О производстве серной кислоты

[Книжный червь]

Исторически было несколько способов получить серную кислоту:

1. Сжигание смеси серы и селитры в присутствии воды (камерный способ): 2KNO3 + 2S = K2SO4 + SO3 + NO2 + NO

                                                                                                                     SO3 + H2O = H2SO4                     

2. Нитрозный способ: окисление SO2 оксидами азота:

2NO + O2 = 2NO2

SO2 + NO2 = SO3 + NO

и смешивание SO3 c концентрированной серной кислотой.

 

3. Контактный способ: окисление SO2 до SO3 на катализаторах (оксид ванадия V). На платине еще лучше, но дорого, а оксид железа Fe2O3 требует температуры, которая для данной реакции неоптимальна.

 

А почему не делали так?

 

1. Обжиг пирита: 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2

2. SO2 + Cl2 = SO2Cl2 (катализатор - активированный уголь). Продукт - хлористый сульфурил.

3. Увеличим концентрацию путем дистилляции.

4. Растворим хлористый сульфурил в воде: SO2Cl2 + 2H2O = 2HCl + H2SO4.

Таким образом получаем серную и соляную кислоту.

 

 

 

Изменено 9 May 2022 пользователем Книжный червь

[asdetr]

А почему не делали так?

1. Дорогой хлор, его источник - электролиз растворов NaCl. Кроме высокой себестоимости, требуется высокий технический уровень (особенно в совокупности с п. 3).

2. Побочные продукты - соляная кислота и щелочь - в объемах, характерных для сернокислотных производств не нужны.

3. Продукт и реакционные среды исключительно коррозионноактивны. Кроме того, появляются побочные продукты взаимодействия угля с диоксидом серы и хлором - SOCl2 и СОCl2. Проблему решить можно, но зачем?

[sanitareugen]

Потому, что серная кислота стоит 200-300 рублей за кг, а хлор 500-600. И немного потому, что серную кислоту знали с IX века (возможно, и ранее), а хлор открыли в 1774.

[Книжный червь]

Потому, что серная кислота стоит 200-300 рублей за кг, а хлор 500-600.

Вот этот момент непонятен. Почему электролиз, к примеру,  морской воды - это дороже, чем окисление сернистого газа с использованием редкого ванадия?

И кстати, откуда берется оксид азота в промышленных количествах для нитрозного метода?

Если я правильно помню, оксид азота NO получается каталитическим окислением аммиака на платине, это стадия производства азотной кислоты.

NO затем окисляется до NO2 кислородом воздуха и в башню подается смесь NO и NO2

Изменено 9 May 2022 пользователем Книжный червь

[sanitareugen]

Ни ванадий, ни платина не расходуются. Это катализаторы. В отличие от электроэнергии.

[Книжный червь]

Ни ванадий, ни платина не расходуются. Это катализаторы. В отличие от электроэнергии.

То есть катализаторы не отравляются продуктами реакции?

[Звёзды Светят]

Почему электролиз, к примеру,  морской воды - это дороже, чем окисление сернистого газа с использованием редкого ванадия?

 

Потому что электролиз возможно проводить вблизи от дешёвого источника энергии, например, каскада природных водопадов.

 

 

[sanitareugen]

Продуктами реакции не отравляются, но примесями могут. Прежде всего мышьяком и фтором. Поэтому через несколько лет (3-5, а при хорошей очистке газов и все 10) катализатор меняют, отправляя на завод для переработки. Это затратно, но, соотнося стоимость катализатора к массе выработанной серной кислоты, видим, что в общей цене это очень малая доля.

[sanitareugen]

Вообще же это иллюстрация "трёх степеней невозможности" - принципиально невозможно, технически нереализуемо, экономически нерентабельно.

Принципиально возможно, реакция такая есть.

Технически реализуемо, хотя надо решить задачи повышения кислотостойкости, научиться разделять серную и соляную кислоты, защититься от ядовитых побочных продуктов (один из них - боевое ОВ фосген, второй тионилхлорид, сам по себе не ОВ, хотя и прекурсор ОВ, но достаточно токсичен, ПДК по нему 0.3 мг/м³, а по фосгену 0.5 мг/м³)

А экономически провально.

В частности, потому, что для контактного способа катализатор не расходуется (хотя и приходится заменять, перерабатывая старый), в нитрозном NO тоже катализатор (но теряющийся с газами, так что требуется пополнение, это увеличивает стоимость), а в Вашем Cl расходуемый реагент (превращающийся в итоге в соляную кислоту, но для неё и потребность ниже, и сама она дешевле элементарного хлора).

[Книжный червь]

Таким образом, если стоит задача: "серная кислота максимально просто", то лучший вариант - рецепт XVIII века:

1. Пирит Fe2S окислялся на воздухе до 3 лет, превращаясь в железный купорос FeSO4.

2. Железный купорос, окисляясь на воздухе, превращался в сульфат железа (III)

12 FeSO4 + 6 H2O + 3 O2 => 4 Fe2(SO4)3 + 4 Fe(OH)3

3. Сульфат железа (III) в горячей воде разлагается:  Fe2(SO4)3 + 6 H2O => 3 H2SO4 + 2 Fe(OH)3

Это просто, проще только сжигание серы и селитры.

Ваши слова про дорогой хлор заставили меня придумать следующую цепочку:

1. Обжигаем пирит с солью: 2FeS2 + 2 NaCl + 8 O2 => Fe2(SO4)3 + Na2SO4 + Cl2

2. И разлагаем сульфат кипятком: Fe2(SO4)3 + 6 H2O => 3 H2SO4 + 2 Fe(OH)3

Отходы получаются очень полезные, что хлор, что сульфат натрия.

 

Ну, в принципе, если знать, что искать (ванадий), то можно упороться так:

Титаномагнетитовая пыль варится в растворе поташа K2CO3 с продувкой воздухом.

Из метаваданата калия KVO3 уксусом высаживаем V₂O_5.

В его расплаве с поддувом воздуха серебро растворяется даже не доходя до плавления,  давая метаванадат серебра AgVO3. Расплавом метаванадата серебра пропитывается распушенный асбест, настаивается на крепком растворе уксуснокислого калия и обжигается на воздухе — и катализатор полностью готов — им можно набивать контактный аппарат — глазированную изнутри шамотную трубку.

Думаю, на уровне технологий 1900 года реализуемо

Изменено 13 May 2022 пользователем Книжный червь

[sanitareugen]

У меня впечатление. что способ получения серной кислоты заодно с хлором Вы нашли в Википедии, а она, в свою очередь, в учебнике неорганической химии Четяну (пер. с румынского. 1971). Но там указывается на возможность такой реакции, а не на промышленное её использование. Могу лишь предполагать, что реакция дико эндотермическая, и прокаливать надо в чём-то вроде электропечи, с соответствующим расходом энергии. Т.е. прежде она была невозможна, теперь лишь нерентабельна. Впрочем, готов выслушать Ваши доказательства реальности использования подобной технологии.

Изменено 13 May 2022 пользователем sanitareugen

[Книжный червь]

Было такое предложение, только для получения сульфата натрия, глауберовой соли. Впрочем, с продуктами реакции наврали, хлор возможен, а сульфат железа - нет.

2FeS₂ + 8NaCl +190 = 4Na₂SO₄ + Fe₂O_З + 8Cl

или как вариант: 2FeS₂ + 8NaCl + 4H₂O + 15O = Na₂SO₄ + Fe₂O₃ + 8HCl

Нерентабельно, реакция до конца не шла.