Tìm hiểu công nghệ sản xuất axit sunfuric và các dòng thải đặc trưng

Tr-ờng Đại học Bách khoa Hà Nội Viện KH CN M«i tr-êng - Bài tập chuyên đề môn: Các trình sản xuất Tên chuyên đề: Tìm hiểu công nghệ sản xuất axit sunfuric Và Các dòng thải đặc tr-ng Nhóm thực hiện: - Nguyễn Thu Trang - Trần Thị Hiền - Mai Thị Thu - Nguyễn Trần H-ng Lớp: Công nghệ môi tr-ờng - K51 Hà Néi, 10/2008 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Mục lục Giới thiệu A Đặc điểm tình hình sản xuất axit sunfuric B Vấn đề sử dụng nguyên nhiên vật liệu l-ợng 10 C Công nghệ sản xuất axit sunfuric 16 D.1 Vấn đề môi tr-ờng công nghệ sản xuất 33 D.2 Giải pháp giải ô nhiễm 41 Tài liệu tham kh¶o…………………………………………………… 49 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Giới thiệu Axit sunfuric loại hóa chất đà đ-ợc biết đến từ lâu lịch sử loài ng-ời (từ kỉ thứ ng-ời đ-ợc coi đà phát chất này-nhà giả kim thuật Hồi giáo Ibn Zakariya al-Razi (Rhases)) Axit sunfuric đ-ợc sử dụng rộng rÃi ngành khác kinh tế quốc dân Nó sản phẩm quan trọng ngành công nghiệp hóa học Công nghệ sản xuất axit sunfuric, đó, phổ biến quan trọng sản xuất Trong chuyên đề này, xin đề cập đến vấn đề nh- sau: A Đặc tính axit sunfuric, tình hình sản xuất giới Việt Nam {do sinh viên Trần Thị Hiền trình bày} B Vấn đề sử dụng nguyên nhiên vật liệu l-ợng công nghệ sản xuất {do sinh viên Mai Thị Thu trình bày} C Công nghệ sản xuất axit sunfuric {do sinh viên Nguyễn Trần H-ng trình bày} D Vấn đề môi tr-ờng công nghệ sản xuất axit sunfuric số giải pháp giải ô nhiễm {do sinh viên Nguyễn Thu Trang trình bày} Sau nội dung chi tiÕt LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com A.ĐặC ĐIểM Và VAI TRò CủA AXIT SUNFURIC Đặc điểm: H2SO4 axit hoạt tính mạnh Chất lỏng, không màu Kết tinh nhiệt độ 10,450C, sôi nhiệt độ 296,20C H2SO4 hòa tan SO3 gọi oleum (20, 25, 30,35  65% SO3) Thùc tÕ hay s¶n xuÊt oleum tạo axit với nồng độ khác Vai trò : Hầu nh- ngành sản xuất hóa học giới trực tiếp gián tiÕp sư dơng axit sunfuric Chóng ta cã thĨ b¾t gặp axit ngành sản xuất phân bón(Supephotphat,amoniphotphat),thuốc trừ sâu,chất giặt rửa tổng hợp,tơ sợi hoá học,chất dẻo,sơn màu,phẩm nhuộc,d-ợc phẩm,chế biến dầu mỏ,v,v Có thể nói axit sunfuric cđa mét qc gia lµ mét chØ sè tèt sức mạnh công nghiệp quốc gia Vai trò quan trọng đ-ợc thể cụ thể thông qua tình hình sản xuất axit sunfuric giới n-ớc Tình hình sản xuất axit Sunfuric giới: Bới đặc tính quan trọng axit sunfuric nhu cầu lớn sản xuất công nghiệp hóa học mà sản l-ợng axit giới ngày tăng D-ới biểu đồ thể gia tăng đó: 200 165 150 100 100 47 50 4.2 18.8 1900 1937 1960 1986 2001 Năm Sản lượng axit sunfuric LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trong Mỹ đ-ợc coi n-ớc sản xuất axit sunfuric lớn giới Đây đồ thị sản l-ợng axit sunfuric mà Mỹ đà sản xuất thËp niªn tr-íc: Theo Vn Express, hiƯn Trung Qc đ-ợc coi n-ớc sản xuất H2SO4 lớn giới n-ớc ph-ơng pháp sản xuất từ quặng pyrit chủ yếu Theo Hiệp hội axit Trung Quốc năm 2003 Trung Quốc đà v-ợt Mỹ trở thành đứng đầu giới sản xuất axit sunfuric với sản l-ợng 33,7 triệu Sau đến năm 2004 sản l-ợng đà tăng lên 35 triệu Trong năm 1995- 2005, tiêu thụ axit sunfuric giới đà tăng 29% bất chấp viêc giảm 20% năm 1988-1993.Theo đánh giá nhà chuyên môn tiêu thụ axit sunfuric giới tăng khoảng 2,6% giai đoạn 2005 2010 tình hình phát triển kinh tế giới ổn định nh- Các n-ớc XHCN Châu thị tr-ờng chính, chiếm khoảng 23% l-ợng tiêu thụ giới, Mỹ tiêu thụ khoảng 20% Các n-ớc Châu Phi, Trung Nam Mỹ, Tây Âu tiêu thụ khoảng 10% Trong năm 2005, giới tiêu thụ hết khoảng 190 triệu tần axit sunfuric t-ơng đ-ơng với giá trị 10 tỉ USD D-ới : LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Biểu đồ tiêu thụ axit sunfuric giới năm 2005 Tình hình sản xuất axit sunfuric n-íc: ë ViƯt Nam axit sunfuric cịng đ-ợc sản xuất rộng rÃi để phục vụ cho công ngiệp hóa học n-ớc nhà Có thể kể đến công ty sản xuất axit sunfuric lớn n-íc (sè liƯu lÊy tõ trang web cđa Së khoa học công nghệ Bến Tre), là: Nhà máy Supephotphat Lâm Thao Phú Thọ: sản xuất H2SO4 từ qng pyrit phèi trén víi l-u hnh hãa láng nhËp khÈu ChØ b»ng viƯc thay ®ỉi tØ lƯ phèi trén nguyên liệu kết hợp cải tiến công nghệ đốt lò, nhà máy đà biến công nghệ cũ Liên Xô thành dây chuyền sản xuất H2SO4 ch-a có, tận dụng nguồn nguyên liệu pyrit n-ớc giảm triệt để chất thải gây ô nhiễm Nhờ từ năm 1995 trở lại sản l-ợng axit sunfuric đạt 360 /ngày, bụi xỉ bay giảm xuống tới mức tiêu chuẩn xỉ thải giảm từ 280 xuống 80 /ngày, thu hồi đ-ợc toàn l-ợng axit ph¶i th¶i LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com bỏ tr-ớc Tại H2SO4 đ-ợc sản xuất theo ph-ơng pháp tiếp xúc, chất xúc tác để oxi hóa SO2 thành SO3 vanađi oxit Nhà máy Supe lân Long Thành Bến Tre hàng năm sản l-ợng H2SO4 đạt khoảng 80.000 /năm với nguyên liệu quặng sulfua sắt, sản xuất theo ph-ơng pháp tiếp xúc (chất xúc tác V2O5) Theo báo cáo công ty Phân bón miền Nam, giá l-u huỳnh nguyên liệu tăng mạnh nh-ng để đáp ứng nhu cầu tăng đột biến, Nhà máy Supephotphat Long Thành thuộc Công ty đẩy mạnh sản xuất axit sunfuric từ ngày đầu năm Tính đến 25/1/2008 nhà máy đà sản xuất gần 7000 axit sunfuric, đạt 10% kế hoạch năm tăng gấp lần so với kỳ năm 2007 Nhà máy hóa chất Tân Bình sản xuất H2SO4 kĩ thuật từ nguyên liệu l-u huỳnh theo ph-ơng pháp tiếp xúc H2SO4 tinh khiết đ-ợc sản xuất cách ch-ng cất H2SO4 kĩ thuật Ngày 12/6/2008 trang www.vinachem.com.vn đà viết: Theo báo cáo Ban Kế hoạch - Kinh doanh Tổng Công ty Hoá chất Việt Nam (TCT HCVN), để đáp ứng đủ axit cho sản xuất phân lân nhu cầu thị tr-ờng, từ đầu năm đến đơn vị sản xuất đảm bảo tốt tiến độ sản xuất axit sunfuric sở vận hành thiết bị cao tải, chuẩn bị đủ nguyên liệu (l-u huỳnh) cho sản xuất Trong thời gian qua giá l-u huỳnh đà tăng cao đột biến, lên mức 700-800 USD/tấn đà trực tiếp tác động mạnh đến giá thành sản phẩm axit, điều làm nhà sản xuất gặp nhiều khó khăn vốn, hạch toán sản xuất, axit đ-ợc sử dụng sản xuất phân lân, làm đội giá sản phẩm phân lân bối cảnh phân bón phải