Dự án sử dụng công nghệ nhiệt phản ứng trong lò Mannheim để sản xuất Kali sunfat. Quá trình phản ứng trong lò Mannheim tạo ra sản phẩm chính là K2SO4 (SOP) và sản phẩm phụ là khí HCl (được hấp thụ để tạo dung dịch axit HCl).
Quy trình Mannheim là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất để sản xuất Kali Sulfate do tính đơn giản, năng suất cao và nhiều cách mà sản phẩm phụ có thể được sử dụng.
Giai đoạn 1: KCl + H2SO4 → KHSO4 + HCl Giai đoạn 2: KCl + KHSO4 → K2SO4 + HCl
Ở giai đoạn đầu, phản ứng là tỏa nhiệt và xảy ra ở nhiệt độ tương đối thấp. Giai đoạn tiếp theo phản ứng thu nhiệt và xảy ra ở nhiệt độ cao hơn.
Sơ đồ công nghệ sản xuất kèm dòng thải được thể hiện trong hình sau:
48
Hình 6. Sơ đồ công nghệ sản xuất SOP kèm dòng thải
Thuyết minh công nghệ:
Dự án sử dụng 02 lò Mannheim, mỗi lò công suất 10.000 tấn/năm.
Công nghệ sản xuất Kali sunfat bao gồm các công đoạn sau:
- Công đoạn cung cấp nguyên liệu thô, - Công đoạn đốt cháy
- Công đoạn phản ứng - Công đoạn xử lý sản phẩm - Công đoạn thu hồi HCl
49 Công đoạn cung cấp nguyên liệu
Kali clorua nguyên liệu thô được nhân công dỡ bao và đưa vào hố kali clorua, nguyên liệu thô từ vít xoắn ruột gà bên dưới được đưa đến gầu tải, sau đó được băng chuyền đưa đến các kho chứa tạm thời nguyên liệu kali clorua cấp cao. Hai lò phản ứng dùng chung một hệ thống cấp liệu.
Axit sulfuric thô được vận chuyển từ bể chứa axit sunfuric đến bể trung gian axit sunfuric bằng bơm chuyển axit sunfuric, sau đó được vận chuyển đến bể chứa axit sunfuric cao cấp bằng bơm bể trung gian axit sunfuric để duy trì mức chất lỏng không đổi trong bể cấp cao. Axit dư chảy ngược về bể trung gian axit sunfuric qua cổng tràn qua ống hồi. Bể chứa axit sunfuric cao cấp cứ ba bộ lò phản ứng dùng chung một bể chứa axit sunfuric cao cấp.
Công đoạn đốt khí tự nhiên
Khí tự nhiên (gas) được lấy từ trạm xăng, đưa về kho chứa gas của Công ty rồi qua hệ thống đo lường và đưa đến đầu đốt để trộn với không khí để đốt.
Không khí được quạt hút hút vào từ khí quyển qua ống cấp khí (một phần khí lạnh được đưa đến động cơ chính để làm mát không khí), trao đổi nhiệt với khí thải trong thiết bị hâm nóng, sau đó được đưa đến động cơ chính vào buồng đốt.
Khí thải được đưa từ buồng đốt qua buồng khói và được hâm nóng trở lại ống khói bằng quạt hút cảm ứng rồi thải vào khí quyển.
Công đoạn phản ứng
Kali clorua được đưa vào lò từ phần trên của lò phản ứng thông qua bộ cấp liệu trục vít từ silo trên cao và rơi từ bộ phân phối kali clorua trong lò phản ứng đến giữa giường lò; axit sulfuric đậm đặc liên tục được thêm vào lò phản ứng từ bể cao vị theo lưu lượng quy định, bộ phân phối axit sunfuric vào giữa lò. Nguyên liệu thô của kali clorua và axit sunfuric đậm đặc được khuấy và trộn liên tục bằng máy khuấy trong lò, sau đó phản ứng trong lò. Nhiệt lượng cần thiết thu được bằng cách đốt nóng gián tiếp khí đốt và nhiệt độ phản ứng khoảng 520°C. Sau khi vật liệu phản ứng hoàn toàn sẽ chuyển hóa thành kali sunfat và hydro clorua. Sau khi phản ứng kết thúc, kali sunfat liên tục được di chuyển ra khỏi buồng phản ứng qua cổng xả của lò phản ứng và đi vào các máy đẩy trái và phải. Trong các máy đẩy, kali sunfat được làm lạnh và tiếp tục được nghiền nát và đẩy bởi băng tải trục vít kín khí đến quá trình chế biến sản phẩm.
