B Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Viện KH – CN Môi trường BÀI TẬP CHUYÊN ĐỀ MÔN CÁC QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CƠ BẢN TÊN CHUYÊN ĐỀ TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC VÀ CÁC DÒNG THẢI ĐẶC TRƯNG Nhóm th.
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Viện KH – CN Môi trường - BÀI TẬP CHUYÊN ĐỀ MÔN: CÁC QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CƠ BẢN TÊN CHUYÊN ĐỀ: TÌM HIỂU CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC VÀ CÁC DỊNG THẢI ĐẶC TRƯNG Nhóm thực hiện: - Nguyễn Thu Trang - Trần Thị Hiền - Mai Thị Thu - Nguyễn Trần Hưng Lớp: Công nghệ môi trường - K51 Hà Nội, 10/2008 MỤC LỤC GIỚI THIỆU ……………………………………………………………………3 A ĐẶC ĐIỂM VÀ TÌNH HÌNH SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC ……………………………………………………………………………………4 B VẤN ĐỀ SỬ DỤNG NGUYÊN NHIÊN VẬT LIỆU VÀ NĂNG LƯỢNG ……………………………………………………………………………………10 C CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC ……………………………………………………………………………………16 D.1 VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG CỦA CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ……………………………………………………………………………………33 D.2 GIẢI PHÁP GIẢI QUYẾT Ô NHIỄM ……………………………………………………………………………………41 Tài liệu tham khảo…………………………………………………… 49 GIỚI THIỆU Axit sunfuric loại hóa chất biết đến từ lâu lịch sử loài người (từ kỉ thứ người coi phát chất này-nhà giả kim thuật Hồi giáo Ibn Zakariya al-Razi (Rhases)) Axit sunfuric sử dụng rộng rãi ngành khác kinh tế quốc dân Nó sản phẩm quan trọng ngành cơng nghiệp hóa học Cơng nghệ sản xuất axit sunfuric, đó, phổ biến quan trọng sản xuất Trong chuyên đề này, xin đề cập đến vấn đề 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 lượng công nghệ sản xuất {do sinh viên Mai Thị Thu trình bày} C Cơng nghệ sản xuất axit sunfuric {do sinh viên Nguyễn Trần Hưng trình bày} D Vấn đề môi trường công nghệ sản xuất axit sunfuric số giải pháp giải ô nhiễm {do sinh viên Nguyễn Thu Trang trình bày} Sau nội dung chi tiết A.ĐẶC ĐIỂM VÀ VAI TRÒ CỦA AXIT SUNFURIC Đặc điểm: H2SO4 axit hoạt tính mạnh Chất lỏng, khơng màu Kết tinh nhiệt độ 10,450C, sơi nhiệt độ 296,20C H2SO4 hịa tan SO3 gọi oleum (20, 25, 30,35 65% SO3) Thực tế hay sản xuất oleum tạo axit với nồng độ khác Vai trò : Hầu ngành sản xuất hóa học giới trực tiếp gián tiếp sử dụng axit sunfuric Chúng ta bắt 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,dược phẩm,chế biến dầu mỏ,v,v… Có thể nói axit sunfuric quốc gia số tốt sức mạnh công nghiệp quốc gia Vai trị quan trọng thể cụ thể thơng qua tình hình sản xuất axit sunfuric giới nước Tình hình sản xuất axit Sunfuric giới: Bới đặc tính quan trọng axit sunfuric nhu cầu lớn sản xuất cơng nghiệp hóa học mà sản lượng axit giới ngày tăng Dưới 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 Trong Mỹ coi nước sản xuất axit sunfuric lớn giới Đây đồ thị sản lượng axit sunfuric mà Mỹ sản xuất thập niên trước: Theo Vn Express, Trung Quốc coi nước sản xuất H2SO4 lớn giới nước phương pháp sản xuất từ quặng pyrit chủ yếu Theo Hiệp hội axit Trung Quốc năm 2003 Trung Quốc vượt Mỹ trở thành đứng đầu giới sản xuất axit sunfuric với sản lượng 33,7 triệu Sau đến năm 2004 sản lượng tăng lên 35 triệu Trong năm 1995- 2005, tiêu thụ axit sunfuric giới tăng 29% bất chấp viêc giảm 20% năm 1988-1993.Theo đánh giá nhà chun mơn tiêu thụ axit sunfuric giới tăng khoảng 2,6% giai đoạn 2005 – 2010 tình hình phát triển kinh tế giới ổn định Các nước XHCN Châu thị trường chính, chiếm khoảng 