Xemtailieu Tải về Quy trình sản xuất axit sunfuric
QUY TRÌNH SẢN XUẤẤT AXIT SUNFURIC CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CHUNG VỀ AXIT SUNFURIC 1. Cấu tạo phân tử – CTPT: H2SO4 – CTCT: Trong hợp chất H2SO4, nguyến tố S có số oxi hoá cực đại là +6. 2. Tính chất vật lý – là chất lỏng, không màu, sánh như dầu, không bay hơi. – H2SO4 98% có D= 1,84 g/cm3; nặng gần gấp 2 lần nước. – H2SO4 đặc rất hút ẩm -> dùng làm khô khí ẩm. – H2SO4 đặc tan vô hạn trong nước và toả nhiều nhiệt. – Khi pha loãng axit sunfuric đặc thì rót từ từ axit vào nước và khuấy nhẹ; (không làm ngược lại vì axit sunfuric đặc gây bỏng rất nặng). H2SO4 có khả năng làm than hóa các hợp chất hữu cơ. 3. Tính chất hóa học A. Tính chất của Axit sunfuric loãng -> H2SO4 loãng là một axit mạnh, có đầy đủ các tính chất hóa học chung của axit: – Làm quỳ tím chuyển thành màu đỏ. 1 – Tác dụng với kim loại đứng trước H (trừ Pb) → muối sunfat (trong đó kim loại có hóa trị thấp) + H2: Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2 – Tác dụng với oxit bazơ → muối (kim loại giữ nguyên hóa trị) + H2O FeO + H2SO4 → FeSO4 + H2O – Tác dụng với bazơ → muối + H2O H2SO4 + NaOH → NaHSO4 + H2O H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O (Phản ứng của H2SO4 với Ba(OH)2 hoặc bazơ kết tủa chỉ tạo thành muối sunfat). Cu(OH)2 + H2SO4 → CuSO4 + 2H2O Ba(OH)2 + H2SO4 → BaSO4 + 2H2O – Tác dụng với muối → muối mới (trong đó kim loại giữ nguyên hóa trị) + axit mới Na2CO3 + H2SO4 → Na2SO4 + H2O + CO2 H2SO4 + 2KHCO3 → K2SO4 + 2H2O + 2CO2 B. Tính chất của Axit sunfuric đặc Ngoài tính axit mạnh như axit sunfuric loãng thì axit sunfuric đặc còn có tính chất đặc trưng sau: b.1. Tính oxi hoá mạnh + Tác dụng với kim loại ( hầu hết kim loại trừ Au, Pt) + Tác dụng với phi kim ( C, S, P) 2 + Tác dụng với hợp chất có tính khử ( HI, KI, KBr, FeO, Fe 3O4, Fe(OH)2, FeCO3, H2S, …) b.2. Tính háo nước – Axit H2SO4 đặc chiếm nước kết tinh của nhiều muối hiđrat (muối ngậm nước) hoặc chiếm các nguyên tố H và O (thành phần của nước) trong nhiều hợp chất + Hợp chất cacbohiđrat (Cn(H2O)m) + CuSO4.5H2O 3 4. Điều chế và nhận biết 4.1. Điều chế FeS2 hoặc S → SO2 → SO3 → H2SO4 – Phương pháp tiếp xúc, gồm 3 công đoạn chính: a) Sản xuất SO2 – Từ quặng pirit sắt (FeS2) – Từ lưu huỳnh b) Sản xuất SO3 c) Sản xuất H2SO4 Dùng H2SO4 98% hấp thụ SO3 được oleum H2SO4.nSO3 Dùng lượng nước thích hợp để pha loãng oleum, được H2SO4 đặc 4.2. Nhận biết - Làm đỏ giấy quỳ tím. - Tạo kết tủa trắng với dung dịch Ba2+ Ba(OH)2 + H2SO4 → BaSO4 + 2H2O (các muối sunfat đều dễ tan trừ BaSO 4, PbSO4 và SrSO4 không tan; CaSO4 và Ag2SO4 ít tan). 