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Verfahren zur Herstellung von weißem Kalkstickstoff Die Umsetzung
von Kalk mit den strömenden Gasgemischen wird nach der Hauptpatentanmeldung dadurch
vorgenommen, daß man den Feststoff unter dem Druck des durchströmenden Gasgemisches
in Schwebe hält und ihn bis zum Erreichen des gewünschten Stickstoffgehaltes im
Reaktionsraum beläßt. Damit die Reaktion einwandfrei abläuft und die Vorteile dieses
Verfahrens voll zur Auswirkung kommen, ist die Einhaltung einer bestimmten, von
Korngröße, Dichte und Form der Feststoffpartikeln abhängigen Gasgeschwindigkeit
erforderlich, so daß dem Kalkbett eines Reaktors nur eine bestimmte Gasmenge zugeführt
werden kann, durch die die Produktionsleistung eines Reaktors festgelegt ist. Diese
Leistung ist infolge der für die Reaktion erforderlichen großen Gasmengen gering,
so daß die Gestehungskosten des weißen Kalkstickstoffes durch die Anlagekosten stark
beeinflußt werden.
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Es hat sich aber gezeigt, daß der Gasdurchsatz und damit die Raum-Zeit-Ausbeute
ganz erheblich gesteigert und damit die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens erheblich
verbessert werden können, wenn die Reaktion bei diesem Verfahren unter erhöhtem
Druck bis zu 10 atü ausgeführt wird. Außerdem hat sich überraschenderweise herausgestellt,
daß die Umsetzung von Ammoniak in Cyanamid (N) durch Druckanwendung erhöht wird,
so daß dadurch eine weitere, wesentliche Verbesserung der Wirtschaftlichkeit erreicht
wird.
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Zu den weiteren Vorteilen der Ausführung der Reaktion nach der Hauptpatentanmeldung
unter erhöhtem Druck gehört die Verringerung der Wärmeverluste, welche durch Abstrahlung
im Ofen und den Leitungen entstehen. Es ist bekannt, daß die verfahrensmäßige Umsetzung
zu weißem Kalkstickstoff eine wärmemäßig praktisch neutrale Reaktion ist, so daß
zur Aufrechterhaltung der Reaktionstemperatur (750 bis 850°) fühlbare Wärme zugeführt
werden muß. Eine Beheizung des keramischen Ofens ist nach den vorausgegangenen technischen
Versuchen weder auf elektrischem noch auf heizgasmäßigem Wege möglich, insbesondere
nicht wegen der Gasdurchlässigkeit keramischen Materials. Infolgedessen. muß die
gesamte notwendige Wärme den beiden Gasen zugeführt werden. Der durch die Wärrne,iibergänge
stattfindende Temperaturabfall wirkt sich
besonders bei mehrstufigen Reaktoren
aus, da man in Temperaturgebiete gelangt, bei denen die Kohlensäure aus dem Reaktionsgas
wieder in den Kalk angelagert wird, wodurch die Cyanamidbildung weitgehendst unterbrochen
bzw. verhindert wird. Eine Ausgleichung der Wärmeverluste durch erhöhte Temperatur
ist wegen der thermischen Beanspruchung des Materials nicht möglich, da man für
die Vorheizung von Kohlenoxyd auf Temperaturen von 950° im Gas gehen müßte, so daß
die Aufheizvorrichtungen, z. B. metallische Vorwärmer, Wandtemperaturen von 1050°
und darüber erreichen würden. Diesen Beanspruchungen ist auf die Dauer das Material
nicht gewachsen. Bei der Vorwärmung von Ammoniak würde man in Temperaturgebiete
kommen, bei welchen schon vor der Reaktion ein weitgehender Zerfall des zugeführten
Ammoniaks in seine Komponenten stattfinden würde. Diese Nachteile werden durch die
Anwendung von Druck vermieden, da bei gleicher Oberfläche des Ofens, d. h. bei gleichen
Abstrahlungsverlusten, die zugeführte Wärme je nach beanspruchtem Druck ein Vielfaches
derjenigen beträgt, die bei Reaktion unter normalem Druck zugeführt würde. Der Temperaturabfall
ist dementsprechend gering und wirkt sich auf den Reaktionsablauf nicht mehr aus,
so daß die Zuführung der Gaskomponenten in einem technisch tragbaren Temperaturbereich
erfolgen kann.
