Quy trình sản xuất axit sunfuric

Báo cái đề tài: Quy trình sản xuất axit sunfuric. Môn học: Công nghệ sản xuất các chất vô cơ. Giáo viên: Ngô Văn Cơ. Khoa kỹ thuật hóa học. Chuyên ngành hóa vô cơ. Đại học bách khoa thành phố Hồ Chí Minh

MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tính chất hóa lí axit sunfuric Trong hóa học, axit sunfuric xem hợp chất anhidrit sunfuric với nước Công thức hóa học SO3.H2O H2SO4, khối lượng phân tử 98,08 Trong kĩ thuật hỗn hợp theo tỉ lệ SO với H2O gọi axit sunfuric Nếu tỉ lệ SO3/H2O < gọi dung dịch axit sunfuric, tỉ lệ SO 3/H2O >1 gọi dung dịch SO3 axit sunfuric hay oleum axit sunfuric bốc khói Thành phần dung dịch axit sunfuric đặc trưng phần trăm khối lượng H2SO4 SO3 Axit sunfuric chất lỏng sánh dầu, không màu, khối lượng riêng 1,859 g/cm3 00C 1,837 g/cm3 150C Khi làm lạnh hóa rắn thành tinh thể nóng chảy 10,490C Tuy nhien axit lỏng chậm đông không hóa rắn 00C Ở 30 – 400C, bắt đầu bôc khói đun tiếp tạo SO Bắt đầu sôi 2900C nhiệt tăng nhanh ngừng giải phóng SO Hidrat lại 98,3% H2SO4 sôi 3380C H2SO4 hấp thụ mãnh liệt ẩm chất làm khô tốt H2O H2SO4 thảy 0,003mmHg 1.2 Ứng dụng axit sunfuric Axit sunfuric dùng rộng rãi nhiều lĩnh vực kinh tế quốc dân Đối với công nghiệp hóa học, axin sunfuric dùng để sản xuất phân lân, axit vô (axit photphoric, hidro floric, boric), muối sunfat kim loại khác nhau, sản xuất thuốc nhuộm, chất màu vô hợp chất khác Một lượng lớn axit sunfuric, đặc biệt dạng oleum, dùng vào công nghiệp tổng hợp hữu cơ, thuốc nhuộm anilin, vật liệu sợi tổng hợp Axit sunfuric dùng làm môi trường hút nước dung dịch axit nitric, sấy khí, sản xuất chất nổ Người ta dùng axit sunfuric để làm sản phẩm dầu lửa sản phẩm thu tự nhựa than đá Trong luyện kim màu, axit sunfuric dùng chế biên thủy luyện, công nghiệp gia công kim loại dùng để làm mạng oxit bề mặt kim loại nhiều lĩnh vực công nghiệp khác 1.3 Tình hình Sản xuất axit, tiêu thụ axit sunfuric giới Việt Nam 1.3.1 Trên giới Bởi đặc tính quan trọng axit sunfuric nhu cần lớn sản xuất công nghiệp hóa học mà sản lượng axit giới ngày tăng Dưới biểu đồ thể gia tăng Triệu Hình 1.1 Sản lượng axit sunfuric qua năm Trong Mỹ coi nước sản xuất axit sunfuric lớn giới Theo Vn Experess, Trung Quốc đc coi nước sản xuất H2SO4 lớn giới Ở Trung Quốc, phương phát sản xuất từ quặng Pirit 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 chuyên môn 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 1.3.2 Tại Việt Nam Ở Việt Nam axit sunfuric sản xuất rộng rãi để phục vụ cho công 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 công 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 nguyên liệu kết hợp cải tiến công nghệ đốt lò, 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 ô 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 SO 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 công 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 Công ty Hoá 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 toán 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 nhôm 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 CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ NĂNG LƯỢNG TRONG SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC 2.1 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 H2S, SO2, axit sunfuric thải) Thạch cao 2.1.1 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 công 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 Á 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 - Ở 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 công nghiệp luyện kim màu, gia công dầu mỏ, khí thiên nhiên, khí dầu mỏ 2.1.2 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 FeS2 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 công 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) 41738 tinh quặng, hàm lượng 25% Cu/năm để sản xuất 1000 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 oxit 40000 quặng pirit Trữ lượng lại đến đầu năm 2004: quặng oxit 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 lại đến đầu năm 2004: quặng oxit 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, liên quan mật thiết đến hoạt động phun trào trung tính axit Các than quặng có cấu tạo phức tạp, chất lượng 11 bề dày biến đổi theo đường phương hướng dốc Quặng có hàm lượng S từ 4-20%, trữ lượng theo đánh giá tìm kiếm khoảng chục triệu 2.1.3 Các nguồn chất thải chứa S: - Khí lò luyện kim màu: Khí lò trình đốt kim loại màu quặng đồng, chì, thiếc, kẽm có chứa nhiều SO2 Đây nguyên liệu rẻ tiền để sản xuất axit sunfuric sản xuất đồng thu 7,3 SO mà không cần lò đốt - Khí hydrosunfua (H2S): Trong trình cốc hoá than khoảng 50% tổng lượng S có khí than theo khí cốc, chủ yếu dạng H 2S (chiếm khoảng 95%) Lượng H2S khí cốc hàng năm giới lên tới hang triệu Việc thu hồi lượng H2S có ý nghĩa kinh tế mà có ý nghĩa mặt vệ sinh