4 5. Ứng dụng - Hiện nay, Thế giới sản xuất khoảng 150-200 triệu tấn/năm Axit sunfuric - Hơn 1800 cơ sở sản xuất. Ở Việt Nam có 6-8 nhà máy sản xuất Axit sunfuric. - Axit sunfuric là hóa chất hàng đầu trong nhiều ngành sản xuất như: Phẩm nhuộm, luyện kim, chất dẻo, chất tẩy rửa, sơn, phân bón,… 6. Tình hình sản xuất axit sunfuric trong và ngoài nước : - Bới những đặc tính quan trọng của axit sunfuric và nhu cầu lớn của nền sản xuất công nghiệp hóa học mà sản lượng axit này trên thế giới ngày càng tăng . Trong đó Hoa Kỳ và Trung Quốc là một trong những nước sản xuất axit sunfuric lớn nhất trên thế giới 5 - Trong những năm 1995- 2005, tiêu thụ axit sunfuric trên thế giới đã tăng 29% so với trước đó bất chấp viêc giảm 20% trong những năm 1988-1993. Trong giai đoạn 2005 – 2010 lượng tiêu thụ axit sunfuric trên thế giới tiếp tục tăng khoảng2,6%.và vẫn tiếp tục tăng cho đến nay. Trong đó Các nước ở Châu á vẫn là thị trường chính, chiếm khoảng 23% lượng tiêu thụ trên thế giới, tiếp theo là Mỹ tiêu thụ khoảng 20%. Các nước ở Châu Phi, Trung và Nam Mỹ, Tây Âu tiêu thụ khoảng 10%. Trong năm 2005, cả thế giới tiêu thụ hết khoảng 190 triệu tần axit sunfuric tương đương với giá trị là 10 tỉ USD. 7. Các nhà máy sản xuất trong nước - Ở Việt Nam axit sunfuric cũng được sản xuất rất rộng rãi để phục vụ cho nền công ngiệp hóa học nước nhà. Có thể kể đến 4 công ty sản xuất axit sunfuric lớn trong nước đó là: - Nhà máy Supe phốt phát và Hóa chất Lâm Thao - Nhà máy Supe phốt phát và Hóa chất Lâm Thao - Tiền thân của công ty cổ phần Supe phốt phát và Hóa chất Lâm Thao là nhà máy Supe phốt phát Lâm Thao được Chính phủ nước 6 Việt nam Dân chủ Cộng hòa khởi công xây dựng ngày 8 tháng 6 năm 1959 bên dòng sông Thao (huyện Lâm Thao, tỉnh Phú Thọ,). - Sau 3 năm thi công xây dựng, nhà máy đã được đưa vào vận hành sản xuất ngày 24 tháng 6 năm 1962. -Các sản phẩm chính của nhà máy - Supe Phốt phát đơn (Supe Lâm Thao) - Phân hỗn hợp NPK Lâm Thao - Axit sunfuric kỹ thuật (H2SO4) - Axit sunfuric tinh khuyết (P) và tinh khuyết phân tích (Pa) - Axit sunfuric dùng cho ăcquy (H2SO4) - Natri silicoflorua (Na2SiF6) - Phèn nhôm sunfat - Phèn kép amoni sunfat - Natri sunfat (Na2SO3) - Natri bisunfit (NaHSO3) - Natriflorua (NaF) - Natri pyrosunfit (Na2S2O5) - Nhà máy hóa chất Tân Bình Nhà máy hóa chất Tân Bình 7 - Là công ty hóa chất trực thuộc công ty hóa chất cơ bản miền nam. - Được xây dựng và đưa vào sử dụng từ năm 1972 - Nhà máy được đặt tại 46/6 Phan Huy Ích, P15, Q. Tân Bình, Tp. Hồ Chí Minh - Các sản phẩm chính của nhà máy - Nhôm Hydroxyt Al(OH)3 - Axít Sunfuric H2SO4 - Phèn Nhôm sunfat Al2(SO4)3.nH2O - Phèn Nhôm Kali Sunfat Al2(SO4)3.K2SO4.24 H2O - Phèn Nhôm Amôn Sunfat Al2(SO4)3.(NH4)2SO4.24 H2O - Natri Thiosunfat Na2S2O3.5H2O - Can nhựa - Nhà máy hóa chất Việt Trì Nhà máy hóa chất Việt Trì - Là một thành viên của công ty hóa chất Việt nam được xây dựng năm 1958. Vào tháng 4 năm 1961 thì bắt đầu hoạt động đến ngày 9 tháng 5 năm 1961 nhà máy sản xuất ra mẻ xút đầu tiên. 8 - Tháng 7-1961 đưa vào sản xuất thuốc trừ sâu 666 - Tháng 8-1961 sản xuất axit HCl - Tháng 12-1961 sản xuất PVC Công xuất ban đầu khoảng 1000 tấn NaOH/ năm - 18/3/1962 khánh thành nhà máy - 1974 mở rộng