Ngày đăng: 27/04/2016, 22:09
Thuyết trình đề tài: Quy trình sản xuất axit sunfuric. Môn học: Công nghệ sản xuất các chất vô cơ. Giáo viên hướng dẫn: Ngô Văn Cờ. Khoa kỹ thuật hóa học. Trường Đại học bách khoa Tp Hồ Chí Minh MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tính chất hóa lí axit sunfuric 1.2 Ứng dụng axit sunfuric 1.3 Tình hình Sản xuất axit, tiêu thụ axit sunfuric giới Việt Nam 1.3.1 Trên giới 1.3.2 Tại Việt Nam CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ NĂNG LƯỢNG TRONG SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC 2.1 Nguyên vật liệu 2.1.1 Lưu huỳnh nguyên chất: 2.1.2 Quặng pirit: 2.1.3 Các nguồn chất thải chứa S: 2.1.4 Thạch cao: 2.1.5 Chất xúc tác: 2.2 Dấu hiệu sử dụng nguyên liệu 2.3 Nhiên liệu lượng 2.3.1 Than 2.3.2 Lượng oxi thổi vào lò 10 2.3.3 Điện 10 2.3.4 Nước 10 CHƯƠNG 3: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC 11 3.1 Giới thiệu chung 11 3.2 Chuẩn bị nguyên,nhiên vật liệu: 12 3.2.1 Nguyên vật liệu: 12 3.2.2 Nhiên liệu: 12 3.3 Đốt nguyên liệu sản xuất SO2: 12 3.3.1 Các phản ứng hoá học trình đốt nguyên liệu: 12 3.3.2 Các loại lò đốt thường dùng: 13 3.4 Tinh chế khí SO2 16 3.4.1 Sơ lược trình tinh chế khí: 16 3.4.2 Thiết bị làm khí gồm: 17 3.5 Oxi hoá SO2 thành SO3: 18 3.5.1 So với phương pháp tháp đệm: 18 3.5.2 Phương pháp tiếp xúc: 18 3.5.3 Xúc tác: 19 3.6 Hấp thụ anhydrit sunfuric SO3 21 3.6.1 Nền tảng lí thuyết trình hấp thụ: 21 3.6.2 Thiết bị trình hấp thụ: 21 CHƯƠNG 4: CÁC VẤN ĐỀ VỀ MÔI TRƯỜNG VÀ GIẢI PHÁP GIẢI QUYẾT 23 4.1 Khí thải 23 4.4.1 Khí axit: 23 4.1.2 Bụi: 25 4.2 Chất thải rắn 26 4.3 Chất thải lỏng 27 4.4 Một số phương án giải vấn đề ô nhiễm 27 4.4.1 Về khí thải 27 4.4.2 Về chất thải rắn 30 4.4.3 Nước thải 30 TÀI LIỆU THAM KHẢO 33 CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tính chất hóa lí axit sunfuric Trong hóa học, axit sunfuric xem hợp chất anhidrit sunfuric với nước Công thức hóa học SO3.H2O H2SO4, khối lượng phân tử 98,08 Trong kĩ thuật hỗn hợp theo tỉ lệ SO3 với H2O gọi axit sunfuric Nếu tỉ lệ SO3/H2O < gọi dung dịch axit sunfuric, tỉ lệ SO3/H2O >1 gọi dung dịch SO3 axit sunfuric hay oleum axit sunfuric bốc khói Thành phần dung dịch axit sunfuric đặc trưng phần trăm khối lượng H2SO4 SO3 Axit sunfuric chất lỏng sánh dầu, không màu, khối lượng riêng 1,859 g/cm3 00C 1,837 g/cm3 150C Khi làm lạnh hóa rắn thành tinh thể nóng chảy 10,490C Tuy nhien axit lỏng chậm đông không hóa rắn 00C Ở 30 – 400C, khởi đầu bôc khói đun tiếp tạo SO3 Khởi đầu sôi 2900C nhiệt tăng nhanh ngừng giải phóng SO3 Hidrat lại 98,3% H2SO4 sôi 3380C H2SO4 hấp thụ mãnh liệt ẩm chất làm khô tốt H2O H2SO4 thảy 0,003mmHg 1.2 Ứng dụng axit sunfuric Axit sunfuric dùng rộng rãi nhiều ngành nghề kinh tế quốc dân So với công nghiệp hóa học, axin sunfuric dùng để sản xuất phân lân, axit vô (axit photphoric, hidro floric, boric), muối sunfat kim loại khác nhau, sản xuất thuốc nhuộm, chất màu vô hợp chất khác Một lượng lớn axit sunfuric, đặc biệt dạng oleum, dùng vào công nghiệp tổng hợp hữu cơ, thuốc nhuộm anilin, vật liệu sợi tổng hợp Axit sunfuric dùng làm môi trường hút nước dung dịch axit nitric, sấy khí, sản xuất chất nổ Người ta dùng axit sunfuric để làm sản phẩm dầu lửa sản phẩm thu tự nhựa than đá Trong luyện kim màu, axit sunfuric dùng chế biên thủy luyện, công nghiệp gia công kim loại dùng để làm mạng oxit mặt phẳng kim loại nhiều ngành nghề công nghiệp khác 1.3 Tình hình Sản xuất axit, tiêu thụ axit sunfuric giới Việt Nam 1.3.1 Trên giới Bởi đặc tính trọng yếu axit sunfuric nhu cần lớn sản xuất công nghiệp hóa học mà sản lượng axit giới ngày tăng Dưới biểu đồ thể tăng trưởng Triệu Hình 1.1 Sản lượng axit sunfuric qua năm Trong Mỹ coi nước sản xuất axit sunfuric lớn giới Theo Vn Experess, Trung Quốc đc coi nước sản xuất H2SO4 lớn giới Ở Trung Quốc, phương phát sản xuất từ quặng Pirit đa phần Theo Hiệp hội axit Trung Quốc năm 2003 Trung Quốc vượt Mỹ trở thành đứng đầu giới sản xuất axit sunfuric với sản lượng 33,7 triệu Sau đến năm 2004 sản lượng tăng trưởng 35 triệu Trong năm 1995 – 2005, tiêu thụ axit sunfuric giới tăng 29% bỏ mặc viêc giảm 20% năm 1988-1993.Theo nhận xét nhà chuyên môn tiêu thụ axit sunfuric giới tăng khoảng 2,6% giai đoạn 2005 – 2010 tình hình phát triển kinh tế giới ổn định Các nước XHCN Châu thị trường chính, chiếm khoảng 23% lượng tiêu thụ giới, Mỹ tiêu thụ khoảng 20% Các nước Châu Phi, Trung Nam Mỹ, Tây Âu tiêu thụ khoảng 10% Trong năm 2005, giới tiêu thụ hết khoảng 190 triệu tần axit sunfuric tương đương với giá trị 10 tỉ USD 1.3.2 Tại Việt Nam Ở Việt Nam axit sunfuric sản xuất rộng rãi để phục vụ cho công ngiệp hóa học nước nhà Có thể kể đến doanh nghiệp sản xuất axit sunfuric lớn nước (số liệu lấy từ website Sở khoa học công nghệ Bến Tre), là: Nhà máy Supephotphat Lâm Thao – Phú Thọ: Sản xuất H2SO4 từ quặng pyrit phối trộn với lưu huỳnh hóa lỏng nhập Chỉ việc thay đổi tỉ lệ phối trộn nguyên liệu phối hợp nâng cấp công nghệ đốt lò, nhà máy biến công nghệ cũ Liên Xô thành dây chuyền sản xuất H2SO4 chưa có, tận dụng nguồn nguyên liệu pyrit nước giảm triệt để chất thải gây ô nhiễm Nhờ từ năm 1995 trở lại sản lượng axit sunfuric đạt 360 /ngày, bụi xỉ cất cánh giảm xuống tới mức tiêu chuẩn xỉ thải giảm từ 280 xuống 80 /ngày, thu hồi toàn lượng axit phải thải bỏ trước Tại H2SO4 sản xuất theo phương pháp tiếp xúc, chất xúc tác để oxi hóa SO2 thành SO3 vanađi oxit