Producción de
ácido sulfúrico
Química de los procesos industriales
2006
Ácido sulfúrico
1
Importancia del ácido sulfúrico
 Es el producto químico de mayor producción a
escala mundial

Producción anual mundial:

150 MTon
 Es una medida del potencial químico-industrial
de un país
 Ácido fuerte, fijo, de bajo precio
 Se utiliza principalmente en la industria
química como reactivo en diferentes procesos
Ácido sulfúrico
2
Propiedades
Ácido sulfúrico
3
Propiedades químicas
 Ácido

H2SO4(ac)  HSO4-(ac)  SO42-(ac)
 Oxidante

Cu + H2SO4  CuSO4 + SO2 + H2O
 Deshidratante

C11H22O11(s) + H2SO4(l)  C(s) + H2O + H2SO4(ac)
 Sulfonante

CH3C6H5(l) + H2SO4(l)  CH3C6H4SO3H + H2O
Ácido sulfúrico
4
Usos
Uso
Fertilizantes
Porcentaje
68
Refinación petróleo
8
Metalurgia
5
Compuestos inorgánicos
5
Compuestos orgánicos
5
Pulpa y papel
3
Tratamiento de agua
2
Otros
4
Ácido sulfúrico
5
Productos comerciales
 Concentración




Ácido de baterías: 33.5%
Ácido para fertilizantes: 62.2%
Ácido de Glover: 77.7%
Reactivo: 98%
 Pureza


Técnico (fertilizantes, metalurgia)
Puro (baterías, productos orgánicos)
Ácido sulfúrico
6
Esquema de fabricación
 Obtención de SO2(g), a partir de:




Azufre
Sulfuros de metalurgias no-ferrosas
Ácido sulfhídrico (gas natural y petróleo)
Reciclaje de ácido sulfúrico
 Oxidación SO2(g)  SO3(g)


Método de las cámaras de plomo
Método de contacto
 Absorción de SO3(g) por agua
Ácido sulfúrico
7
Azufre
Estado natural
Propiedades
 Elemental (4%)
 Depósitos sedimentarios y
volcánicos

 Combinado
 Sulfuros metálicos (4%)
 Combustibles fósiles (87%)
 Gas natural (5%)
 Sulfatos (yeso)


Sólido amarillo pálido,
con varias formas
alotrópicas
Temperatura de fusión:
112-114ºC
Viscosidad alta a
temperaturas menores
de 160ºC
Abundancia en corteza

Ácido sulfúrico
0.05%
8
Proceso Frasch (1900)
 Se extrae azufre elemental de depósitos
subterráneos


Profundidad: 50-80m
Azufre mezclado con minerales
 Tres tuberías concéntricas



Inyección de agua sobrecalentada a 165ºC
(central)
Inyección de aire comprimido caliente (externa)
Ascensión de azufre líquido espumado
(intermedia)
Ácido sulfúrico
9
Extracción por método Frasch


Ácido sulfúrico
En la
actualidad, la
extracción de
azufre
elemental
representa
sólo el 13%
de la
producción
En 1973,
representaba
el 73%
10
Proceso Claus
 Materia prima

