|
|
||
Die Schwefelsäure
ist in der chemischen Industrie ein bedeutender Rohstoff zur Herstellung
von Stoffen wie Sulfate, Düngemittel
oder Waschmittel. Das Kontaktverfahren
zur Gewinnung von Schwefelsäure wurde durch die deutschen Chemiker
Clemens Winkler (1838-1904) und Rudolf Knietsch (1854-1906) entwickelt.
Als Ausgangsprodukt eignet sich flüssiger Schwefel, der aus der Aufbereitung
von Erdgas stammt und eine Temperatur von etwa 135 °C besitzt.
 Die Synthese der Schwefelsäure erfolgt in mehreren Schritten: 1.) Im Verbrennungsofen verbrennt der flüssige Schwefel mit Luftsauerstoff und mit Hilfe eines Brenners. Er oxidiert dabei zu Schwefeldioxid: Schwefel + Sauerstoff 
Schwefeldioxid
S + O2
SO2 DHR
= -297 kJ/mol
Die nachgeschaltete Kühlung (auch Abhitzer) bringt das Gasgemisch auf die optimale Temperatur. Diese beträgt im oberen Teil des nachgeschalteten Kontaktofens etwa 420 °C. 2.) Im Kontaktofen wird das entstandene Schwefeldioxid mit dem im Gasgemisch enthaltenen Sauerstoff weiter oxidiert, dabei entsteht Schwefeltrioxid. Schwefeldioxid + Sauerstoff 
Schwefeltrioxid
2 SO2 + O2
2 SO3 DHR
= - 198 kJ/mol
Damit diese Reaktion abläuft, wird das Gasgemisch durch Siebböden (Horden) mit einer Aufschüttung eines Katalysators geleitet. Es sind mehrere solcher Horden hintereinander angeordnet. Die Reaktion wird durch den Einsatz von Katalysatoren wie Vanadiumoxid und durch einen exakt berechneten Anteil an Sauerstoff im Überschuss begünstigt. Nach dem Prinzip von Le Chatelier sinkt mit steigender Temperatur der Anteil an Schwefeltrioxid bei diesem chemischen Gleichgewicht, daher erweist sich eine Arbeitstemperatur von 420 - 440°C optimal. Bei zu niedrigen Temperaturen würde wiederum die Reaktionsgeschwindigkeit abnehmen. Am Ausgang der Siebböden kann die Temperatur auf bis zu 620 °C ansteigen. Daher sind die einzelnen Horden durch Wärmeaustauscher voneinander getrennt. Die Wärmeaustauscher leiten überschüssige Wärme ab. 3.) Im Absorber wird das Schwefeltrioxid mit 96%iger Schwefelsäure vermischt. Das Schwefeltrioxid reagiert mit dem Wasseranteil in der leicht verdünnten Säure: Schwefeltrioxid + Wasser
Schwefelsäure
SO3 + H2O
H2SO4
Die so gebildete Schwefelsäure
lässt die Konzentration des Gemisches insgesamt auf bis zu 99% ansteigen.
Das Zugeben einer leicht verdünnten, 96%igen Säure verhindert
das Entstehen von Dischwefelsäure, H2S2O7
. Der dabei entstehende Nebel würde sich nur noch schwer abscheiden
lassen. Dischwefelsäure würde entstehen, wenn Schwefeltrioxid
in konzentrierte Schwefelsäure eingeleitet wird:
Als "Oleum" (auch rauchende
Schwefelsäure) wird eine Mischung von Schwefelsäure und Dischwefelsäure
bezeichnet.
4.) Im
ersten Kontaktofen wird nicht alles Schwefeldioxid vollständig umgesetzt.
Beim Doppelkontaktverfahren wird das verbleibende Schwefeldioxid nach dem
Durchgang durch den Zwischenabsorber nochmals über eine Kontaktschicht
geleitet. Im Endabsorber wird das in dieser letzten Kontaktschicht
entstehende Schwefeltrioxid in Schwefelsäure gelöst.
Moderne Anlagen erreichen
eine Umsetzung des Schwefeldioxids von mindestens 99,8%.
Weitere Informationen Schwefeldioxid Schwefelsäure |
