El ácido sulfúrico es uno de los productos químicos más importantes y de mayor producción. Encuentra aplicaciones generalizadas en diversas industrias y procesos, como la producción de productos químicos industriales (fertilizantes, detergentes, pigmentos, tintores), fabricación de baterías, procesos metalúrgicos, refinación de petróleo, industria textil y de tintura, producción de explosivos, industria de semiconductores, uso de laboratorio y química analítica, entre otros. Existen diferentes procesos de producción de ácido sulfúrico: proceso en cámara, contacto único y proceso de contacto doble. El proceso de contacto doble es actualmente el más preferido y ampliamente utilizado debido a su alta relación de conversión de trióxido de azufre a ácido sulfúrico. La alta conversión también significa menos residuos de SO2 en el gas de emisión, lo que ayuda a reducir la emisión de SO2 a la atmósfera y mitigar la contaminación del aire ambiente.
La producción de ácido sulfúrico implica un proceso de varios pasos, ampliamente conocido como el proceso de fabricación Proceso de contacto o ácido sulfúrico. Este proceso convierte el dióxido de azufre (SO2) en ácido sulfúrico (H2, SO4). Las materias primas utilizadas para la producción de ácido sulfúrico incluyen gases que contienen azufre obtenidos por combustión de azufre elemental, piritas o gases de escape de la industria metalúrgica.
Hay varios pasos en la producción de ácido sulfúrico que se explican a continuación:
Paso 1: Combustión de azufre
En los casos en que ácido sulfúrico se fabrica a partir de azufre elemental, pirita o mineral de sulfuro metálico como materia prima, el proceso comienza con la combustión de azufre (S) para producir dióxido de azufre (SO2).
S + O2 → SO2
Paso 2: Conversión de dióxido de azufre
Antes de enviar el dióxido de azufre al convertidor, se somete a un pretratamiento para eliminar las impurezas. Primero, el dióxido de azufre se trata en una torre de lavado para reducir su temperatura, luego se pasa por un depurador venturi para eliminar las partículas finas. Posteriormente, se dirige a la torre de enfriamiento para reducir aún más su temperatura y eliminar el agua. Después, pasa por precipitadores de neblina para eliminar las partículas finas y la neblina restantes.
La conversión de dióxido de azufre y oxígeno en trióxido de azufre depende en gran medida de la cantidad de oxígeno en exceso. Por lo tanto, ácido sulfúrico se diluye con aire seco para proporcionar la cantidad necesaria de aire para la reacción catalítica. El último paso del tratamiento antes de entrar en el proceso de contacto en el convertidor es la torre de secado, donde se elimina el agua restante del gas de dióxido de azufre.
Finalmente, el dióxido de azufre purificado se envía al convertidor para el proceso de contacto, durante el cual se convierte en trióxido de azufre (SO3) en presencia de un catalizador. Por lo general, el catalizador utilizado es pentóxido de vanadio (V2 O5) o alúmina (Al2 O3).
2SO2 + O2 ⇌ 2SO3
El equilibrio mencionado anteriormente es altamente sensible a la temperatura y al exceso de oxígeno. Por lo tanto, el control de las concentraciones de SO2 y O2 después del proceso de tratamiento es crucial para establecer las condiciones óptimas antes del proceso de conversión.
Paso 3: Absorción en ácido sulfúrico
El trióxido de azufre (SO3) se disuelve en ácido sulfúrico concentrado (H2SO4), generalmente a una concentración del 98-99%, para producir ácido sulfúrico humeantes, también conocido como óleum (H2 S2O7). El óleum es una mezcla de ácido sulfúrico y trióxido de azufre. Es esencial mantener un control preciso sobre la concentración de ácido sulfúrico en la torre de absorción para evitar condiciones alteradas. En condiciones perturbadas, es posible que el proceso de absorción no proceda correctamente, lo que subraya la importancia de mantener unas condiciones operativas óptimas. Dependiendo del proceso de fabricación (monocontacto de absorción simple o doble contacto de doble absorción), la absorción puede ocurrir en una sola torre o en varias torres de absorción.
