Tiểu luận môn Những quá trình sản xuất cơ bản TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT SUNFFURIC VÀ XỬ LÝ CÁC CHẤT THẢI ĐẶC TRƯNG

Trong chuyên đề này, chúng tôi xin dề cập đến những vấn đề như sau : A đặc tính của Axit sunfuric, tình hình sản suất trên thế giới và tại Việt Nam { do sinh viên: Nguyễn Đình Quân trìn

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Viện KH- CN Môi trường -

GIỚI THIỆU

Axit sunfuric là một loại hóa chất đã được biết đến từ lâu trong lịch sửloài người từ thế kỉ thứ 9 bởi người đươc coi là đã phát hiện ra chất này-nhàgiả kim thuật Zakariya al -Razi (Rhases))

Axit sunfuric được sử dụng rộng rãi trong các ngành khác nhau củanền kinh tế quốc dân Nó là sản phẩm quan trọng nhất của ngành côngnghiệp hóa học Công nghệ sản xuất axit sunfuric, do đó, là phổ biến và rấtquan trọng trong nền sản xuất

Trong chuyên đề này, chúng tôi xin dề cập đến những vấn đề như sau :

A đặc tính của Axit sunfuric, tình hình sản suất trên thế giới và tại Việt Nam

{ do sinh viên: Nguyễn Đình Quân trình bày}

B vấn đề sử dụng nguyên nhiên vật liệu và năng lượng của công nghệ sản xuất

{ do sinh viên: Nguyễn Duy Nguyên trình bày}

C Công nghệ sản xuất Axit sunfuric

{ do sinh viên: Nguyễn Thị Mùi trình bày}

D vấn đề về môi trường của công nghệ sản xuất Axit sunfuric và một số giải pháp giải quyết ô nhiễm

{ do sinh viên: Nguyễn Đức Minh và Nguyễn Trung Dũng trình bày}Sau đây là nội dung chi tiết

A ĐẶC ĐIỂM VÀ VAI TRÒ CỦA AXIT SUNFURIC Đặc điểm:

Có thể nói axit sunfuric của một quốc gia là một chỉ số tết về sức mạnh

công nghiệp của quốc gia đó Vai trò quan trọng đó được thể hiện rất cụ thểthông qua tình hình sản xuất axit sunfuric trên thế giới và trong nước

Tình hình xản suất axit sunfuric trên thế giới

Bởi những đặc tính quan trọng của axit sunfuric và nhu cầu lớn củanền sản xuất công nghiệp hoá học mà sản xuất lượng axit này trên thế giớingày càng tăng Dưới đây là biểu đồ thể hiện sự gia tăng đó

Trong đó Mỹ được coi là một trong những nước sản xuất axit sunfuriclớn nhất trên thế giới Đây là đồ thị về sản lượng axit sunfuric mà Mỹ đã sảnxuất ở những thập niên trước:

Theo Và Express, hiện nay Trung Quốc cũng được coi là nước sảnxuất H2SO4 lớn trên thế giới Ở nước này phương pháp sản xuất đi từ quặngpyrit là chủ yếu Theo Hiệp hội axit Trung Quốc năm 2003 Trung Quốc đãvượt Mỹ trở thành đứng đầu thế giới về sản xuất axit sunfuric với sản lượng33,7 triệu tấn Sau đó đến năm 2004 sản lượng đã tăng lên 35 triệu tấn

Trong những năm 1995-2005, tiêu thụ axit sunfuric trên thế giới đãtăng 29% bất chấp việc giảm 20% trong những năm 1988-1993.Theo đánhgiá của các nhà chuyên môn thì tiêu thụ axit sunfuric trên thế giới sẽ tăngkhoảng 2,6 % trong giai đoạn 2005 - 2010 nếu tình hình phát triển kinh tếtrên thế giới vẫn ổn định như hiện nay Các nước XHCN ở Châu á vẫn là thịtrường chính,

chiếm khoảng 23% lượng tiêu thụ trên thế giới, tiếp theo là Mỹ tiêu thụkhoảng 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 sunfuric tương đương với giá trị là 10 tỉ USD Dưới đây là : Biểu đồ tiêuthụ axit sunfuric trên thế giới trong năm 2005

