Schwefelsäurebehandlung

ALLGEMEINES

Schwefelsäure ist eine der weltweit am meisten verwendeten Chemikalien und kommt in den verschiedensten Anwendungen zum Einsatz, z. B. in der Produktion von Düngemitteln, Sprengstoffen oder Kunststoffen wie Polyurethanen, in der Veresterung von Zwischenprodukten, bei Färbemitteln sowie in der Eisen- und Stahlindustrie. Das heutzutage für die Herstellung aus Schwefel bzw. SO₂ verwendete Verfahren ist das sogenannte „Kontaktverfahren“. SO₂ wird auf einem heterogenen Katalysator – Vanadiumpentoxid – mit Sauerstoff zu SO₃ oxidiert und anschließend in ~98,5 Gew.-% Schwefelsäure absorbiert, wodurch Oleum entsteht, das dann mit Wasser wieder auf 98,5 Gew.-% verdünnt wird. Bei diesem Prozess entsteht daher üblicherweise Schwefelsäure mit 98,5 Gew.-% oder mehr in Form von Oleum.

Einige der mit Schwefelsäure arbeitenden Prozesse und Anwendungen benötigen niedrigere Konzentrationen. Infolgedessen ist häufig noch eine Verdünnungsanlage erforderlich, um diese schwächere Säure herzustellen.

Andererseits kommt es bei vielen chemischen Verfahren zur Verunreinigung und Verdünnung konzentrierter Schwefelsäure und es entstehen jede Menge Abfallströme aus verunreinigter, verbrauchter Schwefelsäure. Ein Beispiel ist die Produktion von Dinitrotoluol, bei der die Abfallsäure mit Salpetersäure und teilweise nitriertem Toluol verunreinigt ist. Ein weiteres Beispiel ist der Einsatz konzentrierter Schwefelsäure zur Trocknung von Gasen wie Chlor, Brom, Chlorwasserstoff oder Methylchlorid, bei der Schwefelsäure mit einer Konzentration unter 80 Gew.-% entsteht.

Die Wiederaufbereitung dieser verbrauchten Schwefelsäure ist entweder eine Voraussetzung für die rentable Durchführung dieser Prozesse oder bringt bedeutende Kosteneinsparungen bei den Rohstoffen und der Abwasserentsorgung mit sich. Wir bauen auf der ganzen Welt saubere, moderne Anlagen, um ohne Umweltverschmutzung Säure für eine Wiederverwendung zu produzieren.

Hier finden Sie einige Beispiele für Prozesse, bei denen Sie auf unsere umfassende Expertise und Erfahrung setzen können, die wir in den letzten 50 Jahren gesammelt haben:

• Vorkonzentrierung bis 70 Gew.-%
• Hochkonzentrierung bis 98 Gew.-%
• Chlortrocknung mit Schwefelsäure einschl. Rückkonzentrierung von Schwefelsäure
• Salpetersäure-Konzentrierung über den azeotropen Punkt mit Schwefelsäure
• Salzsäure-Konzentrierung über den azeotropen Punkt mit Schwefelsäure 
• Denitrierung, Konzentrierung und Aufbereitung von Schwefelsäure z.B. aus verschiedenen Nitrierprozessen
• Verdünnung von Schwefelsäure

Das Stoffsystem Schwefelsäure/Wasser

Für alle der oben genannten Prozesse ist es wichtig, das Verhalten des binären Gemischs aus Schwefelsäure und Wasser zu kennen. Das Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewicht von Schwefelsäure/Wasser ist unten dargestellt. Es ist ersichtlich, dass bis zu einer Schwefelsäurekonzentration von 70 Gew.-% in der Flüssigphase fast keine Schwefelsäure in der Dampfphase enthalten ist. Über einer Konzentration von 85 Gew.-% nimmt der Dampfdruck der Schwefelsäure erheblich zu. Bei einer Konzentration knapp über 98,5 Gew.-% bildet sich bei Umgebungsdruck ein Maximum-Azeotrop. Höhere Schwefelsäurekonzentrationen lassen sich nur durch die Zugabe von Schwefeltrioxid oder Oleum erreichen.

Das folgende Diagramm zeigt, dass die Siedetemperatur bei Umgebungsdruck ziemlich hoch ist, z. B. 338 °C am azeotropen Punkt. Schwefelsäure bei so einer hohen Siedetemperatur ist sehr korrosiv und schädigt daher fast jeden Werkstoff. Bei diesen Temperaturen sind auch Dampf oder Öl aus wirtschaftlicher Sicht als Heizmedien nicht mehr sinnvoll. Die altbewährte Methode zur Rückkonzentrierung von Schwefelsäure ist daher der sogenannte Topf- oder Zylinderkonzentrator, in dem die Säure entweder mit einem Brenner in einem Topf aus Siliziumeisen gekocht oder zusammen mit Brenngasen in mit Ziegeln ausgekleidete Zylinder geleitet wird. Bei diesen Hochtemperaturanwendungen entstehen Abgase aus Verbrennungsprodukten und häufig auch erhebliche Mengen an Schwefelsäurenebel, die zu Umweltbelastungen führen.

Zur Vermeidung dieser Umwelt- und Korrosionsprobleme haben wir einen Prozess für die Konzentrierung von Schwefelsäure unter Vakuum entwickelt. Dadurch kann Schwefelsäure bei unter 210 °C bis auf 98 Gew.-% konzentriert werden und auch die Verwendung von Dampf als Heizmedium sowie von Stahlemail, Borosilikatglas 3.3, Tantal und PTFE als Werkstoffe ist möglich. Die Untergrenze des Betriebsdrucks (Vakuum) im Kessel wird durch die Temperatur des Kühlmediums bestimmt, da verdampftes Wasser bei dieser niedrigen Temperatur kondensieren muss.

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Wir bieten hocheffiziente und umweltfreundliche verfahrenstechnische Anlagen zur Rückgewinnung, Reinigung, Konzentrierung oder Verdünnung von Schwefelsäure auf sichere und zuverlässige Weise über einen Konzentrationsbereich bis 98 Gew.-% an.