báo cáo công nghệ sản xuất acid sulfuric

báo cáo công nghệ sản xuất acid sulfuric

http://www.ebook.edu.vn 1 Li nói u Axit sunfuric là một axit vô cơ rất quan trọng đối với ngành công nghiệp hoá chất nói riêng, đối với nền kinh tế quốc dân nói chung. Chúng ta có thể bắt gặp axit này trong các ngành sản xuất phân bón, thuốc trừ sâu, chất giặt rửa tổng hợp, tơ sợi hoá học, chất dẻo, sơn màu, phẩm nhuộm, dợc phẩm, chế biến dầu mỏ, chế biến pin ắc qui Hàng năm các nớc trên thế giới sản xuất khoảng 160 triệu tấn H 2 SO 4 (số liệu đợc lấy từ sách giáo khoa hoá học lớp 10 năm 2006). Tuy nhiên, việc sản xuất một số lợng lớn axit nh vậy cũng gây ra những tác hại to lớn đối với môi trờng. Bởi vậy, trong giới hạn bài báo cáo chuyên đề này, chúng tôi sẽ trình bày một số vấn đề chính nh sau: + Tình hình sản xuất axit sunfuaric trên thế giới. + Công nghệ sản xuất Axit sunfuric (bằng hai phơng pháp: phơng pháp tiếp xúc và phơng pháp tháp đệm.Trọng tâm vẫn là phơng pháp tiếp xúc). + Đặc trng về dòng thải và các chất thải quan trọng nhất. + Một số phơng pháp giải quyết ô nhiễm theo hớng: quản lý, giảm thiểu, xử lý. (Tơng ứng với mỗi vấn đề sẽ là một phần lớn đợc chúng tôi trình bày). TèNH HèNH SN XUT AXIT SULFURIC TRấN TH GII 60% lng axit sulfuric trờn th gii c s dng sn xut phõn bún. Hin nay, M tiờu th 25% th trng axit sulfuric ton cu, tip theo l cỏc nc CNXH Chõu http://www.ebook.edu.vn 2 chiếm 17%. Châu Phi, Tây Âu, Nga cũng là những nơi tiêu thụ lớn, mỗi nơi tiêu thụ khoảng 10% lượng axit trên toàn thế giới. Năm 2002,có khoảng 170 triệu metric tons axit sulfuric được sản xuất trên toàn thế giới Năm 2001, cả thế giới sản xuất được 165 triệu tấn axit sulfuric tương đương 8 tỉ USD - Năm 1999, Chi Lê sản xuất được 2,5 triệu tấn axit sulfuric trong một năm chiếm khoảng 1,7 tổng lượng sản xu ất toàn thế giới.Năm 2005, sản xuất được 6 triệu tấn. - Bởi những đặc tính quan trọng, axit sulfuric được xem như là một chất chỉ thị cho một nền công nghiệo phát triển của một đất nước.Bên dưới là tổng số axit sulfuric đã sản xuất ra ở Mỹ trong suốt 7 thập kỉ đầu tiên của thế kỷ: Note: 1 short ton = 2000 lb. (whereas a metric ton = 2205 lb. and a long ton = 2240 lb.) Figure 1-1, Source: "US Bureau of the Census, Historical Statistics from Colonial Times to 1970." Việc sản xuất axit sulfuric đã yếu đi sau khi nước Mỹ bị cuốn vào cuộc chiến tranh thế giới lần thứ nhất (1917-1919) và sau khi khôi phục lại thị trường thương mại trên http://www.ebook.edu.vn 3 thế giới. Giai đoạn chiến tranh (1940-1965) là giai đoạn phát triển mạnh nhất của nền kinh tế Mỹ, kéo theo đó là sự gia tăng mạnh mẽ của ngành công nghiệp sản xuất axit sulfuric. - Giai đoạn 1990 – 1994 t×nh h×nh xuất nhập khẩu axit sulfuric của Mỹ là: Năm Nhập khẩu (triệu tấn) Xuất khẩu (triệu tấn) 1990 1,7 147 1991 1,8 139 1992 2,0 144 1993 2,4 136 1994 2,1 170 - Công nghiệp sản xuất axit sulfuric ở Australia: Australia sản xuất được 500 tấn axit trong một ngày tương đương với 500.000 tấn axit trong một năm. - Trong những năm 1995- 2005, tiêu thụ axit sulfuric trên thế giới