Tình hình sản xuất axit sunfuric trong nước

Ở Việt Nam axit sunfuric cũng đưọec sản xuất rất rộng rãi để phục vụcho nền công nghiệp hoá học nước nhà Có thể kể đến 3 công ty sản xuất axitsunfuric lớn trong nước (sô liệu lấy từ trang wed của Sở khoa học công nghệBến Tre), đó là:

Nhà máy Supephotphat Lâm Thao - Phú Thọ: Sản xuất

H2so4 đi từ quặng pỷit phối trộn với lưu huỳnh hoá lỏng nhập khẩu.Chỉ bằng việc tahy đổi tỉ lệ phối trộn nguyên liệu kết hợp cải tiến công nghệđốt lò, nhà máy đã chế biến công nghệ cũ của Liên Xô thành dây chuyền sảnxuất H2SO4 chưa từng có, tận dụng nguồn nguyên liệu pyrit trong nước vàgiảm triệt để chất thải gây Ô nhiễm Nhờ đó từ năm 1995 trở lại đây sảnlượng axit sunfuric luôn đạt 360 tấn /ngày, bụi xỉ bay ra giảm xuống tới mứctiêu chuẩn và xỉ thải giảm từ 280 tấn xuống 80 tấn /ngày, thu hồi được toàn

bộ lượng axit phải thải bỏ trước đây Tại đây H2SO4 được Sản xuất theo

Nhà máy Supe lân Long Thành - Bên Tre hàng năm sản

Lượng H2so4 đạt khoảng 80.000 tấn /năm với nguyên liệu là quặngsulfua sắt, sản xuất theo phương pháp tiếp xúc (chất xúc tác là V2O5) Theobáo cáo của công ty Phân bón miền Nam, mặc dù giá lưu huỳnh nguyên liệutăng mạnh nhưng để đáp ứng nhu cầu tăng đột hiến, Nhà máy SupephotphatLong Thành thuộc Công ty vẫn đẩy mạnh sản xuất axit sunfuric ngay từnhững ngày đầu năm Tính đến 25/1/2008 nhà máy đã sản xuất gần 7000 tấnaxit sunfuric, đạt trên 10% kế hoạch cả năm và tăng gấp trên 3 lần so vớicùng kỳ năm 2007

Nhà máy hóa chất Tân Bình sản xuất H2SO4 kỹ thuật đi

Từ nguyên liệu lưu huỳnh theo phương pháp tiếp xúc H2SO4 tinhkhiết được sản xuất bằng cách chưng cất H2SO4 kỹ thuật

.Ngày 12/6/2008 trang www.vinachem.com.và đã viết: Theo báo cáo củaBan Kế hoạch - Kinh doanh Tổng Công ty Hoá chất Việt Nam (TCT HCVN), đểđáp ứng đủ axit cho sản xuất phân lân và nhu cầu thị trường, từ đầu năm đến naycác đơn vị sản xuất vẫn đảm bảo tết tiến độ sản xuất axit sunfuric trên cơ sởvận hành thiết bị cao tải, chuẩn bị đủ nguyên liệu (lưu huỳnh) cho sản xuất

Trong thời gian qua giá lưu huỳnh đã tăng cao đột biến, lên mức 700-800USD/tấn đã trực tiếp tác động mạnh đến giá thành sản phẩm axit, điều nàylàm các1 nhà sản xuất gặp rất nhiều khó khăn về vốn, về hạch toán sản xuất,nhất là khi axit được sử dụng trong sản xuất phân lân, sẽ làm đội giá sảnphẩm phân lân trong bối cảnh phân bón phải thực hiện bình ổn giá theo chỉdạo chung Ngoài ra, giá thành axit cao cũng sẽ ảnh hưởng đến các ngànhkhác như sản xuất ắc quy chì, sản xuất phèn nhôm và nhiều sản phẩm khác

Tính đến 5/6/2008, ba đơn vị sản xuất axit sunfuric của TCT đã thựchiện được sản lượng axit tương đương 47 % kế hoạch cả năm, tăng 20,5 %

so với cùng kỳ năm 2007 Trong đó trên 80 % được sử dụng trong sản xuấtphân bón Lượng axit thương phẩm cũng đạt trên 47 % kế hoạch cả năm,tăng gần 8 % so với cùng kỳ năm 2007

SƠ LƯỢC VỀ CÁC CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC

Có 2 phương pháp:

- Phương pháp tiếp xúc: dùng V2O5 hoặc K2O làm xúc tác

- Phương pháp tháp: Dùng Nọ làm xúc tác, xảy ra trong tháp đệm

- Phương pháp tiếp xúc cho nồng độ axit cao (98 - 99%), tuy nhiên chiphí cao.Trong phương pháp tiếp xúc bao gồm: phương pháp tiếp xúc đơn vàtiếp xúc kép Ngày nay trên thế giới và trong nước sử dụng chủ yếu phươngpháp tiếp xúc kép với xúc tác là V2O5

- Phương pháp tháp: Chi phí đầu tư đơn giản nhưng nồng độ axit chỉ

đạt 70-75 % Phương pháp này chỉ được dùng trong trường hợp sản xuất

hỗn hợp axit sunfuric và nitric

Dù đi từ nguồn nguyên liệu nào thì quá trình sản xuất H2so4 Cũngtiến hành theo 4 giai đoạn chính:

-Tạo SO2 bằng cách đốt nhiên liệu chứa S

+) Nguyên liệu đê sản xuất axit sunfuric rất phong phú bao gồm lưu

huỳnh và các hợp chất của nó Theo thống kê, sản lương axit sunfuric trên thế giới được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu như sau:

- lưu huỳnh nguyên chất

- Quặng pirit FeS2, chứa 30-50% S, lẫn nhiều tạp chất và thành phần khác

- các nguồn chất thảit chứa S (các nguồn khí thải như H2S, SO2, axit

- Thạch cao

a) Lưu huỳnh nguyên chất:

- S là một trong những nguyên tố có nhiều trong tự nhiên S chiếm 0,1% khối lượng vỏ trái đất S được đánh giá là một nguyên tố quan trọng nhất và

có nhiều ứng dụng trong công nghiệp S được sử dụng chủ yếu trong các nghành công nghiệp sản xuất axit sunfuric (chiếm khoảng 50% tổng lượng S snả xuất ra), trong công nghiệp chiếm khoảng 10 -15% tổng lượng S sản xuất

ra )

- Trong tự nhiên lưu huỳnh dạng đơn chất có thể tìm thấy ở gần các suối nước nóng và các khu vực núi lửa tại nhiều nơi trên thế giới, đặc biệt là dọc theo vành đau lử Thái Bình Dương Các nguồn phổ biến này là cơ sở cho tên gọi truyển thống “brimstore” do lưu huỳnh có thể tìm thấy ở gần các miệng núi lửa Các trầm tích núi lửa hiện được khai thác tại Idonesia, Chile và Nhật Bản

- Các mỏ đáng kể của lưu huỳnh cũ tồn tại trong các mỏ muối dọc theo

bờ biển thuộc vịnh Mêxicô và trong các evaporit ở đông Âu và Tây Á Lue huỳnh trong các mỏ này được cho là có được nhờ hoạt động của các vi khuẩn

kỵ đối với các khoáng chất sunfat đặc biệt là thạc cao Các mỏ này là nền tẳng của sản xuất lưu huỳnh công nghiệp tại Hoa Kỳ , Ba Lan, Nga, Turkmenistan Lưu huỳnh thu được từ dầu mỏ, khí đốt và cát dầu athbasca đã trở thành nguồn cung cấp lớn trên thị trường với các kho dự trữ lớn dọc theo Alberta

Trong công nghệsản xuất axit sunfuric chất xúc tác đóng vi trò rất quantrọng trong giai đoạn chuyển hoá SO2 thành SO3, các chất xúc tác trong qua trình oxi hoá SO2 có thể chia thành hai nóm

- Nhóm I là các xúc tác chứa platin gồm platin là cấu tử hoạt tính được mang trên các chất mang nư amiăng, silicagen và một số chất khác

- Nhóm thứ II bao gồm các oxit kim loại

Trong lịch sử của công nghệ sản xuất axit sunfuric, đầu tiên phổ biến

là dùng súc tác chứa platin, sau đó dùng xúc tác oxit Trong mấy chục năm gần đây, trên thế giới cũng như ở nước ta xúc tác được dùng phổ biến nhất là

vana điôxit (V2O5) cùng với một số phụ gia có tác dụng làm tăng độ bền cơ học như Al2O3, SiO2, K2O, CaO, các chất phụ gia có tác dụng làm tăng độ bền cơ học, nâng cao hoạt tính của chất xúc tác, ít bị ngộ độc bởi các tạp chất Xúc tác platin có hoạt độ cao nhất , trên xúc tác ít bị này xảy ra phản ứng ô xi hoá SO2 diễn ra ngay ở nhịêt dộ 400 độ C Xúc tác chứa Vana điôxit chiêma vị trí thứ hai, còn trên xúc tác Fe2O3 phản ứng này chỉ fiễn ra ở nhiệt

