Processo de contato - Contact process

O processo de contato é o método atual de produção de ácido sulfúrico nas altas concentrações necessárias aos processos industriais. A platina foi originalmente usada como catalisador para esta reação; no entanto, como é suscetível a reagir com impurezas de arsênio na matéria-prima de enxofre, o óxido de vanádio (V) (V 2 O 5 ) é agora preferido.

História

Este processo foi patenteado em 1831 pelo comerciante britânico de vinagre Peregrine Phillips. Além de ser um processo muito mais econômico para a produção de ácido sulfúrico concentrado do que o processo de câmara de chumbo anterior , o processo de contato também produz trióxido de enxofre e oleum .

Em 1901, Eugen de Haën patenteou o processo básico envolvendo a combinação de dióxido de enxofre e oxigênio na presença de óxidos de vanádio , produzindo trióxido de enxofre que era facilmente absorvido pela água, produzindo ácido sulfúrico . Este processo foi melhorado notavelmente pela redução do tamanho de partícula do catalisador (por exemplo: le 5000 mícrons), um processo descoberto por dois químicos da BASF em 1914.

Processo

O processo pode ser dividido em quatro etapas:

  1. Combinação de enxofre e oxigênio (O 2 ) para formar dióxido de enxofre e , em seguida, purificar o dióxido de enxofre em uma unidade de purificação
  2. Adicionar um excesso de oxigênio ao dióxido de enxofre na presença do catalisador pentóxido de vanádio a 450 ° C e 1-2 atm
  3. O trióxido de enxofre formado é adicionado ao ácido sulfúrico que dá origem ao oleum (ácido dissulfúrico)
  4. O oleum é então adicionado à água para formar ácido sulfúrico, que é muito concentrado. Uma vez que este processo é uma reação exotérmica, a temperatura da reação deve ser a mais baixa possível.

A purificação do ar e do dióxido de enxofre (SO 2 ) é necessária para evitar o envenenamento do catalisador (ou seja, removendo as atividades catalíticas). O gás é então lavado com água e seco com ácido sulfúrico.

Para conservar energia, a mistura é aquecida pelos gases de exaustão do conversor catalítico por trocadores de calor.

O dióxido de enxofre e o dioxigênio reagem da seguinte forma:

2 SO 2 (g) + O 2 (g) ⇌ 2 SO 3 (g)  : Δ H = -197 kJ · mol −1

De acordo com o princípio de Le Chatelier , uma temperatura mais baixa deve ser usada para deslocar o equilíbrio químico para a direita, aumentando assim o rendimento percentual. No entanto, uma temperatura muito baixa reduzirá a taxa de formação a um nível não econômico. Portanto, para aumentar a taxa de reação, altas temperaturas (450 ° C), pressões médias (1-2  atm ) e óxido de vanádio (V) (V 2 O 5 ) são usados ​​para garantir uma conversão adequada (> 95%). O catalisador serve apenas para aumentar a taxa de reação, pois não altera a posição do equilíbrio termodinâmico . O mecanismo de ação do catalisador compreende duas etapas:

  1. Oxidação de SO 2 em SO 3 por V 5+ :
    2SO 2 + 4V 5+ + 2O 2− → 2SO 3 + 4V 4+
  2. Oxidação de V 4+ de volta para V 5+ por dioxigênio (regeneração do catalisador):
    4V 4+ + O 2 → 4V 5+ + 2O 2−

O trióxido de enxofre quente passa pelo trocador de calor e é dissolvido em H 2 SO 4 concentrado na torre de absorção para formar oleum :

H 2 SO 4 (l) + SO 3 (g) → H 2 S 2 O 7 (l)

Observe que dissolver diretamente o SO 3 em água é impraticável devido à natureza altamente exotérmica da reação. Vapor ácido ou névoas são formados em vez de um líquido.

Oleum reage com água para formar H 2 SO 4 concentrado .

H 2 S 2 O 7 (l) + H 2 O (l) → 2 H 2 SO 4 (l)

Unidade de purificação

Isso inclui a torre de poeira, tubos de resfriamento, purificadores, torre de secagem, purificador de arsênio e caixa de teste. O dióxido de enxofre tem muitas impurezas, como vapores, partículas de poeira e óxido de arsenoso . Portanto, ele deve ser purificado para evitar o envenenamento do catalisador (ou seja: destruição da atividade catalítica e perda de eficiência). Nesse processo, o gás é lavado com água e seco com ácido sulfúrico. Na torre de poeira, o dióxido de enxofre é exposto a um vapor que remove as partículas de poeira. Depois que o gás é resfriado, o dióxido de enxofre entra na torre de lavagem, onde é pulverizado com água para remover quaisquer impurezas solúveis. Na torre de secagem, o ácido sulfúrico é pulverizado no gás para remover a umidade dele. Finalmente, o óxido de arsênio é removido quando o gás é exposto ao hidróxido férrico .

Absorção dupla de contato duplo

A próxima etapa do processo de contato é a absorção de duplo contato (DCDA). Neste processo, os gases do produto (SO 2 ) e (SO 3 ) são passados ​​através de torres de absorção duas vezes para alcançar uma maior absorção e conversão de SO 2 em SO 3 e produção de ácido sulfúrico de alto grau.

Gases ricos em SO 2 entram no conversor catalítico, geralmente uma torre com vários leitos de catalisador, e são convertidos em SO 3 , alcançando o primeiro estágio de conversão. Os gases de saída deste estágio contêm SO 2 e SO 3, que são passados ​​por torres de absorção intermediárias, onde o ácido sulfúrico é gotejado para baixo em colunas compactadas e o SO 3 reage com a água aumentando a concentração de ácido sulfúrico. Embora o SO 2 também passe pela torre, ele não reage e sai da torre de absorção.

Esta corrente de gás contendo SO 2 , após o resfriamento necessário, é passada através da coluna do leito do conversor catalítico novamente alcançando até 99,8% de conversão de SO 2 em SO 3 e os gases são novamente passados ​​através da coluna de absorção final, alcançando não apenas alta eficiência de conversão para o SO 2, mas também possibilitando a produção de maior concentração de ácido sulfúrico.

A produção industrial de ácido sulfúrico envolve o controle adequado de temperaturas e taxas de fluxo dos gases, uma vez que a eficiência de conversão e absorção dependem disso.

Veja também

Notas

Referências

links externos