môi trường - Khói lò: Hàng năm giới đốt hàng tỷ than, khói lò thải vào khí hàng chục triệu S Đây nguồn nguyên liệu đáng kể để sản xuất axit sunfuric - Axit sunfuric thải: Sau dùng axit sunfuric làm tác nhân hút nước,tinh chế dầu mỏ, sunfua hoá hợp chất hữu thu chất thải chứa nhiều H 2SO4 ( 20 – 50%) Việc thu hồi axit sunfuric có ý nghĩa lớn mặt kinh tế bảo vệ môi trường 2.1.4 Thạch cao: Đây nguồn nguyên liệu phong phú để sản xuất axit sunfuric nhiều nước giới có mỏ thạch cao (CaSO4.2H2O CaSO4) Ngoài trình sản xuất axit photphoric, supe phophat kep thải lượng lớn CaSO Thông thường từ từ thạch cao người ta sản xuất liên hợp axit sunfuric xi măng 2.1.5 Chất xúc tác: Trong công nghệ sản xuất axit sunfuric chất xúc tác đóng vai trò quan trọng giai đoạn chuyển hoá SO2 thành SO3 chất xúc tác trình oxi hoá SO chia làm hai nhóm - Nhóm I: xúc tác chứa platin gồm platin cấu tử hoạt tính mang chất mang amiăng, silicagen số chất khác - Nhóm II: bao gồm oxit kim loại Trong lịch sử công nghệ sản xuất axit sunfuric, phổ biến dùng xúc tác chứa platin, sau dùng xúc tác sắt oxit Trong chục năm 12 gần đây, giới nước ta xúc tác dùng phổ biến vanadioxit (V 2O5) với số phụ gia khác Al2O3, SiO2, K2O, CaO Các chất phụ gia có tác dụng làm tăng độ bền học, nâng cao hoạt tính chất xúc tác, bị ngộ độc tạp chất Xúc tác platin co hoạt độ cao nhất, xúc tác xảy phản ứng oxi hoá SO diễn ran gay nhiệt độ 400oC Xúc tác chứa vana đioxit chiếm vị trí thứ hai, xúc tác Fe 2O3 phản ứng diễn nhiệt độ 600oC Mức độ dễ bị ngộ độc asen oxit As 2O3 theo trật tự 2.2 Đặc điểm sử dụng nguyên liệu Mặc dù từ nhiều loại nguyên liệu khác dể sản xuất axit sunfuric chúng có điểm chung đốt nguyên liệu để tạo SO Trước đốt phải trải qua giai đoạn gia công cơ, nhiệt tuỳ theo dạng nguyên liệu - S trước đua vào lò đốt phải đập nhỏ, nấu chảy, lọc đẻ loại bỏ tạp chất S dạng lỏng không khí nén đua vào lò đốt hoá cháy thu SO2 đạt tới 16% - Quặng pirit thông thường có kích thước 50 – 200 mm phải trải qua công đoạn đập, nghiền, sàng để có kích thước định (tuỳ thuộc vào loại lò) Ví dụ lò đốt tầng sôi người ta cần loại bỏ hạt quặng có kích thước lớn 3mm, hạn chế hạt quặng có kích thước nhỏ 44x10 -3 mm Bởi hạt to hay nhỏ ảnh hưởng đến bụi xỉ pirit theo khí lò trình đốt nguyên liệu tất hạt rắn có tốc độ tới hạn nhỏ tốc độ làm việc khí bị theo khí lò vào hệ thống sản xuất phía sau khiến phải xử lý khí SO2 thu Mặt khác, quặng có kích thước nhỏ dễ bị kết khối nhiệt độ cao - Quặng tuyển phải sấy sơ để giảm hàm kượng ẩm - Thạch cao đập nghiền, sàng để có kích thước định 2.3 Nhiên liệu lượng 2.3.1 Than Trên lãnh thổ Việt Nam than phân bố theo khu vực: - Bể than atraxit Quảng Ninh nằm 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 lượng khoảng 10,5 tỉ tấn, đó: tính đến mức cao -300m 3,5 tỉ tìm kiếm thăm dò tương đối chi tiết, đối tượng cho thiết kế khai thác nay, tính đến mức cao -1000m có trữ lượng dự báo khoảng tỉ đầu tư 13 tìm kiếm thăm dò Than Antraxit Quảng Ninh có chất lượng tốt, phân bố gần cảng biển, đầu mối giao thông thuận lợi cho khai thác tiêu thụ sản phẩm - Bể than đồng sông Hồng : nằm trọn vùng đồng châu thổ sông Hồng, có đỉnh Việt Trì cạnh đáy đường bờ biển kéo dài từ Ninh Bình đến Hải Phòng, thuộc 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, Vĩnh Yên dự kiến kéo dài vùng thềm lục địa biển Đông Việt Nam Với diện tích khoảng 3500 km2, với tổng trữ lượng dự báo khoảng 210 tỷ Khu vực Khoái Châu với diện tích 80 km tìm kiếm thăm dò với trữ lượng khoảng 1,5 tỷ tấn, khu vực Binh Minh, với diện tích 25 km thăm dò sơ với trữ lượng 500 triệu tập trung nghiên cứu công nghệ khai thác để mở mỏ Các vỉa than thường phân bố độ sâu -100 km - Các mỏ than vùng nội địa: Có trữ lượng khoảng 400 triệu tấn, phân bố nhiều tỉnh, gồm nhiều chủng loại than: Than nâu-lửa dài (mỏ than Na Dương, mỏ than Đồng Giao); than bán Antraxit ( mỏ than Núi Hồng, mỏ than Khánh Hoà, mỏ than Nông Sơn); than mỡ ( mỏ than Làng Cẩm, mỏ than Phấn Mễ, mỏ than Khe Bố) , có nhiều mỏ than khai thác - Các mỏ than bùn: Phân bố hầu khắp miền: Bắc, Trung, Nam Việt Nam, chủ yếu tập trung miền Nam Việt Nam, loại than có độ trơ cao, nhiệt lượng thấp, số khu vực khai thác làm nhiên liệu, lại chủ yếu sử dụng làm phân bón phục vụ nông nghiệp Tổng trữ lượng than bùn nước dự kiến có khoảng tỉ m3 - - Than nguồn nhiên liệu cung cấp nhiệt suốt trình sản xuất axit sunfuric lò đốt nguyên liệu có trữ lượng lớn, nhiệt trị cao, giá thành rẻ so với chất đốt khác Nhiệt có ảnh hưởng lớn trình đốt quặng pirit Nhiệt độ cao trình cháy xảy nhanh tăng nhiệt độ cách tuỳ ý gây nên tượng kết khối nguyên liệu làm giảm rõ rệt tốc độ trình dẫn đến tắc lò ngừng sản xuất Mặt khác nhiệt độ tăng cao làm giảm độ bền lò Do người ta thường trì nhiệt độ trình đốt pirit từ 600 – 800 0C.Vượt giới hạn lợi 2.3.2 Lượng oxi thổi vào lò Oxi thổi vào lò nhiều tốc độ trình cháy quặng pirit nhanh, nhiệt trình toả lớn dẫn đến nhiệt độ lò đốt tăng cao vượt nhiệt độ thích hợp Mặt khác oxi dư thừa làm giảm nhiệt độ lò tiêu tốn nhiệt cho trình đốt nóng không khí (O2 N2) pha loãng hàm lượng SO 7% Điều lợi cho trình oxi hoá SO2 thành SO3 Trong thực tế, người ta phải khống chế oxi vào lò sau trình cháy dư lại khoảng 11% hỗn hợp khí khỏi lò đốt đủ oxi dùng để oxi hoá SO thành SO3 giai đoạn Ngày người ta bắt đầu sử dụng không khí giàu oxi để đốy cháy quặng pirit Làm hỗn hợp khí thu có hàm lượng SO2 cao chứa nitơ 2.3.3 Điện Trong trình sản xuất axit sunfuric điện dùng để vận hành máy móc, thiết bị hoạt động 2.3.4 Nước Nước sử dụng trính hấp thụ SO 3, làm lạnh dung dịch tưới tuần hoàn tháp hấp thụ CHƯƠNG 3: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC 3.1 Giới thiệu chung Để tìm hiểu công nghệ sản xuất axit sunfuaric, trước hết đề cập tới số tính chất hoá học axit sunfuric với mục đích chọn vật liệu thích hợp chế tạo thiết bị sản xuất, bảo quản vận chuyển nó: - Axit sunfuric khan chất lỏng không màu, sánh (khối lượng riêng 20 0C 1,8305 gam/cm3), kết tinh 10,370C áp suất thường sôi 296,20C - Trong hoá học axit sunfuric xem hợp chất anhydrit sunfuric với nước Công thức hoá học: SO3H2O - Trong kỹ thuật: hỗn hợp theo tỷ lệ SO3 với H2O gọi axit sunfuric Nếu tỷ lệ SO3/H2O < người ta gọi dung dịch axit sunfuric Tỷ lệ SO 3/H2O > gọi dung dịch SO3 axit sunfuric hay oleum axit sunfuric bốc khói - Mặc dù có phương pháp khác để sản xuất axit sunfuric nhiên chúng có điểm chung có giai đoạn chính: Hình 3.1 Dây chuyền sản xuất axit sunfuric - Đốt nguyên liệu sản xuất SO2 • Tinh chế khí SO2 • Oxi hoá SO2 thành SO3 • Hấp thụ SO3 để tạo thành H2SO4 Bởi công nghệ mà trình bày chia thành giai đoạn Chúng ta tham khảo sơ đồ công nghệ phân xưởng sản xuất H2SO4 nhà máy supe photphat Long Thành 3.2 Chuẩn bị nguyên, nhiên liệu: Nguyên liệu sản xuất axit sunfuric trình bày trên, phần nguyên nhiên vật liệu sản xuất axit Ở đề cập chi tiết công việc chuẩn bị nguyên, nhiên vật liệu 3.2.1 Nguyên liệu: - Nguyên liệu nghiền nhỏ để có kích thước định, sàng lọc, để đưa qua lò đốt - Để trình đốt nguyên liệu đỡ tốn nhiệt, ta cần lọc bụi từ giai đoạn này, dù sau giai đoạn cần phải lọc bụi thêm - Quặng phải sấy khô để giảm hàm lượng ẩm, để tránh tổn thất nhiệt trình đốt nguyên liệu 3.2.2 Nhiên liệu: - Vì trình sản xuất axit sunfuric cần tiêu tốn lượng nhiệt lớn nên cần cung cấp nhiệt hầu hết giai đoạn trình sản xuất, cần có nguồn cung cấp nhiệt, mà chủ yếu sử dụng than đốt - Các nguồn nhiên liệu chứa O2 cần thiết, giai đoạn đốt nguyên liệu cần nhiều O2 3.3 Đốt nguyên liệu sản xuất SO2: - Đối với nguồn nguyên liệu có sẵn SO ta chuyển qua giai đoạn tinh chế khí SO2 (Sẽ nói phần sau) - Đối với nguồn nguyên liệu thô sơ, hợp chất SO cần qua giai đoạn đốt để tạo SO2 - Các nguồn nguyên liệu chứa S, quặng pirit,….là nguồn nguyên liệu sử dụng chủ yếu qúa tàinh sản xuất axit sunfuric; có nhiều nguồn khác, phải kể đến axit sunfuric dư thừa trình trước 3.3.1 Các phản ứng hoá học trình đốt nguyên liệu: - Đối với quặng pirit: 4FeS2 + 11O2 → Fe2O3 + 8SO2 + Q 2FeS2 → 2FeS + S2.(nhiệt độ vào khoảng 5000C) Đối với phương pháp tiếp xúc đơn: hỗn hợp khí SO qua gia nhiệt oxi hoá qua 4-5 lớp tiếp xúc Giữa lớp 1-2 dùng thiết bị truyền nhiệt gián tiếp để hạ nhiệt độ hỗn hợp khí, lớp 1-2, 3-4 bổ sung không khí để làm lạnh trực tiếp, cuối hiệu suất chuyển hoá đạt 98,2 % Sau hỗn hợp khí đưa hấp thụ chế tạo axit (mức độ chuyển hoá lên tới 99,9 %) - Ưu điểm: Làm giảm nhiệt độ tiếp xúc,hạn chế lượng nhiệt truyền môi trường - Nhược điểm: • Tốn vật liệu chế tạo thiết bị có nhiều lớp tiếp xúc,phải thường xuyên bổ xung không khí,do lượng O2 cần sử dụng nhiều • Trải qua nhiều giai đoạn thu H2SO4 có nồng độ cao Đối với phương pháp tiếp xúc kép: chuyển khí sản phẩm từ sau lớp tiếp xúc (hiệu suất 90%) đưa hấp thụ chế tạo axit sau gia nhiệt phản ứng lớp sau nâng hiệu suất chuyển hoá luỹ tiến lên 99,5 %, đưa hấp thụ lần sau phóng không Trong phương pháp nồng độ CO2 khí thải giảm từ 0,21 % (phương pháp tiếp xúc đơn) xuống 0,05% (phương pháp tiếp xúc kép) - Ưu điểm: • Giảm đáng kể lượng CO khí thải,dẫn đến thu H 2SO4 có độ tinh khiết cao • Chế tạo thiết bị đơn giản 3.5.3 Xúc tác: Có nhiều loại xúc tác xúc tác cho trình oxi hoá SO thành SO3 nhiên xúc tác thông dụng vanadi Thành phần xúc tác vanadi: - V2O5 thành phần hàm lượng khoảng 5-12 % - Muối kim loại kiềm chất kích động làm tăng hoạt tính xúc tác lên hàng trăm lần Tỉ lệ kim loại kiềm vanadi dao động từ 1:1 đến 6:1 - SiO2 dạng xốp đóng vai trò chất mang - Ngoài số chất khác đưa vào nhằm tăng hoạt tính ,tăng độ bền nhiệt… chất xúc tác Ví dụ đưa P 2O5 vào xúc tác nhiệt độ hoạt tính xúc tác giảm 20 - 250C Cơ chế làm việc xúc tác là: - O2, SO2 bị hấp phụ bề mặt xúc tác hoà tan hoàn toàn vào xúc tác nóng chảy tác dụng với V2O5 theo phương