Bibliographie & annexes
Présentation
Auteur(s)
-
Gérard HUSTACHE : Ingénieur ICPI (Institut de Chimie et Physique Industrielles de Lyon) - Ingénieur Procédé à Rhône-Poulenc
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Le tétraoxosulfate de dihydrogène, de formule H2SO4, plus couramment appelé acide sulfurique, est obtenu par synthèse à partir d’une matière première contenant du soufre, qui peut être soit le soufre lui-même, soit le gaz H2S sous-produit de certaines réactions chimiques, soit un sulfure métallique, soit des acides résiduaires.
Les principaux sulfures métalliques naturels industriels sont :
-
la pyrite FeS2, utilisée comme source de soufre, l’élément fer obtenu sous forme d’oxyde étant un sous-produit ;
-
la blende ZnS ;
-
la galène PbS ;
-
la chalcopyrite CuFeS2.
Ces trois derniers sont traités en vue d’obtenir le métal correspondant et dans lequel le soufre est un élément à éliminer : cette élimination se fait actuellement sous forme d’acide sulfurique.
Pour la fabrication de l’acide sulfurique, on distingue successivement :
– la production du dioxyde de soufre SO2, par combustion du soufre ou de H2S dans l’air ou par grillage oxydant des sulfures métalliques ou décomposition d’acides résiduaires dans un four ; le gaz obtenu a une teneur en SO2 variant de 7 à 12 % en volume et une teneur en oxygène variant de 4 à 13 % en volume ;
– dans le cas du grillage de minerai métallique et de décomposition d’acides résiduaires, une purification du gaz obtenu précédemment ;
– une réaction de catalyse hétérogène pour oxyder le dioxyde de soufre SO2 en trioxyde de soufre SO3 ;
– une absorption du trioxyde de soufre SO3 dans l’acide sulfurique concentré (98 % en masse), pour conduire de manière ménagée la réaction d’une molécule d’eau et d’une molécule de SO3 conduisant à l’acide sulfurique.
La réaction d’oxydation du dioxyde de soufre est l’étape clé du procédé et fait l’objet du présent article qui présente les éléments de calcul des lits catalytiques des réacteurs. Ceux-ci fonctionnant généralement à une pression proche de la pression atmosphérique, donc pour simplifier les calculs, les pressions sont exprimées, dans ce qui suit, en atmosphère (unité non légale : 1 atm = 1,013 x 105 Pa).
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VERSIONS
- Version archivée 1 de sept. 1982 par Bruno VIDON
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Exemple de calcul d’un réacteur industriel4. Technologie et exploitation des réacteurs industriels
4.1 Hydrodynamique
A mesure que la vitesse du gaz en fût vide augmente (à composi-tion de gaz constante), la quantité de SO2 qui se présente au catalyseur par unité de temps augmente et par conséquent le pourcentage de conversion diminue.
En pratique, la vitesse du gaz dans les réacteurs industriels est comprise entre 0,3 et 0,5 Nm3.m–2.s–1 [8]. La figure 10 montre la variation de la perte de charge d’un catalyseur sous forme d’extrudés ou d’anneaux en fonction de la vitesse linéaire.
La perte de charge à travers le lit catalytique est le facteur limitant pour des débits de gaz élevés. Pour limiter la perte de charge, le rapport hauteur du lit catalytique sur diamètre des grains du catalyseur doit être inférieur à 60. Au-delà de cette valeur, des phénomènes de dispersion axiales peuvent apparaître. Ils sont d’autant plus gênants que les gradients de concentration et de température sont grands.
De plus, le rapport hauteur du lit sur diamètre du réacteur doit être de l’ordre de 0,1. Cette valeur conduit à un dimensionnement permettant :
-
de passer des débits importants ;
-
d’éviter l’existence de points chauds qui accélèrent le vieillissement du catalyseur.
4.2 Matériaux
Les installations récentes ont un seul réacteur composé de quatre lits catalytiques superposés et indépendants dans le cas de la double absorption.
-
L’enveloppe cylindrique (ou virole) peut être réalisée :
-
en acier ;
-
en acier réfractaire ;
-
en acier inoxydable réfractaire ;
-
en acier inoxydable.
La zone du 1er lit (voir même du 2e) est revêtue de briques réfractaires (zone de température élevée) dans le cas où la virole est en acier ou en acier inoxydable.
-
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Les...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - WEYCHERT (S.) et URBANEK (A.) - Kinetic equations for the catalytic oxidation of sulfur dioxide. - Inter. Chem. Engng (USA) 9, n 3, 1969, p. 396.
-
(2) - PACQUIEZ (P.) - Évolution de la fabrication de l’acide sulfurique pendant les trente dernières années. - Industrie Chim. (F) mars 1960, août 1961, mars 1962, janv. 1963, fév. 1963, juil. 1963, nov. 1963.
-
(3) - KELLEY (K.K.) - * - US Bureau of Mines Bulletin. p. 477, 1948.
-
(4) - HORN (F.) - Calcul des réacteurs adiabatiques à plusieurs compartiments. - Z. Elektrochem (D) 65, n 3, mai 1961, p. 295-303.
-
(5) - PAYNTER (J.D.), DRANOFF (J.S.) et BANKOFF (S.G.) - Suboptimal design of an SO2 oxidation catalytic reactor. - Ind. Eng. Chem. Process Des. Develop. vol. 10, n 2, 1971.
-
(6) - MATROS (YU. SH.) - Unsteady - state oxydation of sulphur...
ANNEXES
1 Constructeurs. Fournisseurs (liste non exhaustive)
1.1 Constructeurs d’unités de H2SO4 clés en main
Chemetics http:/:www.dow.com/hampshire/evans
Lurgi http://www.lurgi.com
HAUT DE PAGE1.2 Dimensionnement des réacteurs
BASF http://www.basf.fr
Haldor Topsoe http://www.haldortopsoe.com
HAUT DE PAGE
BASF http://www.basf.fr
Elf Atochem (Atofina) https://www.arkema.com/france/fr/
Hydro-Agri
Metal Europe
Rhône-Poulenc http://www.rhone-poulenc.com
Société chimique de la grande paroisse
Vieille-Montagne
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