Procédé de contact

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Le procédé de contact est le mode de production industrielle d'acide sulfurique concentré actuellement le plus employé dans le monde. Il consiste essentiellement à catalyser, aujourd'hui par pentoxyde de vanadium V2O5, l'oxydation de dioxyde de soufre SO2 en trioxyde de soufre SO3 et à récupérer ce dernier dans l'acide sulfurique H2SO4 pour former un oléum à forte teneur en acide disulfurique H2S2O7, lequel donne deux molécules d'acide sulfurique par hydratation.

Procédé de contact[modifier | modifier le code]

Ce procédé se décompose en trois étapes :

  1. purification du dioxyde de soufre SO2,
  2. oxydation du dioxyde de soufre en trioxyde de soufre SO3 à l'aide de pentoxyde de vanadium V2O5,
  3. conversion du trioxyde de soufre en acide sulfurique H2SO4.

Purification du dioxyde de soufre[modifier | modifier le code]

La purification du SO2 est nécessaire pour éviter l'empoisonnement du catalyseur de l'étape n° 2 par des impuretés contenues dans l'air.

Oxydation en trioxyde de soufre par le pentoxyde de vanadium(V)[modifier | modifier le code]

On utilisait autrefois comme catalyseur du platine plutôt que du vanadium, un peu moins efficace, mais le platine est plus cher et est plus facilement inhibé par des impuretés[1]. Le mécanisme de la réaction d'oxydation catalysée par le pentoxyde de vanadium V2O5 est le suivant :

a)   2 SO2 + 4 V5+ + 2 O2- → 4 V4+ + 2 SO3,
b)   4 V4+ + O2 → 4 V5+ + 2 O2-,

la réaction globale s'écrivant :

2 SO2 (g) + O2 (g) \begin{smallmatrix}\rightleftharpoons\end{smallmatrix} 2 SO3 (g) : ΔH = −197 kJmol-1.

On atteint 96 % de rendement chimique avec V2O5 en maintenant une température de 450 °C et une pression de 100 à 200 kPa ; le catalyseur ne sert qu'à optimiser la cinétique de la réaction, mais n'en déplace pas l'équilibre.

Le catalyseur V2O5 forme un complexe [(VO)2O(SO4)4]4- avec SO2 au cours de la réaction :


Addition à de l'acide sulfurique pour former un oléum[modifier | modifier le code]

Le trioxyde de soufre est ensuite refroidi dans un échangeur thermique et recueilli dans une tour d'absorption où il est dissous dans de l'acide sulfurique concentré afin de produire de l'oléum :

H2SO4 (l) + SO3 (g) → H2S2O7 (l),

qui peut être ensuite hydraté pour libérer de l'acide sulfurique, avec un rendement moyen de 30 % :

H2S2O7 (l) + H2O(l) → 2 H2SO4 (l).

Procédé DCDA[modifier | modifier le code]

Le procédé de « double contact double absorption » (DCDA) est une amélioration du procédé de contact consistant à faire passer le SO2 successivement dans deux unités successives constituées chacune d'un convertisseur catalytique au V2O5 suivi d'une tour d'absorption dans H2SO4 :

  1. Le SO2 est oxydé en SO3 par V2O5 dans le premier convertisseur catalytique.
  2. Le mélange gazeux SO2-SO3 circule à travers la première tour d'absorption au H2SO4 où SO3 est absorbé sous forme de H2S2O7 tandis que SO2 traverse la tour sans réagir.
  3. Le SO2 qui a traversé la première tour est refroidi puis oxydé en SO3 dans le second convertisseur catalytique.
  4. Le mélange gazeux SO2-SO3 issu du second convertisseur circule à travers la seconde tour d'absorption où SO3 est absorbé sous forme de H2S2O7.

Cette façon de procéder conduit à un rendement chimique global pouvant atteindre 99,8 % de conversion de SO2 en SO3. La production industrielle de l'acide sulfurique nécessite de contrôler avec précision la température et le débit des gaz tout au long de la chaîne de réactions, car l'efficacité de la conversion et celle de l'absorption dépendent toutes les deux de ces paramètres.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. (en) ChemGuide – 2002 « The Contact Process. »