trình: V2O5 + SO2 → V2O4 + SO3 V2O4 + 0,5O2 → V2O5 - Còn SiO2 làm nhiệm vụ chất mang ,có tác dụng tăng bề mặt tiếp xúc pha chất xúc tác ổn định chất hoạt tính bề mặt xúc tác Ở giai đoạn đầu trình chuyển hoá nồng độ SO hỗn hợp khí cao tạo thành hợp chất vanadyl sunfat: V2O5 + SO3 + SO2 → 2VOSO4 Ở giai đoạn cuối trình chuyển hoá lượng SO lại nên xúc tác có hoạt tính cao, số tốc độ k lớn - Tuy nhiên, phải lưu ý tới số tạp chất gây ngộ độc xúc tác như: • Chất độc nguy hiểm As Chỉ vài miligam asen oxit 1m hỗn hợp khí đủ cho xúc tác bị ngộ độc Asen bị hấp phụ bề mặt xúc 28 tác tạo thành lớp mỏng che phủ bề mặt hạt xúc tác tạo thành với xúc tác hợp chất bay As2O5.V2O5 tách khỏi xúc tác • Các hợp chất flo gây tác hại đáng kể cho xúc tác :như SiF phản ứng với nước theo phương trình: • SiF4 + 2H2O -> SiO2 + 4HF SiO2 tạo thành lớp vỏ bao bọc hạt xúc tác Lượng SiF nhiều hoạt tính xúc tác giảm nhanh Dưới số thiết bị dùng công đoạn oxi hoá SO2 - Tháp oxi hoá: thường dùng loại tháp oxi hoá có từ 4-5 lớp xúc tác có truyền nhiệt trung gian sau lớp xúc tác Hỗn hợp khí SO từ quạt khí vào khoảng không gian ống tháp truyền nhiệt Nó đốt nóng sơ nhờ khí nóng từ tháp tiếp xúc Sau lớp xúc tác nhiệt độ hỗn hợp khí tăng Vì phải cho qua phận truyền nhiệt để hạ nhiệt độ xuống Sau lớp xúc tác cuối, hỗn hợp khí khỏi tháp tiếp xúc vào thiết bị truyền nhiệt để đốt nóng hỗn hợp khí mới, đồng thơì hạ nhiệt độ xuống trước sang công đoạn hấp thụ - Thiết bị trao đổi nhiệt • Thiết bị trao đổi nhiệt ngoài: mục đích đốt nóng sơ khí nguyên liệu làm nguội hỗn hợp khí chứa SO3 sau chuyển hoá Khí nóng chứa SO3 ống từ xuống khí nguội chứa SO khoảng không gian ống từ lên • Thiết bị làm nguội SO3: nguyên tắc giống thiết bị truyền nhiệt ngoài: SO3 từ xuống không khí nước làm nguội từ lên • Thiết bị đốt nóng khởi động: nhà máy hoạt động chạy lại sau dừng lâu người ta phải sấy xúc tác nâng dần nhiệt độ tháp tiếp xúc đến nhiệt độ hoạt tính xúc tác Muốn phải thổi không khí nóng có nhiệt độ 450 - 5000C qua tháp tiếp xúc hệ thống làm việc bình thường Để đốt nóng sử dụng khí lò có nhiệt độ 650 - 700 0C, đốt khí thiên nhiên, sử dụng thiết bị đốt nóng không khí điện 3.6 Hấp thụ anhydrit sunfuric SO3 3.6.1 Cơ sở lí thuyết trình hấp thụ: Hệ thống hấp thụ hệ thống hấp thụ ngược chiều, H 2SO4 thu từ trình trước qua thiết bị hấp thụ Sau qua ống thứ nhất, nồng độ axit tăng đến 96%,sau lần thứ hai tăng đến 98,3%,sau lần thứ ba tăng đến 99,7% Phản ứng: nSO3 + H2O → H2SO4 + (n - 1)SO3 Tuỳ theo tỉ lệ lượng SO3 H2O mà nồng độ axit thu khác nhau: - n > sản phẩm oleum - n = sản phẩm monohydrat (axit sunfuaric 100%) - n < sản phẩm axit loãng Thông thường, người ta có xu hướng sản xuất toàn sản phẩm dạng oleum để bảo quản vận chuyển sử dụng thuận lợi Muốn cho hỗn hợp khí chứa SO3 qua tháp có tưới oleum Tháp oleum hấp thụ phần SO hỗn hợp khí Hàm lượng SO3 lại khí khỏi tháp oleum lớn Do để hấp thụ hết SO lại phải đưa hỗn hợp tiếp tục qua tháp hấp thụ thứ hai tưới monohydrat (tháp monohydrat) Đến kết thúc trình hấp thụ SO3 Ở không dùng nước hấp thụ SO hàm lượng hấp thụ không nhiều,do người ta sử dụng oleum hấp thụ SO3 để đạt hiệu suát cao 3.6.2 Thiết bị trình hấp thụ: Khí SO3 sau làm nguội sơ thiết bị truyền nhiệt đưa sang công đoạn hấp thụ khí SO tiếp tục làm nguội tạo điều kiện tốt cho trình hấp thụ Đầu tiên SO3 hấp thụ tháp oleum sau sang tháp monohydrat, cuối qua tháp tách giọt phóng không đưa thu hồi SO2 Tháp hấp thụ: Có thể sử dụng nhiều loại tháp hấp thụ khác nhau: - Tháp đệm: làm thép lót gạch chịu axit bên xếp đầy đệm sành sứ Để đưa axit vào tháp, thường dùng loại vòi phun axit Yêu cầu đệm tháp oleum khoảng 600-1000 m2 cho sản phẩm/giờ Lượng SO tháp monohydrat nhiều nên bề mặt tháp tới 1200 m2 /tấn/ Do trình hấp thụ toả nhiều nhiệt nên vừa tiến hành hấp thụ SO vừa làm nguội bên tháp Có thể sử dụng loại tháp: - Tháp hấp thụ sủi bọt kiểu đĩa lỗ đĩa chóp - Tháp hấp thụ – làm nguội Thiết bị làm nguội axit: Thiết bị làm nguội kiểu giàn tưới - Ưu điểm: lượng nước làm nguội cấu tạo đơn giản, dễ quan sát làm phía ống - Nhược điểm: thiết bị cồng kềnh, hiệu suất sử dụng nước làm nguội thấp, sinh nhiều nước làm không khó xung quanh có độ ẩm cao Thiết bị làm nguội kiểu ống chùm: - Ưu điểm: chắn, gọn, tốn kim loại, dễ làm phía ống - Nhược điểm: khó chế tạo vật liệu không nung hàn Một số tiêu kĩ thuật công đoạn hấp thụ SO3: - Nhiệt độ khí , 0C • Ra khỏi tháp oleum : ≤ 60 • Ra khỏi tháp monohydrat ≤ 60 - Nồng độ axit tưới • Tháp oleum ,%SO3 tự 19 + (-) • Tháp monohydrat % H2SO4 98,3 + (-) 0,4 • Hiệu suất hấp thụ % ≥ 99,9 Nhận xét chung: Hiện sơ đồ cổ điển dùng phổ biến giới sơ đồ phức tạp không kinh tế Vì nhiều viện nghiên cứu xí nghiệp giới ý cải tiến sơ đồ kĩ thuật thiết bị Một số phương pháp sản xuất ưu việt đề cập tới như: phương pháp tinh chế khô, thiết bị tiếp xúc kiểu lớp sôi… Không suất hệ thống sản