Nhà máy Supe lân Long Thành – Bến Tre: Hàng năm sản lượng H2SO4 đạt khoảng 80.000 /năm với nguyên liệu quặng sulfua sắt, sản xuất theo phương pháp tiếp xúc (chất xúc tác V2O5) Theo giải trình doanh nghiệp Phân bón miền Nam, giá lưu huỳnh nguyên liệu tăng mạnh để thỏa mãn nhu cầu tăng đột biến, Nhà máy Supephotphat Long Thành thuộc Doanh nghiệp đẩy mạnh sản xuất axit sunfuric từ ngày đầu năm Tính đến 25/1/2008 nhà máy sản xuất gần 7000 axit sunfuric, đạt 10% plan năm tăng gấp lần so với kỳ năm 2007 Nhà máy hóa chất Tân Bình: Sản xuất H2SO4 kĩ thuật từ nguyên liệu lưu huỳnh theo phương pháp tiếp xúc H2SO4 tinh khiết sản xuất cách chưng cất H2SO4 kĩ thuật Ngày 12/6/2008 trang www.vinachem.com.vn viết: Theo giải trình Ban Plan – Kinh doanh Tổng Doanh nghiệp Hoá chất Việt Nam (TCT HCVN), để thỏa mãn đủ axit cho sản xuất phân lân nhu cầu thị trường, từ đầu năm đến nhà cung cấp sản xuất đảm bảo tốt tiến độ sản xuất axit sunfuric sở vận hành thiết bị cao tải, chuẩn bị đủ nguyên liệu (lưu huỳnh) cho sản xuất Trong thời gian qua giá lưu huỳnh tăng cao đột biến, lên mức 700-800 USD/tấn trực tiếp thúc đẩy mạnh đến giá thành sản phẩm axit, điều làm nhà sản xuất gặp nhiều khó khăn vốn, hạch toán sản xuất, axit sử dụng sản xuất phân lân, làm đội giá sản phẩm phân lân cục diện phân bón phải thực bình ổn giá theo đạo chung Ngoài ra, giá thành axit cao tác động đến nghề khác sản xuất ắcquy chì, sản xuất phèn nhôm nhiều sản phẩm khác Tính đến 5/6/2008, ba nhà cung cấp sản xuất axit sunfuric TCT thực sản lượng axit tương đương 47% plan năm, tăng 20,5% so với kỳ năm 2007 Trong 80% sử dụng sản xuất phân bón Lượng axit thương phẩm đạt 47% plan năm, tăng gần 8% so với kỳ năm 2007 CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ NĂNG LƯỢNG TRONG SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC 2.1 Nguyên vật liệu Nguyên vật liệu để sản xuất axit sunfuric phong phú bao gồm lưu huỳnh hợp chất Theo thống kê, sản lượng axit sunfuric giới sản xuất từ nguồn nguyên liệu sau: – Lưu huỳnh nguyên chất Quặng pirit FeS2, chứa 30-50% S, lẫn nhiều tạp chất thành phần khác Các nguồn chất thải chứa S ( nguồn khí thải H2S, SO2, axit sunfuric thải) Thạch cao 2.1.1 Lưu huỳnh nguyên chất: – S nguyên tố có nhiều tự nhiên S chiếm 0,1% khối lượng vỏ trái đất S nhận xét nguyên tố trọng yếu có nhiều ứng dụng công nghiệp S sử dụng đa phần nghề công nghiệp sản xuất axit sunfuric (chiếm khoảng 50% tổng lượng S sản xuất ra), nông nghiệp chiếm khoảng 10-15% tổng lượng S sản xuất ra) – Trong tự nhiên lưu huỳnh dạng đơn chất tìm thấy gần suối nước nóng khu vực núi lửa nhiều nơi giới, đặc biệt xuôi theo vành đai lửa Thái Bình Dương Các nguồn thông dụng sở cho tên gọi truyền thống “brimstore” lưu huỳnh tìm thấy gần miệng núi lửa Các trầm tích núi lửa khai thác Idonesia, Chile Nhật Bản – Các mỏ đáng kể lưu huỳnh tồn mỏ muối xuôi theo bờ biển thuộc vịnh Mêxicô evaporit Đông Âu Tây Á Lưu huỳnh mỏ cho có nhờ hoạt động vi khuẩn kỵ khoáng chất sunfat đặc biệt thạch cao Các mỏ tảng sản xuất lưu huỳnh công nghiệp Hoa Kỳ, Ba Lan, Nga, Turkmenistan Lưu huỳnh thu từ dầu mỏ, khí đốt cát dầu Athabasca trở thành nguồn phân phối lớn thị trường với kho dự trữ lớn xuôi theo Alberta – Ở Việt Nam, để điều chế lưu huỳnh, người ta từ quặng S thiên nhiên chứa khoảng 15-20% S tách hợp chất từ khí thải nghề công nghiệp luyện kim màu, gia công dầu mỏ, khí thiên nhiên, khí dầu mỏ 2.1.2 Quặng pirit: Có loại quặng pirit thường dùng để sản xuất axit sunfuric là: – Pirit tuyển nổi: Trong trình đem luyện đồng thường dùng phương pháp tuyển để làm giàu đồng quặng lên khoảng 15-20% đồng quặng (gọi tinh quặng đồng) Phần bã thải trình tuyển chứa khoảng 32-40% S gọi quặng pirit tuyển – Pirit lẫn than: Than đá số mỏ có lẫn quặng pirit, có loại chứa tới 3-5% S làm giảm chất lượng than Vì vậy, phải loại bỏ cục than có lẫn pirit Phần than cục loại bỏ chứa tới 33-42% S 12-18% C gọi pirit lẫn than miền bắc Viet Nam, mỏ than Na Dương (Lạng Sơn) than chứa nhiều S (có mẫu tới 6-8% S) Việc tìm hiểu tách S khỏi than có ý nghĩa kinh tế kĩ thuật lớn tăng chất lượng than, đảm bảo an toàn, đồng thời tận dụng S – Pirit thường: thành phần đa phần FeS2 chứa khoảng 53,44% S 46,56% Fe Trong quặng có lẫn nhiều tạp chất hợp chất đồng, chì, kẽm, niken, bạc, vàng, coban, selen, telu, silic, muối cacbonat, sanfat canxi, magie Vì hàm lượng thực tiễn S dao động khoảng từ 30-52% miền bắc Viet Nam phát số mỏ pirit nói chung hàm lượng S thấp (khoảng 20 -30% S), trữ lượng nhỏ Mỏ sắt Nà Lũng thuộc địa phận xã Duyệt Trung, thị xã Cao Bằng trữ lượng khoáng sản triệu với hàm lượng gần 60% Fe, khoảng 30% S Mỏ đồng Sin Quyên thuộc xã Bản Vược Cốc Mỳ, huyện Bát Xát, tỉnh Lào Cai Theo thiết kế, mỏ có công suất khai thác 1,1-1,2 triệu quặng nguyên khai/ năm Công suất thiết kế nhà máy luyện đồng (doanh nghiệp đồng Lào Cai) 41738 tinh quặng, hàm lượng 25% Cu/năm để sản xuất 1000 Cu hàm lượng 99,95% sản phẩm khác vàng, bạc, tinh quặng sắt, tinh quặng pirit Mỏ kẽm chì chợ Điền: thuộc xã Bản Thi, Quảng Bạch Đổng Lạc, huyện Chợ Đồn, tỉnh Bắc Cạn Sản lượng khai thác hàng năm khoảng 50000 quặng oxit 40000 quặng pirit Trữ lượng lại đến đầu năm 2004: quặng oxit 0,88 triệu tấn, quặng pirit 0,513 triệu Mỏ kẽm chì Lang Hich: thuộc xã Tân Long, huyện Đồng Hỷ, tình Thái Nguyên, sản lượng khai thác đạt trung bình 15000 quặng/ năm Trữ lượng lại đến đầu năm 2004: quặng oxit 227.267 