Svovlsyre. Procesdiagram for moderne svovlsyrefremstilling ved dobbeltkontaktmetoden. Svovl tilføres ofte som frit svovl, der afbrændes ved atmosfæretryk, hvorved der opnås en gas med ca. 10-12% svovl. Gassen føres til kontakttårnet, der består af flere katalysatorlag med køling imellem. Her sker en temperaturafhængig, katalytisk omsætning af svovldioxid til svovltrioxid. Efter at have passeret de tre øverste katalysatorlag går gassen til mellemabsorberen, hvor en del svovltrioxid absorberes i svovlsyre. Herefter føres gassen tilbage til det fjerde katalysatorlag og videre til slutabsorberen, hvor svovltrioxid ligeledes opløses.

.

Fremstilling af svovlsyre, De tidligste kendte eksempler på teknisk svovlsyrefremstilling var baseret på fraspaltning af svovltrioxid ved opvarmning af vitriol (jern- eller kobbersulfat) i vitriolbrænderier i Bøhmen og Sachsen. Den moderne svovlsyreindustri har sit udspring i England, hvor fremstillingen af svovltrioxid i 1700-t. skete ved opvarmning af svovl og salpeter. Svovltrioxid blev absorberet i svovlsyre, indeholdt i glaskar, men i 1746 fandt man på at benytte beholdere, foret med bly, og dette udviklede sig til den såkaldte blykammerproces, som langt op i 1900-t. var dominerende i svovlsyreindustrien.

Den første produktion af svovlsyre i Danmark fandt sted i 1834 på Fredens Mølle i København. Der kom senere fabrikker i bl.a. Nørresundby, Fredericia og Kalundborg. Efter 1973 har der kun været en svovlsyrefabrik i Fredericia, tidligere ejet af Superfos, fra 1987 af det finske Kemira Danmark. Produktionen ophørte her i 2004.

Al moderne svovlsyrefremstilling er baseret på oxidation af svovldioxid (SO2) til svovltrioxid (SO3), som absorberes i svovlsyre. Den samlede proces kan beskrives ved reaktionsskemaet: SO2 + 1/2O2 + H2O → H2SO4. De vigtigste råstoffer til fremstilling af svovldioxid er elementært svovl og pyrit (svovlkis, FeS2); i mindre udstrækning udvindes svovldioxid fra calciumsulfat (gips) og fra affaldsprodukter, især ferrosulfat og affaldssvovlsyre. Endvidere fremstilles væsentlige mængder svovlsyre ved udnyttelse af svovldioxidindholdet i røggasser, især røggasser fra oparbejdning af metalsulfidmalme, fx zinkmalmen zinkblende (ZnS) og kobbermalmen chalcopyrit (CuFeS2).

Fremstilling af svovldioxid fra elementært svovl er relativt enkel i anlæg og betjening. Det sker ved forbrænding af flydende svovl med tørret atmosfærisk luft i anlæg, der i princippet er konstrueret som anlæg til forbrænding af olie. Fremstilling ud fra pyrit er i teknisk henseende langt mere kompliceret. Forbrænding, oftest betegnet ristning, af pyrit gennemføres i store ovnanlæg til håndtering af det faste råstof, enten etageovne, rørovne eller fluid bed-ovne. Den svovldioxidholdige ristegas har et højt støvindhold og må underkastes en krævende rensningsproces inden den videre anvendelse, og det faste affald fra ristningen, hovedsagelig bestående af jernoxider, men med indhold af mange andre metaller, må underkastes en særlig bearbejdning. Pga. disse besværligheder anvendes pyrit kun på lokaliteter, hvor dets pris er væsentlig lavere end prisen på elementært svovl.

Oxidation af svovldioxid til svovltrioxid følger reaktionsskemaet: SO2 + 1/2O2 ⇄ SO3. Det er en eksoterm reaktion, som må gennemføres ved relativt lave temperaturer, hvor reaktionsligevægten er forskudt til fordel for svovltrioxid, og hvor det er nødvendigt at benytte en katalysator, for at reaktionen kan forløbe med tilfredsstillende hastighed. Tre processer til gennemførelse af denne oxidation har gennem tiderne været af betydning: blykammerprocessen, som nu er forældet; tårnprocessen, som fortsat benyttes, om end kun i lille udstrækning; samt kontaktmetoden, som i dag er den dominerende.

Blykammerprocessen

Svovlsyre. Procesdiagram for svovlsyrefremstilling ved blykammermetoden. Ristegas ledes ind i Glover-tårnet, hvor den bringes i kontakt med nitrose (nitrogenoxidholdig svovlsyre fra Gay-Lussac-tårnet). Der sker her en begyndende svovlsyredannelse, idet svovldioxid af nitrogenoxiderne oxideres til svovltrioxid, og den proces fuldføres i blykamrene. Svovlsyre udfældes på kamrenes vægge og bund, og ristegassen, befriet for sit svovldioxidindhold, ledes ind i Gay-Lussac-tårnet, hvor nitrose gendannes ved absorption af gassens indhold af nitrogenoxider. Nitrogenoxiderne virker som katalysator, og produkterne fra blykammerprocessen er kammersyre og gloversyre.

.

Et anlæg til gennemførelse af blykammerprocessen omfatter et antal store, blyforede kamre samt et Glover-tårn og et eller flere Gay-Lussac-tårne. Den kemiske reaktion i blykamrene er langsom, og kamrene skal derfor være store, ofte med en grundflade på 40 m2 og en højde på 20 m.

Tårnprocessen

I dag er kamrene afløst af tårne pakket med fyldlegemer; herved opnås bedre kontakt mellem gas og væske og højere cirkulationshastighed for nitrogenoxider med deraf følgende højere effektivitet. Produktionshastigheden i et blykammer var efterhånden nået op på 20 kg svovlsyre pr. kubikmeter pr. dag, men i moderne tårne præsteres seks gange så meget.

Kontaktmetoden

Efter midten af 1800-t. opstod et hurtigt voksende behov for oleum (100% svovlsyre med deri opløst svovltrioxid, "rygende svovlsyre") til brug i den syntetiske farvestofindustri. Oleum kan ikke fremstilles ved koncentration af glover- eller kammersyre, og vitriolbrænderiernes kapacitet var begrænset til nogle få tusinde ton årlig. Problemet blev løst ved BASFs udvikling af kontaktmetoden, en heterogent katalyseret oxidation af svovldioxid til svovltrioxid. Den første industrielle proces blev taget i brug i 1890 med platin som katalysator (kontakt); senere udviklede BASF en billigere og mere robust vanadinoxidkatalysator.

Kontaktmetoden er i praksis udformet med flere lejer af katalysator med mellemliggende køling af reaktionsblandingen. For at opnå en høj omdannelsesgrad er det i dag almindeligt at udforme processen med absorption af svovltrioxid mellem to katalysatorlejer; ved denne såkaldte dobbeltkontakt- eller dobbeltabsorptionsproces kan opnås omdannelsesgrader på 99,8%. Den afgørende fordel ved kontaktmetoden er, at den fører til fremstilling af ren svovltrioxid og dermed muliggør fremstilling af 100% svovlsyre og oleum.

Læs mere om svovlsyre.

Kommentarer

Kommentarer til artiklen bliver synlige for alle. Undlad at skrive følsomme oplysninger, for eksempel sundhedsoplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer, når de kan.

Du skal være logget ind for at kommentere.

eller registrer dig