2.2.1 Dây chuyền công nghệ xưởng 1
2.2.1.1 Thuyết minh quy trình
Dùng xe có gấu xúc 2 tấn chở lưu huỳnh từ kho đổ vào bể hóa lỏng (B201) , bể này có 3 ngăn: 1 ngăn hóa lỏng lưu huỳnh, 1 ngăn lắng, ngăn thứ 3 cho lưu huỳnh lỏng tự chảy tràn.
Ngăn 1: S được nấu chảy bằng hơi nước bão hòa 7 kG/cm2 hơi nước từ bên trong các ống xoắn ruột gà, ngưng tụ thành lỏng cung cấp lượng nhiệt ngưng tụ này làm hóa lỏng S rắn bên ngoài.
Ngăn 2: S được tách các cặn rắn nhờ trọng lực, sử dụng hơi nước 4.5 kG/cm2, t0 = 135 – 1400C, ở nhiệt độ này S có độ nhớt nhỏ nhất đề chuẩn bị bơm lên lò đốt S.
Sau bể hóa lỏng, S được bơm răng khía G202 bơm lên phun vào lò đốt F201. Lò đốt đặt đứng, S lỏng được phun qua becphun từ phía trên đi vào lò đốt ở dạng sương. Trên đường đi S lỏng được duy trì nhiệt độ bằng ống lồng ống, S lỏng đi trong ống, hơi nước đi ngoài ống nhằm tránh cho S bị đóng rắn làm tắc đường ống. Đường ống dẫn S lên lò đốt đặt nghiêng 450 đề phòng trường hợp có sự cố hay khi ngừng hệ thống đề sửa chữa hay đại tu thì S lỏng sẽ chảy ngược lại bể chứa.
Do trong không khí thường chứa ẩm, lượng ẩm này không gây hại cho xúc tác nhưng ở nhiệt độ nhỏ hơn 2700C, lượng ẩm này sẽ kết hợp với SO3 tạo mù axit trong tháp gây ăn mòn thiết bị tận dụng nhiệt, gây ô nhiễm môi trường và gây tổn thất S. Nên cần sấy không khí trước khi cho vào lò đốt.
Quá trình sấy dùng axit H2SO4 có
- Nồng độ 94 – 95%
- T0 = 400C
- Axit tưới 95m3/h
- Mật độ tưới 13m3/m2/h
Để sấy dòng không khí ở nhiệt độ thường 300C, p= 100mmH2O
Sau tháp sấy không khí ra ở 350C, p = - 200mmHg được đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt qua lớp xúc tác 1 để nâng nhiệt độ lên 900C rồi đua vào lò đốt S. S
phun từ trên xuống, không khí đi từ dưới lên. Dòng axit sau khi sấy khô không khí bị giảm nồng độ và chảy về bể chứa.
Lưu huỳnh lỏng được phun vào đỉnh lò t0 = 130 – 1400C, áp suất phun 4kG/ cm2. Khí là 14% SO2, t = 11000C rồi qua nồi hơi tận dụng nhiệt để giảm nhiệt độ và gia nhiệt dòng nước mềm có sản lượng 5570kg/h, t0 < 2000C, p < 20kG/m2. Khi đó độ pH của nước là 8 – 10, độ cứng của nước lò < 0.02mmg/l. Qúa trình dùng để sản xuất hơi bão hòa < 15 kG/cm2, sản lượng hơi nước 5.2 tấn /h.
Ra khỏi nồi hơi, khí có nhiệt độ 460 – 4700C, p = 950 mmHg được dẫn
đến thiết bị lọc khí nóng để tách tiếp bụi mịn. Quá trình qua nồi hơi cũng được tách một phần bụi.