tấn, quặng pirit 37.600 Mỏ pirit huyện Ba Vì, tỉnh Hà Tây (nay thuộc địa phận Hà Nội) Các thân quặng pirit nằm tập đá vụn núi lửa hệ tầng tuổi pecmi – Triat Quặng có nguồn gốc nhiệt dịch, liên quan mật thiết đến hoạt động phun trào trung tính axit Các than quặng có cấu trúc phức tạp, chất lượng 11 bề dày thay đổi theo đường phương hướng dốc Quặng có hàm lượng S từ 4-20%, trữ lượng theo nhận xét tìm kiếm khoảng chục triệu 2.1.3 Các nguồn chất thải chứa S: – Khí lò luyện kim màu: Khí lò trình đốt kim loại màu quặng đồng, chì, thiếc, kẽm có chứa nhiều SO2 Đây nguyên liệu rẻ tiền để sản xuất axit sunfuric sản xuất đồng thu 7,3 SO2 mà không cần lò đốt – Khí hydrosunfua (H2S): Trong trình cốc hoá than khoảng 50% tổng lượng S có khí than theo khí cốc, đa phần dạng H2S (chiếm khoảng 95%) Lượng H2S khí cốc hàng năm giới lên tới hang triệu Việc thu hồi lượng H2S có ý nghĩa kinh tế mà có ý nghĩa mặt vệ sinh môi trường – Khói lò: Hàng năm giới đốt hàng tỷ than, khói lò thải vào khí hàng chục triệu S Đây nguồn nguyên liệu đáng kể để sản xuất axit sunfuric – Axit sunfuric thải: Sau dùng axit sunfuric làm tác nhân hút nước,tinh chế dầu mỏ, sunfua hoá hợp chất hữu thu chất thải chứa nhiều H2SO4 ( 20 – 50%) Việc thu hồi axit sunfuric có ý nghĩa lớn mặt kinh tế bảo vệ môi trường 2.1.4 Thạch cao: Đây nguồn nguyên liệu phong phú để sản xuất axit sunfuric nhiều nước giới có mỏ thạch cao (CaSO4.2H2O CaSO4) Ngoài trình sản xuất axit photphoric, supe phophat kep thải lượng lớn CaSO4 Thông thường từ từ thạch cao người ta sản xuất liên hợp axit sunfuric xi măng 2.1.5 Chất xúc tác: Trong công nghệ sản xuất axit sunfuric chất xúc tác đóng vai trò trọng yếu giai đoạn chuyển hoá SO2 thành SO3 chất xúc tác trình oxi hoá SO2 chia làm hai nhóm – Nhóm I: xúc tác chứa platin gồm platin cấu tử hoạt tính mang chất mang amiăng, silicagen số chất khác – Nhóm II: bao gồm oxit kim loại Trong lịch sử công nghệ sản xuất axit sunfuric, thông dụng dùng xúc tác chứa platin, sau dùng xúc tác sat oxit Trong chục năm 12 gần đây, giới Viet Nam xúc tác dùng thông dụng vana đioxit (V2O5) với số phụ gia khác Al2O3, SiO2, K2O, CaO Các chất phụ gia có tác dụng làm tăng độ bền học, nâng cao hoạt tính chất xúc tác, bị ngộ độc tạp chất Xúc tác platin co hoạt độ cao nhất, xúc tác xảy phản ứng oxi hoá SO2 diễn ran gay nhiệt độ 400oC Xúc tác chứa vana đioxit chiếm vị trí thứ hai, xúc tác Fe2O3 phản ứng diễn nhiệt độ 600oC Mức độ dễ bị ngộ độc asen oxit As2O3 theo trật tự 2.2 Dấu hiệu sử dụng nguyên liệu Mặc dù từ nhiều loại nguyên liệu khác dể sản xuất axit sunfuric chúng có điểm chung đốt nguyên liệu để tạo SO2 Trước đốt phải trải qua giai đoạn gia công cơ, nhiệt tuỳ theo dạng nguyên liệu – S trước đua vào lò đốt phải đập nhỏ, nấu chảy, lọc đẻ loại bỏ tạp chất S dạng lỏng không khí nén đua vào lò đốt hoá cháy thu SO2 đạt tới 16% – Quặng pirit thông thường có kích thước 50 – 200 mm phải trải qua giai đoạn đập, nghiền, sàng để có kích thước định (tuỳ thuộc vào loại lò) Ví dụ lò đốt tầng sôi người ta cần loại bỏ hạt quặng có kích thước lớn 3mm, hạn chế hạt quặng có kích thước nhỏ 44×10-3 mm Bởi hạt to hay nhỏ tác động đến bụi xỉ pirit theo khí lò trình đốt nguyên liệu tất hạt rắn có vận tốc tới hạn nhỏ vận tốc làm việc khí bị theo khí lò vào hệ thống sản xuất phía sau khiến phải xử lý khí SO2 thu Mặt khác, quặng có kích thước nhỏ dễ bị kết khối nhiệt độ cao – Quặng tuyển phải sấy sơ để giảm hàm kượng ẩm – Thạch cao đập nghiền, sàng để có kích thước định 2.3 Nhiên liệu lượng 2.3.1 Than Trên lãnh thổ Việt Nam than phân bố theo khu vực: – Bể than atraxit Quảng Ninh nằm phía Đông Bắc Việt Nam, kéo dài từ Phả Lại qua Đông Triều đến Hòn Gai – Cẩm Phả – Mông Dương – Cái Bầu – Vạn Hoa dài khoảng 130 Km, rộng từ 10 đến 30 Km, có tổng trữ lượng khoảng 10,5 tỉ tấn, đó: tính đến mức cao -300m 3,5 tỉ tìm kiếm thăm dò tương đối cụ thể, đối tượng cho thiết kế khai thác nay, tính đến mức cao -1000m có trữ lượng dự đoán khoảng tỉ đầu tư 13 tìm kiếm thăm dò Than Antraxit Quảng Ninh có chất lượng tốt, phân bố gần cảng biển, đầu mối giao thông thuận tiện cho khai thác tiêu thụ sản phẩm – Bể than đồng sông Hồng : nằm trọn vùng đồng châu thổ sông Hồng, có đỉnh Việt Trì cạnh đáy đường bờ biển kéo dài từ Ninh Bình đến Hải Phòng, thuộc tỉnh Tp: Thía Bình, Hải Dương, Hưng Yên, Hải Phòng, Bắc Ninh, Bắc Giang, Hà Nội, Sơn Tây, Hà Nam, Phủ Lý, Phúc Yên, Vĩnh Yên dự kiến kéo dài vùng thềm lục địa biển Đông Việt Nam Với diện tích khoảng 3500 km2, với tổng trữ lượng dự đoán khoảng 210 tỷ Khu vực Khoái Châu với diện tích 80 km2 tìm kiếm thăm dò với trữ lượng khoảng 1,5 tỷ tấn, khu vực Binh Minh, với diện tích 25 km2 thăm dò sơ với trữ lượng 500 triệu tập trung tìm hiểu công nghệ khai thác để mở mỏ Các vỉa than thường phân bố độ sâu -100 km – Các mỏ than vùng nội địa: Có trữ lượng khoảng 400 triệu tấn, phân bố nhiều tỉnh, gồm nhiều mẫu mã than: Than nâu-lửa dài (mỏ than Na Dương, mỏ than Đồng Giao); than bán Antraxit ( mỏ than Núi Hồng, mỏ than Khánh Hoà, mỏ than Nông Sơn); than mỡ ( mỏ than Làng Cẩm, mỏ than Phấn Mễ, mỏ than Khe Bố) , có nhiều mỏ than khai thác – Các mỏ than bùn: Phân bố hầu khắp miền: Bắc, Trung, Nam Việt Nam, đa phần tập trung miền Nam Việt Nam, loại than có độ trơ cao, nhiệt lượng thấp, số khu vực khai thác làm nhiên liệu, lại đa phần sử dụng làm phân bón phục vụ nông nghiệp Tổng trữ lượng than bùn nước dự kiến có khoảng tỉ m3 – – Than nguồn nhiên liệu phân phối nhiệt suốt trình sản xuất axit sunfuric lò đốt nguyên liệu có trữ lượng lớn, nhiệt trị cao, giá thành rẻ so với chất đốt khác Nhiệt có tác động lớn trình đốt quặng pirit Nhiệt độ cao trình cháy xảy nhanh tăng nhiệt độ cách tuỳ ý gây nên tượng kết khối nguyên liệu làm giảm rõ rệt vận tốc trình dẫn theo tắc lò ngừng sản xuất Mặt khác nhiệt độ tăng cao làm giảm độ bền lò Do người ta thường trì nhiệt độ trình đốt pirit từ 600 – 8000C.Vượt hạn chế lợi 2.3.2 Lượng oxi thổi vào lò Oxi thổi vào lò nhiều vận tốc trình cháy quặng pirit nhanh, nhiệt trình toả lớn dẫn theo nhiệt độ lò đốt tăng cao vượt nhiệt độ thích hợp Mặt khác oxi dư thừa làm mát lò tiêu tốn nhiệt cho trình đốt nóng không khí (O2 N2) pha loãng hàm lượng SO2 7% Điều lợi cho trình oxi hoá SO2 thành SO3 Trong thực tiễn, người ta phải kiềm chế oxi vào lò sau trình cháy dư lại khoảng 11% hỗn hợp khí khỏi lò đốt đủ oxi dùng để oxi hoá SO2 thành SO3 giai đoạn Ngày người ta khởi đầu sử dụng không khí giàu oxi để đốy cháy quặng pirit Làm hỗn hợp khí thu có hàm lượng SO2 cao chứa nitơ 2.3.3 Điện Trong trình sản xuất axit sunfuric điện dùng để vận hành máy móc, thiết bị hoạt động 2.3.4 Nước Nước sử dụng trính hấp thụ SO3, làm lạnh dung dịch tưới tuần hoàn tháp hấp thụ chuyển hoá đạt 98,2 % Sau hỗn hợp khí mang hấp thụ chế tạo axit (mức độ chuyển hoá lên tới 99,9 %) – Ưu thế: Làm mát tiếp xúc,hạn chế lượng nhiệt truyền môi trường – Nhược điểm: Tốn vật liệu chế tạo thiết bị có nhiều lớp tiếp xúc,phải thường xuyên bổ xung không khí,do lượng O2 cần sử dụng nhiều Trải qua nhiều giai đoạn thu H2SO4 có nồng độ cao So với phương pháp tiếp xúc kép: chuyển khí sản phẩm từ sau lớp tiếp xúc (hiệu suất 90%) mang hấp thụ chế tạo axit sau gia nhiệt phản ứng lớp sau nâng hiệu suất chuyển hoá luỹ tiến lên 99,5 %, mang hấp thụ lần sau phóng không Trong phương pháp nồng độ CO2 khí thải giảm từ 0,21 % (phương pháp tiếp xúc đơn) xuống 0,05% (phương pháp tiếp xúc kép) – Ưu thế: Giảm đáng kể lượng CO2 khí thải,dẫn theo thu H2SO4 có độ tinh khiết cao Chế tạo thiết bị đơn giản 3.5.3 Xúc tác: Có nhiều loại xúc tác xúc tác cho trình oxi hoá SO2 thành SO3 nhiên xúc tác thông dụng vanadi Thành phần xúc tác vanadi: – V2O5 thành phần hàm lượng khoảng 5-12 % – Muối kim loại kiềm chất kích động làm tăng hoạt tính xúc tác lên hàng trăm lần Tỉ lệ kim loại kiềm vanadi dao động từ 1:1 đến 6:1 – SiO2 dạng xốp đóng vai trò chất mang – Ngoài số chất khác mang vào nhằm tăng hoạt tính ,tăng độ bền nhiệt… chất xúc tác Ví dụ mang P2O5 vào xúc tác nhiệt độ hoạt tính xúc tác giảm 20 – 250C Cơ chế làm việc xúc tác là: – O2, SO2 bị hấp phụ mặt phẳng xúc tác hoà tan hoàn toàn vào xúc tác nóng chảy tác dụng với V2O5 theo phương trình: V2O5 + SO2 → V2O4 + SO3 V2O4 + 0,5O2 → V2O5 – Còn SiO2 làm nhiệm vụ chất mang ,có tác dụng tăng mặt phẳng tiếp xúc pha chất xúc tác ổn định chất hoạt tính mặt phẳng xúc tác Ở giai đoạn đầu trình chuyển hoá nồng độ SO2 hỗn hợp khí cao tạo thành hợp chất vanadyl sunfat: V2O5 + SO3 + SO2 → 2VOSO4 Ở giai đoạn cuối trình chuyển hoá lượng SO2 lại nên xúc tác có hoạt tính cao, số vận tốc k lớn – Tuy nhiên, phải lưu ý tới số tạp chất gây ngộ độc xúc tác như: Chất độc nguy hiểm As Chỉ vài miligam asen oxit 1m3 hỗn hợp khí đủ cho xúc tác bị ngộ độc Asen bị hấp phụ mặt phẳng xúc 28 tác tạo thành lớp mỏng che phủ mặt phẳng hạt xúc tác tạo thành với xúc tác hợp chất cất cánh As2O5.V2O5 tách khỏi xúc tác Các hợp chất flo gây tác hại đáng kể cho xúc tác :như SiF4 phản ứng với nước theo phương trình: SiF4 + 2H2O -> SiO2 + 4HF SiO2 tạo thành lớp vỏ bao bọc hạt xúc tác Lượng SiF4 nhiều hoạt tính xúc tác giảm nhanh Dưới số thiết bị dùng giai đoạn oxi hoá SO2 – Tháp oxi hoá: thường dùng loại tháp oxi hoá có từ 4-5 lớp xúc tác có truyền nhiệt trung gian sau lớp xúc tác Hỗn hợp khí SO2 từ quạt khí vào khoảng trống gian ống tháp truyền nhiệt Nó đốt nóng sơ nhờ khí nóng từ tháp tiếp xúc Sau lớp xúc tác nhiệt độ hỗn hợp khí tăng Vì phải cho qua phận truyền nhiệt để hạ nhiệt độ xuống Sau lớp xúc tác cuối, hỗn hợp khí khỏi tháp tiếp xúc vào thiết bị truyền nhiệt để đốt nóng hỗn hợp khí mới, đồng thơì hạ nhiệt độ xuống trước sang giai đoạn hấp thụ – Thiết bị trao đổi nhiệt Thiết bị trao đổi nhiệt ngoài: mục đích đốt nóng sơ khí nguyên liệu làm nguội hỗn hợp khí chứa SO3 sau chuyển hoá Khí nóng chứa SO3 ống từ xuống khí nguội chứa SO2 khoảng trống gian ống từ lên Thiết bị làm nguội SO3: phép tắc giống thiết bị truyền nhiệt ngoài: SO3 từ xuống không khí nước làm nguội từ lên Thiết bị đốt nóng khởi động: nhà máy hoạt động chạy lại sau dừng lâu người ta phải sấy xúc tác nâng dần nhiệt độ tháp tiếp xúc đến nhiệt độ hoạt tính xúc tác Muốn phải thổi không khí nóng có nhiệt độ 450 – 5000C qua tháp tiếp xúc hệ thống làm việc bình thường Để đốt nóng sử dụng khí lò có nhiệt độ 650 – 7000C, đốt khí thiên nhiên, sử dụng thiết bị đốt nóng không khí điện 3.6 Hấp thụ anhydrit sunfuric SO3 3.6.1 Nền tảng lí thuyết trình hấp thụ: Hệ thống hấp thụ hệ thống hấp thụ ngược chiều, H2SO4 thu từ trình trước qua thiết bị hấp thụ Sau qua ống thứ nhất, nồng độ axit tăng đến 96%,sau lần thứ hai tăng đến 98,3%,sau lần thứ ba tăng đến 99,7% Phản ứng: nSO3 + H2O → H2SO4 + (n – 1)SO3 Tuỳ theo tỉ lệ lượng SO3 H2O mà nồng độ axit thu khác nhau: – n > sản phẩm oleum – n = sản phẩm monohydrat (axit sunfuaric 100%) – n < sản phẩm axit loãng Thông