Ácido Sulfúrico

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Escola de Ciência e Tecnologia
Curso: Química
Disciplina: Química
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Fabricação do Ácido Sulfúrico
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Curso: Química
Disciplina: Química
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Utilização do ácido:
Ácido protônico forte e extremamente barato 
Agente na formação de sulfatos e sulfonação
Agente oxidante, desidratante frente a orgânicos
Na esterificação, na nitração e na sulfonação atua sequestrando água
Em etapas de polimerização atua como agente doador de prótons : ácido protônico. 
Seu emprego em fertilizantes é significativo. 
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Forma de comercialização:
Comercializado na forma de Oleum: solução aquosa ou diluição de SO3 em H2SO4.
São classificados pela percentagem de SO3 na solução: 20% e 30%.
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Obtenção do enxofre
Além do enxofre natural, que ocorre em depósitos subterrâneos dos quais é extraído pelo processo "Frasch", esse elemento químico pode ser obtido pela oxidação do gás sufídrico (H2S) existente nos efluentes gasosos de diversas instalações industriais, notadamente refinarias de petróleo, e no gás natural ácido.
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Obtenção do enxofre
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Obtenção do enxofre
No processo "Frasch", o enxofre é obtido com pureza entre 99,0 e 99,9%, sem traços de arsênico, selênio ou telúrio. 
As impurezas presentes são normalmente constituídas por pequenas quantidades de cinzas e ácido sulfúrico, e também de traços de óleo ou material carbonoso, nos caso em que o depósito de enxofre está localizado perto de poços de petróleo.
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Fabricação
Fabricação pelo processo de contato:
Utilização de Pt como catalisador em fase heterogênea que foi substituído pelo vanádio (V2O5) - mais barato e menos sensível ao envenenamento
Utilização de processo de dupla catálise: eleva rendimentos e diminui as emissões de SO2 não convertido.
ETAPAS: Obtenção do SO2  Conversão catalítica do SO2  Absorção do trióxido de enxofre.
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Fabricação
Utilização de enxofre elementar (mais utilizado): mais simples e baratas pois não requerem uma purificação de gases do queimador.
Sulfetos metálicos e ácido sulfúrico usado ou diluído: (necessária etapa adicional de purificação de gases – precipitação de névoa ácida) – usina 3X mais cara devido a processo de purificação de gases. 
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Fabricação
Usinas de Queima de enxofre:
Mais simples e baratas 
Uso de outras matérias-primas: sulfetos minerais, ácidos usados, lamas ácidas  GRANDE DEPURAÇÃO NECESSÁRIA
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Fabricação
Geração de SO2 à partir de sulfetos metálicos: 
_ Feita através de ustulação, que consistem na oxidação dos sulfetos com o ar formando óxido metálico correspondente e o dióxido de enxofre. 
_ Impurezas de sulfetos metálicos: cloro, flúor e arsênio causam envenenamento de catalisadores para conversão de SO2 em SO3.
_ Necessária etapa de purificação pós-ustulação. 
_ Purificação: 
Lavador em contracorrente contendo amônia, soda cáustica ou outro hidróxido. 
Precipitador eletrostático (coletor de alta eficiência para partículas, névoas e fumos) - 50 mil V. 
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Fabricação: a partir de sulfetos metálicos
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Gases do Ustulador
Lavador: remoção de gases ácidos e partículas mais grosseiras: uso de amônia, soda cáustica, ou outro hidróxido.
Precipitador eletrostático: 
coletor de partículas, névoas e fumos. Uso de eletrodos e líquido de lavagem (aumenta a condutividade)
Torre de secagem
Compressor
Aquecimento do gás
Conversor
Trocador de calor
Absorvedor intermediário
H2SO4
Ácido sulfúrico
produto
Absorvedor final
Ácido sulfúrico
produto
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Fabricação à partir de enxofre
O enxofre é fundido, temperaturas baixas de fusão.
Presença de bactérias no enxofre natural: formação de bissulfeto (HS-) - extremamente corrosivo.
Uso de cal virgem para neutralizar com a formação de sulfato de cálcio (CaSO4) - provoca entupimentos - removido por filtração.
Ar de secagem: deve ser seco para evitar formação de ácido sulfúrico no queimador e conversor, reduz problemas de corrosão - a secagem é feita em torres de adsorção de aço revestidas. Agente dessecante: ácido sulfúrico.
