Recycling: Wiederverwertung von AbfallstoffenSchwefelsäure ist eine der technisch wichtigsten Chemikalien überhaupt und zählt zu den meistproduzierten chemischen Grundstoffen. 1993 wurden etwa 135 Millionen Tonnen Schwefelsäure produziert. Sie wird vor allem in der Düngemittelproduktion und zur Darstellung anderer Mineralsäuren, etwa der Salz- oder Phosphorsäure verwendet. Verwendung findet sie überwiegend als konzentrierte oder verdünnte wässrige Lösung.
Je nach Marktlage wird heute S02 im allgemeinen durch Abrösten sulfidischer Erze oder direkt aus Elementarschwefel gewonnen. Bei Verwendung von Schwefel erhält man bereits staubfreies S02. Im Sinne des Umweltschutzes ist ein 1955 entwickeltes Verfahren bemerkenswert. Es geht von Eisensulfat aus, das bei der TiO2 (Titandioxid)-Fabrikation oder in den Beizereien anfällt und unsere Flüsse und Bäche erheblich verunreinigt hat. Eisensulfat kann durch Erhitzen in Eisenoxid und Schwefeldioxid gespalten werden.
| 2 FeSO4 |  |
Fe2O3 | + | 2 SO2 ↑ | + | 1/2 O2 ↑ |
Der für die thermische Spaltung nötige Energieaufwand wird heute verringert, weil die Reaktion gleichzeitig mit Verbrennen von Elementarschwefel, der bei der Entschwefelung von Erdölprodukten (Petrochemie) als Nebenprodukt anfällt, als Wärmequelle durchgeführt wird. Ein weiterer Vorteil: es wird ein S02-reicheres Gas gewonnen. Das anfallende Fe203 Wird der Eisenverhüttung zugeführt.
| Herkunft: | Beizereien | Erdöl | ||||||
| ↓ | ↓ | |||||||
| 4 FeSO4 | + | S | | Fe2O3 | + | 5 SO2 | ||
| ↓ | ↓ | |||||||
| Verwertung: | Eisenverhüttung | Kontaktverfahren | ||||||
Ein eindrucksvolles Beispiel, wie der wissenschaftlich-technische Fortschritt die von ihm hervorgerufenen Probleme der Umweltgefährdung zu bewältigen versucht! Früher waren Abfallsäuren, die in einem technischen Prozeß angefallen sind, in die Flüsse geleitet worden. Heute gewinnt man aus den in Sprengstoffabriken und Erdölraffinerien anfallenden Säureschlämmen durch Erhitzen S02 und daraus wieder Schwefelsäure. Ein gutes Beispiel, wie aus Abfällen Grundstoffe wiedergewonnen und in den Prozeß zurückgeführt werden können (Recycling im eigentlichen Sinne).
Warum kann beim Kontaktverfahren Schwefeldioxid nicht 100%ig zu Schwefeltrioxid umgesetzt werden?S02 schädigt in hohen Konzentrationen Menschen, Tiere und Pflanzen. Die Oxidationsprodukte führen zu „Saurem Regen” der empfindliche Ökosysteme wie Wald und Seen gefährdet, Gebäude und Materialien angreift. Die gesamten S02-Emissionen konnten in den entwickelten Industriestaaten in den letzten zwei Jahrzehnten durch die Nutzung schwefelarmer bzw. schwefelfreier Brenn- und Kraftstoffe stark reduziert werden.
Wegen des Gleichgewichtssystems kann S02 nicht 100%ig zu S03 umgesetzt werden. Bei Einsatz von Röstgas mit 7% S02 wird bei Verwendung von Vanadiumpentoxid V205 als Katalysator erreicht, dass 98% S02 zu S03 umgesetzt werden. Dies bedeutet einen Verlust von 1,6 t S02 bei der Produktion von 100 t S03.
Doppelkontaktverfahren mindert die SO2 - Emission durch SchwefelsäurefabrikenSchwefeldioxid ist ein Umweltgift.
Welche Umweltbelastungen drohen bei der Schwefelsäuregewinnung nach alten technischen Verfahren? Welche Möglichkeiten zum Schutze der Umwelt können realisiert werden?
Wirkung von SO2 auf Kalkstein (Modellversuch nach Braun, Umweltschutz experimentell). Ein Schwefeldioxidstrom wird über feuchten Marmor geleitet, das überschüssige Schwefeldioxid in einer Waschflasche mit Wasser und Wasserstoffperoxid gelöst und das aus dem Marmor freigesetzte Kohlendioxid mit Kalkwasser nachgewiesen.Das Doppelkontaktverfahren bedeutet in dieser Beziehung einen echten Fortschritt. Hier werden im Kontaktofen zuerst 90% des S02 umgesetzt zu S03. Das restliche S02 wird anschließend zu 95% katalytisch zu S03 oxidiert. Daraus ergibt sich insgesamt ein Umsatz von 99,5 % S02 zu S03. Die Betriebskosten sind bei der Doppelkatalyse nicht höher, so dass die Umstellung der Schwefelsäurefabriken auf die »saubere Technologie« sich auch aus Kostenüberlegungen schnell durchführen ließ.
Abgase mit einem höheren Gehalt an S02 bedürfen zusätzlich einer Aufbereitung (z.B. Alkaliwäsche) und verursachen dadurch größere Betriebskosten.
Die Schwefelsäurefabriken sind mit ca. 2 % an der gesamten S02-Immisson relativ gering beteiligt (Siehe Abb. 50.1, Industrie). In der Nähe der Fabriken ist die Belastung jedoch sehr groß, wenn nach den herkömmlichen Verfahren gearbeitet wird. Wegen der hohen Dichte des S02 erreicht es trotz hoher Schornsteine nach 500 bis 1000 m wieder die bodennahen Luftschichten. Auch hier erweist sich das Doppelkontaktverfahren als echte Alternative. Nach Messungen ist trotz 100%iger Steigerung der Schwefelsäurefabrikation der S02-Gehalt der Luft in 700 m Entfernung von den Fabriken um etwa 75% auf ca. 0,05 mg/m3 gesunken.