thường, người ta có xu hướng sản xuất toàn sản phẩm dạng oleum để giữ gìn vận tải sử dụng thuận tiện Muốn cho hỗn hợp khí chứa SO3 qua tháp có tưới oleum Tháp oleum hấp thụ phần SO3 hỗn hợp khí Hàm lượng SO3 lại khí khỏi tháp oleum lớn Do để hấp thụ hết SO3 lại phải mang hỗn hợp tiếp tục qua tháp hấp thụ thứ hai tưới monohydrat (tháp monohydrat) Đến kết thúc trình hấp thụ SO3 Ở không dùng nước hấp thụ SO3 hàm lượng hấp thụ không nhiều,do người ta sử dụng oleum hấp thụ SO3 để đạt hiệu suát cao 3.6.2 Thiết bị trình hấp thụ: Khí SO3 sau làm nguội sơ thiết bị truyền nhiệt mang sang giai đoạn hấp thụ khí SO3 tiếp tục làm nguội tạo điều kiện tốt cho trình hấp thụ Trước tiên SO3 hấp thụ tháp oleum sau sang tháp monohydrat, cuối qua tháp tách giọt phóng không mang thu hồi SO2 Tháp hấp thụ: Có thể sử dụng nhiều loại tháp hấp thụ khác nhau: – Tháp đệm: làm thép lót gạch chịu axit bên xếp đầy đệm sành sứ Để mang axit vào tháp, thường dùng loại vòi phun axit Yêu cầu đệm tháp oleum khoảng 600-1000 m2 cho sản phẩm/giờ Lượng SO3 tháp monohydrat nhiều nên mặt phẳng tháp tới 1200 m2 /tấn/ Do trình hấp thụ toả nhiều nhiệt nên vừa tiến hành hấp thụ SO3 vừa làm nguội bên tháp Có thể sử dụng loại tháp: – Tháp hấp thụ sủi bọt kiểu đĩa lỗ đĩa chóp – Tháp hấp thụ – làm nguội Thiết bị làm nguội axit: Thiết bị làm nguội kiểu giàn tưới – Ưu thế: lượng nước làm nguội cấu trúc đơn giản, dễ xem xét làm phía ống – Nhược điểm: thiết bị cồng kềnh, hiệu suất sử dụng nước làm nguội thấp, sinh nhiều nước làm không khó xung quanh có độ ẩm cao Thiết bị làm nguội kiểu ống chùm: – Ưu thế: chắn, gọn, tốn kim loại, dễ làm phía ống – Nhược điểm: khó chế tạo vật liệu không nung hàn Một số tiêu kĩ thuật giai đoạn hấp thụ SO3: – Nhiệt độ khí , 0C Ra khỏi tháp oleum : ≤ 60 Ra khỏi tháp monohydrat ≤ 60 – Nồng độ axit tưới Tháp oleum ,%SO3 tự 19 + (-) Tháp monohydrat % H2SO4 98,3 + (-) 0,4 Hiệu suất hấp thụ % ≥ 99,9 Nhận xét chung: Hiện sơ đồ cổ kính dùng thông dụng giới sơ đồ phức tạp không kinh tế Vì nhiều viện tìm hiểu xí nghiệp giới ý nâng cấp sơ đồ kĩ thuật thiết bị Một số phương pháp sản xuất ưu việt đề cập tới như: phương pháp tinh chế khô, thiết bị tiếp xúc kiểu lớp sôi… Không suất hệ thống sản xuất tăng trưởng cách đáng kể (năm 1982 hãng Texas Gulf Inc mang dây chuyền suất 2800 tấn/ngày, năm 1988 suất hãng Texas Gulf Inc 379000 tấn/nâm …) Trước dòng thải chất thải nhà máy sản xuất axit sunfuaric chưa quan tâm mức để lại hậu đáng tiếc cho môi trường Gần vấn đề ô nhiễm môi trường ý Các nhà máy, xí nghiệp sản xuất có biện pháp quản lí, giảm thiểu, xử lí chất thải, dòng thải Để giúp đỡ phần nhà máy sản xuất trình bày tiếp chất thải, dòng thải nhà máy sản xuất axit sunfuric CHƯƠNG 4: CÁC VẤN ĐỀ VỀ MÔI TRƯỜNG VÀ GIẢI PHÁP GIẢI QUYẾT Quá trình sản xuất axit sunfuric tạo nhiều dạng chất thải khác nhau, chia thành dòng là: – Khí thải Chất thải rắn Chất thải lỏng Mỗi dòng thải có đặc trưng riêng khác nhau, tựu chung lại tác động lớn tới sức khỏe người môi trường sống 4.1 Khí thải 4.4.1 Khí axit: Thành phần: đa phần khí SO2, có SO3 mù H2SO4 (CO CO2 chất thải đặc trưng công nghệ sản xuất axit sunfuric nên không đề cập tới) Nguyên nhân: phát sinh phần lớn giai đoạn: tạo khí SO2, tinh chế khí SO2, giai đoạn tiếp xúc trình hấp thụ tạo axit sunfuric; trình đốt nhiên liệu (than) tạo SO2 Đặc tính SO2: – SO2 chất khí không màu, không mùi, kích thích mạnh; dễ hóa lỏng, dễ hòa tan nước với nồng độ thấp Ở điều kiện bình thường: thể tích nước hòa tan 40 thể tích SO2 – SO2 bền nhiệt: H tt = – 296,9 kJ/mol – SO2 thuộc loại chất ô nhiễm độc hại thông dụng sản xuất công nghiệp sống sinh hoạt người SO2 độc hại sức khỏe: – SO2 chất khí gây kích thích mạnh đường hô hấp Khi hít thở phải SO2: nồng độ thấp gây co thắt loại sợi thẳng phế quản; nồng độ cao gây tăng tiết nhầy niêm mạc đường hô hấp nhánh khí phế quản – SO2 vào thể qua đường hô hấp hòa tan vào nước bọt vào hệ tiêu hóa sau phân tán hệ tuần hoàn – SO2 nhiễm độc qua da gây chuyển hóa làm giảm dự trữ kiềm máu, đào thải amoniac nước tiểu kiềm nước bọt – SO2 gây rối loạn trình chuyển hóa protein đường, thiếu vitamin D C, ức chế enzym oxidaza – SO2 bị hấp thu lượng lớn có khả gây bệnh cho hệ thống tạo huyết tạo methemoglobin (hemoglobin Huyết cầu tố bị chuyễn hóa thành methemoglobin, làm giảm lượng Huyết cầu tố khả chuyên chở Oxi chất thể; thiếu oxi, da bị đổi thành màu xanh) – SO2 tác động tới chức phổi, gây viêm phổi, viêm phế quản mãn tính, gây bệnh tim mạch, tăng mẫn cảm người mắc bệnh hen… Như thấy, SO2 chất gây nhiều tác hại sức khỏe người lượng SO2 đa phần bị thải trình sản xuất công nghiệp Vì phải có hạn mức lượng SO2 khí thải (tham khảo bảng tiêu chuẩn dưới) SO2 nguyên nhân gây mưa axit: – Mưa axit tượng mưa mà nước mưa có độ pH 5,6 – Quá trình tạo thành mưa axit diễn sau: SO2 bị oxihóa thành SO3 (lưu huỳnh trioxit) SO2 + OH· → HOSO2 (phản ứng hóa hợp lưu huỳnh đioxit hợp chất gốc hidroxil) HOSO2· + O2 → HO2· + SO3; (phản ứng hợp chất gốc HOSO2· O2 cho hợp chất gốc HO2· SO3) SO3 tác dụng với nước không khí tạo hạt axit sunfuric: SO3 (k) + H2O (l) → H2SO4 (l) Đây thành phần đa phần mưa axit – Mưa axit phát lần vào năm 1948 Thụy Điển Từ đến nay, người ta thấy mưa axit nguy hại nhiều khía cạnh từ môi trường tới đời sống xã hội Cụ thể là: So với thủy vực (ao, hồ): mưa axit rơi mặt đất rửa trôi dưỡng chất, hòa tan kim loại nặng đất mang kim loại độc xuống