23% lượng tiêu thụ giới, Mỹ tiêu thụ khoảng 20% Các nước Châu Phi, Trung Nam Mỹ, Tây Âu tiêu thụ khoảng 10% Trong năm 2005, giới tiêu thụ hết khoảng 190 triệu tần axit sunfuric tương đương với giá trị 10 tỉ USD Dưới : Biểu đồ tiêu thụ axit sunfuric giới năm 2005 Tình hình sản xuất axit sunfuric nước: Việt Nam axit sunfuric sản xuất rộng rãi để phục vụ cho cơng ngiệp hóa học nước nhà Có thể kể đến công ty sản xuất axit sunfuric lớn nước (số liệu lấy từ trang web Sở khoa học cơng nghệ Bến Tre), là: Nhà máy Supephotphat Lâm Thao – Phú Thọ: sản xuất H2SO4 từ quặng pyrit phối trộn với lưu huỳnh hóa lỏng nhập Chỉ việc thay đổi tỉ lệ phối trộn ngun liệu kết hợp cải tiến cơng nghệ đốt lị, nhà máy biến công nghệ cũ Liên Xô thành dây chuyền sản xuất H2SO4 chưa có, tận dụng nguồn nguyên liệu pyrit nước giảm triệt để chất thải gây nhiễm Nhờ từ năm 1995 trở lại sản lượng axit sunfuric đạt 360 /ngày, bụi xỉ bay giảm xuống tới mức tiêu chuẩn xỉ thải giảm từ 280 xuống 80 /ngày, thu hồi toàn lượng axit phải thải bỏ trước Tại H2SO4 sản xuất theo phương 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 lượng H2SO4 đạt khoảng 80.000 /năm với nguyên liệu quặng sulfua sắt, sản xuất theo phương pháp tiếp xúc (chất xúc tác V2O5) Theo báo cáo cơng ty Phân bón miền Nam, giá lưu huỳnh nguyên liệu tăng mạnh 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 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 lưu huỳnh theo phương pháp tiếp xúc H2SO4 tinh khiết sản xuất cách chưng cất H2SO4 kĩ thuật Ngày 12/6/2008 trang www.vinachem.com.vn viết: Theo báo cáo Ban Kế hoạch - Kinh doanh Tổng Cơng ty Hố chất Việt Nam (TCT HCVN), để đáp ứng đủ axit cho sản xuất phân lân nhu cầu thị trường, 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 (lưu huỳnh) cho sản xuất Trong thời gian qua giá lưu huỳnh tăng cao đột biến, lên mức 700-800 USD/tấn trực tiếp tác động mạnh đến giá thành sản phẩm axit, điều làm nhà sản xuất gặp nhiều khó khăn vốn, hạch tốn sản xuất, axit 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 hưởng đến ngành khác sản xuất ắcquy chì, sản xuất phèn nhơm nhiều sản phẩm khác Tính đến 5/6/2008, ba đơn vị sản xuất axit sunfuric TCT thực sản lượng axit tương đương 47% kế hoạch năm, tăng 20,5% so với kỳ năm 2007 Trong 80% sử dụng sản xuất phân bón Lượng axit thương phẩm đạt 47% kế hoạch năm, tăng gần 8% so với kỳ năm 2007 SƠ LƯỢC VỀ CÁC CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC: Có phương pháp: Phương pháp tiếp xúc: dùng V2O5 K2O làm xúc tác Phương pháp tháp: dùng NO làm xúc tác, xảy tháp đệm -Phương pháp tiếp xúc cho nồng độ axit cao (98 – 99%), nhiên chi phí cao Trong phương pháp tiếp xúc bao gồm: phương pháp tiếp xúc đơn tiếp xúc kép Ngày giới nước sử dụng chủ yếu phương pháp tiếp xúc kép với xúc tác V2O5 -Phương pháp tháp: chi phí đầu tư đơn giản nồng độ axit đạt 70 – 75% Phương pháp dùng trường 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 VÀ NĂNG LƯỢNG TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC Nguyên liệu: +) Nguyên liệu để sản xuất axit sunfuric phong phú bao gồm lưu huỳnh hợp chất Theo thống kê, sản lượng axit sunfuric giới sản xuất từ nguồn nguyên liệu sau: -Lưu 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 H 2S, SO2, axit sunfuric thải.) -Thạch cao a) Lưu huỳnh nguyên chất: - S nguyên tố có nhiều tự nhiên S chiếm 0,1% khối lượng vỏ trái đất S đánh giá nguyên tố quan trọng có nhiều ứng dụng cơng nghiệp S sử dụng chủ yếu ngành công nghiệp sản xuất axit sunfuric (chiếm khoảng 