Báo cáo Thực tập nhà máy supe Long Thành

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY SUPE PHOTPHAT LONG THÀNH Lịch sử thành lập và quá trình phát triển nhà máy Supe Photphat Long Thành Lịch sử thành lập Tên đầy đủ: nhà máy Supe Photphat Long Thành Tên giao dịch: LONG THANH SUPER PHOSPHATE PLANT Nhà máy Supe Photphat Long Thành được khởi công xây dựng vào 4/1988. Sau 4 năm xây dựng, nhà máy đã đi vào sản xuất thử và tổ chức lễ khánh thành vào 10/12/1992. Nhà máy Supe Photphat Long Thành được xây dựng tại khu công nghiệp Gò Dầu – xã Phước Thái – huyện Long Thành – tỉnh Đồng Nai, trên diện tích 80.000m2 theo quyết định số 303/CNNG – TCNS ngày 17/07/1991 của Bộ Công nghiệp nặng nay là Bộ Công thương. Nhà máy Supe Photphate Long Thành là một trong những đơn vị trực thuộc Công ty Phân Bón Miền Nam. Tổng cục hóa chất thành lập Công ty Phân Bón Miền Nam vào 19//04/1976 theo quyết định 426/HC – QĐ. Nhà máy sản xuất và tiêu thụ Supe lân, NPK và các loại hóa chất khác. Tháng 10 – 2010, công ty thực hiện cổ phần hóa thành công ty Cổ Phần Phân Bón Miền Nam. Quá trình phát triển Toàn bộ dây chuyền sản xuất axit sunfuric (H2SO4) do Pháp chế tạo và xây dựng theo thiết kế của Pháp, được nhà nước ta tiếp nhận từ chế độ cũ. Công suất thiết kế gồm hai dây chuyền sản xuất chính: Axit Sunfuric (H2SO4): 40000 tấn/năm. Supe Photphat đơn: 100000 tấn/năm. Đầu năm 2004 nhà máy chính thức đưa thềm dây chuyền sản xuất phân NPK vào hoạt động. Tháng 8/2005 hoàn thành xây dựng và đưa vào sản xuất dây chuyền sản xuất axit Sunfuric số 2. Sau 17 năm qua đi, tuy thành tích còn khiêm tốn nhưng quá trình sản xuất, kinh doanh đã chứng tỏ nhà máy từng bước đi lên một cách vững chắc. Từ sản lượng 52.000 tấn/năm phân bón sản xuất và tiêu thụ năm 1993 nay đã là 200.000 tấn/năm. Sản lượng axit Sunfurirc và các hóa chất khác cũng tăng gấp 3 lần so với năm đầu vào sản xuất. Các mặt hàng của nhà máy luôn ổn định về chất lượng và đa dạng về chủng loại, được thị trường tín nhiệm và đánh giá cao. Đội ngũ cán bộ điều hành sản xuất và công nhân kỹ thuật của nhà máy đã trưởng thành và vận hành nhà máy an toàn. Nhà máy là đơn vị duy nhất tại miền Nam sản xuất và cung cấp các loại phân bón Supe lân, axit Sunfuric cho khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long, miền Đông Nam Bộ và thành phố Hồ Chí Minh… Ngoài ra nhà máy còn sản xuất nhiều loại phân bón Supe lân với mọi hàm lượng P2O5 để đáp ứng yêu cầu khách hàng cho từng khu vực đất trồng, cây trồng. Hiện nay nhà máy đã xây dựng và mở rộng thêm dây chuyền sản xuất Supe Photphat từ 10000 tấn/năm lên 200000 tấn/ năm, dây chuyền sản xuất NPK 50000 tấn/năm, dây chuyền sản xuất axit Sunfuric theo phương pháp tiếp xúc kép với công suất 40000 tấn/năm bằng công nghệ và thiết bị hiện đại. Định hướng và phát triển trong tương lai Để sẵn sàng hòa nhập với nền kinh tế thị trường trong nước và khu vực, phù hợp với xu thế phát triển kinh tế của đất nước và thế giới, định hướng chiến lược của nhà máy: Tập trung đi vào chiều sâu, nghiên cứu cải tiến, đổi mới công nghệ thiết bị trong các dây chuyền sản xuất hiện có để nâng cao sản xuất và chất lượng sản phẩm nhằm nâng cao năng lực cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường. Tăng cường đào tạo, bồi dưỡng cán bộ công nhân viên có trình độ kỹ thuật, nghiệp vụ chuyên môn giỏi và tay nghề cao để đáp ứng yêu cầu hiện đại hóa dây chuyền sản xuất. Tập trung nghiên cứu, lập luận chính minh khả thi đề nghị cấp trên xét duyệt cho phép đầu tư xây dựng một dây chuyền sản xuất phân bón SA. Thiết lập và duy trì hệ thống chất lượng theo tiêu chuẩn quốc tế ISO 9001 – 2000. Cơ cấu tổ chức và các hoạt động của nhà máy Cơ cấu tổ chức Sau 14 năm đi vào hoạt động, đội ngũ cán bộ điều hành và công nhân kỹ thuật của nhà máy đã và đang vận hành nhà máy ngày càng ổn định và phát triển. Từ một nhóm sáu kỹ sư được điều từ công ty Supe Photphat Lâm Thao và làm nồng cốt, đến nay nhà máy đã có đội ngũ đông đảo với tổng cộng 266 cán bộ công nhân viên bao gồm: 30 kỹ sư, 236 cán sự và công nhân lành nghề đủ tiềm năng về nhân lực và vận hành toàn bộ hệ thống thiết bị một cách an toàn với công suất tối đa. Nhà máy có bốn phân xưởng bao gồm: Một phân xưởng Supe Một phân xưởng Axit Một phân xưởng phụ trợ là phân xưởng Cơ Điện Một phân xưởng Năng Lượng Ngoài ra, nhà máy cón có các phòng ban phục vụ cho công tác quản lý và tiêu thụ sản phẩm như: phòng Kinh Tế, phòng Kế Toán, phòng Kỹ Thuật, phòng Tổng Hợp, ban KCS. Các hoạt động của nhà máy Cùng với việc đẩy mạnh sản xuất kinh doanh, nhà máy cũng quan tâm đến việc đẩy mạnh các hoạt động của Đảng, Công Đoàn, Phụ Nữ, Đoàn Thanh Niên... Hàng năm, nhà máy đều tổ chức cho cán bộ công nhân viên đi tham quan, nghỉ mát, phát động phong trào văn hóa văn nghệ, thể dục thể thao thường xuyên. Nhà máy còn chú trọng thực hiện các chính sách xã hội ở địa phương, hưởng ứng phong trào đền ơn đáp nghĩa, nhà tình thương, tham gia phong trào xóa đói giảm nghèo…Trong sản xuất, nhà máy đặc biệt chú trọng tới công tác an toàn lao động và vệ sinh môi trường. Thành tích ghi nhận qua các năm Nhà máy Supe Photphat Long Thành là nhà máy cung cấp chủ yếu Supe lân và axit Sunfuric cho các tỉnh phía Nam trong những năm qua nên được các đồng chí lãnh đạo Đảng và Nhà Nước quan tâm động viên. Vì thế cùng với sự phát triển của công nghiệp phía Nam, nhà máy cũng đạt được những thành tựu không nhỏ như: Năm 1998 Công Ty Phân Bón Miền Nam tặng cờ đơn vị thi đua tiên tiến. Năm 2000 Công Ty Phân Bón Miền Nam tặng cờ đơn vị thi đua xuất sắc hoàn thành kế hoạch sản xuất kinh doanh. Năm 2001 UBND thành phố Hồ Chí Minh tặng bằng khen và cờ đơn vị hoàn thành xuất sắc nhiệm vụ. Năm 2001 Tổng Công Ty Hóa Chất Việt Nam tặng cờ đơn vị thi đua xuất sắc. Năm 2002 Nhà Nước phong tặng huân chương lao động hạng ba. Ngoài ra, nhà máy còn nhận được các giải thưởng, giấy chứng nhận khác như: Giấy chứng nhận Huy Chương Vàng phân bón Supe Photphat đơn tại Cần Thơ 1993. Giấy chứng nhận Huy Chương Vàng sản phẩm PA do ban tổ chức Hội Chợ Nông Nghiệp Quốc Tế 1995. Giải chứng nhận giải thưởng Bông Lúa Vàng năm 1997 do Bộ Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn tổ chức hội chợ Qúôc Tế tại Cần Thơ. Giấy chứng nhận sản phẩm bạn nghe đài bình chọn Topten phân bón và thuốc bảo vệ thực vật năm 2000 do đài tiếng nói Nhân Dân tp.Hồ Chí Minh tổ chức. Giấy khen cho đơn vị tài chính do hội thi Nhà Nông Đua Tài tỉnh Ninh Thuận lần thứ V – 2004. Giấy chứng nhận đạt danh hiệu Hàng Việt Nam chất lượng cao năm 2006 do người tiêu dùng bình chọn qua cuộc thi điều tra của báo Sài Gòn tiếp thị. Địa điểm xây dựng nhà máy Đầu tiên nhà máy được xây dựng tại Đồng Tâm – Tiền Giang. Đây là nơi có giao thông thuận lợi, diện tích rộng. Tuy nhiên, do cường độ đất đai ở đây rất thấp (khoảng 0,2 kG/cm2) nên không thể đóng bê tông xây dựng áp lực 1 – 1,4 kG/cm2. Sau đó, nhà máy được dời về Thủ Đức, thành phố Hồ Chí Minh với tên gọi Solube trước khi được chính thức xây dựng với cái tên Supe Photphat Long Thành tại Đồng Nai. Nhà máy Supe Photphat Long Thành được xây dựng tại khu công nghiệp Gò Dầu – xã Phước Thái – huyện Long Thành – tỉnh Đồng Nai. Nơi đây có độ bền móng rất tốt đảm bảo cho các công trình có khối lượng lớn. Phía Đông nhà máy cách quốc lộ 51 khoảng 1200m thuận tiện cho việc vận chuyển hàng hoá bằng đường bộ. Phía Tây giáp với sông Thị Vải rất thuận lợi cho việc vận chuyển nguyên liệu từ cảng Hải Phòng theo đường biển tới bờ biển Vũng Tàu, rồi ngược theo sông Thị Vải tới nhà máy và vận chuyển sản phẩm tới Đồng Bằng Sông Cửu Long. Sơ đồ nhân sự
Hình 1.1. Sơ đồ nhân sự nhà máy Supe Photphat Long Thành CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC Giới thiệu chung Nhà máy Supe Photphat Long Thành có hai dây chuyềnsản xuất Axit Sunfuric đều sản xuất từ S nguyên tố bằng phương pháp tiếp xúc với công suất 40.000 tấn/năm. Nguyên liệu: S rắn dạng cục hay dạng vẩy, độ tinh khiết 99.9%. Quá trình gồm bốn giai đoạn chính: Nấu chảy lưu huỳnh rắn Oxy hóa lưu huỳnh lỏng tạo SO2 Oxy hóa SO2 thành SO3 trên xúc tác V2O5 Hấp thụ SO3 thành H2SO4 Sản phẩm là H2SO4 98.3%. Nguyên liệu và nhiên liệu Lưu huỳnh (S) Lưu huỳnh là một nguyên liệu được dùng sớm nhất và tốt nhât. Lưu huỳnh làm đơn giản được quá trình công nghệ, tiết kiệm được kinh phí đầu tư, tiết kiệm được chi phí nguyên liệu do lưu huỳnh có giá thành không cao. Khi đốt lưu huỳnh ta thu được hỗn hợp khí có hàm lượng SO2 và O2 cao. Điều này rất quan trọng trong quy trình sản xuất axit Sunfuric theo phương pháp tiếp xúc. Lưu huỳnh chứa rất ít tạp chất đặc biết là Asen và khi cháy không tạo xỉ nên dây chuyền sản xuất được rút ngắn rất nhiều. Lưu huỳnh chủ yếu được chế tạo từ lưu huỳnh thiên nhiên, có nhiều phương pháp tách lưu huỳnh ra khỏi quặng: phương pháp tuyển nổi để tách lưu huỳnh; lấy lưu huỳnh trực tiếp từ mỏ dầu bằng cách dùng nước trực tiếp nấu chảy lưu huỳnh trong quặng ngay tại các giếng khoan, sau đó dùng không khí để lấy lưu huỳnh lên. Trong khí thải các ngành công nghiệp luyện kim màu, gia công dầu mỏ, khí thiên nhiên, khí dầu mỏ… cũng chứa nhiều