độ 600 độ C Mức độ dễ bị ngộ độc bởi asen ôxit As2O3 cũng theo trật tự trên

2 Đặc điểm sủ dụng nghuyên liệu:

Mặc dù đi từ nhiều loại nghuyên liệu khác nahu để sản xuất axit

sunfuric nhưng chúng đề có điểm chung lag đốt nguyên liệu để tạo ra SO2 Trước khi đốt phải trải qua giai đoạn gai công cơ, nhiên tuỳ theo đạng

nguyên

- S trước khi đưa và lò đốt phải đập nhỏ nấu chày, lọc để loại bỏ tạp chất S ở dưới dạng lỏng được không khí nén đưa voà lò đốt sẽ hoá hơi và vàcháy ở đâuy thu được So2 đạt tới 16%

Quặng pirit thông thường có khích thước 50-200mm vì vậy mà phải trải qua các công doạn dập, nghiền, sàng đề óc kích thuớc nhất định (tuỳ thuộc và loại lò) vi dụ trong lò đốt tầng sôi người ta càn loại bỏ các hạt quặng

có kích thước lớn hơn 3mm, hạn chế các hạt quặng có kichd thước nhỏ hơn 44x10-3mm Bởi vì những hạt quá to hay qua nhỏ đề ảnh hưởng đến bụi xỉ pirit cuốn theo khí lò trong qua trình đôt nguyên liệu do tất cả các hạt rắn có tốc độ tới hạt nhỏ hơn hợc bằng tốc độ làm việc của khí đều bị cuốn theo khí

lò vào hệ thống sản xuất phía sau khiến chúng ta phải sử lý khí So2 thu được Mặt khác, quặng có kích thước quá nhỏ quá dê bị kêt kối ở nhiệy độ cao

- Quặng tuyển nổi phải sấu sơ bộ để giảm hàm lượng ẩm

- Thạch cao cũng đập nghiền, sàng để có kích thước nhất định

- Ở Việt Nam để điều chế lưu huỳnh, nguêoì ta đi từ quặng S thiên

nhiên chưa khoảng 15-20% S hoặc tách các hợp chất từ khí thải của các nghành

bị Quặng pirit;:

Có 3 loại quặng pirit thường dùng để sản xuất axit sunfuric là:

+ Pirit tuyển nổi: Trong quá trình đem luyện đồng thường dùng

phương pháp tuyển nổi để làm giàu đồng của quặng lên khoảng 15-20%đồng của quặng gọi là tinh quặng đồng) Phần bã thải ra của quá trình tuyểnnổi chứa khoảng 32-40% S gọi là quặng pirit tuyển nổi

+ Pirit lẫn than: Than đá ở 1 số mỏ có lẫn cả quặng pirit, có loại chứa

tới 3-5 % S làm giảm chất lượng của than Vì vậy, phải loại bỏ cục than có lẫnpirit Phần than cục loại bỏ này chứa tới 33-42 % S và 12-18 % C gọi là giựt lẫnthan Ở miền bắc nước ta, mỏ than Na Dương (Lạng Sơn) than chứa nhiều S (cómẫu tới 6-8% S) Việc nghiên cứu tách được S khỏi than có ý nghĩa kinh tế kĩthuật rất lớn vì tăng được chất lượng than, đảm bảo an toàn, đồng thời tận dụngđược S

+ Pirit thường: thành phần chủ yếu là FeS2 chưa khoảng 53,44% S và

46,56 % Fe Trong quặng có lẫn nhiều tạp chất của các hợp chất của đồng,chì, kẽm, ni ken, bạc, vàng, coban, selen, telen, silic, các muối cacbonat,sanfat can xi, magie Vì vậy hàm lượng thực tế của S dao động trong khoảng

từ 30-52 % Ở miền bắc nước ta mới chỉ phát hiện một số mỏ pirit nhưng 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 trữlượng khoáng sản hiện tại còn hơn 8 triệu tấn với hàm lượng gần 60 % Fe,khoảng 30% S

