Báo cáo gồm 3 nội dung chính, bao gồm: các dây chuyền công nghệ và các thiết bị chính của xí nghiệp Axit sunfuric, xí nghiệp Supe photphat, và xí nghiệp phân lân nung chảy thuộc Công ty
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TY SUPE PHOTPHAT VÀ HÓA CHẤT LÂM THAO
Tổng quan về Công ty Supe photphat và Hóa chất Lâm Thao
Công ty cổ phần Supe photphat và Hóa chất Lâm Thao có nguồn gốc từ Nhà máy Supe photphat Lâm Thao, được khởi công xây dựng bởi Chính phủ Việt Nam Dân chủ Cộng hòa vào ngày 8 tháng 6 năm 1959 bên dòng sông Thao, tại huyện Lâm Thao, tỉnh Phú Thọ Sau 3 năm thi công, nhà máy chính thức đi vào sản xuất vào ngày 24 tháng 6 năm 1962.
Công ty chuyên sản xuất phân lân Supe Lân Lâm Thao và NPK Lâm Thao với công suất thiết kế ban đầu là 100.000 tấn supe lân và 40.000 tấn axit sunfuric mỗi năm, đồng thời cung cấp nhiều sản phẩm khác cho các ngành kinh tế như NaF, Sunfít, Na2SO3, thuốc trừ sâu công nghiệp Na2SiF6, phèn đơn và phèn kép Qua ba đợt cải tạo công suất từ năm 1973 đến 1992, công suất sản xuất lân đã tăng từ 175.000 tấn lên 500.000 tấn mỗi năm Đặc biệt, trong giai đoạn 1997-2006, công ty đã đầu tư mạnh mẽ vào công nghệ và thiết bị mới, xây dựng bốn dây chuyền sản xuất NPK hiện đại, nhằm đáp ứng nhu cầu phân bón ngày càng cao và đảm bảo tiêu chuẩn môi trường theo chỉ đạo của Thủ tướng Chính Phủ.
Qua 59 năm tồn tại, phát triển, công ty đã sản xuất và cung cấp cho ruộng đồng Việt Nam trên 14,5 triệu tấn phân supe lân và trên 3,4 triệu tấn phân hỗn hợp NPK các loại, cùng hàng chục sản phẩm hữu ích quan trọng khác phục vụ đắc lực nhu cầu sản xuất, tiêu dùng trên mọi miền Tổ quốc như: axit sunfuric, NaF, trừ sâu công nghiệp, sunfít, bisunfít, phèn đơn, phèn kép… Sản phẩm của công ty có chất lượng tốt ngày càng chiếm được sự tín nhiệm, tin dùng của bà con nông dân trong cả nước Công ty phấn đấu trở
Công ty 5 đã khẳng định vị thế hàng đầu tại Việt Nam trong ngành cung cấp sản phẩm phân bón, axit sunfuric và các hóa chất khác.
Các sản phẩm chính của công ty
Lân là nguyên tố thiết yếu cho sự phát triển của cây trồng, đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành các bộ phận mới, kích thích sự phát triển của rễ, đẻ nhánh, nảy chồi và thúc đẩy cây ra hoa kết quả sớm Thiếu lân không chỉ làm giảm năng suất mà còn hạn chế hiệu quả của phân đạm Supe lân chứa 16% – 20% lân nguyên chất, dễ hòa tan trong nước, giúp cây dễ dàng hấp thụ và phát huy hiệu quả nhanh chóng Supe lân Lâm Thao, với hàm lượng P2O5 hữu hiệu từ 16% đến 16,5% và chứa các nguyên tố vi lượng khác, phù hợp cho mọi loại đất và cây trồng, được ưa chuộng trên thị trường Việt Nam.
Công ty sản xuất Axit Sunfuric chủ yếu phục vụ nội bộ cho quá trình sản xuất phân supe lân Bên cạnh đó, công ty còn cung cấp Axit Sunfuric tinh khiết (P) và tinh khiết phân tích (Pa), cũng như axit acquy để đáp ứng nhu cầu của các ngành kinh tế quốc dân.
Công ty không chỉ tập trung vào các mặt hàng truyền thống mà còn mở rộng sản xuất các sản phẩm hóa chất đa dạng, đáp ứng nhu cầu thị trường và khả năng của mình.
Phân lân nung chảy là loại phân bón không tan trong nước, nhưng có khả năng tan dần trong môi trường đất và dịch rễ cây, giúp hạn chế rửa trôi và hiện tượng phú dưỡng nguồn nước Hiệu lực của loại phân này kéo dài hơn so với các loại phân thông thường Ngoài lân (P2O5), phân lân nung chảy còn được bổ sung thêm các chất dinh dưỡng quan trọng khác như CaO, MgO, SiO2 và các vi lượng cần thiết như Cu.
DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT AXIT SỐ 1
Nguyên liệu sản xuất chính
Tất cả các chất chứa lưu huỳnh có khả năng tách lưu huỳnh hoặc tạo ra SO2 đều có thể được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất axit sunfuric Tuy nhiên, việc lựa chọn nguyên liệu phù hợp để đạt hiệu quả kinh tế là rất quan trọng Hiện nay, pyrit, khí luyện kim và lưu huỳnh là những nguyên liệu phổ biến nhất trong quá trình sản xuất axit sunfuric.
Thay thế quặng bằng lưu huỳnh nguyên tố đem lại lợi ích về kinh tế và bảo vệ môi trường Ngoài ra còn có ưu điểm:
- Trữ lượng quặng pyrit có hạn nên phải tìm nguồn thay thế
- Sử dụng S nguyên tố sẽ bớt đi công đoạn xử lí quặng, bớt thiết bị và chất thải ra môi trường
- Sử dụng pyrit tạo xỉ rắn khó xử lí
- Đốt S nguyên tố thu hỗn hợn khí SO2 có nồng độ cao
- S nguyên tố không chứa tạp chất chứa asen và không tạo xỉ, dây chuyền ngắn hơn, đơn giản hơn ( giảm bớt công đoạn tinh chế khí)
- S nguyên tố rẻ giảm chi phí, hạ giá thành
Trong sản xuất axit sunfuric, chất xúc tác đóng vai trò thiết yếu trong việc chuyển hóa SO2 thành SO3 Quá trình oxy hóa SO2 sử dụng các chất xúc tác có thể được phân thành hai nhóm chính.
- Nhóm I: là các xúc tác chứa platin gồm platin là cấu tử hoạt tính được mang trên các chất mang như amiăng, silicagen và một số chất khác
Nhóm II bao gồm các oxit kim loại, và trong lịch sử sản xuất axit sunfuric, phương pháp đầu tiên sử dụng xúc tác chứa platin, sau đó chuyển sang sử dụng xúc tác sắt oxit.
Hiện nay, vanadioxit (V2O5) là chất xúc tác phổ biến nhất trên thế giới và ở Việt Nam, thường được kết hợp với các phụ gia như Al2O3, SiO2, K2O và CaO Những phụ gia này không chỉ giúp tăng cường độ bền cơ học mà còn nâng cao hoạt tính của chất xúc tác, đồng thời giảm thiểu khả năng bị ngộ độc bởi các tạp chất.
Xúc tác Pt có hoạt độ cao nhất, trên xúc tác này xảy ra phản ứng oxi hoá SO2 diễn ra ngay ở nhiệt độ 400°C
Xúc tác chứa vanadi oxit đứng thứ hai trong hiệu quả xúc tác, trong khi xúc tác Fe2O3 chỉ hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ 600°C Mức độ dễ bị ngộ độc bởi asen oxit As2O3 cũng tương tự theo thứ tự này Những đặc tính của chất xúc tác này rất quan trọng trong quá trình phản ứng.
- Khối tiếp xúc vanadi chứa trung bình 7% V2O5, chất hoạt hóa là các oxit kim loại kiềm thường dùng là K2O, chất mang thường dùng là alumino silicat
Khối tiếp xúc vanadi hoạt động hiệu quả trong khoảng nhiệt độ từ 400 đến 600°C Khi nhiệt độ vượt quá 600°C, hoạt độ xúc tác giảm do hiện tượng kết khối các thành phần, tạo ra các hợp chất không hoạt động Ngược lại, khi nhiệt độ dưới 400°C, hoạt động của xúc tác cũng giảm mạnh do sự chuyển hóa hóa trị từ V 5+ sang V 4+, dẫn đến giảm tính hoạt động.
Trong dây chuyền sản xuất axit của của xí nghiệp axit, sử dụng chất xúc tác là vanadi oxit của hãng MONSANTO, do có các ưu điểm:
- V2O5 kém hoạt động hơn Pt nhưng rẻ hơn
- Độ nhiễm độc Asen kém hơn Pt vài nghìn lần
- V2O5 có hoạt tính cao, thời gian sử dụng dài, độ bền cao, trở lực thấp
Sử dụng chất xúc tác có ký hiệu T - 210 trong lớp xúc tác 1, 2 (nồng độ SO2 cao) và CS
- 110 trong các lớp tiếp xúc 3 và 4 (nồng độ SO2 thấp)
Dầu DO và FO là những loại nhiên liệu quan trọng được sử dụng trong quá trình sấy và gia nhiệt cho các hệ thống công nghệ như lò đốt lưu huỳnh và tháp tiếp xúc.
Cơ sở quá trình sản xuất Axit sunfuric
Sản xuất axit sunfuric có 4 giai đoạn chính:
- Đốt nguyên liệu thành SO2
- Oxi hóa SO2 thành SO3
- Hấp thụ SO3 thành H2SO4
Hình 1: Sơ đồ quá trình sản xuất axit sunfuric
Bụi Xỉ quặng Thành phẩm Bùn lắng
Lưu huỳnh nguyên tố được vận chuyển từ kho chứa đến thùng hóa lỏng thông qua các cầu trục và bunke Tại đây, lưu huỳnh được hóa lỏng ở nhiệt độ 158 ◦C, trong khi lưu huỳnh nóng chảy ở khoảng 119 - 121 ◦C, sau đó được lắng cặn Cuối cùng, lưu huỳnh lỏng sạch được chuyển vào lò đốt để điều chế lưu huỳnh đioxit (SO2).
