L'acide sulfurique est l'un des produits chimiques les plus produits et les plus importants. Il trouve des applications répandues dans diverses industries et processus tels que la production chimique industrielle (engrais, détergents, pigments, teintures), la fabrication de batteries, les processus métallurgiques, le raffinage du pétrole, l'industrie de la teinture et du textile, la production d'explosifs, l'industrie des semi-conducteurs, l'utilisation en laboratoire et la chimie analytique, entre autres. Il existe différents processus de production d'acide sulfurique : processus en chambre, contact simple et processus à double contact. Le processus à double contact est actuellement le plus préféré et le plus utilisé en raison de son taux de conversion élevé du trioxyde de soufre en acide sulfurique. Une conversion élevée signifie également moins de résidus de SO2 dans le gaz d'émission, contribuant à réduire les émissions de SO2 dans l'atmosphère et à atténuer la pollution de l'air ambiant.
La production d'acide sulfurique implique un processus en plusieurs étapes, largement connu sous le nom de Procédé de contact ou de processus de fabrication de l'acide sulfurique. Ce processus convertit le dioxyde de soufre (SO2) en acide sulfurique (H2SO4). Les matières premières utilisées pour la production d'acide sulfurique comprennent des gaz contenant du soufre obtenus par la combustion de soufre élémentaire, de pyrites ou de gaz résiduels de l'industrie métallurgique.
La production d'acide sulfurique comporte plusieurs étapes expliquées ci-dessous :
Étape 1 : Combustion du soufre
Dans les cas où l'acide sulfurique est fabriqué à partir de soufre élémentaire, de pyrite ou de minerai de sulfure métallique comme matière première, le processus commence par la combustion du soufre (S) pour produire du dioxyde de soufre (SO2).
S + O2 →SO 2
Étape 2 : Conversion du dioxyde de soufre
Avant d'être envoyé au convertisseur, le dioxyde de soufre subit un prétraitement pour éliminer les impuretés. Il est d'abord traité dans une tour de lavage pour réduire sa température, puis passe par un epurateur venturi pour éliminer les particules fines. Il est ensuite acheminé vers la tour de refroidissement pour abaisser encore sa température et éliminer l'eau. Enfin, il passe par des dépoussiéreurs pour éliminer les particules fines et le brouillard restants.
La conversion du dioxyde de soufre et de l'oxygène en anhydride sulfurique dépend fortement de la quantité d'oxygène excédentaire. Par conséquent, l'acide sulfurique est dilué avec de l'air sec afin d'obtenir la quantité d'air nécessaire à la réaction catalytique. La dernière étape de traitement avant l'entrée en contact du convertisseur est la tour de séchage, où l'eau restante est éliminée du dioxyde de soufre gazeux.
Enfin, le dioxyde de soufre purifié est envoyé au convertisseur pour le processus de contact, au cours duquel il est converti en trioxyde de soufre (SO3) en présence d'un catalyseur. En général, le catalyseur utilisé est soit l'oxyde de vanadium (V2O5), soit l'alumine (Al2O3).
2SO2 + O 2 ⇌ 2SO3
L'équilibre mentionné ci-dessus est très sensible à la température et à l'excès d'oxygène. Par conséquent, contrôler les concentrations de SO2 et O2 après le processus de traitement est crucial pour établir des conditions optimales avant le processus de conversion.
Étape 3 : Absorption dans l'acide sulfurique
Le trioxyde de soufre (SO3) est dissous dans de l'acide sulfurique concentré (H2SO4), typiquement à une concentration de 98-99%, pour produire de l'acide sulfurique fumant, également connu sous le nom d'oleum (H2S2O7). L'oleum est un mélange d'acide sulfurique et de trioxyde de soufre. Il est essentiel de maintenir un contrôle précis sur la concentration de l'acide sulfurique dans la tour d'absorption pour éviter des conditions perturbées. En cas de conditions perturbées, le processus d'absorption peut ne pas se dérouler correctement, soulignant l'importance de maintenir des conditions opérationnelles optimales. Selon le processus de fabrication (absorption simple à contact unique ou absorption double à contact double), l'absorption peut se produire dans une seule tour ou plusieurs tours d'absorption.
