TIỂU LUẬN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PHÂN BÓN Đề tài: Sản xuất acid sulfuric từ S

Lưu huỳnh là nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn có ký hiệu S và số nguyên tử 16. Nó là một phi kim phổ biến, không mùi, không vị, nhiều hóa trị. Lưu huỳnh, trong dạng gốc của nó là chất rắn kết tinh màu vàng chanh. Trong tự nhiên, nó có thể tìm thấy ở dạng đơn chất hay trong các khoáng chất sulfua và sulfat. Nó là một nguyên tố thiết yếu cho sự sống và được tìm thấy trong hai acid amin. Sử dụng thương mại của nó chủ yếu trong các phân bón nhưng cũng được dùng rộng rãi trong thuốc súng, diêm, thuốc trừ sâu và thuốc diệt nấm.

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

TIỂU LUẬN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PHÂN BÓN

Đề tài: Sản xuất acid sulfuric từ S

NHÓM 1 GVHD: ĐẶNG THANH PHONG

TPHCM, tháng 12 năm 2015

STT Họ và tên Công việc Mức độ hoàn

thành

2 Nguyễn Ngọc Khánh Phương Các vấn đề về nguyên liệu: Lưu huỳnh và

1 Các vấn đề về nguyên liệu [1], [5] 1

1.1 Giới thiệu sơ lược về lưu huỳnh 1

1.2 Tính chất chung của Lưu huỳnh 1

1.3 Tính chất vật lý 1

1.4 Tính chất nguyên tử 2

1.6 Đồng vị 3

1.7 Đặc điểm 4

1.8 Ứng dụng 6

1.9 Ảnh hưởng môi trường 7

1.10 Sự phổ biến 7

1.11 Các hợp chất của lưu huỳnh 7

1.12 Khai thác lưu huỳnh 9

2 Cơ sở hóa lý của quá trình sản xuất 10

2.1 Chuẩn bị nguyên, nhiên vật liệu: 10

2.1.1 Nguyên liệu: 10

2.1.2 Nhiên liệu: 10

2.2 Đốt nguyên liệu sản xuất SO2: 10

2.2.1 Các phản ứng hoá học trong quá trình đốt nguyên liệu: 11

2.3 Tinh chế khí SO2 11

2.3.1 Sơ lược về quá trình tinh chế khí: 11

2.3.2 Thiết bị làm sạch khí gồm: 12

2.4 Oxi hoá SO2 thành SO3: 13

2.4.1 Đối với phương pháp tháp đệm: 14

2.4.2 Phương pháp tiếp xúc: 14

2.4.3 Xúc tác: 15

2.5 Hấp thụ anhydrit sunfuaric SO3 17

2.5.1 Cơ sở lí thuyết của quá trình hấp thụ: 17

2.5.2 Thiết bị trong quá trình hấp thụ: 17

3 Acid sulfuaric [4] 19

3.1 Lịch sử của phát triển acid sulfuric 19

3.2 Tính chất vật lý 21

3.2.1 Các dạng của acid sulfuric 21

3.3.1 Phản ứng với nước 22

3.3.2 Các phản ứng khác 22

4 Các quy trình công nghệ sản xuất [5], [3] 23

4.1 Giai đoạn oxi hóa lưu huỳnh 25

4.2 Làm sạch khí SO2: 26

4.3 Ðiều chế H2SO4 theo phương pháp tiếp xúc: 26

4.3.1 Giai đoạn oxi hóa SO2 26

4.3.2 Giai đoạn hấp thụ SO3: 26

5 Ứng dụng của acid sulfuric [4] 28

6 Xu thế phát triển [4] 31

6.1 Vấn dề thu hồi nhiệt thải 31

6.2 Cải tiến các công đoạn hấp thụ và làm lạnh 32

6.3 Cải tiến các hệ thống an toàn 33

TÀI LIỆU THAM KHẢO 34

Hình 1.3 Các dạng thù hình của lưu huỳnh 1

Hình 1.6 Hình ảnh mô phỏng phân tử S8 3

Hình 1.7.1 Một mẩu lưu huỳnh nóng chảy thành chất lỏng màu đỏ máu Ngọn lửa màu xanh lam của nó có thể quan sát tốt nhất trong bóng tối 4

