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Kontaktverfahren

Kontaktverfahren

Das Kontaktverfahren ist ein technisches Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure mittels eines festen Katalysators (z.B. Vanadiumpentoxid auf Siliciumdioxid). Es wurde großtechnisch angewendet, heute ist man aber auf das Doppelkontaktverfahren umgestiegen, da es rentabler und umweltfreundlicher ist. Früher fanden außerdem das Bleikammerverfahren und das Vitriolverfahren Anwendung.

Reaktionsschritte

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Zuerst wird Schwefeldioxid hergestellt, z. B. indem elementarer Schwefel verbrannt wird.

$\mathrm {S(s) + O_2(g) \quad \rightarrow \quad SO_2(g) \qquad }$ ${\Delta H=-298~\rm kJ/mol}$

Das Schwefeldioxid kann auch aus dem Rösten von Erzen stammen. Das entstandene Schwefeldioxid wird mit Sauerstoff in einer Gleichgewichtsreaktion zu Schwefeltrioxid umgesetzt.

$\mathrm {2 \, SO_2(g) + O_2(g) \quad \rightleftharpoons \quad 2 \, SO_3(g) \qquad }$ ${\Delta H=-196~\rm kJ/mol}$

Das erhaltene Schwefeltrioxid reagiert mit Wasser zu Schwefelsäure.

$\mathrm {SO_3(g) + H_2O(l) \quad \rightarrow \quad H_2SO_4(l) \qquad }$ ${\Delta H=-132~\rm kJ/mol}$

Wegen der besseren Löslichkeit von SO₃ in H₂SO₄ gegenüber Wasser wird es bevorzugt in Schwefelsäure gelöst. Es entsteht Dischwefelsäure (auch Rauchende Schwefelsäure oder Oleum genannt)

$\mathrm {SO_3(g) + H_2SO_4(l) \quad \rightarrow \quad H_2S_2O_7(l)}$

Diese kann anschließend mit Wasser versetzt werden, um die doppelte Menge der eingesetzten Schwefelsäure zu erhalten.

$\mathrm {H_2S_2O_7(l) + H_2O(l) \quad \rightarrow \quad 2 \, H_2SO_4(l) }$

Üblich ist es bei den meisten Schwefelsäureanlagen, dass bei der Lösung von SO₃ ca. 97 bis 99 %ige Schwefelsäure verwendet wird, und die Konzentration dieser Schwefelsäure durch Zugabe von Wasser so eingestellt wird, dass keine Rauchende Schwefelsäure entsteht. In manchen Schwefelsäureanlagen wird aber auch bewusst Oleum hergestellt, das dann nicht mit Wasser verdünnt wird, sondern für spezielle Verwendungen eingesetzt wird.

Katalyse

Der wesentliche Reaktionsschritt ist die Oxidation von Schwefeldioxid mit Luftsauerstoff zu Schwefeltrioxid unter Zuhilfenahme von Vanadiumpentoxid als heterogenem Katalysator. Die sauerstoffübertragende Funktion der Vanadium-Verbindungen kann dabei über

$\mathrm {2 V_2O_5(s) + 2 SO_2(g) \quad \rightarrow \quad 2 V_2O_4(s) + 2 SO_3(g)}$

beschrieben werden. Vanadium(IV)-oxid wird zurückgebildet zum Vanadium(V)-oxid:

$\mathrm {2 V_2O_4(s) + O_2(g) \quad \rightarrow \quad 2 V_2O_5(s)}$ ,

so dass die Netto-Gleichung

$\mathrm {2 SO_2(g) + O_2(g) \quad \rightleftharpoons \quad 2 SO_3(g)}$

lautet.

Dieses Schwefeltrioxid wird in Schwefelsäure eingeleitet und es entsteht H₂S₂O₇, mit Wasser reagiert dieses weiter zu Schwefelsäure.

Reaktionsbedingungen

Wichtig ist bei der Reaktion des Schwefeldioxids mit Sauerstoff zum Schwefeltrioxid, dass die Temperatur einen Bereich von 400-700°C nicht überschreitet, da sonst die Rückreaktion nach dem Le Chatelier Prinzip bevorzugt wird (Wie oben beschrieben ist die Reaktion exotherm).

Kategorie: Chemisch-technisches Verfahren

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