Điều chế lưu huỳnh đioxit SO 2
Không khí ẩm từ ngoài trời được hút vào tháp sấy khí sử dụng axit, sau đó đi vào tháp tách tia bắn axit để tạo ra không khí khô Không khí này được nâng nhiệt độ lên 180 - 200 ◦ C và được cung cấp vào lò đốt lưu huỳnh Lưu huỳnh lỏng, với nhiệt độ 140 - 145 ◦ C, được bơm vào lò đốt, nơi xảy ra phản ứng cháy giữa lưu huỳnh và oxy trong không khí.
Phản ứng tỏa nhiệt và quá trình cháy diễn ra đồng thể, ví dụ như việc đốt lưu huỳnh trong không khí Khi đốt, có thể thu được khí chứa 21% SO2, nhưng thực tế thường sử dụng dư không khí, dẫn đến khí thu được chỉ chứa 12% SO2.
Cơ sở của quá trình oxy hóa SO2 thành SO3 trên xúc tác oxit vanadi:
Phản ứng SO2 + 0.5 O2 = SO3 + Q là một phản ứng thuận nghịch, tỏa nhiệt và giảm thể tích Cơ chế của phản ứng này được giải thích qua sự tạo thành và phân hủy của hợp chất trung gian sunfat vanadi.
Như vậy trong quá trình trên oxit vanadi là chất vận chuyển oxy
Quá trình oxy hóa SO2 thành SO3 diễn ra khi các phân tử SO2 va chạm với O2 Trong điều kiện không có xúc tác, quá trình này yêu cầu một lượng năng lượng lớn, được gọi là năng lượng hoạt hóa, để phá vỡ liên kết giữa các phân tử oxy (O2) nhằm tạo ra oxy nguyên tử (O) Sau đó, oxy nguyên tử sẽ phản ứng với SO2 để hình thành SO3.
Tại tháp hấp thụ xảy ra phản ứng: nSO3 + H2O H2SO4 + (n-1)SO3
Tuỳ theo tỉ lệ giữa lượng SO3 và H2O mà nồng độ axit thu được sẽ khác nhau:
+ Tỉ lệ SO3/H2O > 1 là sản phẩm là oleum
+ Tỉ lệ SO3/H2O = 1 sản phẩm là monohydrat (axit sunfuric 100%)
+ Tỉ lệ SO3/H2O < 1 sản phẩm là axit loãng
Để bảo quản và vận chuyển thuận lợi, sản phẩm thường được sản xuất dưới dạng oleum Hỗn hợp khí chứa SO3 được đưa qua tháp oleum, nơi chỉ hấp thụ một phần SO3 Hàm lượng SO3 còn lại trong khí sau tháp oleum vẫn lớn, vì vậy cần tiếp tục đưa hỗn hợp qua tháp hấp thụ thứ hai với monohydrat để hoàn tất quá trình hấp thụ Việc sử dụng oleum thay vì nước để hấp thụ SO3 giúp đạt hiệu suất cao hơn.
Nồng độ axit và nhiệt độ axit đóng vai trò quan trọng trong việc ảnh hưởng đến tốc độ và hiệu suất hấp thụ Ở nồng độ axit 98,3% H2SO4 và nhiệt độ thấp, cả tốc độ và hiệu suất hấp thụ đều đạt giá trị tối đa Điều này cho thấy sự tương quan chặt chẽ giữa các yếu tố này trong quá trình hấp thụ.
Axit sunfuric với nồng độ 98.3% là lựa chọn tối ưu để hấp thụ khí SO3, nhờ vào áp suất hơi SO3 thấp trên bề mặt dung dịch Các nồng độ thấp hơn hoặc cao hơn 98.3% đều không đạt hiệu quả hấp thụ SO3 tốt.
Khi nồng độ axit thấp hơn 98,3%, pha hơi ngoài axit còn chứa hơi nước, dẫn đến việc một phần SO3 kết hợp với hơi nước tạo thành mù axit trong tháp hấp thụ Mù axit khó hấp thụ và thường theo khí thải ra ngoài, xuất hiện dưới dạng hạt mù trắng như hơi nước Đặc biệt, khi nồng độ axit giảm và nhiệt độ tăng, hiệu suất hấp thụ giảm mạnh cho đến khi đạt đến nhiệt độ tới hạn, tại đó axit không còn khả năng hấp thụ Nhiệt độ cao làm tăng lượng hơi nước trên bề mặt axit, dẫn đến việc tạo ra nhiều mù hơn và giảm hiệu suất hấp thụ, cho đến khi tất cả SO3 kết hợp với hơi nước tạo thành mù, khiến hiệu suất hấp thụ trở về 0.
