Calcul des réacteurs catalytiques - Production de trioxyde de soufre

Le tétraoxosulfate de dihydrogène, de formule H ₂ SO ₄ , 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 H ₂ S sous-produit de certaines réactions chimiques, soit un sulfure métallique, soit des acides résiduaires.

Les principaux sulfures métalliques naturels industriels sont :

• la pyrite FeS ₂ , 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 CuFeS ₂ .

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 SO ₂ , par combustion du soufre ou de H ₂ S 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 SO ₂ 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 SO ₂ en trioxyde de soufre SO ₃  ;

– une absorption du trioxyde de soufre SO ₃ 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 SO ₃ 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...