In diesem Artikel beschäftigen wir uns mit dem sogenannten Kontaktverfahren. Wir erklären dir mithilfe von Reaktionsgleichungen und Formeln, wie das Kontaktverfahren abläuft, wofür es benötigt wird, und wie man es beschleunigen kann. Ebenso gehen wir auf das doppelte Kontaktverfahren ein.
Das Kontaktverfahren einfach erklärt
Das Kontaktverfahren ist ein technisches Verfahren, welches in der Industrie genutzt wird, um Schwefelsäure herzustellen. Schwefelsäure ist eine vielfach benötigte Säure in der Industrie.
Du kannst dir gerne auch unseren Artikel zur Schwefelsäure durchlesen. Dort erfährst du, wieso es so wichtig ist, die Säure in größeren Mengen herzustellen.
Das Doppelkontaktverfahren ist eine Weiterentwicklung des einfachen Kontaktverfahrens, welche rentabler und ökologischer ist. Früher wurden anstelle des Kontakt- oder Doppelkontaktverfahrens das Bleikammerverfahren und das Vitriolverfahren genutzt.
Der Aufbau des Kontaktverfahrens
Das Kontaktverfahren wird in einem System, welches aus ca. 3 Behältnissen besteht, durchgeführt. Das System besteht aus Verbrennungsofen, Kontaktofen und Absorber. Ebenso lassen sich dort sogenannte Wärmetauscher finden, welche das entstehende Gas kühlen, damit es vor Eintritt in eine neue "Schicht" des Systems die passende Temperatur hat, um in Reaktion zu treten.
Im Verbrennungsofen werden entweder sulfidische Erze oder Schwefel an sich verbrannt, um so an Schwefeldioxid zu gelangen, welches zur Weiterverarbeitung zu Schwefelsäure notwendig ist. Danach wird das Schwefeldioxid und der Sauerstoff zu dem Kontaktofen weitergeleitet.
Im Kontaktofen befinden sich mehrere Kontaktplatten sowie Wärmetauscher. Auf den Kontaktplatten liegt eine Vanadiumpentoxidschicht auf Kieselgel, welche als Katalysator dient. Dort entsteht dann Schwefeltrioxid.
Im Absorber trifft das Schwefeltrioxid auf Wasser, wo sich nun Schwefelsäure bildet. Diese Schwefelsäure wird dann absorbiert. Sie ist nun fertiggestellt und zur Nutzung in der Industrie bereit.
Beim Wärmetauscher bewegen sich zwei Luftströme entgegen voneinander entlang. Dabei kann die warme Luft die kühle Luft aufwärmen, und die kühle Luft kann die warme Luft bis zu einem gewissen Grad abkühlen.
Der Ablauf des Kontaktverfahrens
Das Kontaktverfahren lässt sich in fünf verschiedene Schritte einteilen:
1. Herstellung von Schwefeldioxid
Zuallererst wird aus Schwefel das sogenannte Schwefeldioxid gewonnen, indem der Schwefel in Zerstäubungsbrennern verbrannt wird. Die Umgebungsluft während der Verbrennung muss sehr trocken sein, damit es nicht zu Korrosion oder einer anderen nicht geplanten Reaktion führt.
Schwefeldioxid kann auch entstehen, wenn man bestimmte sulfidische Erze (wie Eisensulfiderze) verbrennt
2. Umwandlung zu Schwefeltrioxid
Nun wird das entstandene Schwefeldioxid mithilfe einer sogenannten Gleichgewichtsreaktion mit Sauerstoff zu Schwefeltrioxid umgewandelt. Dies findet im sogenannten Kontaktofen statt.
Eine Gleichgewichtsreaktion ist eine Reaktion, bei dem die Hin- und Rückreaktion mit identischer Geschwindigkeit zueinander ablaufen. Dies lässt es so wirken, als würden die beiden Stoffe nicht mehr miteinander reagieren, was aber nicht stimmt. Es hat sich lediglich ein Gleichgewicht eingestellt.