Khi nồng độ axit vượt quá 98,3%, quá trình hấp thụ SO3 không hoàn toàn do sự giải phóng SO3 trên bề mặt axit, làm giảm động lực hấp thụ Hệ quả là khí SO3 không được hấp thụ hết, thoát ra ngoài qua ống khí thải và kết hợp với độ ẩm trong không khí, tạo thành mù chỉ có thể nhìn thấy rõ một đoạn từ miệng ống thải Mù hình thành từ các hạt rất nhỏ, ban đầu có màu xanh lam, sau đó chuyển sang màu nâu nhạt khi nhiều và cuối cùng trở thành màu trắng khi các hạt lớn lên Nồng độ axit cao (> 98,3%) và nhiệt độ axit tăng cao sẽ dẫn đến áp suất riêng phần của SO3 cao hơn, làm giảm hiệu suất hấp thụ.
Dây chuyền sản xuất
Các công đoạn diễn ra trong dây chuyền sản xuất :
- Công đoạn sấy hấp thụ
- Công đoạn xử lý nước mềm
Thuyết minh dây chuyền công nghệ
Lò đốt lưu huỳnh
- Là ống thép ngang (đường kính 3,4m dài 10,5m) bên trong lót bằng gạch chịu lửa
- Nhiệm vụ: điều chế SO2 từ S lỏng ( phản ứng cháy với oxi không khí)
Nguyên lý hoạt động của hệ thống là phun lưu huỳnh lỏng dưới dạng sương để tối ưu hóa quá trình đốt Lưu lượng lưu huỳnh lỏng được điều chỉnh theo tỉ lệ nhất định với không khí khô, trong khi không khí khô được cung cấp vào lò để tạo oxy cho phản ứng đốt dầu DO, sinh ra SO2 Các vách ngăn trong lò được thiết kế nhằm tăng hiệu suất chuyển hóa lưu huỳnh bằng cách tạo ra dòng chảy xoáy, đồng thời bổ sung hơi nước để ngăn ngừa cặn lưu huỳnh lắng đọng Phản ứng tạo SO2 là phản ứng tỏa nhiệt, do đó, nhiệt lượng từ hỗn hợp khí sau phản ứng sẽ được đưa vào nồi hơi nhiệt thừa ngay sau buồng đốt.
- Nhiệt độ không khí vào lò đốt 150˚C
- Nồng độ SO2 sau lò 11% thể tích
Nồi hơi nhiệt thừa
Nồi hơi nhiệt thừa là thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm gián tiếp, trong đó khí SO2 lưu thông bên trong ống, còn nước mềm đã được khử khí chảy bên ngoài Hơi nước thu nhiệt từ quá trình này và được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau trong nhà máy.
- Tổng bề mặt tiếp nhiệt: 587.6m 2
Hoạt động của toàn bộ bộ phần nồi hơi nhiệt thừa:
Nước mềm từ bộ phận lọc nước hoá học được cấp lên bình khử qua thiết bị gia nhiệt, nơi nước được nâng nhiệt lên 100-105 ˚C để tách oxi Sau đó, nước được bơm vào nồi hơi, nơi diễn ra quá trình trao đổi nhiệt với khí lò Hơi nước bão hoà có áp suất 25at được tạo ra và đưa qua thiết bị quá nhiệt để sản xuất hơi quá nhiệt phục vụ cho phát điện Hệ thống cấp nước vào nồi hơi được điều khiển tự động qua tín hiệu từ thiết bị đo mức nước.
Để duy trì ổn định áp suất trong nồi hơi, van tự động điều chỉnh áp suất sẽ hoạt động theo tín hiệu áp suất hiện tại Khi áp suất vượt quá 25 at, van sẽ mở ra để giảm áp suất, và ngược lại, van sẽ đóng khi áp suất ở mức an toàn.
*Các thiết bị khác Ống khói khởi động: dùng trong quá trình gia nhiệt khởi động lò
Vật liệu thép CT3 Đường kính 800, chiều cao 15000
Thùng chứa dầu DO : dùng để chứa dầu khi gia nhiệt và khởi động lò
Kích thước: 1812*600, chiều cao 2870, chiều cao chứa dầu 2400
Bơm cấp dầu DO: năng suất 0,5m 3 /h; áp suất 25kG/cm 2
Bơm lưu huỳnh lỏng: năng suất 4,5m 3 /h, áp suất 12at Động cơ 18,5kW, tốc độ vòng quay 2900 vòng/phút
Thùng chứa lưu huỳnh lỏng : dùng để chứa S lỏng cấp cho lò Đường kính 6m, cao 3m
*Máy nén không khí dây chuyền Axit 1:
Máy nén khí của Trung Quốc được chế tạo với cấu tạo chạy bằng bi, trong đó các vòng bi được ngâm một phần trong dầu nhằm bôi trơn và làm mát Khi máy nén hoạt động, tốc độ và ma sát giữa trục và vòng bi làm nhiệt độ dầu bôi trơn tăng lên Để đảm bảo máy nén hoạt động liên tục, cần phải làm mát dầu, giữ nhiệt độ dưới 30 độ C.
