Elemente und Moleküle, Schulbuch

89 5.2 herSTellUng anOrganiScher grUnDcheMiKalien 3. Schritt: Bildung der Schwefelsäure Das entstandene Gasgemisch aus Schwefeldioxid und Schwefeltrioxid führt man nun – nachdem der erste Teil der Horden durchströmt wurde – aus dem Reaktor ab, kühlt es und speist es von unten in den Zwischenabsorptionsturm ein. In diesem rieselt dem Gasgemisch ca. 95%ige Schwefelsäure entgegen und das in ihr enthaltene Wasser reagiert mit dem Schwefeltrioxid des Gasgemisches zu Schwefelsäure. Eine direkte Reaktion des SO 3 mit Wasser ist nicht zielführend, weil dabei ein feiner, nicht kondensierbarer Schwefelsäurenebel entsteht. SO 3 löst sich aber hervorragend in konzentrierter Schwefelsäure, wobei eine „überkonzentrierte“ Schwefelsäure ent- steht, die man auf Grund ihrer öligen Konsistenz Oleum nennt. Entstandene konz. Schwefelsäure, bzw. Oleum, fließt ins Lager ab. Ein Teil wird mit Wasser verdünnt, in einem Wärmetauscher abgekühlt und wieder der Absorption zugeführt. Das Rest- Schwefeldioxid verlässt den Zwischenabsorber, wird im Wärmetauscher aufgeheizt und danach dem zweiten Teil des Reaktors zugeführt. Es durchströmt weitere Hor - den mit Katalysator, wobei es zu Schwefeltrioxid reagiert. Das Reaktionsgas führt man dem Endabsorptionsturm zu. Auch hier rieselt dem Gas ca. 95%ige Schwefel - säure entgegen. Das Schwefeltrioxid wird unter Bildung von konzentrierter Schwe- felsäure ausgewaschen. Ein Teil von dieser wird mit Wasser verdünnt in die Absorp- tion zurückgeleitet. Das restliche Abgas ist nun fast SO 2 -frei. Dieses Verfahren nennt man Doppelkatalyse . In der Praxis bedeutet dies eine Verdoppelung der Anlagekos- ten aus Gründen des Umweltschutzes (Abb. 89.2). Der Weltmarktpreis für technische Schwefelsäure liegt so niedrig (etwa bei 7–8 Cent pro kg), dass das Verfahren nur rentabel ist, wenn die beim Prozess entstehende Wärmeenergie genützt wird. Alle drei Prozessschritte sind ja exotherm. Die Prozess- wärme der ersten beiden Schritte wird schon seit langem genützt. Vor einigen Jah- ren hat der größte Schwefelsäurehersteller Österreichs, die Donau-Chemie, ein Ver- fahren entwickelt, bei dem auch die Wärme der SO 3 -Absorption genutzt wird. Die Schwierigkeit dabei liegt darin, ein geeignetes Material für einen Wärmetauscher zu finden, das die Wärme gut leitet, aber gegen Schwefelsäure von über 200 °C sta - bil ist (Platin wäre geeignet, ist aber natürlich nicht finanzierbar). Es ist gelungen, Stahl durch Anlegen von Gleichspannung (positiver Pol) so weit zu passivieren, dass er in heißer Schwefelsäure stabil bleibt. Die Firma benutzt die bei der Schwefelsäu- reproduktion anfallende Wärme zur Konzentrierung von Phosphorsäure und außer- dem zum Trocknen des bei der Phosphorsäureproduktion anfallenden Gipses bzw. von Gips-Zwischenwandelementen für den Innenausbau. Das früher dafür verwen- dete Heizöl schwer wird eingespart. Heute emittiert die Donau-Chemie auf Grund der Doppelkatalyse insgesamt weniger SO 2 als früher allein durch die Verbrennung von Heizöl schwer bei der Gipsplattentrocknung (Abb. 89.3). S + O 2 SO 2 ∆ H = –296,6 kJ 1. Schritt 2 SO 2 + O 2 2 SO 3 ∆ H = –196,6 kJ 2. Schritt SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 ∆ H = –134 kJ 3. Schritt Abb. 89.1: Reaktionen der Schwefelsäureerzeugung Abb. 89.2: Reaktionen der Schwefelsäureerzeugung WT WT WT SO 2 Luft 95 % H 2 SO 4 H 2 SO 4 / SO 3 Luft Schwefel WT SO 3 SO 2 Luft SO 2 Luft SO 3 Verbrennung Elektro- filter Katalytische Oxidation End- absorption Zwischen- absorption Rest- Luft Abb. 89.3: Energetische Nutzung der Abwärme bei der Schwefelsäureerzeugung ■ 89.1: Aggregatzustände des Schwefels Füll eine Proberöhre zu etwa einem Drittel mit Schwefelpulver und er- wärm vorsichtig mit dem Gasbrenner (jede örtliche Überhitzung vermeiden)! Eine gelbe, dünnflüssige Schwefelschmelze entsteht. Lass sie abkühlen und be- obacht! Nach kurzer Zeit kristallisieren in der Schmelze rasch wachsend nadel- förmige Kristalle, der monokline Schwefel. Nun erhitz kräftiger! Der Schwefel schmilzt erneut, wird dunkelbraun und zäh wie Harz. Erhitz weiter, bis der Schwefel wieder dünnflüssiger wird, und gieß den Inhalt der Proberöhre in ein Becherglas mit kaltem Wasser! Der so entstandene plastische Schwefel ist gummiartig plastisch. SCHÜLeRVeRSUCH Wärme Elektr. Energie Wärme Gipstrocknung Konzentrierung der H 3 PO 4 Trocknung der Gipsplatten S SO 2 SO 3 H 2 SO 4 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv