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Verfahren und Ofen zur Bindung von Ammoniak bei hoher Temperatur in
Form von Verbindungen ein- oder zweiwertiger Metalle, wie Cyanide, Cyanate, Cyanamide
oder Gemische dieser Verbindungen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur
Bindung von Ammoniak bei hoher Temperatur in Form von Verbindungen ein-oder zweiwertiger
Metalle, wie Cyanide, Cyanate, Cyanamide oder Gemische dieser Verbindungen unter
Ausgang von Carbonaten oder Oxyden der Metal?e und gegebenenfalls unter Zuhilfenahme
kohlenstoffhaltiger Gase. Erfindungsgemäß werden die Reaktionsstoffe durch einen
in an sich bekannter Weise mit Zwischenböden versehenen Schachtofen abwechselnd
von innen nach außen und von außen nach innen bewegt und dabei mehrmals durch Stellen
höherer und niedrigerer Temperatur geführt, wobei die Bewegung der Stoffe z. B.
durch Schaufeln erfolgt, während die Reaktionsgase in der Bewegungsrichtung der
festen Stoffe oder dieser entgegen strömen.
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Durch die Erfindung wird nicht nur der Vorteil erreicht, daß kontinuierlich
gearbeitet «erden kann, sondern es werden auch Überhitzungen vermieden, die Zersetzungserscheinungen
zur Folge haben können. Es hat sich nämlich als günstig herausgestellt, daß sowohl
die festen Substanzen als auch die Gase zeitweilig mit verschiedenen Temperaturen
behandelt werden. In dem einen Teil des Ofens kann z. B. die optimale Reaktionstemperatur
herrschen, während in dem anderen Teil eine etwas niedrigere Temperatur vorhanden
ist, die lediglich dazu dient, das Reaktionsgut, insbesondere das Ammoniakgas, etwas
abzuschrecken, damit eine Zersetzung nicht eintreten kann.
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Die Stellen höherer Temperatur können durch Regelung der Beheizung
der Zwischenwände, die Stellen niedrigerer Temperatur durch die Regelung der Beheizung
der Außenwand des Ofens erzielt werden. Der Ofen kann entweder durch elektrische
Widerstände oder durch Gase beheizt werden. In diesem Falle wird der Schacht aus
Eisen noch mit keramischem Material umgeben.
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Zur Durchführung des Verfahrens dient ein Ofen, dessen Innenraum bzw.
dessen in ihm liegenden Teil mit solchen keramischen, möglichst gasdichten Materialien,
z. B. Porzellan, oder Metallegierungen, z. B. Kupferlegierungen, bekleidet sind
oder aus solchen Materialien bzw. Metallegierungen bestehen, die weder durch die
Reaktionsgase praktisch angegriffen werden noch vor allen Dingen schädlich auf die
Gase einwirken.
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Auf der Zeichnung ist ein Ofen im Schnitt wiedergegeben.
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Der Schacht r besteht aus Eisen, und seine Innenfläche ist mit einem
Metall 2, z. B. Kupfer bzw. Metallegierungen, bekleidet, die. nicht schädlich auf
die Reaktionsgase einwirken. Wendet man Kupfer oder Kupferlegierungen, welche obengenannte
Eigenschaften besitzen, als Auskleidungsmaterial an, so erreicht man den Vorteil,
daß eine geringe Aufspaltung des Ammoniaks begünstigt
wird, die
auch unter den vorliegenden Bedingungen offenbar unter Zwischenbildung von Imid
verläuft, so daß die Reaktionsfähigkeit des Ammoniaks hierdurch erhöht wird. In
dem Innenraum des Schachtes sind Böden 3 und 4 aus solchem keramischen, möglichst
gasdichten Material angeordnet, das weder durch die angewendeten Gase angegriffen
wird noch auf die Gase, insbesondere Ammoniak, schädlich einwirkt. Mit dem gleichen
Material 5 ist die ganze Innenwandung ausgekleidet. Die Böden 3 besitzen zentrale
Öffnungen 6 und die Böden 4 Öffnungen 7 am äußeren Umfange, durch welche das Material
und das Gas von dem einen Boden zum anderen gelangen kann.
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Im Ofen ist eine senkrechte Welle 8 gelagert, an der Arme 9 befestigt
sind, die Schaufeln io tragen. Die Schaufeln io sind so gestellt, daß sie das auf
den Böden 3 liegende Material von außen. nach innen und das auf den Böden 4 liegende
Material von innen nach außen fördern. Die Durchtrittsstellen der Welle 8 durch
die Böden 4 sind in an sich bekannter Weise durch in Tassen i i greifende Glocken
12 abgedichtet, um zu verhindern, daß an diesen Stellen das Gas unmittelbar in den
üarunterliegenden Raum gelangt. Vorteilhaft kann man an den Armen 9 außer den Schaufeln
io auch noch Walzen anordnen, durch die das Material, wenn es stark zusammengebacken
ist, wieder zerkleinert wird.
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Das Material wird durch den Trichter 13 zugeführt und bildet in ihm
einen gasdichten Abschluß nach außen. Das Gas tritt durch den Stutzen 14 ein. Wie
ohne weiteres ersichtlich, wandert das Material und das Gas von einem Boden zum
anderen. Zur Ableitung der Gase dient der Stutzen 15. Natürlich kann auch das Gas
durch den Stutzen 15 eingeleitet und durch den Stutzen 14 abgeleitet werden. Man
kann auch zwischen den einzelnen Böden noch besondere Zu- oder Ableitungen für die
Gase vorsehen, falls dies erforderlich sein sollte.
