Produccin decido sulfricoQumica de los procesos industriales2006

cido sulfrico

Importancia del cido sulfricoEs el producto qumico de mayor produccin a escala mundial Produccin anual mundial:150 MTonEs una medida del potencial qumico-industrial de un pascido fuerte, fijo, de bajo precioSe utiliza principalmente en la industria qumica como reactivo en diferentes procesos

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Propiedades

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Propiedades qumicascidoH2SO4(ac) HSO4-(ac) SO42-(ac)OxidanteCu + H2SO4 CuSO4 + SO2 + H2ODeshidratanteC11H22O11(s) + H2SO4(l) C(s) + H2O + H2SO4(ac)SulfonanteCH3C6H5(l) + H2SO4(l) CH3C6H4SO3H + H2O

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Usos

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Productos comercialesConcentracincido de bateras: 33.5%cido para fertilizantes: 62.2%cido de Glover: 77.7%Reactivo: 98%PurezaTcnico (fertilizantes, metalurgia)Puro (bateras, productos orgnicos)

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Esquema de fabricacinObtencin de SO2(g), a partir de:AzufreSulfuros de metalurgias no-ferrosascido sulfhdrico (gas natural y petrleo)Reciclaje de cido sulfricoOxidacin SO2(g) SO3(g)Mtodo de las cmaras de plomoMtodo de contactoAbsorcin de SO3(g) por agua

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AzufreEstado naturalElemental (4%)Depsitos sedimentarios y volcnicosCombinadoSulfuros metlicos (4%)Combustibles fsiles (87%)Gas natural (5%)Sulfatos (yeso)PropiedadesSlido amarillo plido, con varias formas alotrpicasTemperatura de fusin: 112-114CViscosidad alta a temperaturas menores de 160CAbundancia en corteza0.05%

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Proceso Frasch (1900)Se extrae azufre elemental de depsitos subterrneosProfundidad: 50-80mAzufre mezclado con mineralesTres tuberas concntricasInyeccin de agua sobrecalentada a 165C (central)Inyeccin de aire comprimido caliente (externa)Ascensin de azufre lquido espumado (intermedia)

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Extraccin por mtodo FraschEn la actualidad, la extraccin de azufre elemental representa slo el 13% de la produccinEn 1973, representaba el 73%

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Proceso ClausMateria primaH2S (gas natural, depuracin de gases residuales de utilizacin o procesamiento de combustibles fsiles)Alto rendimiento (96-98%) y elevada pureza del azufre obtenidoPor regulaciones ambientales, en la actualidad representa aproximadamente el 50% del azufre producido

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Proceso en dos etapasEtapa trmicaH2S es oxidado por aire (combustin)Horno a alta temperaturaSe forma SO2 como producto principal, quedando H2S sin reaccionar y producindose algo de azufreEtapa cataltica H2S reacciona con SO2 para formar azufreBajas temperaturasCatalizador: bauxita

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Reacciones

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Esquema de produccinReaccin total: 3H2S + 3/2O2 3S + 3H2O

H = -664 kJ

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Aprovechamiento de minerales pirticos

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Produccin de SO2 por tostacinMinerales pirticosLa pirita (FeS2) pulverizada se quema en presencia de aire a temperaturas cercanas a 1000 C y se produce SO2 y xidos de hierroEl SO2 producido se encuentra contaminado con polvo, humedad. El gas debe ser sometido a varias etapas de purificacin antes de alimentarlo a oxidacin cataltica.