công xuất 3 lần - 1993 mở rộng thay thế một thùng điện phân cũ bằng thùng điện phân cực titan ( 2 thùng ) còn lại là graplut - Năm 1995 thay thé hoàn toàn các thùng điện phân bằng titan công suất 6.000 tấn /năm - Năm 2003 mở rộng, đến 2004 đầu tư công xuất 9000 tấn /năm( có 72 thùng điện phân ) - Cải tạo công đoạn sấy khô clo - Đầu tư mới công đoạn sản xuất axit HCl lò đốt 3 trong 1 - Thay thế công nghệ lọc muối trong công đoạn sản xuất muối - Các sản phẩm hiện nay - Xút NaOH 30% - Axit HC 31% - Clo lỏng 99,6 % - Javen khoảng 8% clo nguyên tử hữu hiệu - Thủy tinh lỏng Na2SiO3 - BaCl2 - ZnCl2 - Nhà máy Supe lân Long Thành – Bến Tre 9 Nhà máy Supe lân Long Thành – Bến Tre - Nhà máy Supe phốt phát Long Thành là đơn vị trực thuộc Công ty Phân bón Miền Nam, Nhà máy sản xuất và tiêu thụ superlân ,acid sunfuaric và một số hoá chất khác .Hiện nay Nhà máy Supe phốt phát Long Thành cung cấp phân bón Supe lân , NPK cho các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long, Miền Đông Nam bộ, Miền Trung và Tây Nguyên và một số tỉnh phía Bắc. Cung cấp acide sunfuaric và natri siliflourua cho thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh lân cận. ngoài ra Nhà máy đã từng bước nghiên cứu và sản xuất ra nhiều sản phẩm phân bón khác để đáp ứng yêu cầu của khách hàng - Hàng năm sản lượng H2SO4 đạt khoảng 80.000 tấn /năm với nguyên liệu là quặng sulfua sắt, sản xuất theo phương pháp tiếp xúc (chất xúc tác là V2O5) CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC SƠ LƯỢC VỀ CÔNG NGHỆ Có 2 phương pháp: Phương pháp tiếp xúc: dùng V2O5 hoặc K2O làm xúc tác 10 Phương pháp tháp: dùng NO làm xúc tác, xảy ra trong tháp đệm - Phương pháp tiếp xúc cho nồng độ axit cao (98 – 99%), tuy nhiên chi phí cao. Trong phương pháp tiếp xúc bao gồm: phương pháp tiếp xúc đơn và tiếp xúc kép. Ngày nay trên thế giới và trong nước sử dụng chủ yếu phương pháp tiếp xúc kép với xúc tác là V2O5. - Phương pháp tháp: chi phí đầu tư đơn giản nhưng nồng độ axit chỉ đạt 70 – 75%. Phương pháp này chỉ được dùng trong trường hợp sản xuất hỗn hợp axit sunfuric và nitric. Dù đi từ nguồn nguyên liệu nào thì quá trình sản xuất H2SO4 cũng tiến hành theo 4 giai đoạn chính: - Tạo SO2 bằng cách đốt nhiên liệu chứa S - Tinh chế khí (làm sạch tạp chất có trong khí) - Chuyển hóa SO2 thành SO3 - Hấp thụ SO3 bằng H2O tạo H2SO4 I. NGUYÊN LIỆU ĐỂ SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC Nguyên liệu để sản xuất rất phong phú bao gồm lưu huỳnh nguyên tố và các hợp chất khác có chứa lưu huỳnh như các muối sunfua và sunfat kim loại, khí thiên nhiên… Sau đây là một số nguyên liệu trong sản xuất H2SO4: I.1 LƯU HUỲNH NGUYÊN TỐ (S) S là một trong những nguyên tố có nhiều trong tự nhiên. S chiếm 0, 1% khối lượng vỏ trái đất. S được đánh giá là một trong những nguyên tố quan trọng nhất và có nhiều ứng dụng trong công nghiệp. S được sử dụng chủ yếu trong các ngành công nghiệp sản xuất axit