Producción y Aplicaciones del Ácido Sulfúrico e Hidrógeno: Procesos Industriales

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Fabricación del Ácido Sulfúrico

Catálisis Homogénea

Se lleva a cabo con óxidos de nitrógeno, donde el producto y el reactivo se encuentran en la misma fase.

Catálisis Heterogénea

Se realiza con catalizadores de platino u óxidos metálicos, donde el producto y el reactivo se encuentran en diferentes fases. Este es el método más moderno.

Propiedades de los Ácidos Sulfúricos

  • La densidad varía de forma lineal.
  • Los puntos de ebullición aumentan a medida que se incrementa la concentración, y cuando llega al 98,5% se produce un descenso.
  • Los ácidos comerciales que se fabrican son: ácido de bacterias, ácido fertilizante, ácido de Glover, aceite de vitriolo, ácido al 98%, monohidrato al 100% y óleums.

Método de Contacto (Catálisis Heterogénea)

Consta de tres etapas: depuración de los gases, catálisis de la oxidación del SO2 a SO3 y absorción del SO3.

Depuración de los Gases

Se eliminan los componentes perjudiciales para el catalizador. Los gases de salida son tratados en tres o cuatro pasos para eliminar impurezas. Al final, existe una columna de secado donde también se puede inyectar aire para diluir los gases para la catálisis.

Catálisis

(Continuación del proceso)

Absorción

El trióxido de azufre reacciona violentamente con el agua, generando un fuerte desprendimiento de calor: SO3 + H2O → H2SO4 + 37,3 Kcal. Sin embargo, la reacción es lenta y, además, se forman nieblas de ácido sulfúrico difíciles de romper. Por ello, en lugar de realizar la absorción con agua, se emplea H2SO4 concentrado al 98%. Si la concentración es menor, se forman nieblas; si es mayor, no se produce la absorción ideal.

Obtención de Hidrógeno

Aplicaciones

  • Obtención de amoníaco (NH3).
  • Procesos de refinado de petróleo.
  • Fabricación de metanol y ciclohexano.
  • Fuente de energía.
  • Hidrogenación de aceites.
  • Procesos de soldadura y corte.
  • Laboratorios.
  • Hornos de sintetización.
  • Formación de atmósferas reductoras.
  • Hornos para reducción de ciertos metales.

Métodos de Producción

  • Reformado del gas natural o naftas con vapor de agua.
  • Combustión parcial de fracciones de petróleo.
  • Gasificación del carbón.
  • Electrólisis del agua.
  • Descomposición térmica.

Componentes de una Celda Electrolítica para la Obtención de Hidrógeno

  • Cátodos y ánodos de hierro (Fe) recubiertos de níquel.
  • Hidróxido de sodio (NaOH) al 15% como electrolito.
  • Un diafragma de asbesto, similar a las celdas electrolíticas de obtención de cloro (Cl).

Factores de Dimensionado en la Electrólisis del Agua

  1. Polarización.
  2. Tipo de electrodo, geometría y separación.
  3. Temperatura de trabajo (alta temperatura reduce la solubilidad).
  4. Mayor estrechez implica menor resistencia.
  5. Relación longitud-altura.
  6. Flujo ascendente.
  7. Si se usa sodio (Na) como cátodo, se eliminan cloruros (Cl-) y sulfatos (SO42-).
  8. Adición de agentes catalíticos que reduzcan la sobretensión de polarización.
  9. Distancia entre electrodos.
  10. Espesor del diafragma.
  11. Densidad de corriente.
  12. Conductividad elevada.
  13. Debe existir un balance entre el espesor del diafragma, su conductividad, su impermeabilidad y su resistencia mecánica.
  14. Temperatura y concentración del electrolito.

Electrolizadores Comerciales

Electrolizadores de Célula

Cada célula contiene un cátodo, un ánodo, un diafragma en forma de bolsa, conexión en paralelo y un tanque común.

Electrolizadores de Filtro Prensa

Conexión en serie, ocupan menos espacio a igual capacidad de producción. Son más caros de instalar y su mantenimiento es costoso. Tienen una conexión más simple, pueden trabajar a temperaturas altas, pero la pureza del H2 es menor.

Descomposición de Hidrocarburos: Obtención del Gas de Síntesis

El gas de síntesis es una mezcla de monóxido de carbono (CO) e hidrógeno (H2) válida para obtener H2, metanol, gasolinas, aldehídos, alcoholes o ácidos orgánicos. Se obtiene del petróleo mediante la oxidación regulada de los hidrocarburos, con oxígeno (O2) y/o agua (H2O). Un problema asociado es la posible aparición de coque, que se deposita en la superficie del catalizador.

Reacciones

  • Con catalizador de platino: CnH2n+2 + 0,5nO2
  • Con catalizador de níquel: CnH2n+2 + nH2O

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