Nhà mỏy Axit Sulfuric (SA) sản xuất theo cụng nghệ tiờn tiến trờn thế giới hiện nay, cụng nghệ Monsanto Enviro-Chem(MEC) tiếp xỳc kộp, hấp thụ kộp, đốt lưu huỳnh để sản xuất axit sulfuric.
* Một số nột tiờn tiến trong cụng nghệ sản xuất axit sunfuric của hóng Monsanto:
- Dựng nồng độ SO2 cao hơn(~11,5%), chờnh lệch ỏp suất cao, tốc độ khớ gas cao hơn vỡ vậy kớch thước của cỏc loại thiết bị chớnh như lũ đốt lưu huỳnh, nồi hơi nhiệt thừa, thỏp chuyển húa, thỏp sấy/hấp thụ, vv... giảm xuống sẽ làm giảm diện tớch chiếm dụng và nõng cao hiệu quả sử dụng của cỏc thiết bị.
- Thỏp hấp thụ trung gian sử dụng mỏy khử mự hiệu quả cao dạng nến ES và thỏp hấp thụ cuối cựng dựng mỏy khử mự hiệu quả cao dạng nến Brownian Diffusion CE.
- Trong thỏp chuyển hoỏ sử dụng chất xỳc tỏc vanadi hiệu quả cao, trở lực thấp như là Monsanto XLP-100, XLP-120, CS-220, SCX-2000, vỡ vậy tỷ suất chuyển hoỏ SO2 đạt được 99,9% hoặc hơn nữa, và thải SO2 và mự axớt sẽ thấp hơn.
- Sử dụng chung một bơm cho cả thỏp sấy khụ và thỏp hấp thụ, như vậy cú thể giảm được đường ống thiết bị phụ.
- Sự khỏc biệt lớn nhất với cỏc cụng nghệ khỏc là HRS (Hệ thống thu hồi nhiệt), cụng nghệ này cú thể sản xuất ra nhiều hơn 0,5tấn hơi nước thấp ỏp so với cỏc cụng nghệ thụng thường khỏc tớnh trờn mỗi tấn H2SO4.
Cụng suất :Cụng suất thiết kế của nhà mỏy là 1250 tấn H2SO4 (100%) một ngày đờm (24 giờ) với sản phẩm là 98,5% H2SO4.
Nguyờn liệu: Cơ sở thiết kế tiờu chuẩn là 99,5% lưu huỳnh rắn chứa:
Độ ẩm : ≤ 2 %
Hàm lượng tro : ≤ 0,1%
Nồng độ axit (H2SO4) : ≤ 0,005%
Tạp chất hữu cơ : 0,04 đến 0,08%
Tạp chất Asen : khụng cú
Lưu huỳnh rắn được vận chuyển vào cỏc buồng nấu chảy.
Sản phẩm: Axit sản phẩm đạt 98,5% hạng thương phẩm tại nhiệt độ 400C.
2.1.1. Túm tắt quy trỡnh
Dõy chuyền cụng nghệ sản xuất axit sunfuric của nhà mỏy được biểu diễn trờn hỡnh 2.1.
Quỏ trỡnh đốt, oxy húa và hấp thụ trong quy trỡnh sản xuất axit sunfuric tỏa ra nhiệt lượng rất lớn. Lượng nhiệt dư thừa sinh ra trong mỗi bước của quy trỡnh này được thu hồi tại nồi hơi nhiệt thừa, bộ tiền gia nhiệt nước cấp nồi hơi, thiết bị quỏ nhiệt và thiết bị trao đổi nhiệt. Nhiệt được thu hồi dưới dạng hơi nước quỏ nhiệt ỏp suất trung bỡnh 3820 KPa.
Quy trỡnh này được thiết kế để chuyển húa từ sunfua dioxit thành axit sunfuric với tỉ lệ ớt nhất là 99,9% tại nhà mỏy axit cũng như tỉ lệ chuyển húa cao từ nhiệt của quỏ trỡnh đến hơi nước. Cỏc dũng thoỏt thụng thường của nhà mỏy là dũng thoỏt liờn tục từ thiết bị hoón xung liờn tục của nồi hơi, bộ tỏch nước ngưng từ đường ống lưu huỳnh cú ỏp lực và ống thải khớ.