Khí hydro clorua sinh ra trong phản ứng được dẫn đến quá trình axit clohydric.
Silo trên cao kali clorua được trang bị động cơ rung để ngăn nguyên liệu kali clorua lơ lửng trong không khí. Hướng dẫn vận hành động cơ rung được kết nối với hệ thống DCS. Thiết lập cột khởi động/dừng vận hành tại nơi sản xuất.
Công đoạn xử lý sản phẩm
Kali sunfat thoát ra từ băng tải trục vít kín khí đi qua băng tải, gầu nâng và sàng rung (sàng lọc lần đầu). Vật liệu dưới màn chắn trực tiếp đi vào kho kali sunfat. Vật liệu thô (có thể chứa vật liệu mịn) đi qua sàng rung (sàng lọc lần thứ hai), vật liệu từ sàng đi vào kho kali sunfat, vật liệu thô đi qua máy tách sắt tự động để loại bỏ sắt rồi đi vào máy nghiền để nghiền, và vật liệu đã nghiền quay trở lại gầu nâng. Vì vật liệu
50
có chứa một lượng nhỏ axit sulfuric nên cần phải trung hòa bằng vôi bột. Vôi bột được thêm vào trong quá trình vận chuyển sản phẩm thông qua bộ cấp liệu trục vít (điều khiển chuyển đổi tần số). Bụi trong quá trình xử lý được xử lý bằng thiết bị lọc bụi dạng túi. 02 bộ lò phản ứng chung một hệ thống xử lý sản phẩm.
Khóa liên động được thiết lập cho quá trình xử lý sản phẩm: khi thiết bị đầu cuối chuyển sang trạng thái dừng, thiết bị dòng đầu cuối sẽ dừng.
Vôi bột có thể được nạp theo số lượng (tốc độ nạp) bằng hệ thống điều khiển ngẫu nhiên của máy cấp liệu trục vít bột đá.
Công đoạn axit clohydric
Mỗi bộ lò cho tháp phim rơi và tháp rửa trước tháp phim rơi độc lập, hai bộ lò cho tháp rửa khí thải sau tháp phim rơi được tích hợp thành một.
Khí hydro clorua được tạo ra trong mỗi bộ phản ứng trước tiên đi qua bể lắng đệm và sau đó đi vào bộ làm mát than chì để làm mát bằng nước tuần hoàn (nhiệt độ hydro clorua ở đầu ra của bộ làm mát than chì giảm xuống dưới 50°C). Để ngăn chặn bộ làm mát than chì bị tắc do bụi, quá trình tẩy rửa được thiết lập, chất lỏng axit ở đầu ra của bơm axit của bộ làm mát chất lỏng tuần hoàn của tháp rửa axit sulfuric đầu tiên được đưa qua kính quan sát. Sau khi tẩy, chất lỏng axit và khí hydro clorua đi vào tháp rửa axit sulfuric đầu tiên.
Khí hydro clorua được làm mát lần lượt đi vào máy lọc axit sulfuric thứ nhất và máy lọc axit sulfuric thứ hai. Trong hai tháp lọc axit sunfuric nối tiếp này, hơi axit sunfuric và các hạt vật chất trong khí được rửa sạch. (Tháp rửa axit sulfuric đầu tiên được trang bị bộ làm mát để làm mát chất lỏng hấp thụ tuần hoàn). Khí hydro clorua trong tháp rửa chảy từ dưới lên trên. Chất lỏng hấp thụ được tuần hoàn và rửa sạch từ trên xuống dưới. Chất lỏng hấp thụ của tháp rửa axit sulfuric thứ nhất được kiểm soát ở một mức nhất định, được đo và chuyển liên tục sang bể trung gian. Chất lỏng hấp thụ được bổ sung bởi tháp rửa axit sulfuric thứ nhất đến từ tháp rửa axit sulfuric thứ hai (hai tòa tháp). Kết nối loạt pha lỏng, chất lỏng hấp thụ được bổ sung bởi tháp rửa axit sulfuric thứ hai cần được đo và đưa vào từ bể chứa axit clohydric cao cấp.
Khí hydro clorua sau khi rửa hai giai đoạn đi qua thiết bị khử khí (đưa các giọt axit bị mắc kẹt trở lại tháp rửa axit sulfuric thứ hai bằng cách sử dụng chênh lệch vị trí) và sau đó đi vào tháp hấp thụ màng rơi giai đoạn đầu (song song ba đơn vị) để hoàn thành quá trình hấp thụ màng rơi đầu tiên. Axit clohydric đậm đặc được kiểm soát và được đưa đến bể trung gian axit. Khí hydro clorua không được hấp thụ đi vào tháp hấp thụ màng rơi thứ cấp (hai khối kết nối song song). Chất lỏng hấp thụ màng rơi cấp một được lấy từ bể chứa axit clohydric cao cấp.
Khí hydro clorua không được hấp thụ trải qua quá trình truyền khối trong chất lỏng hấp thụ được lấy từ tháp hấp thụ màng rơi thứ cấp và thiết bị tách khí-lỏng tương ứng với mỗi tháp hấp thụ màng rơi (thiết bị còn có chức năng khử bọt) để hoàn thành quá trình hấp thụ màng rơi thứ hai. Axit clohydric được tạo ra được gửi đến tháp thu hồi khí đuôi đầu tiên bằng cách chênh lệch vị trí. Khí hydro clorua không được hấp thụ còn lại đi vào thiết bị tách khí-lỏng, tiếp xúc ngược dòng với axit clohydric loãng được đi vào thiết bị để tái hấp thụ hoàn toàn, sau đó đi vào hệ thống thu hồi khí đuôi thông
51
qua quạt hydro clorua. Axit clohydric loãng được thêm vào thiết bị tách khí-lỏng được lấy từ bể chứa axit clohydric cao cấp. Axit clohydric trong bể chứa axit clohydric cao cấp được lấy từ tháp thu hồi khí đuôi thứ nhất, một phần được sử dụng trong máy lọc axit sunfuric thứ hai, một phần được sử dụng trong quá trình hấp thụ màng rơi cấp một và một phần được sử dụng trong quá trình hấp thụ màng rơi cấp 2. Axit clohydric dư trong bể tràn trở lại khí đuôi thứ nhất quay trở lại thu hồi.
Hai lò thu hồi khí thải dùng chung một hệ thống. Hai bộ khí thải lò được đưa đến tháp đầu tiên của hệ thống thu hồi khí thải thông qua quạt hydro clorua (mỗi bộ một bộ), khí thải được tuần hoàn từ dưới lên trên trong tháp, còn chất lỏng hấp thụ được tuần hoàn và rửa sạch từ trên xuống dưới. Chất lỏng hấp thụ một phần được tuần hoàn và một phần được đưa đến tháp rửa axit sunfuric thứ nhất và bể chứa axit clohydric cao cấp. (Tháp thu hồi khí đuôi thứ nhất được trang bị bộ làm mát để làm mát chất lỏng hấp thụ tuần hoàn). Khí đuôi trên đỉnh tháp được đưa đến quạt khí đuôi, sau đó được đưa đến tháp thu hồi khí đuôi thứ hai, tháp thứ ba tháp thu hồi khí đuôi và tháp thu hồi khí đuôi thứ 4. Ống khói thông vào khí quyển. Một thiết bị khử khí được lắp đặt ở đầu ra của tháp thu hồi khí đuôi thứ tư để loại bỏ bọt lỏng bị cuốn vào pha khí và bọt lỏng quay trở lại tháp thu hồi khí đuôi thứ tư. Chất lỏng hấp thụ của tháp thu hồi khí đuôi thứ tư đến từ tháp rửa đóng gói đầu tiên của hệ thống sẹo, và pha lỏng của mỗi tháp thu hồi khí đuôi được kết nối nối tiếp từng bước. Tháp thu hồi khí đuôi thứ tư được trang bị máy đo mức chất lỏng và mức chất lỏng được khóa liên động với van chất lỏng bổ sung.
1.4.2. Sản phẩm của dự án
Sản phẩm chính: Kali sunfat (K2SO4).
Sản phẩm phụ: HCl.
Chất lượng SOP được thể hiện ở bảng sau:
Bảng 1-9. Tiêu chuẩn chất lượng của Kali Sunfat
Kali sunfat
Chỉ tiêu Tiêu chuẩn
K2O/% ≥50
GB20406--2006
Cl-/% ≤1.0
H2SO4/% ≤0.5
H2O/% ≤1.0
Chất lượng HCl:
a. HCl-A (HCl loại A) Tiêu chuẩn
HCl ≧ 30%
Sắt (Fe): ≦ 0.01 % Axít Sunfuric (H2SO4 ) ≦ 500ppm Dư lượng đốt cháy 0/15%wt b. HCl-B (HCl loại B)
52 Tiêu chuẩn