thủy vực Các dòng chảy mưa axit đổ vào thủy vực, làm độ pH hồ, ao giảm nhanh chóng Các sinh vật thủy vực không kịp thích ứng với điều kiện môi trường đó, chúng bị suy yếu chết hoàn toàn Tác động độ pH hệ thủy sinh vật tóm tắt sau: (*) pH 5,5 < pH < 6,0 5,0 < pH < 5,5 4,0 < pH < 5,0 pH < 4,0 Thúc đẩy lên hệ thủy sinh vật Các sinh vật bậc thấp chuỗi thức ăn (như phù du, stonefly) bị chết Đây nguồn thức ăn trọng yếu cá Cá sinh sản Cá khó sống sót Cá lớn bị dị dạng thiếu dinh dưỡng Cá bị chết ngạt Quần thể cá bị chết Xuất sinh vật khác với sinh vật ban đầu Mặc dù nhiều loại cá sống môi trường thấp đến pH = 5,9 đến pH Al2+ đất bị phóng thích vào ao hồ gây độc cho cá Al2+ làm hỏng mang cá tích tụ gan cá Do tượng tích tụ sinh học: độc tố vào chuỗi thức ăn thủy vực bị tích tụ lại bậc dinh dưỡng Điều có nghĩa người ăn phải loài sinh vật bị gây nguy hiểm – So với đất hệ thực vật: nước mưa ngầm xuống đất làm tăng độ chua đất, hòa tan nguyên tố đất thiết yếu cho Ca, Mg… làm suy thoái đất, cối phát triển Lá gặp mưa axit bị “cháy” lấm chấm, mầm chết khô, cho suất thấp Ngoài ra, dưỡng chất đất bị rửa trôi có mưa axit Các hợp chất chứa nhôm đất phóng thích Al2+ , ion bị hấp thụ rễ gây độc cho Hơn nữa, toàn SO2 khí chuyển hóa thành axit sunfuric, phần lắng đọng trở lại mặt đất dạng khí SO2 Khi tiếp xúc với cây, làm tắt thể soma gây cản trở trình quang hợp Vả lại, tượng tích tụ sinh học, độc tố qua thực vật vào chuỗi thức ăn cuối gây độc cho người – So với khí quyển: hạt sunphat tạo thành khí dạng mù, làm hạn chế tầm nhìn Sương mù axit làm giảm khả lan truyền ánh sáng mặt trời Trên khu vực rộng tác hại lớn – So với công trình xây dựng loại vật liệu: nồng độ axit mưa axit có khả làm mòn loại vật liệu khác như: vải sợi, kim loại, … nhà cửa công trình (cầu, tượng điêu khắc ) bị làm mòn Đồ đạc, trang thiết bị, phương tiện giao thông,… dễ bị phá hủy kết cấu tiếp xúc với mưa axit Một ví dụ: tòa nhà Capitol Ottawa bị tan rã hàm lượng SO2 cao Tóm lại, mưa axit, với thành phần tạo thành SO2, gây nhiều tác hại nhiều ngành nghề đời sống xã hội môi trường Vậy : SO2, với tác hại thứ khả gây nguy hiểm với sức khỏe nó, trước hết tác động trực tiếp tới công nhân làm việc nhà máy sản xuất axit sunfuric Trong môi trường làm việc đó, người công nhân dễ mắc bệnh nghề nghiệp liên quan đến hô hấp Tác hại thứ hai, nguy hiểm không kém, dễ phát tán diện rộng mưa axit Các nhà máy thường làm ống khói cao để mang khí thải lên cao Chính điều lại dễ làm cho khí thải phát tán tới khu vực rộng lớn, có xa nhà máy 4.1.2 Bụi: Nguyên nhân: phát sinh từ trình chuẩn bị nguyên liệu (gia công kích thước nhỏ), vận tải nguyên liệu Ngoài trình đốt nhiên liệu, khói lò thoát đem theo hạt bụi xỉ Lượng bụi không khí phụ thuộc vào loại quặng, kích thước hạt xỉ, cấu trúc lò đốt Phân loại bụi: dựa vào kích thước hạt bụi người ta chia thành: – Bụi toàn phần (TSP – Total Suspended Particulate) – Bụi PM10 (PM – Particulate Matter) có đường kính khí động học 10 micron Hầu hết hạt bụi có đường kính 5-10 xâm nhập va lắng đọng đường hô hấp – Bụi hô hấp hạt bụi có đường kính khí động học micron, xâm nhập sâu đến tận phế nang vùng trao đổi khí hệ thống hô hấp Tác hại: – Do dấu hiệu trên, bụi tác động lớn đến sức khỏe người, đặc biệt người dân sống xung quanh nhà máy, sở sản xuất phát sinh nhiều bụi Và trước mắt người công nhân trực tiếp làm việc dây chuyền – Ngoài ra, bụi không khí bám lên cây, ngăn cản dẫn theo làm giảm hoạt động quang hợp Làm bị còi cọc, chết 4.2 Chất thải rắn Thành phần đa phần là: – – Các loại xỉ quặng từ lò đốt quặng, chứa loại oxit oxit sắt oxit tạp chất khác Quặng rơi vãi trình vận tải nguyên liệu (nếu không che đậy kĩ) Trong trình sản xuất có sử dụng số loại chất xúc tác Những chất sử dụng thời gian, sau chúng trở nên trơ, giảm không khả xúc tác Vì chúng bị thải loại chất thải rắn Trong chất xúc tác có V2O5, chất độc, làm mắt bị sưng tấy, rát mũi, cổ họng, tác động tới hệ thống hô hấp Do dấu hiệu môi trường sản xuất axit, dễ bị rò rỉ khí axit mù axit nên máy móc trang thiết bị nhà máy dễ bị làm mòn, phải thay Đây nguồn chất thải rắn lớn Tác hại: – Chất thải rắn thường bị đổ chôn lấp, với dấu hiệu chứa kim loại nặng xỉ, khí chúng vào môi trường, gây tác động tới loài sinh vật người qua trao đổi dinh dưỡng Ngoài ra, chất thải rắn lượng quặng rơi vãi, quặng chứa lượng lưu huỳnh chất khác, gây bệnh tật cho người Một số vùng gần nhà máy sản xuất axit sunfuric có nhiều người bị bệnh Ví dụ xuất làng ung thư Thạch Sơn Tuy chưa có tổng kết xác từ phía nhà khoa học, khó để phủ nhận tác động chất ô nhiễm từ nhà máy sản xuất công nghiệp, đặc biệt công nghiệp hóa chất đến sức khỏe dân cư xung quanh – Do sản xuất liên tục, lượng chất thải rắn ngày nhiều thêm, làm tốn diện tích đất để chôn lấp, diện tích đất an toàn cho việc sử dụng vào mục đích sau Do đó, chất thải rắn tác động lớn tới vấn đề cộng đồng sức khỏe, đất đai 4.3 Chất thải lỏng Thành phần gồm: – Nước thải: Do rò rỉ khí axit số giai đoạn nói trên, người ta thường sử dụng nước để hấp thụ, tạo thành nước thải chứa lượng axit định Ngoài ra, lượng khí bị rò rỉ bám vào bụi ẩm, tạo thành hạt axit, rơi xuống sàn, bám vào mặt phẳng dụng cụ, đồ đạc Dùng nước để lau rửa sàn nhà hay đồ đạc nói tạo nước thải có tính axit Nước làm mát axit giai đoạn hấp thụ tạo axit sunfuric dạng nước thải Nước mưa rơi xuống khu vực sản xuất mang theo hạt bụi, xỉ, quặng, axit,… tham