DE169728C - - Google Patents

Description

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KAISERLICHES

PATENTAMT.

Bei jeder chemischen Reaktion, einerlei, ob dieselbe endotherm oder exotherm verläuft, sind Reaktionsgeschwindigkeit und schließlich eintretendes Gleichgewicht von der Versuchstemperatur abhängig, oder, mit anderen Worten, bei sonst gleichen Versuchsbedingungen gehört zu jeder Temperatur eine bestimmte Reaktionsgeschwindigkeit und ein bestimmtes Gleichgewicht. In bezug auf die

ίο nähere Abhängigkeit von der Temperatur weiß man, daß die Reaktionsgeschwindigkeit ausnahmslos mit steigender Temperatur wächst und das Gleichgewicht bei steigender Temperatur, wie die Thermodynamik lehrt und zahlreiche Experimente bestätigt haben, in dem Sinne sich verschiebt, daß die Produkte sich vermehren, welche unter Wärmeaufnahme entstehen.

Von der Anwendung dieser Tatsache hat man, teils bewußt, meist aber unbewußt, in der chemischen Technik, namentlich in der organischen, seit langem den ausgiebigsten Gebrauch gemacht. Es sei hier nur an die Beschleunigung chemischer Reaktionen durch Erhitzen und Kochen und an ihre Bändigung durch Kühlung erinnert. Auch die anorganische Großindustrie wendet in neuerer Zeit diesem Gebiete der physikalischen Chemie eine immer größere Aufmerksamkeit zu.

Namentlich ist dies der Fall bei der Schwefelsäureanhydriddarstellung nach dem Kontaktverfahren. Während man früher in bezug auf die Temperatur innerhalb des Kontaktraumes in den Patentschriften und in der Fachliteratur gar keine Angaben fand, oder man nur mit dem dehnbaren Begriff der Hellrotglut operierte, spricht das englische Patent 3166/1888 zum ersten Male klipp und klar den Gedanken aus, daß die Temperatur innerhalb des Kontaktraumes »sorgfältig reguliert« werden muß, allerdings versäumt es der Erfinder, genaue Angaben in bezug auf die Temperatur anzugeben und sagt nur »bei oder unter schwacher Rotglut«. Diesen Gedanken der Temperaturregelung innerhalb des Kontaktes greifen die Patente 113932 und 119505 wieder auf und verwerten ihn zur technischen Darstellung des S O₃.

Diese drei Patente nun, die an und für sich einen bedeutenden Fortschritt bekunden, gegenüber den bisher ausgeübten Kontaktverfahren beruhen auf dem Gedanken der Herstellung und Erhaltung der für die möglichst vollständige Bildung von S O₈ günstigen Temperatur. Das zu erstrebende Ziel ist die möglichst große. Reaktionsgeschwindigkeit bei gleichzeitiger größtmöglicher Ausbeute an S O₈.

Nun lehrt aber eine nähere Betrachtung, daß die Vereinigung der für ein technisch vollkommenes Arbeiten erforderlichen Momente: Große Reaktionsgeschwindigkeit und gleichzeitige größtmögliche Ausbeute an 5O₃, nach den bisherigen Arbeitsmethoden schwerlich zu erreichen sein wird. Denn die Reaktionsgeschwindigkeit kann man zwar durch Temperatursteigerung beliebig" erhöhen, dadurch verschiebt man aber gleichzeitig das Gleichgewicht zwischen S O₂, O und 5 O₈, wie schon oben gesagt, in dem Sinne, daß S O₃ in 5 O₂ und O zerfällt. Das Experiment bestätigt diese Folgerung unzweideutig. Es

daß die Vereinigung von

5 O₃ nur innerhalb bestimmter

ist ja bekannt,
SO₂+ O zu

Temperaturgrenzen in technisch befriedigender Ausbeute vonstatten geht. Während bei einer Temperatur von etwa 400⁰ die Reaktion fast quantitiv ist, ändert sich der Gleichgewichtszustand zwischen S O₂, O und S O₃ mit steigender Temperatur zuungunsten der S Og-Bildung, und man erhält bei etwa 500⁰ nur etwa 85 bis 90 Prozent und bei etwa 530⁰ etwa 75 bis .80 Prozent Ausbeute an S O₃ vom angewendeten S O₂.

