El proceso de contacto es un método para producir ácido sulfúrico en las altas concentraciones necesarias para los procesos industriales. Originalmente se utilizaba platino como catalizador para esta reacción; sin embargo, debido a que es susceptible de reaccionar con impurezas de arsénico en la materia prima de azufre, desde entonces se ha preferido el óxido de vanadio (V) (V 2 O 5 ). [1]
Este proceso fue patentado en 1831 por el comerciante de vinagre británico Peregrine Phillips. [2] [3] [4] Además de ser un proceso mucho más económico para producir ácido sulfúrico concentrado que el proceso de cámara de plomo anterior , el proceso de contacto también produce trióxido de azufre y oleum .
En 1901 Eugen de Haën patentó el proceso básico que implica la combinación de dióxido de azufre y oxígeno en presencia de óxidos de vanadio , produciendo trióxido de azufre que se absorbía fácilmente en agua, produciendo ácido sulfúrico . [5] Este proceso se mejoró notablemente al reducir el tamaño de partícula del catalizador (por ejemplo, ≤ 5000 micrones), un proceso descubierto por dos químicos de BASF en 1914. [6] [7] [8]
El proceso se puede dividir en cuatro etapas:
Es necesario purificar el aire y el dióxido de azufre (SO2 ) para evitar el envenenamiento del catalizador (es decir, eliminar las actividades catalíticas). A continuación, el gas se lava con agua y se seca con ácido sulfúrico.
Para conservar energía, la mezcla se calienta con los gases de escape del convertidor catalítico mediante intercambiadores de calor.
El dióxido de azufre y el dioxígeno reaccionan entonces de la siguiente manera:
Según el principio de Le Chatelier , se debe utilizar una temperatura más baja para desplazar el equilibrio químico hacia la derecha, aumentando así el rendimiento porcentual. Sin embargo, una temperatura demasiado baja reducirá la velocidad de formación a un nivel antieconómico. Por lo tanto, para aumentar la velocidad de reacción, se utilizan temperaturas altas (450 °C), presiones medias (1-2 atm ) y óxido de vanadio (V) (V 2 O 5 ) para garantizar una conversión adecuada (> 95%). El catalizador solo sirve para aumentar la velocidad de reacción, ya que no cambia la posición del equilibrio termodinámico . El mecanismo de acción del catalizador comprende dos pasos:
El trióxido de azufre caliente pasa a través del intercambiador de calor y se disuelve en H 2 SO 4 concentrado en la torre de absorción para formar óleum.
Tenga en cuenta que disolver directamente SO3 en agua no es práctico debido a la naturaleza altamente exotérmica de la reacción. Se forman vapores o nieblas ácidas en lugar de líquido.
El óleum reacciona con agua para formar H2SO4 concentrado .
Esto incluye la torre de desempolvado, las tuberías de enfriamiento, los depuradores, la torre de secado, el purificador de arsénico y la caja de prueba. El dióxido de azufre tiene muchas impurezas como vapores, partículas de polvo y óxido arsénico . Por lo tanto, debe purificarse para evitar el envenenamiento del catalizador (es decir: destruir la actividad catalítica y la pérdida de eficiencia). En este proceso, el gas se lava con agua y se seca con ácido sulfúrico. En la torre de desempolvado, el dióxido de azufre se expone a un vapor que elimina las partículas de polvo. Después de que el gas se enfría, el dióxido de azufre ingresa a la torre de lavado donde se rocía con agua para eliminar cualquier impureza soluble. En la torre de secado, se rocía ácido sulfúrico sobre el gas para eliminar la humedad. Finalmente, el óxido de arsénico se elimina cuando el gas se expone al hidróxido férrico .
El siguiente paso del proceso de contacto es la doble absorción por contacto doble (DCDA). En este proceso, los gases del producto (SO2 ) y (SO3 ) pasan a través de torres de absorción dos veces para lograr una mayor absorción y conversión de SO2 en SO3 y la producción de ácido sulfúrico de mayor calidad.
Los gases ricos en SO2 ingresan al convertidor catalítico, generalmente una torre con múltiples lechos catalíticos, y se convierten en SO3 , logrando así la primera etapa de conversión. Los gases que salen de esta etapa contienen tanto SO2 como SO3 , que pasan a través de torres de absorción intermedias donde el ácido sulfúrico se filtra por columnas compactas y el SO3 reacciona con el agua, lo que aumenta la concentración de ácido sulfúrico. Aunque el SO2 también pasa por la torre, no es reactivo y sale de la torre de absorción.
Esta corriente de gas que contiene SO 2 , después del enfriamiento necesario, pasa a través de la columna del lecho del convertidor catalítico logrando nuevamente hasta un 99,8% de conversión de SO 2 a SO 3 y los gases pasan nuevamente a través de la columna de absorción final, logrando así no solo una alta eficiencia de conversión para SO 2, sino que también permite la producción de una mayor concentración de ácido sulfúrico.
La producción industrial de ácido sulfúrico implica un control adecuado de las temperaturas y los caudales de los gases, ya que tanto la eficiencia de conversión como la absorción dependen de ellos.