gia vào lượng nước thải trình sản xuất – Chất thải lỏng khác như: dầu mỡ bảo trì, sửa chữa máy móc,… Tác hại: có tính axit, tùy nồng độ khác nhau, nước thải không xử lý xử lý không đủ tốt, bị thải môi trường trực tiếp tác động tới hệ thủy sinh vật Nước thải đổ sông làm chết thủy sản người dân nuôi nguồn, bệnh da cho người tiêu dùng nước sinh hoạt Chưa kể loại tạp chất khác nước thải như: kim loại nặng, dầu mỡ,… vào thể sinh vật Tác hại khôn lường 4.4 Một số phương án giải vấn đề ô nhiễm 4.4.1 Về khí thải SO2: Nguyên nhân rò rỉ khí là: – Do hiệu suất chuyển hóa thấp Cơ chế cháy lò đốt Loại lò đốt chính sách làm việc phận tiếp xúc Phương án: – Nhận xét lựa chọn loại lò đốt Sử dụng nguyên liệu khác S nguyên chất (giảm lượng chất thải) Ssử dụng than có hàm lượng sulfua Thay đổi xúc tác: xúc tác độc có khả chuyển hóa phản ứng cao Lựa chọn phương pháp làm lạnh khí Lựa chọn sơ đồ tiếp xúc kép (hiệu suất cáo tiếp xúc đơn Các phương án giúp giảm thiểu lượng khí SO2 thải nhờ nâng cao hiệu suất chuyển hóa hạn chế rò rỉ Tuy nhiên, chắn có lượng SO2 bị phát tán dạng khí thải Do phải xử lý SO2 Hiện có số phương pháp xử lý SO2 sau: Phương pháp hấp thụ: để hấp thụ SO2 ta sử dụng nước, dung dịch huyền phù muối kim loại kiềm kiềm thổ – Hấp thụ nước: phương pháp đơn giản ứng dụng sớm để loại bỏ khí SO2 khỏi khí thải từ lò công nghiệp SO2 + H2O → H+ + HSO3– Ưu thế: rẻ tiền, dễ tìm, dễ hoàn nguyên Nhược điểm: độ hòa tan SO2 nước thấp nên phải cần lưu lượng nước lớn thiết bị hấp thụ tích lớn, trình hấp thụ tón nhiều lượng → ngân sách nhiệt lớn – Hấp thụ huyền phù CaCO3 sữa vôi: CaCO3 + SO2 → CaSO3 + CO2 CaO + SO2 → CaSO3 2CaSO3 + O2 → 2CaSO4 Ưu thế: quy trình đơn giản, ngân sách hoạt động thấp, chất hấp thụ dễ tìm, có khả xử lý mà không cần làm nguội xử lý sơ bộ, không chiếm nhiều diện tích xây dựng Nhược điểm: thiết bị đóng cặn tạo thành CaSO4 CaSO3, gây tắc đường ống làm mòn thiết bị Ngoài ra, SO2 hấp thụ theo phương pháp Magie, phương pháp Zn, phương pháp amoniac, hỗn hợp muối nóng chảy… Phương pháp hấp phụ: Chất hấp phụ đá vôi, đôlômit, vôi… – Ưu thế: tạo hiệu suất hấp phụ cao (90%) – Nhược điểm: cần ngân sách đầu tư lớn vật liệu chế tạo thiết bị đắt Chất hấp phụ than hoạt tính: Sử dụng phương pháp trên, lượng SO2 thu hồi, giúp thu hồi lượng CO2 khí thải Mù H2SO4 SO3 khí thải: Nguyên nhân rò rỉ: – Do hiệu suất hấp thụ thấp Kiểu tháp hấp thụ ẩm nguyên liệu pha khí nồng độ, nhiệt độ axit tưới Phương án: lựa chọn tháp hấp thụ kiểu đệm lựa chọn loại đệm thích hợp có phương pháp khử mù xử lý khí thải: đa phần hấp thụ hấp phụ Bụi Biện pháp xử lý đa phần thu hồi bụi khí thải Có phương pháp xử lý là: Phương pháp học: tách bụi khỏi dòng khí dựa vào lực trọng trường lực li tâm hạt bụi Tùy kích thước hạt bụi sử dụng phương pháp khác – Phòng lắng thiết bị hạt bụi lắng tác dụng trọng tải, phòng lắng lắng bụi lớn – Thiết bị lắng bụi học dùng thông dụng xyclon, bụi lắng tác dụng lực li tâm (hiệu suất tới 90%) Phương pháp lọc điện: Ưu thế: – Tách hạt bụi nhỏ, hiệu suất tách bụi đạt tới 99% – Làm việc môi trường nhiệt độ cao làm mòn hóa học – Có thể tự động hóa hoàn toàn trình làm khí Xử lý bụi biện pháp xử lý thiết yếu trước tác động trực tiếp đó môi trường làm việc công nhân Dù phương pháp nào, khí thải thoát từ nhà máy sản xuất công nghiệp nói chung axit sunfuric nói riêng phải đạt mức tiêu chuẩn qui định: – Theo TCVN 5939:2005, hạn chế tối đa cho phép chất vô khí thải công nghiệp thải môi trường xung quanh là: Nhà cung cấp tính: mg/Nm (miligam 1m khí thải chuẩn) Hạn chế tối đa A B Bụi khói 400 200 SO2 1500 500 H2S 7,5 7,5 Hơi H2SO4 SO3, tính theo SO3 100 50 Mức A: ứng dụng cho nhà máy, sở hoạt động Tiêu chuẩn Mức B: ứng dụng cho nhà máy, sở xây dựng m khí thải chuẩn tính khối khí 00C áp suất tuyệt đối 760mmHg 4.4.2 Về chất thải rắn So với chất thải rắn, biện pháp đa phần thu gom, tận thu, tái sử dụng, cho nâng cao suất sử dụng, hạn chế tối đa phát thải Phần lại, chất thải rắn bắt buộc bị thải ra, xử lý số phương pháp sau (quá trình xử lý thường nhà máy sản xuất axit sunfuric) – Phương pháp học, gồm: phương pháp ép phương pháp cắt phương pháp nghiền phương pháp sàng phương pháp tuyển – Phương pháp hóa – lý: dùng để xử lý, thu hồi Hóa chất độc hại cho thể người cho môi trường, cụ thể có: hấp thụ hấp phụ kết tủa oxi hóa cố định hóa rắn – Phương pháp nhiệt – cơ: tạo khối: sử dụng nhiệt độ cao nhằm chuyển chất thải rắn thành dạng sử dụng vật liệu xây dựng (gạch,…) – Phương pháp sinh học: dùng để xử lý chất thải rắn hữu 4.4.3 Nước thải Nước làm mát axit giải sau (với mục đích giảm thiểu lượng nước thải, tái sử dụng nước thải): – Tuần hoàn nước làm mát – Thay đổi sơ đồ làm mát (để nâng cao hiệu sử dụng) – Thay đổi sơ đồ làm mát Toàn lượng nước thải từ nhà máy thải cần xử lý phương pháp khác để đạt tiêu chuẩn thải môi trường Một số phương pháp xử lý nước thải là: – Phương pháp học: dùng để loại bỏ chất rắn lơ lửng nước thải Đây giai đoạn xử lý sơ Phương pháp đa phần là: lọc qua lưới, lắng, lọc qua vật liệu cát quay li tâm,… Lượng chất lắng thu trở thành dạng chất thải rắn – Phương pháp hóa – lý: sử dụng tượng phản ứng lý hóa để thu hồi khử loại độc chất nguy hiểm Phương pháp thường sử dụng là: oxi hóa, trung hòa (dùng kiềm, ), keo tụ, tuyển nổi, màng bán thấm… – Phương pháp sinh học: thường để loại bỏ hợp chất hữu nước nhờ dựa vào đặc tính sống loại thực vật, vi sinh vật, chúng sử dụng