đã tăng 29% bất chấp viêc giảm 20% trong những năm 1988-1993.Theo đánh giá của các nhà chuyên môn thì tiêu thụ axit sulfuric trên thế giới sẽ tăng khoảng 2,6% trong giai đoạn 2005 – 2010 nếu tình hình phát triển kinh tế trên thế giới vẫn ổn định như hiện nay. Các nước XHCN ở Châu Á vẫn là thị trường chính, chiếm khoảng 23% lượng tiêu thụ trên thế giới, tiếp theo là Mỹ tiêu thụ khoảng 20%. Các nước ở Châu Phi, Trung và Nam Mỹ, Tây Âu tiêu thụ khoảng 10%. Trong năm 2005, cả thế giới tiêu thụ hết khoảng 190 triệu tần axit sulfuric tương đương với giá trị là 10 tỉ USD. Đồ thị tiêu thụ axit sulfuric trên thế giới trong năm 2005: http://www.ebook.edu.vn 4 http://www.ebook.edu.vn 5 http://www.ebook.edu.vn 6 World production, Reserves and Reserve Base: Country Production-All forms Reserves Reserve Base 1999 2000 United States 11.300 10.400 140.000 230.000 Canada 10.100 10.300 160.000 330.000 Chile 1.040 1.100 NA NA China 5690 5.200 100.000 250.000 Finland 725 730 NA NA France 1.100 1.100 10.000 20.000 Germany 1.190 1.200 NA NA Iran 910 920 NA NA Italia 678 700 NA NA Japan 3.460 3.500 5.000 15.000 Kazakhstan 1320 1.400 NA NA Kuwait 675 680 NA NA Mexico 1.310 1.300 75.000 120.000 Netherlands 574 580 NA NA Poland 1.510 1.300 130.000 300.000 Russia 5.270 5.500 NA NA Saudi Arabia 2.400 2.400 100.000 130.000 Spain 955 900 50.000 300.000 United Arab Emirates 1.030 1.200 NA NA Other countries 6.700 700 630.000 1.800.000 World total 57.100 57.400 1.400.000 3.500.000 (may be rounded) http://www.ebook.edu.vn 7 - Hin nay, giỏ bỏn axit sulfuric trờn th gi ang cú xu hng st gim, iu ny c th hin trờn th sau: Phần một Công nghệ sản xuất Axit sunfuaric Để tìm hiểu đợc công nghệ sản xuất axit sunfuaric, trớc hết chúng ta đề cập tới một số tính chất hoá học cơ bản nhất của axit sunfuric với mục đích chọn đợc vật liệu thích hợp chế tạo thiết bị sản xuất, bảo quản và vận chuyển nó: - Axit sunfuric khan là chất lỏng không màu, sánh ( khối lợng riêng ở 20 0 C là 1,8305 gam/cm 3 ), kết tinh ở 10,37 0 C. ở áp suất thờng nó sôi ở 296,2 0 C. - Trong hoá học axit sunfuric đợc xem là hợp chất của anhydrit sunfuric với nớc. Công thức hoá học: SO 3 H 2 O. http://www.ebook.edu.vn 8 - Trong kỹ thuật: hỗn hợp theo tỷ lệ bất kỳ của SO 3 với H 2 O đều gọi là axit sunfuric. + Nếu tỷ lệ SO 3 /H 2 O < 1 ngời ta gọi là dung dịch axit sunfuric. Tỷ lệ SO 3 /H 2 O > 1 gọi là dung dịch của SO 3 trong axit sunfuric hay oleum hoặc axit sunfuric bốc khói . - Mặc dù có các phơng pháp khác nhau để sản xuất axit sunfuric tuy nhiên chúng có điểm chung là đều có 4 giai đoạn chính: + Đốt nguyên liệu sản xuất SO 2 . + Tinh chế khí SO 2 . + O xy hoá SO 2 thành SO 3 . + Hấp thụ SO 3 để tạo thành H 2 SO 4 . Bởi vậy công nghệ mà chúng tôi trình bày ở đây cũng đợc chia thành 4 giai đoạn chính nh trên.Chúng ta có thể tham khảo sơ đồ công nghệ của phân xởng sản xuất H 2 SO 4 của nhà máy supe photphat LONG THàNH (Hình 1) I- Giai đoạn I: Đốt nguyên liệu để sản xuất SO 2 . 