PROCESO DE PRODUCCIÓN
OBTENCIÓN Y PREPARACIÓN DE LAS MATERIAS PRIMAS
EL azufre puede provenir de diferentes materias primas, y dependiendo de su origen, una vez llevado a planta, será necesario acondicionarlo o almacenarlo de diferente manera. Las posibles fuentes son:
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Azufre líquido. Procedente de la desulfuración del crudo y/o gas natural.
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Pirita.
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Minerales no férreos con azufre.
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Gases procedentes de diferentes fuentes que contengan azufre
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Sales de sulfato.
La mayor cantidad del azufre elemental del mundo se ha obtenido por el proceso de Frasch a partir de las piedras calizas porosas que lo contienen.
La mayor cantidad del azufre elemental del mundo se ha obtenido por el proceso de Frasch a partir de las piedras calizas porosas que lo contienen.
Proceso Frasch
Después de su recepción y almacenamiento, se preparan las materias primas para obtener el SO2, según el tipo de materia prima con la que se trabaja se obtiene SO2, de una manera u otra:
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Combustión del Azufre. Se oxida en una o dos etapas entre los 900º-1800º. Esta combustión se realiza en la caldera poniendo en contacto el azufre líquido con el aire seco.
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Tueste de la pirita. El equipo más utilizado es el lecho fluidizado, además del azufre se obtienen como subproductos óxidos de hierro y energía, los gases de azufre de salida deben ser tratados en varios ciclones filtros y depuradoras de alta eficacia.
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Tueste y fusión de metales con azufre. Se puede obtener SO2 a partir de procesos de producción de cobre, de zinc y de plomo.
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Regeneración del ácido sulfúrico. Es la descomposición térmica de ácido sulfúrico agotado, que ha podido ser utilizado como catalizador o para limpieza.
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Tueste de otros metales de azufre.
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Combustión del H2S y otros gases que contengan azufre.
Fabricación de H2SO4
El proceso de cámaras de plomo es el más antiguo de los dos procesos y es utilizado actualmente para producir gran parte del ácido consumido en la fabricación de fertilizantes. Este método produce un ácido relativamente diluido (62%-78% H2SO4).
Dióxido de azufre (SO2) gaseoso caliente entra por la parte inferior de un reactor llamado torre de Glover donde es lavado con vitriolo nitroso (ácido sulfúrico con óxido de nitrógeno (NO) y dióxido de nitrógeno (NO2) disueltos en él), y mezclado con óxido de nitrógeno (NO) y dióxido de nitrógeno (NO2) gaseosos. Parte de dióxido de azufre es oxidado a tritóxido de azufre (SO3) y disuelto en el baño ácido para formar el ácido de torre o ácido de Glover (aproximadamente 78% de H2SO4).
SO2 + NO2 NO + SO3
SO3 + H2O H2SO4 (ácido de Glover)
De la torre de Glover una mezcla de gases (que incluye dióxido y tritóxido de azufre, óxidos de nitrógeno, nitrógeno, oxígeno y vapor) es transferida a una cámara recubierta de plomo donde es tratado con más agua. El ácido sulfúrico es formado por una serie compleja de reacciones; condensa en las paredes y es acumulado en el piso del la cámara. El acido contiene de 62% a 68% de H2SO4.
NO + NO2 + H2O 2HNO2
HNO2 + H2SO3 H2SO4 (ácido de cámara)
El proceso de contacto produce un ácido más puro y concentrado, pero requiere de materias primas más puras y el uso de catalizadores costosos. En ambos procesos el dióxido de azufre (SO2) es oxidado y disuelto en agua. El dióxido de azufre es obtenido mediante la incineración azufre, tostando piritas (Bisulfuro de Hierro), tostando otros sulfuros no ferrosos, o mediante la combustión de sulfuro de hidrogeno (H2S) gaseoso.
Ilustración 1. Proceso Frasch
Ilustración 2. Proceso de cámaras de plomo
El proceso de contacto se basa en el empleo de un catalizador para convertir el SO2 en SO3, del que se obtiene ácido sulfúrico por hidratación.
2 SO2 + O2 2 SO3
SO3 + H2O H2SO4
En este proceso, una mezcla de gases secos que contiene del 7 al 10% de SO2, según la fuente de producción de SO13 (el valor inferior corresponde a plantas que tuestan piritas y el superior a las que queman azufre), y de un 11 a 14% de O2, se precalienta y una vez depurada al máximo, pasa a un convertidor de uno o más lechos catalíticos, por regla general de platino o pentóxido de vanadio, donde se forma el SO3.
En el segundo convertidor, la temperatura varía entre 500º y 600ºC. Esta se selecciona para obtener una constante óptima de equilibrio con una conversión máxima a un coste mínimo. El tiempo de residencia de los gases en el convertidor es aproximadamente de 2-4 segundos.
Los gases procedentes de la catálisis se enfrían a unos 100ºC aproximadamente y atraviesan una torre de óleum, para lograr la absorción parcial de SO3. Los gases residuales atraviesan una segunda torre, donde el SO3 restante se lava con ácido sulfúrico de 98%. Por último, los gases no absorbidos se descargan a la atmósfera a través de una chimenea.
Existe una marcada diferencia entre la fabricación del SO2 por combustión del azufre y por tostación de piritas, sobre todo si son arsenicales. El polvo producido en el proceso de tostación nunca puede eliminarse en su totalidad y, junto con las impurezas, principalmente arsénico y antimonio, influye sensiblemente sobre el rendimiento general de la planta.
Ilustración 3. Proceso de contacto