H2S (gas natural, depuración de gases
residuales de utilización o procesamiento de
combustibles fósiles)
 Alto rendimiento (96-98%) y elevada pureza
del azufre obtenido
 Por regulaciones ambientales, en la
actualidad representa aproximadamente el
50% del azufre producido
Ácido sulfúrico
11
Proceso en dos etapas
 Etapa térmica
 H2S es oxidado por aire (combustión)
 Horno a alta temperatura
 Se forma SO2 como producto principal,
quedando H2S sin reaccionar y produciéndose
algo de azufre
 Etapa catalítica
 H2S reacciona con SO2 para formar azufre
 Bajas temperaturas
 Catalizador: bauxita
Ácido sulfúrico
12
Reacciones
2 H2S(g) + 3O2 (g)
2 SO2(g) + 2H2O (g)
4 H2S(g) + 2 SO2(g)
6 S(g) + 4H2O (g)
6 H2S(g) + 3O2 (g)
6 S(g) + 6H2O (g)
Ácido sulfúrico
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Esquema de producción
O2 (Aire)
H2O (Vapor)
H2O (Vapor)
H2S
S (Liq)
Horno de
Combustión
950-1250 ºC
Intercambiador
S (Liq)
Reactor
Catalítico
170-350 ºC
Condensador
Reacción total: 3H2S + 3/2O2  3S + 3H2O
Hº = -664 kJ
Ácido sulfúrico
14
Aprovechamiento de minerales piríticos
FeS2, MeS
Flotación
MeS
Tostación
FeS
Metales
SO2
Tostación
Fe2O3, MeO
H2SO4
SO2
Fe2O3
Metales
Ceniza
Ácido sulfúrico
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Producción de SO2 por tostación
 Minerales piríticos
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
FeS2 Pirita
ZnS Esfalerita o blenda
CuFeS2 Calcopirita
FeS Pirrotita
FeZnS2 Esfalerita
PbS Galena
HgS Cinabrio
Cu2S Calcosina
CuS Covellita
Cu3FeS3 Bornita
AsFeS Mispiquel
 La pirita (FeS2) pulverizada
se quema en presencia de
aire a temperaturas
cercanas a 1000 ºC y se
produce SO2 y óxidos de
hierro
 El SO2 producido se
encuentra contaminado con
polvo, humedad. El gas
debe ser sometido a varias
etapas de purificación antes
de alimentarlo a oxidación
catalítica.
Ácido sulfúrico
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Hornos de tostación
 Reacciones
 2FeS2 + 11/2O2 
Fe2O3 + 4SO2
+ 411.1 Kcal
 3FeS2 + 8O2 
Fe3O4 + 6SO2
+ 585.8 Kcal
 Dos objetivos
 Obtener gas y cenizas
 Recuperar el calor
generado
Ácido sulfúrico
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Método de las cámaras de plomo
Catálisis
Homogénea
por NO2
Ácido sulfúrico
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Proceso
 Cámaras
 Oxidación de H2SO3 a H2SO4
 Torre de Gay-Lussac
 Absorción de óxidos de nitrógeno
provenientes de las cámaras
 Torre de Glover
 Enfriamiento de gases
 Concentración de ácido de cámaras
 Desnitración de ácido proveniente de torre
Gay-Lussac
Ácido sulfúrico
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Reacciones químicas
 Cámaras
 SO2 + H2O  H2SO3
 H2SO3 + NO2  H2SO4·NO
 H2SO4·NO  H2SO4 + NO
 NO + ½ O2  NO2
 SO2 + ½ O2 + H2O  H2SO4
 Torre de Glover
 NOHSO4 + HNO3  H2SO4 + 2NO2
 2 NOHSO4 + H2O  2H2SO4 + NO + NO2
 Torre de Gay-Lussac
 (N2O3, N2O4) + H2SO4  NOHSO4 + HNO3 + H2O
Ácido sulfúrico
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Método de contacto
 Es el utilizado actualmente
 Produce ácido 98-99%
 Oxidación de SO2 a SO3 en reacción
catalítica heterogénea, con V2O5 como
catalizador
 Tres etapas



Depuración de gases de entrada
Reacción catalítica
Absorción de SO3
Ácido sulfúrico
21
Depuración de gases
 Especialmente necesaria cuando el SO2
proviene de tostación de piritas
 Impurezas a eliminar




Polvo
As2O3
Haluros
Agua
 Al entrar al convertidor, el SO2 tiene
concentración de 10-12% y temperatura
420ºC
Ácido sulfúrico
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Reacciones
 Reacciones químicas




S + O2  SO2
SO2 + ½O2  SO3
SO3 + H2O  H2SO4
S + 3/2O2 + H2O  H2SO4
 Reacciones catalíticas




SO42- + SO3  S2O722V5+ + O2- + SO2  SO3 + 2V4+
2V4+ + ½O2  2V5+ + O2-
SO2 + ½O2  SO3
Ácido sulfúrico
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Esquema del proceso
Ácido sulfúrico
24
Convertidor
 Reacción:
SO2(g) + ½O2(g)  SO3(g)
Hº = -95.5 kJ/mol
 Constante de equilibrio
kP = pSO3/ pSO2·pO20.5
 Conversión
 presión
 temperatura
 velocidad
Ácido sulfúrico
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Operación del convertidor (I)
Enfriamiento
entre etapas
Catalizador
V2 O 5
sobre
zeolitas
Ácido sulfúrico
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Operación del convertidor (II)
SO2 410-430ºC
% Conversión 60-65%
T = 615-635 ºC
1
Int.
% Conversión 60-65%
T =435-450 ºC
2
3 (93%)
4 (99.5%)
% Conversión 85-90%
T = 520 ºC
Int.
% Conversión 85-90%
T = 435-455 ºC
Ácido sulfúrico
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Doble contacto
Ácido sulfúrico
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Absorción de SO3
 Reacción:

SO3(g)+ H2O(l)  H2SO4(l)


Hº = -89 kJ/mol
La reacción directa no se utiliza, porque el fuerte
desprendimiento de calor lleva a ebullición la
solución
 El SO3 se absorbe en ácido sulfúrico 98%
 En exceso de SO3, puede formarse
H2SO4·SO3 (óleum 20%)
Ácido sulfúrico
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Absorbedores
Ácido sulfúrico
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Aspectos ambientales
 Las emisiones de SO2(g), SO3(g) y vapor de H2SO4
representan los principales riesgos ambientales
 En todos los casos, pueden contribuir a la lluvia
ácida
 Se toma como referencia de contaminación la
cantidad de SO2/SO3 liberado a la atmósfera, por
unidad de producción de ácido sulfúrico
 En escala global, las plantas de producción de ácido
sulfúrico no representan la contribución principal a la
lluvia ácida

Las plantas de generación de energía eléctrica que
utilizan combustibles fósiles son la fuente principal
Ácido sulfúrico
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