NO119439B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte til fremstilling av kalsiumcyanamid.

De forskjellige kontinuerlige eller dis-kontinuerlige fremgangsmåter til fremstilling av kalsiumcyanamid av kalsiumkarbid er som kjent basert på azotering av sist-nevnte etter reaksjonen:

CaC2. + <N>2 > CaCN2 + C.

De atskiller seg fra hinannen bare ved en større eller mindre letthet hvorved denne reaksjon utføres.

Det er kjent at reaksjonen foregår

forholdsvis langsomt og at den først be-gynner ved en høy temperatur, men når den først er kommet i gang, utvikler reaksjonen en så betydelig reaksjonsvarme at temperaturen av reaksjonsblandingen kan overstige sonen for cyanamidets termiske stabilitet. De forsøk som man har gjort for å forbedre utførelsen av reaksjonen, gikk i første rekke ut på å nedsette den-nes varighet og å senke den temperatur ved hvilken den kan gjennomføres. Like-ledes er det foreslått å tilsette til kalsiumkarbidet visse stoffer som f. eks. kalsium-klorid eller fluorid for å senke starttem-peraturen og å regulere reaksjonsfremad-skridelsen. I den samme hensikt har man også foreslått å tilblande karbidet som skal

azoteres allerede fremstilt cyanamid. Denne siste tilsetning forandrer neppe start-temperaturen, men den kan tjene som fortynningsmiddel som hindrer reaksjonen i å komme utenfor kontroll, uten at det innføres noe fremmed materiale i produktet.

Det er gjentatte ganger blitt foreslått

å forkorte reaksjonstiden ved å la kvel-

stoff som befinner seg under et høyere trykk innvirke på karbidet, eventuelt i nærvær av stoffer som senker reaksjons-temperaturen eller av inerte stoffer som kiselsyre. Imidlertid har man funnet at reaksjonen risikerer å løpe løpsk og komme utenfor kontroll, slik at produktet inneholder partier som er blitt utsatt for altfor høye temperaturer ved siden av partier som ikke er blitt tilstrekkelig azotert. Driftsresultatet er altså utilfredsstillende, og det erholdte cyanamid er av dårlig kvalitet og eventuelt forurenset av inerte ma-terialer, hvis forhold like overfor reak-sjonskomponentene ved høye temperaturer ikke er kjent, og hvis tilstedeværelse nedsetter den effektive produksjons kapa-sitet av anleggene. Av disse forskjellige grunner har azotering under overtrykk ikke funnet innpass i teknikken, og cyan-amidet er alltid blitt fremstilt under et normalt kveljstofftrykk eller et ganske svakt overtrykk svarende f. eks. til tryk-ket av en vannsøyle på 50 til 200 mm, i alle tilfelle under 1,5—2 kg/cm2.

De hittil anvendte fremgangsmåter for industriell fremstilling av kalsiumcyanamid har det felles at de ikke muliggjør en fullstendig omdannelse av kalsiumkarbid til cyanamid. Man vet nemlig at en betydelig mengde av det karbid som bear-beides, nemlig av størrelsesorden 10 pst., helt opp til 20 pst., hverken omdannes til cyanamid i løpet av reaksjonen eller gjen-finnes i form av restkarbid etter reaksjonen. Dette vil med andre ord si at en betydelig del av kalsiumkarbidet undergår en ukjent omdannelse som hindrer dets Vanlige azotering og følgelig bevirker en nedsettelse av azoteringsytelsen og et til-svarende tap av kalsiumcyanamid. Paral-lelt har man funnet at som regel befinner omkring 5 pst. av det fikserte kvelstoff seg i cyanamid i en form som er uoppløselig i vann og som følgelig er uten verdi så vel når produktet skal benyttes for gjødnings-formål som for rent industrielle formål.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen unngår de nevnte ulemper. I henhold til oppfinnelsen blir det produkt som er fått ved en kalsiumcyanamidazoterings-prosess,- ved hvilken det ble anvendt kvelstoff med et trykk på under 2 kg/cm2, brakt til reaksjon en gang til ved en temperatur mellom 700 og 1300° C med kvelstoff som befinner seg under et trykk på mellom 2 og 100 kg/cm2, fortrinnsvis mellom 20 og 100 kg/cm2. Det produkt som azoteres under trykk er sådant kalsiumcyanamid som man får ved en av de vanlige fremgangsmåter til azotering av karbid ved hjelp av kvelstoff under et trykk som er lavere enn 2 kg/cm2.

I henhold til en utførelsesform azoterer man under trykk det produkt som er fått ved azotering av kalsiumkarbid med kvelstoff av et trykk under 2 kg/cm2, og hvor denne operasjon er blitt stoppet før man er kommet til slutten av omdannel-sen av karbid til cyanamid. I henhold til en tredje utførelsesform azoterer man under trykk på mer enn 2 atm. en blanding av cyanamid og karbid som pr. 1 del karbid inneholder 1 til 9 deler cyanamid, som er blitt fremstilt ved en vanlig fremgangsmåte til azotering av karbid ved hjelp av kvelstoff under et trykk av 2 kg/cm2.