sunfuric (chiếm khoảng 50% tổng lượng S sản xuất ra), trong nông nghiệp chiếm khoảng 10- 15% tổng lượng S sản xuất ra). Trong tự nhiên lưu huỳnh dạng đơn chất có thể tìm thấy ở gần các suối nước nóng và các khu vực núi lửa tại nhiều nơi trên thế giới, đặc biệt là dọc theo vành đai lửa Thái Bình Dương. Các nguồn phổ biến này là cơ sở cho tên gọi truyền thống “brimstore” do lưu huỳnh có thể tìm thấy ở gần các miệng núi lửa. Các trầm tích núi lửa hiện được khai thác tại Idonesia, Chile và Nhật Bản. 11 Các mỏ đáng kể của lưu huỳnh cũng tồn tại trong các mỏ muối dọc theo bờ biển thuộc vịnh Mêxicô và trong các evaporit ở Đông Âu và Tây á. Lưu huỳnh trong các mỏ này được cho là có được nhờ hoạt động của các vi khuẩn kỵ đối với các khoáng chất sunfat đặc biệt là thạch cao. Các mỏ này là nền tảng của sản xuất lưu huỳnh công nghiệp tại Hoa Kỳ, Ba Lan, Nga, Turkmenistan. Lưu huỳnh thu được từ dầu mỏ, khí đốt và cát dầu Athabasca đã trở thành nguồn cung cấp lớn trên thị trường với các kho dự trữ lớn dọc theo Alberta. Ở Việt Nam, để điều chế lưu huỳnh, người ta đi từ quặng S thiên nhiên chứa khoảng 15- 20% S hoặc tách các hợp chất từ khí thải của các ngành công nghiệp luyện kim màu, gia công dầu mỏ, khí thiên nhiên, khí dầu mỏ. I.2 QUẶNG PYRIT I.2.1 Quặng thường Thành phần chủ yếu của quặng pyrit là sắt sunfua FeS 2 chứa 53, 44% S và 46. 56% Fe. FeS2 thường ở dạng tinh thể pyrit lập phương, cũng có khi ở dạng tinh thể macazit hình thoi. Quặng pyrit thường gặp là loại khoáng sản màu vàng xám, khối lượng đổ đống là 2200 đến 2400 kg/m3 tuỳ theo kích thước hạt quặng. Trong quặng có chứa nhiều tạp chất như các hợp chất của đồng (chủ yếu là FeCuS2, CuS, Cu2S) chì, kẽm, niken, bạc, … Vì vậy hàm lượng thực tế của lưu huỳnh vào khoảng 30- 52%. Quặng pyrit có nhiều ở Nga, Tây Ban Nha, Nhật Bản, Canada, Bồ Đào Nha… Miền bắc nước ta chỉ mới phát hiện một số mỏ pyrit nhưng trữ lượng và số lượng còn thấp. I.2.2 Pyrit tuyển nổi Trong quặng pyrit có rất nhiều tạp chất, một trong số tạp chất có giá trị là đồng. Nếu hàm lượng đồng trong quặng này lớn hơn 1% thì sẽ đem đi sản xuất đồng hơn là sản xuất axit sunfuric. Trước khi đem luyện đồng, thương dùng phương pháp tuyển nổi để làm giàu đồng của quặng này lên 15- 20%. Phần bã thải của quá trình tuyển nổi chứa khoảng 32- 40% S gọi là quặng pyrit tuyển nổi, dùng để sản xuất axit sunfuric. Cứ 100 tấn quặng thì có 15- 20 tấn quặng đồng và 80- 85 tấn pyrit tuyển nổi. Nếu tiếp tục tuyển lần 2 sẽ thu được quặng chứa 40- 45% S. I.2.3 Pyrit lẫn than 12 Than đá ở một số mỏ có chứa quặng pyrit, có loại chứa tới 2- 5% S làm giảm chất lượng của than. Vì vậy cần loại bỏ than có chứa pyrit. Than cục loại bỏ này chứa tới 32- 40% S và 12- 18% C gọi là pyrit lẫn than. Pyrit lẫn than có hàm lượng S cao nhưng không đốt ngay được vì chứa hàm lượng C lớn. Khi đốt có thể gây nổ lò. Vì vậy cần nghiền và rửa quặng lẫn than để làm giảm lượng C xuống 3- 6%. I.2.4 Một số mỏ ở Việt Nam - Mỏ sắt Nà Lũng thuộc địa phận xã Duyệt Trung, thị xã Cao Bằng trữ lượng khoáng sản hiện tại còn hơn 8 triệu tấn với hàm lượng gần 60% Fe, khoảng 30% S. - Mỏ đồng Sin Quyên thuộc xã Bản Vược và Cốc Mỳ, huyện Bát Xát, tỉnh Lào Cai. Theo thiết kế, mỏ có công suất khai thác 1, 1- 1, 2 triệu tấn quặng nguyên khai/ năm. Công suất thiết kế nhà máy luyện đồng (công ty đồng Lào Cai) 41. 