hợp chất của lưu huỳnh (H2S, SO2, CO2,…). Khí H2S, CO2 sau khi tách hợp chất có thể sản xuất trực tiếp Axit Sunfuric hay sản xuất lưu huỳnh. Nhà máy Supe Photphat Long Thành chọn lưu huỳnh nguyên tố làm nguyên liệu sản xuất Axit Sunfuric. Tính chất của lưu huỳnh: Lưu huỳnh có phân tử lượng là 32.06 đvC. Ở nhiệt độ thường lưu huỳnh tồn tại ở hai dạng thù hình [2]. Bảng 2.1 Tính chất của lưu huỳnh Tính chất  Tinh thể hình thoi  Tinh thể hình khối   Trọng lượng riêng (g/cm3)  2.07  1.96   Vùng ổn định (0C)  Dưới 95.6  95.6 – 119.3   Nhiệt độ nóng chảy(0C)  112.8  119.3   Nhiệt độ nấu chảy (Calo)  9.4  10.8   Đặc biệt lưu huỳnh dẫn nhiệt và dẫn điện kém, không hòa tan trong nuớc. Khi chảy lỏng thể tích tăng lên 15%. Ở 1200C, lưu huỳnh là chất lỏng màu vàng, linh động, độ nhớt thấp. Nếu nhiệt độ tăng lên độ nhớt thì độ nhớt giảm. Ở 1600C, lưu huỳnh có màu vàng nâu và ở 1900C có màu nâu rất thẫm và có trị số độ nhớt thấp nhất. Nhưng nếu cứ tăng nhiệt độ tiếp tục thì độ nhớt của lưu huỳnh tăng dần và đến 3000C là độ nhớt thấp nhất và kém linh động. Đến 4460C, lưu huỳnh sẽ sôi lên. Ở điều kiện bình thường, lưu huỳnh tồn tại ở dạng S8, S6, S4, S2 khi nhiệt độ tăng cao thì hàm lượng S2 tăng và màu của lưu huỳnh cũng đổi. Ở gần điểm sôi, lưu huỳnh có màu da cam. Ở nhiệt độ cao hơn có màu đỏ và chuyển sang màu ánh sáng ở 6500C. Hơi của lưu huỳnh có màu vàng đỏ ở 9000C chỉ có dạng S2 nhưng khi hạ nhiệt độ xuống còn 8000C thì S2 chuyển thành S8 và S6. Nhiệt độ bốc cháy của lưu huỳnh là 160 – 2600C nhưng tốc độ cháy nhỏ. Cần chú ý trong quá trình bốc dỡ lưu huỳnh từ tàu biển, tránh va chạm kim loại dễ làm lưu huỳnh bốc cháy. Như trên đã nói, dây chuyền sản xuất nhà máy chọn lưu huỳnh rắn làm nguyên liệu vàa phải đảm bảo các tạp chất trong lưu huỳnh không vượt quá: Hàm lượng Asen không quá 0.0005%. Hàm lượng Bitum không quá 0.2%. Nếu hàm lượng Bitum vượt quá 0.2% khi cháy trong lò đốt lưu huỳnh tạo thành CO2 và H2O, khi ở nhiệt độ hơn 2700C, hơi nước sẽ kết hợp với SO3 tạo ra mù axit ở tháp hấp thụ gây ô nhiễm môi trường. Không khí Không khí chứa 21% O2 và 79% N2. Oxy dùng trong oxy hóa lưu huỳnh thành SO2 và oxy hóa SO2 thành SO3 (với sự có mặt của xúc tác V2O5). Không khí phải được lọc sạch bụi và hơi nước tại tháp sấy bằng Axit Sunfuric đến độ ẩm chỉ còn nhỏ hơn 0.01% hay 0.08g/cm3 khí, nếu độ ẩm này vượt quá chỉ tiêu cho phép sẽ sinh ra nhiều mù axit tại tháp hấp thụ. Không khí nén Không khí được sấy khô và tách dầu có áp suất 56kG/m3 cung cấp cho các van điều chỉnh tự động của bộ phận máy do kiểm tra. Không khí nén được lấy từ máy nén bên xưởng Supe Photphat đưa sang. Sau khi tách dầu và sấy khô sẽ chứa trong thùng chứa không khí nén, cấp dầu cho bộ phận máy đo kiểm tra. Nước Nước làm lạnh axit là nước tuần hoàn tưới cho các dàn làm lạnh axit. Yêu cầu nước làm lạnh phải có độ pH = 7 – 7.5; nhiệt độ cao nhất là 350C. Nước lọc sạch dùng để pha vào axit monohydrat ở thùng tuần hoàn và pha loãng axit. Nước mềm cung cấp cho nồi hơi được chế biến tại xưởng axit xong được bơm lên thùng chứa. Ở đây, chúng được khử khí rồi bơm đến nồi hơi. Nước ngưng: xả ra từ nồi hơi và lò nấu chảy lưu huỳnh được dẫn về thùng chứa để sử dụng lại. Hơi nước bão hoà dùng để nấu chảy lưu huỳnh. Dầu DO Dùng để khởi động xưởng, mỗi lần khởi động cần 6 – 8 m3. Các nguồn nguyên liệu khác Nguyên liệu sản xuất axit sunfuric rất phong phú và đa dạng. Ngoài nguồn nguyên liệu là lưu huỳnh nguyên tố, ta có thể sử dụng một số nguồn khác: quặng pyrit sắt, muối sunfat, hydrosunfua (H2S) và một số chất thải khác. Quặng pyrit sắt Pyrit thông dụng Pyrit từ tính Pyrit tuyển nổi Muối Sunfat Là nguồn nguyên liệu phong phú để sản xuất Axit Sunfuric. Trong đó được dùng nhiều nhất là CaSO4. Tuy nhiên, khi dùng nguồn nguyên liệu này để sản xuất thì tiêu tốn vốn đầu tư cơ bản nên thường kết hợp vvới quá trình sản xuất ximăng. Bình quân cứ 1 tấn ximăng thì tương ứng sản xuất được 1 tấn Axit Sunfuric. Hydro Sunfua Khí H2S được lấy từ dầu mỏ hay trong khí luyện than cốc. Thu hồi lượng H2S này không những có ý nghĩa kinh tế mà còn đảm bảo vệ sinh công nghiệp. Các chất thải có chứa lưu huỳnh Khí lò luyện kim màu Khói lò Axit Sunfuric thải Đặc điểm công nghệ chung cho sản xuất axit Quá trình hóa lỏng lưu huỳnh Bể hóa lỏng lưu huỳnh để hở, gồm ba ngăn: Ngăn 1: hóa lỏng lưu huỳnh bằng hệ thống ống lồng ống, hơi nước bão hòa đi trong ống, gia nhiệt cho lưu huỳnh rắn bên ngoài. Ngăn 2: lưu huỳnh lỏng được dẫn sang bể lắng để xảy ra quá trình lắng tự nhiên, các hạt bụi thô được lắng dưới