1- Nguyên liệu để sản xuất a xit sun fu ric. 1.1- Quặng pyrit - Có 3 loại quặng py rit thờng dùng để sản xuất a xit sun fu ric đó là : + Py rit thờng: thành phần chủ yếu là sắt sunfua FeS 2 chứa khoảng 53,44% S và 46,56% Fe.Trong quặng có lẫn nhiều tạp chất của các hợp chất của đồng, chì, kẽm, niken, bạc, vàng, coban, selen, telu, silic, các muối cacbonat, sunfat canxi, magie Vì vậy hàm lợng thực tế của lu huỳnh trong quặng dao động trong khoảng từ 30- 52%. ở miền bắc nớc ta mới chỉ phát hiện một số mỏ pyrit, nhng nói chung hàm lợng lu huỳnh thấp (khoảng 20- 30 % lu huỳnh), trữ lợng nhỏ. + Pyrit tuyển nổi: trong quá trình đem luyện đồng, thờng dùng phơng pháp tuyển nổi để làm giàu đồng của quặng lên khoảng 15-20% đồng ( gọi là tinh quặng đồng ). Phần bã thải của quá trình tuyển nổi chứa khoảng 32-40 % S gọi là quặng pyrit tuyển nổi. Thông thờng cứ tuyển 100 tấn quặng thu đợc 80- 85 pyrit tuyển nổi . + Py rit lẫn than: than đá ở một số mỏ có lẫn cả quặng pyrit, có loại chứa tới 3-5 % S làm giảm chất lợng của than. Vì vậy phải loại bỏ các cục than có lẫn pyrit. Phần than http://www.ebook.edu.vn 9 cục loại bỏ này chứa tới 33-42% S và 12-18% C gọi là pyrit lẫn than. ở miền bắc nớc ta, mỏ than Na Dơng (Lạng Sơn) than chứa nhiều lu huỳnh (có mẫu tới 6-8% S). Việc nghiên cứu tách đợc S khỏi than có ý nghĩa kinh tế kỹ thuật rất lớn vì tăng đợc chất lợng than, đảm bảo an toàn, đồng thời tận dụng đợc S. 1.2- Lu huỳnh nguyên tố (S). - Lu huỳnh đợc sử dụng chủ yếu trong các ngành công nghiệp sản xuất axit sunfuaric (chiếm khoảng 50% tổng lợng S sản xuất ra), công nghiệp giấy-xen lu lo ( chiếm khoảng 25% tổng lợng S sản xuất ra), trong nông nghiệp (10-15%) - Để điều chế S nguyên tố chúng ta đi từ quặng S thiên nhiên chứa khoảng 15-20% S hoặc tách các tạp chất từ khí thải của các ngành công nghiệp luyện kim màu, gia công dầu mỏ, khí thiên nhiên, khí dầu mỏ 1.3- Thạch cao: đây là một nguồn nguyên liệu phong phú để sản xuất axit sunfuaric vì nhiều nớc trên thế giới có mỏ thạch cao ( CaSO 4 .2H 2 O hoặc CaSO 4 ). Ngoài ra quá trình sản xuất axit photphoric, supe photphat kép cũng thải ra một lợng lớn Ca SO 4 . Thông thờng từ thạch cao ngời ta sản xuất liên hợp cả axit sunfuaric và xi măng . 1.4- Các chất thải có chứa lu huỳnh : - Khí lò luyện kim màu: khí lò trong quá trình đốt các kim loại màu nh quặng đồng, chì, thiếc, kẽm có chứa nhiều SO 2 . Đây là một nguyên liệu rẻ tiền để sản xuất a xit sunfuric vì cứ sản xuất 1 tấn đồng có thể thu đợc 7,3 tấn SO 2 mà không cần lò đốt. - Khí hydrosunfua (H 2 S): trong quá trình cốc hoá than khoảng 50% tổng lợng S có trong than sẽ đi theo khí cốc, chủ yếu ở dạng H 2 S ( chiếm khoảng 95%). Lợng H 2 S trong khí cốc hàng năm trên thế giới có thể lên tới hàng triệu tấn. Việc thu hồi lợng H 2 S này không những có ý nghĩa về kinh tế mà còn có ý nghĩa về mặt vệ sinh môi trờng. - Khói lò: Hàng năm trên thế giới đốt hàng tỷ tấn than, trong đó khói lò đã thải vào khí quyển hàng chục triệu tấn S. Đây cũng là nguồn nguyên liệu đáng kể để sản xuất axit sunfuric. http://www.ebook.edu.vn 10 - Axit sunfuric thải: Sau khi dùng axit sunfuric làm tác nhân hút nớc, tinh chế dầu mỏ, sunfo hoá các hợp chất hữu cơ sẽ thu đợc chất thải chứa nhiều H 2 SO 4 (20-50%). Việc thu hồi axit sunfuric này cũng có ý nghĩa rất lớn về mặt kinh tế và bảo vệ môi trờng. 