- Các thông số kỹ thuật:
+ Ký hiệu: JK 134-2 - Công suất động cơ: 440KW
+ Tốc độ vòng quay: 2975 vòng/phút
+ Nhiệt độ bị trước và bi sau: ≤ 65 o C
+ Hàm lượng axit trong dầu: ≤0,1g/lít
+ Tần số điện áp: 50 ± 2,5 Hz
+ Tỉ số áp suất hút và đẩy: 1/2
+ Áp suất toàn bộ: 2860mm H2O
+ Trọng lượng toàn bộ: 4800kg
3.3 Công đoạn tiếp xúc dây chuyền Axit 1
Hỗn hợp khí sau lò có nhiệt độ 950 ± 25 o C đưa sang nồi hơi nhiệt thừa, vị trí 202 để giảm nhiệt độ hỗn hợp khí
Hơi nước bão hoà 25at từ nồi hơi được giảm áp suất xuống 6 at và đưa vào ống hơi chung phục vụ sản xuất toàn công ty Hỗn hợp khí sau nồi hơi có nồng độ SO2 9,5± 0,5% V, khi pha với khí nóng từ nồi hơi đạt nhiệt độ 420-430 0 C và lưu lượng Q = 27000 ± 29000 m3/h, sẽ đi vào thiết bị lọc gió nóng 201 để loại bỏ cặn cơ học trước khi vào tháp tiếp xúc 204A Tại lớp 1 của tháp, dưới tác dụng của chất xúc tác T-210, phản ứng chuyển hoá diễn ra theo phương trình cơ bản.
Phản ứng SO2 + 1/2O2 = SO3 + Q2 diễn ra trong hai lớp, với mức chuyển hóa đạt X1= 66±70% ở nhiệt độ 600 o C Sau đó, nhiệt độ được hạ xuống 440 o C trước khi vào lớp 2 thông qua thiết bị trao đổi nhiệt tại vị trí 209 và van điều khiển tự động số 22 Tại đây, khí SO3 nóng được đưa vào bên trong ống trao đổi nhiệt, trong khi khí SO2 nguội hơn di chuyển bên ngoài ống Sau quá trình trao đổi nhiệt, hỗn hợp khí SO3 đạt nhiệt độ 440 o C vào lớp xúc tác 2, trong khi khí SO2 đạt nhiệt độ 415 o C vào lớp xúc tác 4 của máy tiếp xúc lần hai 204B.
Trong lớp 2, phản ứng chuyển hoá khí SO2 thành SO3 tiếp tục diễn ra với sự hỗ trợ của chất xúc tác T-210 Kết quả sau lớp 2 cho thấy hỗn hợp khí đạt mức chuyển hoá X2 ≥ 88% và nhiệt độ ổn định.
Nhiệt độ 500 °C được đưa vào hệ thống trao đổi nhiệt để giảm xuống còn 430 °C trước khi vào lớp xúc tác 3 Tác nhân làm nguội là không khí khô 50 °C từ máy thổi khí 412 Nhiệt độ khí vào lớp 3 được điều khiển tự động thông qua van số 18, trong khi van không khí số 17 điều chỉnh nhiệt độ không khí vào lò, từ đó điều chỉnh gián tiếp nhiệt độ khí vào lớp xúc tác 3.
Sau khi qua lớp 3, hỗn hợp khí tiếp tục phản ứng chuyển hóa SO2 thành SO3 với hiệu suất đạt tối thiểu 96% Nhiệt độ của hỗn hợp khí sau lớp 3 là 455 độ C, sau đó được hạ nhiệt xuống dưới mức quy định.
Tại tháp hấp thụ thứ nhất số 301, khí SO3 được làm mát xuống dưới 160 oC nhờ vào hai tháp trao đổi nhiệt Tháp trao đổi nhiệt đầu tiên, ở vị trí 210, sử dụng hỗn hợp khí SO2 có nhiệt độ 55-60 oC từ tháp lọc mù 309, trong khi hỗn hợp khí đi bên trong ống Thiết bị trao đổi nhiệt thứ hai, tháp làm nguội khí SO3 tại vị trí 205B, sử dụng không khí ẩm tự nhiên được đẩy vào tháp bởi hệ thống quạt 206A-B-C Hỗn hợp khí SO3 ra khỏi thiết bị 205B với nhiệt độ dưới 160 oC sẽ đi vào tháp hấp thụ thứ nhất tại vị trí 301, nơi xảy ra phản ứng hấp thụ khí SO3 thành sản phẩm H2SO4 theo phương trình phản ứng tổng quát.