738 tấn tinh quặng, hàm lượng 25% Cu/năm để sản xuất 1000tấn Cu hàm lượng 99, 95% cùng các sản phẩm khác như vàng, bạc, tinh quặng sắt, tinh quặng pirit. - Mỏ kẽm chì chợ Điền: thuộc các xã Bản Thi, Quảng Bạch và Đổng Lạc, huyện Chợ Đồn, tỉnh Bắc Cạn. Sản lượng khai thác hàng năm khoảng 50000 tấn quặng ôxit và 40000 tấn quặng pirit. Trữ lượng còn lại đến đầu năm 2004: quặng ôxit 0, 88 triệu tấn, quặng pirit 0, 513 triệu tấn - Mỏ kẽm chì Lang Hich: thuộc xã Tân Long, huyện Đồng Hỷ, tình Thái Nguyên, sản lượng khai thác đạt trung bình 15000 tấn quặng/ năm. Trữ lượng còn lại đến đầu năm 2004: quặng ôxit 227. 267 tấn, quặng pirit 37. 600 tấn. - Mỏ pirit ở huyện Ba Vì, tỉnh Hà Tây (nay thuộc địa phận Hà Nội). Các thân quặng pirit nằm trong tập đá vụn núi lửa của hệ tầng tuổi pecmiTriat. Quặng có nguồn gốc nhiệt dịch, liên quan mật thiết đến các hoạt động phun trào trung tính và axit. Các than quặng có cấu tạo rất phức tạp, chất lượng và bề dày biến đổi theo đường phương và hướng dốc. Quặng có hàm lượng S từ 4- 20%, trữ lượng theo đánh giá tìm kiếm khoảng chục triệu tấn I.3 THẠCH CAO Đây cũng là một nguồn nguyên liệu để sản xuất axit sunfuric vì nhiều nước trên thế giới có mỏ thạch cao. Ngoài ra trong quá trình sản xuất axit photphoric, supe photphat kép, nitrophat, … cũng thải ra CaSO 4. Thông thường người ta thường sản xuất cùng lúc axit sunfuric và xi măng. Muốn thế đốt hỗn hợp thạch cao, đất sét và than trong lò quay. 13 Khi đó CaSO4 bị khử, cho SO2 sang điều chế axit sunfuric, phần xỉ còn lại cho thêm 1 số phụ gia để sản xuất xi măng. I.4 CÁC CHẤT THẢI CÓ CHỨA S I.4.1 Khí lò luyện kim màu Khí lò trong quá trình đốt các kim loại màu như quặng đồng, chì, thiếc, … có chứa nhiều SO2 . Đây là một nguồn nguyên liệu rẻ tiền để sản xuất axit sunfuric vì cứ sản xuất 1 tấn đồng sẽ thu được 7, 3 tấn SO2 mà không cần lò đốt quặng trong dây chuyền sản xuất axit sunfuric. Ngoài ra việc thu hồi khí SO2 trong lò còn tăng cường bảo vệ sức khoẻ của công nhân và người dân xung quanh nhà máy. I.4.2 Khí hydro sunfua Khi cốc hoá than khoảng 50% lượng S sẽ đi theo khí cốc chủ yếu ở dạng H2S. Lượng H2S trong khí cốc trên toàn thế giới lên đến hàng triệu tấn một năm. Thu hồi lượng H2S này không những có ý nghĩa kinh tế mà còn có ý nghĩa về môi trường và sức khoẻ. I.4.3 Khói lò Khi đốt than trong lò của các nồi hơi lưu huỳnh và các hợp chất của nó có trong than sẽ chuyển thành SO2. Hàng năm trên thế giới đốt hàng tỷ tấn than trong đó khói lò đã thải vào khí quyển