbaren Temperaturen mit geeignetem Ofenfutter unter Benutzung der im nachstehenden angegebenen Mittel vor sich gehen, so ist es möglich, z. B. ealcinierte Soda oder irgendwelche anderen Alkalitverbindungen an Stelle von freiem Natrium zu verwenden. Die Reaktion verläuft nach folgender Gleichung = Na, CO, + q. C -(- N2 -= 2 Na CN + 3 C O -138,50o Kalorien.
• ' Die Soda wird in flüssigem oder dampfförmigem Zustande eingeleitet, auch können beispielsweise geeignete Erdalkaliverbindungen in die Reaktionszone, zusammen mit. einem Strom von Stickstoff oder stickstoffhaltigem Gas, wie Ammoniak oder Generatorgas, eingeführt werden.
• Es kann auch die Soda einen Gehalt an Natriummetall erhalten, indem sie zuvor durch einen Kohlenwiderstand hindurchgeführt wird. Die Reaktionsgleichung ist dabei die nachstehende Na, C03+2C=2Na+3c0. Der Widerstand ist in einem Behälter z6 enthalten, der ein Futter 27 besitzt, das dem Futter 2 des Behälters i ähnlich ist. Dabei ist Kieselgur oder gepulverte Magnesia bei 28 zwischen dem Futter und dem eisernen Mantel 26 untergebracht, um den letzteren gegen die Einwirkung der heißen Sodaasche zu schützen, und auch, um die Wärme im Innern des Ofens zu erhalten. Dabei ist es empfehlenswert, die eisernen Teile des Apparates an allen denjenigen Stellen zu schützen, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind, wie dieselben zur Verflüchtigung von Sodaasche sich als nötig erweisen. Falls Alkalimetall benutzt wird, ist die Anbringung eines mittleren Futters, wie dasselbe bei 28' dargestellt ist, nicht unbedingt nötig, wenn es sich auch an sich empfiehlt, eine solche Bekleidung zu benutzen.
• Der sekundäre Widerstand 25 steht mit einer Graphitelektrode 2g in Berührung, die an den negativen Leiter 3o dieses. Teiles des Apparates angeschlossen ist.
• Eine ähnliche Elektrode 31. ..steht mit dem oberen Teil des Widerstandes in Berührung und kann sich durch den Deckel und die Packung oder Abdichtung 32 erstrecken. Der positive Leiter 33 dient zur Zuleitung des Stromes niederer Spannung.
• Ein Gemisch, das beispielsweise aus Sodaasche und Stickstoff besteht, kann in den Widerstand durch die Röhre 34 hindurchgeleitet werden, so daß das Gemisch einen Gehalt an Natriummetalldampf und Kohlenmonoxyd besitzt.
• Das Maß, nach welchem diese Einwirkung stattfindet, hängt von der Temperatur des Widerstandes 25 ab. -Es ist dabei von Vorteil, die Reaktion soweit wie möglich gehen zu lassen, damit dem geschmolzenen Katalysator vorzugsweise Natriumdampf an Stelle der Soda zugeführt wird. Der nötige Koks wird durch den Kanal 34 zugeleitet.
• Das sich unter Benutzung dieses Verfahrens ergebende Produkt ist für gewöhnlich Cyanid. Wird aber eine ungenügende Menge Kohlenstoff der Reaktionszone zugeführt, so bildet sich Cyanamid.
• Der Kohlenstoff, der vorzugsweise aus der an der Oberfläche schwimmenden Masse gewonnen wird, kann auch zusammen mit dem gasförmigen Einwirkungsmittel hineingeblasen werden, oder es kann derselbe in irgendeiner anderen Gestalt, beispielsweise in derjenigen eines flüssigen Brennstoffes, beispielsweise Erdöls o. dgl., durch eine Düse 36 eingeführt werden. Auf jeden Fall muß das eingeführte Material aschefrei sein, da die Anhäufung von Asche in dem Ofen unzweckmäßig ist, und außerdem Aschebestandteile wie Silicium; Calcium, Magnesium und Aluminium zu Störungen Anlaß geben können.
• Bei Verwendung einer Mischung von Katalysatoren können niedrigere Betriebstemperaturen zur Verwendung gelangen. So z. B. wenn ein Eisenmanganbad benutzt wird, insbesondere dann, wenn Kalium an Stelle von Natrium. zur Verwendung gelangt. Unter Umständen kann es von Vorteil sein, zu demselben Zwecke Nickel und Kobalt dem Bade zuzusetzen.
• Bei dem an Hand der Zeichnung beschreibenen Ausführungsbeispiel kann für die Cyanidbildung die folgende Gleichung angenommen werden, wenn das bei einer Temperatur von i5oo ° C geschmolzene katalytische Material aus Eisen besteht, und ein Dampfgemisch aus Natrium und Stickstoff verwendet wird Nag -f- z C --[- N2 = a Na CN + q.6,aoo Kalorien.
• Das Cyanid destilliert schnell ab und kann leicht aufgesammelt werden. Die Reaktion kann auch- bei einer höheren Temperatur als die angegebene durchgeführt werden, und es hat sich dabei herausgestellt, daß Cyanverbindungen bzw. Cyanide in der beschriebenen Weise mit Erfolg dadurch gewonnen werden können, daß man eine geeignete Retorte mittels des elektrischen Stromes erhitzt, und es kann dabei die Temperatur innerhalb weiter Grenzen zwischen dem Schmelzpunkt des Katalysators und der Temperatur, bei welcher eine Dissociation des Cyanides zu erwarten ist, liegen.

Claims (1)

1. PATENT-ANSPIiÜCHE: i. Verfahren zur Darstellung von Cyanverbindungen aus Stickstoff, Kohlenstoff und einem Alkali- oder Erdalkalimetall oder einer Verbindung desselben, unter Einwirkung eines geschmolzenen, mit Kohlenstoff gesättigten, metallischen Katalysators, wie z. B. Eisen, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus Kohlenstoff oder aus kohlenstoffhaltigem Material bestehende Beschickung in den geschmolzenen Katalysator vön oben hineingepreßt wird, während in das Schmelzbad einzuführende Reaktionsmittel von unten gasförmig oder dampfförmig in feinster Verteilung eintreten. a. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß Kohle oder kohlehaltige Stoffe, wie Kohlenwasserstoffe, dampfförmig oder gasförmig zusammen mit den anderen Bildungselementen (Stickstoff und Alkali) in den geschmolzenen Katalysator eingeblasen werden. 3. Verfahren nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Kohlenstoff bestehende Materialnasse, welche von oben dem den Katalysator enthaltenden Schmelzbad zugeführt wird, dem Druck der durch Gewicht belasteten oberen Elektrode (ig) unterworfen wird, wobei sie gleichzeitig als Heizwiderstand dient. q.. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einem elektrischen Widerstandsofen unter oder neben der das Eisenbad enthaltenden Kammer (i) eine mit dieser durch Rohre (3) in Verbindung stehende andere Kammer (6) angeordnet ist, welche mit Zuführungsrohren zur Einführung der gasförmigen oder dampfförmigen Bestandteile (Stickstoff, Alkali) und gegebenenfalls von geeignetem kohlestoffhaltigen Material, wie Kohlenwasserstoffen, versehen ist.