-Mỏ đồng Sin Quyên thuộc xã Bản Vược và Cốc Mỳ, huyện Bát Xát,tỉnh Lào Cai Theo thiết kế, mỏ có công suất khai thác 1,1-1,2 triệu tấnquặng nguyên khai/ năm Công suất thiết kế nhà máy luyện đồng công tyđồng Lào Cai) 41.738 tấn tinh quặng, hàm lượng 25% Cu/năm để sản xuất1000tấn Cu hàm lượng 99,95 % cùng các sản phẩm khác như vàng, bạc, tinhquặng sắt, tinh quặng pirit

- Mỏ kẽm chì chợ Điền: thuộc các xã Bản Thi, Quảng Bạch và ĐồngLạc, huyện Chợ Đồn, tỉnh Bắc Cạn Sản lượng khai thác hàng năm khoảng

50000 tấn quặng ôxit và 40000 tấn quặng pirit Trữ lượng còn lại đến đầunăm 2004: quặng ôxit 0,88 triệu tấn, quặng pirit 0,513 triệu tấn

- Mỏ kẽm chì Lang Hich: thuộc xã Tân Long, huyện Đồng Hỷ, tìnhThái Nguyên, sản lượng khai thác đạt trung bình 15000 tấn quặng/ năm Trữlượng còn lại đến đầu năm 2004: quặng ôxit 227.267 tấn, quặng pirit 37.600tấn

- Mỏ pirit Ở huyện Ba Vì, tỉnh Hà Tây (nay thuộc địa phận Hà Nội) Cácthân quặng pirit nằm trong tập đá vụn núi lửa của hệ tầng tuổi pecmi- Triat.Quặng có nguồn gốc nhiệt dịch, liên quan mật thiết đến các hoạt động phuntrào trung tính và axit Các than quặng có cấu tạo rất phức tạp, chất lượng và

bề dày biến đổi theo đường phương và hướng dốc Quặng có hàm lượng S từ4-20 % , trữ lượng theo đánh giá tìm kiếm khoảng chục triệu tấn

c) Các nguồn chất thải chứa S:

- Khí lò luyện kim màu: Khí lò trong quá trình đốt các kim loại màunhư quặng đồng, chì, thiếc, kẽm có chứa nhiều SO2 Đây là một nguyên liệu

rẻ tiền để sản xuất axit sunfuric vì cứ sản xuất 1 tấn đồng có thể thu được 7,3tấn SO2 mà không cần lò đốt

- Khí hydrosunfua(H2s): Trong quá trình cốc hoá than khoảng 50%tổng lượng S có trong khí than sẽ đi theo khí cốc, chủ yếu ở dạng H2S

(Chiếm khoảng 95 % ) Lượng H2S trong khí cốc hàng năm trên thế giới cóthể lên tới hang triệu tấn Việc thu hồi lượng H2S này không những có ýnghĩa về kinh tế mà còn có ý nghĩa về mặt vệ sinh môi trường

- Khói lò: Hàng năm trên thế giới đất hàng tỷ tấn than, trong đó khói

lò đã thải vào khí quyển hàng chục triệu tấn S Đây cũng là nguồn nguyênliệu đáng kể để sản xuất axit sunfuric

- Axit sunfuric thải: Sau khi dùng axit sunfuric làm tác nhân hútnước,tinh chế dầu mỏ, sunfua hoá các hợp chất hữu cơ sẽ thu được chất thảichứa nhiều H2SO4 (2050%) việc thu hồi axit sunfuric này cũng có ý nghĩarất lớn về mặt kinh tế và bảo vệ môi trường.

