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Herstellung von Schwefelsäure
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zur Herstellung von Schwefelsäure Doppelkontaktverfahren 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: Prinzip der Schwefelsäureherstellung nach dem Doppelkontaktverfahren 0₂/SO2 H₂SO4 Kühlung S WWW 1. Schritt SO₂ Verbrennungsofen Wärmeaustauscher Ⓒ Thomas Seilnacht 2. Schritt 420 °C SO3 Kontaktofen Absorber 96% H₂SO4 Rest- gas Kontaktofen Absorber H₂SO4 99% H₂SO4 Im Verbrennungsofen verbrennt der flüssige Schwefel mit Luftsauerstoff und mit Hilfe eines Brenners. Er oxidiert dabei zu Schwefeldioxid: S (1) + O2 (g) → SO2 (g) AHR = -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. Im Kontaktofen wird das entstandene Schwefeldioxid mit dem im Gasgemisch enthaltenen Sauerstoff weiter oxidiert, dabei entsteht Schwefeltrioxid. Schwefeldioxid + Sauerstoff im Gleichgewicht zu Schwefeltrioxid 2 SO2 (g) + O2 (g) → 2 SO3 (g) AHR = -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...
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dem Prinzip von Le Chatelier sinkt mit steigender Temperatur der Anteil an Schwefeltrioxid bei diesem chemischen Gleichgewicht, daher erweist sich eine Arbeitstemperatur von 420 bis 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. Schritt Im Absorber wird das Schwefeltrioxid mit 96%iger Schwefelsäure vermischt. Das Schwefeltrioxid reagiert mit dem Wasseranteil in der leicht verdünnten Säure: SO3 (g) + H₂O (1) → H2SO4 (1) 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: SO3 (g) + H₂SO4 (1) ➜ H2S2O7 (1) Als ,,Oleum" (auch rauchende Schwefelsäure) wird eine Mischung von Schwefelsäure und Dischwefelsäure bezeichnet. Manche Anlagen stellen ganz bewusst Oleum her, da das Produkt für einige organische Synthesen benötigt wird. Dann werden bei der Zwischenabsorption zwei Absorber eingesetzt. 4. Schritt 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%.
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zur Herstellung von Schwefelsäure Doppelkontaktverfahren 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: Prinzip der Schwefelsäureherstellung nach dem Doppelkontaktverfahren 0₂/SO2 H₂SO4 Kühlung S WWW 1. Schritt SO₂ Verbrennungsofen Wärmeaustauscher Ⓒ Thomas Seilnacht 2. Schritt 420 °C SO3 Kontaktofen Absorber 96% H₂SO4 Rest- gas Kontaktofen Absorber H₂SO4 99% H₂SO4 Im Verbrennungsofen verbrennt der flüssige Schwefel mit Luftsauerstoff und mit Hilfe eines Brenners. Er oxidiert dabei zu Schwefeldioxid: S (1) + O2 (g) → SO2 (g) AHR = -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. Im Kontaktofen wird das entstandene Schwefeldioxid mit dem im Gasgemisch enthaltenen Sauerstoff weiter oxidiert, dabei entsteht Schwefeltrioxid. Schwefeldioxid + Sauerstoff im Gleichgewicht zu Schwefeltrioxid 2 SO2 (g) + O2 (g) → 2 SO3 (g) AHR = -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...
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dem Prinzip von Le Chatelier sinkt mit steigender Temperatur der Anteil an Schwefeltrioxid bei diesem chemischen Gleichgewicht, daher erweist sich eine Arbeitstemperatur von 420 bis 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. Schritt Im Absorber wird das Schwefeltrioxid mit 96%iger Schwefelsäure vermischt. Das Schwefeltrioxid reagiert mit dem Wasseranteil in der leicht verdünnten Säure: SO3 (g) + H₂O (1) → H2SO4 (1) 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: SO3 (g) + H₂SO4 (1) ➜ H2S2O7 (1) Als ,,Oleum" (auch rauchende Schwefelsäure) wird eine Mischung von Schwefelsäure und Dischwefelsäure bezeichnet. Manche Anlagen stellen ganz bewusst Oleum her, da das Produkt für einige organische Synthesen benötigt wird. Dann werden bei der Zwischenabsorption zwei Absorber eingesetzt. 4. Schritt 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%.