Synthèse industrielle de l

Synthèse industrielle de l’acide sulfirique
I. INTRODUCTION
I.1. Définition
L'acide sulfurique de formule H2SO4 est un produit industriel de première importance, qui
trouve de très nombreuses applications dans les industries chimiques, sa préparation peut
être considérée comme l'industrie de base de la chimie minérale. Sa production dépassait
déjà 10 Mt (millions de tonnes) au début du XXe siècle, atteignait 38 Mt en 1955, 160Mt en
1990 et 180Mt à nos jours. L’acide sulfurique est produit principalement à partir du dioxyde
de soufre, suivant deux procédés :
 procédé dit « de contact »
 procédé dit « des chambres de plomb ».
I.2. Dénomination
L’acide sulfurique peut également s’appeler :
 Trioxyde de soufre (sous sa forme solide)
 Oléum (acide sulfurique anhydre saturé en trioxyde de soufre)
 Acide sulfurique (sous sa forme liquide aqueuse)

 Vitriol ou huile de vitriol (en raison de son aspect vitreux)
 « Acide de batterie »
 Sulfate de dihydrogène
I.3.Utilisation
Les applications de l'acide sulfurique dans l'industrie sont nombreuses et diverses car le
soufre intervient dans de nombreuses fabrications. Comme domaines, on peut citer :
 Production de l’acide phosphorique
 les engrais minéraux (superphosphate)
 la préparation des métaux
 le raffinage du pétrole
 les détergents, les insecticides et fongicides
 les colorants
 les matières plastiques
Dioxyde de soufre (S02)
C'est un gaz sans couleur et ininflammable avec une odeur pénétrante qui irrite les yeux
et les voies respiratoires. Il réagit sur la surface d'une variété de particules en suspension
solides, il est soluble dans l'eau et peut être oxydé dans les gouttelettes d'eau portées par
le vent. Le dioxyde de soufre provient principalement de la combustion des combustibles
fossiles (charbons, fuels, …), au cours de laquelle les impuretés soufrées contenus dans
les combustibles sont oxydées par l’oxygène de l’air O2 en dioxyde de soufre SO2. Ce
polluant gazeux est ainsi rejeté par de multiples petites sources (installations de chauffage
domestique, véhicules à moteur diesel, …) et par des sources ponctuelles plus importantes
(centrales de production électrique ou de vapeur, chaufferies urbaines, …). Certains
procédés industriels produisent également des effluents soufrés (production d’acide
sulfurique, raffinage de pétrole, métallurgie des métaux non ferreux, …). La combustion
du charbon est la plus grande source synthétique de dioxyde de soufre représentant
environ 50% des émissions globales annuelles, avec la brûlure de pétrole représentant 25-
30% en plus. Les volcans sont la source naturelle la plus commune de dioxyde de soufre
II.1. Principe du procédé de fabrication

Aujourd'hui, la production en grand d'acide sulfurique est réalisée presque exclusivement
selon le procédé de contact qui consiste à faire passer des gaz chargés d'anhydride sulfureux
sur un catalyseur au vanadium. Le processus de fabrication de l'acide sulfurique se résume
principalement en trois phases, la combustion, l’oxydation et l’absorption :
 Première étape : fabrication de SO2(Production de l’anhydride)
. Par combustion, entre 900 et 1100°C, de soufre liquide est pulvérisé en fines gouttelettes
dans de l'air sec en excès :
S(l) + O2(g) ————> SO2(g) H°r, 298K = - 297 kJ/mole (1)
La combustion du soufre s'effectue sans imbrûlés grâce à un excès d'air préalablement
séché. La composition volumique des gaz à la sortie des fours est la suivante :
 12 % de SO2
 10% de O2
 78% de N2
L'oxydation du soufre est une réaction très exothermique. La récupération de cette chaleur
se fait à travers une chaudière
 Deuxième étape : formation de SO3 par le procédé de contact (conversion
du S02 en SO3).
L’anhydride sulfurique est obtenu par oxydation de l’anhydride sulfureux SO2 dans un
convertisseur contenant un catalyseur dont le principe actif est le pentoxyde de vanadium
(V2O5). La réaction correspondante est la suivante :
SO2 + 1/2 O2 <=====> SO3 H°r,298K = - 99 kJ/mole (2)
L'oxydation est fortement exothermique, la réaction amorcée à environ 430°C atteint
rapidement 600°C. Avant introduction dans le lit suivant, le gaz formé est refroidi à 430°C.
Environ 60 % de cette énergie est utilisée pour produire de la vapeur d'eau. La réaction étant
équilibrée, le taux de conversion, exprimé en % mesure le rapport du nombre de molécule
de SO3 formées au nombre de molécule de SO2 présentes le gaz d’alimentation de
convertisseur.
Pour un mélange réactionnel de composition donnée, à une pression donnée, le plan (taux de
conversion, température) est divisé en deux par une courbe dite d’équilibre le long de laquelle la
vitesse de la réaction est nulle. A gauche de la courbe se situe le domaine d’oxydation de SO2 et
à droite de la courbe le domaine de décomposition de SO3.