3

Nhiên liệu và năng lượng:

a) Than

- Trên lãnh thổ Việt Nam than được phân hố theo khu vực:

+Bể than atraxit Quảng Ninh nằm về phía Đông Bắc Việt Nam, kéo dài từ

Phả Lại qua Đông Triều đến Hòn Gai- Cẩm Phả - Mông Dương- Cái Bầu- Vạn Hoa dài khoảng 130 Km, rộng từ 10 đến 30 Km, có tổng trữ lượngkhoảng 10,5 tỉ tấn trong đó: tính đến mức cao -300m là 3,5 tỉ tấn đã được tìmkiếm thăm

dò tương đối chi tiết, là đối tượng cho thiết kế và khai thác hiện nay, tính đến mức cao -1000m có trữ lượng dự báo khoảng 7 tỉ tấn đang được đầu tư tìm kiếm thăm dò Than Antraxit Quảng Ninh có chất lượng tốt, phân bố gần cáccảng biển, đầu mối giao thông rất thuận lợi cho khai thác và tiêu thụ sản phẩm

+Bể than đồng bằng sông Hồng : nằm trọn trong vùng đồng bằng châu thổsông Hồng, có đỉnh là Việt Trì và cạnh đáy là đường bờ hiển kéo dài từ Ninh Bình đến Hải Phòng, thuộc các tỉnh thành phố: Thía Bình, Hải Dương, Hưng Yên, Hải Phòng, Bắc Ninh, Bắc Giang, Hà Nội, Sơn Tây, Hà Nam, Phủ Lý, Phúc Yên, V nít Yên và dự kiến còn kéo dài ra vùng thềm lục địa

của biển Đông Việt Nam Với diện tích khoảng 3500 Km2, với tổng trữ lượng dự báo khoảng 210 tỷ tấn Khu vực Khoái Châu với diện tích 80Km2

đã được tìm kiếm thăm dò với trữ lượng khoảng 1,5 tỷ tấn, trong đó khu vực Binh Minh, với diện tích 25Km2 dã được thăm dò sơ bộ với trữ lượng 500 triệu tấn hiện đang dược tập trung nghiên cứu công nghệ khai thác để mở mỏđầu tiên Các vỉa than thường được phân bố ở độ sâu -100

+ Các mỏ than vùng nội địa: Có trữ lượng khoảng 400 triệu tấn, phân

bố ở

nhiều tỉnh, gồm nhiều chủng loại than: Than nâu lửa dài mỏ than Na Dương,

mỏ than Đồng Giao); than hán Antraxit ( mỏ than Núi Hồng, mỏ than KhánhHoà, mỏ than Nông Sơn); than mỡ ( mỏ than Làng Cẩm, mỏ than Phấn Mẽ,

mỏ than Khe Bô) , có nhiều mỏ than hiện đang được khai thác

+ Các mỏ than bùn : Phân hố ở hầu khắp 3 miền : Bắc, Trung, Nam của

Việt Nam, nhưng chủ yếu tập trung ở miền Nam Việt Nam, đây là loại than

có độ trơ cao, nhiệt lượng thấp, ở một số khu vực có thể khai thác làm nhiên liệu, còn lại chủ yếu sẽ được sử dụng làm phân bón phục vụ nông nghiệp Tổng trữ lượng than bùn trong cả nước dự kiến có khoảng 7 tỉ mét khối.

càng nhanh nhưng không thể tăng nhiệt độ một cách tuỳ ý như vậy sẽ gây

nên hiện tượngkết khối của nguyên liệu làm rệt tốc độ của quá trình và dẫn

đến tắc lò ngừng sản xuất Mặt khác nhiệt độ tăng cao sẽ làm làm độ bền của

lý do vậy người ta thường duy trì nhiệt độ của quá trình đất giựt từ 600 - 800

độ C vượt quá giới hạn này đều không có lợi

b) Lượng ôxy thổi vào lò:

ôxy thổi vào lò càng nhiều tốc độ quá trình cháy của quặng pirit càng nhanh, nhiệt của quá trình toả ra càng lớn dẫn đến nhiệt độ của lò đất tăng cao vượt quá nhiệt độ thích hợp Mặt khác ôxy quá dư thừa sẽ làm giảm nhiệt độ lò do tiêu tốn nhiệt cho quá trình đất nóng không khí (O2 và N2) và

sẽ pha loãng hàm lượng SO2 dưới 7 % Điều này không có lợi cho quá trình

Ô xi hoá SO2 thành SO3 ở giai đoạn tiếp theo

Trong thực tế, người ta cũng phải khống chế ôxy vào lò sau quá trình cháy còn dư lại khoảng 11% trong hỗn hợp khí ra khỏi lò đốt đủ ôxy dùng để

Ô xy hoá SO2 thành SO3 ở giai đoạn tiếp theo

Ngày nay người ta bắt đầu sử dụng không khí giàu oxi để đốt cháy quặng pirit làm như vậy hỗn hợp khi thu đưovj có hamg lượng SO2 cao

Để tìm hiểu được công nghệ sản xuất axit sunfuaric, trước hết chúng

ta đề cập tới một số tính chất hoá họe cơ bản nhất của axit sunfurie với mụcđích chọn được vật liệu thích hợp chế tạo thiết bị sản xuất, bảo quản và vậnchuyển nó?

