Die Herstellung von Schwefelsäure. Vortrag Sommersemester 08

Transkript

1 Anorganische Chemie I Die Herstellung von Schwefelsäure Anorganische Chemie I I Vortrag Sommersemester 08 Sommersemester

2 Überblick Einleitung Geschichte alte Herstellungsverfahren moderne Herstellungsverfahren Anwendung Zusammenfassung Inhaltsverzeichnis/Überblick: Überblick Einleitung Geschichte alte Herstellungsverfahren moderne Herstellungsverfahren Anwendung Zusammenfassung Literaturverzeichnis Fragen/ Diskussion 2

3 Überblick Einleitung Geschichte alte Herstellungsverfahren moderne Herstellungsverfahren Anwendung Zusammenfassung Skript: Allgemeine Chemie 3

4 Überblick Einleitung Geschichte alte Herstellungsverfahren moderne Herstellungsverfahren Anwendung Zusammenfassung Schwefelsäure Produktion 2005: (H2SO4) Weltweit: nach IUPAC: Dihydrogensulfat, veraltet Vitriolöl 140 *10^6 t eines der wichtigsten Großtechnischen Produkte Deutschland: > eine der bedeutendsten Chemikalien 5,6*10^6 t Eigenschaften: farblose, ölige, viskose, hygroskopische Flüssigkeit stark ätzend, sehr starke Säure Schmelzpunkt 10,38 C; Siedepunkt 279,6 C Verwendung: als Konzentrat oder verd. in wässriger Lösung Vorkommen: Bestandteil des sauren Regens (Atmosphäre) gering in vulkanischen Quellen (Solfataren) Ihre Salze existieren häufiger > vor allem Sulfat Mineralien (Gips, Baryt, Chalkanthit) Atmosphäre der Venus 4

5 Überblick Einleitung Geschichte alte Herstellungsverfahren moderne Herstellungsverfahren Anwendung Zusammenfassung Geschichte Im 8. Jahrhundert als Vitriolöl bekannt Erste Herstellungsverfahren von Albertus Magnus ( ) und Basilius Valentinus (um 1600) durch Verbrennung von Schwefel und Salpeter Im 13. Jahrhundert Herstellung nach dem Vitriolverfahren 1746 Entwicklung des Bleikammerverfahrens 18. Jahrhundert industrielle Bedeutung Um 1840 entdeckt Justus von Liebig die Verwendbarkeit als Dünger 5

6 Überblick Einleitung Geschichte Herstellungsverfahren alte Herstellungsverfahren moderne Herstellungsverfahren Anwendung Zusammenfassung Übersicht der Herstellverfahren: 6

7 Überblick Einleitung Geschichte alte Herstellungsverfahren moderne Herstellungsverfahren Anwendung Zusammenfassung Vitriolverfahren Schwefelsäure.?!?!?! >Sulfate auf hohe Temperatur erhitzen, Schwefeltrioxid (SO3) in Wasser einleiten Johann Rudolph Glauber ( ) Problematik: sehr aufwendig sehr teuer 7

8 Überblick Einleitung Geschichte alte Herstellungsverfahren moderne Herstellungsverfahren Anwendung Zusammenfassung Bleikammerverfahren große bleiummantelte Ziegeltürme als Reaktionsbehälter gasförmiges Schwefeldioxid, Luft, Wasser und Stickoxide reagieren zu Schwefelsäure Säure rieselt in Tropfen auf dem Kammerboden Gay Lussac (1827) und Glover (1859) entwickelten Methoden und Vorrichtungen zur Rückgewinnung der Stickstoffoxide und deren Rückführung > kontinuierlicher Ablauf O 2 + 2NO 2NO 2 ; NO 2 + NO + H 2 O 2HNO 2 ; SO 2 + H 2 O H 2 SO 3 ; H 2 SO 3 + 2HNO 2 H 2 SO 4 + H 2 O + 2NO Problematik: max. Säurekonzentration von 78 % Konz. Lösungen mussten über die aufwendige Destillation von Eisensulfat hergestellt werden 8

9 Überblick Einleitung Geschichte alte Herstellungsverfahren moderne Herstellungsverfahren Anwendung Zusammenfassung Kontaktverfahren technisches Verfahren zu Herstellung von H2SO4 mittels eines festen Katalysators ca. seit 1900 industrielle Nutzung Rohstoffbasis: elementarer Schwefel und sulfidische Erze insbesondere Pyrit (FeS2). Basis: Oxidation von SO2 zu SO3 unter Katalysatoreinfluss (Beschleunigung) 4. Reaktionsschritte: 1.Schritt: Herstellung von Schwefeldioxid a) Verbrennung von elementarem Schwefel b) Rösten von Erzen mit Luftsauerstoff 9