Phản ứng hóa học giữa SO3 và H2O tạo ra H2SO4 và giải phóng nhiệt (Q3) Hiệu suất hấp thụ tại tháp 301 đạt trên 99,9% Hỗn hợp khí SO2 còn lại sau tháp hấp thụ được chuyển đến tháp lọc mù 309 để loại bỏ mù axit, chất có hại cho xúc tác và thiết bị Sau khi đi qua hai trao đổi nhiệt tại vị trí 210 và 209, khí SO2 được nâng nhiệt độ từ 55-60 độ C lên 415 độ C trước khi vào lớp xúc tác 4 Tại đây, nhờ xúc tác CS-110, phản ứng chuyển hóa khí SO2 thành khí SO3 diễn ra triệt để.
Sau lớp 4, hỗn hợp khí đạt mức chuyển hoá chung toàn máy là X ≥ 99,8%, nhiệt độ
Nhiệt độ 428 °C được giảm xuống dưới 160 °C trước khi chuyển sang bộ phận hấp thụ Quá trình này diễn ra thông qua hệ thống thiết bị trao đổi nhiệt, cụ thể là tháp làm nguội khí SO3 bằng không khí ẩm từ bên ngoài tại vị trí 205A.
Hỗn hợp khí SO3 được dẫn vào ống và làm nguội bằng không khí từ môi trường bên ngoài thông qua tháp 205A, với sự hỗ trợ của hệ thống quạt thổi tại vị trí 206 Khi hỗn hợp khí SO3 có nhiệt độ dưới 160 oC được đưa vào tháp hấp thụ cuối tại vị trí 310, nó đạt hiệu suất hấp thụ chung lên tới 99,99% Sau đó, khí được lọc qua thiết bị lọc mù dạng tấm ở đỉnh tháp trước khi thải ra ống thải khí vào môi trường.
*Máy tiếp xúc (vị trí 204A):
Máy tiếp xúc 204A được cải tiến từ máy tiếp xúc cũ với 4 lớp xúc tác, nhằm chuyển hóa khí SO2 thành khí SO3 Thiết kế mới giữ nguyên vị trí của lớp xúc tác đầu tiên và cải tạo 3 lớp còn lại thành 2 lớp lắp đặt thêm, tối ưu hóa hiệu suất chuyển đổi.
Vách ngăn bằng thép và gạch chịu nhiệt được bố trí sau lớp 2, giúp chia máy thành ba phần độc lập Thiết kế này còn bao gồm các kết cấu phân phối khí cho lớp 2 và lớp 3, nhằm gom khí hiệu quả ra khỏi các lớp này.
Sự cố, nguyên nhân và cách khắc phục
STT Sự cố Cách khắc phục
1 Nồng độ axit thùng trộn thấp hơn 94% Tăng thêm axit 97% hoặc giảm bớt nước vào thùng trộn
2 Nồng độ axit trộn cao hơn 94% Giảm axit 97% hoặc tăng thêm nước vào thùng trộn
3 Axit rò rỉ nhiều từ các đường ống Dừng bơm xử lý xì hở, trung hoà axit chảy ra
4 Mất điện hoặc động cơ bị cháy Đóng tất cả các van axit về thùng
5 Mất khí nén cấp cho đồng hồ đo Chuyển sang điều khiển bằng tay, tăng cường lấy mẫu phân tích
6 Mất nước cấp cho giàn làm lạnh Giảm lượng axit trộn, tăng cường tuần hoàn về thùng
Các vấn đề môi trường
Chất thải rắn từ dây chuyền sản xuất chủ yếu xuất phát từ cặn lắng trong các thùng chứa như thùng lưu huỳnh lỏng, thùng dầu DO và thiết bị trao đổi nhiệt Mặc dù khối lượng chất thải này không lớn, chúng thường được thải bỏ trực tiếp mà không qua xử lý, tạo ra nguy cơ ô nhiễm lâu dài Chất thải rắn này chứa một lượng kim loại nặng đáng kể, có khả năng gây ô nhiễm nghiêm trọng đến đất và nguồn nước xung quanh khu vực công ty.
Chất thải nguy hại, bao gồm amiăng, bông thủy tinh, gioăng chịu nhiệt, axit và bùn thải từ thùng lắng lưu huỳnh lỏng, cần được thu gom và xử lý bởi các cơ quan chuyên trách Tất cả các loại chất thải này được đưa về một kho tập trung để đảm bảo an toàn trong quá trình xử lý.
Chất thải rắn công nghiệp, bao gồm gạch chịu lửa, gạch chịu axit, cặn S, cặn sunphat và vôi, được thu gom tại một kho tập trung trước khi được chuyển đến khu xử lý theo quy định của tỉnh.
- Rác thải sinh hoat : Được chuyển đến trạm xử lí rác thải sinh hoạt của công ty môi trường và đô thị tỉnh Phú Thọ b Nước thải
Trong quá trình sản xuất axit sunfuric, các nguồn phát nước thải chủ yếu đến từ quá trình trao đổi nhiệt để làm mát axit và nước dùng để rửa thiết bị, máy móc Bên cạnh đó, nước thải cũng có thể phát sinh từ sự cố rò rỉ axit từ các thùng chứa.