- Axit sunfuric khan là chất lỏng không màu, sánh ( khối lượng riêng ở200c là 1,8305 gam/cm3), kết tinh ở 10,37 0C Ở áp suất thường nó sôi Ở 296,2 -Trong hoá học axit sunfuric định xem là hợp chất của anhydrit sunfuric với nước.Công thức hoá học: SO3H2O

- Trong kỹ thuật: hỗn hợp theo tỷ lệ bất kỳ của SO3 với H2O đều gọi làaxit sunfuric

+ Nếu tỷ lệ SO3/H2O < 1 người ta gọi là dung dịch axit sunfuric Tỷ lệ

SO3/H2O > 1 gọi là dung dịch của SO3 trong axit sunfuric hay oleum hoặc

axit sunfuric bốc khói

- Mặc dù có các phương pháp khác nhau để sản xuất axit sunfuric tuynhiên chúng có điểm chung là đều có 5giai đoạn chính:

+ Đốt nguyên liệu sản xuất SO2

+ Tinh chế khí SO2

+ O Xy hoá SO2 thành SO3

+ Hấp thụ SO3 để tạo thành H2SO4

Bởi vậy Công nghệ mà chúng tôi trình bày7 ở đây cũng được chiathành 4 giai đoạn chính như trên.Chúng ta có thể tham khảo sơ do công nghệ củaphân xưởng sản xuất H2SO4 Của nhà máy supe photphat LONG THÀNH

I Chuẩn bị nguyên,nhiên vật liệu:

Nguyên liệu sản xuất axit sunfuric đã được trình bày ở trên,phân

nguyên nhiên vật liệu sản xuất axit.ở đây chúng tôi sẽ đề cập chi tiết hơn vềcông việc chuẩn bị nguyên,nhiên vật liệu

xuất,do đó cần có nguồn cung cấp nhiệt,mà ở đây chủ yếu sử dụng than đốt.

-Các nguồn nhiên liệu chứa O2 là rất cần thiết,bởi trong giai đoạn đốtnguyên liệu cần nhiều O2:

II) Dốt nguyên liệu sản xuất SO2:

-Đối với các nguồn nguyên liệu có sẵn SO2 thì ta chuyển ngay qua giaiđoạn tinh chế khí SO2(sẽ được nói ở phần sau).

-Đối với các nguồn nguyên liệu thô sơ,là hợp chất của SO2 thì cần quagiai đoạn đốt để tạo ra SO2

-các nguồn nguyên liệu chứa S,quặng pirit, .là những nguồn nguyên

liệu được sử dụng chủ yếu trong quá hành sản xuất axit sunfuric;ngoài ra cũng córất nhiều nguồn koasc,trong đó phải ke đến axit sunfuric dư thừa trong các quátrình trước

3.1- Các phản ứng hoá học trong quá trình đất nguyên liệu:

Đối với quặng py rit:

- Quá trình cháy của quặng không những chỉ xảy ra giữa pyrit và Oxy

mà còn xảy ra giữa các pha rắn :

Đối với thạch cao :

CaSO4 = CaO + SO2 (phản ứng diễn ra ở 1400 - 1500 độC)

Khi có C, SiO2; Al2O3; Fe2O3 nhiệt độ của phản ứng trên giảmxuống

2 CaSO4 + C = 2 CaO + 2 SO2 + CO2

S + O2 = SO2

2 H2S + 3 O2 = 2 so2 + 2H2O

Thông thường thành phần của khí lò bao gồm SO2' o2 'N2" hơi nước

và một số tạp chất khác như: bụi, SO3; AS2O3; SeO2; HF; S F4

3.2- Các loại lò đất thường dùng:

Ngày nay công nghệ sản xuất axit sunfuric có nhiều loại lò dùng đấtnguyên liệu như: lò nhiều tầng, lò đất quặng bột, lò lớp sôi, lò xyclon; lò dệtlưu huỳnh loại nằm ngang, loại đứng), lò dệt hyđrosunfua H2S