3. Reaktion zu Schwefelsäure
Das gerade eben hergestellte Schwefeltrioxid reagiert nun mithilfe von zugefügtem Wasser zu der sogenannten Schwefelsäure. Dieser Prozess läuft im Zwischenabsorber/Absorber ab. Die Schwefelsäure kann nun bereits abgeführt und genutzt werden, einige Industriestandorte stellen jedoch auch Oleum, auch rauchende Schwefelsäure genannt, her. Dort sind dann weitere Schritte nötig, die du dir unten durchlesen kannst.
4. Reaktion mit Schwefelsäure
Im Behältnis befinden sich nun Schwefeltrioxid und Wasser als auch Schwefelsäure. Daher reagiert Schwefeltrioxid ebenfalls mit der bereits entstandenen Schwefelsäure, wobei sich Dischwefelsäure bildet. In unserem Artikel über die Schwefelsäure gehen wir auch auf die Dischwefelsäure beziehungsweise das sogenannte Oleum ein. Die Entstehung von Oleum kann jedoch verhindert werden, indem 97% bis 99% Schwefelsäure verwendet.
5. Versetzung mit Wasser
Wenn man die Dischwefelsäure nun mit Wasser versetzt, entsteht erneut Schwefelsäure. Dadurch erhält man nun die doppelte Menge von dem, was zuerst entstanden ist. Dieser Prozess geschieht im Endabsorber des Doppelkontaktverfahrens beziehungsweise im normalen Absorber beim einfachen Verfahren. Dort wird die Schwefelsäure dann letztendlich auch abgeschöpft, also absorbiert.
Die Katalyse (Beschleunigung) des Kontaktverfahrens
In der Industrie ist es wichtig, dass die Herstellung der Schwefelsäure rentabel ist. Daher sollte kein Prozess allzu lange dauern. Um bestimmte chemische Prozesse nun zu beschleunigen, existieren sogenannte Katalysatoren. Die Aufgabe der Katalysatoren ist es einzig, den Reaktionsprozess voranzutreiben. Manche Reaktionen brauchen nämlich ihre Zeit, gerade wenn die Stoffe wenig reaktiv sind. Man müsste manchmal mehrere Tage warten, um eine Menge an Stoffen zu besitzen, die für die Großindustrie ausreicht, um damit zu arbeiten.
Bei dem Kontaktverfahren kommt hauptsächlich ein Katalysator zum Einsatz: Vanadiumpentoxid. Das Vanadiumpentoxid findet sich geschmolzen im Behältnis auf einer Kieselgel-Schicht wieder. Es kommt während der Oxidation von Schwefeldioxid mit Sauerstoff zu Schwefeltrioxid zum Einsatz. An den Katalysator lagert sich zunächst der Sauerstoff, anschließend dann das Schwefeldioxid an. Es entsteht beschleunigt Schwefeltrioxid.
Das doppelte Kontaktverfahren
Heutzutage wird das einfache Kontaktverfahren nur noch selten ausgeführt. Es wurde durch die Weiterentwicklung, dem sogenannten doppelten Kontaktverfahren, abgelöst, da dieses nicht nur rentabler, sondern auch umweltverträglicher ist. Für die Industrie ist es gerade in dieser Zeit wichtig, dass umweltverträglichere Alternativen gefunden werden, die es dennoch ermöglichen, wettbewerbsfähig zu bleiben.
Bei dem Doppelkontaktverfahren existieren sogenannte Zwischenabsorber. Dorthin wird das entstehende Schwefeltrioxid geführt. Dadurch, dass sich nun weniger Schwefeldioxid im Zerstäubungsbrenner befindet, verschiebt sich die Gleichgewichtsreaktion dahin, dass nun weiterhin mehr Schwefeldioxid produziert wird. Durch das Doppelkontaktverfahren können so 99,3% von Schwefeldioxid umgesetzt (also sozusagen benutzt) werden.
Kontaktverfahren - Das Wichtigste
- technisches Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure
- System besteht aus Zerstäubungsbrenner, Kontaktofen und Absorber
- Ausgangsstoffe sind Schwefel und Sauerstoff
- Ebenfalls entsteht sogenanntes Oleum
- Vanadiumpentoxid dient als Katalysator
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