Proceso Solvay
Producción de carbonato de sodio (Na₂CO₃, «sosa Solvay») a partir de salmuera (NaCl) y caliza (CaCO₃), con amoníaco como intermedio reciclado. Domina la producción de carbonato de sodio desde 1865.
Condiciones de operación
- Temperatura
- 30-60 (carbonatación) ; 200 (calcinación del NaHCO₃) ; 1000 (horno de cal)°C
- Presión
- 1-3bar
- Catalizador
- NH₃ (portador reciclado en más del 99 %)
- Fase
- liquid + solid + gas
Cómo funciona
Cómo funciona
Síntesis de moléculas mediante reacciones químicas controladas
Componentes clave
La función de cada pieza principal y los elementos o compuestos que intervienen.
Horno de cal
Calcina la caliza para aportar el CO₂ y la cal viva que necesita el resto del proceso.
Horno vertical de cuba (~25 m de altura) o horno rotatorio, alimentado con caliza y combustible (coque, gas natural) a 900-1100 °C. Produce dos corrientes: CO₂ caliente (~40 %), que va a la torre Solvay, y CaO sólido, que va al regenerador de amoníaco. Es la mayor fuente directa de CO₂ del proceso.
900-1100 °C · CO₂ ~40 % · CaO caliente
Ver tambiéncaco3caoco2Torre de absorción de amoníaco
Satura la salmuera (NaCl) con amoníaco antes de la carbonatación.
Torre de platos o de relleno en la que la salmuera desciende a contracorriente del NH₃ gaseoso procedente del regenerador. La salmuera amoniacal que sale contiene ~80 g/L de NH₃ y se enfría a 10-15 °C antes de entrar en la torre Solvay (la solubilidad del NaHCO₃ baja en frío, lo que favorece la precipitación).
A contracorriente · ~80 g/L de NH₃ · enfriamiento a 10-15 °C
Ver tambiénnh3naclTorre Solvay (carbonatación)
Reactor clave del proceso: precipita NaHCO₃ inyectando CO₂ en la salmuera amoniacal.
Torre cilíndrica de 20-25 m de altura, enfriada externamente con serpentines. La salmuera amoniacal entra por arriba y el CO₂ por abajo. Al encontrarse, el NaHCO₃ precipita progresivamente y la suspensión se extrae por el fondo. Conversión típica del Na: ~75 %. El rendimiento está limitado por la solubilidad residual del NaHCO₃ y por las pérdidas de NH₃; la cinética de precipitación gobierna la productividad.
20-25 m · a contracorriente · conversión de Na ~75 % · refrigeración externa
Ver tambiénnahco3nh3co2Calcinador de bicarbonato
Descompone el NaHCO₃ filtrado en Na₂CO₃ puro, liberando CO₂ y H₂O que se reutilizan.
Horno rotatorio horizontal a 200 °C o «secador de vapor» (calentamiento indirecto con vapor). El CO₂ recogido se comprime y se recicla a la torre Solvay, la segunda fuente interna de CO₂. El Na₂CO₃ obtenido es «sosa ligera» (densidad 0.5) y puede densificarse en «sosa densa» mediante hidratación/calcinación.
200 °C · horno rotatorio o secador de vapor · CO₂ reciclado
Ver tambiénnahco3na2co3Regenerador de amoníaco (columna de destilación)
Recupera el NH₃ del NH₄Cl residual mediante tratamiento con cal, cerrando el bucle catalítico.
Columna de destilación en la que el licor residual (NH₄Cl + NH₄HCO₃) se encuentra con lechada de cal Ca(OH)₂ caliente (~100 °C). El NH₃ volátil se arrastra con vapor, se recomprime y se devuelve a la torre de absorción. El residuo líquido de CaCl₂ + H₂O se descarta. Pérdidas típicas de NH₃: ~3 kg/t de Na₂CO₃, un dato económicamente decisivo.
Columna de desorción con vapor · pérdidas de NH₃ ~3 kg/t de Na₂CO₃
Ver tambiénnh3ca-oh-2cacl2
Principios físicos y químicos
Las leyes fundamentales que hacen posible este proceso y las restricciones que imponen.
Portador estequiométrico reciclado
El amoníaco se usa en cantidades estequiométricas (no estrictamente catalíticas), pero se regenera por completo al final del ciclo. Esto es lo que distingue al Solvay del proceso Leblanc al que sustituyó: el Leblanc consumía ácido sulfúrico y generaba residuos de HCl + Na₂S, mientras que el Solvay solo consume NaCl + CaCO₃ y su único residuo es el CaCl₂.
Se aplica a los componentesregenerateur-nh3Precipitación selectiva
A 10-15 °C y en presencia de NH₄Cl, el NaHCO₃ se convierte en la sal menos soluble del sistema (efecto del ion común sobre el HCO₃⁻ y menor solubilidad con la temperatura). Este gradiente de solubilidad permite aislar el bicarbonato sin evaporar disolvente, un ahorro de energía muy importante para el proceso.
Se aplica a los componentestour-solvay
Compuestos implicados
Producto
Subproducto
Catalizador
Producción mundial
Principales aplicaciones
- Fabricación de vidrio (vidrio plano, vidrio de envases)50 %
- Detergentes y jabones en polvo13 %
- Metalurgia y química mineral12 %
- Pasta de papel y papel5 %
- Tratamiento de aguas, uso alimentario y otros usos20 %
Residuo de CaCl₂ y huella de CO₂
- Recuperación de calor de los hornos de cal (precalentamiento de la salmuera)
- Aprovechamiento del CaCl₂ como salmuera de perforación petrolera
- Sustitución parcial por carbonato natural (Wyoming, Turquía)
- Integración con la captura industrial de CO₂ (el CO₂ pasa a ser materia prima en lugar de emisión)
Procesos similares o competidores
Procesos industriales relacionados: otra química, otra tecnología.