Hỡnh 2.1. Sơ đồ dõy chuyền cụng nghệ sản xuất axit sunfuric
2.1.2. Phưong trỡnh dũng chảy chung và cỏc phản ứng
Các bớc chính trong quy trình này bao gồm việc đốt cháy lu huỳnh (S) SO2 11370C
Hơi nước bóo hũa 0,6 KPa Nguyờn liệu Mạng hơi chung Khụng khớ Axit từ V0141 H2SO4 98,5% SO3 SO2 3900C S lỏng H2SO4 98,5% Nước mềm Khụng khớ khụ bóo hũa S nguyờn tố Hơi nước Cễ NG Đ OẠ N Hể A LỎ NG LƯ U H UỲ NH Cễ NG ĐO ẠN Lề ĐỐ T S Cễ NG ĐO ẠN NỒ I H ƠI Cễ NG ĐO ẠN T IẾ P XÚ C Cễ NG ĐO ẠN HẤ P TH Ụ Cễ NG ĐO ẠN KH O AX IT Khụng khớ khụ
AXIT CẤP SANG XƯỞNG PA, DAP Dầu FO BỘ PHẬ N SẤY KH Í
trong không khí để tạo ra khí sunfua dioxit (SO2), kết hợp với oxi (O2) tạo
thành sunfua trioxit (SO3). Sau đó SO3 đợc cho tác dụng với nớc (H2O) tạo
thành dung dịch axit sunfuric (H2SO4). Các phản ứng hóa học bao gồm:
S + O2 = SO2
SO2 + O2 = SO3
SO3 + H2O = H2SO4 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Không khí ngoài môi trờng đợc lấy vào thông qua một bộ lọc không khí và đa vào một tháp sấy khô tại đó không khí đợc sấy khô bằng cách cho tiếp xúc trực tiếp với axit 98,5% tới tuần hoàn qua lớp đệm. Không khí đã đ-
ợc sấy đi qua lới khử mù MECS đợc đặt trên đỉnh tháp để loại bỏ mù axit
cuốn theo .Máy nén chính cung cấp động lực để hút không khí đi qua tháp sấy khô. Một phần nhiệt cảm ứng của axit trong tháp sấy đợc chuyển ra không khí và kết hợp với nhiệt lợng quá trình nén do máy nén sinh ra khiến nhiệt độ không khí tăng lên. Không khí ấm đi vào lò đốt lu huỳnh kiểu nằm ngang tại đó lu huỳnh đã đợc nấu chảy đợc phun vào thông qua các vòi phun ở dạng sơng mù.
Quá trình đốt cháy lu huỳnh tỏa ra nhiệt lợng rất lớn và nhiệt độ hỗn hợp khí đầu ra tăng lên.
Nhiệt độ của khí SO2 từ lò đốt lu huỳnh cao hơn mức yêu cầu tại đầu
vào của hệ thống chuyển hóa. Do đó, khí này đợc làm mát trong một nồi hơi nhiệt thừa tại đó nhiệt thừa đợc thu hồi dới dạng hơi nớc bão hòa áp suất trung bình 4230kPa g. Nhiệt độ khí sau nồi hơi đợc kiểm soát bằng một đờng
khí đi tắt. Nhiệt độ hơi nớc của nồi hơi là một hàm số của áp suất hơi nớc nồi hơi.
Khí từ nồi hơi nhiệt thừa đi qua lớp đầu tiên của hệ thống chuyển hóa tại đó
một phần khí sunfua dioxit SO2 đợc chuyển hóa thành sunfua trioxit SO3 với
sự có mặt của chất xúc tác Vanadi và xúc tác Cesi cuối của lớp.
Phản ứng chuyển hóa sinh nhiệt và nhiệt độ khí tăng khi qua lớp xúc tác. Khí này phải đợc làm lạnh để tăng hiệu suất của quá trình oxi hóa sunfua dioxit khi đi qua lớp xúc tác tiếp theo. Hỗn hợp khí sau khi qua lớp xúc tác đầu tiên tới thiết bị quá nhiệt nhiệt độ cao 1B tại đó chúng sẽ đợc làm mát bằng cách gia nhiệt cho hơi nớc quá nhiệt suất trung bình. Nhiệt độ hỗn hợp khí đầu vào tại lớp 2 đợc điều chỉnh trong phạm vi chính xác bằng cách phân chia một phần của dòng hơi nớc đi tắt xung quanh thiết bị quá nhiệt 1B. Dòng khí đã đợc làm mát sẽ đi từ thiết bị quá nhiệt 1B tới lớp xúc tác thứ 2
tại đó việc chuyển hoá thêm từ SO2 thành SO3 sẽ diễn ra với sự có mặt của
xúc tác vanadi, và kèm theo việc sinh thêm nhiệt lợng. Khí nóng rời khỏi lớp xúc tác 2 đợc làm mát để tăng hiệu suất trong bớc xúc tác tiếp theo bằng cách đa chúng qua một thiết bị trao đổi nhiệt trung gian nóng. Nhiệt độ đầu ra của khí đợc kiểm soát bằng một đờng đi tắt.
