O documento descreve o processo de produção do ácido sulfúrico, começando pela queima de enxofre para gerar dióxido de enxofre, seguido pela oxidação do SO2 em SO3 usando vanádio como catalisador, e finalizando com a absorção do SO3 em água para formar H2SO4. O ácido sulfúrico tem ampla aplicação industrial, principalmente na produção de fertilizantes.
2. Ácido Sulfúrico (H2SO4)
• O acido sulfúrico é uma das substancias químicas mais
produzidas no Brasil e em todo o mundo.
• A produção global anual estimada está em torno de 170
milhões de Toneladas.
• Destinado em sua grande maioria ao preparo de
fertilizantes. O maior produtor do país, a Vale Fertilizantes,
sequer o comercializa atualmente, pois consome
integralmente os 4 milhões de toneladas que gera a cada
ano.
Fonte: http://www.quimica.com.br/pquimica/2970/acidos-demanda-cresce-e-incentiva-producao-local-a-investir/2/
4. Historia da Industria do Ácido
• A produção de ácido sulfúrico é um dos processos industriais
mais antigos. Descoberto por um alquimista persa no século 10.
• Salitre (NaNO3) e Enxofre era misturado em um container de
vidro e queimado em uma atmosfera húmida. O ácido era
coletado dos vapores condensados.
• Em 1746, o processo da câmera de chumbo foi inventado,
aumentando o índice de produção em 78%.
• Em 1831, uma patente foi criada para o processo de oxidação
do dióxido de enxofre utilizando um catalisador de platina,
chamado Processo de Contato.
• Em 1913, foi concedida a patente a empresa BASF para o uso
de pentóxido de vanádio (V2O5). Se tornando o processo
principal em meados dos anos 30 devido ao baixo custo.
• Em 1960 a empresa Bayer pediu a patente do processo duplo-
catalistico.
5. Produção Industrial do Ácido Sulfúrico
• 1) Formação de SO2 a partir da
combustão do enxofre.
• 2) Oxidação SO2 do em SO3 .
• 3) Conversão do SO3 em H2SO4
.
• Resumindo:
SO2(de varias fontes) → SO3 → H2SO4
• O processo ocorre em 3 etapas:
6. Oxidação do Enxofre
• Fontes de SO2
• 79% Combustão de Enxofre
• 9% Recuperação de Processos
Metalúrgico.
• 5% Regeneração de Ácidos Gastos.
• Processo:
• Torre de desidratação do ar
utilizando ácido.
• Enxofre é injetado no forno
(burner).
• Temperatura de reação: 2000ºF.
• Reação exotérmica precisa ser
resfriada.
• Recuperação de fumaça.
7. Oxidação do Enxofre
• O primeiro passo é espirra o enxofre fundido sobre
pressão no forno à 1000ºC.
• O enxofre entra em combustão gerando o gás de
dióxido de enxofre, que é resfriado para a próxima
etapa.
• A grande área de contato do spray de enxofre
permite a combustão ser rápida.
• Reação:
S(l) + O2(g) → SO2(g); ∆H = -297 kJ mol-1
8. Oxidação do SO2
• Processo:
• Catalisador de V2O5
• Reação exotérmica
• Varias etapas com
resfriamento
• Absorção dupla
• Integração de Calor
9. Oxidação do Enxofre
• O SO2 é oxidado para SO3 utilizando o V2O5 como
catalisador.
• O conversor contem varias “camas” catalisadoras
e a mistura de gás passa por elas.
• Reação:
2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g); ∆H = -197 kJ mol-1
• A reação é exotérmica então é necessário resfriar
o gás de uma cada para outra, para poder manter
a temperatura desejada
• A temperatura do conversor é mantida entre 400ºC
e 500ºC (426.7ºC) e a pressão é de 1 atm.
10. Oxidação do SO2
• Temperatura dos Processos:
125 ºC
75 ºC
200 ºC
430 ºC
510 ºC
12. Absorção do SO3
• O SO3 reage com a água para formar H2SO4.
SO3(g) + H2O(l) → H2SO4(aq); ∆H = -130 kJ mol-1
• Entretanto a reação direta não é usada por causa
do calor liberado pela reação, dificultando a coleta
do ácido. Então, o SO3 é transformado em H2SO4
através de uma torre de absorção.
• Primeiro, o SO3 é dissolvido para forma um liquido
chamado oleum, ácido sulfúrico fumegante.
SO3(g) + H2SO4(l) → H2S2O7(l)
• O oleum é cuidadosamente misturado com água
para produzir o ácido sulfúrico.
H2S2O7(l) + H2O(l) → H2SO4(l)
13.
14. Resíduos e Subprodutos
• 57 a 64% dos processos de energia gera vapor.
Energia a vapor é usada na turbina que gera
energia para o ventilador de ar.
• O vapor adicional remanescente é usado em
outras plantas de produção.
• Para maximizar a conversão o SO2 é usado duas
torres de absorção e qualquer gás não convertido
é passado de novo pelas torres. Aumentado a
conversão de 98% para 99,6%.
• As emissões das plantas são monitoradas para
evitar a chuva ácida.
• Os catalisadores utilizados são despejados em
aterros depois que o vanádio é retirado.
15. Cuidados
• O principal problema da indústria é a corrosão de
metais. Ligas especiais tem que ser utilizadas para
evitar esse problema.
• Elementos que aumentam a resistência à
corrosões em ligas metálicas: Níquel, Crômio,
Molibdênio, Silício.
• Vazamentos são contidos com terra, barro ou areia
e então diluídos com agua, para depois serem
neutralizados.
• Variáveis a se atentar para corrosões:
Concentração do Ácido, Temperatura, Velocidade
do fluxo no encanamento.
16. Mercado do Ácido Sulfúrico
• A grande maioria é destinada ao preparo de
fertilizantes.
• Industrias brasileiras em que o ácido é fundamental:
• Metalúrgica, usado na obtenção de metais como
cobre, níquel e zinco;
• Pigmentos, na produção de TiO2 , um pigmento
branco usando em tintas e plásticos;
• Indústria de papel e celulose, fabricação de
explosivos;
• E na Industria petrolífera onde como catalisador de
varias reações.