Hình 1.7.2 Tinh thể lưu huỳnh 5

Hình 1.7.3 Các tinh thể lưu huỳnh ở suối nước nóng Wai-o-tapu, New Zealand 5

1.8 Bình ắc quy có acid được sản xuất từ lưu huỳnh 6

Hình 1.12.1 Thiết bị khai thác lưu huỳnh (Phương pháp Frasch) 9

Hình 1.12.2 Hoạt động khai thác lưu huỳnh tại miệng núi lửa 10

Hình 2.5 Sơ đồ hấp thụ anhydrit sunfuaric SO3 17

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý của lò tầng sôi 19

Hình 3.3.1 Sơ đồ lưu trình oxi hóa khử khí Sunfuarơ 20

Hình 3.3.3 Sơ đồ một nhà máy sản xuất acid sulfuric thông thường hiện nay trên thế giới, với công nghệ đốt lưu huỳnh và tiếp xúc kép 21

Hình 4 Ứng dụng của acid sulfuric 22

Hình 5 Ống khói cao…gây ô nhiễm môi trường 25

Bảng 1.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với cấu tạo phân tử và tính chất vật lí của

lưu huỳnh 2

Bảng 1.3.2 Ảnh hưởng của áp suất hơi tới nhiệt độ 2

Bảng 1.4 Đồng vị ổn định nhất: Đồng vị của Lưu huỳnh 2

Bảng 2.3.2 Một số chỉ tiêu chất khí sau khi làm sạch khí 13

1 Các vấn đề về nguyên liệu [1], [5]

1.1 Giới thiệu sơ lược về lưu huỳnh

Lưu huỳnh là nguyên tố hóa học trong

bảng tuần hoàn có ký hiệu S và số nguyên tử

16 Nó là một phi kim phổ biến, không mùi,

không vị, nhiều hóa trị Lưu huỳnh, trong

dạng gốc của nó là chất rắn kết tinh màu

vàng chanh Trong tự nhiên, nó có thể tìm

thấy ở dạng đơn chất hay trong các khoáng

chất sulfua và sulfat Nó là một nguyên tố

thiết yếu cho sự sống và được tìm thấy trong

hai acid amin Sử dụng thương mại của nó

chủ yếu trong các phân bón nhưng cũng

được dùng rộng rãi trong thuốc súng, diêm,

thuốc trừ sâu và thuốc diệt nấm

1.2 Tính chất chung của Lưu huỳnh

Kí hiệu hóa học: S

Hình dạng: màu vàng chanh

Lưu huỳnh trong bảng tuần hoàn

Số nguyên tử 16, khối lượng nguyên tử chuẩn 32,065(5) Phân loại: phi kim

Nhóm, phân lớp: 16, p Chu kỳ: chu kỳ 3 Cấu hình electron [Ne] 3s2 3p4 mỗi lớp 2,

Nhiệt độ nóng chảy 388,36 K (115,21 °C, 239,38 °F) Nhiệt độ sôi 717,8 K (444,6 °C, 832,3 °F) Mật độ (gần nhiệt độ phòng): (alpha) 2,07 g·cm−3 (at 0 °C,101.325 kPa), (beta) 1,96 g·cm−3, (gamma) 1,92 g·cm−3 Mật độ ở thể lỏng

ở nhiệt độ nóng chảy: 1,819 g·cm−3, Điểm tới hạn 1314 K, 20,7 Mpa Nhiệtlượng nóng chảy (mono) 1,727 kJ·mol−1, nhiệt lượng bay hơi (mono) 45 kJ·mol−1,nhiệt dung 22,75 J·mol−1·K−1

Bảng 1.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với cấu tạo phân tử và tính chất vật lí của

Độ dẫn nhiệt (ở trạng thái vô định hình) 0.205 W·m−1·K−1, điện trở suất

at 20 °C (ở trạng thái vô định hình): 2×1015 (Ω.m)

Tính chất từ: nghịch từ.Mô đun nén 7,7 Gpa Độ cứng theo thang Mohs2,0

Số đăng ký CAS 7704-34-9 Bảng 1.4 Đồng vị ổn định nhất: Đồng vị của Lưu huỳnh

34S 4,21% 34S ổn định với 18 nơtron

1.5 Tính chất hóa học

Nguyên tử S có cấu hình e là 1s2 2s22p6 3s23p4

- Ở trạng thái cơ bản, nguyên tử S có 2 e độc thân

- Ở trạng thái kích thích, nguyên tử S có 4 e hay 6 e độc thân

- Trong các hợp chất, S có số oxi hóa dương (+4,+6) hay số oxi hóa âm (-2).Như vậy, đơn chất S có số oxi hóa trung gian giữa -2 và +6, nó thể hiện tínhoxi hóa hoặc tính khử trong phản ứng hóa học