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Der untere Teil des Ofens ist zu einem Trichter 16 ausgestaltet, in
dem sich die gebildeten Cyanverbindungen sammeln. Sie werden durch eine in einem
Rohr i j liegende Schnecke 18 aus dem Ofen gefördert. Das Material selbst bildet
einen gasdichten Abschluß des Ofens. Das Rohr 17 mündet in einen Raum, in dem aus
dem Material die in ihm enthaltenen Reaktionsgase, z. B. durch Anwendung von Vakuum
oder mittels eines inerten Gases, entfernt werden.
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Der Schacht i ist von einem Ringraum i9 umgeben, in dem elektrische
Heizwiderstände 2o angeordnet sind, die an dem Mauerwerk 21 mittels Isolierträgern
22 befestigt sind. Der Ringraum i9 ist vorteilhaft mit einer Schutzgasatmosphäre
angefüllt. Das Gas wird durch eine Öffnung 23 eingeleitet und durch eine Öffnung
24 abgeleitet.
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Außerdem können in den Böden 3 und 4 noch elektrische Heizwiderstände
25 vorgesehen sein. Wird der Ofen hauptsächlich durch die äußeren Widerstände 2o
erhitzt, so sind die Schachtwände und anliegenden Bodenteile am heißesten. Der mittlere
Teil ist kälter, zumal eine erhebliche Menge der Wärme durch die Welle 8 abgeführt
wird. Die Kühlwirkung der Welle 8 läßt sich noch durch Kühlmittel vergrößern, die
durch die Welle geleitet werden. Demnach gelangen die Gase und das Material bei
ihrer Wanderung durch den Ofen immer von einer heißeren Stelle zu einer kühleren,
was deshalb vorteilhaft ist, weil man mit Rücksicht auf eine möglichst große Reaktionsgeschwindigkeit
die Temperatur so hoch wie möglich wählt, andererseits aber darauf achten muß, daß
die zulässige Höchsttemperatur nicht überschritten wird.
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Die Heizmittel können auch im Innern des Schachtes vorgesehen sein.
In diesem Falle befinden sich die kälteren Zonen außen.
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Die Welle 8 ist in den Lagern 26 und 27 gelagert. Das Lager 26 ist
durch eine Metallkappe 28 abgedeckt, so daß also an dieser Stelle kein Gas austreten
kann. Sowohl das Lager 26 als auch das Lager 27 und der Durchtritt der Welle 8 liegen
an Stellen des Ofens, die eine möglichst niedrige Temperatur haben. Außerdem können
die Lager noch besonders gekühlt werden.
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Beispiele I. In einem Schachtofen, wie er näher beschrieben ist, wurden
unter Behandlung mit strömendem Ammoniakgas pro Stunde 13,2 kg eines Gemisches,
bestehend aus 97,5 % Kalkstein (99 °/o CaC03) und 2,5 °/o Chlorkali, über
acht Etagen fortbewegt. Die Heizung ist so eingestellt, daß auf der dritten bis
siebenten Etage bzw. in den Schichten festen Materials eine Temperatur von 685 bis
695'
herrscht, während die Wände des Ofens, an denen entlang. das Ammoniakgas
von einer Etage zur anderen zieht, auf einer Temperatur von 65o bis 66o° gehalten
werden. Das Ammoniakgas strömt mit einer Geschwindigkeit von igo cbm pro Stunde,
gemessen unter Betriebsverhältnissen, d. h. 18° C 47 mm Druck, durch den Ofen. Das
verbrauchte Ammoniakgas wurde naturgemäß unter Aufrechterhaltung eines konstanten,
geringen Überdruckes durch Frischgas laufend ersetzt.
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Durch eine 24stündige Betriebsperiode wurde ein Schnitt gelegt, der
folgendes Ergebnis brachte: Das Endprodukt, io,o kg pro Stunde, enthielt 19,5 °%o
N und 6 °1a CO,. Die angewandte
Ammoniakgasmenge, abzüglich
des am Schluß in Gasform oder in Form von Ammoniakwasser vorliegenden Ammoniaks,
d. h. also die auf die Cvanamidbildung und Zersetzung entfallende Ämmoniakquote,
betrug 2,64 kg N H,/Stunde, und hiervon entfielen 89,9 °/o auf die Bindung und io,i
% auf die Zersetzung. Die Zersetzungsquote. bezogen auf die Bindungsmenge,
betrug also hier 11,9 °/o.
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II. Es wurde analog Beispiel I gearbeitet, jedoch die Heizung in der
Weise durchgefiihrt, daß auch die Ofenwände auf einer Temperatur von 685 bis 6c)5'
gehalten wurden. Das Endprodukt, 9,96 kg pro Stunde, enthielt 18,8 °/o N und 2,6
% C02. Auf Ammoniakbindung und Zersetzung wurden 3,2 kg N Hg/Stunde verbraucht,
und hiervon entfielen knapp 75 °/o auf Bindung und 25 °/o auf Zersetzung. Die Zersetzungsquote
betrug also hier rund 33 °/p der Bindungsquote.