Khí đã đợc làm mát rời khỏi thiết bị trao đổi nhiệt trung gian nóng sẽ
chuyển sang lớp xúc tác thứ 3 tại đó tiếp tục chuyển hoá bổ sung từ SO2
thành SO3 sẽ diễn ra với chất xúc tác vanadi.
Khí nóng rời khỏi lớp xúc tác 3 đợc làm mát để tăng hiệu suất trong lớp xúc tác tiếp theo bằng cách đa chúng qua thiết bị trao đổi nhiệt trung gian
lạnh và thiết bị tận dụng nhiệt 3B. Nhiệt độ của khí đi ra đợc điều chỉnh nhằm ngăn chặn quá trình hình thành giọt axit trong thiết bị trao đổi nhiệt th- ờng xảy ra do hàm lợng hydrocacbon khác nhau trong lu huỳnh cấp vào.
Khí đã đợc làm mát rời khỏi thiết bị tận dụng nhiệt 3B sẽ đi tới tháp hấp thụ
trung gian.Tại tháp hấp thụ trung gian, SO3 đợc tách khỏi dòng khí bằng cách
cho khí tiếp xúc trực tiếp với axit sunfuric tuần hoàn.
Khí mát ra khỏi tháp hấp thụ trung gian chứa khí SO2 cha chuyển hoá sẽ đi
tới thiết bị trao đổi nhiệt lạnh trung gian tại đó không khí sẽ đợc đốt nóng bởi khí rời khỏi lớp xúc tác thứ 3. Dòng khí từ thiết bị trao đổi nhiệt trung gian lạnh sẽ đi tới thiết bị trao đổi nhiệt trung gian nóng tại đó dòng khí đợc cấp thêm nhiệt bằng khí đi ra từ lớp xúc tác thứ 2.
Dòng khí ra từ thiết bị trao đổi nhiệt trung gian nóng sẽ đi tới lớp xúc tác thứ
4 tại đó SO2 sẽ tiếp tục đợc chuyển hóa thành SO3. Nhiệt độ khí đi vào lớp
xúc tác thứ 4 này đợc kiểm soát bằng cách phân chia một phần khí đi tắt xung quanh thiết bị trao đổi nhiệt trung gian lạnh.
Từ lớp xúc tác chuyển hóa thứ 4, khí đợc làm lạnh trong thiết bị tận dụng nhiệt 4D.Sau đó khí sẽ đi vào lớp xúc tác chuyển hóa thứ 5 là lớp cuối cùng
để chuyển hóa nốt SO2 thành SO3. Chất xúc tác Cesi đợc sử dụng trong hai
lớp xúc tác chuyển hóa 4 và 5 nhằm đạt đợc sự chuyển hóa 99,9% theo yêu cầu.
Dòng khí đi ra khỏi lớp xúc tác thứ 5 đi vào thiết bị quá nhiệt nhiệt độ thấp (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
5A tại đó nó đợc làm mát bằng hơi nớc quá nhiệt áp suất trung bình từ nồi hơi
bằng nớc cấp nồi hơi. Nhiệt độ của khí đi ra đợc điều chỉnh nhằm tránh hình thành giọt axit trong thiết bị trao đổi nhiệt thờng do hàm lợng hydrocacbon có trong lu huỳnh cấp vào.
Khí ra khỏi thiết bị tận dụng nhiệt 5A đi vào tháp hấp thụ cuối cùng trớc khi
đợc thải vào khí quyển thông qua ống thải khí của nhà máy. Trong tháp hấp
thụ cuối ,SO3 trong dòng khí phản ứng với nớc trong axit 98.5% tuần hoàn.
Trong các tháp trung gian và hấp thụ cuối cùng, SO3 trong dòng khí phản ứng
với nớc trong axit 98,5% tuần hoàn. Nhiệt độ của axit hấp thụ tăng lên do nhiệt sinh ra trong quá trình hấp thụ và lợng nhiệt cảm ứng của dòng khí đi
vào các tháp. Axit ra khỏi tháp hấp thụ trung gian và tháp hấp thu cuối cùng
sẽ chảy trở lại bể bơm chứa axit.