Nước thải được dẫn qua hệ thống ống nước của công ty, chảy tuần hoàn và xử lý cục bộ Nước thải có nồng độ pH thấp được trung hòa bằng sữa vôi và khoảng 60-70% nước được tuần hoàn Nước tưới ở dàn lạnh được thu gom và xử lý liên tục.
33 hoàn Toàn bộ nước đều được tuần hoàn trong phạm vi của nhà máy, không có nguồn nước thải nào được thải ra môi trường xung quanh c Khí thải
Khí thải trong dây chuyền sản xuất axit sunfuric bao gồm các thành phần:
- Bụi: hơi lưu huỳnh, tạp chất…
Hơi lưu huỳnh, H2S và các khí khác được xử lý qua tháp hấp thụ bằng soda hoặc sữa vôi trước khi thải ra ngoài Hiệu suất chuyển hóa SO2 đạt 99.8% và hiệu suất hấp thụ SO3 lên tới 99.9%, do đó lượng khí thải còn lại rất ít và được thải trực tiếp qua ống khói Hàm lượng SO2 trong khí thải dao động từ 250 – 300mg/m³, kèm theo nhiệt tỏa ra.
*Đề xuất phương án xử lý:
Định kỳ kiểm tra các thiết bị xử lý bụi khí thải như xyclon, màng ướt, lọc khí và khử mù là rất quan trọng để đảm bảo không có sự rò rỉ Bên cạnh đó, cần đảm bảo các thiết bị trao đổi nhiệt hoạt động hiệu quả, duy trì hệ số trao đổi nhiệt mà không bị thất thoát nhiệt.
Bụi S được thu hồi và hoàn nguyên, giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường Tuy nhiên, ô nhiễm tiếng ồn vẫn là vấn đề đáng lo ngại tại các khu vực như máy nén khí, bơm nước, bơm axit và quạt hút gió Bên cạnh đó, ô nhiễm nhiệt cũng xảy ra tại các khu vực lò đốt và tháp tiếp xúc, ảnh hưởng đến chất lượng không khí và sức khỏe cộng đồng.
XÍ NGHIỆP SUPE
1 Nguyên liệu sản xuất Supe photphat đơn a Quặng photphat
Quặng photphat thông thường có 2 dạng: Apatit và photphorit
Apatit: Apatit là những khoáng, thành phần hoá học biểu thị bằng công thức chung
Ca10R2(PO4)6, hay còn gọi là Ca5R(PO4)3, là một loại khoáng chất trong đó R có thể là F, Cl hoặc OH Floapatit Ca10(OH)2(PO4)6 là dạng phổ biến nhất, trong khi Clo apatit Ca10Cl2(PO4)6 lại rất hiếm Ngoài ra, một phần canxi trong apatit thường bị thay thế bởi các nguyên tố khác như stronti, bari, magiê và mangan.
Apatit, một khoáng chất có nguồn gốc từ núi lửa, sở hữu những tinh thể lớn và bền chắc Các mỏ apatit lớn thường tập trung ở những vùng đầm lầy, đặc biệt là trên đảo Kola (Nga), cũng như ở Ấn Độ, Uganda, Nam Phi, Brazil và Chile.
Photphorit là một loại khoáng sản có nguồn gốc từ trầm tích, hình thành do sự lắng đọng của canxi photphat từ nước biển Với cấu trúc nhỏ gọn, photphorit có độ xốp cao và tỷ trọng thấp Ngoài canxi photphat, quá trình lắng đọng còn thường đi kèm với các khoáng chất như CaCO3, MgCO3 và glauconit.
Fe2O3.2Fe(OH)3, nhôm silicat và đất sét là những thành phần chính trong photphorit, trong đó canxi photpho thường tồn tại dưới dạng các hạt floapatit rất nhỏ Các mỏ photphat lớn có thể được tìm thấy ở Karatan (Cadactan), Tuynidi, đảo Kiuracao (Venezuela), quần đảo Osen (Châu Đại Dương), Florida và Tennessee (Hoa Kỳ) Ngoài ra, photphorit còn chứa một số nguyên tố vi lượng như Mn, Cu, Zn, B, Mo và Co.
Quặng được đưa vào sử dụng là quặng Apatit đã qua tuyển lấy từ Lào Cai
Quặng loại I: Là loại quặng giàu, gồm phần lớn lafloapatit (Ca5F(PO4)3), hàm lượng
P2O5 có hàm lượng trung bình từ 33-38% Nguyên liệu chính là photphorit trầm tích, đã trải qua quá trình biến chất nhẹ Các tinh thể floapatit hình thành ở dạng tinh thể nhỏ, đôi khi khó nhận diện (ẩn tinh), với kích thước từ 0.008 đến 0.02 mm.
