Lớp xúc tác
Để bảo vệ cho lớp xúc tác khỏi bị sắt làm ảnh hưởng, mỗi lớp xúc tác đều có một lớp thạch anh cỡ 25 x 25 dày 50mm lót dưới và phủ trên.
Để tránh tình trạng sục xúc tác, ở xung quanh thùng tháp ta đổ cao gờ lên 60mm, rộng 100mm. Nạp xúc tác trong lớp nào dùng gạch chịu lửa xây kín cửa và hàng một nắp sắt ở cửa nạp xúc tác.
Nguyên tắc vận hành: Điều chỉnh tháp chuyển hóa:
Hai van đẩy và hút của quạt K201 dùng để điều chỉnh tải hệ thống. G1, G2 dùng để điều chỉnh nhiệt và thiết bị lọc khí nóng J202.
Các van A4, A8 dùng để điều chỉnh khí qua thiết bị hâm nóng khơng khí E204 vào lị đốt.
Các van A5, A6, A7 dùng để pha khí và sau các lớp xúc tác I, II, III với mục đích làm nguội sau các lớp xúc tác, các van này có bố trí hệ thống điều khiển bằng khí nén.
Chạy và dừng tháp chuyển hóa:
* Tháp khi bắt đầu làm việc:
Trước hết, sấy tháp và làm nóng đến nhiệt độ làm việc theo bảng chỉ dẫn và nung xúc tác riêng.
Khi nhiệt độ xúc tác đạt 4200C và lớp IV lớn hơn 2080C thì mới đưa khí SO2
vào tháp.
Ban đầu nồng độ đưa vào là 9% S, ta duy trì hệ thống khởi động và tăng dần nồng độ SO2 đạt 7% thể tích thì dừng hệ thống khởi động.
* Dừng tháp chuyển hóa:
Dừng ngắn hạn: Trước khi dừng phải đưa nhiệt độ tháp tiếp xúc lên mức độ cao nhất cho phép, đóng tồn bộ van lạnh, dừng quạt K201.
Dừng dài hạn (>10h): Khi dừng phải thổi vào tháp tiếp xúc khơng khí khơ và khơng đưa lưu huỳnh vào lị đốt, dùng dầu hâm nóng khơng khí lên 420 – 4300C rồi thổi vào tháp. Khi nồng độ SO2 ra ngồi cịn 0.03% thể tích thì lúc đó mới được làm nguội xúc tác.
2.3.3.5. Thiết bị trao đổi nhiệt E - 204
Thực chất là bình trao đổi nhiệt bên ngồi của tháp chuyển hóa, có chức năng làm nguội hổn hợp khí SO2 và SO3, đồng thời hâm nóng khơng khí khơ có lưu
lượng 13650 Nm3/h, nhiệt độ 430C lên 2000C tạo điều kiện tốt cho việc đốt S ở lị F201.
Thiết bị có hình trụ đặt đứng, vỏ thép, đường kính 1880mm, gồm 499 ống Ø48.3 x 2.8mm, bề mặt truyền nhiệt F = 300m2.
Hình 2.3. Thiết bị trao đổi nhiệt E - 204
2.3.3.6. Thiết bị làm nguội SO3 bằng nước E - 205
Thiết bị có hình trụ đặt đứng, vỏ thép, có kích thước H = 6655mm, ngang 2404mm, rộng 886mm. Trong có 60 ống thép kép φ51 – 5, ống lồng ống có cánh tản nhiệt bằng gang với tổng chiều dài ống thép là 5017mm. Ngồi cùng bọc lớp len thủy tinh dày 100mm, có bọc nhơm lá bảo vệ ở trên che mưa. Khi đi bên ngoài ống, nước mềm đi trong ống tản nhiệt.
Bảng 1.4. Nhiệt độ khí SO3 và nước mềm trong ống tản nhiệt
2.3.3.7. Tháp hấp thụ C – 202
SO3 sẽ hấp thụ nước trong axit sunfuric H2SO4 98.3% để tạo ra sản phẩm. Q trình hấp thụ xảy ra ngược chiều, khí SO3 đi từ dưới lên, axit được tưới từ trên xuống.
