1.5.4.1. Qui trình cơng nghệ sản xuất axit sunfuric theo phương pháp tiếp xúc từ quặng pirit.
Khí lị từ lị đốt quặng được làm nguội trong nồi hơi tận dụng nhiệt, tách bụi trong xyclon và lọc điện khơ, cĩ nhiệt độ 300-4000C đi vào cơng đoạn làm sạch khí để tách các tạp chất cĩ hại đối với chất xúc tác.
Ơ tháp rửa tưới dung dịch axit sunfuric nồng độ tương đối thấp, các tạp chất trong khí phần lớn chuyển vào hạt mù axit. Chỉ một phần rất nhỏ mù axit được tách ở các tháp rửa, phần cịn lại tách ở tháp lọc điện ướt và tăng ẩm.
Do làm ngu i h n h p khí, nhi t đ axit sunfuric sau khi t i vào các tháp r a vàộ ỗ ợ ệ ộ ướ ử t ng m s t ng. Vì v y, tr c khi đ c t i tu n hồn l i các tháp, các dung d chă ẩ ẽ ă ậ ướ ượ ướ ầ ạ ị axit ph i đ c làm ngu i trong các giàn làm ngu i axit.ả ượ ộ ộ
Hỗn hợp khí sau khi qua tháp sấy để tách hơi nước và tháp tách giọt để tách các giọt axit cuốn theo dịng khí, nhờ quạt khí chung của hệ thống thổi qua truyền nhiệt ngồi và các truyền nhiệt trung gian trong tháp tiếp xúc để tăng nhiệt độ đến nhiệt độ hoạt tính của xúc tác rồi vào các lớp xúc tác thứ nhất.
Vì quá trình oxi hĩa SO2 tỏa rất nhiều nhiệt, nên hỗn hợp khí chứa SO3 sau khi chuyển hĩa sẽ nhường lượng nhiệt đĩ cho hỗn hợp khí SO2 mới, tiếp tục làm nguội ở thiết bị làm nguội SO3 trước khi vào các tháp hấp thụ.
Quá trình hấp thụ SO3 (ở các tháp hấp thụ) và hấp thụ hơi nước (ở các tháp sấy) tỏa nhiều nhiệt làm axit tưới bị nĩng lên. Vì vậy axit chảy từ ra từ các tháp đĩ phải được làm nguội trước khi tưới tuần hồn trở lại.
Do hấp thụ SO3 nên nồng độ axit tưới ở các tháp hấp thụ sẽ tăng. Để giữ nồng độ axit tưới khơng đổi, phải bổ sung axit sấy vào thùng chứa axit monohidrat, bổ sung axit monohidrat vào thùng chứa oleum.
Ơ tháp sấy, do hấp thụ hơi nước nên nồng độ axit tưới giảm. Vì vậy phải bổ sung axit từ tháp monohidrat sang. Lượng axit sấy dư liên tục đưa về kho chứa axit monohidrat.
Ở cơng đoạn rửa, do hấp thụ mù axit nên nồng độ axit chảy ra từ tháp tăng ẩm tăng, phải bổ sung nước để giữ cho nồng độ ổn định. Lượng axit dư đưa sang tháp rửa II. Lượng dư ở tháp rửa II đưa sang tháp rửa I liên tục đưa về kho chứa axit lỗng.
Như vậy, ở nhà máy sản xuất axit sunfuric thường cĩ 3 dạng sản phẩm: oleum 20% SO3 tự do (từ tháp hấp thụ oleum), axit tiếp xúc 92,5% (từ tháp sấy) và axit lỗng (từ tháp rửa sau khi đã tách selen).
Qua sơ đồ cơng nghệ (hình 1.6), ta thấy: sản xuất axit sunfuric theo sơ đồ cổ điển cĩ nhiều điểm mâu thuẫn:
- Hỗn hợp khí lị nĩng được làm nguội ở cơng đoạn làm sạch khí, sau đĩ lại phải đốt nĩng ở cơng đoạn oxi hĩa SO2.
- Hỗn hợp khí lị được làm ẩm gần như bão hịa hơi nước ở tháp tăng ẩm, sau đĩ lại phải sấy khơ ở tháp sấy (tuy hơi nước khơng ảnh hưởng gì đến hoạt tính của xúc tác).
- Các tạp chất trong khí được chuyển thành dạng mù axit ở các tháp rửa, sau đĩ lại phải tách hết mù ở các lọc điện ướt.
Những điểm mâu thuẫn trên làm cho dây chuyền sản xuất axit sunfuric trở nên phức tạp.
Hình 1.6. Sơ đồ khối sản xuất axit sunfuric theo phương pháp tiếp xúc từ quặng pirit.
Táchgiọt Oleu m Tưới oleum Làm nguội Chuyểnhĩa SO2 Làm nguội Hấp thụ oleum Axit Xử lí khí thải Hấp thụaxit Đốt Làm nguội Nguyên liệu (FeS2 , khơng khí) Lọc điện khơ Lọc điện ướt Rửa Sấy Tưới axit
1.5.4.2. Qui trình cơng nghệ sản xuất axit sunfuric theo phương pháp xúc tác ướt từ H2S.
Cơng nghệ này được I.A. Ađađurov và D. Gernet nghiên cứu áp dụng ở từ năm 1931. Sau đĩ nĩ được tiếp tục nghiên cứu khá đầy đủ và được áp dụng ở nhiều nước. Vì H2S (thu được từ khí thải) đã rửa cẩn thận nên sau khi đốt, khơng cần làm sạch khí nữa. Do đĩ dây chuyền sản xuất đơn giản đi rất nhiều:
- Khí H2S cùng khơng khí đi vào lị đốt. Khí lị cĩ nhiệt độ khoảng 10000C đi vào nồi hơi, giảm nhiệt độ xuống 4500C rồi vào tháp tiếp xúc. Để làm nguội hỗn hợp khí sau các lớp xúc tác, người ta bổ sung trực tiếp khơng khí nguội vào.
- Khí ra khỏi tháp tiếp xúc đi vào tháp ngưng tụ loại đệm, tưới dung dịch axit sunfuric. Nhiệt độ axit sunfuric 50-600C, axit ra 80- 900C. Vì quá trình làm nguội hỗn hợp khí trong tháp ngưng tụ rất nhanh, nên độ bão hịa của hơi axit ở đây khá lớn. Khoảng 1/3 tổng lượng hơi axit ngưng tụ trong thể tích, tạo thành mù và được tách ở lọc điện .
Với cơng nghệ này, cĩ đặc điểm:
+ Khi bổ sung khơng khí để làm nguội hỗn hợp khí sau các lớp xúc tác thì thể tích hỗn hợp khí sẽ tăng lên, làm tăng trở lực và tiêu hao điện năng vận chuyển khí. Vì vậy nồng độ SO2 vào tháp tiếp xúc thường được giữ cao hơn nồng độ thích hợp. Sau khi bổ sung khơng khí, nồng độ SO2 ở các lớp sau sẽ gần với nồng độ thích hợp.
+ Về mặt lí thuyết, phương pháp xúc tác ướt cĩ thể sản xuất được axit 100% H2SO4 vì khi đốt H2S sẽ cho 1 phân tử SO2 và 1 phân tử H2O. Thực tế, phương pháp này, nồng độ sản phẩm chỉ đạt 92 – 94% vì khơng khí và khí nguyên liệu luơn chứa một lượng hơi nước nhất định. Mặt khác, hiệu suất chuyển hĩa SO2 thành SO3 chỉ đạt 97 – 98%.
1.5.4.3. Qui trình cơng nghệ sản xuất axit sunfuric theo phương pháp tiếp xúc từ thạch cao:
Sơ đồ kĩ thuật nĩi chung cơng đoạn đốt cũng tương tự như các qui trình cơng nghệ khác.
Khí lị chứa SO2 đem sản xuất axit sunfuric theo sơ đồ cổ điển. Cĩ khác đơi chút là bộ phận tinh chế khí chỉ cần một lọc điện ướt (vì
khí khơng cĩ As và hàm lượng SO3 rất nhỏ) và bề mặt truyền nhiệt trong cơng đoạn tiếp xúc lớn hơn (do hàm lượng SO2 trong khí lị thấp hơn so với đốt quặng pirit).
Khi sản xuất axit sunfuric từ thạch cao phải tốn thêm nhiệt lượng để tách nước kết tinh (CaSO4.2H2O) và nồng độ SO2 trong khí thu được cũng thấp hơn.
1.5.4.4. Qui trình cơng nghệ sản xuất axit sunfuric theo phương pháp tiếp xúc từ SO2 nồng độ cao.
- Khĩ khăn chính của cơng nghệ này là quá trình oxi hĩa SO2 cĩ nồng độ cao rất phức tạp vì phải oxi hĩa SO2 trong điều kiện lượng oxi dư rất ít, nhiệt lượng tỏa ra rất lớn. Nếu dùng thiết bị chuyển hĩa bình thường thì rất cồng kềnh, phức tạp, khĩ sử dụng và điều chỉnh. Do đĩ, người ta phải dùng tháp tiếp xúc kiểu lớp sơi, làm việc theo chế độ tiếp xúc kép (hai giai đoạn) cĩ hấp thụ trung gian:
- Khí SO2 và O2 được đốt nĩng sơ bộ trong truyền nhiệt (nhờ nhiệt của khí sau chuyển hĩa) rồi vào tháp tiếp xúc I. Ơ đây SO2
được oxi hĩa đến 80-90%. Khí sau chuyển hĩa đem làm nguội ngưng tụ SO3 lỏng hoặc hấp thụ oleum 65% SO3 tự do, oleum 20% SO3 tự do. Lượng SO2 cịn lại cho đi qua tháp tiếp xúc II và SO3 tạo thành được hấp thụ trong tháp monohidrat.
Các tính tốn cho thấy, nếu nồng độ SO2 trong khí nguyên liệu lớn hơn 26% và mức chuyển hĩa ở tháp tiếp xúc I lớn hơn 65% thì cĩ thể đưa trực tiếp khí SO2 (nhiệt độ 40-600C) vào tháp tiếp xúc mà khơng cần đốt nĩng sơ bộ.
So sánh với phân xưởng tương đương đi từ khí SO2 7,5% thì sơ đồ này:
- Vốn đầu tư (kể cả phân xưởng sản xuất oxi) giảm 3,1 lần. - Giá thành sản phẩm giảm 70%.
- Cĩ thể sản xuất nhiều loại sản phẩm: oleum 65% SO3 tự do, monohidrat, oleum 20% SO3 tự do, SO3 100%.
1.5.4.5. Qui trình cơng nghệ sản xuất axit sunfuric theo phương pháp tiếp xúc từ lưu huỳnh.
Sơ đồ sản xuất axit sunfuric đi từ lưu huỳnh giới thiệu ở hình (1.7)
Lưu huỳnh sau khi nấu chảy bể (22), lắng tách cặn bể (21) được đưa vào lị đốt (4). Khơng khí dùng để đốt được sấy khơ bằng axit sunfuric đậm đặc ở tháp sấy (1). Hỗn hợp khí SO2 ra khỏi lị cĩ nhiệt độ 1100-12000C được làm nguội trong nồi hơi (5) để hạ nhiệt xuống 440-4500C rồi đi vào tháp tiếp xúc (7) [lớp xúc tác I,II ở dưới; III, IV, V ở trên]. Hai lớp đầu làm nguội gián tiếp nhờ các thiết bị (6), (8), (9) các lớp sau làm nguội trực tiếp (bổ sung khơng khí nguội vào)
Khí ra khỏi tháp tiếp xúc qua làm nguội (10) rồi vào tháp hấp thụ oleum (11), tại đây tưới dung dịch oleum 110%H2SO4 thu sản phẩm oleum, khí chưa hấp thụ hết cho qua tiếp tháp hấp thụ axit (12), tại đây tưới dung dịch H2SO4 98,3% thu sản phẩm dung dịch H2SO4 98,8%.
Vì lưu huỳnh cĩ chứa một ít dầu hỏa (tác nhân tuyển nổi cịn lại) và bitum nên khi cháy sẽ tạo thành hơi nước. Nếu hàm lượng các tạp chất trên lớn, lượng hơi nước tạo thành cĩ thể vượt quá giới hạn cho phép (0,01%), dẫn đến việc tạo mù khi hấp thụ, gây tổn thất axit theo khí thải và khơng sản xuất được oleum.
Để giảm việc tạo mù, người ta chỉ dùng một tháp hấp thụ monohidrat tưới axit 98,3% H2SO4, nhiệt độ axit ra 110-1200C (chế độ nĩng).
Để tận dụng nhiệt của khí sau tháp tiếp xúc và tránh tạo mù khi hấp thụ, một số nước dùng nước cao áp (40 atm) để làm nguội SO3: nhiệt độ nước vào 1200C, ra 2000C. Do đĩ hơi axit tạo thành sẽ ngưng tụ trên bề mặt mà khơng tạo thành mù.
Chú thích hình 1.7
1- Tháp sấy 11- Tháp hấp thụ oleum
2,13- Tháp tách giọt 12- Tháp hấp thụ monohidrat
3- Quạt khí 14,15,16-Xử lí khí thải
4- Lị đốt S 17- Bồn sản phẩm axit, axit tuần hồn
5- Nồi hơi 18- Bồn sản phẩm oleum
6- Đốt hơi quá nhiệt 19-Hồ nước sạch 7- Tháp tiếp xúc (5 lớp xúc tác) 20-Hồ nước thải
8,9- Thiết bị truyền nhiệt 21- Thùng chứa S sạch 10- Làm nguội SO3. 22- Nấu chảy lưu huỳnh
23- Các máy bơm 24- Bồn chứa axit tưới tháp sấy.
Chương 2. NĂNG SUẤT THIẾT KẾ - ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG NHÀ MÁY.
2.1. Năng suất thiết kế.
- Năng suất thiết kế: 240.000 tấn /năm. - Tính theo acid sunfuric: 31250 kg/h - Số ngày làm việc: 320 ngày/năm.
- Số ca: 03 ca/ngày.
- Số giờ: 08 giờ/ca.