Ra khỏi thiết bị khí được pha với không khí khô 500C để giảm nồng độ SO2 xuống 9,5% và giảm nhiệt độ xuống 4200C, p = 960 mmHg rồi vào lớp xúc tác 1. Ra khỏi lớp xúc tác 1 dòng khí có nhiệt độ 6010C vào thiết bị trao đổi nhiệt làm nóng không khí khô từ tháp sấy, để hạ nhiệt độ xuống rồi vào lớp 2. Nhiệt độ ra khỏi lớp 2, 3 được giảm bằng cách trộn trực tiếp bằng dòng không khí khô bổ sung vào tháp, nhiệt độ ra khỏi tháp 2 là 5130C, lớp 3 là 5430C. sau lớp 3 dòng khí đi qua 2 lớp xúc tác 4A, 4B ( lớp 4 được chia thành 2 lớp để tăng thời gian lưu của dòng SO2 trên bề mặt xúc tác). Nhiệt độ lớp 4A là 4500C, lớp B là 4320C, p = 250mm H2O, x 98%. Mức độ chuyển hóa cuối cùng qua 4 lớp xúc
tác là 98%.
Ra khỏi tháp tiếp xúc, hỗn hợp khí 4450C được đưa qua thiết bị làm nguội SO3
bằng nước mềm để hạ nhiệt độ xuống 1800C rồi dẫn vào tháp hấp thụ monohyđrat, còn nước mềm được tăng nhiệt độ lên 900C để cấp cho nồi hơi tận dụng nhiệt thừa sau lò đốt. dòng khí SO3 ở nhiệt độ t0 = 1800C, p = 200mmH2O
được dẫn vào tháp hấp thụ. Dòng axit có nồng độ 98,3 0,4 %, p < 500C được tươi từ trên xuống sẽ hấp thụ SO3 với mức hấp thụ > 99,9%.
Sau khi qua quá trình hấp thụ dòng axit chảy vào bể chứa có nồng độ 99%, t 700C được dẫn vào bể chứa axit thành phẩm. Tại bể này, ta trích một phần axit sang bể chứa axit cho tháp sấy để pha axit cho bể này lên nồng độ 95%, đồng thời trích một phần bể này sang bể axit thành phẩm để pha loãng bể axit thành phẩm về nồng độ 98%, nếu lượng axit từ bể sấy trích ra vẫn chưa đủ để giảm nồng độ bể axit thành phẩm về nồng độ yêu cầu thì ta có thể bổ sung thêm nước từ bên ngoài cho qua trình pha loãng. Ra khỏi tháp hấp thụ vẫn còn một hàm lượng nhỏ khí SO3 ở nhiệt độ 900C, p= 30mmH2O.
2.2.1.2 Các thiết bị chính
2.2.1.2.1 Bể hóa lỏng lưu huỳnh R201
• Công dụng
Lưu huỳnh trước khi đưa vào lò đốt E201 phải được nấu chảy và lọc sạch tạp chất.
• Cấu tạo
Bể hình khối chữ nhật, bằng bê tông cốt sắt có kích thước: dài 13m, rộng 3.6m, đặt chìm sâu 2.1m dưới mặt đất và nhô lên khỏi mặt đất 0.4m. Bể gồm 3 ngăn:
- Ngăn 1: được xây lót thêm một lớp gạch đỏ để bảo vệ tường vách
bê tông. Bên trong có đặt hệ thống ống xoắn E201A, B, C bằng thép, diện tích truyền nhiệt 25m2 để dẫn hơi nước bão hòa. Ngoài ra còn có một cánh khuấy U201 (81 vòng/phút) để tăng cường khuấy động cho S chảy lỏng nhanh. Trên vách ngăn có một lỗ để S lỏng chảy tràn qua ngăn thứ 2.
- Ngăn 2: lớn gấp đôi ngăn 1, xung quanh thành bể có đặt 4 bộ xoắn E202A, B, C, D; bề mặt truyền nhiệt 20m2 dẫn hơi nước bão hòa để duy trì S ở dạng lỏng. Ngoài ra có thêm 2 cánh khuấy J206A, B (1000 vòng/phút) và 2 bơm
S bẩn. Đây là loại bơm răng khía, thân, và guồng bằng gang để đẩy S bẩn lên
thùng trộn chuẩn bị lọc sạch.
