Darstellung von Schwefelsäure. ein Referat von Melanie Rauhut Michael Voßkuhl

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1 Darstellung von Schwefelsäure ein Referat von Melanie Rauhut Michael Voßkuhl

2 Inhaltsangabe Allgemeine Bedeutung der Schwefelsäure Geschichte der Schwefelsäuredarstellung Das Kontaktverfahren Das Bleikammerverfahren (veraltet) Kurze Zusammenfassung

3 Bedeutung der Schwefelsäure Schwefelsäure: ist die preiswerteste und die mit am meisten hergestellte Säure und Chemikalie. wird in nahezu allen chemischen Prozessen direkt oder indirekt eingesetzt, z.b. zur Herstellung sämtlicher Mineralsäuren wird zum größten Teil zu Kunstdünger weiterverarbeitet. stellte lange Zeit in ihrer Jahresproduktion nach dem Chlor einen Indikator für den Leistungsstand eines Landes dar.

4 Geschichte der Schwefelsäuredarstellung 1450 beschrieb Basilius Valentinus die Erzeugung von Schwefelsäure durch Verbrennen von Schwefel mit Salpeter. 16. Jhd Gewinnung von Schwefelsäure durch kostspielige thermische Zersetzung von wasserhaltigen Sulfaten. ab 1746 der Engländer J. Roebuch führt die Verbrennung von Schwefel mit Salpeter in Bleikammern zunächst ohne Luftzufuhr ein N. Clement und C. B. Desormes führen die Verbrennung in Bleikammern unter Luftzufuhr ein. Erstmals großtechnische Erzeugung von Schwefelsäure für die Sodaherstellung in den USA Entwicklung der Oxidation von Schwefeldioxid mit Luft am Pt- Kontakt durch P. Phillips C. Winkler und später R. Knietsch entwickeln den Vanadiumpentaoxid Kontakt, der die Schwefelsäure zur billigsten in großer Menge beziehbaren Säure machte.

5 Das Kontaktverfahren Das Kontaktverfahren umfasst vier Schritte: 1. Darstellung eines Gemisches von Schwefeldioxid und Luft 2. Reinigung des Gasgemisches 3. Umsetzung des Gasgemisches am Kontakt 4. Vereinigung des gebildeten Schwefeltrioxids zur Schwefelsäure

6

7 Darstellung von Schwefeldioxid Schwefeldioxid wird hauptsächlich durch Verbrennen von Schwefel gewonnen: S + O 2 SO 2 Hierzu setzt man flüssigen, auf C erhitzten und in Druckzerstäubern, Zweistoffbrennern oder Rotationszerstäubern fein verteilten Schwefel mit trockener Luft um. Weitere Quellen für Schwefeldioxid: - Abrösten von Sulfiden - Verbrennung von Schwefelwasserstoff (aus dem Kokereiprozess) - Zersetzung von Sulfaten (Rauchgasentschw. od. TiO 2 Produktion) - Zersetzung von Abfallschwefelsäuren (Recycling von Schwefelsäure)

8 Reinigung des SO 2 / Luftgemisches Wenn kein reiner Schwefel zur SO 2 -Gewinnung verwandt wurde, dann muss das entstandene Gas gereinigt werden, da: 1. Flugstaub mechanisch oder 2. Kontaktgifte wie Arsenverbindungen chemisch den Katalysator beeinträchtigen oder zerstören können. Dies geschieht in der Industrie durch: Zyklone Elektrische Gasreinigung ( Elektrofiltration )

9 Umsetzung von SO 2 zu SO 3 am Kontakt SO 2 und Luft werden mit Vanadiumpentaoxid als Katalysator (Kontakt) zu Schwefeltrioxid bei ca. 450 C umgesetzt: Reaktionsgleichung V 2 O 5 + SO 2 V 2 O 4 + SO 3 V 2 O 4 + 0,5 O 2 V 2 O 5 SO 2 + 0,5 O 2 SO 3 ( - 98,98 kj ) Gemäß dem MWG wird zur Vergrößerung der Ausbeute bei Überdruck gearbeitet und die entstandene Wärme wird in Wärmetauschern abgeführt. Dies geschieht großtechnisch in sog. Kontaktkesseln.