50% tổng lượng S sản xuất ra), nông nghiệp chiếm khoảng 10-15% tổng lượng S sản xuất ra) - Trong tự nhiên lưu huỳnh dạng đơn chất tìm thấy gần suối nước nóng khu vực núi lửa nhiều nơi giới, đặc biệt dọc theo vành đai lửa Thái Bình Dương Các nguồn phổ biến sở cho tên gọi truyền thống “brimstore” lưu huỳnh tìm thấy gần miệng núi lửa Các trầm tích núi lửa khai thác Idonesia, Chile Nhật Bản - Các mỏ đáng kể lưu huỳnh tồn mỏ muối dọc theo bờ biển thuộc vịnh Mêxicô evaporit Đông Âu Tây Lưu huỳnh mỏ cho có nhờ hoạt động vi khuẩn kỵ khoáng chất sunfat đặc biệt thạch cao Các mỏ tảng sản xuất lưu huỳnh công nghiệp Hoa Kỳ, Ba Lan, Nga, Turkmenistan Lưu huỳnh thu từ dầu mỏ, khí đốt cát dầu Athabasca trở thành nguồn cung cấp lớn thị trường với kho dự trữ lớn dọc theo Alberta - Việt Nam, để điều chế lưu huỳnh, người ta từ quặng S thiên nhiên chứa khoảng 15-20% S tách hợp chất từ khí thải ngành cơng nghiệp luyện kim màu, gia cơng dầu mỏ, khí thiên nhiên, khí dầu mỏ b) Quặng pirit: Có loại quặng pirit thường dùng để sản xuất axit sunfuric là: + Pirit tuyển nổi: Trong trình đem luyện đồng thường dùng phương pháp tuyển để làm giàu đồng quặng lên khoảng 15-20% đồng quặng (gọi tinh quặng đồng) Phần bã 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 3-5% S làm giảm chất lượng 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 nước ta, mỏ than Na Dương (Lạng Sơn) than chứa nhiều S (có mẫu tới 6-8% S) Việc nghiên cứu tách S khỏi than có ý nghĩa kinh tế kĩ thuật lớn tăng chất lượng than, đảm bảo an toàn, đồng thời tận dụng S + Pirit thường: thành phần chủ yếu FeS 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 lượng thực tế S dao động khoảng từ 30-52% miền bắc nước ta phát số mỏ pirit nói chung hàm lượng S thấp (khoảng 20-30% S), trữ lượng nhỏ -Mỏ sắt Nà Lũng thuộc địa phận xã Duyệt Trung, thị xã Cao Bằng trữ lượng khoáng sản triệu với hàm lượng gần 60% Fe, khoảng 30% S -Mỏ đồng Sin Quyên thuộc xã Bản Vược Cốc Mỳ, huyện Bát Xát, tỉnh Lào Cai Theo thiết kế, mỏ có cơng 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 lượng 25% Cu/năm để sản xuất 1000tấn Cu hàm lượng 99,95% sản phẩm khác vàng, bạc, tinh quặng sắt, tinh quặng pirit - Mỏ kẽm chì chợ Điền: thuộc xã Bản Thi, Quảng Bạch Đổng Lạc, huyện Chợ Đồn, tỉnh Bắc Cạn Sản lượng khai thác hàng năm khoảng 50000 quặng ôxit 40000 quặng pirit Trữ lượng lại đến đầu năm 2004: quặng ôxit 0,88 triệu tấn, quặng pirit 0,513 triệu - Mỏ kẽm chì Lang Hich: thuộc xã Tân Long, huyện Đồng Hỷ, tình Thái Nguyên, sản lượng khai thác đạt trung bình 15000 quặng/ năm Trữ lượng cịn lại đến đầu năm 2004: quặng ôxit 227.267 tấn, quặng pirit 37.600 - Mỏ pirit huyện Ba Vì, tỉnh Hà Tây (nay thuộc địa phận Hà Nội) Các thân quặng pirit nằm tập đá vụn núi lửa hệ tầng tuổi pecmi- Triat Quặng có nguồn gốc nhiệt dịch, lien quan mật thiết đến hoạt động phun trào trung tính axit Các than quặng có cấu tạo phức tạp, chất lượng 10 ... xúc tác chứa platin, sau dùng xúc tác sat ơxit Trong chục năm 11 gần đây, giới nước ta xúc tác dùng phổ biến vana điôxit ( V2O5 ) với số phụ gia khác Al 2O3, SiO2, K2O, CaO Các chất phụ gia có tác. .. chất xúc tác, bị ngộ độc tạp chất Xúc tác platin co hoạt độ cao nhất, xúc tác xảy phản ứng xi hố SO diễn ran gay nhiệt độ 400 độ C Xúc tác chứa vana điơxit chiếm vị trí thứ hai, cịn xúc tác Fe... Việt Nam Với diện tích khoảng 3500 Km2, với tổng trữ lượng dự báo khoảng 210 tỷ Khu vực Khoái Châu với diện tích 80Km2 tìm kiếm thăm dị với trữ lượng khoảng 1,5 tỷ tấn, khu vực Binh Minh, với diện