Umweltschutz beim Kontaktverfahren

Zum Rohstoffkreislauf des Schwefels

Schwefelsäure 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 SO₂ im allgemeinen durch Abrösten sulfidischer Erze oder direkt aus Elementarschwefel gewonnen. Bei Verwendung von Schwefel erhält man bereits staubfreies SO₂. 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:

$ \mathrm {2 \ FeSO_4 \longrightarrow \ Fe_2O_3 + 2 \ SO_2 \uparrow + \frac {1}{2} \ O_2 \uparrow} $

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 SO₂-reicheres Gas gewonnen. Das anfallende Fe₂O₃ Wird der Eisenverhüttung zugeführt.

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 SO₂ und daraus wieder Schwefelsäure. Ein gutes Beispiel, wie aus Abfällen Grundstoffe wiedergewonnen und in den Prozeß zurückgeführt werden können (Recycling im eigentlichen Sinne).

Verringerung der SO₂ - Emission

SO₂ 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 SO₂-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 SO₂ nicht 100%ig zu SO₃ umgesetzt werden. Bei Einsatz von Röstgas mit 7% SO₂ wird bei Verwendung von Vanadiumpentoxid V₂O₅ als Katalysator erreicht, dass 98% SO₂ zu SO₃ umgesetzt werden. Dies bedeutet einen Verlust von 1,6 t SO₂ bei der Produktion von 100 t SO₃.

Das Doppelkontaktverfahren bedeutet in dieser Beziehung einen echten Fortschritt. Hier werden im Kontaktofen zuerst 90% des SO₂ umgesetzt zu SO₃. Das restliche SO₂ wird anschließend zu 95% katalytisch zu SO₃oxidiert. Daraus ergibt sich insgesamt ein Umsatz von 99,5 % SO₂ zu SO₃. 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 SO₂ bedürfen zusätzlich einer Aufbereitung (z.B. Alkaliwäsche) und verursachen dadurch größere Betriebskosten.

Anteil der Schwefelsäurefabriken an der SO₂ - Immission

Die Schwefelsäurefabriken sind mit ca. 2 % an der gesamten SO₂-Immisson relativ gering beteiligt (Siehe Bild 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 SO₂ 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 SO₂-Gehalt der Luft in 700 m Entfernung von den Fabriken um etwa 75% auf ca. 0,05 mg/m³ gesunken.