Hình 2.3. Tháp hấp thụ C - 202
Tháp hình trụ, vỏ thép CT3, dày 10mm, đường kính ngồi 3600mm, đường kính trong 3045mm, cao 9238mm. Bên trong xây lót hai lớp gạch chịu lửa axit và chứa các vịng đệm sứ raching. Tháp có hai lớp đệm:
Lớp đệm chính nằm ở phần giữa thân tháp được bố trí như sau (từ dưới lên):
- Xếp một hàng vòng đệm φ200, H = 100, gồm 130 vòng.
- Xếp một hàng vòng đệm φ150, H = 100, gồm 292 vòng.
- Xếp một hàng vòng đệm φ100, H = 100, gồm 650 vòng.
Đổ lộn xộn các φ80, lớp đệm phụ dùng để tách tia bắn axit đi theo khí ra đỉnh tháp, gồm một lớp đệm đổ lộn xộn 35 x 35 x 4mm.
Trên nó là một lớp đệm đổ lộn xộn 25 x 25 x 3mm với tổng chiều cao 780mm. Giữa hai lớp đệm là mâm phân phối axit bằng gang để phân phối chảy tràng tưới đều axit lên toàn tiết diện ngang của tháp.
Chạy bộ phận sau hấp thụ:
Khi bắt đầu chạy xưởng phải cho tháp sấy và tháp hấp thụ chạy trước, sau đó mới cho máy nén khí và các bộ phận khác chạy.
Nếu dừng xưởng trên 1 giờ thì phải cho tháp sấy và tháp hấp thụ chạy trước 20 phút.
Cho các tháp chảy axit tuần hoàn từ thùng chứa qua dàn lạnh vào tháp rồi chảy về thùng chứa, khi toàn bộ hệ thống đã chạy và đã sinh ra khí SO3 thì mới trao đổi nhiệt giữa hai tháp.
Báo cáo trưởng ca bộ phận sấy – hấp thụ đã chạy ổn định, sẵn sàng tiếp nhận khí từ máy.
Chỉ được dừng khi đã dừng máy nén.
Trước khi dừng phải đưa axit về dưới mức thấp nhất để tránh axit có thể tràn qua thùng chứa tuần hồn.
Khi thấy có xu hướng tràn thùng thì chạy bơm chuyển axit vào thùng axit thương phẩm hoặc thùng trộn axit.
Sau khi dừng thì đóng van trao đổi axit giữa các tháp đồng thời đóng van nước bổ sung vào thùng chứa axit hấp thụ.
Đặc tính kỹ thuật:
- Áp suất làm việc: 130mmH2O.
- Nhiệt độ làm việc: 1800C.
- Lượng tưới: 155 m3/h.
2.3.3.8. Thiết bị lọc khí nóng J - 202
Khí SO2 ra khỏi nồi hơi có nhiệt độ khoảng 4200C cịn mang theo một ít bụi cát hoặc lưu huỳnh thăng hoa, những chất này làm giảm tuổi thọ chất xúc tác nên phải lọc sạch nó ở thiết bị J202.
Có dạng hình trụ đặt đứng, đường kính 4300mm, cao 2435mm, vỏ dày 10mm, bên trong đặt một lớp ghi gang có các cột chống ghi bằng gang, trên lớp ghi đặt ba lớp thạch anh.
Cỡ hạt: 12 – 25mm lớp trên cùng dày 50mm. 3 – 10mm lớp giữa dày 305mm 12 – 25mm lớp dưới dày 100mm
Ngoài vỏ bọc một lớp len thủy tinh Benrok dày 100mm và 1 lớp nhôm lá che mưa. Mỗi năm phải có một lần tháo lớp thạch anh ra, sàng sạch bụi xong lại đổ vào như lúc ban đầu.
2.3.3.9. Thùng tuần hồn axit
Thùng tuần hồn axit monohydrat: Hình trụ, đặt đứng, vỏ thép, đường kính ngồi 4000mm, trong xây lót một lớp gạch chịu axit, đường kính trong 3780mm, cao 2770mm. Trên nóc thùng đặt một máy bơm chìm G205, cơng suất 36Hp, số vịng quay n = 1450 vịng/phút, cơng suất Q = 155 m3/h.
