El proceso de contacto es el método actual para producir ácido sulfúrico en las altas concentraciones necesarias para los procesos industriales. Originalmente se utilizó platino como catalizador para esta reacción; sin embargo, como es susceptible de reaccionar con impurezas de arsénico en la materia prima de azufre, ahora se prefiere el óxido de vanadio (V) (V 2 O 5 ). [1]
Este proceso fue patentado en 1831 por el comerciante británico de vinagre Peregrine Phillips. [2] [3] [4] Además de ser un proceso mucho más económico para producir ácido sulfúrico concentrado que el proceso anterior de cámara de plomo , el proceso de contacto también produce trióxido de azufre y óleum .
En 1901, Eugen de Haën patentó el proceso básico que implicaba combinar dióxido de azufre y oxígeno en presencia de óxidos de vanadio , produciendo trióxido de azufre que se absorbía fácilmente en el agua, produciendo ácido sulfúrico . [5] Este proceso se mejoró notablemente al reducir el tamaño de las partículas 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:
La purificación del aire y del dióxido de azufre (SO 2 ) es necesaria para evitar el envenenamiento del catalizador (es decir, eliminar las actividades catalíticas). A continuación se lava el gas con agua y se seca con ácido sulfúrico.
Para conservar energía, la mezcla se calienta mediante intercambiadores de calor mediante los gases de escape del convertidor catalítico .
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 tasa de formación a un nivel antieconómico. Por lo tanto, para aumentar la velocidad de reacción, se utilizan altas temperaturas (450 °C), presiones medias (1-2 atm ) y óxido de vanadio (V) (V 2 O 5 ) para asegurar una conversión adecuada (>95%). El catalizador sólo 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 SO 3 directamente en agua no es práctico debido a la naturaleza altamente exotérmica de la reacción. Se forman vapores o nieblas ácidos en lugar de un líquido.
El oleum se hace reaccionar con agua para formar H 2 SO 4 concentrado .
Esto incluye la torre de polvo, las tuberías de refrigeración, los depuradores, la torre de secado, el purificador de arsénico y la caja de pruebas. 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, destrucción de la actividad catalítica y pérdida de eficiencia). En este proceso, el gas se lava con agua y se seca con ácido sulfúrico. En la torre de polvo, el dióxido de azufre se expone a un vapor que elimina las partículas de polvo. Una vez que se enfría el gas, el dióxido de azufre ingresa a la torre de lavado donde se rocía con agua para eliminar las impurezas solubles. 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 de doble contacto (DCDA). En este proceso, los gases producto (SO 2 ) y (SO 3 ) pasan dos veces a través de torres de absorción para lograr una mayor absorción y conversión de SO 2 en SO 3 y producción de ácido sulfúrico de mayor calidad.
Los gases ricos en SO 2 ingresan al convertidor catalítico, generalmente una torre con múltiples lechos de catalizador, y se convierten en SO 3 , logrando la primera etapa de conversión. Los gases de salida de esta etapa contienen SO 2 y SO 3 que pasan a través de torres de absorción intermedias donde el ácido sulfúrico se filtra por columnas empacadas y el SO 3 reacciona con el agua aumentando la concentración de ácido sulfúrico. Aunque el SO 2 también pasa a través de la torre, no reacciona y sale de la torre de absorción.
Esta corriente de gas que contiene SO 2 , después del enfriamiento necesario, pasa nuevamente a través de la columna de lecho del convertidor catalítico logrando hasta un 99,8% de conversión de SO 2 en 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, pero 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 de ellos dependen tanto la eficiencia de conversión como la absorción.