Quặng loại II có hàm lượng P2O5 trung bình từ 24-26% Tại Xí nghiệp Super Photphat Lâm Thao, axit sunfuric với nồng độ 75-95% H2SO4 được sử dụng để sản xuất supephotphat Để đánh giá hiệu quả phân hủy quặng photphat, người ta tính toán lượng P2O5 thu được từ một đơn vị khối lượng axit quy về 100%.
Sử dụng 1 tấn axit 100% H2SO4, lượng P2O5 hữu hiệu thu được phụ thuộc vào đặc tính của quặng photphat và trình độ công nghệ sản xuất.
Thành phần Loại quặng Tấn P2O5/tấn H2SO4
Nơi khai thác %P2O5 Trong phạm vi
Từ chỉ số trên, có thể tính được định mức H2SO4 cho một tấn P2O5 hữu hiệu chia một cho chỉ số
Trong sản xuất superphosphate, tỉ trọng kế được sử dụng để nhanh chóng xác định nồng độ axit sulfuric Tuy nhiên, nếu axit chứa nhiều tạp chất như muối sunfat, phương pháp này sẽ không cho kết quả chính xác Do đó, trong trường hợp này, cần áp dụng phương pháp phân tích hóa học để xác định nồng độ axit chính xác hơn.
2 Cơ sở lý thuyết của dây chuyền sản xuất Supe photphat đơn
Trong quá trình sản xuất Supe đơn, phản ứng giữa apatit và axit sunfuric xảy ra theo phương trình tổng quát sau:
2Ca5F(PO4)3 + 7H2SO4 +3H2O 2PO4)2.H2O +7CaSO4 +2HF
Nhưng thực chất nó tiến hành theo 2 giai đoạn:
Ca5F(PO4)3 + 5H2SO4 +2.5H2O = 3H3PO4 + 5CaSO4.0.5H2O +HF
Trong quá trình sản xuất Supe photphat, phản ứng giữa Ca5F(PO4)3, H3PO4 và H2O diễn ra qua hai giai đoạn liên tiếp Cụ thể, phản ứng đầu tiên sản sinh ra 5Ca(H2PO4)2.H2O và HF Lưu ý rằng axit sunfuric và mono canxi photphat không thể tồn tại đồng thời trong dung dịch, do đó các giai đoạn phản ứng không diễn ra xen kẽ.
Ca(H2PO4)2 + H2SO4 = CaSO4 + 2H3PO4 a Giai đoạn 1
Phản ứng giữa Ca5F(PO4)3, H2SO4 và H2O tạo ra H3PO4, CaSO4 và HF diễn ra trên bề mặt hạt quặng với sự dư thừa H2SO4 Quá trình này bắt đầu ngay khi trộn quặng apatit với axit H2SO4 và kéo dài từ 20-40 phút trong phòng hóa thành Trong suốt phản ứng, nồng độ H2SO4 giảm, trong khi nồng độ H3PO4 tăng lên, tạo ra bột sệt nhanh chóng chảy xuống phòng hóa thành Đến thời điểm này, khoảng 60-80% axit sunfuric đã tham gia vào phản ứng, phần còn lại tiếp tục phản ứng trong phòng hóa thành Sau 20-40 phút, hỗn hợp dần dần đông kết lại.
Tại nhiệt độ cao từ 110-120 oC, nồng độ P2O5 trong pha lỏng đạt 43-45%, dẫn đến việc CaSO4.0,5H2O nhanh chóng chuyển hóa thành CaSO4 khan, dạng ổn định của hợp chất này.
*Các yếu tố ảnh hưởng đến giai đoạn 1 của quá trình:
Để phân hủy 100 đơn vị khối lượng quặng apatit, cần thiết lượng axit H2SO4 100% theo các phương trình phản ứng lý thuyết Trong thực tế, cần sử dụng dư 6-10% axit để đảm bảo sự tiếp xúc đầy đủ giữa pha rắn và pha lỏng, đồng thời phân hủy hoàn toàn các tạp chất khác chưa được tính đến.
Khi nồng độ H2SO4 tăng và nồng độ axit đậm đặc giảm, hoạt độ của axit sẽ tăng, dẫn đến mức độ phân hủy apatit tăng lên Mức độ phân hủy này chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm dạng nguyên liệu, tỷ lệ rắn:lỏng, nhiệt độ, thời gian và các yếu tố khác.
Mức độ phân hủy của hạt quặng khi sử dụng axit nồng độ thấp có hiệu quả cao, tuy nhiên, việc này dẫn đến việc sản phẩm có độ ẩm lớn, làm cho nó không đủ cứng rắn và không đạt yêu cầu.
Khi nồng độ axit tăng cao, tốc độ phân hủy sẽ chậm lại và đạt đến mức tối thiểu trước khi tăng trở lại vào miền thụ động Trong miền này, các hạt quặng được bao bọc bởi một lớp bảo vệ.