Tìm hiểu công nghệ sản xuất axit sunfuric và các dòng thải đặc trưng

Tr­êng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi ViÖn KH – CN M«i tr­êng --------------------- Bµi tËp chuyªn ®Ò m«n: C¸c qu¸ tr×nh s¶n xuÊt c¬ b¶n Tªn chuyªn ®Ò: T×m hiÓu c«ng nghÖ s¶n xuÊt axit sunfuric Vµ C¸c dßng th¶i ®Æc tr­ng Nhãm thùc hiÖn: - NguyÔn Thu Trang - TrÇn ThÞ HiÒn - Mai ThÞ Thu - NguyÔn TrÇn H­ng Líp: C«ng nghÖ m«i tr­êng - K51 Hµ Néi, 10/2008 Môc lôc Giíi thiÖu ……………………………………………………………………3 A. §Æc ®iÓm vµ t×nh h×nh s¶n xuÊt axit sunfuric ……………………………………………………………………………………4 B. VÊn ®Ò sö dông nguyªn nhiªn vËt liÖu vµ n¨ng l­îng ……………………………………………………………………………………10 C. C«ng nghÖ s¶n xuÊt axit sunfuric ……………………………………………………………………………………16 D.1 VÊn ®Ò m«i tr­êng cña c«ng nghÖ s¶n xuÊt ……………………………………………………………………………………33 D.2 Gi¶i ph¸p gi¶i quyÕt « nhiÔm ……………………………………………………………………………………41 Tµi liÖu tham kh¶o……………………………………………………..49 Giíi thiÖu Axit sunfuric lµ mét lo¹i hãa chÊt ®· ®­îc biÕt ®Õn tõ l©u trong lÞch sö loµi ng­êi (tõ thÕ kØ thø 9 bëi ng­êi ®­îc coi lµ ®· ph¸t hiÖn ra chÊt nµy-nhµ gi¶ kim thuËt Håi gi¸o Ibn Zakariya al-Razi (Rhases)) Axit sunfuric ®­îc sö dông réng r·i trong c¸c ngµnh kh¸c nhau cña nÒn kinh tÕ quèc d©n. Nã lµ s¶n phÈm quan träng nhÊt cña ngµnh c«ng nghiÖp hãa häc. C«ng nghÖ s¶n xuÊt axit sunfuric, do ®ã, lµ phæ biÕn vµ rÊt quan träng trong nÒn s¶n xuÊt. Trong chuyªn ®Ò nµy, chóng t«i xin ®Ò cËp ®Õn nh÷ng vÊn ®Ò nh­ sau: A. §Æc tÝnh cña axit sunfuric, t×nh h×nh s¶n xuÊt trªn thÕ giíi vµ t¹i ViÖt Nam {do sinh viªn TrÇn ThÞ HiÒn tr×nh bµy} B. VÊn ®Ò sö dông nguyªn nhiªn vËt liÖu vµ n¨ng l­îng cña c«ng nghÖ s¶n xuÊt {do sinh viªn Mai ThÞ Thu tr×nh bµy} C. C«ng nghÖ s¶n xuÊt axit sunfuric {do sinh viªn NguyÔn TrÇn H­ng tr×nh bµy} D. VÊn ®Ò m«i tr­êng cña c«ng nghÖ s¶n xuÊt axit sunfuric vµ mét sè gi¶i ph¸p gi¶i quyÕt « nhiÔm {do sinh viªn NguyÔn Thu Trang tr×nh bµy} Sau ®©y lµ néi dung chi tiÕt. A.§ÆC §IÓM Vµ VAI TRß CñA AXIT SUNFURIC §Æc ®iÓm: H2SO4 lµ axit ho¹t tÝnh m¹nh ChÊt láng, kh«ng mµu KÕt tinh ë nhiÖt ®é 10,450C, s«i ë nhiÖt ®é 296,20C H2SO4 hßa tan SO3 gäi lµ oleum (20, 25, 30,35 ( 65% SO3). Thùc tÕ hay s¶n xuÊt oleum v× cã thÓ t¹o axit víi nång ®é kh¸c nhau Vai trß : HÇu nh­ mäi ngµnh s¶n xuÊt hãa häc trªn thÕ giíi ®Òu trùc tiÕp hoÆc gi¸n tiÕp sö dông axit sunfuric. Chóng ta cã thÓ b¾t gÆp axit nµy trong c¸c ngµnh s¶n xuÊt ph©n bãn(Supephotphat,amoniphotphat),thuèc trõ s©u,chÊt giÆt röa tæng hîp,t¬ sîi ho¸ häc,chÊt dÎo,s¬n mµu,phÈm nhuéc,d­îc phÈm,chÕ biÕn dÇu má,v,v…..Cã thÓ nãi axit sunfuric cña mét quèc gia lµ mét chØ sè tèt vÒ søc m¹nh c«ng nghiÖp cña quèc gia ®ã. Vai trß quan träng ®ã ®­îc thÓ hiÖn rÊt cô thÓ th«ng qua t×nh h×nh s¶n xuÊt axit sunfuric trªn thÕ giíi vµ trong n­íc. T×nh h×nh s¶n xuÊt axit Sunfuric trªn thÕ giíi: Bíi nh÷ng ®Æc tÝnh quan träng cña axit sunfuric vµ nhu cÇu lín cña nÒn s¶n xuÊt c«ng nghiÖp hãa häc mµ s¶n l­îng axit nµy trªn thÕ giíi ngµy cµng t¨ng. D­íi ®©y lµ biÓu ®å thÓ hiÖn sù gia t¨ng ®ã: Trong ®ã Mü ®­îc coi lµ mét trong nh÷ng n­íc s¶n xuÊt axit sunfuric lín nhÊt trªn thÕ giíi. §©y lµ ®å thÞ vÒ s¶n l­îng axit sunfuric mµ Mü ®· s¶n xuÊt ë nh÷ng thËp niªn tr­íc:
Theo Vn Express, hiÖn nay Trung Quèc còng ®­îc coi lµ n­íc s¶n xuÊt H2SO4 lín trªn thÕ giíi. ë n­íc nµy ph­¬ng ph¸p s¶n xuÊt ®i tõ quÆng pyrit lµ chñ yÕu. Theo HiÖp héi axit Trung Quèc n¨m 2003 Trung Quèc ®· v­ît Mü trë thµnh ®øng ®Çu thÕ giíi vÒ s¶n xuÊt axit sunfuric víi s¶n l­îng 33,7 triÖu tÊn. Sau ®ã ®Õn n¨m 2004 s¶n l­îng ®· t¨ng lªn 35 triÖu tÊn. Trong nh÷ng n¨m 1995- 2005, tiªu thô axit sunfuric trªn thÕ giíi ®· t¨ng 29% bÊt chÊp viªc gi¶m 20% trong nh÷ng n¨m 1988-1993.Theo ®¸nh gi¸ cña c¸c nhµ chuyªn m«n th× tiªu thô axit sunfuric trªn thÕ giíi sÏ t¨ng kho¶ng 2,6% trong giai ®o¹n 2005 – 2010 nÕu t×nh h×nh ph¸t triÓn kinh tÕ trªn thÕ giíi vÉn æn ®Þnh nh­ hiÖn nay. C¸c n­íc XHCN ë Ch©u ¸ vÉn lµ thÞ tr­êng chÝnh, chiÕm kho¶ng 23% l­îng tiªu thô trªn thÕ giíi, tiÕp theo lµ Mü tiªu thô kho¶ng 20%. C¸c n­íc ë Ch©u Phi, Trung vµ Nam Mü, T©y ¢u tiªu thô kho¶ng 10%. Trong n¨m 2005, c¶ thÕ giíi tiªu thô hÕt kho¶ng 190 triÖu tÇn axit sunfuric t­¬ng ®­¬ng víi gi¸ trÞ lµ 10 tØ USD. D­íi ®©y lµ : BiÓu ®å tiªu thô axit sunfuric trªn thÕ giíi trong n¨m 2005
T×nh h×nh s¶n xuÊt axit sunfuric trong n­íc: ë ViÖt Nam axit sunfuric còng ®­îc s¶n xuÊt rÊt réng r·i ®Ó phôc vô cho nÒn c«ng ngiÖp hãa häc n­íc nhµ. Cã thÓ kÓ ®Õn 3 c«ng ty s¶n xuÊt axit sunfuric lín trong n­íc (sè liÖu lÊy tõ trang web cña Së khoa häc c«ng nghÖ BÕn Tre), ®ã lµ: Nhµ m¸y Supephotphat L©m Thao – Phó Thä: s¶n xuÊt H2SO4 ®i tõ quÆng pyrit phèi trén víi l­u huúnh hãa láng nhËp khÈu. ChØ b»ng viÖc thay ®æi tØ lÖ phèi trén nguyªn liÖu kÕt hîp c¶i tiÕn c«ng nghÖ ®èt lß, nhµ m¸y ®· biÕn c«ng nghÖ cò cña Liªn X« thµnh d©y chuyÒn s¶n xuÊt H2SO4 ch­a tõng cã, tËn dông nguån nguyªn liÖu pyrit trong n­íc vµ gi¶m triÖt ®Ó chÊt th¶i g©y « nhiÔm. Nhê ®ã tõ n¨m 1995 trë l¹i ®©y s¶n l­îng axit sunfuric lu«n ®¹t 360 tÊn /ngµy, bôi xØ bay ra gi¶m xuèng tíi møc tiªu chuÈn vµ xØ th¶i gi¶m tõ 280 tÊn xuèng 80 tÊn /ngµy, thu håi ®­îc toµn bé l­îng axit ph¶i th¶i bá tr­íc ®©y. T¹i ®©y H2SO4 ®­îc s¶n xuÊt theo ph­¬ng ph¸p tiÕp xóc, chÊt xóc t¸c ®Ó oxi hãa SO2 thµnh SO3 lµ vana®i oxit. Nhµ m¸y Supe l©n Long Thµnh – BÕn Tre hµng n¨m s¶n l­îng H2SO4 ®¹t kho¶ng 80.000 tÊn /n¨m víi nguyªn liÖu lµ quÆng sulfua s¾t, s¶n xuÊt theo ph­¬ng ph¸p tiÕp xóc (chÊt xóc t¸c lµ V2O5). Theo b¸o c¸o cña c«ng ty Ph©n bãn miÒn Nam, mÆc dï gi¸ l­u huúnh nguyªn liÖu t¨ng m¹nh nh­ng ®Ó ®¸p øng nhu cÇu t¨ng ®ét biÕn, Nhµ m¸y Supephotphat Long Thµnh thuéc C«ng ty vÉn ®Èy m¹nh