2- Chuẩn bị nguyên liệu trớc khi đốt. Trớc khi đốt phải trải qua giai đoạn gia công cơ, nhiệt tuỳ theo dạng nguyên liệu. Ví dụ: + Quặng pyrit thông thờng có kích thớc 50-200 mm vì vậy phải qua các công đoạn đập, nghiền, sàng để có kích thớc nhất định (tuỳ thuộc vào loại lò) chẳng hạn trong lò đốt tầng sôi ngời ta cần loại bỏ những hạt quặng có kích thớc > 3 mm, hạn chế các hạt quặng có kích thớc < 44x1O -3 mm. Bởi vì những hạt quá to hay quá nhỏ đều ảnh hởng tới bụi xỉ pyrit cuốn theo khí lò và quá trình đốt nguyên liệu do tất cả các hạt rắn có tốc độ tới hạn nhỏ hơn hoặc bằng tốc độ làm việc của khí đều bị cuốn theo khí lò vào hệ thống sản xuất phía sau khiến chúng ta phải đi xử lý khí SO 2 thu đợc. + Quặng tuyển nổi phải sấy sơ bộ để giảm hàm ẩm, S đốt trong lò phun phải nấu chảy lắng, tách cặn 3- Đốt nguyên liệu. 3.1- Các phản ứng hoá học trong quá trình đốt nguyên liệu. - Đối với quặng py rit: 4 FeS 2 + 11 0 2 > Fe 2 O 3 + 8 SO 2 + Q 2 FeS 2 > 2 FeS + S 2 .(nhiệt độ vào khoảng 500 0 C). S 2 + 2 O 2 > 2 SO 2 4 FeS + 7 O 2 > 2 Fe 2 O 3 + 4 SO 2 Hoặc 3 FeS +5 O 2 > Fe 3 O 4 + 3 SO 2 - Qúa trình cháy của quặng không những chỉ xảy ra giữa pyrit và Oxy mà còn xảy ra giữa các pha rắn: FeS 2 + 16 Fe 2 O 3 = 11 Fe 3 O 4 + 2 SO 2 FeS + 10 Fe 2 O 3 = 7 Fe 3 O 4 + SO 2 FeS 2 + 5 Fe 3 O 4 = 16 FeO + 2 SO 2 FeS + 3 Fe 3 O 4 = 10 FeO + SO 2 [...]... hơn Các nhà máy, xí nghiệp sản xuất có những biện pháp quản lí, giảm thiểu, xử lí các chất thải, các dòng thải Để giúp đỡ một phần các nhà máy sản xuất chúng tôi sẽ trình bày tiếp các chất thải, dòng thải chính của nhà máy sản xuất axit sunfuric Phần hai đặc trng về dòng thải v các chất thải quan trọng nhất trong quá trình sản xuất axit suLFURIC Quỏ trỡnh sn xut axit sulfuric to ra rt nhiu cỏc... Ngày nay công nghệ sản xuất axit sunfuric có nhiều loại lò dùng đốt nguyên liệu nh: lò nhiều tầng, lò đốt quặng bột, lò lớp sôi, lò xyclon; lò dốt lu huỳnh (loại nằm ngang, loại đứng), lò đốt hyđrosunfua H2S Do giới hạn bài viết chúng tôi trình bày loại lò lớp sôi để đốt nguyên liệu Bởi vì thiết bị lớp sôi có nhiều u điểm nổi bật và ngày càng đợc sử dụng rộng rãi không chỉ trong công nghệ sản xuất axit... Phản ứng: n SO3 + H2O = H2 SO4 + (n-1) SO3 + Tuỳ theo tỉ lệ giữa lợng SO3 và H2O mà nồng độ axit thu đợc sẽ khác nhau: n > 1 là sản phẩm là oleum n = 1 sản phẩm là monohydrat (axit sunfuaric 100%) n < 1 sản phẩm là axit loãng Thông thờng, ngời ta có xu hớng sản xuất toàn bộ sản phẩm ở dới dạng oleum để bảo quản vận chuyển và sử dụng thuận lợi hơn Muốn vậy cho hỗn hợp khí chứa SO3 qua tháp có tới oleum... pháp sản xuất u việt hơn đã đợc đề cập tới nh: phơng pháp tinh chế khô, thiết bị tiếp xúc kiểu lớp sôi Không những vậy năng suất của các hệ thống sản xuất cũng tăng lên một cách đáng kể (năm 1982 hãng Texas Gulf Inc đa ra dây chuyền năng suất 2800 tấn /ngày, năm 1988 năng suất của hãng http://www.ebook.edu.vn 