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Ofen zur Herstellung von weißem Kalkstickstoff Die Herstellung von
weißem Kalkstickstoff aus Kalk und gasförmigen Stickstoffverbindungen, wie Blausäure
bzw. Kohlenoxyd und Ammoniak, ist bereits bekannt. Bei ruhender Schicht sind große
Verluste an Ammoniak bzw. Blausäure zu verzeichnen. Die Zunahme der Zersetzung steigert
sich in dem Maße, in dem in der ruhenden Schicht eine Anreicherung von Kalkstickstoff
vorliegt. Man erhält aus diesem Grunde ein Produkt, das in den unteren Schichten
zwar relativ hoch mit Kalkstickstoff angereichert ist, aber in den oberen Schichten
noch arm an diesem Produkt ist.
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Aus diesem Grunde hat man bereits vorgeschlagen, die Umsetzung derart
durchzuführen, daß man in engen, nach unten erweiterten Schachtöfen das Reaktionsprodukt
kontinuierlich abzieht. Dabei zeigt sich jedoch, daß das Reaktionsprodukt, ebenso
wie dies beim schwarzen Kalkstickstoff der Fall ist, im Laufe des Prozesses zusammenklebt
und damit eine Fortbewegung nicht mehr im gewünschten Sinne möglich ist. Austragsvorrichtungen,
wie Kratzer und ähnliche Elemente, führen nicht zum gewünschten Erfolg. Es läßt
sich zwar mit derartigen Elementen das Material unten wegziehen, aber der selbsttätige
Nachschub in der erforderlichen Menge bleibt als Folge der erwähnten Verklebungen
aus.
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Die Erfindung geht von dem bei der Herstellung von weißem Kalkstickstoff
aus Kalk, Kohlenoxyd und gasförmigen Stickstoffverbindungen bekannten
Wirbelstromverfahren
aus. Sie bedient sich der bei der Herstellung von Kalkstickstoff aus Karbid bekannten,
mehreren, hintereinanderliegenden Wirbelkammern und schlägt Mittel vor, die, in
Anpassung an die Herstellung von weißem KaJkstickstoff bei hintereinanderliegenden
Wirbelkammern, eine völlige Durchazotierung und darüber hinaus eine weitgehende
Ausnutzung der gasförmigen Ausgangsmaterialien gewährleisten.
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Erfindungsgemäß sind, durch Wirbelböden getrennt, übereinanderliegende
Wirbelkammern vorgesehen; deren untere Kammer die Reaktionsgaszuführung und die
Reaktionsgasabführung und deren obere Kammer die Kalkzuführung und die Restgasabführung
aufweist, und darüber hinaus sind zwischen den einzelnen Kammern Verbindungskanäle
vorgesehen, die die Wirbelböden kurzschließen.
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Bei einer derartigen Vorrichtung sind die Ausnutzung des Reaktionsgases
und der Wärmehaushalt wesentlich besser als im Einschichtverfahren, da im letzteren
Falle bei der durch die Aufwirbelung bedingten Strömungsgeschwindigkeit die Gase
nicht in genügender Menge in einer Schicht umgesetzt werden und damit ein hochwertiger
Kalkstickstoff entsteht. Die Ausbeute, bezogen auf das eingesetzte Ammoniak, ist
beim Einschichtverfahren nicht befriedigend.
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Da die Azotierung eine bestimmte Zeit in Anspruch nimmt, muß Vorsorge
getroffen werden, daß das Reaktionsgut der einen Zone erst dann in die vorangehende
Zone übergeführt wird bzw. abgezogen wird, wenn es bezüglich der Aufazotierung den
jeweiligen Erfordernissen entspricht.
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Die Reaktionsgase werden vor dem Eintritt in die Wirbelkammer auf
Reaktionstemperatur erhitzt, -aber dabei doch so schonend behandelt, daß keine Zersetzung
des Ammoniaks bzw. der Blausäure und des Kohlenoxyds eintritt. Die Voraufheizung
der Reaktionsgase findet in getrennten, elektrisch beheizten Vorerhitzern aus keramischem
Material statt. In diesen sind die Heizspiralen in die keramischen Wände eingelegt,
und die Strömungsgeschwindigkeit ist so-hoch gehalten, daß'bei geringster Temperaturdifferenz
die Zersetzungsgeschwindigkeit an dem Material unterschritten wird.
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Die Zeichnung zeigt eine Ausführungsform eines zur Durchführung des
Verfahrens bestimmten Ofens.
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Das von den Wärmeaustauschern kommende Kohlenoxydgas tritt in den
Kanal i des Reaktionsofens 2- ein und das Ammoniakgas in den Kanal 3. Aus diesem
strömt das zugeführte Ammoniak über Düsen in den Kohlenoxydstrom,: so daß eine Vermischung
mit diesem erfolgt, aber die Verweilzeit von Ammoniak und Kohlenoxyd von der Reaktion
möglichst kurz ist. Das Gasgemisch strömt durch einen mit Schlitzen oder Lochungen
usw. ausgerüsteten Wirbelboden q. und gelangt in die untere Wirbelkammer 5: Das
dieser zugeführte Material wird durch das strömende Gas über dem Boden ¢ aufgewirbelt,
während der Gasstrom durch einen zweiten Wirbelboden 6 der oberen Wirbelkammer 7
zugeleitet wird. In der Kammer 5 verbleibt das Material so lange, bis es die gewünschte
Stickstoffkonzentration angenommen hat. Die Verweilzeit ist von der Konzentration
abhängig, mit der das Produkt aus der oberen Kammer 7 nach 5 gelangt. Die Kammer
7 ist am oberen Ende vor dem Gasabzugskanal 8 wesentlich erweitert, um durch Abfall
der Strömungsgeschwindigkeit ein Mitreißen von Feststoffen und von Staub möglichst
zu vermeiden und diese Feststoffe wieder - der Wirbelschicht zuzuführen.
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In die Kammer 7 mündet ein Kanal 9, durch den über die Zuführungsschleuse
io der Kalk in bestimmter Kornfeinheit zugeführt wird. Von der Kammer 7 führt ein
Verbindungskanal i i in die Kammer 5 als Überlauf für das Material. In diesem sind
zwei Abschlußorgane 12 und 13 angeordnet, die in derselben Ausführung im Ablaufkanal
1q. bzw. im Zuführungskanal 9 vorhanden sind.
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Nach einer bestimmten Verweilzeit wird der in der Kammer 7 teilweise
aufazotierte Kalk über den Kanal il der Kammer 5 periodisch zugeführt. Zu diesem
Zweck wird zunächst bei geschlossenem Schieber 13 der Schieber i2 geöffnet, so daß
sich der Kanal- bis zum Schieber 13 mit dem Ablaufgut füllt. Beim nachfolgenden
öffnen des Schiebers 13
vermag dann das Reaktionsgas nicht unter Umgehung
des Wirbelbodens 6 durch den Kanal ii zu strömen wegen des Widerstandes der ablaufenden
Reaktionsgutschicht. Ist der Wirbelboden 6 bis zum Überlauf entleert, wird der obere
Schieber 12 geschlossen und, wenn der Kanal ii leergelaufen ist, auch der Schieber
1a, so daß kein Gasübergang durch den Kanal i i erfolgen kann.
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Ist das der Kammer 5 durch den Kanal i i zugeführte Reaktionsgut ausazotiert,
wird es in der gleichen Weise wie vorgeschrieben durch den Abzugskanal 1q. periodisch
abgenommen. Dieser Abzugskanal ist ebenfalls mit zwei Schiebern versehen. Die öffnungen
16 und 17 sind zur Einführung von Thermoelementen bestimmt, während die Öffnungen
18 und i9 die Beobachtung des Prozesses in den Kammern 5 und 7 ermöglichen.
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Der beim. Durchtreten durch den keramischen Boden entstehende Teil
an Blausäure, entstanden aus Kohlenoxyd und-Ammoniak, trägt wesentlich zur Erhöhung
des Umsatzes durch Verschiebung des Gleichgewichtes bei. Es gelingt auf diese Weise,
die Reaktion Kalk plus Kohlenoxyd plus Ammoniak und Kalk plus Blausäure in einem
einzigen Gang zur Umsetzung zu Kalkstickstoff zu vereinigen, ohne daß es nötig wäre,
die komplizierte Reaktion der vollkommenen Umsetzung von Kohlenoxyd und Ammoniak
bzw. Methan und Ammoniak zu Blausäure durchzuführen und eine getrennte Blausäure-Kalk-Umsetzung
vorzunehmen. Dabei hat sich gezeigt, daß bei anfänglicher Anwesenheit von größeren
Mengen von Blausäure der Gehalt derselben im abziehenden Gas, immer praktisch derselbe
ist, so daß ein Verlust oder eine unnötige Aufarbeitung an diesem Gas nicht eintritt.
Das
erhaltene Produkt ist praktisch nur abhängig von der Farbe des zur Verwendung kommenden
Kalks, während bisher bei Verwendung von höheren Konzentrationen von Blausäure bis
zur reinen Blausäure das Produkt immer dunkel wurde.
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Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß Ammoniak
und Blausäure nicht getrennt zu werden brauchen, sondern zusammen dem Verfahren
wieder zugeleitet werden können.
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Die Aufarbeitung des Restgases findet in der gleichen kontinuierlichen
Weise statt, wie bei der Blausäureherstellung aus Kohlenoxyd und Ammoniak.