SO3 + H2 SO4 → H2 S2 O7 (oleum)
Paso 4: Dilución
El óleum producido en la torre de absorción se diluye con agua para lograr la concentración deseada de ácido sulfúrico. La dilución es un paso fundamental en la producción ácido sulfúrico de calidad comercial, cuya concentración suele oscilar entre el 93 % y el 98 %.
H2 S2 O7 + H2 O → 2H2 SO4
Paso 5: Enfriamiento y almacenamiento
Luego, el ácido sulfúrico diluido se enfría y se transfiere a tanques de almacenamiento.
En el caso del proceso de doble absorción de doble contacto, SO3 se toma en ácido sulfúrico concentrado y crea óleum en la primera torre de absorción (intermedia). Mientras tanto, el SO2 no oxidado pasa al convertidor para el segundo contacto. Después del contacto, SO2 yO2 se convierten en SO3 y luego se dirigen a la segunda torre de absorción (final), donde se absorben en ácido sulfúrico concentrados (H2 SO4) para crear ácido sulfúrico humeante , u óleum (H2 S2 O7).
El Proceso de contacto es altamente eficiente y ampliamente utilizado en la industria para la producción a gran escala de ácido sulfúrico. El proceso de contacto doble ha sido reemplazado en gran medida por el proceso de contacto simple, que ofrece mayores rendimientos de producción de ácido sulfúrico y es más respetuoso con el medio ambiente debido a su mayor SO2 relación de absorción y reducción de las emisiones de SO2. Debido a la naturaleza corrosiva y potencialmente peligrosa de ácido sulfúrico producción, las medidas de seguridad y los controles ambientales son cruciales.
El proceso de producción ácido sulfúrico debe controlarse de manera óptima para lograr un rendimiento de producción del 98% o más. HORIBA contribuye al proceso de producción ácido sulfúrico a través de su analizador de gas continuo, la serie ENDA-5000. El sistema de pretratamiento de gas de muestra diseñado a medida, respaldado por más de 50 años de experiencia y conocimientos en el monitoreo de gases de emisión, así como el desarrollo y la producción internos de núcleos contribuyen a la medición precisa del SO2 altamente corrosivo en el proceso de producción ácido sulfúrico.
El ENDA-5000 se ofrece y adopta en muchas plantas de ácido sulfúrico en Japón y en el extranjero para el monitoreo de SO2, O2 y otros componentes a través del proceso. Los puntos muy importantes a monitorear para optimización de procesos incluyen (1) la concentración deSO2 y O2 antes del convertidor para mantener las condiciones óptimas para la conversión a SO3, (2) concentración de SO2 no oxidado después de la torre de absorción intermedia, y (3) después de la torre de absorción final para controlar la eficiencia de absorción y final regulado por local Regulaciones ambientales (4) Monitorización de emisiones de chimeneas.
■ El analizador ENDA-5000 contiene un sistema de tratamiento de gas de muestra hecho a medida que garantiza una disolución mínima de SO2 en el drenaje y proporciona resultados de medición precisos.
■ Con más de 50 años de experiencia en el diseño de analizadores de gas continuos y analizadores de gas de chimenea, HORIBA ha acumulado conocimientos en varias partes de muestreo para diferentes condiciones de gas de muestra. Entre estas partes se encuentra el tratamiento para la eliminación de niebla corrosiva de SO3 y otras piezas de muestreo para el pretratamiento de gases de muestra difíciles de manipular. Un sistema de pretratamiento de este tipo permite que el detector dure más tiempo sin corrosión ni problemas importantes.
■ La tecnología NDIR modulación cruzada patentada de HORIBA, aplicada en este analizador, garantiza la limpieza de la celda de medición con aire ambiente purificado después de cada medición. Esto contribuye a la larga vida útil del analizador y mantiene las condiciones limpias dentro de la celda de gas de muestra durante mucho tiempo, lo que es muy importante para una baja desviación del cero y una medición precisa.
Sistema de análisis de gases en chimenea
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