Tác dụng với kim loại và hidro

Ở nhiệt độ cao, lưu huỳnh tác dụng với nhiều kim loại tạo ra muối sunfua vàtác dụng với khí hiđro tạo thành khí hiđro sunfua

Thủy ngân tác dụng với S ở ngay nhiệt độ thường:

Trong các phản ứng trên, số oxi hóa của S giảm từ 0 xuống -2, S thể hiệntính oxi hóa

Tác dụng với phi kim

Ở nhiệt độ thích hợp, lưu huỳnh tác dụng với một số phi kim mạnh hơn nhưflo, oxi, clo…

để ước tính nhiệt độ của cân bằng dC13 và dS34 của các cacbonat cùng tồn tại và cácsulfua có thể sử dụng để xác định pH và độ khó giữ ôxy của các chất lỏng mang theoquặng trong quá trình hình thành quặng

Trong phần lớn các hệ sinh thái rừng, sulfat chủ yếu thu được từ khí quyển hay

sự phong hóa của các quặng khoáng sản và các chất đã thoát hơi nước cũng cung cấp

một lượng lưu huỳnh nhỏ Lưu huỳnh với thành phần đồng vị đặc biệt được sử dụng

để xác định các nguồn ô nhiễm, và lưu huỳnh được làm giàu được thêm vào dưới dạngdấu vết trong các nghiên cứu thủy học Các khác biệt trong độ phổ biến tự nhiên cũngđược sử dụng trong các hệ thống mà trong đó có các biến đổi đủ lớn của S34 trongthành phần của hệ sinh thái

1.7 Đặc điểm

Ở nhiệt độ phòng, lưu huỳnh là một chất rắn xốp màu vàng nhạt Mặc dù lưuhuỳnh không được ưa thích do mùi của nó - thường xuyên bị so sánh với mùi trứngung - mùi này thực ra là đặc trưng của sulfua hiđrô (H2S); còn lưu huỳnh đơn chấtkhông có mùi Nó cháy với ngọn lửa màu xanh lam và tỏa ra điôxít lưu huỳnh, với mùingột ngạt dị thường Lưu huỳnh không hòa tan trong nước nhưng hòa tan trongđisulfua cacbon và các dung môi không phân cực khác Các trạng thái ôxi hóa phổbiến của nó là -2, +2, +4 và +6 Lưu huỳnh tạo thành các hợp chất ổn định với gần nhưmọi nguyên tố, ngoại trừ các khí trơ

Hình 1.7.1 Một mẩu lưu huỳnh nóng chảy thành chất lỏng màu đỏ máu Ngọn lửa màu xanh lam của nó có thể quan sát tốt nhất trong bóng tối.

Lưu huỳnh trong trạng thái rắn thông thường tồn tại như là các phân tử vòngdạng vòng hoa S8 Lưu huỳnh có nhiều thù hình bên cạnh S8 Loại một nguyên tử từvòng sẽ là S7, đây là nguyên nhân cho màu vàng đặc trưng của lưu huỳnh Nhiều vòngkhác cũng được điều chế ra, bao gồm S12 và S18 Trái lại, nguyên tố ôxy cùng phânnhóm nhưng nhẹ hơn về cơ bản chỉ tồn tại trong hai dạng cơ bản có ý nghĩa hóa họclà: O2 và O3 Selen, nguyên tố nặng hơn cùng phân nhóm với lưu huỳnh có thể tạo racác vòng nhưng thông thường nó nằm trong chuỗi polyme

Tinh thể lưu huỳnh rất phức tạp Phụ thuộc vào các điều kiện cụ thể, các thù hìnhcủa lưu huỳnh tạo thành vài cấu trúc tinh thể khác nhau, với các dạng hình thoi và xiênđơn S8 là các dạng được nghiên cứu kỹ nhất

