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Verfahren zur Herstellung von Kalkstickstoff Für die Azotierung von
Calcium-karbid zwecks Gewinnung von Kalkstickstoff sind mehrere Verfahren entwickelt
worden. Ursprünglich hat man das Calciiumkarbi.d diskontinuierlich in einzelnen
Chargen, deren Mengen im Laufe der Entwicklung des Verfahrens bis zu io t und mehr
gesteigert wurden, bei goo bis i ioo° mit Stickstoff behandelt. Durch das Arbeiten
in Gegenwart von Chloriden konnte man dann die Reaktionstemperatur um etwa d.oo°
herabsetzen und d'ie Umsetzung in bis zu 70 m langen Kanalöfen kontinuierlich
durchführen. Auch in Etagenöfen, die etwa 2o m hoch und höher sein können, wird
Calciumkarbid unter Anwenwendung von Zusatzstoffen, wie Flußspat, azotiert, und
schließlich hat man vorgeschlagen, die Azotierung in Drehöfen vorzunehmen. Es wurde
nun gefunden, daß sich Calciumkarbid in einer wesentlich weniger kostspieligen Anlage
kontinuierlich und mit vorzüglicher Ausbeute azoti.eren läßt, wenn man die Umsetzung
des Karbids mit dem Stickstoff nach dem bekannten Wirbelschichtverfahren durchführt,
indem man also die Teilchen der auf einem Rost angeordneten Calciumkarbidschicht
mittels des Stickstoffgases ständig in einer auf- und abwirbelnden Bewegung hält.
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Das Verfahren wird zweckmäßig in der Weise durchgeführt, daß man in
dem gut wärmeisolierten Reaktionsgefäß, das vorteilhaft feuerfest ausgemauert ist,
zunächst die Luft durch Stickstoff verdrängt, feinteiliges Calciumkarbid einträgt
und die zunächst nur kleine Menge Karbid z. B. durch elektrische Widerstandsheizung
oder durch umgewälzten
heißen Stickstoff oder durch Zusatz von
Aluminiumpulver auf die Reaktionstemperatur bringt, die durch Zusatz von katalytisch
wirkenden Stoffen erniiedrigt werden. Es können die für diesen Zweck bekannten Stoffe
benutzt werden, insbesondere Chloride dier Alkali- oder Erdalkalimetalle oder Flußspat.
Sobald die Reaktionstemperatur errecht ist, hält man das Reaktionsgefäß dadurch.
auf der optimalen Temperatur, daß man unter weitgehendem Ausschluß von Luft so viel
Calciumkarbi.d zuführt, .daß die Temperatur nicht sinkt. Der von unten ständig nachströmende
Stickstoff wird so eingestellt, daß sich das feste Gut gleich einer kochenden Flüssigkeit
dauernd in wirbelnder Bewegung befindet. Unte:rdru.ck ist dabei zu vermeiden, und
die kleinen Mengen Wasserstoff, Acetylen und Edelgase werden durch überschüssigen
Stickstoff verdrängt.
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Will man einen weitgehend karbidfr:eien Kalkstickstoff gewinnen, so
kann es sich empfehlen, die Azotieru.ng des Karbids in mehreren hintereinandergeschalteten
Wirbelschichten vorzunehmen. Das Karbid kann in den einzelnen Schichten bis zur
vollständigen Umsetzung verbleiben, es kann aber auch im Gegenstrom zum Stickstoff
nacheinander die .einzelnen Kammern durchwandern. Man kann auch verschieden große
Reaktionsgefäße hintereinanderschalten, so daß die mittleren Verweilzeiten des Reaktionsgutes
in den einzelnen Schichten wesentlich verschieden sind. Es ist auch eine Kombination
in der Weise durchführbar, d@aß das Calciumkarbid! durch eine oder mehrere Schichten
wandert -und dabei nur teilweise azotiert wird und dann in der letzten Schicht bis
zur vollständigen Umsetzung verbleibt.
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Das vorliegende Verfahren gestattet, einen großen Teil der außerordentlich
großen, bei der Azotierung frei werdendlen Wärme (Ca C2 -I- N2 = Ca N C N -I- C
-i- 68,4 kcal) in nützlicher Form, z. B. als heißes Wasser oder Dampf, zu. gewinnen;
hierdurch werden die Herstellungskosten weiterhin gesenkt.
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Als Ausgangsstoff für das Verfahren kann sowohl .das im elektrischen
Ofen erschmolzene Karbid als auch das unter Wärmeerzeugung durch Verbrennung kohlenstoffhaltiger
Materialien mit Sauerstoff, z. B. in einem Schachtofen, hergestellte Karbid benutzt
werden. Der Stickstoff soll weitgehend frei, sein von Luft, insbesondere Sauerstoff,
und Kohlendioxyd; er kann durch Verflüssigung -und Zerlegung von Luft oder auch
aus Generatorgas giewonnen sein. Beispiel Im unteren Teil :eines eisernen Gefäßes,
das sich nach unten verjüngt und in ein Rohr mündet und das wärmeisoliert und' feuerfest
ausgemauert ist, ist ein Rost aus Graphitstäben angeordnet, der mit Ouarzsteinen
bedeckt ist oder eine durchlöcherte oder poröse feuerfeste Platte trägt. Die Verjüngung
des Gefäßes ist so steil bemessen, daß sich der Gefäßinhalt nicht an der Wandung
absetzen kann, sondern stets nach. unten der Mitte zu abrutscht. Die in dem Gefäß
zunächst vorhandene Luft wird vollständig durch einen von unten eingeleiteten Stickstoffstrom
verdrängt, bis das Gas mindestens einen Gehalt von 99,7 bis 99,8% Stickstoff aufweist.
Nun wird Calci.u:mkarbid eingefüllt, das in trockenem Stickstoff gemahlen oder wenigstens
feingebrochen ist und das a0/0 Calciiumchlo,rid enthält. Der Stickstoffstrom wird
so bemessen, daß das zu azotierende Karbid :gleich einer kochenden Flüssigkeit in
ständigcr wirbelnder Bewegung gehalten wird. Mittels Widerstandsheizung werden die
Graphitstäbe des Rostes auf Rotglut gebracht, und bald danach kann an. :eingebauten
Tb.ermoelementen das Einsetzen der Reaktion festgestellt werden. Sobald die Aufnahme
des Stickstoffs beginnt, wird der Heizstrom abgeschaltet und Karbid ständig mittels
einer Schnecke nachgefüllt. Die Temperatur soll etwa 75o bis 80o° nicht überschreiten;
durch eine eingebaute indirekte Kühlvorrichtung wird die überschüssige Wärme in
Form von Nie-derdruckdampf abgeführt. Das azotierte Karbid verläßt das Gefäß über
:ein Wehr durch eine Öffnung in der Wandlung. Zur Vervollständigung der Azotierung
wird das Karbid nacheinander noch in zwei gleichgestalteten Gefäßen in der gleichen
Weise mit Stickstoff behandelt. In dem dritten Gefäß sinkt die Temperatur bereits
deutlich ab, ein Zeichen, daß die Reaktion nun beendet ist. Der erhaltene Kalkstickstoff
wird zwecks Abkühlung durch eine mit Wasser gekühlte, von Stickstoff .durchströmte
Trommelgeführt. Der Stickstoff wird zweckmäßig im Gegenstrom zum Karbid bzw. Kalkstickstoff
durch die Trommel und durch die drei Reaktionsgefäße:geführt. Der Kalkstickstoff
ist ohne weiteres streubar und kann meistens ohne Vermahlung unmittelbar z. B. als
Düngemittel oder als Ausgangsstoff für chemische Umwandlungen benutzt werden.