Do giới hạn bài viết chúng tôi trình bày loại vi để đất nguyên liệu Bởi

vì thiết bị lớp sôi có nhiều ưu điểm nổi bật và ngày càng được sử dụng rộngrãi không chỉ trong công nghệ sản xuất axit sunfuric mà còn trong các ngànhkhác như: luyện kim, gia công dầu mỏ, thực phẩm, y học, năng lượng hạt

nhân

+ Theo báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước

KC- 06-06 chúng ta có bảng cân bằng vật liệu cho 1 tấn quặng py rit hàmlượng 33% lưu huỳnh đối với lò lớp sôi (dựa trên tính toán tí thuyết) nhưsau:

Lưu huỳnh 33% Lưu huỳnh 35% Nhiệt vật lý của quặng (Kcal/h) 12729,2 12729,2

Nhiệt của không khí trong quặng (Kcal/h) 6285,4 66887

Nhiệt của ẩm trong quặng khí (Kcal/h) 2114,2 2249,7

Nhiệt toả ra khí khí đốt (Kcal/h) 4266670 4533337

tổng lượng nhiệt cần cung cấp (Kcal/h) 4350620,8 4621453

Cấu tạo lò lớp sôi (hình 2) gồm 1 hình trụ bằng thép, bên trong lót vật liệuchịu lửa Ở phần dưới của lò đặt 1 bảng để phân phối không khí đều trêntoàn tiết diện của nó Quặng dược đưa vào buồng nạp Không khí qua các lỗ

ở ghi ống thổi quặng vào lò Không khí chính qua các mũ gió trên bảng phânphối khí giữ cho lớp quặng ở trạng thái sôi Để quặng cháy triệt để, người ta

bổ xung không khí vào trên lớp sôi (khoảng 20 % tổng lượng không khí).ống tháo sỉ đặt ở ngang mức lớp sôi Tốc độ không khí qua lỗ mũ gió khoảng8- 10 m/s Tổng diện tích lỗ của tất cả các mũi gió chỉ chiếm chừng 2% diệntích bảng phân phối khí Khi đất quặng tuyển nổi, tốc độ khí trong lò 1-1,1m/s, cường độ lò 8-10 tấn quặng 45% lưu huỳnh/m2/ngày Nếu đất quặngpyrit thì tốc độ khí lớn hơn (l,9-2 m/s) và do đó cường độ lò cũng cao hơn(16- 20 tấn quặng/m2/ngày)

Lò lớp sôi có ưu điểm :

+ Đất được các quặng nghèo lưu huỳnh nhưng hiệu suất tạo ra SO2 vẫn

+ Cấu tạo thiết bị tương đối đơn giản dễ cơ khí hoá và tự động hoá + Hệ số truyền nhiệt, dẫn nhiệt từ lớp sôi đến bề mặt trao nhiệt rất lớn + Trở lực của lớp sôi không lớn lắm và trong giới hạn tồn tại lớp sôi thì

không phụ thuộc vào tốc khí

Tuy nhiên nó có một số nhược điểm:

+ Hàm lượng bụi trong khí ra rất lớn cho nên phải có thiết bị để xử lý

bụi trong SO2 tạo ra

Dưới đây là bảng lượng bụi cuốn theo khí lò đối với lưu huỳnh 33 %

Lượng quặng vào lò : Fo =l,16kg/s.

Kích thước trung hình của hạt: Dp = 84x 10-3 mm

UoP: tốc độlàm việc của khí

Rt: khối lượng bụi

Cp: phần trăm bụi cuốn theo khí lò

+ Thành lò vùng lớp sôi bị bào mòn rất mạnh cho nên phải thường

xuyên kiểm tra và bảo dưỡng

Do có nhiều ưu điểm nổi bật nên lò lớp sôi đang dần thay thế loại cơkhí và tiếp tục được nghiên cứu để có năng suất cao hơn và nhiều tính ưuviệt hơ

Dưới đây là chỉ tiêu làm việc của một lò lớp sôi đối với các hạt có kíchthước khác nhau (được tính toán dựa trên lý thuyết)

Dp: kích thước trung bình của tập hợp hạt

Umf: tốc độ sôi tối thiểu