SO3 + H2SO4 → H2S2O7 (oléum)
Étape 4 : Dilution
L'oléum produit dans la tour d'absorption est dilué avec de l'eau pour atteindre la concentration d'acide sulfurique souhaitée. La dilution est une étape cruciale pour la production d'acide sulfurique de qualité commerciale, dont la concentration varie généralement entre 93 % et 98 %.
H2S2O7 + H2O → 2H2SO4
Étape 5 : Refroidissement et stockage
L’acide sulfurique dilué est ensuite refroidi et transféré vers des réservoirs de stockage.
Dans le cas du processus d'absorption double contact double, le SO3 est pris dans de l'acide sulfurique concentré et crée de l'oleum dans la première tour d'absorption (intermédiaire). Pendant ce temps, le SO2 non oxydé passe au convertisseur pour le second contact. Après contact, le SO2 et le O2 sont convertis en SO3 puis dirigés vers la deuxième tour d'absorption (finale), où ils sont absorbés dans de l'acide sulfurique concentré (H2SO4) pour créer de l'acide sulfurique fumant, ou de l'oleum (H2S2O7).
Le Procédé de contact est très efficace et largement utilisé dans l'industrie pour la production à grande échelle d'acide sulfurique. Le processus à double contact a largement été remplacé par le processus à simple contact, qui offre des rendements de production accrus d'acide sulfurique et est plus respectueux de l'environnement en raison de son ratio d'absorption de SO2 plus élevé et de ses émissions de SO2 réduites. En raison de la nature corrosive et potentiellement dangereuse de la production d'acide sulfurique, les mesures de sécurité et les contrôles environnementaux sont cruciaux.
Le processus de production d'acide sulfurique doit être contrôlé de manière optimale pour atteindre des rendements de production de 98 % ou plus. HORIBA contribue au processus de production d'acide sulfurique grâce à son analyseur de gaz continu, la série ENDA-5000. Le système de prétraitement des gaz échantillons sur mesure, soutenu par plus de 50 ans d'expérience et d'expertise dans la surveillance des gaz d'émission, ainsi que le développement et la production internes de composants clés, contribuent à une mesure précise du SO2 hautement corrosif dans le processus de production d'acide sulfurique.
L'ENDA-5000 est proposé et adopté dans de nombreuses usines d'acide sulfurique au Japon et à l'étranger pour la surveillance de SO2, O2 et d'autres composants tout au long du processus. Les points très importants à surveiller pour l'optimisation du processus incluent (1) la concentration de SO2 et O2 avant le convertisseur pour maintenir des conditions optimales pour la conversion en SO3, (2) la concentration de SO2 non oxydé après la tour d'absorption intermédiaire, et (3) après la tour d'absorption finale pour contrôler l'efficacité d'absorption et la régulation finale par les réglementations environnementales locales (4) la surveillance des émissions de cheminée.
■ L'analyseur ENDA-5000 contient un système de traitement des gaz d'échantillon sur mesure qui garantit une dissolution minimale de SO2 dans le drain et fournit des résultats de mesure précis.
■ Avec plus de 50 ans d'expérience dans la conception d'analyseurs de gaz continus et d'analyseurs de gaz de cheminée, HORIBA a accumulé un savoir-faire dans diverses pièces de prélèvement pour différentes conditions de gaz d'échantillon. Parmi ces pièces, il y a un traitement pour l'élimination de la brume corrosive de SO3 et d'autres pièces de prélèvement pour le prétraitement de gaz d'échantillon difficiles à manipuler. Un tel système de prétraitement permet au détecteur de fonctionner plus longtemps sans corrosion ni problèmes majeurs.
■ La technologie NDIR modulation croisée exclusive d' HORIBA, appliquée à cet analyseur, assure le nettoyage de la cellule de mesure avec de l'air ambiant purifié après chaque mesure. Cela contribue à la longue durée de vie de l'analyseur et au maintien de conditions de propreté à l'intérieur de la cellule de gaz d'échantillonnage sur le long terme, un atout essentiel pour une faible dérive du zéro et une mesure précise.
Système d’analyse des gaz de combustion
Vous avez des questions ou des demandes ? Utilisez ce formulaire pour contacter nos spécialistes.