Thùng tuần hoàn axit sấy T204: Hình trụ, đặt đứng, vỏ thép, đường kính ngồi 3350mm, trong xây lót một lớp gạch chịu axit, đường kính trong 3130mm, cao 2770mm.
Trên nốc thùng đặt một máy bơm chìm G207, cơng suất 20Hp, số vịng quay n = 1460 vịng/phút, cơng suất Q = 97m3/h.
2.3.3.10. Các dàn làm lạnh axit
Q trình hút ẩm trong khơng khí sấy tỏa nhiệt lớn, đó là do nhiệt hydrat hóa làm nóng axit từ 40 – 450C.
Q trình hấp thụ khí SO3 bằng axit với nồng độ là 98,3% H2SO4 tỏa nhiệt càng lớn do phản ứng tỏa nhiệt giữa SO3 và H2O làm nóng axit từ nhiệt độ 50 – 700C.
Khi trộn axit 94% H2SO4 với nước thì tỏa nhiệt ra rất mạnh là do nhiệt trộn, làm nóng axit từ 40 – 1100C. Tất cả các loại axit nóng này phải được làm lạnh trở lại nhiệt độ ban đầu.
Axit sấy được bơm qua dàn làm lạnh để hạ nhiệt độ xuống 400C, rồi được đưa lên tưới tuần hồn cho tháp sấy C203.
Hình 2.3. Dàn làm lạnh axit
Các dàn làm lạnh axit sấy E207, axit hấp thụ E206 lúc bình thường làm việc theo phương pháp nối tiếp, nhưng khi có sự cố cần thay ống gang làm lạnh ta có thể chuyển sang phương pháp làm việc song song, tức là các dàn làm việc độc lập với nhau.
Dàn nào cần thay ống gang làm lạnh thì chỉ cần khóa van axit vào và ra khỏi dàn, song mở van tháo axit chảy vào bơm tháo axit G206, bơm trở về thùng T203 hay T204.
Dàn làm lạnh axit sấy T206: Gồm 3 dàn, mỗi dàn có 14 ống dài 15m, gồm 126 ống ngang φ150mm, dài 5000mm có bề mặt truyền nhiệt F = 300m2.
Dàn làm lạnh axit sấy E207: Gồm 2 dàn, mỗi dàn có 10 hàng ống, mỗi dàn dài 15m, gồm 60 ống gang φ150mm, dài 5000mm nối liền nhau, diện tích truyền nhiệt F = 141m2.
Dàn làm lạnh axit thành phẩm E208: Gồm 60 ống gang φ150 x 2500mm ghép thành 10 hàng ống. Bề mặt truyền nhiệt F = 70m2.2.2.2. Dây chuyền công nghệ sản xuất xưởng axit số 2.
2.4. Công nghệ sản xuất axit sunfuric 2
2.4.1. Sơ đồ khối quy trình cơng nghệ xưởng axit số 2
Hình 2.3. Sơ đồ khối công nghệ sản xuất xưởng axit số 2
2.4.2. Dây chuyền cơng nghệ và thuyết minh quy trình
Lưu huỳnh rắn từ kho chứa được băng tải có năng suất 5 – 6 tấn/h, tốc độ băng tải 0.47m/s chuyển đến lò nấu chảy.
Tại đây người ta sử dụng tác nhân gia nhiệt là hơi nước có áp suất 6kg/cm2, đi trong ống xoắn ruột gà nấu chảy lưu huỳnh rắn thành lưu huỳnh lỏng, nhiệt độ lưu huỳnh lỏng sau đó được dẫn qua bể lắng là 1340C, tại bể chứa lưu huỳnh sạch là 1400C.
Hình 2.3. Sơ đồ cơng nghệ sản xuất axit xưởng số 2
Lưu huỳnh sạch được bơm ly tâm J-1001A/B bơm vào lò đốt D-1001 với lưu lượng 0,683 Nm3/h, áp suất 3760 mmH2O.