hàng tấn lưu huỳnh. Đây cũng là nguồn nguyên liệu đáng kể để sản xuất axit sunfuric. Tuy nhiên muốn sử dụng nó cần phương pháp thu hồi và tăng hàm lượng SO2 hoặc điều chế từ SO2 nghèo. Trên đây là các cách để có được nguyên liệu sản xuất axit sunfuric đầu tiên. Và tiếp theo chúng ta sẽ tìm hiểu đặc điểm nào để sản xuất nguyên liệu. I.4.4 H2SO4 thải Sau khi dùng axit sunfuric làm tác nhân hút nước, tinh chế dầu mỏ, sunfua hoá các hợp chất hữu cơ sẽ thu được chất thải chứa nhiều H2SO4 ( 20 – 50%). Việc thu hồi axit sunfuric này cũng có ý nghĩa rất lớn về mặt kinh tế và bảo vệ môi trường. I.5 CHẤT XÚC TÁC TRONG SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC Trong công nghệ sản xuất axit sunfuric chất xúc tác đóng vai trò rất quan trọng trong giai đoạn chuyển hoá SO2 thành SO3. các chất xúc tác trong quá trình ô xi hoá SO2 có thể chia làm hai nhóm. - Nhóm I là các xúc tác chứa platin gồm platin là cấu tử hoạt tính được mang trên các chất mang như amiăng, silicagen và một số chất khác. 14 - Nhóm thứ II bao gồm các ô xít kim loại Trong lịch sử của công nghệ sản xuất axit sunfuric, đầu tiên phổ biến là dùng xúc tác chứa platin, sau đó dùng xúc tác sat ôxit. Trong mấy chục năm gần đây, trên thế giới cũng như ở nước ta xúc tác được dùng phổ biến nhất là vana điôxit ( V2O5 ) cùng với một số phụ gia khác như Al2O3, SiO2, K2O, CaO Các chất phụ gia có tác dụng làm tăng độ bền cơ học, nâng cao hoạt tính của chất xúc tác, ít bị ngộ độc bởi các tạp chất. Xúc tác platin có hoạt động cao nhất, trên xúc tác này xảy ra phản ứng ô xi hoá SO2 diễn ra ngay ở nhiệt độ 400 độ C. Xúc tác chứa vana điôxit chiếm vị trí thứ hai, còn trên xúc tác Fe2O3 phản ứng này chỉ diễn ra ở nhiệt độ 600 độ C. II. ĐẶC ĐIỂM SỬ DỤNG NGUYÊN LIỆU Mặc dù đi từ nhiều loại nguyên liệu khác nhau để sản xuất axit sunfuric nhưng chúng đều có điểm chung là đốt nguyên liệu để tạo ra SO2. Trước khi đốt phải trải qua giai đoạn gia công cơ, nhiệt tuỳ theo dạng nguyên liệu. S trước khi đua vào lò đốt phải đập nhỏ, nấu chảy, lọc đẻ loại bỏ tạp chất. S ở dạng lỏng được không khí nén đua vào lò đốt sẽ hoá hơi và cháy ở đây thu được SO2 đạt tới 16%. Quặng pirit thông thường có kích thước 50 – 200 mm vì vậy phải trải qua các công đoạn đập, nghiền, sàng để có kích thước nhất định ( tuỳ thuộc vào loại lò ). Ví dụ trong lò đốt tầng sôi người ta cần loại bỏ các hạt quặng có kích thước lớn hơn 3mm, hạn chế các hạt quặng có kích thước nhỏ hơn 44 x 10- 3 mm. Bởi vì những hạt quá to hay quá nhỏ đều ảnh hưởng đến bụi xỉ pirit cuốn theo khí lò trong quá trình đốt nguyên liệu do tất cả các hạt rắn có tốc độ tới hạn nhỏ hơn hoặc bằng tốc độ làm việc của khí đều bị cuốn theo khí lò vào hệ thống sản xuất phía sau khiến chúng ta phải xử lý khí SO2 thu được. Mặt khác, quặng có kích thước quá nhỏ quá dễ bị kết khối ở nhiệt độ cao. Quặng tuyển nổi phải sấy sơ bộ để giảm hàm lượng ẩm. III. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT Để tìm hiểu được công nghệ sản xuất axit sunfuaric, trước hết chúng ta đề cập tới một số tính chất hoá học cơ bản nhất của axit sunfuric với mục đích chọn được vật liệu thích hợp chế tạo thiết bị sản xuất, bảo quản và vận chuyển nó: 15 - Axit sunfuric khan là chất lỏng không màu, sánh ( khối lượng riêng ở 0 3 0 20 C là 1, 8305 gam/cm ), kết tinh ở 10, 37 C. ở áp suất thường nó sôi ở 296, 2 0 C. - Trong hoá học axit sunfuric được xem là hợp chất của anhydrit sunfuric với nước. Công thức hoá học: SO3 H2O. - Trong kỹ thuật: hỗn hợp theo tỷ lệ bất kỳ của SO3 với H2O đều gọi là axit sunfuric. + Nếu tỷ lệ SO3/ H2O < 1 người ta gọi là dung dịch axit sunfuric. Tỷ lệ SO3/ H2O > 1 gọi là dung dịch của SO3 trong axit sunfuric hay oleum hoặc axit sunfuric bốc khói . - Mặc dù có các phương pháp khác nhau để sản xuất axit sunfuric tuy nhiên chúng có điểm chung là đều có 4 giai đoạn chính: + Đốt nguyên liệu sản xuất SO2. + Tinh chế khí SO2. + O xy hoá SO2 thành SO3. + Hấp thụ SO3 để tạo thành H2SO4. Bởi vậy công nghệ mà chúng tôi trình bày ở đây cũng được chia thành 4 giai đoạn chính như trên. Chúng ta có thể tham khảo sơ đồ công nghệ của phân xưởng sản xuất H2SO4 của nhà máy supe photphat LONG THÀNH I. Chuẩn bị nguyên, nhiên vật liệu: - Nguyên liệu sản xuất axit sunfuric đã được trình bày ở trên, phần nguyên nhiên vật liệu sản xuất axit. Ở đây chúng tôi sẽ đề cập chi tiết hơn về công việc chuẩn bị nguyên, nhiên vật liệu. 1. Nguyên liệu: - Nguyên liệu được nghiền nhỏ để có kích thước nhất định, sàng lọc, để đưa qua các lò đốt. - Để quá trình đốt nguyên liệu đỡ tốn nhiệt, ta cần lọc bụi ngay từ giai đoạn này, dù sau giai đoạn này vẫn cần phải lọc bụi thêm nữa. - Quặng phải được sấy khô để giảm hàm lượng ẩm, để tránh tổn thất nhiệt trong quá trình đốt ngưyên liệu 16 IV. Đốt nguyên liệu sản xuất SO2 - Đối với các nguồn nguyên liệu có sẵn SO2 thì ta chuyển ngay qua giai đoạn tinh chế khí SO2(Sẽ được nói ở phần sau). - Đối với các nguồn nguyên liệu thô sơ, là hợp chất của SO2 thì cần qua giai đoạn đốt để tạo ra SO2. - Các nguồn nguyên liệu chứa S, quặng pirit, …. là những nguồn nguyên liệu được sử dụng chủ yếu trong quá trình sản xuất axit sunfuric;ngoài ra cũng có rất nhiều nguồn koasc, trong đó phải kể đến axit sunfuric dư thừa trong các quá trình trước. 4. 1- Các phản ứng hoá học trong quá trình đốt nguyên liệu: - Đối với quặng py rit: 4 FeS2 + 11 02 - - - - - - - - > Fe2O3 + 8 SO2 + Q 2FeS 2 - - - - - - - - > 2 FeS + S2. (nhiệt độ vào 0 khoảng 500 C) S2+ 2 O2- - - - > 2 SO2 4 FeS + 7 O2 - - - - - - - - > 2 Fe2O3 + 4 SO2 Hoặc 3 FeS +5 O2 - - - - - - - - - - > Fe3O4 + 3 SO2 - Quá trình cháy của quặng không những chỉ xảy ra giữa pyrit và Oxy mà còn xảy ra giữa các pha rắn: FeS2 + 16 Fe2O3 = 11 Fe3O4 + 2 SO2 FeS + 10 Fe2O3 = 7 Fe3O4 + SO2 FeS2 + 5 Fe3O4 = 16 FeO + 2 SO2 FeS + 3 Fe3O4 = 10 FeO + SO2 - Đối với Pyrit lẫn than có thêm phản ứng: C + O2 = CO2 Phản ứng trên sẽ cung cấp thêm một phần nhiệt lượng cần thiết cho quá trình đốt nguyên liệu. - Đối với thạch cao : 17 0 CaSO4 = CaO + SO2 (Phản ứng diễn ra ở 1400 – 1500 C). Khi có C, SiO2, Al2O3, Fe2O3 … nhiệt độ của phản ứng trên giảm xuống 2 CaSO4 + C = 2 CaO + 2 SO2 + CO2 - Đối với khí thải S + O2 = SO2 2 H2S + 3 O2 = 2 SO2 + 2H2O Thông thường thành phần của khí lò bao gồm SO2, O2 , N2, , hơi nước và một số tạp chất khác như: bụi, SO3, AS2O3, SeO2; HF; S F4 4. 2- Các loại lò đốt thường dùng: Ngày nay công nghệ sản xuất axit sunfuric có nhiều loại lò dùng đốt nguyên liệu như: lò nhiều tầng, lò đốt quặng bột, lò lớp sôi, lò xyclon; lò dốt lưu huỳnh (loại nằm ngang, loại đứng), lò đốt hyđrosunfua H2S … Do giới hạn bài viết chúng tôi trình bày loại lò lớp sôi để đốt nguyên liệu. Bởi vì thiết bị lớp sôi có nhiều ưu điểm nổi bật và ngày càng được sử dụng rộng rãi không chỉ trong công nghệ sản xuất axit sunfuric mà còn trong các ngành khác như: luyện kim, gia công dầu mỏ, thực phẩm, y học, năng lượng hạt nhân … + Theo báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp nhà nước KC06- 06 chúng ta có bảng cân bằng vật liệu cho 1 tấn quặng py rit hàm lượng 33% lưu huỳnh đối với lò lớp sôi (dựa trên tính toán lí thuyết) như sau: Lượng vào Quặng Trọng lượng(kg ) 1000 Quặng khô 940 Thông số Lượng ra Thể tích Thông số M3/tấn Xỉ khí lò 18 Trọng lượng(kg ) 750,8 2821,35 Thể tích M3/tấn 1999 Khí SO2 638,4 223,4 2010,27 Khí SO3 6,8 1,9 2526 1953,67 O2 141,4 99 45,5 56,6 N2 1929,25 1543,4 Hơi 105,5 131,3 Quặng ẩm 60 không khí 2571,5 Không khí Hơi nước nước Tổng 3571,5 3572,15 19 Lưu huỳnh Lưu huỳnh 35% 33% Nhiệt vật lý của quặng (kcal /h ) 12729,2 12729,2 6250 6250 Nhiệt của không khí khô (kcal /h ) 6285,4 66887 Nhiệt của ẩm trong không khí (kcal /h ) Nhiệt toả ra khí đốt (kcal /h ) 2114,2 2249,7 4266670 4533337 4350620,8 4621453 Nhiệt của ẩm trong quặng (kcal /h ) Tổng lượng nhiệt cần cung cấp (kcal /h) Cấu tạo lò lớp sôi gồm 1 hình trụ bằng thép, bên trong lót vật liệu chịu lửa. ở phần dưới của lò đặt 1 bảng để phân phối không khí đều trên toàn tiết diện của nó. Quặng được đưa vào buồng nạp. Không khí qua các lỗ ở ghi ống thổi quặng vào lò. Không khí chính qua các mũ gió trên bảng phân phối khí giữ cho lớp quặng ở trạng thái sôi. Để quặng cháy triệt để, người ta bổ xung không khí vào trên lớp sôi (khoảng 20% tổng lượng không khí). ống tháo sỉ đặt ở ngang mức lớp sôi. Tốc độ không khí qua lỗ mũ gió khoảng 8- 10 m/s. Tổng diện tích lỗ của tất cả các mũi gió chỉ chiếm chừng 2% diện tích bảng phân phối khí. Khi đốt quặng tuyển nổi, tốc độ khí trong lò 1-1,1 m/s, cường độ lò 8-10 tấn quặng 45% lưu huỳnh/m2/ ngày. Nếu đốt quặng pyrit thì tốc độ khí lớn hơn (1,9-2 m/s) và do đó cường độ lò cũng cao hơn (16- 20 tấn quặng/ m2/ngày). Lò lớp sôi có ưu điểm : + Đốt được các quặng nghèo lưu huỳnh nhưng hiệu suất tạo ra SO2 vẫn cao . 18 Tải về bản full