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Segundo trabajo del profesor Loayza y temas de su parcial.
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Procesos químicos 2015
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1) ¿Cómo se forma un hidrato?, hacer un comentario sobre el hidrato del
ácido sulfúrico?
2) ¿Cómo se da el proceso para obtener azufre a partir de los productos de
desulfurización del petróleo?
RESPUESTA
1) El hidrato es una sustancia que contiene agua. Para su formación se
puede definir:
Según la química orgánica, un hidrato es un compuesto formado por el
agregado de agua o sus elementos a una molécula receptora. Por ejemplo,
el etanol, C2—H5—OH, puede ser considerado un hidrato de etileno,
CH2=CH2, formado por el agregado de H a un C y OH al otro C.
Ejemplo de formación de un hidrato de aldehído:
Etapa 1. Protonación del carbonilo
Etapa 2. Ataque nucleófilo del agua
Etapa 3. Desprotonación
Procesos químicos 2015
Según la química inorgánica, son sustancias que contienen moléculas de
agua en su composición, que están ligadas al núcleo metálico o
cristalizado con el complejo metálico, la cual es liberada cuando el hidrato
es sometido a altas temperaturas.
Hidrato del ácido sulfúrico.
Respecto al hidrato del ácido sulfúrico, son más bien productos
intermedios presentes en las siguientes reacciones que se dan en la
superficie límite gas-liquido en el método de cámaras de plomo:
𝐻2𝑆𝑂3 + 𝑁𝑂2 → [𝐻2𝑆𝑂4]. 𝑁𝑂
Y
2[𝐻2𝑆𝑂4]𝑁𝑂 + 12⁄ 𝑂2(𝑁𝑂2) → 2𝑆𝑂5𝑁𝐻 + 𝐻2𝑂(𝑁𝑂)
Los hidratos obtenidos son:
𝐻2𝑆𝑂4. 𝐻2𝑂 = 84,48%𝐻2𝑆𝑂4
𝐻2𝑆𝑂4. 2𝐻2𝑂 = 73,13%𝐻2𝑆𝑂4
𝐻2𝑆𝑂4. 4𝐻2𝑂 = 57,65%𝐻2𝑆𝑂4
Procesos químicos 2015
2) De antemano se sabe que la destilación fraccionada del petróleo, nos
proporciona principalmente combustibles, tales como: GLP, gasolina,
Queroseno, diésel, fuel, entre otros.
Entonces, como ya sabemos, la combustión producida en el motor de los
autos produce: CO2, CO, NOx, Compuestos de plomo, SO2, vapor de agua,
etc.
La gasolina, el diésel y hasta el gas natural contienen cantidades nada
despreciables de azufre. Aproximadamente, el petróleo contiene en su
composición entre 0.8-3.3 % en Azufre, el cual al refinarse para volverse los
ya conocidos combustibles, no pierden una cantidad importante de este.
Así, cuando se enciende un vehículo, estos contribuyen a la formación de
SO2, un gas tóxico, que, al llegar a la atmósfera, se convierte en ácido
sulfuroso (H2SO3) o en ácido sulfúrico (H2SO4), sustancias responsables de
la lluvia ácida.
A pesar de saber que en el petróleo encontramos S, no es tan fácil retirarlo
por algún medio, ya que no se encuentra como tal, sino que se encuentra
integrado en compuestos tales como el tiofeno, dibenzotiofeno, 4,6-
dimetildibenzotiofeno, etc.
Es por todo lo mencionado anteriormente que se realiza la desulfuración del
petróleo, que en esencia es tratar el hidrocarburo sulfurado con un flujo de
gas enriquecido de Hidrogeno, sobre un lecho de catalizador (Mo2O3, Co2O3),
entonces la mezcla del gas y el crudo reaccionan de manera que los
compuestos de S se convierten en H2S. Luego este gas se trata para la
obtención de Azufre, el método usado será el conocido como: “Horno de
Claus”.
Proceso de Claus:
I. En primera instancia, se realiza la combustión controlada con aire en
lo que se conoce como “Hornos de Claus”, donde el H2S es oxidado a
SO2 :
3H2S + 3/2 O2 SO2 + H2O + H2S + 124Kcal (a 1100 ºC)
Nota: En esta etapa un tercio de H2S a de reaccionar
Procesos químicos 2015
( Al2O3.XH2O)
II. En esta etapa, los 2/3 restantes de H2S reaccionan con el SO2, con la
ayuda de un catalizador, que puede ser Oxido de Aluminio Hidratado(
Al2O3.XH2O), también es posible usar Óxidos de Titanio.
SO2 + 2H2S 3/x Sx + 2H2O + 35 Kcal (a 370 ºC)
Nota: Sx, Forma alotrópica del azufre obtenido. La forma alotrópica
varia con la temperatura, así cambia a otras especies cuando la
temperatura es reducida. Al bajar la temperatura cerca de 426ºC y
481ºC, menos especies de S2están presentes en comparación con las
especies de S6 y S8.
A continuación se muestra la conversión teórica de H2S a Azufre para la
reacción de Claus.
Se puede notar, que en la región térmica el porcentaje de conversión es
favorecido a altas temperaturas y que la región catalítica, el porcentaje de
conversión se favorece con la disminución de la temperatura.
Los productos de reacción, son enfriados a aproximadamente 143ºC para
condensar el azufre y, a continuación, es separado en estado líquido de los
gases no condensados. El azufre suele almacenarse o transportarse en estado
líquido a temperaturas en torno a 120ºC, o bien en estado sólido en diversas
formas.