Cristian GonzálezCatálisis 2009

FCAI - UNCuyo

Importancia del H2SO4Es el compuesto químico que más se produce en

el planeta. (165 millones de toneladas por año)Sus usos comprenden, en orden de importancia:Producción de fertilizantes fosfatados. (Se utiliza

para generar H3PO4)Producción de colorantes, papel, plásticos,

explosivos, materiales textiles, productos de petróleo.

Procesamiento de minerales. (Lixiviación ácida).

Método de contacto1) Obtención de dióxido de azufre a partir de

azufre elemental.

2) Oxidación de dióxido de azufre a trióxido de azufre.

3) Absorción de trióxido de azufre.

22 SOOS molkcalH R /94.70

Cº1150983

322522/1 SOOSO OV molkcalH R /64.23

)(4.12.1:Pr

)(875)(693:

lg/: 52

entradabaresiones

máximaKentradaKasTemperatur

uhrKieseOVrCatalizado

4223 OH SO SOH molkcalH R /65.31

Oxidación de azufre

Oxidación de SO2

MecanismoMars & Maessen (1968)

Glueck & Kenney (1968)

)(22 43

252 RápidaVSOOVSO

)(222/1 2542 LentaOVVO

)( 42352 VOSOSOSOOV

334224 )( SOSOOVVOSO

352342 SOOVSOOV

CatalizadorEl catalizador de la reacción es V2O5 soportado por

Kieselguhr (SiO2.nH2O de origen acuático ) y promovido con sulfato de potasio (K2SO4).

Su temperatura de ignición es del orden de 400 ºC.Entre las temperaturas de operación (400-600ºC)

se encuentra formando una mezcla eutéctica (con el promotor) fundida.

Tiene un vida útil extremadamente larga, unos 10 años.

Se fabrica en 3 formas: pellets, anillos y anillos acanalados.

Los proveedores más importantes son: BASF (Alemania), Haldor Topsoe (Dinamarca) y Monsanto Enviro-Chem Systems (EE.UU.)

Formas del catalizador

•El pellet es un cilindro sólido. Sus problemas son la dificultad de difusión de especies hacia el centro y la gran pérdida de carga.•El de anillo es un cilindro hueco. Esto mejora el tema de la difusión. Su área superficial es mayor. La pérdida de carga es un 50% menos. •El de anillo acanalado o “margarita” presenta una área superficial aún mayor. Y la pérdida de carga se reduce un 15% con respecto al de anillo.

ProveedoresDenominación 04-110 04-111 04-115

Formas S6: 6 mm pelletS8: 8 mm pelletSS11x4: 11 x anillo acanaladoSR10x5: 10 x 5 anilloSR11x4: 11x 4 anillo

S6: 6 mm pelletS8: 8 mm pelletSS11x4: 11 x anillo acanaladoSR10x5: 10 x 5 anilloSR11x4: 11x 4 anillo

SR10x5: 10 x 5 anilloSS11x4: 11 x anillo acanalado

Contenido de V2O5 6% (masa) 8% (masa) -

Densidad aparente - Pellets 600 kg/m³ 550 kg/m³ -

Temperatura de operación 400 a 600°C

Dependiendo de la composición del gas.

415 a 630°C

Dependiendo de la composición del gas.

-

Temperatura de ignición Mínima 360 ºC. Dependiendo de la

composición del gas.

Mínima 380 ºC. Dependiendo de la

composición del gas.

-

BASF

Haldor Topsoe A/SDenominación VK38 VK48 VK58 VK69 VK-WSA

Formas 6 mm pellets10 mm anillos12 mm margaritas20 mm anillos

6 mm pellets10 mm anillos12 mm margaritas

6 mm pellets10 mm anillos12 mm margaritas14 mm anillos

9 mm margaritas

6 mm pellets10 mm anillos20 mm anillos

Contenido de V2O5 6-8% (masa) 7-9% (masa) 6-8% (masa) 6-8% (masa)

Óxidos de metales alcalinos

11-15%(masa) 11-15%(masa) 20-25%(masa) 11-15%(masa)

Temperatura de operación

400-630ºC 400-550ºC 370-450 ºC 400-550 ºC

Otros catalizadores

Platino (Pt) finamente dividido y soportado por amianto. (Fue el primer catalizador del proceso). A pesar de tener una alta actividad, su costo es alto y tiene gran tendencia a envenenarse.

El último desarrollo en catalizadores para ácido sulfúrico es el catalizador promovido por cesio (Cs). Se emplea como promotor sulfato de cesio (Cs2SO4). Tiene una actividad más alta a bajas temperaturas, por lo que puede reducirse la temperatura de ignición en unos 20 a 40 ºC, esto permite obtener conversiones más altas.

Reactor industrial - Convertidor

Consiste en 4 lechos estáticos conenfriamiento intermedio.Características generales:•Diámetro 7-13 m.•Altura de cada lecho: 0.5-1 m.•Material de construcción: acero inoxidable.

Conversión y distribución

Lecho catalítico % de catalizador % de conversión1 19.4 562 25.0 873 26.7 99.14 28.9 99.7

CinéticaDebido a la incertidumbre del mecanismo

existen muchas expresiones experimentales de la ley de velocidad. La que se recomienda es:

Con n entre 0.4 a 0.8

2/1

22

3

3

2

21

OSOP

SO

n

SO

SOO

PPK

P

P

PPr

Absorción de SO3

42722423 22 SOHOSHSOHSO OH