s¶n xuÊt axit sunfuric ngay tõ nh÷ng ngµy ®Çu n¨m. TÝnh ®Õn 25/1/2008 nhµ m¸y ®· s¶n xuÊt gÇn 7000 tÊn axit sunfuric, ®¹t trªn 10% kÕ ho¹ch c¶ n¨m vµ t¨ng gÊp trªn 3 lÇn so víi cïng kú n¨m 2007. Nhµ m¸y hãa chÊt T©n B×nh s¶n xuÊt H2SO4 kÜ thuËt ®i tõ nguyªn liÖu l­u huúnh theo ph­¬ng ph¸p tiÕp xóc. H2SO4 tinh khiÕt ®­îc s¶n xuÊt b»ng c¸ch ch­ng cÊt H2SO4 kÜ thuËt .Ngµy 12/6/2008 trang www.vinachem.com.vn ®· viÕt: Theo b¸o c¸o cña Ban KÕ ho¹ch - Kinh doanh Tæng C«ng ty Ho¸ chÊt ViÖt Nam (TCT HCVN), ®Ó ®¸p øng ®ñ axit cho s¶n xuÊt ph©n l©n vµ nhu cÇu thÞ tr­êng, tõ ®Çu n¨m ®Õn nay c¸c ®¬n vÞ s¶n xuÊt vÉn ®¶m b¶o tèt tiÕn ®é s¶n xuÊt axit sunfuric trªn c¬ së vËn hµnh thiÕt bÞ cao t¶i, chuÈn bÞ ®ñ nguyªn liÖu (l­u huúnh) cho s¶n xuÊt. Trong thêi gian qua gi¸ l­u huúnh ®· t¨ng cao ®ét biÕn, lªn møc 700-800 USD/tÊn ®· trùc tiÕp t¸c ®éng m¹nh ®Õn gi¸ thµnh s¶n phÈm axit, ®iÒu nµy lµm c¸c nhµ s¶n xuÊt gÆp rÊt nhiÒu khã kh¨n vÒ vèn, vÒ h¹ch to¸n s¶n xuÊt, nhÊt lµ khi axit ®­îc sö dông trong s¶n xuÊt ph©n l©n, sÏ lµm ®éi gi¸ s¶n phÈm ph©n l©n trong bèi c¶nh ph©n bãn ph¶i thùc hiÖn b×nh æn gi¸ theo chØ ®¹o chung. Ngoµi ra, gi¸ thµnh axit cao còng sÏ ¶nh h­ëng ®Õn c¸c ngµnh kh¸c nh­ s¶n xuÊt ¾cquy ch×, s¶n xuÊt phÌn nh«m vµ nhiÒu s¶n phÈm kh¸c. TÝnh ®Õn 5/6/2008, ba ®¬n vÞ s¶n xuÊt axit sunfuric cña TCT ®· thùc hiÖn ®­îc s¶n l­îng axit t­¬ng ®­¬ng 47% kÕ ho¹ch c¶ n¨m, t¨ng 20,5% so víi cïng kú n¨m 2007. Trong ®ã trªn 80% ®­îc sö dông trong s¶n xuÊt ph©n bãn. L­îng axit th­¬ng phÈm còng ®¹t trªn 47% kÕ ho¹ch c¶ n¨m, t¨ng gÇn 8% so víi cïng kú n¨m 2007. S¥ L¦îC VÒ C¸C C¤NG NGHÖ S¶N XUÊT AXIT SUNFURIC: Cã 2 ph­¬ng ph¸p: Ph­¬ng ph¸p tiÕp xóc: dïng V2O5 hoÆc K2O lµm xóc t¸c Ph­¬ng ph¸p th¸p: dïng NO lµm xóc t¸c, x¶y ra trong th¸p ®Öm -Ph­¬ng ph¸p tiÕp xóc cho nång ®é axit cao (98 – 99%), tuy nhiªn chi phÝ cao. Trong ph­¬ng ph¸p tiÕp xóc bao gåm: ph­¬ng ph¸p tiÕp xóc ®¬n vµ tiÕp xóc kÐp. Ngµy nay trªn thÕ giíi vµ trong n­íc sö dông chñ yÕu ph­¬ng ph¸p tiÕp xóc kÐp víi xóc t¸c lµ V2O5 -Ph­¬ng ph¸p th¸p: chi phÝ ®Çu t­ ®¬n gi¶n nh­ng nång ®é axit chØ ®¹t 70 – 75%. Ph­¬ng ph¸p nµy chØ ®­îc dïng trong tr­êng hîp s¶n xuÊt hçn hîp axit sunfuric vµ nitric. Dï ®i tõ nguån nguyªn liÖu nµo th× qu¸ tr×nh s¶n xuÊt H2SO4 còng tiÕn hµnh theo 4 giai ®o¹n chÝnh: -T¹o SO2 b»ng c¸ch ®èt nhiªn liÖu chøa S -Tinh chÕ khÝ (lµm s¹ch t¹p chÊt cã trong khÝ) -ChuyÓn hãa SO2 thµnh SO3 -HÊp thô SO3 b»ng H2O ( t¹o H2SO4 B.§Æc ®iÓm sö dông nguyªn nhiªn vËt liÖu vµ n¨ng l­îng trong c«ng nghÖ s¶n xuÊt axit sunfuric. 1. Nguyªn liÖu: +) Nguyªn liÖu ®Ó s¶n xuÊt axit sunfuric rÊt phong phó bao gåm l­u huúnh vµ c¸c hîp chÊt cña nã. Theo thèng kª, s¶n l­îng axit sunfuric trªn thÕ giíi ®­îc s¶n xuÊt tõ c¸c nguån nguyªn liÖu nh­ sau: -L­u huúnh nguyªn chÊt -QuÆng pirit FeS2, chøa 30-50% S, lÉn nhiÒu t¹p chÊt vµ thµnh phÇn kh¸c. -C¸c nguån chÊt th¶i chøa S ( c¸c nguån khÝ th¶i nh­ H2S, SO2, axit sunfuric th¶i.) -Th¹ch cao. a) L­u huúnh nguyªn chÊt: - S lµ mét trong nh÷ng nguyªn tè cã nhiÒu trong tù nhiªn. S chiÕm 0,1% khèi l­îng vá tr¸i ®Êt. S ®­îc ®¸nh gi¸ lµ mét trong nh÷ng nguyªn tè quan träng nhÊt vµ cã nhiÒu øng dông trong c«ng nghiÖp. S ®­îc sö dông chñ yÕu trong c¸c ngµnh c«ng nghiÖp s¶n xuÊt axit sunfuric (chiÕm kho¶ng 50% tæng l­îng S s¶n xuÊt ra), trong n«ng nghiÖp chiÕm kho¶ng 10-15% tæng l­îng S s¶n xuÊt ra). - Trong tù nhiªn l­u huúnh d¹ng ®¬n chÊt cã thÓ t×m thÊy ë gÇn c¸c suèi n­íc nãng vµ c¸c khu vùc nói löa t¹i nhiÒu n¬i trªn thÕ giíi, ®Æc biÖt lµ däc theo vµnh ®ai löa Th¸i B×nh D­¬ng. C¸c nguån phæ biÕn nµy lµ c¬ së cho tªn gäi truyÒn thèng “brimstore” do l­u huúnh cã thÓ t×m thÊy ë gÇn c¸c miÖng nói löa. C¸c trÇm tÝch nói löa hiÖn ®­îc khai th¸c t¹i Idonesia, Chile vµ NhËt B¶n. - C¸c má ®¸ng kÓ cña l­u huúnh còng tån t¹i trong c¸c má muèi däc theo bê biÓn thuéc vÞnh Mªxic« vµ trong c¸c evaporit ë §«ng ¢u vµ T©y ¸. L­u huúnh trong c¸c má nµy ®­îc cho lµ cã ®­îc nhê ho¹t ®éng cña c¸c vi khuÈn kþ ®èi víi c¸c kho¸ng chÊt sunfat ®Æc biÖt lµ th¹ch cao. C¸c má nµy lµ nÒn t¶ng cña s¶n xuÊt l­u huúnh c«ng nghiÖp t¹i Hoa Kú, Ba Lan, Nga, Turkmenistan. L­u huúnh thu ®­îc tõ dÇu má, khÝ ®èt vµ c¸t dÇu Athabasca ®· trë thµnh nguån cung cÊp lín trªn thÞ tr­êng víi c¸c kho dù tr÷ lín däc theo Alberta. - ë ViÖt Nam, ®Ó ®iÒu chÕ l­u huúnh, ng­êi ta ®i tõ quÆng S thiªn nhiªn chøa kho¶ng 15-20% S hoÆc t¸ch c¸c hîp chÊt tõ khÝ th¶i cña c¸c ngµnh c«ng nghiÖp luyÖn kim mµu, gia c«ng dÇu má, khÝ thiªn nhiªn, khÝ dÇu má. b) QuÆng pirit: Cã 3 lo¹i quÆng pirit th­êng dïng ®Ó s¶n xuÊt axit sunfuric lµ: + Pirit tuyÓn næi: Trong qu¸ tr×nh ®em luyÖn ®ång th­êng dïng ph­¬ng ph¸p tuyÓn næi ®Ó lµm giµu ®ång cña quÆng lªn kho¶ng 15-20% ®ång cña quÆng (gäi lµ tinh quÆng ®ång). PhÇn b· th¶i ra cña qu¸ tr×nh tuyÓn næi chøa kho¶ng 32-40% S gäi lµ quÆng pirit tuyÓn næi. + Pirit lÉn than: Than ®¸ ë 1 sè má cã lÉn c¶ quÆng pirit, cã lo¹i chøa tíi 3-5% S lµm gi¶m chÊt l­îng cña than. V× vËy, ph¶i lo¹i bá côc than cã lÉn pirit. PhÇn than côc lo¹i bá nµy chøa tíi 33-42% S vµ 12-18% C gäi lµ pirit lÉn than. ë miÒn b¾c n­íc ta, má than Na D­¬ng (L¹ng S¬n) than chøa nhiÒu S (cã mÉu tíi 6-8% S). ViÖc nghiªn cøu t¸ch ®­îc S khái than cã ý nghÜa kinh tÕ kÜ thuËt rÊt lín v× t¨ng ®­îc chÊt l­îng than, ®¶m b¶o an toµn, ®ång thêi tËn dông ®­îc S. + Pirit th­êng: thµnh phÇn chñ yÕu lµ FeS2 chøa kho¶ng 53,44% S vµ 46,56% Fe. Trong quÆng cã lÉn nhiÒu t¹p chÊt cña c¸c hîp chÊt cña ®ång, ch×, kÏm, niken, b¹c, vµng, coban, selen, telu, silic, c¸c muèi cacbonat, sanfat canxi, magie. V× vËy hµm l­îng thùc tÕ cña S dao ®éng trong kho¶ng tõ 30-52%. ë miÒn b¾c n­íc ta míi chØ ph¸t hiÖn mét sè má pirit nh­ng nãi chung hµm l­îng S thÊp (kho¶ng 20-30% S), tr÷ l­îng nhá. -Má s¾t Nµ Lòng thuéc ®Þa phËn x· DuyÖt Trung, thÞ x· Cao B»ng tr÷ l­îng kho¸ng s¶n hiÖn t¹i cßn h¬n 8 triÖu tÊn víi hµm l­îng gÇn 60% Fe, kho¶ng 30% S. -Má ®ång Sin Quyªn thuéc x· B¶n V­îc vµ Cèc Mú, huyÖn B¸t X¸t, tØnh Lµo Cai. Theo thiÕt kÕ, má cã c«ng suÊt khai th¸c 1,1-1,2 triÖu tÊn quÆng nguyªn khai/ n¨m. C«ng suÊt thiÕt kÕ nhµ m¸y luyÖn ®ång (c«ng ty ®ång Lµo Cai) 41.738 tÊn tinh quÆng, hµm l­îng 25% Cu/n¨m ®Ó s¶n xuÊt 1000tÊn Cu hµm l­îng 99,95% cïng c¸c s¶n phÈm kh¸c nh­ vµng, b¹c, tinh quÆng s¾t, tinh quÆng pirit. - Má kÏm ch× chî §iÒn: thuéc c¸c x· B¶n Thi, Qu¶ng B¹ch vµ §æng L¹c, huyÖn Chî §ån, tØnh B¾c C¹n. S¶n l­îng khai th¸c hµng n¨m kho¶ng 50000 tÊn quÆng «xit vµ 40000 tÊn quÆng pirit. Tr÷ l­îng cßn l¹i ®Õn ®Çu n¨m 2004: quÆng «xit 0,88 triÖu tÊn, quÆng pirit 0,513 triÖu tÊn - Má kÏm ch× Lang Hich: thuéc x· T©n Long, huyÖn §ång Hû, t×nh Th¸i Nguyªn, s¶n l­îng khai th¸c ®¹t trung b×nh 15000 tÊn quÆng/ n¨m. Tr÷ l­îng cßn l¹i ®Õn ®Çu n¨m 2004: quÆng «xit 227.267 tÊn, quÆng pirit 37.600 tÊn. - Má pirit ë huyÖn Ba V×, tØnh Hµ T©y (nay thuéc ®Þa phËn Hµ Néi). C¸c th©n quÆng pirit n»m trong tËp ®¸ vôn nói löa cña hÖ tÇng tuæi pecmi- Triat. QuÆng cã nguån gèc nhiÖt dÞch, lien quan mËt thiÕt ®Õn c¸c ho¹t ®éng phun trµo trung tÝnh vµ axit. C¸c than quÆng cã cÊu t¹o rÊt phøc t¹p, chÊt l­îng vµ bÒ dµy biÕn ®æi theo ®­êng ph­¬ng vµ h­íng dèc. QuÆng cã hµm l­îng S tõ 4-20%, tr÷ l­îng theo ®¸nh gi¸ t×m kiÕm kho¶ng chôc triÖu tÊn c) C¸c nguån chÊt th¶i chøa S: - KhÝ lß luyÖn kim mµu: KhÝ lß trong qu¸ tr×nh ®èt c¸c kim lo¹i mµu nh­ quÆng ®ång, ch×, thiÕc, kÏm cã chøa nhiÒu SO2. §©y lµ mét nguyªn liÖu rÎ tiÒn ®Ó s¶n xuÊt axit sunfuric v× cø s¶n xuÊt 1 tÊn ®ång cã thÓ thu ®­îc 7,3 tÊn S02 mµ kh«ng cÇn lß ®èt. - KhÝ hydrosunfua(H2S): Trong qu¸ tr×nh cèc ho¸ than kho¶ng 50% tæng l­îng S cã trong khÝ than sÏ ®i theo khÝ cèc, chñ yÕu ë d¹ng H2S (chiÕm kho¶ng 95%). L­îng H2S trong khÝ cèc hµng n¨m trªn thÕ giíi cã thÓ lªn tíi hang triÖu tÊn. ViÖc thu håi l­îng H2S nµy kh«ng nh÷ng cã ý nghÜa vÒ kinh tÕ mµ cßn cã ý nghÜa vÒ mÆt vÖ sinh m«i tr­êng. - Khãi lß: Hµng n¨m trªn thÕ giíi ®èt hµng tû tÊn than, trong ®ã khãi lß ®· th¶i vµo khÝ quyÓn hµng chôc triÖu tÊn S. §©y còng lµ nguån nguyªn liÖu ®¸ng kÓ ®Ó s¶n xuÊt axit sunfuric. - Axit sunfuric th¶i: Sau khi dïng axit sunfuric lµm t¸c nh©n hót n­íc,tinh chÕ dÇu má, sunfua ho¸ c¸c hîp chÊt h÷u c¬ sÏ thu ®­îc chÊt th¶i chøa nhiÒu H2SO4 ( 20 – 50%). ViÖc thu håi axit sunfuric nµy còng cã ý nghÜa rÊt lín vÒ mÆt kinh tÕ vµ b¶o vÖ m«i tr­êng. d) Th¹ch cao: §©y lµ mét nguån nguyªn liÖu phong phó ®Ó s¶n xuÊt axit sunfuric v× nhiÒu n­íc trªn thÕ giíi cã má th¹ch cao ( CaSO4.2H2O hoÆc CaSO4). Ngoµi ra qu¸ tr×nh s¶n xuÊt axit photpháic, supe phophat kep