chất hữu làm nguồn dinh dưỡng Phương pháp thường giai đoạn xử lý cuối Nước thải sau xử lý phải đạt hạn chế xác nhận qui định sau: Theo TCVN 5945:2005, giá trị hạn chế thông số kỹ thuật nồng độ số chất ô nhiễm nước thải công nghiệp là: Giá trị thông số kỹ thuật ≤ mức A: đổ vào thủy vực thường dùng làm nguồn nước cho mục đích sinh hoạt Mức A < Giá trị thông số kỹ thuật ≤ mức B: đổ vào thủy vực nhận thải khác trừ thủy vực Mức B < Giá trị thông số kỹ thuật ≤ mức C: phép thải vào nơi qui định (như hồ chứa nước thải xây riêng, cống dẫn theo nhà máy nước thải tập trung,…) TÀI LIỆU THAM KHẢO Luận văn tốt nghiệp, Thiết kế dây chuyền sản xuất oleum – Axit sunfuric 240000 tấn/năm, Hoàng Minh Nam, Đại học Bách Khoa TP HCM Tác động ô nhiễm không khí sứ khỏe cộng đồng, TS Nguyễn Duy Bảo, ThS Đinh Xuân Ngôn, Viện Y học lao dộng vệ sinh môi trường TCVN 5939:2005; TCVN 5945:2005 Nhận xét quan hệ công nghệ sản xuất môi trường – cách tiếp cận kiểm tra môi trường công nghiệp, GS.TS Đặng KimChi, tuyển tập giải trình khoa học Kỉ niệm 10 năm thành lập Viện khách hàngandamp;CN môi trường, Đại học Bách Khoa Hà Nội Chuyên mục: Công nghệ xử lý khí SO2, ThS Đinh Hải Hà Hoá kĩ thuật đại cương – Phùng Tiến Đạt – Trần Thị Bính – NXB đại học sư phạm 2004 […]… học axit sunfuric được xem là hợp chất của anhydrit sunfuric với nước Công thức hoá học: SO3H2O – 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. .. môi trường đã được Note hơn Các nhà máy, xí nghiệp sản xuất có những biện pháp quản lí, giảm thiểu, xử lí các chất thải, các dòng thải Để giúp đỡ một phần các nhà máy sản xuất chúng tôi sẽ trình bày tiếp các chất thải, dòng thải chính của nhà máy sản xuất axit sunfuric CHƯƠNG 4: CÁC VẤN ĐỀ VỀ MÔI TRƯỜNG VÀ GIẢI PHÁP GIẢI QUY T Quá trình sản xuất axit sunfuric tạo ra nhiều dạng chất thải khác nhau, chia… chuyền sản xuất axit sunfuric – Đốt nguyên liệu sản xuất SO2 Tinh chế khí SO2 Oxi 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 Tất cả chúng ta có thể tham khảo sơ đồ công nghệ của phân xưởng sản xuất H2SO4 của nhà máy supe photphat Long Thành 3.2 Chuẩn bị nguyên, nhiên liệu: Nguyên vật liệu sản xuất axit sunfuric. ..CHƯƠNG 3: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC 3.1 Giới thiệu chung Để tìm hiểu được công nghệ sản xuất axit sunfuaric, trước hết tất cả 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, giữ gìn và vận tải nó: – Axit sunfuric khan là chất lỏng không màu, sánh (khối lượng riêng… tất cả chúng ta điều chế được axitsunfuaric có nồng độ 60 – 70% Về sau, người ta nhận thấy buồng chì không thuận tiện cho quá trình sản xuất thành ra đã thay buồng chì bằng các tháp hấp thụ được xây bằng gạch chịu axit nên nó được gọi là phương pháp tháp đệm Tuy nhiên, axit sunfuric thu được có độ tinh khiết không cao (do có lẫn nhiều HNO3 trong quá trình sản xuất ) hơn nữa hiệu suất của 26 quá trình này cũng không… trong quá trình đốt nguyên liệu 3.2.2 Nhiên liệu: – Vì quá trình sản xuất axit sunfuric cần tiêu tốn một lượng nhiệt khá lớn nên cần phân phối nhiệt trong hầu hết các giai đoạn của quá trình sản xuất, do đó cần phải có nguồn phân phối nhiệt, mà ở đây đa phần sử dụng than đốt – Các nguồn nhiên liệu chứa O2 là rất thiết yếu, bởi trong giai đoạn đốt nguyên liệu cần nhiều O2 3.3 Đốt nguyên liệu sản xuất SO2:… chiếm từ 52 – 65 % tổng lượng nhiệt Tất cả chúng ta có thể tận dụng lượng này để sản xuất điện tự phân phối cho nhà máy (tính đến hiệu suất nhiệt của nhà máy điện) hoặc nhà máy sản xuất có thể trở thành nơi phân phối năng lượng 3.4 Tinh chế khí SO2 3.4.1 Sơ lược về quá trình tinh chế khí: So với sơ đồ cổ kính của quá trình sản xuất axit sunfuric theo phương pháp tiếp xúc: – Khí lò từ lò đốt quặng được làm nguội… 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 hạn chế nội dung chúng tôi trình bày loại lò lớp sôi để đốt nguyên liệu Bởi vì thiết bị lớp sôi có nhiều ưu thế nổi trội và ngày càng được sử dụng rộng rãi không chỉ trong công nghệ sản xuất axit sunfuric. .. trong qúa tàinh sản xuất axit sunfuric; ngoài ra cũng có rất nhiều nguồn khác, trong đó phải kể đến axit sunfuric dư thừa trong các quá trình trước 3.3.1 Các phản ứng hoá học trong quá trình đốt nguyên liệu: – So với quặng pirit: 4FeS2 + 11O2 → Fe2O3 + 8SO2 + Q 2FeS2 → 2FeS + S2.(nhiệt độ vào khoảng 5000C) S2+ 2O2 → 2SO2 4FeS + 7O2 → 2Fe2O3 + 4SO2 Hoặc 3FeS + 5O2 → Fe3O4 + 3SO2 – Quá trình cháy của… môi trường sống 4.1 Khí thải 4.4.1 Khí axit: Thành phần: đa phần là khí SO2, ngoài ra còn có SO3 và mù H2SO4 (CO và CO2 không phải là chất thải đặc trưng của công nghệ sản xuất axit sunfuric nên không đề cập tới) Nguyên nhân: phát sinh phần lớn do các giai đoạn: tạo khí SO2, tinh chế khí SO2, giai đoạn tiếp xúc và quá trình hấp thụ tạo axit sunfuric; ngoài ra quá trình đốt nhiên liệu (than) cũng tạo … ra, giá thành axit cao tác động đến nghề khác sản xuất ắcquy chì, sản xuất phèn nhôm nhiều sản phẩm khác Tính đến 5/6/2008, ba nhà cung cấp sản xuất axit sunfuric TCT thực sản lượng axit tương đương… đỡ phần nhà máy sản xuất trình bày tiếp chất thải, dòng thải nhà máy sản xuất axit sunfuric CHƯƠNG 4: CÁC VẤN ĐỀ VỀ MÔI TRƯỜNG VÀ GIẢI PHÁP GIẢI QUY T Quá trình sản xuất axit sunfuric tạo nhiều… SO3 axit sunfuric hay oleum axit sunfuric bốc khói – Mặc dù có phương pháp khác để sản xuất axit sunfuric nhiên chúng có điểm chung có giai đoạn chính: Hình 3.1 Dây chuyền sản xuất axit sunfuric
