O ácido sulfúrico é um dos produtos químicos mais importantes e produzidos em larga escala. Encontra ampla aplicação em diversos setores e processos, como a produção de produtos químicos industriais (fertilizantes, detergentes, pigmentos, corantes), fabricação de baterias, processos metalúrgicos, refino de petróleo, indústria têxtil e de tingimento, produção de explosivos, indústria de semicondutores, uso em laboratório e química analítica, entre outros. Existem diferentes processos de produção de ácido sulfúrico: processo em câmara, processo de contato simples e processo de contato duplo. O processo de contato duplo é atualmente o mais utilizado e preferido devido à sua alta taxa de conversão de trióxido de enxofre em ácido sulfúrico. A alta conversão também significa menos resíduos de SO2 nos gases de emissão, ajudando a reduzir a emissão de SO2 para a atmosfera e a mitigar a poluição do ar ambiente.
A produção de ácido sulfúrico envolve um processo de múltiplas etapas, amplamente conhecido como Processo de Contato ou processo de fabricação de ácido sulfúrico. Este processo converte dióxido de enxofre (SO₂) em ácido sulfúrico (H₂SO₄). As matérias-primas utilizadas para a produção de ácido sulfúrico incluem gases contendo enxofre obtidos pela queima de enxofre elementar, pirita ou gases residuais da indústria metalúrgica.
A produção de ácido sulfúrico envolve diversas etapas, explicadas a seguir:
Etapa 1: Combustão de Enxofre
Nos casos em que o ácido sulfúrico é fabricado a partir de enxofre elementar, pirita ou minério de sulfeto metálico como matéria-prima, o processo começa com a combustão do enxofre (S) para produzir dióxido de enxofre (SO2).
S + O2 → SO2
Etapa 2: Conversão de dióxido de enxofre
Antes de ser enviado ao conversor, o dióxido de enxofre passa por um pré-tratamento para remoção de impurezas. Primeiramente, o dióxido de enxofre é tratado em uma torre de lavagem para reduzir sua temperatura e, em seguida, passa por um lavador Venturi para remover partículas finas. Posteriormente, é direcionado para a torre de resfriamento para reduzir ainda mais sua temperatura e remover a água. Por fim, passa por precipitadores de névoa para eliminar quaisquer partículas finas e névoa remanescentes.
A conversão de dióxido de enxofre e oxigênio em trióxido de enxofre depende muito da quantidade de oxigênio em excesso. Portanto, o ácido sulfúrico é diluído com ar seco para fornecer a quantidade necessária de ar para a reação catalítica. A última etapa de tratamento antes de entrar no processo de contato no conversor é a torre de secagem, onde qualquer água residual é removida do gás dióxido de enxofre.
Finalmente, o dióxido de enxofre purificado é enviado ao conversor para o processo de contato, durante o qual é convertido em trióxido de enxofre (SO₃) na presença de um catalisador. Normalmente, o catalisador utilizado é o pentóxido de vanádio (V₂O₅) ou a alumina (Al₂O₃).
2SO2 + O2 ⇌ 2SO 3
O equilíbrio mencionado acima é altamente sensível à temperatura e ao excesso de oxigênio. Portanto, o controle das concentrações de SO₂ e O₂ após o processo de tratamento é crucial para estabelecer condições ótimas antes do processo de conversão.
Etapa 3: Absorção em ácido sulfúrico
O trióxido de enxofre (SO₃) é dissolvido em ácido sulfúrico concentrado (H₂SO₄), tipicamente a uma concentração de 98-99%, para produzir ácido sulfúrico fumegante, também conhecido como óleum (H₂S₂O₇). O óleum é uma mistura de ácido sulfúrico e trióxido de enxofre. É essencial manter um controle preciso da concentração de ácido sulfúrico na torre de absorção para evitar condições anormais. Em condições anormais, o processo de absorção pode não ocorrer corretamente, o que ressalta a importância de manter condições operacionais ótimas. Dependendo do processo de fabricação (absorção simples por contato único ou absorção dupla por contato duplo), a absorção pode ocorrer em uma única torre ou em múltiplas torres de absorção.