Hệ thống axit có một thùng chứa bơm axit gồm một tờng tiêu năng và hai
bơm. Thiết kế này làm giảm lợng SO2 đợc đa trực tiếp qua ống thải khí của
nhà máy. Một ngăn của bể bơm chứa bơm axit tháp cuối cùng, cung cấp axit
thông qua thiết bị làm mát axit cuối cùng và tới tháp hấp thụ cuối cùng. Axit
tháp hấp thụ cuối cùng sẽ quay trở lại cùng ngăn chứa. Sản phẩm axit 98,5% đợc tách ra ngợc dòng của thiết bị làm lạnh axit cuối cùng và chảy tới thiết bị làm mát sản phẩm axit tới bể chứa của chủ đầu t. Một phần axit ra của tháp sấy đợc thêm vào ngăn chứa này để kiểm soát nồng độ axit. Lợng axit thừa của ngăn chứa này sẽ chảy bên dới tờng tiêu năng tới tháp hấp thụ trung gian /sấy khô bên cạnh thùng chứa bơm.
Bơm axit chung cung cấp axit thông qua thiết bị làm mát axit chung và thiết
điều chỉnh để kiểm soát nhiệt độ của nớc.Axit từ các tháp sấy và hấp thụ trung gian sẽ quay trở lại cùng ngăn chứa đó. Nồng độ axit trong ngăn sấy
/trung gian đợc giữ ở mức 98,5% H2SO4 bằng cách cho thêm nớc khử khoáng
vào một dòng tuần hoàn nhỏ tới bể chứa axit đợc đặt ở cuối dòng của thiết bị làm mát axit chung.
2.2. Cỏc cụng đoạn sản xuất axit sunfuric 2.2.1. Cụng đoạn húa lỏng lưu huỳnh
Chức năng của cụng đoạn này là nấu chảy lưu huỳnh rắn được cấp từ thựng cấp lưu huỳnh, lọc lưu huỳnh núng chảy để loại bỏ tạp chất (tro) và lưu trữ lưu huỳnh đó được lọc và cung cấp cho lũ đốt lưu huỳnh.
* Cỏc cõn bằng trong cụng đoạn húa lỏng lưu huỳnh
Ta cú mụ hỡnh cõn bằng khối lượng trong cụng đoạn húa lỏng lưu huỳnh được thể hiện trờn hỡnh 2.2.
Hỡnh 2.2. Cõn bằng khối lượng trong cụng đoạn húa lỏng lưu huỳnh
Đối tượng điều khiển là thựng húa lỏng S. Đõy là thiết bị trao đổi nhiệt giỏn tiếp dạng ống xoắn ruột gà, trong thựng cú cỏnh khuấy để tăng hiệu quả trao đổi nhiệt. Hơi nước đi trong ống, thực hiện trao đổi nhiệt qua thành ống
với S rắn ở ngoài. Khi nhiệt độ trong thựng đạt 140 1450C thỡ S núng chảy.
a) Cỏc thiết bị chớnh trong cụng đoạn húa lỏng lưu huỳnh
Cụng đoạn húa lỏng lưu huỳnh S nguyờn tố, rắn
Hơi nước bóo hũa
S lỏng Nước ngưng
b) Lưu trỡnh cụng nghệ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hỡnh 2.3. Bể nấu chảy lưu huỳnh V0111
Lưu huỳnh rắn từ kho S được cầu trục 1601A,B mỳc đổ vào bunke 1602a,b và xả xuống băng tải địnhlượng 1603A,Bđổ vào bể nấu chảy lưu huỳnh V0111.Lưu lượng lưu huỳnh vào nấu chảy được cõn trờn băng tải và giỏm sỏt khối lượng qua WA-1502, năng suất nấu chảy 17,06 tấn/h và được điều chỉnh thụng qua tốc độ băng tải HIC-1503.Tại bể nấu chảy lưu huỳnh được cấp nhiệt đến nhiệt độ chảy lỏng bằng hơi nước ỏp suất thấp 0,6MPa, kết hợp với sự khuấy trộn tạo bởi mỏy khuấy A0111 lưu huỳnh lỏng được chảy tràn xuống bể lưu huỳnh lẫn tạp chất V0113, từ bể V0113 lưu huỳnh
được bơm lưu huỳnh bẩn P0111 bơm lờn thiết bị lọc lưu huỳnh kiểu lọc lỏ cú hơi gia nhiệt F0111A, B.