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ETAPAS: 
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Transporte do enxofre
Filtração sob pressão: remoção de cinzas
Bombeamento
Atomização do enxofre líquido
Secagem do ar de combustão evita formação de ácidos - Protege tubulações e equipamentos
Queima do enxofre 1000°C - N2, O2, SO2 + SO3
Recuperação do calor do SO2 gasoso quente – trocadores de calor resfriam produtos da queima
Purificação do SO2 gasoso à quente (filtração)
Conversão de SO2 à SO3 em conversores por etapas 
AR
CALDEIRAS
Enxofre sobrenadante
Absorção de SO3 em ácido concentrado 98,5% a 99% uso de
 Torres Recheadas de Oleum em contracorrente. Absorção simples ou dupla.
Reservatório solidário
O2
Sistemas de filtração-sedimentação
Absorção simples: usada em correntes pobres em SO2: gases residuais de metalurgia
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Reações:
S + O2  SO2		DH = -70,9 kcal
SO2 + ½ O2  SO3	DH = -23,4 kcal (equilíbrio)
Utilização de O2 no lugar de ar seco proporciona as seguintes vantagens:
redução das dimensões dos equipamentos da instalação.
diminuição substancial de gases residuais poluentes com consequente aumento de eficiência global do processo.
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Uso de O2 nas reações
A utilização de enriquecimento de oxigênio na combustão do enxofre exige o emprego de materiais especiais, e consequentemente mais caros, para a fabricação de equipamentos.
A exigência de materiais mais nobres, na alternativa de uso de oxigênio é devida aos níveis mais elevados de temperatura em que se processa a combustão do enxofre.
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Tipos de fornos
Cascata: enxofre líquido flui em forma de cascata, vaporizando-se por absorção do calor nas paredes e partes internas do forno. Aplica-se especialmente às unidades de ácido sulfúrico de pequena capacidade.
Atomizadores: caracterizam-se pela vaporização do enxofre sob a forma de uma nuvem de minúsculas gotículas suspensas na massa gasosa. Este tipo, é o mais utilizado atualmente em unidades de ácido sulfúrico.
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Formação de SO3 na combustão
Antes do estágio de conversão, pequenas quantidades de SO3 são formadas tanto na operação de combustão como ao longo das tubulações, onde a presença de óxido de ferro catalisa a oxidação do SO2 em SO3. 
Este trióxido de enxofre reage com as moléculas de água presentes no gás, vindas da combustão de hidrocarbonetos contaminantes do enxofre, produzindo ácido sulfúrico. 
De modo a evitar a condensação destes vapores, os fornos devem operar sob regime contínuo, evitando assim que a temperatura caia a um nível inferior do ponto de orvalho dos gases efluentes da combustão do enxofre.
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Reações:
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A conversão de SO2 diminui com o aumento de temperatura, embora a velocidade reacional aumente
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Reações:
Conflito entre: temperaturas mais baixas x temperaturas mais altas.
Temperaturas mais baixas garantem altas conversões em contrapartida essas reações ocorrem em velocidades baixas. 
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No conversor em etapas:
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Os gases passam pelo catalisador 410°C - 430°C 
Aumento de temperatura
Velocidade cresce com aumento de temperatura
Velocidade diminui com a chegada do equilíbrio
A reação cessa à 60%, 70% de conversão SO2/SO3 
Temperatura vizinha a 600°C
O gás é resfriado em trocador de calor até que a última seção do conversor a temperatura não exceda 430°C – aumento de conversão
Catalisadores: óxido de ferro, pentóxido de Vanádio e Platina
Platina: mais ativa em baixas temperaturas, embora seja inviável por ser cara e de elevada sensibilidade aos contaminantes do enxofre - envenenamento
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Expressão para Kp
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Aumento de conversão pelo aumento de concentração de dióxido e de oxigênio.
Presença de gás inerte diminui a conversão
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Questões:
Qual é a vantagem de se utilizar vanádio em relação à platina na conversão catalítica de dióxido em trióxido de enxofre?
 Após a queima do enxofre, o dióxido de enxofre é resfriado via trocadores de calor, seria interessante resfriar esse dióxido de enxofre pela adição de ar frio? Explique: 
O que é um depósito “solidário”?
Qual é a vantagem da utilização de oxigênio no lugar de ar na combustão do enxofre? 
A que se deve a formação de trióxido de enxofre em etapas anteriores à conversão catalítica?
Que consequências tem um aumento de temperatura inesperado em todas as seções do conversor catalítico em etapas?
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