 Troisième étape : formation de H2SO4(absorption du SO3).
La fabrication de l’acide sulfurique résulte de l’absorption de l’anhydride sulfurique SO3
gazeux suivant la réaction :
SO3 + H2O ————> H2SO4 H°r,298K = - 132,4 kJ/mole (3)
SO3 se dissolvant difficilement dans H2O, H2SO4 est formé par augmentation de la
concentration de solutions de H2SO4 à 98,5 % en donnant des oléums. L'acide commercial à
78, 96 ou 98 % est obtenu par dilution des oléums formés. Les unités de production ont des
capacités qui peuvent atteindre 2 500 t/jour
Fabrication et aspects environnementaux.
1/ Fabrication :
Le processus de préparation de l'acide sulfurique dépend du soufre et des sulfates, qui
sont utilisés comme matières premières. Il a également besoin d'une grande pureté en
raison de l'activité chimique intense de l'acide. L'acide sulfurique peut être préparé en
laboratoire ou à l'échelle industrielle. L'acide sulfurique est préparé industriellement de
deux manières, à savoir le procédé de la chambre de plomb et le procédé de contact
2/ aspects environnementaux :
 L’acide sulfurique provoque des brûlures de la peau et des lésions oculaires
graves avec risque de perte de la vue. Les risques sont d’autant plus
importants que l’acide est concentré.
 Il peut irriter les voies respiratoires.
 En cas d’ingestion il peut entraîner des lésions de la bouche, de l’œsophage
et du tube digestif. Il y a risque de perforation pour l’œsophage et l’estomac.
 Les pluies acides qui résultent de l'acide sulfurique endommagent les cultures
agricoles.
 Comme pour l'homme, la dose létale d'acide sulfurique est de 4 à 5 centimètres
cubes et entraîne la mort après 12 à 48 heures d'utilisation en raison d'un choc

nerveux et sanglant. résultant d'une douleur brûlante ou d'une déshydratation
résultant de vomissements répétés, ce qui peut entraîner une déformation du
corps humain
L’acide sulfurique réagit violemment avec l’eau avec un dégagement de chaleur
important qui peut localement porter l’eau à ébullition. Cela peut se produire lorsque
de l’eau est versée sur de l’acide concentré. L’eau étant moins dense que l’acide, la
réaction se produit en surface et peut entraîner des projections d’acide. Pour cette
raison, pour diluer de l’acide sulfurique, il faut toujours verser l’acide dans l’eau et
non l’inverse. L’acide, plus dense, sa densité par rapport à l’eau est de 1,84, coule
au fond du récipient et la réaction exothermique a lieu au sein du liquide au lieu de
sa surface et les projections sont évitées.
Il réagit également violemment avec de nombreux composés et en particulier avec
les cristaux de permanganate de potassium. Pour préparer une solution acide de
permanganate de potassium, il faut au préalable dissoudre les cristaux de
permanganate dans l’eau puis ensuite introduire l’acide sulfurique. Ne jamais mettre
en contact les cristaux de permanganate avec l’acide concentré, il y a risque
d’explosion violente.
Conclusion :
L’acide sulfurique est un produit industriel de première importance, qui trouve de très
nombreuses applications : en fait pratiquement tout produit manufacturé a rencontré l’acide
sulfurique dans son élaboration. La production annuelle mondiale dépasse les 180 Mt. Elle a
progressé de plus de 25 % en Asie au cours des deux dernières décennies, confirmant ainsi
son emploi comme indicateur économique.