tác dụng của trọng lực. Ngăn 3: lưu huỳnh lỏng sau khi được lắng tự nhiên sẽ chảy tràn sang ngăn này. Quá trình này được xem tương đương một quá trình lọc nhằm tách thêm một phần bụi mịn từ quá trình hóa lỏng quặng. Lưu huỳnh rắn sau khi hóa lỏng sẽ được bơm răng khí bơm qua bét phun đi vào lò đốt. Trên đường ống dẫn lưu huỳnh lỏng từ ngăn 3 đến lò đốt vẫn sử dụng hệ thống ống lồng ống để duy trì nhiệt độ của lưu huỳnh tránh lưu huỳnh bị giảm nhiệt độ dẫn đến đóng rắn gây tắc ống. Đường ống dẫn lưu huỳnh đến lò đốt được đặt nghiêng một góc 450 nhằm tránh việc ngừng máy hay ngừng hệ thống khi đại tu, sửa chữa hay khi có sự cốc xảy ra thì lưu huỳnh lỏng tự chảy về ngăn 3 do trọng lực. Tránh tình trạng tắc ống khi lưu huỳnh lỏng bị đóng rắn. Quá trình oxy hóa lưu huỳnh thành SO2 S + O2 → SO2 + 297.322 kJ/mol Đây là phản ứng tỏa nhiệt, giảm thể tích do đó để tăng lượng SO2 tạo ra ta có thể: tăng lượng oxy trong không khí vào lò đốt; hoặc giảm nhiệt độ Tuy nhiên, nếu tăng quá nhiều oxy thì nồng độ SO2 sẽ giảm do hỗn hợp ra lò đốt còn quá nhiều không khí. Ta phải duy trì nhiệt độ lưu huỳnh nóng chảy ở 1440C vì ở nhiệt độ này lưu huỳnh có độ nhớt thấp. Để tránh đóng rắn lưu huỳnh (t0 = 119.30C) làm tắc bét phun ta phải gia nhiệt cho lưu huỳnh bằng hơi nước. Để tránh tạo mù axit ở các công đoạn sau ta phải sấy khô không khí trước khi đưa vào lò đốt. Lượng hơi nước trong không khí khô không quá 0.01% thể tích. Có thể xảy ra hiện tượng lưu huỳnh thăng hoa do lưu huỳnh chưa cháy hết. Bởi vậy, khi làm nguội khí chứa lưu huỳnh thì lưu huỳnh sẽ bị đóng rắn lại gây tắc thiết bị hay ống dẫn. Nguyên nhân dẫn đến tình trạng này là do thiếu không khí hay do nhiệt độ cháy quá thấp và thường xảy ra khi khởi động hay dừng xưởng. Để tránh tình trạng đó người ta thường tiến hành đốt dầu DO trước khi phun lưu huỳnh vào đốt, nhằm sấy hệ thống tạo độ đồng đều trong hệ thống. Đồng thời tránh tình trạng nóng cục bộ khi đốt nóng lưu huỳnh (do lưu huỳnh cháy tỏa nhiệt rất manh). Nếu khi đốt lưu huỳnh có màu vàng sáng thì lưu huỳnh cháy hoàn toàn có màu da cam hay tối nâu là lưu huỳnh chưa cháy hết. Quá trình chuyển hóa SO2 thành SO3 Quá trình này là quá trình oxy hóa SO2 thành SO3 bằng oxy không khí diễn ra trong tháp tiếp xúc, khí SO2 sau khi đã lọc bụi và các tạp chất có hại cho xúc tác sẽ cùng với không khí đi qua xúc tác và được oxy hóa thành SO3. SO2 + 1/2O2 → SO3 + Q Quá trình này là quá trình tỏa nhiệt (thay đổi nhiệt độ) và giảm thể tích làm tăng áp suất và giảm nhiệt độ dẫn đến mức chuyển hóa cân bằng tăng. Trong điều kiện sản xuất, tốc độ oxy hóa có ý nghĩa rất lớn vì nó quyết định lượng SO2 oxy hóa trong một đơn vị thời gian trong một đơn vị thể tích xúc tác, quyết định lượng xúc tác cần dùng, kích thước tháp chuyển hóa, các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật khác,… Tốc độ quá trình oxy hóa SO2: k = k0.e( - Ea/RT) Trong đó: k0: hệ số thực nghiệm đặc trưng cho xúc tác, không phụ thuộc vào nhiệt độ. Ea: năng lượng hoạt hóa, (J/mol). Ea/RT: biểu thị phần tử có năng lượng ≥ E → phần va chạm có hiệu quả dẫn đến việc hình thành các phần tử SO3. Khi tăng nhiệt độ và giảm năng lượng hoạt hóa thì hằng số tốc độ tăng. Trong hệ đồng thể không xúc tác: phản ứng này có năng lượng hoạt hóa rất lớn (≈ 120 kJ/mol), do đó tốc độ phản ứng vô cùng chậm có thể xem phản ứng không xảy ra ở nhiệt độ cao. Vì khi đó cần một năng lượng rất lớn để có thể phá vỡ những liên kết giữa các nguyên tử O2 trong phân tử để phản ứng với SO2: SO2 + 1/2O2 → SO3 + 148.3kJ/mol Khi có mặt chất xúc tác rắn (quá trình oxy hóa dị thể), năng lượng hoạt hóa giảm đi đáng kể → tốc độ phản ứng oxy hóa tăng lên rất nhiều. Có rất nhiều chất xúc tác cho quá trình oxy hoá SO2. Quá trình hấp thụ SO3 Là quá trình tách SO3 ra khỏi hỗn hợp khí và chuyển thành H2SO4. Tùy theo hỗn hợp khí có chứa hơi nước hay không mà quá trình tách là khác nhau. Nếu hỗn hợp khí trước khi vào tháp tiếp xúc đã được sấy khô thì quá trình tách là quá trình hấp thụ còn nếu hỗn hợp khí đi thẳng vào tháp tiếp xúc mà không sấy thì quá trình tách là quá trình ngưng tụ H2SO4 (thường dùng axit có nồng độ từ 94 – 96%). Trường hợp hấp thụ thường xảy ra hơn. Trên thực tế, người ta thường sử dụng H2SO4 98.3% để hấp thụ SO3 theo phản ứng: xSO3 + H2SO4 → H2SO4.xSO3 Tùy theo tỷ lệ giữa SO3 và H2SO4 mà nồng độ axit thu được sẽ khác nhau. Khi x > 1, sản phẩm là oleum Khi x = 1, sản phẩm là monohydrate Khi x < 1, sản phẩm là dung dịch loãng Quá trình tạo mù và lọc mù Ngưng tụ dị thể: Là quá trình tạo mù do ngưng