FeS2 Pirita ZnS Esfalerita o blenda CuFeS2 Calcopirita FeS Pirrotita FeZnS2 Esfalerita PbS Galena HgS Cinabrio Cu2S Calcosina CuS Covellita Cu3FeS3 Bornita AsFeS Mispiquel

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Hornos de tostacinReacciones2FeS2 + 11/2O2 Fe2O3 + 4SO2 + 411.1 Kcal3FeS2 + 8O2 Fe3O4 + 6SO2 + 585.8 KcalDos objetivosObtener gas y cenizasRecuperar el calor generado

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Mtodo de las cmaras de plomoCatlisisHomogneapor NO2

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ProcesoCmarasOxidacin de H2SO3 a H2SO4Torre de Gay-LussacAbsorcin de xidos de nitrgeno provenientes de las cmarasTorre de GloverEnfriamiento de gasesConcentracin de cido de cmarasDesnitracin de cido proveniente de torre Gay-Lussac

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Reacciones qumicasCmarasSO2 + H2O H2SO3H2SO3 + NO2 H2SO4NOH2SO4NO H2SO4 + NONO + O2 NO2SO2 + O2 + H2O H2SO4Torre de GloverNOHSO4 + HNO3 H2SO4 + 2NO22 NOHSO4 + H2O 2H2SO4 + NO + NO2Torre de Gay-Lussac(N2O3, N2O4) + H2SO4 NOHSO4 + HNO3 + H2O

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Mtodo de contactoEs el utilizado actualmenteProduce cido 98-99%Oxidacin de SO2 a SO3 en reaccin cataltica heterognea, con V2O5 como catalizadorTres etapasDepuracin de gases de entradaReaccin catalticaAbsorcin de SO3

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Depuracin de gasesEspecialmente necesaria cuando el SO2 proviene de tostacin de piritasImpurezas a eliminarPolvoAs2O3HalurosAguaAl entrar al convertidor, el SO2 tiene concentracin de 10-12% y temperatura 420C

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ReaccionesReacciones qumicasS + O2 SO2SO2 + O2 SO3SO3 + H2O H2SO4S + 3/2O2 + H2O H2SO4Reacciones catalticasSO42- + SO3 S2O72-2V5+ + O2- + SO2 SO3 + 2V4+2V4+ + O2 2V5+ + O2-SO2 + O2 SO3

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Esquema del proceso

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ConvertidorReaccin:SO2(g) + O2(g) SO3(g) H = -95.5 kJ/molConstante de equilibriokP = pSO3/ pSO2pO20.5

Conversinpresintemperaturavelocidad

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Operacin del convertidor (I)Enfriamientoentre etapasCatalizadorV2O5sobrezeolitas

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Operacin del convertidor (II)SO2 410-430C

4 (99.5%)3 (93%)21% Conversin 60-65% T = 615-635 C% Conversin 60-65% T =435-450 C% Conversin 85-90% T = 520 C% Conversin 85-90% T = 435-455 CInt.Int.

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Doble contacto

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Absorcin de SO3Reaccin:SO3(g)+ H2O(l) H2SO4(l)H = -89 kJ/molLa reaccin directa no se utiliza, porque el fuerte desprendimiento de calor lleva a ebullicin la solucinEl SO3 se absorbe en cido sulfrico 98%En exceso de SO3, puede formarse H2SO4SO3 (leum 20%)

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Absorbedores

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Aspectos ambientalesLas emisiones de SO2(g), SO3(g) y vapor de H2SO4 representan los principales riesgos ambientalesEn todos los casos, pueden contribuir a la lluvia cidaSe toma como referencia de contaminacin la cantidad de SO2/SO3 liberado a la atmsfera, por unidad de produccin de cido sulfricoEn escala global, las plantas de produccin de cido sulfrico no representan la contribucin principal a la lluvia cidaLas plantas de generacin de energa elctrica que utilizan combustibles fsiles son la fuente principal

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Qumica de los procesos industrialescido sulfricoQumica de los procesos industrialescido sulfricoQumica de los procesos industrialescido sulfricoQumica de los procesos industrialescido sulfricoQumica de los procesos industrialesRelacin molar H2S:O2 2:1El H2S es absorbido antes en solucin acuosa de etanolamina, para purificarlo (envenenamiento de catalizador). Al calentar la solucin, se desprende el cido purificado.cido sulfricoQumica de los procesos industrialescido sulfricoQumica de los procesos industrialescido sulfricoQumica de los procesos industrialescido sulfrico