10 Überblick Einleitung Geschichte alte Herstellungsverfahren moderne Herstellungsverfahren Anwendung Zusammenfassung Grund: Kontaktverfahren Zu hohe T notw. für eine ausreichend 2.Schritt: Umwandlung von Schwefeldioxid in Schwefeltrioxid schnelle Reaktion > Endotherme Reaktion keine direkte Reaktion von Schwefeldioxid und Sauerstoff Steuerung der Reaktion durch geeignete Katalysatoren > ausreichend schnelle Reaktion, nicht zu hohe T 1.Reaktionsschritt: Vanadiumpentoxid (V2O5) Hordenkontaktofen 2.Reaktionsschritt: Reaktionsbedingungen: T zw. 420 C und 620 C 10

11 Überblick Einleitung Geschichte alte Herstellungsverfahren moderne Herstellungsverfahren Anwendung Zusammenfassung Kontaktverfahren 3.Schritt: Umsetzung von Schwefeltrioxid mit Schwefelsäure Zwischenabsorber: Einleitung von Schwefeltrioxid in konz. H2SO4 (da Reaktion mit Wasser zu langsam ) SO 3 +H 2 SO 4 H 2 S 2 O 7 4.Schritt: Bildung von Schwefelsäure Verdünnung der Dischwefelsäure (H2S2O7) mit Wasser > Hydrolyse zu zwei Molekülen Schwefelsäure 11

12 Überblick Einleitung Geschichte alte Herstellungsverfahren moderne Herstellungsverfahren Anwendung Zusammenfassung Kontaktverfahren Im Überblick 12

13 Überblick Einleitung Geschichte alte Herstellungsverfahren moderne Herstellungsverfahren Anwendung Zusammenfassung Doppelkontaktverfahren: Weiterentwicklung des Kontaktverfahrens: Restgas nach der Zwischenabsoption wird nochmals über eine Kontaktschicht geleitet höhere Umsetzung des Schwefeldioxids v. bis zu 99,7 % 1960: Fa. Bayer meldet das Doppelkatalyseverfahren zum Patent an erste Inbetriebnahme 1964 Vorteile: rentabler und umweltfreundlicher ermöglicht (durch SO3 Zwischenabsorption) eine entscheidende Erhöhung des SO2 Endumsatzes >Folge: Verringerung der SO2 Emmission 13

14 Überblick Einleitung Geschichte alte Herstellungsverfahren moderne Herstellungsverfahren Anwendung Zusammenfassung Doppelkontaktverfahren: 14

15 Überblick Einleitung Geschichte alte Herstellungsverfahren moderne Herstellungsverfahren Anwendung Zusammenfassung Anwendung: 70% der Produktion wird zur Herstellung von Sulfaten und Düngemittel verwendet Im Gemisch mit Salpetersäure können Explosivstoffe hergestellt werden Bleiakku der Autobatterie enthält 37%ige Schwefelsäure Als Rohstoff in der Waschmittelherstellung Trennung von Gold und Silber aus Erzen Chlorherstellung Katalysator 15

16 Überblick Einleitung Geschichte alte Herstellungsverfahren moderne Herstellungsverfahren Anwendung Zusammenfassung Zusammenfassung: eine der wichtigsten und meistproduziertesten Chemikalien Aktuell fast ausschließliche Produktion über das Doppelkontaktverfahren Zurückstufung der Produktion aus Umweltgründen, u.a.: Bestandteil des sauren Regens > Ursache für das Waldsterben Acid Mine Drainage (saure Abflüsse) > Toxische Wirkung auf Gewässerlebewesen 16

17 Überblick Einleitung Geschichte alte Herstellungsverfahren moderne Herstellungsverfahren Anwendung Zusammenfassung Quellenangabe: Literatur: Chemie: Das Basiswissen der Chemie Charles E. Mortimer 8. Auflage, Thieme Riedel/Janiak 7. Auflage, de Gruyter Internet: Chemie Duden Basiswissen Schule referate.de/schwefelsaeure eigenschaften herstellung verwendung 67.html 17