21 Texas Gulf Inc là 379 000 tấn/nâm ) Trớc đây dòng thải và chất thải của các nhà máy sản xuất. .. thuận lợi cho quá trình sản xuất cho nên đã thay buồng chì bằng các tháp hấp thụ đợc xây bằng gạch chịu axit nên nó đợc gọi là phơng pháp tháp đệm Tuy nhiên, axit sunfuric thu đợc có độ tinh khiết không cao (do có lẫn nhiều HNO3 trong quá trình sản xuất) hơn nữa hiệu suất của quá trình này cũng không lớn chỉ vào cỡ (60 -70 %) bởi vậy phơng pháp này hầu nh không đợc sử dụng để sản xuất axit sunfuric nữa... nhiều u điểm nổi bật và ngày càng đợc sử dụng rộng rãi không chỉ trong công nghệ sản xuất axit sunfuric mà còn trong các ngành khác nh: luyện kim, gia công dầu mỏ, thực phẩm, y học, năng lợng hạt nhân + Theo báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nớc KC- 06-06 chúng ta có bảng cân bằng vật liệu cho 1 tấn quặng py rit hàm lợng 33% lu huỳnh đối với lò lớp sôi (dựa trên tính toán lí thuyết)... hiệu suất nhiệt của nhà máy điện) hoặc nhà máy sản xuất có thể trở thành nơi cung cấp năng lợng II Tinh chế khí SO2 1 Sơ lợc về quá trình tinh chế khí: - Đối với sơ đồ cổ điển của quá trình sản xuất axit sunfuric theo phơng pháp tiếp xúc: + Khí lò từ lò đốt quặng đợc làm nguội trong nồi hơi, tách bụi trong xyclon, lọc điện khô có nhiệt độ 300-400o C đi vào công đoạn làm sạch khí để tách các tạp chất có... khác biệt lớn nhất giữa hai phơng pháp sản xuất axit sunfuric đợc thể hiện ở giai đoạn này 1 Đối với phơng pháp tháp đệm Khí SO2 đợc oxi hoá bằng O2 không khí với xúc tác là hỗn hợp NO và NO2 Quá trình phản ứng không cho trực tiếp SO3 hay H2SO4 mà sản phẩm trung gian là nitrozonihidrosunfat.Ta có phản ứng sau: 2SO2 + O2 +NO + NO2 + H2O = 2 NOHSO4 Dùng nớc hoà tan sản phẩm này ở trong buồng làm bằng chì... mù càng lớn + Tháp sấy: Nhiệm vụ tách hoàn toàn lợng hơi nớc trong hỗn hợp khí thông thờng bao gồm 2 tháp với mục đích để đề phòng 1 trong 2 tháp có h hỏng và tăng lợng Oleum sản xuất đợc và nhất là để giảm lợng mù a xit khi sấy Công đoạn làm sạch khí phải đảm bảo một số chỉ tiêu sau: Hàm lợng bụi trong khí sau lọc điện khô,g/m3 8,5 Nồng độ a xit tới... quí cho ngành công nghiệp luyện kim http://www.ebook.edu.vn 14 - Nếu sử dụng tổng hợp đợc xỉ thì cứ 1000 tấn xỉ có thể thu đợc 800 tấn tinh quặng sắt (với hàm lợng 55- 63 % Fe); 3,3 4 tấn đồng; 3,3 4,3 tấn kẽm; 0,8-1 kg vàng; 10 kg bạc; 80 kg coban; 70 tấn natri sunfat - Lợng nhiệt toả ra khi đốt nguyên liệu chiếm từ 52 65 % tổng lợng nhiệt Chúng ta có thể tận dụng lợng này để sản xuất điện tự . axit sulfuric được sản xuất trên toàn thế giới Năm 2001, cả thế giới sản xuất được 165 triệu tấn axit sulfuric tương đương 8 tỉ USD - Năm 1999, Chi Lê sản xuất được 2,5 triệu tấn axit sulfuric. bỏn axit sulfuric trờn th gi ang cú xu hng st gim, iu ny c th hin trờn th sau: Phần một Công nghệ sản xuất Axit sunfuaric Để tìm hiểu đợc công nghệ sản xuất axit. trong công nghệ sản xuất axit sunfuric mà còn trong các ngành khác nh: luyện kim, gia công dầu mỏ, thực phẩm, y học, năng lợng hạt nhân + Theo báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