10 Umsetzung von SO 2 zu SO 3 am Kontakt (a) Temperaturabhängigkeit der SO 3 Ausbeute (Startgem.: 10 Vol.-% SO 2 ) (b) Kontaktkessel (13 m Höhe, 10m Durchmesser, 80 t Katalysator) zur Gewinnung von SO 3 aus SO 2

11 Umsetzung des SO 3 Gases zur H 2 SO 4 Das gebildete SO 3 kann nicht einfach mit H 2 0 zur H 2 SO 4 umgesetzt werden, da hierbei ein Grossteil des SO 3 entweicht, ohne sich mit H 2 O umzusetzen. Konzentrierte Schwefelsäure nimmt hingegen das SO 3 momentan und vollständig unter Bildung von Dischwefelsäure auf. Diese wird dann hydrolysiert, und man erhält konzentrierte 98prozentige Schwefelsäure. Reaktionsgleichungen: SO 3 + H 2 SO 4 H 2 S 2 O 7 H 2 S 2 O 7 + H 2 O H 2 SO 4 + H 2 SO 4 SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 In den Handel gelangt die Kontaktsäure als konzentrierte Schwefelsäure (98%ige Schwefelsäure) oder als rauchende Schwefelsäure ( Oleum ; Vitriolöl ), d.h. eine Schwefelsäure mit einem Überschuss an SO 3.

12 Doppelkontaktverfahren (vereinfacht) Schwefel - Verbrennungsofen Schwefel Dam pf Verdampfer Kontaktkessel Kesselspeisewasser Abhitzek essel Dampftromm el Dampfüberhitzer Economizer Luft Zwischenabs orber Endabsorber Abgas H 2 SO 4 Zwischenwärmeaustauscher Lufttrockner H2O H 2O

13 Bleikammerverfahren (veraltet) Statt durch Vanadiumoxide bei 500 C (Kontaktverfahren) kann die Oxidation des SO 2 mit Luft zu SO 3 auch durch Stickoxide bei 80 C (Bleikammerverfahren) katalysiert werden. Vereinfachte Reaktionsgleichung: N 2 O 3 + SO 2 2 NO + SO 3 2 NO + 0,5 O 2 N 2 O 3 SO 2 + 0,5 O 2 SO 3 Probleme: Die maximale Säurekonzentration beträgt 78% (Kontaktverfahren: 98 %). Teile der Stickstoffoxide werden zu N 2 O und N 2 reduziert und müssen ersetzt werden. Folge: Das Bleikammerverfahren findet fast keine Anwendung mehr und wird nur noch für die Verarbeitung von Röstgasen mit sehr niedrigem SO 2 Gehalt (0,8 1,5 Vol.%) genutzt.

14 Kurze Zusammenfassung Schwefelsäure ist eine der wichtigsten und am meisten produzierten Chemikalien weltweit. Die Darstellung erfolgt fast ausschließlich durch das Kontakt- bzw. Doppelkontaktverfahren. Diese Verfahren machten und machen die Schwefelsäure zur preiswertesten Säure aller Säuren. Aus umwelttechnischen Gründen nimmt die Produktion von Schwefelsäure seit den neunziger Jahren ab, da immer mehr chemische Verfahren umgestellt werden, so dass sie ohne Schwefelsäure auskommen.

15 Quellenverzeichnis Holleman-Wiberg Lehrbuch der Anorganischen Chemie 101. Auflage Walter de Gruyter Berlin / New York 1995 Römpp Lexikon Chemie Version 2.0 Georg Thieme Verlag Stuttgart / New York 1999

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