tụ hơi trên bề mặt tác nhân ngưng tụ (các chất hay các ion khí). Gồm hai giai đoạn: tạo hơi quá bão hoà và ngưng tụ hơi tác nhân ngưng tụ hay trên ion khí rồi lớn dần tạo mù. Nếu nhân ngưng tụ là các giọt chất lỏng rất nhỏ: Nếu độ bão hòa của hơi trong hỗn hợp khí lớn hơn độ bão hòa của hơi trong giọt chất lỏng làm cho đường khính giọt tăng. Nếu độ bão hòa của hơi trong hỗn hợp khí nhỏ hơn độ bão hòa của hơi trong giọt chất lỏng thì có bay hơi từ bề mặt giọt làm cho đường kính giọt giảm. Nếu các giọt có tích điện: áp suất hơi bão hòa trên các giọt đó và độ bão hòa của hơi trên các giọt đó sẽ nhỏ hơn các giọt không tìch điện cùng kích thước. Nếu nhân ngưng tụ là các ion khí và các hạt rắn: cơ chế ngưng tụ, nhưng độ quá bão hòa thay đổi do áp suất hơi bão hòa khi đó còn phụ thuộc vào bản chất và hình dạng hạt. Ngưng tụ đồng thể: Là quá trình tạo mù do ngưng tụ hơi trên mầm ngưng tụ tự tạo. Gồm ba giai đoạn: Tạo hơi quá bão hòa. Tạo mầm, độ quá bão hòa càng lớn tốc độ tạo mầm càng lớn. Ngưng tụ hơi trên bề mặt mầm rồi lớn dần thành mù. Khi tạo mù áp suất hơi giảm (do ngưng tụ), áp suất hơi bão hòa tăng (do tỏa nhiệt làm nhiệt độ tăng) dẫn đến độ quá bão hòa của hơi giảm. Tóm lại, cơ chế ngưng tụ dị thể cũng tương tự ngưng tụ đồng thể nhưng việc tạo giọt chất lỏng bắt đầu ở độ quá bão hòa nhỏ hơn. Do đó chỉ cần độ quá bão hòa lớn hơn áp suất cân bằng của hơi nước trên các nhân ngưng tụ lơ lửng không khí. Quá trình ngưng tụ hơi trong thể tích (tạo mù) bắt đầu ở độ quá bão hòa nhất định gọi là độ bão hòa tới hạn. Quá trình tạo hơi thành mù khi độ quá bão hòa của hơi bằng độ quá bão hòa tới hạn. Tùy thuộc tỷ lệ giữa độ quá bão hòa và số nhân ngưng tụ rất lớn vì độ quá bão hòa của hơi trong không khí nhỏ hơn độ quá bão hòa tới hạn nên không tạo mầm ngưng tụ. Nếu tốc độ khuếch tán hơi tới bề mặt nhân ngưng tụ nhỏ thì độ quá bão hòa của hơi ở xa nhân có thể bằng độ quá bão hòa tới hạn nên tạo mầm và ngưng tụ hơi đồng thể. Tách các hợp chất ở dạng mù: Phân loại mù: có ba loại mù. Mù phân tán cao: dgiọt lỏng < 0.1µm. Mù: dgiọt lỏng = 0.1 – 10 µm. Tia bắn: dgiọt lỏng > 10 µm. Mù phân tán cao sinh ra trong tháp rửa thứ nhất, thiết bị trao đổi nhiệt, tháp sấy, thiết bị làm nguội SO3, tháp oleum và tháp monohydrate. Đặc điểm: khó lọc. Phương pháp lọc mù: Lọc cơ học (bằng bông thủy tinh) và lọc điện. Hai dây chuyền sản xuất axit này không lọc mù khí lò trước khi đi vào tháp hấp thụ. Dây chuyền 1: sử dụng dòng Axit Sunfuric tưới dòng khí trước khi đi vào tháp hấp thụ. Dây chuyền 2: khí được cho đi qua chất hấp thụ xốp, ở đây sử dụng nền khử mù, lọc mù theo nguyên tắc hấp thụ các tạp chất vào các sợi bông thủy tinh trước khi khi dòng khí đi vào tháp hấp thụ. Quá trình sấy khí Hỗn hợp khí từ tháp tăng ẩm ra thực tế là bão hòa hơi nước nhiệt độ càng cao thì hàm lượng hơi nước trong không khí càng lớn. Ở điều kiện làm việc bình thường thì hơi nước không ảnh hưởng gì đến xúc tác V2O5 nhưng nó có thể gây hiện tượng ngưng tụ hơi axit ở thiết bị truyền nhiệt (công đoạn tiếp xúc) hoặc ở thiết bị làm nguội và tạo mù axit ở công đoạn hấp thụ và sấy khô hỗn hợp khí trước khi đưa sang công đoạn tiếp theo. Hiện nay để sấy khô hỗn hợp khí người ta thường dùng dung dịch Axit Sunfuric đậm đặc để hấp thụ nước. Hàm lượng hơi nước trong hỗn hợp khí ra khỏi tháp sấy không được lớn hơn 0.01%V (0.08 g/m3 khí). Thực tế nhà máy cũng tiến hành sấy khô không khí trước khi đưa vào lò đốt và quá trình sấy khí ở hai dây chuyền khác nhau. Ở dây chuyền 1, người ta sử dụng Axit Sunfuric khoảng 94 – 96% để sấy khí. Còn dây chuyền 2 sử dụng Axit Sunfuric 98.3% để sấy khí và sử dụng các thiết bị trao đội nhiệt làm khô không khí trước khi đưa vào lò đốt. Thực tế tại dây chuyền 1, nhà máy không bổ sung axit tưới trực tiếp từ tháp hấp thụ monohydrate mà dùng hai bể chứa axit có nồng độ riêng biệt: một chứa axit thành phẩm 98,3%, một chứa axit sấy khoảng 94 – 96% và có một đường ống để trích một phần axit thành phẩm bổ sung cho bể chứa axit sấy để tăng nồng độ axit có nồng độ nhỏ hơn 92% chảy về tháp sấy. Nên khi đó nếu tăng nồng độ axit tưới thì sẽ tiêu tốn điện năng. Xúc tác cho quá trình oxy hóa SO2 Xúc tác Vanadi oxit Gồm ba phần chính: V2O5: 5 – 12%, là thành phần hoạt tính của xúc tác. Muối kim loại kiềm (K, Na, Rp, Li, Cs) là chất kích động làm tăng hoạt tính xúc tác lên hàng trăm lần. Tỷ lệ kim loại kiềm và Vanadi dao động trong phạm vi khá rộng từ 1:1 đến 6:1. Khi tăng tỷ lệ này, nhiệt độ hoạt tính của xúc tác giảm và độ bền nhiệt tăng. Ngoài ra, các nguyên tố nhóm Lantan cũng là chất kích động cho xúc tác. SiO2: ở dạng xốp (như đá diatomit, silicagel,…) đóng vai trò là chất mang. Ngoài ra, người ta còn tìm cách đưa tất cả các nguyên tố trong bảng hệ thống tuần hoàn vào xúc tác Vanadi nhằm tăng hoạt tính, độ bền cơ, độ bền nhiệt,…của xúc tác. Xúc tác V2O5 có hoạt tính thấp hơn Pt nhưng giá thành rẻ hơn rất nhiều (2 – 4 lần). Cơ chế quá trình oxy hóa SO2 Gồm bảy giai đoạn: SO2 và O2 từ pha khí chuyển tới bề mặt ngoài xúc tác. SO2 và O2 thấm vào lỗ xốp xúc tác. Hấp thụ SO2 và O2. SO2 phản ứng trên mặt xúc tác V2O5 + SO2 → V2O4 + SO3 Nhả SO3. Từ lỗ xốp SO3 chuyển ra mặt ngoài tiếp xúc. SO3 chuyển vào pha khí. Các yếu tố ảnh hưởng khác Nồng độ SO2 Khi tăng nồng độ SO2 lượng xúc tác cần dùng tăng → tăng chiều cao lớp xúc tác → tăng trở lực. Khi giảm nồng độ SO2 thể tích hỗn hợp tăng → tốc độ khí trong tháp tăng → tăng trở lực → cần sử dụng SO2 với nồng độ thích hợp. Nồng độ SO2 thích hợp thu được hỗn hợp khí khi đốt các loại nguyên liệu khác nhau. Nhưng trong thực tế thường dùng SO2 ở nồng độ cao hơn nồng độ thích hợp (vì khi nồng độ SO2 tăng lên từ 6,5 – 9% thì năng suất tháp tiếp xúc chhỉ thay đổi 5%). Đường kính xúc tác Trong quá trình sản xuất, quá trình chuyển chất của dòng khí đến bề mặt ngoài xúc tác (quá trình xúc tác ngoài) thường không ảnh hưởng đến tốc độ oxy hóa. Giai đoạn chậm nhất là quá trình khuếch tán các chất tham gia phản ứng từ bề mặt ngoài của các hạt xúc tác đến bề mặt trong của nó (các mao quản) → bề mặt trong của các hạt xúc tác không được sử dụng hoàn toàn, nhất là lớp đầu. Hạt xúc tác càng nhỏ thì mức sử dụng bề mặt bên trong của nó càng lớn → lượng xúc tác càng ít, nhưng trở lực lớp tiếp xúc càng tăng → tiêu hao năng lượng vận chuyển càng tăng → cần chọn đường kính thích hợp cho xúc tác để đảm bảo cho quá trình oxy hóa SO2 xảy ra trong miền trung gian giữa vùng động học và vùng khuếch tán. Nhưng nói chung đường kính thích hợp của lớp xúc tác ở lớp sau thường nhỏ hơn lớp đầu. Cơ chế của quá trình hấp thụ SO3 Cơ sở hóa lý của quá trình hấp thụ SO3 Phản ứng tổng quát: xSO3 + H2SO4→ H2SO4.xSO3 Nếu x > 1, ta thu được sản phẩm là oleum. Nếu x = 1 thì sản phẩm là monoaxit. Nếu x < 1thì sản phẩm là Axit Sunfuric loãng. Quá trình hấp thụ xảy ra theo hai giai đoạn, trong đó quá trình khuếch tán của SO3 vào lỏng quyết định toàn bộ quá trình, còn tốc độ hóa học xảy ra rất nhanh. Do phản ứng dị thể nếu bề mặt phân chia pha khí và pha lỏng cũng có ảnh hưởng. Khi bề mặt phân chia pha không đổi, tốc độ khuếch tán của phân tử khí SO3 qua lớp màu khí (cố định), bề mặt phân chia, màng lỏng cố định sẽ quyết định quá trình. Theo phương trình khuyếch tán (truyền khối) thì tốc độ hấp thụ: [1] Q = k.F.ΔP Trong đó: Q: lượng khí SO3 bị hấp thụ (kg/m2.hr). K: hệ số hấp thụ (kg/m2.hr). F: bề mặt hấp thụ pha (m2). ΔP: động lực của quá trình hấp thụ (N/m2). Động lực của quá trình được tính:
Trong đó: Pk, Pk’: áp suất riêng phần của SO3 trong pha khí trước và sau khi hấp thụ (N/m2). PA, PA’: áp suất riêng phần của SO3 trên bề mặt axit tưới trước và sau hấp thụ (N/m2). Như vậy, để tăng Q ta phải tăng k, F, ΔP. Bề mặt tiếp xúc F: khi tăng F phải tăng kích thước tháp, dẫn tới tăng trở lực của tháp. Do đó chi phí sản xuất tăng. Tăng F bằng cách sử dụng các tháp đệm bên trong có chứa các vòng đệm (hay các loại đệm khác). Hệ số hấp thụ k: hệ số hấp thụ k phụ thuộc vào tốc độ của pha khí. k = k0.Wm Trong đó: k0: hệ số phụ thuộc vòa nồng độ và nhiệt độ axit. W: tốc độ giả của khí đi trong tháp (m/s). m: hệ số tùy thuộc chế độ chảy của khí. Ta thấy, k0 chính là k khi W = 1m/s. m = 0.5: chế độ chảy dòng. m = 0.8: chế độ chảy rối. Như vậy để tăng k phải tăng W. Nhưng khi tăng W thì trở lực qua tháp tăng:
Nhưng khi tăng W thì cũng dẫn tới tăng năng suất do tăng tổng lưu lượng khí. Ta có thể thay đổi chế độ chảy qua tháp của dòng khí thành dạng chảy rối. Ngoài ra để tăng k có thể tăng k0. Trong đó, k0 tùy thuộc vào nồng độ và nhiệt độ axit tưới. Bảng 2.2 Giá trị k0 tại 500C  Nồng độ H2SO4    90  93  95  97  98.3   k0.104 (N/m2)  2.5  2.6  2.8  2.9  13.3   k0 (mmHg)  0.033  0.035  0.037  0.039  0.180   Như vậy, ta phải dùng axit tưới ở nồng độ 98.3% và giảm thấp nhiệt độ axit tưới xuống. Động lực quá trình ΔP: dựa vào biểu thức ta thấy để tăng ΔP, ta phải tăng hàm lượng SO3 trong pha khí (Pk) tức nâng cao nồng độ SO3. Mặt khác phải giảm thấp luợng SO3 trên bề mặt axit tưới (PA). Hay giảm lượng SO3 trong khí thải (Pk’) và hàm lượng axit sau hấp thụ. Trường hợp cố định hàm lượng axit tưới trước và sau khi h6áp thụ thì chỉ tăng Pk. Khi Pk = const, nếu giảm PA sẽ tổn thất ở dạng mù (do axit loãng) dẫn đến giảm hiệu suất (mất H2SO4 dạng hơi). Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ Trong quá trình hấp thụ thì nồng độ và nhiệt độ của axit tưới cũng như nồng độ nhiệt độ cuả pha khí có ảnh hưởng nhiều nhất tới tốc độ cũng như hiệu xuất của quá trình hấp thụ. Mối liên hệ đó được trình bày như sau: Nồng độ Quá trình hấp thụ SO3 xảy ra tốt ở nhiệt độ thấp khi nồng độ axit là 98,3% H2SO4, lúc đó cả tốc độ hấp thụ và hiệu suất hấp thụ đều đạt giá trị cực đại. Khi nồng độ axit lớn hơn 98.3% H2SO4 trên bề mặt của nó có cả hơi SO3 làm giảm động lực và tốc độ của quá trình hấp thụ. Nhiệt độ: Khi tăng nhiệt độ thì lượng hơi nước hay SO3 trên bề mặt dung dịch càng lớn và mù axit tạo thành càng nhiều. Do đó làm giảm tốc độ và hiệu suất của quá trình. Nhiệt độ tới hạn Ứng với một giá trị nhiệt độ nào đó mà khi đó động lực quá trình hấp thụ bằng không ( PK
P’A). Hoặc tại đó toàn bộ SO3 phản ứng với pha hơi, quá trình hấp thụ được coi là nhiệt độ tới hạn. Với mỗi nồng độ H2SO4 xác định sẽ có 1 giá trị nhiệt độ tới hạn. Ví dụ: H2SO4 %  85  90  95   T0th (0C)  105  144  198   Khi dung axit H2SO4 85% ở t0
1050C lúc đó hầu như toàn bộ SO3 phản ứng ở pha hơi tạo thành H2SO4 ở dạng hơi. Đối với oleum, nhiệt độ tới hạn chủ yếu là do động lực quá trình hấp thụ bằng không. T0

P0SO3 Khi
xảy ra quá trình nhả hấp thụ Khi dùng oleum 5% SO3 để tưới T0 = 760C áp suất hơi riêng phần SO3 trên oleum cân bằng với áp suất hơi riêng phần SO3 trong pha hơi. Dây chuyền công nghệ sản xuất axit sunfuric 1 và 2 Dây chuyền công nghệ xưởng 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 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. Các thiết bị chính 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. 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. Cấu tạo
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 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. Cấu tạo
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. 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) Cấu tạo
Hình 2.3 Cấu tạo tháp tiếp xúc C201 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. 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. 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   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
150, H = 100, gồm 292 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 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. Cỡ hạt: 12 -25mm lớp trên cùng dày 50mm 3 - 10mm lớp trên cùng dày 305mm 12 - 25mm lớp trên cùng dày 100mm Ngoài vỏ bọc một lớp len thủy tinh Benrok dày 100mm và một lớp nhôm lá che mưa. Mỗi năm phải có một lần tháo thạch anh ra, sàng sạch bụi xong lại đổ vào như lúc đầu. Thùng tuần hoàn axit Thùng tuần hoàn axit mônôhydrat Hình trụ, đặt đứng, vỏ thép, đường kính ngoài 4000mm, trong xây lót một lóp gạch chịu axit, đường kính trong 3780mm, cao 2770mm. Trên nóc thùng đặt một máy bơm chìm G205, công suất 36Hp, số vòng quay n = 1450 vòng/phút, công suất Q = 155m3/h Thùng tuần hoàn axit sấy T204 Hình trụ, đặt đứng, vỏ thép, đường kính ngoài 3350mm, trong xây lót một lóp gạch chịu axit, đường kính trong 3130mm, cao 2770mm. Trên nóc thùng đặt một máy bơm chìm G207, công suất 20Hp, số vòng quay n = 1460 vòng/phút, công suất Q = 97m3/h. Các giàn axit làm lạnh Quá trình hút ẩm trong không khí sấy tỏa nhiệt lớn, đó là do nhiệt hydrat hóa làm nóng axit từ 40 – 450C. Qúa trình hấp thụ khí SO3 bằng axit 98.3% H2SO4 tỏa nhiệt càng lớn do phản ứng tỏa nhiệt giữa SO3 và H2O làm nóng axti từ 50 – 700C. Khi trộn axit 94% H2SO4 với H2O thì tỏa nhiệt rất mạnh do nhiệt trộn, làm nóng axit từ 40 – 1100C. Tất cả các loại axit nóng này phải được làm lạnh trở lại nhiệt độ ban đầu. Axit sấy được bơm qua dàn làm lạnh để hạ nhiệt độ xuống 400C, rồi được đưa lên tưới tuần hoàn cho tháp sấy C203. Các dàn làm lạnh axit sấy E207, axit hấp thụ E206 lúc bình thường làm việc theo phương pháp nối tiếp, nhưng khi có sự cố cần thay ống gang làm lạnh ta có thể chuyển sang phương pháp làm việc song song, tức là các dàn làm việc độc lập với nhau dàn nào cần thay ống gang làm lạnh thì chỉ cần khóa van axit vào và ra khỏi dàn, song mở van tháo axit chảy vào bơm tháo axit G206, bơm trở về thùng T203 hay T204. Giàn làm lạnh axit sấy T206 Gồm 3 dàn, mỗi dàn có 14 ống dài 15m, gồm 126 ống gang
150mm, dài 5000mm nối liền nhau, diện tích truyền nhiệt F = 300m2. Giàn làm lạnh axit sấy T207 Gồm 2 dàn, mỗi dàn có 10 ống mỗi dàn dài 15m, gồm 126 ống gang
150mm, dài 5000mm nối liền nhau, diện tích truyền nhiệt F = 141m2. Giàn làm lạnh axit sấy T208 Gồm 60 ống gang
150 x 2500mm ghép thành 10 hàng ống, diện tích truyền nhiệt F = 70m2. Dây chuyền công nghệ sản xuất axit xưởng số 2 Thuyết minh quy trình công nghệ Lưu huỳnh rắn từ kho chứa được băng tải có năng suất 5 – 6 tấn/h, tốc độ băng tải 0.47m/s chuyển đến lò nấu chảy. Tại đây người ta sử dụng tác nhân gia nhiệt là hơi nước có áp suất 6kG/cm2, đi trong ống xoắn ruột gà nấu chảy lưu huỳnh rắn thành lưu huỳnh lỏng, nhiệt độ lưu huỳnh lỏng sau khi được dẫn qua bể lắng là 1340C, tại bể chứa lưu huỳnh sạch là 1400C. 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 3760mmH2O. 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 không khí ở đây là axit sunfuric H2SO4 98.3% được tưới vào giữa tháp qua đĩa phân phối lỏng thấm ướt 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 không khí. Axit sau khi hấp thụ ẩm có nồng độ dưới 98.3% được nhập chung với dòng axit sau khi hấp thụ SO3 rồi quay về bồn chứa axit thành phẩm. Không khí sau khi sấy khô được đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt E-1001 làm nóng lên đến 2300C 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 becphun 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 giữ ở rất cao ( khoảng 9000C) để hơi lưu huỳnh tồn tại chủ yếu ở dạng S2 tránh các mạch xoắn S4, S6, S8 làm quá trình đốt lưu huỳnh không triệt để. Phản ứng xảy ra trong lò đốt như sau : 2S ( lỏng )
S2 ( hơi ) ½ S ( hơi ) + O2
SO2 + Q Hỗn hợp khí ra khỏi lò đốt có nhiệt độ khoảng 10500C với nồng đôi khí SO2 từ 10 – 11% thể tích, để tận dụng nhiệt người ta sử dụng một phần hỗn hợp 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
7kG/cm2, nhiệt độ 2000C 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 4200C. 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 (6200), dòng khí sau khi đi qua mỗi lớp xúc tác được đưa qua các thiết bị trao đổi nhiệt để hạ nhiệt độ. Cụ thể từng lớp như sau: Bảng 2.5 Nhiệt độ qua mỗi lớp xúc tác Lớp xúc tác  Nhiệt độ khí (0C)  Thiết bị trao đổi nhiệt  Nhiệt độ khí (0C)    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   Mức độ chuyển hóa qua mỗi lớp xúc tác cụ thể như sau: Bảng 2.6 Mức chuyến hóa qua mỗi lớp Lớp xúc tác  Mức độ chuyển hóa (%)   1  67   2  86   3  90   Sau khi ra khỏi lớp 3, hỗn hợp khí SO3 được dẫn qua thiết bị trao đổi nhiệt E – 1003, E - 1004 hạ nhiệt độ xuống còn 1800C 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 75m3/h lấy từ thùng chứa axit tuần hoàn G – 1005 và được bơm J – 1002B bơm qua thiết bị làm lạnh bằng nước E – 1006A rồi vào tháp. Hiệu xuất hấp thụ là 99.9%. Dung dịch axit sau hấp thụ được đưa về thùng chứa axit tuần hoàn G – 1005. Hỗn hợp khí chưa hấp thụ được đưa về thiết bị làm lạnh E – 1005 làm nguội xuống còn 1800C rồi đưa qua tháp hấp thụ F – 1003 hấp thụ lần 2. Tác nhân hấp thụ SO3 lần 2 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 thiết bị 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 lả 99% nên khí đi ra được thải ra khí trời qua ống khói với nồng độ SO2 thực tế đo được là 500ppm. Sơ đồ khối quy trình công nghệ
Hình 2.5 Sơ đồ khối quy trình công nghệ Khởi động dây chuyền Sau khi đại tu để đưa dây chuyền hoạt động tở lại phải tiến hành sấy lò đốt D – 1001, sấy tháp tiếp xúc H – 1001, hoạt hóa xúc tác, kiềm hóa nồi hơi D – 1002, nung tháp lọc khí nóng. Sấy lò đốt lưu huỳnh Chuẩn bị Mở cửa bích ống lắp vòi phun lưu huỳnh ở cửa lò bằng quạt thổi khí nén. Đóng chặt các van. Chuẩn bị khay và tôn mỏng để đốt lò. Tiến hành Quá trình tiến hành chia làm 3 giai đoạn: Giai đoạn 1: Bay hơi nước tự do, xếp củi lên khay, trong khi xếp không được để củi sát với gạch đề phòng củi cháy làm nứt gạch. Trong khi đốt điều chỉnh ngọn lửa để tốc độ nâng nhiệt từ 5 – 800C/h. Tốc độ nâng nhiệt phải khống chế đúng theo quy trình để không làm phồng rộp lớp bề mặt. Ở nhiệt độ 1000C nước ở trạng thái tự do thấm trong các mạch vữa bắt đầu bay hơi, để đảm bảo nước ở các mạch bên trong bay hơi hoàn toàn người ta nâng nhiệt độ lò lên đến 1200C và giữ nhiệt độ này trong vòng 24 giờ. Trong quá trình sấy lò, đặt một tấm tôn nhỏ ở đầu ra của khói để kiểm tra sựu bốc hơi nước cũng như điểm kết thúc của quá trình tách ẩm. Giai đoạn 2 Bay hơi ẩm liên kết, đốt dầu DO, cho khí nóng qua cửa nồi hơi quan sát thấy hết khói đen thì đóng kín cửa. Nhiệt độ lò tăng từ 120 – 2200C. Tốc độ nâng nhiệt độ là 15 -200C/h. Giai đoạn này kéo dài trong khoảng 7 giờ.