Trước mỗi chu kỳ lọc thiết bị lọc được phủ lút bởi chất trợ lọc Diatomit nhờ bơm phủ lút lưu huỳnh P0112, sau đú tiến hành bơm lưu huỳnh bẩn vào thiết bị lọc, lưu huỳnh bẩn sau lọc được đưa trở lại bể lưu huỳnh bẩn V0113 và định kỳ được thỏo để vệ sinh.Lưu huỳnh sạch sau lọc được đưa về bể chứa lưu huỳnh sạch V0118, sau đú chảy trọng lực xuống hố lưu huỳnh sạch V0119 và được bơm cấp lưu huỳnh sạch P0114 cấp sang cụng đoạn lũ đốt lưu huỳnh. Thiết bị lọc F0111A,B thay nhau làm việc theo chu kỳ trước khi được dừng để vệ sinh định kỳ, thời gian làm việc của mỗi chu kỳ tuỳ thuộc vào chất lượng lưu huỳnh đầu vào và trở lực trong thiết bị lọc, khi tăng đến 0.4bar thỡ phải dừng để vệ sinh, sau khi vệ sinh lại tiến hành thử kớn thiết bị, nạp đầy lưu huỳnh và phủ lút lưới lọc trước mỗi chu kỳ mới.
Hệ thống cung cấp hơi cho bộ phận gồm cỏc đường hơi 0.6MPa, và hơi dựng để bảo ụn thiết bị ỏp suất 340 KPa, sau khi gia nhiệt cho thiết bị thỡ hơi ngưng sẽ được thu hồi về thựng ngưng nhanh V0115, được chứa trong thựng chứa V0116 và được bơm P0115 bơm thu hồi đưa về thiết bị khử khớ tại xưởngNhiệt điện.
c) Hệ thống đo lường, cảnh bỏo và khúa liờn động
Cỏc thiết bị chớnh để điều khiển nhiệt độ, lưu lượng và mức lưu huỳnh trong cụng đoạn húa lỏng lưu huỳnh được thể hiện trong bảng 2.1.
Bảng 2.1. Cỏc thiết bị điều khiển chớnh trong cụng đoạn húa lỏng lưu huỳnh HC-1503 Tốc độ băng truyền lưu huỳnh Đầu vào vận hành
LIC-1516 Mức hố lưu huỳnh sạch 1.600mm LIC-1537 Mức bể lưu huỳnh bẩn
LIC-1540 Mức bể lưu huỳnh phủ lút
PIC-1362 Bộ cấp nhiệt khu vực lưu huỳnh/ỏp suất hơi nước ỏo hơi
340 KPa
PIC-364 Áp suất hơi nước bể nấu lưu huỳnh 600 KPa TIC-1363 Nhiệt độ hơi nước bể nấu lưu huỳnh 1650C
Ngoài ra, hệ thống cũn cú cỏc thiết bị đo và cảnh bỏo cựng với giỏ trị điểm đặt của chỳng được liệt kờ trong bảng 2.2.
Bảng 2.2. Cỏc thiết bị đo và cảnh bỏo chớnh của cụng đoạn húa lỏng lưu huỳnh
Tờn Mụ tả Rất cao Cao Thấp Rất thấp
FI-1502 Dũng băng
chuyền lưu huỳnh
HS-1503B Cụng tắc dừng và cảnh bỏo băng tải lưu huỳnh
HS-1054 Cụng tắc và cảnh bỏo chế độ đi tắt bể nấu lưu huỳnh nhiệt độ rất thấp
HS-1510A/B Cụng tắc dừng bơm lưu huỳnh sạch HS-1538A/B Cụng tắc dừng bơm lưu huỳnh bẩn
II-1505 Dũng mụtơ mỏy khuấy trộn lưu huỳnh bẩn II-1510A/B Dũng motor bơm lưu huỳnh sạch
II-1538A/B Dũng motor bơm lưu huỳnh bẩn
II-1539 Dũng motor mỏy trộn bể lưu huỳnh bẩn II-1542 Dũng bơm lưu huỳnh phủ lút
II-1543 Dũng mỏy trộng bể phủ lút
lưu huỳnh mm (95%) mm (90%) mm (16%) (5%) LIA-1506 Mức bể nấu lưu huỳnh 3.300 mm 3.200 mm LIC-1516 Mức hố lưu huỳnh sạch