LUẬN VĂN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Viện KH CN Môi trường --------------------- Bài tập chuyên đề môn: Các quá trình sản xuất cơ bản Tên chuyên đề: Tìm hiểu công nghệ sản xuất axit sunfuric Và Các dòng thải đặc trưng Nhóm thực hiện: - Nguyễn Thu Trang - Trần Thị Hiền - Mai Thị Thu - Nguyễn Trần H-ng Lớp: Công nghệ môi tr-ờng - K51 Hà Nội, 10/2008 Mục lục Giới thiệu 3 A. Đặc điểm và tình hình sản xuất axit sunfuric 4 B. Vấn đề sử dụng nguyên nhiên vật liệu và năng lượng 10 C. Công nghệ sản xuất axit sunfuric 16 D.1 Vấn đề môi trường của công nghệ sản xuất 33 D.2 Giải pháp giải quyết ô nhiễm 41 Tài liệu tham khảo 49 Giới thiệu Axit sunfuric là một loại hóa chất đã đ-ợc biết đến từ lâu trong lịch sử loài ng-ời (từ thế kỉ thứ 9 bởi ng-ời đ-ợc coi là đã phát hiện ra chất này-nhà giả kim thuật Hồi giáo Ibn Zakariya al-Razi (Rhases)) Axit sunfuric đ-ợc sử dụng rộng rãi trong các ngành khác nhau của nền kinh tế quốc dân. Nó là sản phẩm quan trọng nhất của ngành công nghiệp hóa học. Công nghệ sản xuất axit sunfuric, do đó, là phổ biến và rất quan trọng trong nền sản xuất. Trong chuyên đề này, chúng tôi xin đề cập đến những vấn đề nh- sau: A. Đặc tính của axit sunfuric, tình hình sản xuất trên thế giới và tại Việt Nam {do sinh viên Trần Thị Hiền trình bày} B. Vấn đề sử dụng nguyên nhiên vật liệu và năng l-ợng của công nghệ sản xuất {do sinh viên Mai Thị Thu trình bày} C. Công nghệ sản xuất axit sunfuric {do sinh viên Nguyễn Trần H-ng trình bày} D. Vấn đề môi tr-ờng của công nghệ sản xuất axit sunfuric và một số giải pháp giải quyết ô nhiễm {do sinh viên Nguyễn Thu Trang trình bày} Sau đây là nội dung chi tiết. A.ĐặC ĐIểM Và VAI TRò CủA AXIT SUNFURIC Đặc điểm: H 2 SO 4 là axit hoạt tính mạnh Chất lỏng, không màu Kết tinh ở nhiệt độ 10,45 0 C, sôi ở nhiệt độ 296,2 0 C H 2 SO 4 hòa tan SO 3 gọi là oleum (20, 25, 30,35 65% SO 3 ). Thực tế hay sản xuất oleum vì có thể tạo axit với nồng độ khác nhau Vai trò : Hầu nh- mọi ngành sản xuất hóa học trên thế giới đều trực tiếp hoặc gián tiếp sử dụng axit sunfuric. Chúng ta có thể bắt gặp axit này trong các ngành sản xuất phân bón(Supephotphat,amoniphotphat),thuốc trừ sâu,chất giặt rửa tổng hợp,tơ sợi hoá học,chất dẻo,sơn màu,phẩm nhuộc,d-ợc phẩm,chế biến dầu mỏ,v,v Có thể nói axit sunfuric của một quốc gia là một chỉ số tốt về sức mạnh công nghiệp của quốc gia đó. Vai trò quan trọng đó đ-ợc thể hiện rất cụ thể thông qua tình hình sản xuất axit sunfuric trên thế giới và trong n-ớc. Tình hình sản xuất axit Sunfuric trên thế giới: Bới những đặc tính quan trọng của axit sunfuric và nhu cầu lớn của nền sản xuất công nghiệp hóa học mà sản l-ợng axit này trên thế giới ngày càng tăng. D-ới đây là biểu đồ thể hiện sự gia tăng đó: Trong đó Mỹ đ-ợc coi là một trong những n-ớc sản xuất axit sunfuric lớn nhất trên thế giới. Đây là đồ thị về sản l-ợng axit sunfuric mà Mỹ đã sản xuất ở những thập niên tr-ớc: Theo Vn Express, hiện nay Trung Quốc cũng đ-ợc coi là n-ớc sản xuất H 2 SO 4 lớn trên thế giới. ở n-ớc này ph-ơng pháp sản xuất đi từ quặng pyrit là chủ yếu. Theo Hiệp hội axit Trung Quốc năm 2003 Trung Quốc đã v-ợt Mỹ trở thành đứng đầu thế giới về sản xuất axit sunfuric với sản l-ợng 33,7 triệu tấn. Sau đó đến năm 2004 sản l-ợng đã tăng lên 35 triệu tấn. Trong những năm 1995- 2005, tiêu thụ axit sunfuric 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 sunfuric 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 nh- hiện nay. Các n-ớc XHCN ở Châu á vẫn là thị tr-ờng chính, chiếm khoảng 23% l-ợng tiêu thụ trên thế giới, tiếp theo là Mỹ tiêu thụ khoảng 20%. Các n-ớc 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 t-ơng đ-ơng với giá trị là 10 tỉ USD. D-ới đây là : Biểu đồ tiêu thụ axit sunfuric trên thế giới trong năm 2005 Tình hình sản xuất axit sunfuric trong nước: ở Việt Nam axit sunfuric cũng đ-ợc sản xuất rất rộng rãi để phục vụ cho nền công ngiệp hóa học n-ớc nhà. Có thể kể đến 3 công ty sản xuất axit sunfuric lớn trong n-ớc (số liệu lấy từ trang web của Sở khoa học công nghệ Bến Tre), đó là: Nhà máy Supephotphat Lâm Thao Phú Thọ: sản xuất H 2 SO 4 đi từ quặng pyrit phối trộn với l-u huỳnh hóa lỏng nhập khẩu. Chỉ bằng việc thay đổi tỉ lệ phối trộn nguyên liệu kết hợp cải tiến công nghệ đốt lò, nhà máy đã biến công nghệ cũ của Liên Xô thành dây chuyền sản xuất H 2 SO 4 ch-a từng có, tận dụng nguồn nguyên liệu pyrit trong n-ớc và giảm triệt để chất thải gây ô nhiễm. Nhờ đó từ năm 1995 trở lại đây sản l-ợng axit sunfuric luôn đạt 360 tấn /ngày, bụi xỉ bay ra giảm xuống tới mức tiêu chuẩn và xỉ thải giảm từ 280 tấn xuống 80 tấn /ngày, thu hồi đ-ợc toàn bộ l-ợng axit phải thải bỏ tr-ớc đây. Tại đây H 2 SO 4 đ-ợc sản xuất theo ph-ơng pháp tiếp xúc, chất xúc tác để oxi hóa SO 2 thành SO 3 là vanađi oxit. Nhà máy Supe lân Long Thành Bến Tre hàng năm sản l-ợng H 2 SO 4 đạt khoảng 80.000 tấn /năm với nguyên liệu là quặng sulfua sắt, sản xuất theo ph-ơng pháp tiếp xúc (chất xúc tác là V 2 O 5 ). Theo báo cáo của công ty Phân bón miền Nam, mặc dù giá l-u huỳnh nguyên liệu tăng mạnh nh- ng để đáp ứng nhu cầu tăng đột biến, Nhà máy Supephotphat Long Thành thuộc Công ty vẫn đẩy mạnh sản xuất axit sunfuric ngay từ những ngày đầu năm. Tính đến 25/1/2008 nhà máy đã sản xuất gần 7000 tấn axit sunfuric, đạt trên 10% kế hoạch cả năm và tăng gấp trên 3 lần so với cùng kỳ năm 2007. Nhà máy hóa chất Tân Bình sản xuất H 2 SO 4 kĩ thuật đi từ nguyên liệu l-u huỳnh theo ph-ơng pháp tiếp xúc. H 2 SO 4 tinh khiết đ-ợc sản xuất bằng cách ch-ng cất H 2 SO 4 kĩ thuật .Ngày 12/6/2008 trang www.vinachem.com.vn đã viết: Theo báo cáo của Ban Kế hoạch - Kinh doanh Tổng Công ty Hoá chất Việt Nam (TCT HCVN), để đáp ứng đủ axit cho sản xuất phân lân và nhu cầu thị tr-ờng, từ đầu năm đến nay các đơn vị sản xuất vẫn đảm bảo tốt tiến độ sản xuất axit sunfuric trên cơ sở vận hành thiết bị cao tải, chuẩn bị đủ nguyên liệu (l-u huỳnh) cho sản xuất. Trong thời gian qua giá l-u huỳnh đã tăng cao đột biến, lên mức 700-800 USD/ tấn đã trực tiếp tác động mạnh đến giá thành sản phẩm axit, điều này làm các nhà sản xuất gặp rất nhiều khó khăn về vốn, về hạch toán sản xuất, nhất là khi axit đ-ợc sử dụng trong sản xuất phân lân, sẽ làm đội giá sản phẩm phân lân trong bối cảnh phân bón phải thực hiện bình ổn giá theo chỉ đạo chung. Ngoài ra, giá thành axit cao cũng sẽ ảnh h-ởng đến các ngành khác nh- sản xuất ắcquy 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 thực hiện đ-ợc sản l-ợng axit t-ơng đ-ơng 47% kế hoạch cả năm, tăng 20,5% so với cùng kỳ năm 2007. Trong đó trên 80% đ-ợc sử dụng trong sản xuất phân bón. L- ợng axit th-ơng 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 ph-ơng pháp: Ph-ơng pháp tiếp xúc: dùng V 2 O 5 hoặc K 2 O làm xúc tác Ph-ơng pháp tháp: dùng NO làm xúc tác, xảy ra trong tháp đệm -Ph-ơng pháp tiếp xúc cho nồng độ axit cao (98 99%), tuy nhiên chi phí cao. Trong ph-ơng pháp tiếp xúc bao gồm: ph-ơng pháp tiếp xúc đơn và tiếp xúc kép. Ngày nay trên thế giới và trong n-ớc sử dụng chủ yếu ph-ơng pháp tiếp xúc kép với xúc tác là V 2 O 5 -Ph-ơng pháp tháp: chi phí đầu t- đơn giản nh-ng nồng độ axit chỉ đạt 70 75%. Ph-ơng pháp này chỉ đ-ợc dùng trong tr-ờng hợp sản xuất hỗn hợp axit sunfuric và nitric. Dù đi từ nguồn nguyên liệu nào thì quá trình sản xuất H 2 SO 4 cũng tiến hành theo 4 giai đoạn chính: -Tạo SO 2 bằng cách đốt nhiên liệu chứa S -Tinh chế khí (làm sạch tạp chất có trong khí) -Chuyển hóa SO 2 thành SO 3 -Hấp thụ SO 3 bằng H 2 O tạo H 2 SO 4 B.Đặc điểm sử dụng nguyên nhiên vật liệu và năng lư ợng trong công nghệ sản xuất axit sunfuric. 1. Nguyên liệu: +) Nguyên liệu để sản xuất axit sunfuric rất phong phú bao gồm lư u huỳnh và các hợp chất của nó. Theo thống kê, sản lượng axit sunfuric trên thế giới được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu như sau: -Lưu huỳnh nguyên chất -Quặng pirit FeS 2 , chứa 30-50% S, lẫn nhiều tạp chất và thành phần khác. -Các nguồn chất thải chứa S ( các nguồn khí thải như H 2 S, SO 2 , axit sunfuric thải.) -Thạch cao. a) L ư u 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 trong những nguyên tố quan trọng nhất và có nhiều ứng dụng trong công nghiệp. S được sử dụng chủ yếu trong các ngành công nghiệp sản xuất axit sunfuric (chiếm khoảng 50% tổng lượng S sản xuất ra), trong nông 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 đai lửa Thái Bình Dương. Các nguồn phổ biến này là cơ sở cho tên gọi truyền 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 cũng tồn tại trong các mỏ muối dọc theo bờ biển thuộc vịnh Mêxicô và trong các evaporit ở Đông Âu và Tây á. Lưu 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 thạch cao. Các mỏ này là nền tảng 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 Athabasca đã trở thành nguồn cung cấp lớn trên thị trường với các kho dự trữ lớn dọc theo Alberta. - ở Việt Nam, để điều chế lưu huỳnh, người ta đi từ quặng S thiên nhiên chứa khoảng 15-20% S hoặc tách các hợp chất từ khí thải của các ngành công nghiệp luyện kim màu, gia công dầu mỏ, khí thiên nhiên, khí dầu mỏ. b) 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 tuyển nổi 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 lẫn pirit. Phần than cục loại bỏ này chứa tới 33-42% S và 12-18% C gọi là pirit lẫn than. ở miền bắc nước ta, mỏ than Na Dương (Lạng Sơn) than chứa nhiều S (có mẫu tới 6-8% S). Việc nghiên cứu tách được S khỏi than có ý nghĩa kinh tế kĩ thuật rất lớn vì tăng được chất lượng than, đảm bảo an toàn, đồng thời tận dụng được S. + Pirit thường: thành phần chủ yếu là 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, sanfat canxi, 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 trữ lư ợng khoáng sản hiện tại còn hơn 8 triệu tấn với hàm lư ợng 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 tấn quặng . hình sản xuất axit sunfuric trên thế giới và trong n-ớc. Tình hình sản xuất axit Sunfuric trên thế giới: Bới những đặc tính quan trọng của axit sunfuric và. axit sunfuric t-ơng đ-ơng với giá trị là 10 tỉ USD. D-ới đây là : Biểu đồ tiêu thụ axit sunfuric trên thế giới trong năm 2005 Tình hình sản xuất axit sunfuric