Một tính chất đáng chú ý là độ nhớt của lưu huỳnh nóng chảy, không giống nhưphần lớn các chất lỏng khác, tăng lên theo nhiệt độ do sự hình thành các chuỗipolyme Tuy nhiên, sau khi đã đạt được một khoảng nhiệt độ nhất định thì độ nhớt lại

bị giảm do đã đủ năng lượng để phá vỡ chuỗi polyme

Lưu huỳnh vô định hình hay "dẻo" có thể được tạo ra khi làm nguội nhanh lưuhuỳnh nóng chảy Các nghiên cứu tinh thể bằng tia X chỉ ra rằng dạng vô định hình cóthể có cấu trúc xoắn ốc với 8 nguyên tử trên một vòng Dạng này là ổn định động ởnhiệt độ phòng và dần dần chuyển ngược thành dạng kết tinh Tiến trình này diễn ratrong vòng vài giờ hay vài ngày nhưng có thể tăng tốc nhờ xúc tác.

Các chất như đisulfua cacbon, ôxysulfua cacbon, sulfua hiđrô và điôxít lưuhuỳnh cần phải rất cẩn thận khi tiếp xúc

Hình 1.7.2 Tinh thể lưu huỳnh

Mặc dù điôxít lưu huỳnh là khá an toàn để sử dụng như là phụ gia thực phẩm vớimột lượng nhỏ, nhưng khi ở nồng độ cao nó phản ứng với hơi ẩm để tạo ra acidsulfurơ mà với một lượng đủ lớn có thể gây tổn thương cho phổi, mắt hay các cơ quankhác Trong các sinh vật không có phổi như côn trùng hay thực vật thì nó ngăn cản sự

hô hấp

Sulfua hiđrô là rất độc (nó độc hơn nhiều so với xyanua) Mặc dù ban đầu nó cómùi, nhưng nó nhanh chóng làm mất cảm giác mùi, vì thế các nạn nhân có thể khôngbiết được sự hiện diện của nó cho đến khi đã quá muộn

Hình 1.7.3 Các tinh thể lưu huỳnh ở suối nước nóng Wai-o-tapu, New Zealand

Lưu huỳnh có nhiều ứng dụng công nghiệp Thông qua dẫn xuất chính của nó làacid sulfuric (H2SO4), lưu huỳnh được đánh giá là một trong các nguyên tố quantrọng nhất được sử dụng như là nguyên liệu công nghiệp Nó là quan trọng bậc nhấtđối với mọi lĩnh vực của nền kinh tế thế giới.

Sản xuất acid sulfuric là sử dụng chủ yếu của lưu huỳnh, và việc tiêu thụ acidsulfuric được coi như một trong các chỉ số tốt nhất về sự phát triển công nghiệp củamột quốc gia Acid sulfuric được sản xuất hàng năm ở Hoa Kỳ nhiều hơn bất kỳ hóachất công nghiệp nào khác

Lưu huỳnh cũng được sử dụng trong ắc quy, bột giặt, lưu hóa cao su, thuốc diệtnấm và trong sản xuất các phân bón phốtphat Các sulfit được sử dụng để làm trắnggiấy và làm chất bảo quản trong rượu vang và làm khô hoa quả Do bản chất dễ cháycủa nó, lưu huỳnh cũng được dùng trong các loại diêm, thuốc súng và pháo hoa Cácthiosulfat natri và amôni được sử dụng như là các tác nhân cố định trong nhiếp ảnh.Sulfat magiê, được biết dưới tên gọi muối Epsom có thể dùng như thuốc nhuận tràng,chất bổ sung cho các bình ngâm (xử lý hóa học), tác nhân làm tróc vỏ cây, hay để bổsung magiê cho cây trồng

1.8 Bình ắc quy có acid được sản xuất từ lưu huỳnh

Cuối thế kỷ 18, các nhà sản xuất đồ gỗ sử dụng lưu huỳnh nóng chảy để tạo racác lớp khảm trang trí trong các sản phẩm của họ Do điôxít lưu huỳnh được tạo ratrong quá trình nung chảy lưu huỳnh nên các đồ gỗ với lớp khảm lưu huỳnh đã bịloại bỏ rất nhanh

Từ xa xưa, người ta đã biết dùng Lưu huỳnh để làm đẹp da và trị mụn trứng cá.Tuy nhiên đến nay vẫn chưa có nghiên cứu nào tìm ra cách hoạt động của Lưu huỳnh

trong việc điều trị mụn Bằng thực nghiệm, người ta đã kết luận Lưu huỳnh có khảnăng kháng viêm và kháng khuẩn cao, từ đó làm xẹp nốt mụn một cách nhanh chóng.