- Ngăn 3: Có kích thước bằng ngăn 1 chứa S sạch chuẩn bị đem đi
đốt. Bên trong có đặt 2 dàn ống xoắn E203 A, B; bề mặt truyền nhiệt 10m2 để duy trì S lỏng có độ nhớt nhỏ dễ bơm.
- Các lỗ trên bể được xây kín bằng các tấm đan bằng bê tông để tránh
mưa.
2.2.1.2.2 Lò đốt F201
• Nhiệm vụ
Lưu huỳnh được oxy không khí oxy hóa thành SO2. Nhiệt của phản ứng
này đưa hỗn hợp kí và khối gạch chịu lửa lên nhiệt độ 850 – 11000C làm cho toàn bộ S lỏng biến thành hơi S2. Sự oxy hóa S2 bằng oxy xảy ra hoàn toàn với tốc độ cao.
Hình 2.1 Cấu tạo lò đốt F201 1- vòi phun S 2-đường khí vào 2’-gạch chịu lửa 3-vỏ thép 4-bảo ôn 5-khoảng rỗng S+O2 6- gạch hình bàn cờ 7-khoang đốt triệt để 8-bức tường ngăn 9-khí SO2
Lò đốt hình trụ đặt đứng, đường kính 3300mm, cao 8800mm, vỏ thép dày 10mm, trong xây lót 2 lớp gạch chịu lửa chia làm 2 phần:
- Phần trên là khoảng không gian để phân phối không khí vào lò với lưu
lượng trên 13650m3/h, nhiệt độ từ 180 – 2000C, áp suất 1500mmH2O và lưu lượng lỏng 130 – 1350C, áp suấy phun 4 – 5 kG/cm2, phun mù trộn lẫn với nhau, tiếp đó là các lớp gạch chịu lửa xếp theo hình bàn cờ, mục đích làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa không khí và lưu huỳnh. Ở đỉnh bố trí đường ống dẫn khí thải 710X5.
- Phần dưới rỗng để đảm bảo thời gian cháy hết lưu huỳnh người ta xây dựng một bứ tường ngăn khí cho khí phải đi qua hai cửa và vách ngăn mới ra được khỏi trước khi đi vào nồi hơi.
- Bên ngoài vỏ lò có bọc một lớp bảo ôn bằng bông thủy tinh Banrok
dày 100mm, ngoài cùng bọc một lớp nhôm lá che mưa.
• Thông số kĩ thuật
Đốt S lỏng hàm lượng: 99.5% S sạch Áp suất vòi phun: 4- 5 kG/m2
Năng suất: 1.5 – 2 tấn S/h 2.2.1.2.3 Nồi hơi tận dụng nhiệt H202
• Công dụng
Khí SO2 ra khỏi lò đốt có nhiệt độ khoảng 850 – 11000C, nồng độ 8.5 - 9% sẽ được dẫn qua nồi hơi H202. Ở đây SO2 và khí đốt sẽ trao đổi nhiệt với nước, làm cho nước bốc hơi thành hơi nước bão hào áp suất 15kG/cm2, hạ nhiệt độ khí SO2 ra khỏi nồi hơi xuống 420 – 4400C.
Hình 2.2 Cấu tạo nồi hơi H202
1-hộp khói vào nồi hơi 2-2 lớp gạch chịu lửa 3-lớp bảo ôn
4-cửa hỗn hợp khí SO2 vào nồi hơi 5-các ống truyền nhiệt 6-mặt sàn đỡ ống truyền nhiệt 7-hộp khói ra 8-đường hỗn hợp khí ra 9-vỏ thép hộp khói 10-Vỏ nồi hơi 11-van xả khí 12- van cấp hơi 13- van an toàn 14-van xả đáy
Nồi hơi nằm ngang kiểu FPE81X2M306.119 gồm 3 phần:
- Phần đầu hay hộp khói: vỏ thép chịu nhiệt dày 10mm, đường kính
2860mm, trong xây 2 lớp gạch chịu lửa.