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Außerdem steigt natürlich mit der Anwendung des Druckes unter steigender
Konzentration der Reaktionskomponenten in Bm3 die Schnelligkeit des Umsatzes und
damit die wirtschaftliche Ausnutzbarkeit der technischen Vorrichtung. Es ist zwar
die Druckanwendung bei der Herstellung von weißem Kalkstickstoff in verschiedenen
Patenten bereits vorgeschlagen worden, jedoch weder im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren der Hauptpatentanmeldung noch überhaupt unter Angabe von irgendwelchen
Bedingungen, wie z. B. des möglichen maximalen Druckes oder der sonstigen Wirkungen,
die technisch oder wirtschaftlich durch das Verfahren erzielt werden könnten. Es
ist auch nicht zum Ausdruck gebracht worden, welche Bedeutung das Arbeiten
unter
erhöhtem Druck gerade bei der Azotierung des in der -Schwebe gehaltenen Feststoffes
- wie oben dargelegt wurde - besitzt. Man kann, was ein bedeutender Vorteil ist,
bei der Druckazotierung mit der Strömungsgeschwindigkeit viel weiter zurückgehen
als bei dem drucklosen Verfahren, da in der Zeiteinheit trotz niedrigerer Strömung
eine größere Konzentration reagierender Gase an den Feststoff herangeführt wird.
Durch die niedrige Strömungsgeschwindigkeit wird aber eine gleichmäßige Wirbelung
erreicht und der Durchschlag von Gas durch das Wirbelbett und damit Nichtausnutzung
der Reaktionskomponenten vermieden.
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Es ist keineswegs erforderlich, die Reaktionsgase nach Verlassen des
Reaktionsstromes zur Abkühlung und Trennung zu entspannen. Darin liegt ein weiterer
Vorteil der Druckanwendung bei der Azotierung, daß sämtliche Anlageteile wesentlich
kleiner gehalten werden können und bei den einzelnen Reinigungsstufen, die üblicherweise
unter Druck vorgenommen werden, eine zusätzliche Kompression sich erübrigt.
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Der geeignete Druckbereich liegt unter 10 atü, zweckmäßig wird die
Reaktion zwischen 1 und 5 atü ausgeführt, da bei zu hohen Drücken die Anlagerung
der aus -dem Reaktionsgas stammenden Kohlensäure an den Kalk die Bildung von weißem
Kalkstickstoff beeinträchtigt wird und durch Temperaturerhöhung ausgeglichen werden
muß, wobei die NH.- Zersetzung erheblich zunimmt. Beispiel 1 a) In einem Reaktor
gemäß Hauptpatentanmeldung werden 50 kg Ca 0 mit einer Körnung von 0,2 bis
2 mm bei 800 bis 830° unter Atmosphärendruck mit 60 Nms/h Gasgemisch umgesetzt.
In 3stündiger Reaktionsdauer werden 65 kg eines Produktes mit 28 Gewichtsprozent
N, entsprechend 80 Gewichtsprozent Ca C N2, erhalten.
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b) Im gleichen Reaktor wird die Reaktion unter einem Druck von 3 atü
bei einem Gasdurchsatz von 240 Nm3/h vorgenommen. Nach 45 Minuten Betriebsdauer
wird ausgeschleust und ein Produkt mit 31 Gewichtsprozent N, entsprechend 88 Gewichtsprozent
Ca C N2, erhalten.
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Beispiel 2 a) In einer Versuchsapparatur werden 200g reines Ca0 nach
dem Wirbelverfahren mit 1150N1 Gasgemisch unter den sonstigen Bedingungen des Beispiels
1, a) drucklos azotiert. Das erhaltene Reaktionsprodukt hat einen N-Gehalt von 34,5
%, entsprechend 98,5 d/o Ca C N2.
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b) Unter einem Druck von 3 atü genügt unter sonst gleichen Bedingungen
wie nach 2, a) ein Gasdurchsatz von 950 NI zur Gewinnung eines Cyanamidproduktes
mit 34,5% N.