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Es Kontaktablauf ist ein großtechnisches Verfahren zur Schwefelsäure produzieren.
Geschichte
Das Kontaktverfahren wurde entwickelt, um die Nachteile der Bleikammerprozess herumzukommen. 1831 erwarb der englische Essigsäurehersteller Wanderer Phillips ein Patent zur Verwendung von a Platinkontakt (Katalysator), um Schwefelsäure kostengünstiger herzustellen. Dieses Verfahren erwies sich jedoch im großen Maßstab als nicht technisch anwendbar, da der Katalysator bald wirkungslos wurde. Es geriet in Vergessenheit.
Das Problem war jedoch, dass das Bleikammerverfahren nur bis zu einer Konzentration von 60 bis 70 % Schwefelsäure produzieren konnte, genug für die Herstellung von Natriumsulfat oder Superphosphat. Die Produktion von Azofarbstoffe von Kohlenteer, erstmals 1868 patentiert, benötigte große Mengen hochkonzentrierter Schwefelsäure (z.B. 96%).
Im Jahr 1875 wurde ein Prozess ähnlich dem von Phillips beschrieben von Clemens Winkler. Bei diesem Verfahren werden hochkonzentrierte Schwefelsäure und Oleum Herstellung, ausgehend von dem im Bleikammerverfahren gelieferten Produkt. Anfangs sehr teuer, Platin hergestellte Kessel. Später wurde auf feinteiliges Platin umgestellt. Dieser Prozess wurde 1878 von der chemischen Fabrik "Dr. Jacob" in . eingeleitet Bad Kreuznach beantragt und 1882 hieß dies Winkler-Jacob-Prozess auch von Höchst übernommen. Nachteile waren ein hoher Energieverbrauch und ein Wirkungsgrad von nur 70 %, während das Grundmaterial noch auf das Bleikammerverfahren angewiesen war.
Sie suchten daher nach einem Verfahren, mit dem die Röstgase aus dem Schwefelerz entfernt werden können Pyrit direkt an die Kontaktfabrik. Dieses Gas war jedoch stark verunreinigt. Wie bei der Produktion von Produkten Kohlengas sie mussten ein Reinigungsverfahren konzipieren, das unter anderem von Hoechst entwickelt wurde und 1892 im industriellen Maßstab zum Einsatz kam. Ebenfalls BASF, Hersteller von Azofarbstoffen, interessierte sich für die Entwicklungen und es war Rudolf Knietsch die auf wissenschaftlicher Basis festgestellt haben, dass insbesondere die in den Röstgasen enthaltenen Schadstoffe Arsenverbindungen, der bald den Katalysator vergiftete. Knietsch kam auch zu dem Schluss, dass die Reaktionstemperatur in den Kontaktöfen sehr genau geregelt werden muss. 1890 wurde die erste Kontaktfabrik der BASF in Betrieb genommen.
Weil in der 2. Hälfte des 20. Jahrhunderts auch Umweltgesetze erlassen wurden, einschließlich Obergrenzen für SO .-Emissionen2, man hat den Prozess von Doppelkatalyse entwickelt bei Bayer. Hiermit erfolgt die Umwandlung von SO2 nach SO3 in zwei Schritten platzieren. Nach dem ersten Schritt ist die gebildete SO3 entfernt, wonach im zweiten Schritt wieder eine Gleichgewichtsreaktion stattfindet, bei der der größte Teil des verbleibenden SO2 auch in SO3 ist umgerechnet. Nur sehr wenig SO2 wird dann noch emittiert, während die Ausbeute des gesamten Prozesses weiter verbessert wird.
Aktueller Prozess
Der Prozess basiert auf der katalysierten Oxidation von Schwefeldioxid bis um Schwefeltrioxid mit Luftsauerstoff, gefolgt von der Absorption des Schwefeltrioxids in konzentriertem Schwefelsäure.
Das Schwefeldioxid kann aus dem braten von Erzen wie Pyrit oder Zinkmischung, oder aus der Verbrennung von elementaren Schwefel, oder von einer anderen Schwefelquelle. Röstgase müssen zuerst gereinigt werden von Arsenverbindungen.
Die Umwandlung von Schwefeldioxid in Schwefeltrioxid, Mit als Katalysator heutzutage Vanadiumpentoxid (V2Ö5), ist ein Gleichgewichtsreaktion, Wo da ist Wärme (197 kJ/mol) freigesetzt:
Dadurch steigt die Temperatur des Gasgemisches an, was dazu führt, dass die Reaktionsgeschwindigkeit steigt an. Allerdings verschiebt sich der Prozess dann nach links. Dadurch ist die Rendite geringer, was ungünstig ist. Diese Geschwindigkeit ist bei etwa 400°C am höchsten. Und wenn die Temperatur zu hoch ansteigt (über etwa 550 °C), verschiebt sich das Gleichgewicht nach links und die Rückreaktion wird wichtiger. Daher erfolgt die Reaktion in mehreren Schritten (meist vier) und das Gasgemisch wird zwischendurch gekühlt. Die frei werdende Wärme kann auf diese Weise zurückgewonnen werden, z.B. in Form von Dampf.
Das resultierende Schwefeltrioxid wird in einen Absorptionsturm eingespeist, in dem konzentrierte Schwefelsäure über Säure-Feststoff fließt. Darin löst sich Schwefeltrioxid leicht; Wasserzugabe sorgt dafür, dass die Konzentration konstant bei 97-99% bleibt. Wenn die Konzentration ansteigen darf, ontstaat Oleum. SO3 kann nicht in Wasser gelöst werden, da es direkt in weißen Nebeln entweicht.
Eine weitere Möglichkeit, das Reaktionsgleichgewicht nach rechts zu verschieben, besteht darin, das Reaktionsprodukt SO zwischenzeitlich zu entfernen3. Die Reaktionsgase werden dann nach dem zweiten oder dritten Reaktionsschritt einem Zwischenabsorptionsturm zugeführt. die SO3-mageres Abgas aus diesem Turm geht dann zum dritten oder vierten Reaktionsschritt. Dies wird als Doppelkontakt- oder Doppelabsorptionsverfahren bezeichnet (wenn es keinen Zwischenabsorptionsschritt gibt, spricht man von Einfachkontakt- oder Einzelabsorptionsverfahren). Durch das Doppelkontaktverfahren kann eine noch höhere Umwandlungsrate von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid von bis zu 99,8 % erreicht werden. In einem Einzelkontaktprozess beträgt die maximale Conversion-Rate ca. 98%[1].
Die im Kontaktverfahren hergestellte Schwefelsäure ist viel konzentrierter und reiner als die aus dem (veralteten) Bleikammerprozess.
Das Kontaktverfahren ist eines der wichtigsten industriechemischen Verfahren. Im Jahr 2004 wurde die Gesamtproduktion von Schwefelsäure durch dieses Verfahren in den 25 Mitgliedstaaten der Europäischen Union auf 22 Millionen Tonnen geschätzt[1].
| Quellen, Anmerkungen und/oder Verweise |