Katalyse und Absorptionsprozess
Für die effiziente Umwandlung von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid ist ein Katalysator unverzichtbar. Das Gasgemisch wird durch mehrere hintereinander geschaltete Siebböden (Horden) geleitet, die mit Vanadiumoxid (V₂O₅) beschichtet sind. Dieser Katalysator beschleunigt die Reaktion erheblich, ohne selbst verbraucht zu werden.
Die Reaktionsbedingungen müssen präzise eingehalten werden: Eine optimale Arbeitstemperatur von 420-440°C und ein Sauerstoffüberschuss begünstigen das chemische Gleichgewicht in Richtung Schwefeltrioxid. Nach dem Durchlaufen der Katalysatorschichten kann die Temperatur auf bis zu 620°C ansteigen, weshalb Wärmeaustauscher zwischen den Horden überschüssige Wärme ableiten.
Im dritten Schritt reagiert das gebildete Schwefeltrioxid im Absorber mit 96%iger Schwefelsäure. Hier findet die Reaktion SO₃ (g) + H₂O (l) → H₂SO₄ (l) statt, wobei das Wasser aus der verdünnten Säure stammt. Diese Methode verhindert die Bildung von schwer abscheidbarem Säurenebel, der entstehen würde, wenn Schwefeltrioxid direkt mit Wasser reagieren würde.
Der entscheidende Vorteil des Doppelkontaktverfahrens zeigt sich im vierten Schritt: Das nicht umgesetzte Schwefeldioxid aus dem ersten Kontaktofen wird nach dem Zwischenabsorber durch einen zweiten Kontaktofen geleitet. Im abschließenden Endabsorber wird das neu gebildete Schwefeltrioxid wiederum in Schwefelsäure gelöst. Moderne Anlagen erreichen durch diese doppelte Katalyse eine beeindruckende Umsetzungsrate von mindestens 99,8%.
🔬 Chemie-Tipp: Die Verwendung von 96%iger statt 100%iger Schwefelsäure im Absorber ist kein Zufall! Sie verhindert die Bildung von Dischwefelsäure (H₂S₂O₇), die als schwer abscheidbarer Nebel die Produktion beeinträchtigen würde.