Weiterhin angestellte Untersuchungen haben ergeben, daß das Wachsen der Reaktionsgeschwindigkeit überraschend groß ist. So ist sie, bei Gegenwart von fein verteiltem Platin als Katalysator, bei etwa 500⁰ ungefähr 20 mal so groß wie bei 400 °, und bei noch höheren Temperaturen wird sie noch größer. Eine Kontaktmasse also, die bei 400⁰ C. in einer bestimmten Zeiteinheit 100 Teile S O₀ zu 5 O₃ zu katalysieren imstande ist, wandelt, unseren Erfahrungen gemäß, in derselben Zeit bei etwa 500° etwa 20 mal 90 = 1800 Teile 5O₂ zu SO₃ um, also ungefähr das 18fache; bei noch höheren Temperaturen gestalten sich die Verhältnisse noch günstiger.

Aus dieser experimentell festgestellten Tatsache folgt, daß die wirklich großen Reaktionsgeschwindigkeiten, selbst bei Anwendung besonders guter Katalysatoren, wie es fein verteiltes Platin ist, erst bei den Temperaturen eintreten, bei denen die prozentuale Ausbeute an S O₃ schlecht zu werden beginnt und daß eine Vereinigung der beiden erwähnten günstigen Momente nicht möglich ist, solange man, wie es bisher ausnahmslos der Fall war, den ganzen Kontaktraum auf gleicher Temperatur hält.

Man läßt .nun gemäß vorliegender Erfindung den katalytischen Prozeß innerhalb des Kontaktraumes sich zuerst bei hoher, dann bei niedriger Temperatur abspielen. In der ersten Reaktionszone hält man die Temperatur so hoch, daß infolge der hier hohen Reaktionsgeschwindigkeit ein großer Teil des S O₂ zu S O₃ rascher oxydiert wird, als es dieselbe Platinmenge bei der für die prozentuale Ausbeute an sich günstigeren Temperatur von 400° bewirkt. Hierauf kühlt man die Reaktionsgase auf etwa gegen 400° herab/ und läßt sie mit dieser niederen Temperatur die zweite Kontaktzone durchstreichen, wo dann der Rest des S O₂ oxydiert wird; denn in Anbetracht der geringeren noch vorhandenen SO₂- Mengen genügt die Reaktionsgeschwindigkeit bei dieser niederen Temperatur. Nimmt man nun beispielsweise in der zweiten kälteren Kontaktzone die Hälfte derjenigen Platinmenge, welche bisher bei Benutzung von nur einer Kontaktzone angewendet wurde, so braucht man zur Erzielung der gleichen Gesamtausbeute an S O₃ für den ersten heißen Kontaktraum nur höchstens ²/₁₀ der im kälteren Kontaktraum befindlichen Katalysatormenge. Hierdurch erzielt man eine Ersparnis von 40 Prozent Platin.

Einige Daten mögen das Vorstehende erläutern.

Anzahl cbm Röstgase,
welche in der Minute
durch den Kontaktraum gehen.

14
14

14

Platingegehaltder
Kontaktmasse
Prozent

0,2

0,1

In SO₃ umgewandelte Menge SO₂ kg pro Stunde.

400^c

123

7 2,5

500 ^c

147 118

Aus diesen Zahlen geht unzweifelhaft hervor, daß speziell bei Kontaktmassen mit geringerem Platingehalt eine Temperatursteigerung eine ganz überraschend höhere Ausbeute liefert. Eine Kontaktmasse mit 0,1 Prozent Pt, welche bei 400⁰ nur wenig SO₂ in 5 O₃ umsetzt, wirkt bei 500⁰ ungefähr ebenso, wie eine Kontaktmasse bei 400⁰, welche die go 20 fache Menge an Pt enthält.

