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Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Azotierung von Calciumcarbid
Bei den bisher bekannten Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von feinkörnigem
Kalkstickstoff, der direkt in dieser Form ohne vorherige Zerkleinerung anfällt,
wird das feinkörnige, mit Katalysatoren versetzte Calciumcarbid an der Eintrittsstelle
des als rotierende Trommel ausgebildeten Reaktionsraumes auf etwa 780° C erhitzt
und verläßt diesen mit einer Temperatur von etwa io5o°C. Die höchste Temperatur
beträgt dabei etwa io6o° C. Der für die Azotierung erforderliche Stickstoff wird
ohne besondere Verteilung im Gegenstrom zum festen Material geführt. Infolge der
verhältnismäßig niedrigen Reaktionstemperatur, die nur durch Anwendung von Katalysatoren
erreicht wird, erhält man zwar eine sehr gute Ausbeute, die Reaktionsgeschwindigkeit
dagegen ist verhältnismäßig gering, da die Azotierung erst nach vielen Stunden beendet
ist.
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Es wurde nun gefunden, daß man bei mindestens gleicher Materialausbeute
auf einem einfacheren Wege staubförmiges bzw. feinkörniges Calciumcarbid azotieren
kann, wenn die Aufheizung und Azotierung des Carbides in kürzester Zeit in einem
senkrecht stehenden Reaktionsraum erfolgt und das Reaktionsgut durch am Boden dieses
Raumes eingeführten, feinstverteilten Stickstoff in bekannter Weise in dauernd kräftiger
Bewegung und Durchmischung gehalten wird. Gleichzeitig kommt dabei ein wesentlicher
Stickstoffüberschuß zur Anwendung, der im Rundlauf geführt und dabei auf geeignete
Temperatur heruntergekühlt wird. Der verbrauchte Stickstoff wird dauernd durch frisch
zugeführten
Stickstoff ersetzt. Zur Abführung der entstehenden
Reaktionswärme ist gleichzeitig eine regelbare Kühlung vorgesehen, die man dadurch
erreicht, daß man feinkörnigen Kalkstickstoff als Kühl- und Verdünnungsmittel laufend
zugibt, einen Teil des Fertigproduktes nach entsprechender Abkühlung in einer geeigneten
Vorrichtung abzweigt und in Rundlauf bringt. Durch die gleichzeitige Anwendung dieser
Maßnahmen wird ein Ansteigen der Reaktionstemperatur auf unerwünscht hohe Werte
sicher verhindert.
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Infolge der hohen Reaktionstemperatur ist ein Zusatz von Katalysatoren
nicht unbedingt erforderlich, was einen großen technischen Fortschritt bedeutet,
da dieses Ziel schon oft angestrebt worden ist, sich aber praktisch bisher nicht
verwirklichen ließ.
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Während bei den bisherigen Verfahren eine Aufbereitung des Carbides
erfolgte, indem in einer eigenen Körnungsanlage dieses in ganz bestimmte Kornfraktionen
zerlegt wird, kann bei dem vorstehenden Verfahren verhältnismäßig feines Carbid,
beispielsweise der Körnung bis zur oberen Grenze von o bis o,5 mm, benutzt werden,
wie es bei der Zerkleinerung des groben Carbids in solchen Vorrichtungen anfällt,
die das Material durch Schlagwirkung zerkleinern und weniger Staubanfall ergeben
als beispielsweise Rohr- oder Kugelmühlen. Dadurch, daß nur noch eine einfache Abtrennung
der erforderlichen Kornfraktion, beispielsweise durch einfaches Absieben oder Windsichten
zu erfolgen braucht, und der gesamte Carbidstaub in dieser Fraktion verbleiben kann,
betragen die Kosten für die Aufbereitung des feinkörnigen, Staub enthaltenden Carbids
nur noch einen Bruchteil der bisherigen Kosten, was einen weiteren großen technischen
Fortschritt bedeutet.
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Die verhältnismäßig hohe Reaktionstemperatur sowie die dadurch bedingte,
gleichzeitige, schnelle Kalkstickstoffbildung, die in kurzer Zeit viel Verdünnungsmittel
für das zugeführte Carbid schafft, sind wichtige Voraussetzungen für das vorliegende
Verfahren, wobei selbstverständlich eine erhebliche Überschreitung von i2oo' C vermieden
werden muß. Das wird sicher verhindert durch die beschriebene regelbare Kühlung.
Die Reaktionstemperatur ist so, hoch, daß ein schnelles Aggloinerieren der feinsten
Carbidteilchen erfolgt, aber nicht so hoch, daß die in kräftiger Bewegung und Durchmischung
befindlichen Carbidteilchen zu größeren Stücken zusammensintern.
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Die schlagartige Azotierung bewirkt, wie Versuche gezeigt haben, eine
bessere Ausbeute als die bisher übliche langsame Azotierung. Durch die schnelle
Azotierung befindet sich das kontinuierlich eingebrachte Carbid stets in einem hocherhitzten
Kalkstickstoffüberschuß, der zugleich einen großen Wärmeinhalt besitzt, so daß ein
sehr schneller Temperaturausgleich zwischen dem fertiggebildeten Kalkstickstoff,
dem zugesetzten Kühlkalkstickstoff und dem eingebrachten Carbid erfolgen kann.
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Die Abführung der bei der Azotierung entstehenden Reaktionswärme kann
dadurch noch weiter unterstützt werden, daß der zweckmäßig als Rohr ausgebildete
Reaktionsraum ohne Ausmauerung ausgeführt und mit starken Kühlrippen versehen wird.
