DE2717588C3 - Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B17/00—Sulfur; Compounds thereof
    • C01B17/69—Sulfur trioxide; Sulfuric acid
    • C01B17/74—Preparation

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure.
Die erhaltene Schwefelsäure findet Verwendung in der Technologie zur Herstellung von Halbleitern, Quantengeneratoren oder optischen Einrichtungen. Zu diesem Zweck benötigt man eine besonders reine Schwefelsäure mit einem Gehalt an Beimengungen von Kationen verschiedener Elemente von weniger als 10~5 bis 10~6 Gew.-% und von Anionen, beispielsweise SO"* von weniger als 1 · 10-*Gew.-%.
Es ist ein Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäuremonohydrat durch Zonenschmelzen bekannt. Dabei unterwirft man das Schwefelsäuremonohydrat stufenweise einem mehrfachen Schmelzen und Kristallisieren unter Verschiebung der geschmolzenen Zone längs des Schwefelsäurebarrens. Das Zonenschmelzen führt man QUF einer Anlage, die aus vier ringförmigen Zonen besteht, zwischen denen ringförmige Kühler angeordnet sind (Chemicky Prumysl. 1971, 21, Nr. 5. Seilen 209-213), durch.
In dem beschriebenen Verfahren erhält man Schwefelsäure mit einem Gehalt an Beimengungen von Kationen von! · 10—· bis I · 10-"Gew.-%.
Es ist auch ein Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure bekannt, welches eine vorhergehende Destillation des Schwefelsäureanhydrids und anschließende Absorption des Schwefelsäureanhydrids mit Wasser oder Schwefelsäure vorsieht. Danach verdünnt man das erhaltene Monohydrat auf die erforderliche Konzentration mit Wasser und bläst die erhaltene Säure mit Luft zwecks Entfernung des Schwefligsäureanhydrids durch (Ju. W. Karjakin. M. 1. Angelow, Reine chemische Reaktive, Moskau. Verlag Goschimisdat. 1955, Seite 75,280 - in Russisch).
Die in diesem Verfahren angewandte konventionelle Destillation des Schwefelsäureanhydrids macht es nicht mögliih. Schwefelsäure mit einem Gehalt an Beimengungen von Kationen von weniger pis 10-' bis IO-6Gew.-% zu erhalten sowie leichtflüchtige Beimengungen, beispielsweise das Anion SO"), zu entfernen.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden.
Der Erfindung wurde die Aufgabe gestellt, durch eine Veränderung der Technologie ein Verfahren zu entwickeln, welches es möglich macht, die Reinheit der erhaltenen Schwefelsäure zu erhöhen.
Diese Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß man in dem erfindungsgemäOen Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure, die Destillation des SchwefcUaureiinhydrids, dessen anschließende Behandlung mit 95 bis 96%iger Schwefelsäure und Erhalt des Fertigproduktes vorsieht, erfindtingsgemäß nach der Destillation das Schwefelsäureanhydrid eine Sublimationskondensation durch Kühlen mit einem Kühlmittel mit einer Temperatur von (—5) bis (—15)* C vorsieht,
s Man absorbiert zweckmäßig das Schwefelsäureanhydrid vor der Destillation aus Oleum,
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure wird vorzugsweise wie folgt durchgeführt
Das durch Desorption aus Oleum oder Oxydation von Schwefligsäureanhydrid erhaltene Schwefelsäureanhydrid unterwirft man einer Destillationsreinigung von den schwerflüchtigen Beimengungen wie Kationen — Co, Cu, Ni, Pb, Mn. Dann unterwirft man das Schwefelsäureanhydrid einer Sublimationskondensation, durch die leichtflüchtige Beimengungen wie das Anion SO'#3 und Gase entfernt werden. Danach behandelt man das Schwefelsäureanhydnk1 mit 95 bis 96%iger Schwefelsäure bis zur Bildung von Monohydrat Die Sublimationskondensation wird bei einer Temperatur des Kühlmittels von (-5) bis (-15)°C unter atmosphärischem Druck durchgeführt.
Die Unterkühlung der Kristallisationsoberfläche auf ( — 5)° C ist für die Durchführung der Sublimationskondensation notwendig, wo die entstehenden Schwefelsäureanhydridkristalle die leichtflüchtigen Beimengungen zur Kristallisationsfront in die Dampfphase verdrängen. Bei höherer Temperatur des Kühlmittels kann an der Oberfläche, zunächst die Flüssigkeitskondensation des Schwefelsäureanhydrids und dann die Kristallisation unter Einfangen leichtflüchtiger Beimengungen stattfinden.
Bei einer Senkung der Temperatur des Kühlmittels unter ( —15)°C kann es zur Flüssigkeitskondensation
Jj des Schwefligsäureanhydrids kommen. In diesen Fällen sinkt wesentlich der Reinheitsgrad des Schwefelsäureanhydrids nach den flüchtigen Beimengungen (besonders nach dem Anion SO"j).
