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Verfahren zur Darstellung von Schwefelsäureanhydrid nach dem Kontaktverfahren.
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
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bestätigt haben, in dem Sinne sich verschiebt, dass die Produkte sich vermehren, weiche 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
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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
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verwerten ihn zur technischen Darstellung des Schwefelsäureanhydrids.
Diese drei Patente nun, die an und für sich einen bedeutenden Fortschritt befunden gegenüber den bisher ausgeübten Kontaktverfahren, zeigen uns jedoch recht deutlich, dass sie, wie man gleich sehen wird, keinesfalls auf eine volle und klare Erkenntnis derjenigen Vorgänge gegründet sind, die sich innerhalb des Kontaktraumes abspielen und aus diesem Grunde keinen Anspruch erlieben können, wirklich rationell zu sein. Das xu erstrebende
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zu erreichen sein wird.
Denn die Reaktionsgeschwindigkeit kann man zwar durch Temperatursteigerung beliebig erhöhen, dadurch verschiebt man aber gleichzeitig das Gleichgewicht
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SO2, O und SO3 mit steigender Temperatur zuungunsten der SOg-Bildung und man erhält bei etwa 500 nur zirka 85-90% und bei etwa 5300 zirka Ausbeute an SO3 vom angewandten SO2,
Weiterhin angestellte Untersuchungen haben ergeben, dass das Wachsen der Reaktionsgeschwindigkeit überraschend gross ist. So ist sie bei Gegenwart von fein verteiltem Platin
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gemäss, in derselben Zeit bei etwa 500 zirka 20mal 90=1800 t SO2 zu SO3 um, also ungefähr das 18facho ; bei noch höheren Temperaturen gestalten sich die Verhältnisse noch günstiger.
Aus dieser experimenten festgestellten Tatsache folgt, dass die wirklich grossen Reaktionsgeschwindigkeiten selbst bei Anwendung besonders guter Kataly- satoren, wie es fein verteiltes Platin ist, erst bei den Temperaturen eintreten, bei denen die prozentuale Ausbeute an SO3 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 Kontakt- raum auf gleicher Temperatur erhält.
Man lässt nun 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 sehr schnell infolge der hier hohen Reaktionsgeschwindigkeit ein grosser Teil des SO, zu 803 oxydiert wird, hierauf kühlt man die Reaktionsgase auf etwa gegen 4000 herab und lässt sie mit dieser niederen Temperatur die zweite Kontaktzone durch- streichen, wo dann der Rest des s'O oxydiert wird ; denn in Anbetracht der geringen noch vorhandenen SO2-Mengen genügt die Reaktionsgeschwindigkeit bei dieser niederen Temperatur.
Was die technische Ausführung des neuen Verfahrens betrifft, so seien als Beispiel im folgenden zwei Wege, um zum Ziele zu gelangen, angeführt. Einmal kann man vor dem bisherigen einen Kontakt einen zweiten kleineren schalten. Man lässt in diesem Falle die Roaktionsgase zunächst den kleineren Kontakt durchstreifen, z. B. bei 5300. Die Reaktions- geschwindigkeit ist hier eine so grosse, dass sehr schnell ein erheblicher Teil des 802 zu S03 oxydiert wird. Es seien hier etwa 75% des vorhandenen, 802 zu 803 umgewandelt.
Hierauf kühlt man, etwa gemäss Patent Nr. 480, durch Innenkühlung mittels direkter Vermischung der heissen Reaktionsgase mit kalten, den Reaktionsprozess nicht störenden Gasen, die aus diesem Kontaktraume austretenden noch zirka 25% SO2 enthaltenden Gase auf etwa 430"herunter und lässt sie bei dieser Temperatur durch den zweiten Kontaktraum hindurch- gehen, wo dann beinahe der ganze Rest des < S'0.) oxydiert wird. Es ist selbstverständlich in der Wirkung gleich und nur eine Komplikation, wenn man an Stelle dieser zwei Kontakt- räume deren drei oder mehrere mit fallenden Temperaturen so hintereinanderschaltet, dass die Gase im ersten Kontakt mit zirka 530@ und im letztes mit zirka 430 katalysiert werden.
Ein zweiter technisch bequemer Weg ist der, dass man den Kontaktraum sehr lang aus- einanderzieht und die mit etwa 530 eintretenden Gase allmählich bis zu ihrem Austritt
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nur eine Komplikation, wenn man zwei oder mehrere solcher langgezogener Kontakte benutzt.
Die Geschwindigkeit, mit welcher die Gase in den vorgenannten Beispielen die Kontakt- raume hzw. den Kontaktraum passieren, ist dabei eine erhöhte gegenüber den bisherigen Arbeitsweisen. Es wird hienach in derselben Zeit mit der gleichen Menge an Kontaktmassc das mehrfache Quantum Gas verarbeitet, als dies bislang in technisch befriedigender Weise
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Im Anschluss an dies neue Anhydrid-Verfahren wurden nun, in Anbetracht der in der ersten Reaktionszone des Prozesses möglichen hohen Temperatur, die für den Kontaktprozess
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folgende Resultate gewonnen :
Als Katalysatoren wirksam erwiesen sich :
1. Die Metalle der Platingruppe :
2. die Oxyde und Sulfate des Fe, ('r, Ni, Co, Mn, U, Cu
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4.
Mischungen von 1 mit einer oder mehreren Substanzen von 2 und 3 ;
5. Mischungen von zwei oder mehreren der unter 2 und 3 aufgeführten Substanzen miteinander.
Während jedoch die unter 1 und 4 aufgeführten Katalysatoren schon bei niederen, der Bildung von SO3 günstigen Temperaturen sich wirksam erweisen, sind es die unter
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prozentualen SO3-Bildung aber ungünstigen Temperaturen. Man kann naher in dem gegebenen Beispiel für denjenigen Teil des Kontaktraumes, der bei hohen Temperaturen arbeiten soll, an Stelle des so teuren Platinmohres einen der unter 2 bis 5 aufgeführten Katalysatoren wählen, während für die bei niederer Temperatur arbeitende Kontaktzone zur Zeit wohl nur die unter l und 5 genannten Substanzen in Frage kommen werden.
Der durch dies hier geschilderte neue Verfahren erzielte technische Effekt besteht darin, dass man imstande ist, im gleichen Kontaktraum mit derselben Menge natal) tischer Substanz in derselben Zeiteinheit gegen früher eine ausserordentlich viel grössere Menge von SO. i zu erzeugen, ohne ins Gewicht fallende Mehrkosten und unter gleichzeitiger fast quantitativer Ausnutzung der zu verarbeitenden $02-Gase.