xuất tăng lên cách đáng kể (năm 1982 hãng Texas Gulf Inc đưa dây chuyền suất 2800 tấn/ngày, năm 1988 suất hãng Texas Gulf Inc 379000 tấn/nâm …) Trước dòng thải chất thải nhà máy sản xuất axit sunfuaric chưa quan tâm mức để lại hậu đáng tiếc cho môi trường Gần vấn đề ô nhiễm môi trường ý Các nhà máy, xí nghiệp sản xuất có biện pháp quản lí, giảm thiểu, xử lí chất thải, dòng thải Để giúp đỡ phần nhà máy sản xuất trình bày tiếp chất thải, dòng thải nhà máy sản xuất axit sunfuric CHƯƠNG 4: CÁC VẤN ĐỀ VỀ MÔI TRƯỜNG VÀ GIẢI PHÁP GIẢI QUYẾT Quá trình sản xuất axit sunfuric tạo nhiều dạng chất thải khác nhau, chia thành dòng là: - Khí thải Chất thải rắn Chất thải lỏng Mỗi dòng thải có đặc trưng riêng khác nhau, tựu chung lại ảnh hưởng lớn tới sức khỏe người môi trường sống 4.1 Khí thải 4.4.1 Khí axit: Thành phần: chủ yếu khí SO 2, có SO3 mù H2SO4 (CO CO2 chất thải đặc trưng công nghệ sản xuất axit sunfuric nên không đề cập tới) Nguyên nhân: phát sinh phần lớn công đoạn: tạo khí SO 2, tinh chế khí SO2, công đoạn tiếp xúc trình hấp thụ tạo axit sunfuric; trình đốt nhiên liệu (than) tạo SO2  Đặc tính SO2: - SO2 chất khí không màu, không mùi, kích thích mạnh; dễ hóa lỏng, dễ hòa tan nước với nồng độ thấp Ở điều kiện bình thường: thể tích nước hòa tan 40 thể tích SO2 - SO2 bền nhiệt: ∆H tt = - 296,9 kJ/mol - SO2 thuộc loại chất ô nhiễm độc hại phổ biến sản xuất công nghiệp sống sinh hoạt người  SO2 độc hại sức khỏe: - SO2 chất khí gây kích thích mạnh đường hô hấp Khi hít thở phải SO 2: nồng độ thấp gây co thắt loại sợi thẳng phế quản; nồng độ cao gây tăng tiết nhầy niêm mạc đường hô hấp nhánh khí phế quản - SO2 vào thể qua đường hô hấp hòa tan vào nước bọt vào hệ tiêu hóa sau phân tán hệ tuần hoàn - SO2 nhiễm độc qua da gây chuyển hóa làm giảm dự trữ kiềm máu, đào thải amoniac nước tiểu kiềm nước bọt - SO2 gây rối loạn trình chuyển hóa protein đường, thiếu vitamin D C, ức chế enzym oxidaza - SO2 bị hấp thu lượng lớn có khả gây bệnh cho hệ thống tạo huyết tạo methemoglobin (hemoglobin Huyết cầu tố bị chuyễn hóa thành methemoglobin, làm giảm lượng Huyết cầu tố khả chuyên chở Oxi chất thể; thiếu oxi, da bị đổi thành màu xanh) - SO2 ảnh hưởng tới chức phổi, gây viêm phổi, viêm phế quản mãn tính, gây bệnh tim mạch, tăng mẫn cảm người mắc bệnh hen… Như thấy, SO chất gây nhiều tác hại sức khỏe người lượng SO2 chủ yếu bị thải trình sản xuất công nghiệp Vì phải có hạn mức lượng SO2 khí thải (tham khảo bảng tiêu chuẩn dưới)  SO2 nguyên nhân gây mưa axit: - Mưa axit tượng mưa mà nước mưa có độ pH 5,6 - Quá trình tạo thành mưa axit diễn sau: • SO2 bị oxihóa thành SO3 (lưu huỳnh trioxit) SO2 + OH· → HOSO2 (phản ứng hóa hợp lưu huỳnh đioxit hợp chất gốc hidroxil) HOSO2· + O2 → HO2· + SO3; (phản ứng hợp chất gốc HOSO2· O2 cho hợp chất gốc HO2· SO3) • SO3 tác dụng với nước không khí tạo hạt axit sunfuric: SO3 (k) + H2O (l) → H2SO4 (l) Đây thành phần chủ yếu mưa axit - Mưa axit phát lần vào năm 1948 Thụy Điển Từ đến nay, người ta thấy mưa axit nguy hại nhiều khía cạnh từ môi trường tới đời sống xã hội Cụ thể là: Đối với thủy vực (ao, hồ): mưa axit rơi mặt đất rửa trôi chất dinh dưỡng, hòa tan kim loại nặng đất mang kim loại độc xuống thủy vực Các dòng chảy mưa axit đổ vào thủy vực, làm độ pH hồ, ao giảm nhanh chóng Các sinh vật thủy vực không kịp thích ứng với điều kiện môi trường đó, chúng bị suy yếu chết hoàn toàn Ảnh hưởng độ pH hệ thủy sinh vật tóm tắt sau: (*) pH 5,5 < pH < 6,0 Tác động lên hệ thủy sinh vật Các sinh vật bậc thấp chuỗi thức ăn (như phù du, stonefly) bị chết Đây nguồn thức ăn quan trọng cá 5,0 < pH < 5,5 Cá sinh sản Cá khó sống sót Cá lớn bị dị dạng thiếu dinh dưỡng Cá bị chết ngạt 4,0 < pH < 5,0 Quần thể cá bị chết pH < 4,0 Xuất sinh vật khác với sinh vật ban đầu Mặc dù nhiều loại cá sống môi trường thấp đến pH = 5,9 đến pH Al2+ đất bị phóng thích vào ao hồ gây độc cho cá Al 2+ làm hỏng mang cá tích tụ gan cá Do tượng tích tụ sinh học: độc tố vào chuỗi thức ăn thủy vực bị tích tụ lại bậc dinh dưỡng Điều có nghĩa người ăn phải loài sinh vật bị gây nguy hiểm - Đối với đất hệ thực vật: nước mưa ngầm xuống đất làm tăng độ chua đất, hòa tan nguyên tố đất cần thiết cho Ca, Mg… làm suy thoái đất, cối phát triển Lá gặp mưa axit bị “cháy” lấm chấm, mầm chết khô, cho suất thấp Ngoài ra, dưỡng chất đất bị rửa trôi có mưa axit Các hợp chất chứa nhôm đất phóng thích Al 2+ , ion bị hấp thụ rễ gây độc cho Hơn nữa, toàn SO2 khí chuyển hóa thành axit sunfuric, phần lắng đọng trở lại mặt đất dạng khí SO Khi tiếp xúc với cây, làm tắt thể soma gây cản trở trình quang hợp Vả lại, tượng tích tụ sinh học, độc tố qua thực vật vào chuỗi thức ăn cuối gây độc cho người - Đối với khí quyển: hạt sunphat tạo thành khí dạng mù, làm hạn chế tầm nhìn Sương mù axit làm giảm khả lan truyền ánh sáng mặt trời Trên khu vực rộng tác hại lớn - Đối với công trình xây dựng loại vật liệu: nồng độ axit mưa axit có khả ăn mòn loại vật liệu khác như: vải sợi, kim loại, … nhà cửa công trình (cầu, tượng điêu khắc ) bị ăn mòn Đồ đạc, trang thiết bị, phương tiện giao thông,… dễ bị phá hủy kết cấu tiếp xúc với mưa axit Một ví dụ: tòa nhà Capitol Ottawa bị tan rã hàm lượng SO cao Tóm lại, mưa axit, với thành phần tạo thành SO 2, gây nhiều tác hại nhiều lĩnh vực đời sống xã hội môi trường Vậy : SO2, với tác hại thứ khả gây nguy hiểm với sức khỏe nó, trước hết ảnh hưởng trực tiếp tới công nhân làm việc nhà máy sản xuất axit sunfuric Trong môi trường làm việc đó, người công nhân dễ mắc bệnh nghề nghiệp liên quan đến hô hấp Tác hại thứ hai, nguy hiểm không kém, dễ phát tán diện rộng mưa axit Các nhà máy thường làm ống khói cao để đưa khí thải lên cao Chính điều lại dễ làm cho khí thải phát tán tới khu vực rộng lớn, có xa nhà máy 4.1.2 Bụi: Nguyên nhân: phát sinh từ trình chuẩn bị nguyên liệu (gia công kích thước nhỏ), vận chuyển nguyên liệu Ngoài trình đốt nhiên liệu, khói lò thoát đem theo hạt bụi xỉ Lượng bụi không khí phụ thuộc vào loại quặng, kích thước hạt xỉ, cấu tạo lò đốt Phân loại bụi: dựa vào kích thước hạt bụi người ta chia thành: - Bụi toàn phần (TSP – Total Suspended Particulate) - Bụi PM10 (PM – Particulate Matter) có đường kính khí động học 10 micron Hầu hết hạt bụi có đường kính 5-10 xâm nhập va lắng đọng đường hô hấp - Bụi hô hấp hạt bụi có đường kính khí động học micron, xâm nhập sâu đến tận phế nang vùng trao đổi khí hệ thống hô hấp Tác hại: - Do đặc điểm trên, bụi ảnh hưởng lớn đến sức khỏe người, đặc biệt người dân sống xung quanh nhà máy, sở sản xuất phát sinh nhiều bụi Và trước mắt người công nhân trực tiếp làm việc dây chuyền - Ngoài ra, bụi không khí bám lên cây, ngăn cản dẫn đến làm giảm hoạt động quang hợp Làm bị còi cọc, chết 4.2 Chất thải rắn Thành phần chủ yếu là: - - Các loại xỉ quặng từ lò đốt quặng, chứa loại oxit oxit sắt oxit tạp chất khác Quặng rơi vãi trình vận chuyển nguyên liệu (nếu không che chắn kĩ) Trong trình sản xuất có sử dụng số loại chất xúc tác Những chất sử dụng thời gian, sau chúng trở nên trơ, giảm không khả xúc tác Vì chúng bị thải loại chất thải rắn Trong chất xúc tác có V 2O5, chất độc, làm mắt bị sưng tấy, rát mũi, cổ họng, ảnh hưởng tới hệ thống hô hấp Do đặc điểm môi trường sản xuất axit, dễ bị rò rỉ khí axit mù axit nên máy móc trang thiết bị nhà máy dễ bị ăn mòn, phải thay Đây nguồn chất thải rắn lớn Tác hại: - Chất thải rắn thường bị đổ chôn lấp, với đặc điểm chứa kim loại nặng xỉ, khí chúng vào môi trường, gây ảnh hưởng tới loài sinh vật người qua trao đổi dinh dưỡng Ngoài ra, chất thải rắn lượng quặng rơi vãi, quặng chứa lượng lưu huỳnh chất khác, gây bệnh tật cho người Một số vùng gần nhà máy sản xuất axit sunfuric có nhiều người bị bệnh Ví dụ xuất làng ung thư Thạch Sơn Tuy chưa có kết luận xác từ phía nhà khoa học, khó để phủ nhận ảnh hưởng chất ô nhiễm từ nhà máy sản xuất công nghiệp, đặc biệt công nghiệp hóa chất đến sức khỏe dân cư xung quanh - Do sản xuất liên tục, lượng chất thải rắn ngày nhiều thêm, làm tốn diện tích đất để chôn lấp, diện tích đất an toàn cho việc sử dụng vào mục đích sau Do đó, chất thải rắn ảnh hưởng lớn tới vấn đề cộng đồng sức khỏe, đất đai 4.3 Chất thải lỏng Thành phần gồm: - Nước thải: • Do rò rỉ khí axit số công đoạn nói trên, người ta thường sử dụng nước để hấp thụ, tạo thành nước thải chứa lượng axit định • Ngoài ra, lượng khí bị rò rỉ bám vào bụi ẩm, tạo thành hạt axit, rơi xuống sàn, bám vào bề mặt dụng cụ, đồ đạc Dùng nước để lau rửa sàn nhà hay đồ đạc nói tạo nước thải có tính axit • Nước làm mát axit công đoạn hấp thụ tạo axit sunfuric dạng nước thải • Nước mưa rơi xuống khu vực sản xuất mang theo hạt bụi, xỉ, quặng, axit,… tham gia vào lượng nước thải trình sản xuất - Chất thải lỏng khác như: dầu mỡ bảo trì, sửa chữa máy móc,… Tác hại: có tính axit, tùy nồng độ khác nhau, nước thải không xử lý xử lý không đủ tốt, bị thải môi trường trực tiếp ảnh hưởng tới hệ thủy sinh vật Nước thải đổ sông làm chết thủy sản người dân nuôi nguồn, bệnh da cho người sử dụng nước sinh hoạt Chưa kể loại tạp chất khác nước thải như: kim loại nặng, dầu mỡ,… vào thể sinh vật Tác hại khôn lường 4.4 Một số giải pháp giải vấn đề ô nhiễm 4.4.1 Về khí thải  SO2: Nguyên nhân rò rỉ khí là: - Do hiệu suất chuyển hóa thấp Chế độ cháy lò đốt Loại lò đốt chế độ làm việc phận tiếp xúc Giải pháp: - Đánh giá lựa chọn loại lò đốt - Sử dụng nguyên liệu khác S nguyên chất (giảm lượng chất thải) Ssử dụng than có hàm lượng sulfua Thay đổi xúc tác: xúc tác độc có khả chuyển hóa phản ứng cao Lựa chọn phương pháp làm lạnh khí Lựa chọn sơ đồ tiếp xúc kép (hiệu suất cáo tiếp xúc đơn Các giải pháp giúp giảm thiểu lượng khí SO thải nhờ nâng cao hiệu suất chuyển hóa hạn chế rò rỉ Tuy nhiên, chắn có lượng SO bị phát tán dạng khí thải Do phải xử lý SO Hiện có số phương pháp xử lý SO sau: Phương pháp hấp thụ: để hấp thụ SO2 ta sử dụng nước, dung dịch huyền phù muối kim loại kiềm kiềm thổ - Hấp thụ nước: phương pháp đơn giản áp dụng sớm để loại bỏ khí SO2 khỏi khí thải từ lò công nghiệp SO2 + H2O → H+ + HSO3– • Ưu điểm: rẻ tiền, dễ tìm, dễ hoàn nguyên • Nhược điểm: độ hòa tan SO nước thấp nên phải cần lưu lượng nước lớn thiết bị hấp thụ tích lớn, trình hấp thụ tón nhiều lượng → chi phí nhiệt lớn - Hấp thụ huyền phù CaCO3 sữa vôi: CaCO3 + SO2 → CaSO3 + CO2 CaO + SO2 → CaSO3 2CaSO3 + O2 → 2CaSO4 • Ưu điểm: quy trình đơn giản, chi phí hoạt động thấp, chất hấp thụ dễ tìm, có khả xử lý mà không cần làm nguội xử lý sơ bộ, không chiếm nhiều diện tích xây dựng • Nhược điểm: thiết bị đóng cặn tạo thành CaSO CaSO3, gây tắc đường ống ăn mòn thiết bị Ngoài ra, SO2 hấp thụ theo phương pháp Magie, phương pháp Zn, phương pháp amoniac, hỗn hợp muối nóng chảy… Phương pháp hấp phụ: Chất hấp phụ đá vôi, đôlômit, vôi… - Ưu điểm: tạo hiệu suất hấp phụ cao (90%) - Nhược điểm: cần chi phí đầu tư lớn vật liệu chế tạo thiết bị đắt Chất hấp phụ than hoạt tính: Sử dụng phương pháp trên, lượng SO thu hồi, giúp thu hồi lượng CO2 khí thải  Mù H2SO4 SO3 khí thải: Nguyên nhân rò rỉ: - Do hiệu suất hấp thụ thấp Kiểu tháp hấp thụ ẩm nguyên liệu pha khí nồng độ, nhiệt độ axit tưới Giải pháp:  lựa chọn tháp hấp thụ kiểu đệm lựa chọn loại đệm phù hợp có phương pháp khử mù xử lý khí thải: chủ yếu hấp thụ hấp phụ Bụi Biện pháp xử lý chủ yếu thu hồi bụi khí thải Có phương pháp xử lý là: Phương pháp học: tách bụi khỏi dòng khí dựa vào lực trọng trường lực li tâm hạt bụi Tùy kích thước hạt bụi sử dụng phương pháp khác - Phòng lắng thiết bị hạt bụi lắng tác dụng trọng lực, phòng lắng lắng bụi lớn - Thiết bị lắng bụi học dùng phổ biến xyclon, bụi lắng tác dụng lực li tâm (hiệu suất tới 90%) Phương pháp lọc điện: Ưu điểm: - Tách hạt bụi nhỏ, hiệu suất tách bụi đạt tới 99% - Làm việc môi trường nhiệt độ cao ăn mòn hóa học - Có thể tự động hóa hoàn toàn trình làm khí Xử lý bụi biện pháp xử lý cần thiết trước ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường làm việc công nhân Dù phương pháp nào, khí thải thoát từ nhà máy sản xuất công nghiệp nói chung axit sunfuric nói riêng phải đạt mức tiêu chuẩn qui định: - Theo TCVN 5939:2005, giới hạn tối đa cho phép chất vô khí thải công nghiệp thải môi trường xung quanh là: Đơn vị tính: mg/Nm (miligam 1m khí thải chuẩn) Tiêu chuẩn Giới hạn tối đa A B Bụi khói 400 200 SO2 1500 500 H2S 7,5 7,5 Hơi H2SO4 SO3, tính theo SO3 100 50 Mức A: áp dụng cho nhà máy, sở hoạt động Mức B: áp dụng cho nhà máy, sở xây dựng m khí thải chuẩn tính khối khí 00C áp suất tuyệt đối 760mmHg 4.4.2 Về chất thải rắn Đối với chất thải rắn, biện pháp chủ yếu thu gom, tận thu, tái sử dụng, cho nâng cao suất sử dụng, hạn chế tối đa phát thải Phần lại, chất thải rắn bắt buộc bị thải ra, xử lý số phương pháp sau (quá trình xử lý thường nhà máy sản xuất axit sunfuric) - Phương pháp học, gồm: • phương pháp ép • phương pháp cắt • phương pháp nghiền • phương pháp sàng • phương pháp tuyển - Phương pháp hóa - lý: dùng để xử lý, thu hồi chất hóa học độc hại cho thể người cho môi trường, cụ thể có: • hấp thụ • hấp phụ • kết tủa • oxi hóa • cố định hóa rắn - Phương pháp nhiệt - cơ: tạo khối: sử dụng nhiệt độ cao nhằm chuyển chất thải rắn thành dạng sử dụng vật liệu xây dựng (gạch,…) - Phương pháp sinh học: dùng để xử lý chất thải rắn hữu 4.4.3 Nước thải Nước làm mát axit giải sau (với mục đích giảm thiểu lượng nước thải, tái sử dụng nước thải): - Tuần hoàn nước làm mát - Thay đổi sơ đồ làm mát (để nâng cao hiệu sử dụng) - Thay đổi sơ đồ làm mát Toàn lượng nước thải từ nhà máy thải cần xử lý phương pháp khác để đạt tiêu chuẩn thải môi trường Một số phương pháp xử lý nước thải là: - Phương pháp học: dùng để loại bỏ chất rắn lơ lửng nước thải Đây giai đoạn xử lý sơ Phương pháp chủ yếu là: lọc qua lưới, lắng, lọc qua vật liệu cát quay li tâm,… Lượng chất lắng thu trở thành dạng chất thải rắn - Phương pháp hóa - lý: sử dụng tượng phản ứng lý hóa để thu hồi khử loại độc chất nguy hiểm Phương pháp thường sử dụng là: oxi hóa, trung hòa (dùng kiềm, ), keo tụ, tuyển nổi, màng bán thấm… - Phương pháp sinh học: thường để loại bỏ hợp chất hữu nước nhờ dựa vào đặc tính sống loại thực vật, vi sinh vật, chúng sử dụng chất hữu làm nguồn dinh dưỡng Phương pháp thường công đoạn xử lý cuối Nước thải sau xử lý phải đạt giới hạn xác định qui định sau: Theo TCVN 5945:2005, giá trị giới hạn thông số nồng độ số chất ô nhiễm nước thải công nghiệp là: Giá trị thông số ≤ mức A: đổ vào thủy vực thường dùng làm nguồn nước cho mục đích sinh hoạt Mức A < Giá trị thông số ≤ mức B: đổ vào thủy vực nhận thải khác trừ thủy vực Mức B < Giá trị thông số ≤ mức C: phép thải vào nơi qui định (như hồ chứa nước thải xây riêng, cống dẫn đến nhà máy nước thải tập trung,…) TÀI LIỆU THAM KHẢO Luận văn tốt nghiệp, Thiết kế dây chuyền sản xuất oleum – Axit sunfuric 240000 tấn/năm, Hoàng Minh Nam, Đại học Bách Khoa TP HCM Ảnh hưởng ô nhiễm không khí sứ khỏe cộng đồng, TS Nguyễn Duy Bảo, ThS Đinh Xuân Ngôn, Viện Y học lao dộng vệ sinh môi trường TCVN 5939:2005; TCVN 5945:2005 Đánh giá quan hệ công nghệ sản xuất môi trường – cách tiếp cận kiểm soát môi trường công nghiệp, GS.TS Đặng KimChi, tuyển tập báo cáo khoa học Kỉ niệm 10 năm thành lập Viện KH&CN môi trường, Đại học Bách Khoa Hà Nội Chuyên đề: Công nghệ xử lý khí SO2, ThS Đinh Hải Hà Hoá kĩ thuật đại cương – Phùng Tiến Đạt - Trần Thị Bính - NXB đại học sư phạm -2004 [...]