thực bình ổn giá theo đạo chung Ngoài ra, giá thành axit cao ảnh h-ởng đến ngành khác nh- sản xuất ắcquy chì, sản xuất phèn nhôm nhiều sản phẩm khác Tính đến 5/6/2008, ba đơn vị sản xuất axit sunfuric TCT đà thực đ-ợc sản l-ợng axit t-ơng đ-ơng 47% kế hoạch năm, tăng 20,5% so với kỳ năm 2007 Trong 80% đ-ợc sử dụng sản xuất phân bón L-ợng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com axit th-¬ng phÈm đạt 47% kế hoạch năm, tăng gần 8% so với kỳ năm 2007 SƠ LƯợC Về CáC CÔNG NGHệ SảN XUấT AXIT SUNFURIC: Có ph-ơng pháp: Ph-ơng pháp tiếp xúc: dùng V2O5 K2O làm xúc tác Ph-ơng pháp tháp: dùng NO làm xúc tác, xảy tháp đệm -Ph-ơng pháp tiếp xúc cho nồng độ axit cao (98 99%), nhiên chi phí cao Trong ph-ơng pháp tiếp xúc bao gồm: ph-ơng pháp tiếp xúc đơn tiếp xúc kép Ngày giới n-ớc sử dụng chủ yếu ph-ơng pháp tiếp xúc kép với xúc tác V2O5 -Ph-ơng pháp tháp: chi phí đầu t- đơn giản nh-ng nồng độ axit đạt 70 75% Ph-ơng pháp đ-ợc dùng tr-ờng hợp sản xuất hỗn hợp axit sunfuric nitric Dù từ nguồn nguyên liệu trình sản xuất H2SO4 tiến hành theo giai đoạn chính: -Tạo SO2 cách đốt nhiên liệu chứa S -Tinh chế khí (làm tạp chất có khí) -Chuyển hóa SO2 thành SO3 -Hấp thụ SO3 H2O tạo H2SO4 B.Đặc điểm sử dụng nguyên nhiên vật liệu l-ợng công nghệ sản xuất axit sunfuric LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nguyªn liƯu: +) Nguyªn liệu để sản xuất axit sunfuric phong phú bao gồm l-u huỳnh hợp chất Theo thống kê, sản l-ợng axit sunfuric giới đ-ợc sản xuất từ nguồn nguyên liệu nh- sau: -L-u huỳnh nguyên chất -Quặng pirit FeS2, chứa 30-50% S, lẫn nhiều tạp chất thành phần khác -Các nguồn chất thải chứa S ( nguồn khí thải nh- H2S, SO2, axit sunfuric thải.) -Thạch cao a) L-u huỳnh nguyên chất: - S nguyên tố có nhiều tự nhiên S chiếm 0,1% khối l-ợng vỏ trái đất S đ-ợc đánh giá nguyên tố quan trọng có nhiều ứng dụng công nghiệp S đ-ợc sử dụng chủ yếu ngành công nghiệp sản xuất axit sunfuric (chiếm khoảng 50% tổng l-ợng S sản xuất ra), nông nghiệp chiếm khoảng 10-15% tổng l-ợng S sản xuất ra) - Trong tự nhiên l-u huỳnh dạng đơn chất tìm thấy gần suối n-ớc nóng khu vực núi lửa nhiều nơi giới, đặc biệt dọc theo vành đai lửa Thái Bình D-ơng Các nguồn phổ biến sở cho tªn gäi trun thèng “brimstore” l-u hnh cã thĨ tìm thấy gần miệng núi lửa Các trầm tích núi lửa đ-ợc khai thác Idonesia, Chile Nhật Bản - Các mỏ đáng kể l-u huỳnh tồn mỏ muối dọc theo bờ biển thuộc vịnh Mêxicô evaporit Đông Âu Tây L-u huỳnh mỏ đ-ợc cho có đ-ợc nhờ hoạt động vi khuẩn kỵ khoáng chất sunfat đặc biệt thạch cao Các mỏ tảng sản xuất l-u huỳnh công nghiệp Hoa Kỳ, Ba Lan, Nga, Turkmenistan L-u huỳnh thu đ-ợc từ dầu mỏ, khí đốt cát dầu Athabasca đà trở thành nguồn cung cấp lớn thị tr-ờng với kho dù tr÷ lín däc theo Alberta - ë ViƯt Nam, ®Ĩ ®iỊu chÕ l-u hnh, ng-êi ta ®i tõ quặng S thiên nhiên chứa khoảng 15-20% S tách hợp chất từ khí thải ngành công nghiệp luyện kim màu, gia công dầu mỏ, khí thiên nhiên, khí dầu mỏ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com