- Phần giữa (phần bốc hơi) dài 3660mm,, nửa phần dưới là ống chùm
gồm 278 ống truyền nhiệt 60.3 x 2.9mm, diện tích truyền nhiệt F = 192.6 m2
- Phần cuối: hình bán nguyệt R = 1200 vỏ tháp dày 10mm
Trên nồi hơi có cửa cung cấp nước lỏng và nước lạnh vào, của để dẫn hơi quá nhiệt ra, cửa xả cạnh bên dưới. Nồi hơi có gắn bộ phận đo mức nước, đo nhiệt độ, áp suất.
Lượng nước mềm cấp vào nồi hơi Q = 5570kg/h; áp lực 20 kG/cm2
Ngoài cùng bọc một lớp bảo ôn dày 100mm bằng len thủy tinh và một lớp nhôm tấm che mưa.
Khí SO2 ra khỏi lò đốt có nhiệt độ trong khoảng 980 – 11000C, nồng độ 8.5 – 9% và ra khỏi nồi hơi sẽ có nhiệt độ trong khoảng 420 – 4400C.
Lượng nước sau khi đã được xử lý bằng cột trao đổi ion được cho vào nồi hơi với lưu lượng khoảng 7.5 m3/ h sẽ qua hệ thống ống trao đổi nhiệt gồm 278 ống chạy dọc thân của nồi hơi. SO2 và khí đốt sẽ trao đổi nhiệt với nước, làm cho nước bốc hơi thành hơi nước bão hòa áp suất 15kG/cm2, hạ nhiệt độ SO2 ra khỏi nồi hơi xuống 420 - 4400. Hơi nước được đưa trở lại bề hóa lỏng lưu huỳnh.
2.2.1.2.4 Tháp chuyển hóa C201
• Công dụng
SO2 được oxy hóa thành SO3 trên bốn lớp xúc tác VK59 ( trong đó lớp xúc tác thứ 4 chia thành hai lớp 4A và 4B)
1-Đường hỗn hợp SO2 vào 2-Hỗn hợp SO3 ra lớp 1 3- Hỗn hợp SO3 vào lớp 2 4’-Lớp phân phối khí vào 4-2 lớp gạch chịu lửa 5-Lớp bảo ôn 6-Lớp đá thạch anh 7-Lớp xúc tác V2O5 thứ 1 8-Lớp xúc tác V2O5 thứ 2 9-Ghi gang đỡ xúc tác 10- Hỗn hợp SO3 ra lớp 2 10’- Hỗn hợp SO3 vào lớp 3 11-Lớp V2O5 thứ 3 12-Hỗn hợp khí ra lớp 3 12’-Hỗn hợp khí vào lớp 4a 13-Lớp V2O5 thứ 4a 14- Lớp V2O5 thứ 4b 15-Hỗn hợp SO3 ra lớp 4b
Tháp chuyển hóa hình trụ, vỏ thép chịu nhiệt 10mm gồm 4 lớp tiếp xúc V2O5. Do lớp xúc tác I và II làm việc ở nhiệt độ cao nên được xây lót một lớp gạch chịu lửa dày 113mm. Đường kính ngoài 4270mm, đường kính trong phần xây gạch 4030mm. Từ lớp xúc tác III và IV đường kình trong 4250mm.
Bên trong có 19 cột ngang để ghi các gang đỡ 4 lớp xúc tác.
