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Schwefelsäureproduktion

Prozessüberwachung mit LiquiSonic®

Schwefelsäure ist eine der wichtigsten Basis-Chemikalien. Die stetige Nachfrage steigt permanent, da die Eigenschaften der Schwefelsäure für die Herstellung vieler verschiedener Produkte von Nutzen sind.

 

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Schwefelsäureproduktion

Das LiquiSonic® Messsystem kann sehr einfach in die verschiedenen Prozessstufen beider oben genannter Prozesse integriert werden. Die schnelle, robuste Sensortechnologie verbessert Anlagenausnutzung, Prozesssicherheit und Produktausbeute.

Schwefelsäureproduktion | 3 MB

Einige Beispiele für wichtige Anwendungen zur Messung der Konzentration von Schwefelsäure und Oleum mit den LiquiSonic® Messsystemen:

  • Schwefelsäure- und Oleumproduktion
  • Synthesegastrocknung in der Chemie und Petrochemie
  • Ätz- und Beizmittel in der Stahlindustrie
  • Erzaufschluss im Bergbau
  • Ausgangsstoff für Sulfatdünger
  • Grundchemikalie für diverse chemische Produkte

Die beiden Hauptproduktionsprozesse sind das Doppelkontaktverfahren (double contact double absorption process (DCDA)) - ein Prozess, bei dem ein Vanadiumpentoxid (V2O5)-Katalysator zur Herstellung hochkonzentrierter Schwefelsäure und Oleum bereitgestellt wird - und das Kontaktverfahren (wet sulfuric acid process (WSA)), welches Schwefel aus verschiedenen Prozessgasen entfernt. Das LiquiSonic® Messsystem kann sehr einfach in die verschiedenen Prozessstufen beider oben genannter Prozesse integriert werden. Die schnelle, robuste Sensortechnologie verbessert Anlagenausnutzung, Prozesssicherheit und
Produktausbeute.

Vorteil der Schallgeschwindigkeit gegenüber der Leitfähigkeit und Dichte

Doppelkontaktverfahren

Das Doppelkontaktverfahren (DCDA) nutzt eine Reihe von Ausgangsmaterialien, welche in verschiedenen Reaktionen zu Schwefeldioxid synthetisieren. Zunächst strömt SO2-haltiges Gas in den Trocknungsturm, wo ihm Wasser entzogen wird. Anschließend trifft das Gas im Konverter auf den Katalysator, der SO2 zu SO3 oxidiert.

2 SO2 + O2 → 2 SO3

Als nächstes gelangt das SO3 in den Zwischenabsorber. Obwohl die Absorption von Schwefeltrioxid in einer wässrigen Lösung möglich ist, könnte eine solche stark exotherme Reaktion die Anlage angreifen und zerstören. Das SO3 reagiert mit 98 %iger Schwefelsäure, wobei sich hochkonzentrierte Säure bildet.

SO3 + H2O → H2SO4

Um die Umweltbelastung zu reduzieren, strömen die SO2-haltigen Abgase aus dem Zwischenabsorber nochmals in den Konverter. Dort werden sie zur Vorbereitung des Schwefeltrioxids für die Verarbeitung zu Schwefelsäure im Endabsorber genutzt. Ein Zwischenprodukt im Doppelkontaktverfahren ist Oleum, welches aus 100%iger Schwefelsäure, angereichert mit SO3, besteht.

Die möglichen Anwendungen sind u.a.:

  • Produktion hochkonzentrierter Schwefelsäure
  • Herstellung von Caprolactam und Nylon
  • Nitrierungsprozess in Kombination mit Salpetersäure

Oleum entsteht durch die Absorption von SO3 in einem Oleum-Absorptionsturm. Die LiquiSonic® Sensoren liefern eine exzellente Prozesskontrolle in Oleum bei Konzentrationen zwischen 20 – 30 m% und 50 – 60 m% wie der Graph veranschaulicht. Die Sensoren werden idealerweise in den Zu- und Rücklaufleitungen der Absorptionstürme und nach der Verdünnungseinheit installiert.

Verlauf der Schallgeschwindigkeit und Dichte bei Schwefelsäure und Oleum

LiquiSonic® Messstellen im Doppelkontaktverfahren

Kontaktverfahren

Ursprünglich wurde das Kontaktverfahren (WSA) entwickelt, um Schwefelkomponenten aus Abgasen diverser Industrieherstellungsprozesse zu entfernen. Im Gegensatz zum Doppelkontaktverfahren verbleibt hier der Wasserdampf im entstehenden SO2. Dank eines speziellen Vanadium-enthaltenden Katalysators hat das Gas keine negativen Auswirkungen auf die katalytische Oxidation von SO2 zu SO3 im Konverter.
Schließlich gelangt das Schwefeltrioxid beim Kontaktverfahren in den Kondensator, wo Wasserdampf kondensiert und SO3 in H2SO4 umwandelt. Hierbei ist eine Konzentration von 98 m% typisch. Um die Konzentration direkt in der Leitung zu messen, ist eine Installation der LiquiSonic®-Sensoren am Ende des Kondensators und der Verdünnungseinheit erforderlich.

Kundennutzen

Mit der hohen Sensitivität der Schallgeschwindigkeit in Bezug auf die Schwefelsäurekonzentration erreichen die LiquiSonic® Sensoren eine sehr hohe Genauigkeit von ± 0,03 m%.
Die LiquiSonic® Messsysteme übertreffen die Genauigkeit von Leitfähigkeit und Dichte, da im Konzentrationsbereich von 80 – 100 m%, wie oben dargestellt, ein klares Schallsignal vorliegt und sehr präzise Messungen möglich sind. Beim Senken auf ein hochkorrosives Säureniveau unter 95 m% erkennen die LiquiSonic® Messsysteme diese kritische Situation und verringern die Wahrscheinlichkeit, dass Wärmetauscher oder andere Komponenten Schaden nehmen. Dies erhöht die Prozesskontrolle und -sicherheit.
Die inline LiquiSonic® Analysegeräte reduzieren die manuellen Labormessungen und sparen Ressourcen und Materialkosten. Beispiel für ein typisches Labor-Titrationsbudget für Schwefelsäuremessungen:

  • Probenentnahmezeit: 15 Minuten
  • Häufigkeit der Probenentnahme: 6 Mal pro Tag
  • Amortisierung meist unter 12 Monaten, daneben Laborkosten weitere Kosten entfallen (Probenentnahmestellen, Prozesskorrosion, Anlagentod)

Zusätzlicher Kundennutzen der LiquiSonic® Messsysteme:

  • einfache, nutzerfreundliche Installation (Plug & Play)
  • exzellente Langzeitstabilität
  • ein Messgerät für alle Applikationen
  • umfassende Diagnosefunktionen
  • sehr genaue Messergebnisse in allen relevanten Konzentrationsbereichen
  • verbesserte Prozesskontrolle und -sicherheit