For uftørelse av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er det fordelaktig at man som utgangsprodukt anvender et produkt som fås ved en mer eller mindre fullstendig azotering ved hjelp av kvelstoff med lavere trykk enn 2 kg/cm2, mens dette produkt fremdeles befinner seg på en temperatur mellom 700 og 1300° C.

Hvis man lar det cyanamid som er fått ved en mer eller mindre fullstendig azotering ved hjelp av kvelstoff av trykk under 2 kg/cm2 avkjøle, eller hvis man øn-sker å azotere en blanding av dette cyanamid og av kalsiumkarbid, anbringer man utgangsmaterialet i et rom for azotering under trykk som er utstyrt med en vanlig tenningsinnretning (opphetningselement), og i dette rom azoterer man så under et trykk mellom 2 og 100 kg/cm2, fortrinnsvis mellom 20 og 100 kg/cm2, når rommet under innvirkning av tenningsanordnin-gen har nådd en temperatur meiiom 700 og 1300° C.

Fremgangsmåten er grunnet på den erkjennelse at de forbindelser som dannes ved azotering av karbid ved lavt trykk og som ikke reagerer hverken som karbid eller som cyanamid, kan azoteres under høyere trykk og da omdannes til cyanamid av nor-mal sammensetning, og at samtidig for-svinner de azoterte cyanamidforbindelser som ikke er oppløselige i vann nesten fullstendig. På denne måte blir det mulig å fremstillet et cyanamid som er praktisk talt fullstendig azotert, slik at man får øket utbytte av azoteringen og utnytter praktisk talt alt det karbid som bearbei-des. Oppfinnelsen muliggjør også anvendelse av et karbid av dårligere kvalitet eller fremstilt av mindre rene utgangsma-terialer samtidig som man oppnår et høy-ere azoteringsutbytte og får et normalt kvelstoffinnhold i det endelige produkt.

Det har vist seg at varigheten av reaksjonen i henhold til oppfinnelsen, når denne utføres under passende betingelser, som f. eks. et trykk på ca. 50 kg/cm2 og ved en temperatur på 1100 til 1200° C, er forholdsvis kort og som regel mindre enn en tiendedel av varigheten av den vanlige azotering under normalt trykk, hvor slutten av azoteringsreaksjonen nærmer seg asymptotisk til det endelige innhold av kvelstoff. Da det er mulig å forkorte denne varighet med flere tiendedeler, blir den samlede varighet av operasjonene ved azotering med normalt og med høyt trykk kortere enn den vanlige tid av azotering som utføres bare ved hjelp av kvelstoff som har et trykk under 2 kg/cm2.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kan lett innpasses i eksisterende anlegg som arbeider kontinuerlig eller dis-kontinuerlig; det er tilstrekkelig at en tiendedel eller kanskje enda mindre av azoteringsrommene er i stand til å arbeide ved et trykk mellom 2 og 100, fortrinnsvis mellom 20 og 100 kg/cm2. Naturligvis kan man også anvende anlegg hvor alle azoteringsrommene er innrettet slik at de kan arbeide så vel ved normalt trykk som ved overtrykk.

De eksempler som er angitt nedenfor vedrører enkelte muligheter for utførelse av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen. De ble utført under anvendelse av et teknisk karbid som inneholdt 70 pst. CaC2 og som teoretisk kunne binde 30,6 kg kvelstoff pr. 100 kg karbid. I cyanami-det bestemte man det samlede innhold kvelstoff og innholdet av kvelstoff som ikke var oppløselig i vann, og man beregnet det samlede utbytte (Rg) og det reelie utbytte av cyanamidisk kvelstoff (Rc) som er oppløselig i vann.

Hvis 100 kg karbid binder a kg kvelstoff, får man et cyanamid som inneholder

100

b = a ■ , % samlet kvelstoff, hvorav

100 + a

c % er uoppløselig i vann.

Det samlede azoteringsutbytte beregnet på basis av den mengde a av samlet kvelstoff som er fiksert etter ligningen

er

Altså det reelle azoteringsutbytte beregnet etter forholdet kvelstoff bundet i cyanamidform teoretisk fikserbart kvelstoff

er

Eksempel 1:

Det ble anvendt cyanamid fabrikert på vanlig måte ved hjelp av kvelstoff som befant seg under et trykk av 125 mm vannsøyle og hvorved det ble fiksert 28,3 kg kvelstoff pr. 100 kg karbid, hvorved man fikk cyanamid som hadde analysen

b = 22,06 % samlet kvelstoff

c = 1,10 % kvelstoff uoppløselig i vann, svarende til et samlet utbytte Rg = 92,5 % og et reelt utbytte av cyan-

amidisk kvelstoff Rc = 87,9 %. Dette cyanamid ble anbrakt i en trykkbeholder mens det fremdeles hadde en temperatur på ca. 1100° C og ble i ca. 2 timer holdt under et kvelstofftrykk på 50 kg/cm2.

