Procesos químicos 2015

TAREA

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

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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

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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

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( 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.