Dịng khí này đóng vai trị là tác nhân oxy hóa đồng thời tạo áp suất dương để hệ thống làm việc
Khác với dây chuyền 1, tác nhân sấy khơng khí ở đây là axit sunfuric 98,3% được tưới vào giữa tháp qua đĩa phân phối lỏng thấm ướt bề mặt đệm.
Axit Sunfuric 98,3% có áp suất hơi nước cân bằng trên bề mặt rất thấp nên hấp thụ gần như hồn tồn ẩm trong khơng khí.
Axit sau khi hấp thụ ẩm có nồng độ tưới 98,3% được nhập chung với dịng axit sau khi hấp thụ khí SO3 rồi quay về bồn chứa axit thành phẩm.
Khơng khí sau sấy khơ được đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt E-1001 làm nóng lên đến 2300C rồi đưa vào lị đốt bằng 2 dịng, dóng 1 đi vào ở đỉnh của cửa lò và dòng 2 cùng với lưu huỳnh được becphun phun vào lò đốt. Tác dụng của dòng 2 là tạo áp lực để tán sương lưu huỳnh lỏng.
Các hạt lưu huỳnh lỏng rất mịn ở nhiệt độ cao sẽ nhanh chóng hóa hơi và phản ứng với oxy tạo khí SO2.
Nhiệt độ trong lị đốt được giữ rất cao (khỗng 9000C) để hơi lưu huỳnh tồn tại chủ yếu ở dạng S2 tránh các dạng mạch xoắn S4, S6, S8 làm quá trình đốt lưu huỳnh khơng triệt để.
Lưu huỳnh hóa hơi càng nhanh quá trình đốt càng triệt để. Phản ứng xảy ra trong lị đốt như sau:
2S (lỏng) → S2 (hơi) ½ S2 (hơi) + O2 → SO2 + Q
Hổn hợp khí ra khỏi lị đốt có nhiệt độ khoảng 10500C với nồng độ khí SO2 từ 10-11% thể tích, để tận dụng nhiệt người ta sử dụng một phần hổn hợp khí làm tác nhân gia nhiệt trong nồi hơi D-1002.
Ở đây dịng khí trao đổi nhiệt với nước làm nước bốc hơi thành hơi nước bảo hòa áp suất P ≈ 7 kg/cm2, nhiệt độ 2000C được dẫn về bộ phận hóa lỏng lưu huỳnh. Phần khí khơng qua nồi hơi được sử dụng để điều chỉnh nhiệt độ của dịng khí ra khỏi nồi hơi lên khỗng 4200C.
Hỗn hợp khí trên đường đi có thể cuốn theo bụi cơ học và cịn một ít lưu huỳnh thăng hoa, những chất bẩn này có thể gây đầu độc xúc tác, do đó trước khi đưa vào tháp tiếp xúc dịng khí được đưa qua thiết bị lọc khí nóng P-1001 để lọc bụi rồi mới đưa vào tháp tiếp xúc H – 1001 thực hiện q trình oxy hóa khí SO2 thành SO3.
Tháp tiếp xúc H – 1001 sử dụng chất xúc tác vanadi oxyt V2O5 có kích thước φ10 x 10 với bốn lớp có chiều cao khác nhau.
Lưu lượng khí SO2 vào tháp khoảng 15888 Nm3/h, nồng độ 10 – 11% thể tích và nhiệt độ là 4200C. Do phản ứng oxy hóa tỏa nhiệt nên sau khi qua mỗi lớp xúc tác, nhiệt độ khí lại tăng lên.
Để đảm bảo phản ứng xảy ra ở nhiệt độ gần với nhiệt độ tối ưu đồng thời giữ cho xúc tác dưới nhiệt độ nóng chảy (6200C), dịng khí sau khi đi qua mỗi lớp xúc tác được đưa qua các thiết bị trao đổi nhiệt để hạ nhiệt độ. Cụ thể từng lớp như sau:
Bảng 1.5. Nhiệt độ qua mỗi lớp xúc tác
Lớp xúc tác
1 2
3
Mức độ chuyển hóa qua mỗi lớp xúc tác cụ thể như sau: