DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC SỐ
3.1. THUYẾT MINH QUY TRÌNH
Lưu huỳnh rắn từ kho chứa được băng tải có năng suất 5 – 6 tấn/giờ, tốc độ băng tải 0,47 m/s chuyển đến lò nấu chảy. Tại đây người ta sử dụng tác nhân gia nhiệt là hơi nước có áp suất 6 kg/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 134oC, tại bể chứa lưu huỳnh sạch là 140oC.
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 mm H2O. Dòng khí này đóng vai trò là tác nhân oxy hóa đồng thời tạo áp suất dương để hệ thống làm việc.
Khác với dây chuyền 1, tác nhân sấy KK ở đây là axit sunfuric 98,3% được tưới vào giữa tháp qua đĩa phân phối lỏng thấm ướt đều bề mặt đệm. Axit sunfuric 98,3% có áp suất hơi nước cân bằng trên bề mặt rất thấp nên hấp thụ gần như hoàn toàn ẩm trong KK.
Axit sau khi hấp thụ ẩm có nồng độ tưới 98,3% được nhập chung với dòng axit sau khi hấp thụ khí SO3 rồi quay về bồn chứa axit thành phẩm.
KK sau sấy khô được đưa qua TB trao đổi nhiệt E – 1001 làm nóng lên đến 230oC rồi đưa vào lò đốt bằng 2 dòng, dòng 1 đi vào ở đỉnh của cửa lò và dòng 2 cùng với lưu huỳnh được bécphun 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 lò đốt được giữ rất cao (khoảng 900oC) 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 không triệt để. Lưu huỳnh hóa hơi càng nhanh quá trình đốt càng triệt để. Phản ứng xảy ra trong lò đốt như sau:
2S (lỏng) → S2 (hơi)
HH khí ra khỏi lò đốt có nhiệt độ khoảng 1050oC với nồng độ khí SO2
từ 10 – 11% thể tích, để tận dụng nhiệt người ta sử dụng một phần HH khí làm tác nhân gia nhiệt trong nồi hơi D – 1002. Ở đây dòng khí trao đổi nhiệt với nước làm nước bốc hơi thành hơi nước bão hòa áp suất P ≈ 7 kg/cm2, nhiệt độ 200oC được dẫn về bộ phận hóa lỏng lưu huỳnh. Phần khí không qua nồi hơi được sử dụng để điều chỉnh nhiệt độ của dòng khí ra khỏi nồi hơi lên khoảng 420oC.
HH khí trên đường đi có thể cuốn theo bụi cơ học và còn 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 dòng khí được đưa qua TB lọc khí nóng P – 1001 để lọc bụi rồi mới đưa vào tháp tiếp xúc H – 1001 thực hiện quá trình oxy hóa khí SO2 thành SO3.
Tháp tiếp xúc H – 1001 sử dụng chất xúc tác Vanadi oxit V2O5 có kích thước φ10 x 10 với 4 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 420oC. 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 (620oC), dòng khí sau khi đi qua mỗi lớp xúc tác được đưa qua các TB trao đổi nhiệt để hạ nhiệt độ. Cụ thể từng lớp như sau:
Bảng 3.1. Nhiệt độ khí vào và ra ở các lớp xúc tác và ở TB trao đổi nhiệt
Lớp xúc tác Nhiệt độ khí (oC) TB trao đổi nhiệt Nhiệt độ khí (oC) Vào Ra Vào Ra 1 420 601 E – 1001 601 440 2 440 513 E – 1002 513 430 3 430 454 E – 1003 454 248 E – 1004 248 180
Bảng 3.2. Mức tiếp xúc đạt được qua các lớp xúc tác.
Sau khi ra khỏi lớp 3, HH khí SO3 được dẫn qua TB trao đổi nhiệt E – 1003, E – 1004 hạ nhiệt độ xuống còn 180oC rồi đưa qua tháp hấp thụ F – 1002 để hấp thụ lần 1. Tác nhân hấp thụ là axit sunfuric 98,3% với lưu lượng khoảng 75 m3/h lấy từ thùng chứa axit tuần hoàn G – 1005 và được bơm J – 1002B bơm qua TB làm lạnh bằng nước E – 1006A rồi vào tháp. Hiệu suất hấp thụ là 99,9%. Dung dịch axit sau hấp thụ được đưa về thùng chứa axit tuần hoàn G – 1005.
HH khí chưa hấp thụ được đưa về TB làm lạnh E – 1005 làm nguội xuống còn 180oC rồi đưa qua tháp hấp thụ F – 1003 hấp thụ lần II. Tác nhân hấp thụ khí SO3 lần II cũng là axit sunfuric 98,3% được đưa vào tháp bằng bơm J – 1002C. Trước khi vào tháp hấp thụ, axit được làm lạnh bằng nước qua TB trao đổi nhiệt E – 1006B. Hiệu suất hấp thụ đạt được là 99,9%. Lượng axit tạo thành được đưa về thùng chứa axit tuần hoàn G – 1005, còn phần khí không hấp thụ đi qua nến lọc mù để lọc mù axit. Hiệu quả lọc mù của nến là 99% nên khí đi ra được thải ra khí trời qua ống khói với nồng độ SO2 thực tế đo được là 500ppm. Lớp xúc tác Mức tiếp xúc (%) 1 70 2 90 3 95 4 97,5 – 98