Để đạt hiệu quả cao, Lưu huỳnh có thể được kết hợp với Acid Salicylic (BHA) hayResorcinol trong thành phần dược liệu

1.9 Ảnh hưởng môi trường

Sự đốt cháy than và dầu mỏ trong công nghiệp và các nhà máy điện giải phóng

ra một lượng lớn điôxít lưu huỳnh SO2, nó sẽ phản ứng với hơi nước và ôxy có trongkhí quyển để tạo ra acid sulfuric Đây là nguyên nhân của các trận mưa acid và làmgiảm pH của đất cũng như các khu vực chứa nước ngọt, tạo ra những tổn thất đáng

kể cho môi trường tự nhiên và gây ra phong hóa hóa học đối với các công trình xâydựng và kiến trúc Các tiêu chuẩn về nhiên liệu đã thắt chặt các chỉ tiêu về hàmlượng lưu huỳnh trong các nhiên liệu hóa thạch để giảm thiểu sự hình thành của mưaacid Lưu huỳnh được tách ra từ các nhiên liệu này sau đó sẽ được làm tinh khiết vàtạo ra một phần lớn của sản lượng lưu huỳnh được sản xuất

1.10 Sự phổ biến

Lưu huỳnh dạng đơn chất có thể tìm thấy ở gần các suối nước nóng và các khuvực núi lửa tại nhiều nơi trên thế giới, đặc biệt là dọc theo vành đai lửa Thái Bình

Dương Các nguồn phổ biến này là cơ sở cho tên gọi truyền thống brimstone, do lưu

huỳnh có thể tìm thấy gần các miệng núi lửa Các trầm tích núi lửa hiện được khaithác tại Indonesia, Chile và Nhật Bản

Các mỏ đáng kể của lưu huỳnh đơn chất cũng tồn tại trong các mỏ muối dọctheo bờ biển thuộc vịnh Mexico và trong các evaporit ở Đông Âu và Tây Á Lưuhuỳnh trong các mỏ này được cho là có được nhờ hoạt động của các vi khuẩn kỵ khíđối với các khoáng chất sulfat, đặc biệt là thạch cao Các mỏ này là nền tảng của sảnxuất lưu huỳnh công nghiệp tại Hoa Kỳ, Ba Lan, Nga, Turkmenistan và Ukraina.Lưu huỳnh thu được từ dầu mỏ, khí đốt và cát dầu Athabasca đã trở thànhnguồn cung cấp lớn trên thị trường, với các kho dự trữ lớn dọc theo Alberta

Các hợp chất chứa lưu huỳnh nguồn gốc tự nhiên phổ biến nhất là các sulfuakim loại, như pyrit (sulfua sắt), cinnabar hay chu sa (sulfua thủy ngân), galen (sulfuachì), sphalerit (sulfua kẽm) và stibnit (sulfua antimon) cũng như các sulfat kim loại,như thạch cao (sulfat canxi), alunit (sulfat nhôm kali) và barit (sulfat bari) Sulfuahiđrô là một chất khí tạo ra mùi đặc trưng của trứng thối Trong tự nhiên, nó có trongcác sản phẩm phun trào từ núi lửa, chẳng hạn từ các miệng phun thủy nhiệt, và do tácđộng của vi khuẩn với các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh khi bị phân hủy

Các màu đặc trưng của các vệ tinh núi lửa của Sao Mộc, như Io, là do các dạngkhác nhau của lưu huỳnh gây ra (nóng chảy, rắn hay khí) Các khu vực sẫm màu trênMặt Trăng gần hố Aristarchus có thể là mỏ lưu huỳnh Lưu huỳnh cũng tồn tại trongnhiều loại thiên thạch

1.11 Các hợp chất của lưu huỳnh

Sulfua hiđrô có mùi đặc trưng của trứng thối Khi hòa tan trong nước nó có tínhacid và phản ứng với nhiều kim loại để tạo ra các sulfua kim loại Các sulfua kim loại

khá phổ biến, đặc biệt là của sắt Sulfua sắt còn được gọi là pyrit cũng như khoáng

sản màu vàng Một điều thú vị là pyrit có các tính chất bán dẫn Galen là sulfua chì

tự nhiên, là chất bán dẫn đầu tiên được phát hiện và nó đã từng được dùng làm bộchỉnh lưu tín hiệu trong các "râu mèo" của các radio tinh thể đầu tiên

Nhiều hợp chất hữu cơ của lưu huỳnh với mùi khó ngửi như các êtyl và mêtylmecaptan được dùng làm chất tạo mùi cho khí đốt nhằm dễ dàng phát hiện rò rỉ Mùicủa tỏi và "mùi hôi như chồn hôi" cũng do các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh gây

ra Tuy nhiên, không phải mọi hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh đều có mùi khó ngửi,chẳng hạn, terpen-một hợp chất chứa lưu huỳnh là tác nhân tạo ra mùi thơm đặctrưng của quả bưởi chùm

Nitrua lưu huỳnh polyme hóa có các tính chất của kim loại mặc dù nó khôngchứa bất kỳ một nguyên tử kim loại nào Hợp chất này cũng có các tính chất điện vàquang học bất thường Polyme này có thể tạo ra từ têtranitrua têtra lưu huỳnh S4N4.Các hợp chất quan trọng khác của lưu huỳnh còn có:

 Các sulfat (SO42-), các muối của acid sulfuric Acid sulfuric cũng phảnứng với SO3 trong các tỷ lệ đẳng phân tử gam để tạo ra acid pyrosulfuric(H2S2O7)

 Các thiôsulfat (đôi khi được gọi là thiôsulfit hay "hyposulfit") (S2O32−như thiôsulfat natri được dùng như các chất cố định trong nhiếp ảnh (trongvai trò của các chất khử) và thiôsulfat amôni đã được phát hiện như là chấtthay thế cho các xyanua trong lọc quặng vàng [2]

)- Đithiônit natri, Na2S2O4 tạo ra từ acid hyposulfurơ/đithiônơ - là một chấtkhử mạnh

 Đithiônat natri (Na2S2O6)

 Các acid polythiônic (H2SnO6), trong đó n dao động từ 3 đến 80.

 Acid perôxymônôsulfuric (H2SO5) và acid perôxyđisulfuric (H2S2O8)-đượcđiều chế từ phản ứng của SO3 hay H2SO4 với H2O2 đậm đặc một cách tươngứng

 Các polisulfua natri (Na2Sx)

 Hexaflorua lưu huỳnh, SF6, một tác nhân đẩy nặng, dạng khí, không phảnứng và không độc

 Têtranitrua têtra lưu huỳnh S4N4

 Các thiôxyanat là các hợp chất chứa ion thiôxyanat, SCN- Liên quan đếncác ion này là thiôxyanôgen, (SCN)2

Hữu cơ:

 Đimêtyl sulfôniôprôpiônat (DMSP; (CH3)2S+CH2CH2COO-) là thành phầntrung tâm của chu trình lưu huỳnh hữu cơ trong đại dương

 Các thiôête là các phân tử với công thức tổng quát dạng R-S-R′, trong đó R

và R′ là các nhóm hữu cơ Các chất này là sự tương đương của các ête (lưu

huỳnh thay thế ôxy)

 Các thiol (hay mecaptan) là các phân tử với nhóm chức -SH Chúng là cácchất tương đương với rượu (lưu huỳnh thay thế ôxy)

 Các thiolat có nhóm chức -S- gắn vào Chúng là các chất tương đương củacác ankôxít (lưu huỳnh thay thế ôxy).

 Sulfôxít là các phân tử với nhóm chức R-S(=O)-R′, trong đó R và R′ là các

nhóm hữu cơ Một chất phổ biến trong số các sulfôxít là DMSO

 Sulfon là các phân tử với nhóm chức R-S(=O)-R′, trong đó R và R′ là các

nhóm hữu cơ

 Thuốc thử Lawesson là thuốc thử hóa học có thể lấy ôxy từ các chất hữu cơkhác và thay nó bằng lưu huỳnh

 Naptalen-1,8-điyl 1,3,2,4-đithiađiphốtphetan 2,4-đisulfua

1.12 Khai thác lưu huỳnh

Để khai thác lưu huỳnh dạng tự do trong lòng đất, người ta dùng thiết bị đặcbiệt để nén nước siêu nóng 170oC vào mỏ làm lưu huỳnh nóng chảy và đẩy lưuhuỳnh lỏng lên mặt đất Sau đó, lưu huỳnh được tách ra khỏi các tạp chất (phươngpháp Frasch)

Hình 1.12.1 Thiết bị khai thác lưu huỳnh (Phương pháp Frasch)

Sản xuất lưu huỳnh từ hợp chất:

Phương pháp giúp thu hồi trên 90% lượng lưu huỳnh có trong các khí thải độchại như SO2 và H2S

 Đốt H2S trong điều kiện thiếu không khí

Hình 1.12.2 Hoạt động khai thác lưu huỳnh tại miệng núi lửa

2 Cơ sở hóa lý của quá trình sản xuất [1]

2.1 Chuẩn bị nguyên, nhiên vật liệu:

đó cần có nguồn cung cấp nhiệt ở đây chủ yếu sử dụng than đốt

Các nguồn nhiên liệu chứa O2 rất cần thiết bởi trong giai đoạn đốt nguyênliệu cần nhiều O2

2.2 Đốt nguyên liệu sản xuất SO 2 :

Đối với các nguồn nguyên liệu có sẵn SO2 thì ta chuyển ngay qua giai đoạntinh chế khí SO2

Đối với các nguồn nguyên liệu thô sơ, hợp chất của SO2 thì cần qua giai đoạnđốt để tạo ra SO2

Các nguồn nguyên liệu chứa S,quặng pirit những nguồn nguyên liệu được sửdụng chủ yếu trong qỳa trỡnh sản xuất acid sulfuric

2.2.1 Các phản ứng hoá học trong quá trình đốt nguyên liệu:

 Đối với khí thải

lò dốt lưu huỳnh (loại nằm ngang, loại đứng), lò đốt hyđrosunfua H2S

 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

ưu việt hơn Dưới đây là chỉ tiêu làm việc của một lò lớp sôi đối vớicác hạt có kích thước khác nhau (được tính toán dựa trên lý thuyết)

 Sử dụng xỉ và nhiệt:

lượng quặng khô) với thành phần chủ yếu là sắt oxit, ngoài ra còn

có một số kim loại màu và quí như: Cu, Co , Zn , Au , Ag , Ta.Đây là nguồn nguyên liệu quí cho ngành công nghiệp luyện kim

 Nếu sử dụng tổng hợp được xỉ thì cứ 1000 tấn xỉ có thể thu được

800 tấn tinh quặng sắt (với hàm lượng 55- 63 % Fe); 3,3 - 4 tấnđồng; 3,3 - 4,3 tấn kẽm; 0,8-1 kg vàng; 10 kg bạc; 80 kg coban; 70tấn natri sunfat

 Lượng nhiệt toả ra khi đốt nguyên liệu chiếm từ 52 - 65 % tổnglượng nhiệt Chúng ta có thể tận dụng lượng này để sản xuất điện

tự cung cấp cho nhà máy (tính đến hiệu suất nhiệt của nhà máyđiện) hoặc nhà máy sản xuất có thể trở thành nơi cung cấp nănglượng

2.3 Tinh chế khí SO 2

2.3.1 Sơ lược về quá trình tinh chế khí:

o Đối với sơ đồ cổ điển của quá trình sản xuất acid sulfuric theo phương

pháp tiếp xúc:

o Khí lò từ lò đốt quặng được làm nguội trong nồi hơi, tách bụi trong

xyclon, lọc điện khô có nhiệt độ 300-400o C đi vào công đoạn làm sạchkhí để tách các tạp chất có hại đối với xúc tác Khí SO2 thu được sau khiđốt nguyên liệu chứa nhiều tạp chất có hại như :

 Bụi: làm tăng trở lực của thiết bị và đường ống, làm giảm hệ sốtruyền nhiệt.

 AS2O3: làm xúc tác bị ngộ độc vĩnh viễn, làm giảm hiệu suất chuyểnhoá SO2

 SeO2, TeO2 , Re2O7 hoà tan vào các acid tưới làm bẩn sản phẩm Mặtkhác chúng còn là nguồn nguyên liệu quý cho các ngành côngnghiệp bán dẫn, thuỷ tinh màu.Bởi vậy phải tìm cách thu hồi chúng

 Flo( ở dạng HF và SiF4) : ăn mòn các vật liệu có chứa Silic trongđiều kiện thuận lợi có thể giảm hoạt tính của chất xúc tác

o Để làm sạch hỗn hợp khí,người ta cho khí đi qua hàng loạt các tháp rửa,

lọc điện, sấy Tuy nhiên sơ đồ làm việc của chúng khá phức tạp, và cómột nhược điểm là các tạp chất chủ yếu trong khí lò chuyển thành dạng

mù acid sau đó lại phải tách chúng trong các lọc điện ướt Hiện nay có 2hướng giải quyết đơn giản hơn như sau:

 Phương pháp hấp thụ: Làm nguội khí bằng dung dịch acid sulfuric

có nồng độ và nhiệt độ sao cho các tạp chất trong khí bị hấp thụ trên

bề mặt acid tưới mà không tạo mù Nếu trong khí lò, ngoài hơi

H2SO4 còn có cả hơi SeO2 và As2O3 thì tăng nhiệt độ acid tưới, hiệusuất tách 2 chất trên khỏi khí lò cũng tăng Sở dĩ như vậy vì chúnghoà tan trong cả acid tưới và mù acid Khi tăng nhiệt độ lượng mù sẽgiảm, do đó lượng SeO2 và As2O3 trong mù theo khí cũng giảm

 Phương pháp hấp phụ: dùng chất rắn hấp phụ tạp chất ở nhiệt độ cao

mà không cần phải làm nguội và rửa hỗn hợp khí Chất hấp phụ

As2O3 tương đối tốt là silicagel Thực tế nó có thể hấp phụ hoàn toàn

As2O3 khỏi khí lò Chất hấp phụ có khả năng hấp phụ cao hơn và rẻhơn là zeolit nhân tạo (thành phần gần đúng 10SiO2..O,5AL2O3) Nó

có thể hấp phụ được lượng As2O3 bằng 5-7% khối lượng của nó

 Trong giai đoạn tinh chế khí SO2,thiết bị trong các quá trình tinh chếluôn phải tiếp xúc nhiệt nên để tránh cho thiết bị quá nóng,giảm thảIlượng nhiệt cấp ra môI trường,ta cần làm nguội thiết bị bằng cáchcho đi qua các tháp làm lạnh

2.3.2 Thiết bị làm sạch khí gồm:

o Tháp rửa I: có nhiệm vụ làm nguội hỗn hợp khí từ 350-400o C xuống

80-90oC Tách hầu hết lượng bụi còn lại trong khí sau lọc điện khô Tách mộtphần SeO2 và As2O3 và các tạp chất khác Hấp thụ một phần mù acid tạothành trong tháp

o Tháp rửa II: có nhiệm vụ làm nguội hỗn hợp khí từ 80-90oC xuống 30-40oC.Hấp thụ một phần mù acid trong khí sau tháp rửa I Tách một phần các tạpchất ( Asen, telu) khỏi hỗn hợp khí

o Tháp tăng ẩm: có nhiệm vụ tăng hàm ẩm của hỗn hợp khí để tăng kích thước

hạt mù acid Tiếp tục làm nguội hỗn hợp khí xuống vài độ nữa (3-5oC) Nếutrong hỗn hợp khí có Flo thì ở tháp tăng ẩm người ta còn cho thêm Na2SO4

vào a xit tưới để tách chúng theo phản ứng:

3 SiF 4 + 2 Na2SO4 + 2 H2O = 2 Na2SiF6 + 2 H2 SO4 + SiO2

o Lọc điện ướt: để lọc mù acid người ta thường dùng loại lọc cơ khí: lọc sợi

Nguyên tắc làm việc của loại này là cho hỗn hợp khí có mù acid đi qua lớpsợi mảnh chịu acid, khi va chạm với các sợi, do lực ỳ các hạt mù acid sẽ bịgiữ lại trên đó Đường kính hạt mù càng lớn, tốc độ dòng khí càng cao thìhiệu suất tách mù càng lớn

o Tháp sấy: Nhiệm vụ tách hoàn toàn lượng hơi nước trong hỗn hợp khí thông

thường bao gồm 2 tháp với mục đích để đề phòng 1 trong 2 tháp có hư hỏng

và tăng lượng Oleum sản xuất và nhất là để giảm lượng mù acid khi sấy Công đoạn làm sạch khí phải đảm bảo một số chỉ tiêu sau:

Bảng 2.3.2 Một số chỉ tiêu chất khí sau khi làm sạch khí

Hàm lượng bụi trong khí sau lọc điện khô,g/m3 <=0,1