Analyse som ble foretatt etter av-kjøling og knusing av produktet viste at mengden av bundet kvelstoff var steget til A = 30,1 kg og at innholdet av det i vann uoppløselige kvelstoff ikke var mer enn c = 0,24 pst. Herav følger at

b = 23,12 %

Rg = 98,4 %

Rc = 97,4 %.

Den kortvarige behandling i henhold til oppfinnelsen øket altså det samlede utbytte fra 92,5 til 98,4 pst. og det reelle azoteringsutbytte, uttrykt som cyanamidisk vannoppløselig kvelstoff, fra 87,9 til 97,4 pst. Når det tas hensyn til at ca. 2 pst. av det karbid som er behandlet utgjør kjemiske spaltningstap under malingen og håndteringen under operasjonene, vil man finne at det cyanamid som er blitt behandlet i henhold til oppfinnelsen er blitt praktisk talt fullstendig azotert og at mellom-produktene er blitt omdannet til vanlig oppløselig cyanamid.

Eksempel 2:

Samme cyanamid som i eksempel 1 ble blandet med karbid i forholdet 4 deler cyanamid til 1 del karbid. Denne blanding ble anbrakt i en trykkbeholder som var utstyrt med en tennanordning i form av en elektrisk opphetet grafittmotstand og ble brakt tiil reaksjon med kvelstoff som befant seg under et trykk på 55 kg/cm2. Produktet inneholdt pr. 100 kg karbid a = 29,95 kg fiksert kvelstoff, og inneholdet av i vann uoppløselig kvelstoff var c = 0,21 pst., hvorav man finner: b =23,05 %

Rg = 97,9 %

Rc = 97,0 %

Resultatet av forsøket er praktisk talt iden-tisk med det i eksempel 1.

Eksempel 3:

Azoteringen ved vanlig trykk ble stan-set etter at 100 kg karbid hadde bundet 18,5 kg kvelstoff, altså omtrent to tredje-deler av den normale mengde. Dette produkt ble straks, før det var blitt avkjølet noe vesentlig, anbrakt i en trykkbeholder, i hvilken azoteringen ble avsluttet under et trykk på 50 kg/cm2 i løpet av ca. 6 timer. Det viste seg at det var bundet a = 30,0 kg kvelstoff og at innholdet av i vann uoppløselig kvelstoff var c = 0,3 pst. Herav følger: b = 23,08 %

Rg = 98,0 %

Rc = 96,8 %

Også dette eksempel viser et reelt utbytte av kvelstoff som er bundet i form av vanlig oppløselig cyanamid som nærmer seg til det teoretiske utbytte med ca. 98 pst. Dette resultat er så meget mer bemerkelsesverdig som varigheten av de samlede operasjoner under normalt trykk og under høye trykk er betydelig mindre enn den som ville ha vært nødvendig ved anvendelse av bare vanlige trykk hvis denne skulle ha fortsatt på vanlig måte inntil det var blitt bundet

27 til 28,5 kg kvelstoff med et reelt utbytte

av cyanamidisk hvelstoff på ca. 88 pst.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av

kalsiumcyanamid av kalsiumkarbid og kvélstbff, karakterisert ved at det produkt som er fått på kjent vis ved en hel eller delvis azotering av kalsiumkarbid med kvelstoff ved et trykk på under 2 kg/cm2 bringes til reaksjon, ved en temperatur mellom 700° og 1300° C, med kvelstoff som befinner seg på et trykk mellom 2 og 100 kg/cm 2,fortrinsvis mellom 20 og 100 kg/ cm2.

2. Fremgangsmåte ifølge påstand • 1, karakterisert ved at det anvendte produkt er en blanding av kalsiumkarbid og av det kalsiumcyanamid som er erholdt ved azotering av kalsiumkarbid med kvelstoff ved et trykk under 2 kg/cm-\

3. Fremgangsmåte ifølge påstand i eller 2, karakterisert ved at det produkt som er fremstilt ved den vanlige metode øyeblikkelig bringes til å reagere med kvelstoff som har et trykk mellom 2 og 100 kg/cm-', fortrinsvis 20—100 kg/cm2, før det er blitt avkjølet til en temperatur som ligger lavere enn mellom 700 og 1300° C.

4. Fremgangsmåte ifølge påstand 1—3, karakterisert ved at det produkt som skal azoteres videre er et som er blitt avkjølt til under 700° C og at det bringes til reaksjon i et azoteringsrom som er utstyrt med en tenn- eller startanordning, hvor det azoteres under et trykk mellom 2 og 100 kg/ cm2, fortrinsvis 20—100 kg/cm2, når det under påvirkning av tenninnretningen har fått en temperatur mellom 700 og 1300° C.