Was die technische Ausführung des neuen Verfahrens betrifft, so seien als Beispiele folgende angeführt:

Man schaltet vor den bisherigen einen Kontaktraum, welcher mit einem etwa 2prozentigen Asbest gefüllt ist, einen zweiten gleichgroßen Kontaktraum, der dieselbe Menge Platinasbest enthält, letzteren aber von geringerem Gehalt an Platin (etwa 0,2 Prozent). Die Kontakträume sind in bekannter Weise konstruiert und enthalten die Kontaktmasse in etagenförmiger Anordnung. Die absolut vorhandenen Mengen an Kontaktsubstanz bezw. an Platin richten sich jeweils nach der Größe der Kontakträume. Zwischen den letzteren befindet sich eine Vorrichtung, welche eine Abkühlung der aus dem ersten Kontaktraum austretenden Gase gestattet, und zwar dies entweder indirekt durch Außenkühlung mittels eines Rohrsystems oder durch Innenkühlung mittels direkter Vermischung der heißen Reaktionsgase mit kalten, den Reaktionsprozeß nicht störenden Gasen. Man läßt die etwa 7 Prozent SO₂ enthaltenden Röstgase in den ersten mit dem 0,2 prozentigen Asbest gefüllten Kontaktraum eintreten, z. B. bei einer Temperatur von 530⁰. Die Reaktionsgeschwindigkeit ist bei dieser Temperatur eine so große, daß etwa 75 Prozent der 5O₂ zu S O₃ oxydiert wird. Beim Übergang aus dem ersten Kontaktraum in

den zweiten werden die Reaktionsgase gekühlt und treten nunmehr mit der gleichen Geschwindigkeit bei einer Temperatur von 430 bis 400⁰ in den zweiten Kontaktraum ein, wo dann beinahe der ganze Rest der S O₂ oxydiert wird. Es ist selbstverständlich in der Wirkung gleich und nur eine Komplikation, wenn man an Stelle dieser zwei Kontakträume deren drei oder mehrere mit fallenden Temperaturen so hintereinander schaltet, daß die Gase im ersten Kontakt mit etwa 530⁰ und im letzten mit etwa 530⁰ und im letzten mit etwa 400 bis 430 ° katalysiert werden. Ein zweiter technisch bequemer Weg ist der, daß man den Kontaktraum sehr lang auseinander zieht und die mit etwa 530° eintretenden Gase allmählich bis zu ihrem Austritt aus dem Kontaktraum auf etwa 430 bis 400 ° herabkühlt. Auch in diesem Falle wird man eine der beiden oben erwähnten Kühlüngsarten in Anwendung bringen, und ist es ebenfalls in der Wirkung gleich und nur eine Komplikation, wenn man zwei oder mehrere solcher langgezogenen Kontakträume benutzt.

Die Geschwindigkeit, mit welcher die Gase in dem vorgenannten Beispiel die Kontakträume bezw. den Kontaktraum passieren, kann dabei eine erhöhte gegenüber den bisherigen Arbeitsweisen sein. Andererseits wird in derselben Zeit mit einer geringeren Menge an Kontaktsubstanz dasselbe Quantum Gas verarbeitet, welches bislang eine größere Menge wirksamer Kontaktsubstanz erforderte.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Verfahren zur Darstellung von Schwefelsäureanhydrid aus schweflige Säure und Sauerstoff enhaltenden Gasen nach dem Kontaktverfahren unter Anwendung von Platin als Katalysator, dadurch gekennzeichnet, daß man behufs höheren Umsatzes bezw. Platinersparnis das Gasgemisch durch den ersten, eine entsprechend geringere Menge Kontaktsubstanz enthaltenden Teil des Kontaktraumes bezw. bei mehreren Kontakträumen durch den oder die ersten derselben, welche entsprechend weniger Kontaktsubstanz enthalten, bei einer Temperatur hindurchleitet, welche merkbar über den für die SOg-Bildung besonders günstigen Gleichgewichtstemperaturen, also zwischen 450 und 550⁰, liegt und hierauf die Gase den zweiten Teil des Kontaktraumes bezw. bei Anwendung mehrerer solcher Räume den oder die folgenden Kontakträume bei einer niedrigeren,, für die prozentuale Ausbeute an SO₃ günstigen Temperatur passieren läßt.