... môi trường đã được chú ý 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 CHƯƠNG 4: CÁC VẤN ĐỀ VỀ MÔI TRƯỜNG VÀ GIẢI PHÁP GIẢI QUY T Quá trình sản xuất axit sunfuric tạo ra nhiều dạng chất thải khác nhau, chia... ta điều chế được axitsunfuaric có nồng độ 60 - 70% Về sau, người ta nhận thấy buồng chì không thuận lợi cho quá trình sản xuất cho nên đã thay buồng chì bằng các tháp hấp thụ được xây bằng gạch chịu axit nên nó được gọi là phương pháp tháp đệm Tuy nhiên, axit sunfuric thu được có độ tinh khiết không cao (do có lẫn nhiều HNO 3 trong quá trình sản xuất) hơn nữa hiệu suất của 26 quá trình này cũng không... chiếm từ 52 – 65 % tổng lượng 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 máy điện) hoặc nhà máy sản xuất có thể trở thành nơi cung cấp năng lượng 3.4 Tinh chế khí SO2 3.4.1 Sơ lược về quá trình tinh chế khí: Đối với sơ đồ cổ điển của quá trình sản xuất axit sunfuric theo phương pháp tiếp xúc: - Khí lò từ lò đốt quặng được làm nguội... nghệ sản xuất axit sunfuric có nhiều loại lò dùng đốt nguyên liệu như: lò nhiều tầng, lò đốt quặng bột, lò lớp sôi, lò xyclon; lò dốt lưu 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 ưu điểm nổi bật và ngày càng được sử dụng rộng rãi không chỉ trong công nghệ sản xuất axit sunfuric. .. môi trường sống 4.1 Khí thải 4.4.1 Khí axit: Thành phần: chủ yếu là khí SO 2, ngoài ra còn có SO3 và mù H2SO4 (CO và CO2 không phải là chất thải đặc trưng của công nghệ sản xuất axit sunfuric nên không đề cập tới) Nguyên nhân: phát sinh phần lớn do các công đoạn: tạo khí SO 2, tinh chế khí SO2, công đoạn tiếp xúc và quá trình hấp thụ tạo axit sunfuric; ngoài ra quá trình đốt nhiên liệu (than) cũng tạo... con người Một số vùng gần nhà máy sản xuất axit sunfuric có nhiều người bị bệnh Ví dụ như sự xuất hiện của những làng ung thư như Thạch Sơn Tuy chưa có một kết luận chính xác từ phía các nhà khoa học, nhưng rất khó để phủ nhận sự ảnh hưởng của các chất ô nhiễm từ nhà máy sản xuất công nghiệp, đặc biệt là công nghiệp hóa chất đến sức khỏe của dân cư xung quanh - Do sản xuất liên tục, lượng chất thải rắn... 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: - n > 1 là sản phẩm là oleum - n = 1 sản phẩm là monohydrat (axit sunfuaric 100%) - n < 1 sản phẩm là axit loãng Thông thường, người ta có xu hướng sản xuất toàn bộ sản phẩm ở dưới dạng oleum để bảo quản vận chuyển và sử dụng thuận lợi hơn Muốn vậy cho hỗn hợp khí chứa SO3 qua tháp có tưới... phương pháp sản xuất axit sunfuric được thể hiện ở giai đoạn này 3.5.1 Đối với phương pháp tháp đệm: Khí SO2 được oxi hoá bằng O2 không khí với xúc tác là hỗn hợp NO và NO 2 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 → 2NOHSO4 Dùng nước hoà tan sản phẩm này ở trong buồng làm bằng chì sẽ thu được axit sunfuaric... vực sản xuất sẽ mang theo các hạt bụi, xỉ, quặng, axit, … và cùng tham gia vào lượng nước thải của quá trình sản xuất - Chất thải lỏng khác như: dầu mỡ trong bảo trì, sửa chữa máy móc,… Tác hại: do có tính axit, tùy nồng độ khác nhau, nếu nước thải không được xử lý hoặc xử lý không đủ tốt, khi bị thải ra môi trường sẽ trực tiếp ảnh hưởng tới hệ thủy sinh vật Nước thải đổ ra sông có thể làm chết thủy sản. .. rỉ khí axit trong một số công đoạn nói trên, người ta thường sử dụng nước để hấp thụ, tạo thành nước thải chứa một lượng axit nhất định • Ngoài ra, lượng khí bị rò rỉ sẽ bám vào bụi ẩm, tạo thành các hạt axit, rơi xuống sàn, bám vào bề mặt dụng cụ, đồ đạc Dùng nước để lau rửa sàn nhà hay các đồ đạc nói trên cũng tạo ra nước thải có tính axit • Nước làm mát axit trong công đoạn hấp thụ tạo axit sunfuric ... ra, giá thành axit cao ảnh hưởng đến ngành khác sản xuất ắcquy chì, sản xuất phèn nhôm nhiều sản phẩm khác Tính đến 5/6/2008, ba đơn vị sản xuất axit sunfuric TCT thực sản lượng axit tương đương... đỡ phần nhà máy sản xuất trình bày tiếp chất thải, dòng thải nhà máy sản xuất axit sunfuric CHƯƠNG 4: CÁC VẤN ĐỀ VỀ MÔI TRƯỜNG VÀ GIẢI PHÁP GIẢI QUY T Quá trình sản xuất axit sunfuric tạo nhiều... SO3 axit sunfuric hay oleum axit sunfuric bốc khói - Mặc dù có phương pháp khác để sản xuất axit sunfuric nhiên chúng có điểm chung có giai đoạn chính: Hình 3.1 Dây chuyền sản xuất axit sunfuric