Trên đỉnh tháp ngay gần miệng ống dẫn khí SO2 có đặt một tấm lưới phân phối khí đường kính 1200mm, tiếp xúc sau đó một khoảng có một lưới phân phối khí thứ 2, trên mặt có trải một lớp thạch anh cỡ 25 x 25 dày 200mm. Riêng lớp xúc tác IV được tách đôi cách nhau một khoảng trống, giữa khoảng trống đó có đặt một hệ thống gồm 12 đĩa để phân phối lại và trộn đều hỗn hợp khí trước khi xuống lớp xúc tác cuối cùng.
Bảng2.3 Chiều cao của các lớp xúc tác
Lớp xúc tác Chiều cao lớp xúc tác (mm) I 400 II 400 III 500 IVA 400 IVB 400
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 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.
2.2.1.2.5 Thiết bị trao đổi nhiệt E204 ( Bình hâm nóng)
Thực chất là bình trao đổi nhiệt bên ngoài của tháp chuyển hóa, có chức năng làm nguội hỗn hợp khí SO2 và SO3, đồng thời hâm nóng không khí khô có
lưu lương 13650Nm3/h, nhiệt độ 430C lên 2000C tạo điều kiện tốt cho việc đốt lưu huỳnh ở lò F201.
Thiết bị có hình trụ đặt đứng, vỏ thép, đường kính 1880mm, gồm 499 ống 48.3 x 2.8mm, bề mặt truyền nhiệt F = 300m2.
2.2.1.2.6 Thiết bị làm nguội SO3 bằng nước E205 ( tận dụng nhiệt)
Thiết bị có hình trụ đứng, vỏ thép, có kích thước H = 6655mm, ngang 2404mm, rộng 886mm. Trong đó có 60 ống thép kép 51 – 5, ống lồng ống có cánh tản nhiệt bằng gang với tổng chiều dài ống thép là 5017mm. Ngoài cùng bọc lớp len thủy tinh dày 100mm, có bọc nhôm lá bảo vệ ở trên che mưa. Khí đi bên ngoài ống, nước mềm đi trong ống tản nhiệt.
Bảng 2.4 Nhiệt độ khí SO3 và nước mềm trong ống tản nhiệt
Các thông số Khí SO3 Nước mềm
Nhiệt độ đầu vào (0C) 430 – 435 70 - 90
Nhiệt độ đầu ra (0C) 180 208
Lưu lượng (Nm3/h) 15820 5572
2.2.1.2.7 Tháp hấp thụ C202
• Công dụng
SO3 sẽ hấp thụ nước trong axit sunfuric H2SO4 98.3% để tạo ra sản phẩm. Qúa trình hấp thụ xảy ngược chiều, khí SO3 đi từ dưới lên, axit được tưới từ trên xuống.
• Cấu tạo Hình 2.4 Cấu tạo tháp hấp thụ C202 1-Cửa khí ra 2-Gạch chịu axit 3-Đệm phụ 4-Rãnh tưới axit 5-Đệm chính 6- Ghi đỡ đệm 6’-Đệm ống 7-Đường axit ra 8-Đường khí vào 9-Trụ đỡ ghi
Tháp hình trụ, vỏ thép CT3, dày 10mm, đường kính ngoài 3600mm, đường kính trong 3045mm, cao 9238mm. Bên trong xây lót hai lớp gạch chịu axit và chứa các vòng 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 200, H = 100, gồm 130 vòng.
Xếp một hàng vòng đệm 100, H = 100, gồm 650 vòng.
Đổ lộn xộn các 80
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 tràn tưới đều axit lên toàn bộ tiết diện ngang của tháp.
• Thông số kỹ thuật
Áp suất làm việc : 130mmH2O Nhiệt độ làm việc: 1800C Lượng tưới: 155m3/h
2.2.1.2.8 Thiết bị lọc khí nóng J202
• Công dụng
Khí SO2 ra khỏi nồi hơi có nhiệt độ khoảng 4200C còn mang theo một ít bụi cát hoặc lưu huỳnh thăng hoa, những chất này làm giảm tuổi thọ xúc tác nên phải lọc sạch nó ở thiết bị J202
• Cấu tạo
Có dạng hình trụ 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.