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Es ist unbedingt notwendig, daß zur Azotierung des Carbides ein ,wesentlicher
Stickstoffüberschuß angewendet wird, und zwar in möglichst fein verteilter Form,
wie sie z. B. durch poröse, feuerfeste Steinplatten od. dgl. erzielt werden kann.
Dieser überschüssige Stickstoff wird nach Befreiung von Staubteilchen im Rundlauf
geführt und dabei auf geeignete Temperaturen her-untergekühlt. Er kann zur weiteren
Abführung der Reaktionswärme und Temperaturregulierung dienen. Dabei wird dauernd
der verbrauchte Stickstoff durch frisch zugeführten Stickstoff ersetzt. Wesentlich
ist dieser Stickstoffüberschuß für die gute, dauernde Bewegung und Durchmischung
des Reaktionsgutes, das durch diese Maßnahme vor dem Zusammensintern zu größeren
Stücken bewahrt wird. So erfolgt nur ein Granulieren der feinsten Staubteilchen,
die sich zum Teil zu etwas größeren Kalkstickstoffkörnern vereinigen und bei der
Lagerung gut beständig sind, ohne in Pulver zu zerfallen.
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Die bisher beschriebene Kühlung zur Aufrechterhaltung der möglichst
unter i2oo° C liegenden Reaktionstemperatur kann noch weiter unterstützt werden
durch in den Reaktionsraum eingebaute, kühlbare Flächen, z. B. Rohrbündel, wobei
das Kühlmittel, Wasser, 01 od. dgl., in Rundlauf gebracht und auf die erforderliche
Temperatur heruntergekühlt wird. Durch Veränderung dieser Temperatur oder der Umlaufgeschwindigkeit
des Kühlmittels gelingt es, die Reaktionstemperatur auf gewünschter Höhe zu halten.
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Durch die Verwendung von zusätzlichem Kalkstickstoff, der in Rundlauf
gebracht wird, kann auch, wenn man heißen Kalkstickstoff nimmt, eine wesentliche
Verkürzung der Anheizzeit und gegebenenfalls auch der Reaktionsdauer erreicht werden.
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Ein weiterer Vorteil des Verfahrens, d. h. der schlagartigen Azotierung
in kürzester Zeit, ergibt sich daraus, daß, entgegen den bisher üblichen Arbeitsweisen,
auch hochlitriges Carbid, beispielsweise ein solches, das pro kg 3001 Gasausbeute
gibt, für die Azotierung verwendet.werden kann, ohne daß man dabei Ausbeuteverluste
oder ein Zusammenbacken des Reaktionsgutes befürchten muß. Bisher galt es als Regel,
das normale Handelscarbid, das eine Gasausbeute von etwa 3001 Azetylen gibt, vor
der Azotierung wesentlich zu verdünnen.
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Zur Ausführung des Verfahrens eignet sich besonders ein senkrecht
stehendes, unausgemauertes Rohr mit starken Kühlrippen, bei dem die Zuführung des
Carbides und Kühlkalkstickstoffs kontinuierlich etwa in der Mitte des Reaktionsbehälters
und die Abführung des Fertigproduktes im oberen Teil dieses Behälters erfolgen.
Dabei kann es von Vorteil sein, von Zeit zu Zeit das ganze Fertigprodukt oder einen
Teil desselben im untersten Teil des Reaktionsrohres abzuführen.
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Es ist zwar ein Verfahren zur Herstellung von Kalkstickstoff vorgeschlagen
worden, das darin besteht,
daß man die Umsetzung des Calciumcarbides
zu Kalkstickstoff nach dem bekannten Wirbelschichtverfahren vornimmt, wobei die
Azotierung zwecks Gewinnung eines carbidfreien Kalkstickstoffs in mehreren hintereinandergeschalteten
Wirbelschichten stattfindet, doch setzt das Verfahren vorliegender Erfindung das
Wirbelschichtverfahren als bekannt voraus und benötigt nicht mehrere hintereinandergeschaltete
Wirbelschichten, sondern azotiert das Calciumcarbid in einer einzigen Wirbelschicht
zu carbidfreiem Kalkstickstoff, wobei die Aufheizung des Calciumcarbides schlagartig
und die Azotierung in kürzester Zeit erfolgen, wobei ferner Kreislaufführungen sowohl
des Stickstoffs als auch des Kalkstickstoffs zwecks Kühlung des azotierenden Calciumcarbides
stattfinden und wobei außerdem ein hochlitriges Calciumcarbid, auch ohne Zusatz
von Katalysatoren, verwendet werden kann.
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Das obenerwähnte Verfahren nach der bekannten Wirbelschichtazotierung
wird in einem gut wärmeisolierten und feuerfest ausgemauerten Reaktionsgefäß durchzuführen
vorgeschlagen, wohingegen die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens in einem nicht ausgemauerten Reaktionsraum besteht, der zudem noch Kühlrippen
und mit Wasser, Öl u. dgl. kühlbare Flächen besitzt und in den die Zuführung des
Calciumcarbides und Kühlkalksfickstoffs sowie aus dem die Abführung des Fertigproduktes
in ganz bestimmter Weise erfolgen.
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Es sind weiter ältere Verfahren bekannt, pulverförmiges Calciumcarbid
in einem Schachtofen im freien Fall zu azotieren, doch betreffen diese Arbeitsweisen,
die sich überdies in der Technik nicht durchsetzen konnten, ebensowenig eine Wirbelschichtazotierung
wie die eingangs beschriebene Calciumcarbidazotierung im Drehofen.