Das erfindungsgemäßc Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure besonders hohen Reinheitsgrades wird auf einer Anlage aus sterilen Materialien durchgeführt, die ein Auswaschen von Beimengungen aus diesen ausschließen.
Durch das Einschalten der Stufen der Sublimationskondensation macht es das erfindungsgemäße Verfahren möglich, eine besonders reine Schwefelsäure mit einem Gehalt an Kationen von 10-' bis IO"Gew.-% und an Anionen. besonders an SO">, von 5 · 10-5 Gew.-% zu erhalten.
Das Produkt solcher Qualität gemigt voll und ganz den modernen Forderungen der Elektronen-, elektrotechnischen Industrie und anderer neuer Zweige der Industrie und Wissenschaft.
Zum besseren Verstehen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend konkrete Beispiele angeführt, die das vorgeschlagene Verfahren illustrieren.
Beispiel 1
In einen Desorbcr füllt man Oleum mit einem Gehalt w) an Schwefelsäureanhydrid von 60 Gcw.-% ein und erhöhl allmählich die Temperatur auf 200T.
Das sich dabei aus<chcidcndc Schwefclsäureanhydrid leitet man durch eine Füllkörperrektifiziersäule. Das Schwefclsäureanhydrid leitet man nach der Destilla- »>■» tionsreinigung in eiren durch Fluorchlorderivatc der Circnzkohlenwasscrsloffe mit einer Temperatur von ( —5)"C gekühlten Siiblimationskondcnsalor. Während I bis 1.5 Stunden wird das Schwefclsäureanhydrid an
der Kühloberfläche kristallisiert
Am Ende des Prozesses bilden sich infolge gewisser Verringerung der Wärmeleitfähigkeit neben den Kristallen kaum feststellbare flüssige Tropfen des Schwefelsäureanhydrids.
Die nichtkondensierten Gase und leichtflüchtigen Beimengungen werden in einem System eingefahren, welches eine Ausfriereinrichtung, Absorber mit Schwefelsäure und Alkalilösung und einen Absorber mit Aktivkohle enthält
Die an der Oberfläche des Kondensators kristallisierte Schwefelsäureanhydridschicht löst man in der vorher erhaltenen 95 bis 96%igen Schwefelsäure auf.
Nach der Sättigung der Säure auf eine Konzentration von 98 bis 99 Gew.-% mit dem gereinigten Schwefelsäureanhydrid leitet man in den Absorber hochreines Wasser ein, mit dem man die erhaltene Säure auf eine Konzentration von 95 bis 96% verdünnt Die erhaltene Schwefelsäure enthält Kationen in folgender Menge: Co 5 · ΙΟ-» Gew.-%· Cu 1 · 10"? Gew.-%; Ni 5 · 10-? Gew.-°/o;Pb5 - VO"8 Gew.-%; Mn 1 - 10-7Gew.-%.
Die Menge der KMnO4 reduzierenden Stoffe (umgerechnet auf SO"3) beträgt 1 · 10-4GeW-1Mj.
Beispiel 2
Man führt das Verfahren analog zu Beispiel 1 unter denselben Bedingungen durch. Man kühlt jedoch den Sublimationskondensator mit den Fluorchlorderivaten der Grenzkohlenwasserstoffe mit einerTemperatür von
An der gekühlten Oberfläche kristallisiert man Schwefelsäureanhydrid während 1 bis 1,5 Stunden.
In den ersten 30 bis 40 Minuten fangen die Kristalle des Schwefelsäureanhydrids geringe Mengen des flüssigen Sehwefligsäureanhydrids ein. Dann verschwindet bei der Verschlechterung der Wärmeleitfähigkeit diese Erscheinung.
Die erhaltene Schwefelsäure enthält die Katiousn in gleichen Mengen wie auch in Beispiel 1. Die Menge der KMnO4 reduzierenden Stoffe beträgt (umgerechnet auf SO"j)5 - 10-*Gew.-%.
Beispiel 3
Man führt das Verfahren analog zu Beispiel 1 unter denselben Bedingungen durch. Man kühlt jedoch den Sublimationskondensator mit den Fluorchlorderivaten der Grenzkohlenwasserstoffe mit einer Temperatur von (-10)°C.
In diesem Fall wird bei der Kristallisation des Schwefelsäureanhydrids weder teilweises Schmelzen des Schwefelsäureanhydrids noch Einfangen des flüssigen Sehwefligsäureanhydrids beobachtet
An der gekühlten Fläche des Sublimationskondensators bilden sich ausgeprägte Schwefelsäurehydridkristalle. Die erhaltene Schwefelsäure enthält die Kationen in gleichen Mengen wit auch in Beispiel 1. Die Menge der KMnO4 reduzierenden Stoffe beträgt (umgerechnet aufSO"3)5 - 10-5Gew.-%.

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure, welches Destillation des Schwefelsäureanhydrids und dessen anschließende Behandlung mit 95- bis 96%iger Schwefelsäure vorsieht, dadurch gekennzeichnet, daß man das Schwefelsäureanhydrid nach der Destillation einer Sublimationskondensation durch Kühlen mit einem Kühlmittel mit einer Temperatur von (—5) bis (-15)°C unterwirft.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwefelsäureanhydrid vor der Destillation aus Oleum desorbiert wird.
DE19772717588 1977-04-20 1977-04-20 Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure Expired DE2717588C3 (de)

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