Procédé de contact

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

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

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)

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 O^2- → 4 V⁴⁺ + 2 SO₃,

b)   4 V⁴⁺ + O₂ → 4 V⁵⁺ + 2 O^2-,

la réaction globale s'écrivant :

2 SO_{2 (g)} + O_{2 (g)} 2 SO_{3 (g)} : ΔH = −197 kJ⋅mol^-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 :

Oxydation du dioxyde de soufre en trioxyde de soufre par le pentoxyde de vanadium.

Addition à de l'acide sulfurique pour former un oléum

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 :

H₂SO_{4 (l)} + SO_{3 (g)} → H₂S₂O_{7 (l)},

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

H₂S₂O_{7 (l)} + H₂O_(l) → 2 H₂SO_{4 (l)}.

Procédé DCDA

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

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