Cómo se fabrica el ácido sulfúrico a nivel industrial
El ácido sulfúrico (H₂SO₄) es el químico industrial más producido en el mundo, con una producción global que supera los 270 millones de toneladas anuales. Su fabricación se realiza principalmente mediante el llamado proceso de contacto, desarrollado a finales del siglo XIX y optimizado a lo largo de décadas. Este método permite obtener ácido sulfúrico con purezas superiores al 98 %, suficiente para la mayoría de aplicaciones industriales, agrícolas y farmacéuticas. La primera etapa consiste en la obtención del dióxido de azufre (SO₂). Se puede partir de azufre elemental (el método más común hoy en día) o de minerales como la pirita (FeS₂). En el caso del azufre, se quema directamente en hornos a aproximadamente 1.100-1.500 °C: S + O₂ → SO₂. Si se usa pirita, se tuesta a unos 800-900 °C: 4 FeS₂ + 11 O₂ → 2 Fe₂O₃ + 8 SO₂. El gas resultante contiene entre el 7 y el 10 % de SO₂ en volumen. El gas que sale del horno debe someterse a un proceso de limpieza y precalentado. Se elimina el polvo, las partículas de metal y los compuestos que envenenarían el catalizador en etapas posteriores. A continuación, el aire y el SO₂ se mezclan y se precalientan mediante intercambiadores de calor hasta alcanzar la temperatura adecuada para la oxidación. La segunda etapa es la oxidación catalítica del SO₂ a trióxido de azufre (SO₃). Esta es la reacción clave y la más delicada del proceso: 2 SO₂ + O₂ ⇌ 2 SO₃ (reacción exotérmica, ΔH ≈ -198 kJ/mol). Se lleva a cabo en un reactor de contacto a 400-450 °C y 1-2 atmósferas de presión, utilizando como catalizador el pentóxido de vanadio (V₂O₅) depositado sobre una soporte de sílice o yeso. La reacción es reversible y se realiza en varias camas catalíticas (generalmente 3-4) con enfriamiento intermedio para maximizar el rendimiento, que suele superar el 99,5 %. La tercera y última etapa es la absorción del SO₃. Es importante destacar que el SO₃ no se disuelve directamente en agua, ya que la reacción sería demasiado violenta y generaría niebla de ácido sulfúrico difícil de condensar. En su lugar, se absorbe en ácido sulfúrico concentrado al 98 % dentro de una torre de absorción: SO₃ + H₂SO₄ → H₂S₂O₇ (ácido piro-sulfúrico), que luego se diluye con agua hasta la concentración deseada.
| Parámetro | Valor típico |
|---|---|
| Temperatura de combustión del azufre | 1.100 – 1.500 °C |
| Temperatura del reactor de contacto | 400 – 450 °C |
| Catalizador | V₂O₅ / SiO₂ |
| Presión de operación | 1 – 2 atm |
| Rendimiento de conversión SO₂→SO₃ | > 99,5 % |
| Concentración final | 98 – 99 % H₂SO₄ |
El catalizador utilizado en la etapa clave es el pentóxido de vanadio (V₂O₅), que permite convertir SO₂ en SO₃ a 400-450 °C con un rendimiento superior al 99,5 %.
Dato clave