SO3 + H2SO4 → H2S2O7 (oleum)
Etapa 4: Diluição
O óleum produzido na torre de absorção é diluído com água para atingir a concentração desejada de ácido sulfúrico. A diluição é uma etapa crucial na produção de ácido sulfúrico de grau comercial, que normalmente apresenta uma concentração entre 93% e 98%.
H2S2O7 + H2O → 2H2SO4
Etapa 5: Resfriamento e Armazenamento
O ácido sulfúrico diluído é então resfriado e transferido para tanques de armazenamento.
No caso do processo de dupla absorção por contato duplo, o SO3 é absorvido pelo ácido sulfúrico concentrado, formando oleum na primeira torre de absorção (intermediária). Simultaneamente, o SO2 não oxidado segue para o conversor para o segundo contato. Após o contato, o SO2 e o O2 são convertidos em SO3 e direcionados para a torre de absorção (final), onde são absorvidos pelo ácido sulfúrico concentrado (H2SO4) para formar ácido sulfúrico fumegante, ou oleum (H2S2O7.
O Processo de Contato é altamente eficiente e amplamente utilizado na indústria para a produção em larga escala de ácido sulfúrico. O processo de contato duplo foi amplamente substituído pelo processo de contato simples, que oferece maiores rendimentos de produção de ácido sulfúrico e é mais ecológico devido à sua maior taxa de absorção de SO2 e menores emissões de SO2. Devido à natureza corrosiva e potencialmente perigosa da produção de ácido sulfúrico, medidas de segurança e controles ambientais são cruciais.
O processo de produção de ácido sulfúrico deve ser controlado de forma otimizada para atingir um rendimento de produção de 98% ou superior. HORIBA contribui para o processo de produção de ácido sulfúrico através do seu analisador contínuo de gases, a série ENDA-5000. O sistema de pré-tratamento de gases de amostra, projetado sob medida, aliado a mais de 50 anos de experiência e conhecimento em monitoramento de gases de emissão, bem como o desenvolvimento e a produção internos de componentes essenciais, contribuem para a medição precisa do SO2 altamente corrosivo no processo de produção de ácido sulfúrico.
O ENDA-5000 é oferecido e adotado em muitas fábricas de ácido sulfúrico no Japão e no exterior para monitoramento de SO2, O2 e outros componentes ao longo do processo. Pontos de alta importância para a otimização do processo incluem: (1) concentração de SO2 e O2 antes do conversor para manter as condições ideais de conversão em SO3; (2) concentração de SO2 não oxidado após a torre de absorção intermediária; (3) após a torre de absorção final para controle da eficiência de absorção e conformidade com as regulamentações ambientais locais; e (4) monitoramento das emissões da chaminé.
■ O analisador ENDA-5000 contém um sistema de tratamento de gás de amostra personalizado que garante a dissolução mínima de SO₂ no dreno e fornece resultados de medição precisos.
■ Com mais de 50 anos de experiência no projeto de analisadores contínuos de gases e analisadores de gases de combustão, HORIBA acumulou conhecimento em diversas partes de amostragem para diferentes condições de gases de amostra. Entre essas partes, destacam-se o tratamento para remoção da névoa corrosiva de SO₃ e outras partes de amostragem para o pré-tratamento de gases de amostra de difícil manuseio. Esse sistema de pré-tratamento permite que o detector opere por mais tempo sem corrosão e problemas graves.
■ A tecnologia NDIR modulação cruzada proprietária da HORIBA, aplicada neste analisador, garante a limpeza da célula de medição com ar ambiente purificado após cada medição. Isso contribui para a longa vida útil do analisador e mantém condições limpas dentro da célula de gás da amostra por um longo período, o que é de extrema importância para baixa deriva de zero e medição precisa.
Sistema de Análise de Gases de Chaminé
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