b) Quặng pirit: Có loại quặng pirit th-ờng dùng để sản xuất axit sunfuric là: + Pirit tuyển nổi: Trong trình đem luyện đồng th-ờng dùng ph-ơng pháp tuyển để làm giàu đồng quặng lên khoảng 15-20% đồng quặng (gọi tinh quặng đồng) Phần bà thải trình tuyển chứa khoảng 32-40% S gọi quặng pirit tuyển + Pirit lẫn than: Than đá số mỏ có lẫn quặng pirit, có loại chứa tới 35% S làm giảm chất l-ợng than Vì vậy, phải loại bỏ cục than có lẫn pirit Phần than cục loại bỏ chứa tới 33-42% S 12-18% C gọi pirit lẫn than miền bắc n-ớc ta, mỏ than Na D-ơng (Lạng Sơn) than chứa nhiều S (có mẫu tới 6-8% S) Việc nghiên cứu tách ®-ỵc S khái than cã ý nghÜa kinh tÕ kÜ thuật lớn tăng đ-ợc chất l-ợng than, đảm bảo an toàn, đồng thời tận dụng đ-ợc S + Pirit th-ờng: thành phần chủ yếu FeS2 chứa khoảng 53,44% S 46,56% Fe Trong quặng có lẫn nhiều tạp chất hợp chất đồng, chì, kẽm, niken, bạc, vàng, coban, selen, telu, silic, muối cacbonat, sanfat canxi, magie Vì hàm l-ợng thực tế S dao động khoảng từ 30-52% miền bắc n-íc ta míi chØ ph¸t hiƯn mét sè má pirit nh-ng nói chung hàm l-ợng S thấp (khoảng 20-30% S), trữ l-ợng nhỏ -Mỏ sắt Nà Lũng thuộc địa phận xà Duyệt Trung, thị xà Cao Bằng trữ l-ợng khoáng sản triệu với hàm l-ợng gần 60% Fe, khoảng 30% S -Mỏ đồng Sin Quyên thuộc xà Bản V-ợc Cốc Mỳ, huyện Bát Xát, tỉnh Lào Cai Theo thiết kế, mỏ có công suất khai thác 1,1-1,2 triệu quặng nguyên khai/ năm Công suất thiết kế nhà máy luyện đồng (công ty đồng Lào Cai) 41.738 tinh quặng, hàm l-ợng 25% Cu/năm để sản xuất 1000tấn Cu hàm l-ợng 99,95% sản phẩm khác nh- vàng, bạc, tinh quặng sắt, tinh quặng pirit - Mỏ kẽm chì chợ Điền: thuộc xà Bản Thi, Quảng Bạch Đổng Lạc, huyện Chợ Đồn, tỉnh Bắc Cạn Sản l-ợng khai thác hàng năm khoảng 50000 quặng ôxit 40000 quặng pirit Trữ l-ợng lại đến đầu năm 2004: quặng «xit 0,88 triƯu tÊn, qng pirit 0,513 triƯu tÊn - Mỏ kẽm chì Lang Hich: thuộc xà Tân Long, huyện Đồng Hỷ, tình Thái Nguyên, sản l-ợng khai thác đạt trung bình 15000 quặng/ năm Trữ l-ợng lại đến đầu năm 2004: quặng ôxit 227.267 tấn, quặng pirit 37.600 tÊn - Má pirit ë hun Ba V×, tØnh Hà Tây (nay thuộc địa phận Hà Nội) Các thân quặng pirit nằm tập đá vụn núi lửa hƯ tÇng ti pecmi- Triat 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com HOSO2· + O2 → HO2· + SO3; (phản ứng hợp chất gốc HOSO2à O2 cho hợp chất gốc HO2à SO3) + SO3 tác dụng với n-ớc không khí tạo hạt axit sunfuric: SO3(k) + H2O(l) H2SO4(l) {3} Đây thành phần chủ yếu m-a axit - M-a axit đ-ợc phát lần vào năm 1948 Thụy Điển Từ đến nay, ng-ời ta ®· thÊy r»ng m-a axit rÊt nguy h¹i nhiỊu khía cạnh từ môi tr-ờng tới đời sống xà hội Cụ thể là: + Đối với thủy vực (ao, hồ): m-a axit rơi mặt đất rửa trôi chất dinh d-ỡng, hòa tan kim loại nặng đất mang kim loại độc xuống thủy vực Các dòng chảy m-a axit đổ vào thủy vực, làm độ pH hồ, ao giảm nhanh chóng Các sinh vật thủy vực không kịp thích ứng đ-ợc với điều kiện môi tr-ờng đó, chúng bị suy yếu chết hoàn toàn ảnh h-ởng độ pH hƯ thđy sinh vËt tãm t¾t nh- sau: (*) pH 5,5