còng th¶i ra mét l­îng lín CaSO4. Th«ng th­êng tõ tõ th¹ch cao ng­êi ta s¶n xuÊt lien hîp c¶ axit sunfuric vµ xi m¨ng. e) ChÊt xóc t¸c: Trong c«ng nghÖ s¶n xuÊt axit sunfuric chÊt xóc t¸c ®ãng vai trß rÊt quan träng trong giai ®o¹n chuyÓn ho¸ SO2 thµnh SO3. c¸c chÊt xóc t¸c trong qu¸ tr×nh « xi ho¸ SO2 cã thÓ chia lµm hai nhãm. - Nhãm I lµ c¸c xóc t¸c chøa platin gåm platin lµ cÊu tö ho¹t tÝnh ®­îc mang trªn c¸c chÊt mang nh­ ami¨ng, silicagen vµ mét sè chÊt kh¸c. - Nhãm thø II bao gåm c¸c « xÝt kim lo¹i Trong lÞch sö cña c«ng nghÖ s¶n xuÊt axit sunfuric, ®Çu tiªn phæ biÕn lµ dïng xóc t¸c chøa platin, sau ®ã dïng xóc t¸c sat «xit. Trong mÊy chôc n¨m gÇn ®©y, trªn thÕ giíi còng nh­ ë n­íc ta xóc t¸c ®­îc dïng phæ biÕn nhÊt lµ vana ®i«xit ( V2O5 ) cïng víi mét sè phô gia kh¸c nh­ Al2O3, SiO2, K2O, CaO C¸c chÊt phô gia cã t¸c dông lµm t¨ng ®é bÒn c¬ häc, n©ng cao ho¹t tÝnh cña chÊt xóc t¸c, Ýt bÞ ngé ®éc bëi c¸c t¹p chÊt. Xóc t¸c platin co ho¹t ®é cao nhÊt, trªn xóc t¸c nµy x¶y ra ph¶n øng « xi ho¸ SO2 diÔn ran gay ë nhiÖt ®é 400 ®é C. Xóc t¸c chøa vana ®i«xit chiÕm vÞ trÝ thø hai, cßn trªn xóc t¸c Fe2O3 ph¶n øng nµy chØ diÔn ra ë nhiÖt ®é 600 ®é C. Møc ®é dÔ bÞ ngé ®éc bëi asen «xit As2O3 còng theo trËt tù nh­ trªn. 2. §Æc ®iÓm sö dông nguyªn liÖu: MÆc dï ®i tõ nhiÒu lo¹i nguyªn liÖu kh¸c nhau dÓ s¶n xuÊt axit sunfuric nh­ng chóng ®Òu cã ®iÓm chung lµ ®èt nguyªn liÖu ®Ó t¹o ra SO2. Tr­íc khi ®èt ph¶i tr¶i qua giai ®o¹n gia c«ng c¬, nhiÖt tuú theo d¹ng nguyªn liÖu. -S tr­íc khi ®ua vµo lß ®èt ph¶i ®Ëp nhá, nÊu ch¶y, läc ®Î lo¹i bá t¹p chÊt. S ë d¹ng láng ®­îc kh«ng khÝ nÐn ®ua vµo lß ®èt sÏ ho¸ h¬i vµ ch¸y ë ®©y thu ®­îc SO2 ®¹t tíi 16%. - QuÆng pirit th«ng th­êng cã kÝch th­íc 50 – 200 mm v× vËy ph¶i tr¶i qua c¸c c«ng ®o¹n ®Ëp, nghiÒn, sµng ®Ó cã kÝch th­íc nhÊt ®Þnh ( tuú thuéc vµo lo¹i lß ). VÝ dô trong lß ®èt tÇng s«i ng­êi ta cÇn lo¹i bá c¸c h¹t quÆng cã kÝch th­íc lín h¬n 3mm, h¹n chÕ c¸c h¹t quÆng cã kÝch th­íc nhá h¬n 44x1O-3 mm. Bëi v× nh÷ng h¹t qu¸ to hay qu¸ nhá ®Òu ¶nh h­ëng ®Õn bôi xØ pirit cuèn theo khÝ lß trong qu¸ tr×nh ®èt nguyªn liÖu do tÊt c¶ c¸c h¹t r¾n cã tèc ®é tíi h¹n nhá h¬n hoÆc b»ng tèc ®é lµm viÖc cña khÝ ®Òu bÞ cuèn theo khÝ lß vµo hÖ thèng s¶n xuÊt phÝa sau khiÕn chóng ta ph¶i xö lý khÝ SO2 thu ®­îc. MÆt kh¸c, quÆng cã kÝch th­íc qu¸ nhá qu¸ dÔ bÞ kÕt khèi ë nhiÖt ®é cao. QuÆng tuyÓn næi ph¶i sÊy s¬ bé ®Ó gi¶m hµm k­îng Èm. - Th¹ch cao còng ®Ëp nghiÒn, sµng ®Ó cã kÝch th­íc nhÊt ®Þnh. 3. Nhiªn liÖu vµ n¨ng l­îng: a) Than. - Trªn l·nh thæ ViÖt Nam than ®­îc ph©n bè theo khu vùc: +BÓ than atraxit Qu¶ng Ninh n»m vÒ phÝa §«ng B¾c ViÖt Nam, kÐo dµi tõ Ph¶ L¹i qua §«ng TriÒu ®Õn Hßn Gai- CÈm Ph¶ - M«ng D­¬ng- C¸i BÇu- V¹n Hoa dµi kho¶ng 130 Km, réng tõ 10 ®Õn 30 Km, cã tæng tr÷ l­îng kho¶ng 10,5 tØ tÊn, trong ®ã: tÝnh ®Õn møc cao -300m lµ 3,5 tØ tÊn ®· ®­îc t×m kiÕm th¨m dß t­¬ng ®èi chi tiÕt, lµ ®èi t­îng cho thiÕt kÕ vµ khai th¸c hiÖn nay, tÝnh ®Õn møc cao -1000m cã tr÷ l­îng dù b¸o kho¶ng 7 tØ tÊn ®ang ®­îc ®Çu t­ t×m kiÕm th¨m dß. Than Antraxit Qu¶ng Ninh cã chÊt l­îng tèt, ph©n bè gÇn c¸c c¶ng biÓn, ®Çu mèi giao th«ng... rÊt thuËn lîi cho khai th¸c vµ tiªu thô s¶n phÈm. +BÓ than ®ång b»ng s«ng Hång : n»m trän trong vïng ®ång b»ng ch©u thæ s«ng Hång, cã ®Ønh lµ ViÖt Tr× vµ c¹nh ®¸y lµ ®­êng bê biÓn kÐo dµi tõ Ninh B×nh ®Õn H¶i Phßng, thuéc c¸c tØnh thµnh phè: ThÝa B×nh, H¶i D­¬ng, H­ng Yªn, H¶i Phßng, B¾c Ninh, B¾c Giang, Hµ Néi, S¬n T©y, Hµ Nam, Phñ Lý, Phóc Yªn, VÜnh Yªn vµ dù kiÕn cßn kÐo dµi ra vïng thÒm lôc ®Þa cña biÓn §«ng ViÖt Nam... Víi diÖn tÝch kho¶ng 3500 Km2, víi tæng tr÷ l­îng dù b¸o kho¶ng 210 tû tÊn. Khu vùc Kho¸i Ch©u víi diÖn tÝch 80Km2 ®· ®­îc t×m kiÕm th¨m dß víi tr÷ l­îng kho¶ng 1,5 tû tÊn, trong ®ã khu vùc Binh Minh, víi diÖn tÝch 25Km2 ®· ®­îc th¨m dß s¬ bé víi tr÷ l­îng 500 triÖu tÊn hiÖn ®ang ®­îc tËp trung nghiªn cøu  c«ng nghÖ khai th¸c ®Ó më má ®Çu tiªn. C¸c vØa than th­êng ®­îc ph©n bè ë ®é s©u -100 + C¸c má than vïng néi ®Þa: Cã tr÷ l­îng kho¶ng 400 triÖu tÊn, ph©n bè ë nhiÒu tØnh, gåm nhiÒu chñng lo¹i than: Than n©u-löa dµi (má than Na D­¬ng, má than §ång Giao); than b¸n Antraxit ( má than Nói Hång, má than Kh¸nh Hoµ, má than N«ng S¬n); than mì ( má than Lµng CÈm, má than PhÊn MÔ, má than Khe Bè)..., cã nhiÒu má than hiÖn ®ang ®­îc khai th¸c. + C¸c má than bïn: Ph©n bè ë hÇu kh¾p 3 miÒn: B¾c, Trung, Nam cña ViÖt Nam, nh­ng chñ yÕu tËp trung ë miÒn Nam ViÖt Nam, ®©y lµ lo¹i than cã ®é tr¬ cao, nhiÖt l­îng thÊp, ë mét sè khu vùc cã thÓ khai th¸c lµm nhiªn liÖu, cßn l¹i chñ yÕu sÏ ®­îc sö dông lµm ph©n bãn phôc vô n«ng nghiÖp. Tæng tr÷ l­îng than bïn trong c¶ n­íc dù kiÕn cã kho¶ng 7 tØ mÐt khèi. C¸C Sè LIÖU NæI BËT (Tr.tÊn)   N¨m  THAN NGUY£N KHAI  THAN TI£U THô  THAN XUÊT KHÈU   2001  14.6  13.0  4.2   2002  17.1  14.8  5.52   2003  20.0  18.8  6.5   2004  27.3  24.7  10.5   2005  34.9  30.2  14.7   2006DK  40.1  36.9  21.3         - Than lµ nguån nhiªn liÖu chÝnh cung cÊp nhiÖt trong suèt qu¸ tr×nh s¶n xuÊt axit sunfuric nhÊt lµ trong lß ®èt nguyªn liÖu v× cã tr÷ l­îng lín, nhiÖt trÞ cao, gi¸ thµnh rÎ so víi c¸c chÊt ®èt kh¸c. NhiÖt cã ¶nh h­ëng rÊt lín trong qu¸ tr×nh ®èt quÆng pirit. NhiÖt ®é cµng cao qu¸ tr×nh ch¸y x¶y ra cµng nhanh nh­ng kh«ng thÓ t¨ng nhiÖt ®é mét c¸ch tuú ý nh­ vËy sÏ g©y nªn hiÖn t­îng kÕt khèi cña nguyªn liÖu lµm gi¶m râ rÖt tèc ®é cña qu¸ tr×nh vµ dÉn ®Õn t¾c lß ngõng s¶n xuÊt. MÆt kh¸c nhiÖt ®é t¨ng cao sÏ lµm gi¶m ®é bÒn cña lß. Do vËy ng­êi ta th­êng duy tr× nhiÖt ®é cña qu¸ tr×nh ®èt pirit tõ 600 – 800 ®é C.V­ît qu¸ giíi h¹n nµy ®Òu kh«ng cã lîi. b) L­îng «xy thæi vµo lß: «xy thæi vµo lß cµng nhiÒu tèc ®é qu¸ tr×nh ch¸y cña quÆng pirit cµng nhanh, nhiÖt cña qu¸ tr×nh to¶ ra cµng lín dÉn ®Õn nhiÖt ®é cña lß ®èt t¨ng cao v­ît qu¸ nhiÖt ®é thÝch hîp. MÆt kh¸c «xy qu¸ d­ thõa sÏ lµm gi¶m nhiÖt ®é lß do tiªu tèn nhiÖt cho qu¸ tr×nh ®èt nãng kh«ng khÝ ( O2 vµ N2) vµ sÏ pha lo·ng hµm l­îng SO2 d­íi 7%. §iÒu nµy kh«ng cã lîi cho qu¸ tr×nh « xi ho¸ SO2 thµnh SO3. Trong thùc tÕ, ng­êi ta còng ph¶i khèng chÕ «xy vµo lß sau qu¸ tr×nh ch¸y cßn d­ l¹i kho¶ng 11% trong hçn hîp khÝ ra khái lß ®èt ®ñ «xy dïng ®Ó « xy ho¸ SO2 thµnh SO3 ë giai ®o¹n tiÕp theo Ngµy nay ng­êi ta b¾t ®Çu sö dông kh«ng khÝ giµu «xy ®Ó ®èy ch¸y quÆng pirit. Lµm nh­ vËy hçn hîp khÝ thu ®­îc cã hµm l­îng SO2 cao vµ chøa Ýt nit¬. c) §iÖn: Trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt axit sunfuric ®iÖn ®­îc dïng ®Ó vËn hµnh m¸y mãc, thiÕt bÞ ho¹t ®éng. d) N­íc: N­íc ®­îc sö dông trong qu¸ trÝnh hÊp thô SO3, lµm l¹nh dung dÞch t­íi tuÇn hoµn trong th¸p hÊp thô C.C«ng nghÖ s¶n xuÊt axit sunfuric §Ó t×m hiÓu ®­îc c«ng nghÖ s¶n xuÊt axit sunfuaric, tr­íc hÕt chóng ta ®Ò cËp tíi mét sè tÝnh chÊt ho¸ häc c¬ b¶n nhÊt cña axit sunfuric víi môc ®Ých chän ®­îc vËt liÖu thÝch hîp chÕ t¹o thiÕt bÞ s¶n xuÊt, b¶o qu¶n vµ vËn chuyÓn nã: - Axit sunfuric khan lµ chÊt láng kh«ng mµu, s¸nh ( khèi l­îng riªng ë 200C lµ 1,8305 gam/cm3), kÕt tinh ë 10,37 0C. ë ¸p suÊt th­êng nã s«i ë 296,2 0C. - Trong ho¸ häc axit sunfuric ®­îc xem lµ hîp chÊt cña anhydrit sunfuric víi n­íc. C«ng thøc ho¸ häc: SO3H2O. - Trong kü thuËt: hçn hîp theo tû lÖ bÊt kú cña SO3 víi H2O ®Òu gäi lµ axit sunfuric. + NÕu tû lÖ SO3/H2O 1 gäi lµ dung dÞch cña SO3 trong axit sunfuric hay oleum hoÆc axit sunfuric bèc khãi . - MÆc dï cã c¸c ph­¬ng ph¸p kh¸c nhau ®Ó s¶n xuÊt axit sunfuric tuy nhiªn chóng cã ®iÓm chung lµ ®Òu cã 5giai ®o¹n chÝnh:
+ §èt nguyªn liÖu s¶n xuÊt SO2. + Tinh chÕ khÝ SO2. + O xy ho¸ SO2 thµnh SO3. + HÊp thô SO3®Ó t¹o thµnh H2SO4 . Bëi vËy c«ng nghÖ mµ chóng t«i tr×nh bµy ë ®©y còng ®­îc chia thµnh 4 giai ®o¹n chÝnh nh­ trªn.Chóng ta cã thÓ tham kh¶o s¬ ®å c«ng nghÖ cña ph©n x­ëng s¶n xuÊt H2SO4 cña nhµ m¸y supe photphat LONG THµNH I.Chuẩn bị nguyªn,nhiªn vật liệu: _Nguyªn liệu sản xuất axit sunfuric đ· được tr×nh bày ở trªn,phần nguyªn nhiªn vật liệu sản xuất axit.Ở đ©y chóng t«i sẽ đề cập chi tiết hơn về c«ng việc chuẩn bị nguyªn,nhiªn vật liệu. 1.Nguyªn liệu: _Nguyªn liệu được nghiền nhỏ để cã kÝch thước nhất định,sàng lọc, để đưa qua c¸c lß đốt. _Để qu¸ tr×nh đốt nguyªn liệu đỡ tốn nhiệt,ta cần lọc bụi ngay từ giai đoạn này,dï sau giai đoạn này vẫn cần phải lọc bụi thªm nữa. _Quặng phải được sấy kh« để giảm hàm lượng ẩm, để tr¸nh tổn thất nhiệt trong qu¸ tr×nh đốt ngưyªn liệu. 2.Nhiªn liệu: _V× qu¸ tr×nh sản xuất axit sunfuric cần tiªu tốn một lượng nhiệt kh¸ lớn nªn cần cung cấp nhiệt trong hầu hết c¸c giai đoạn của qu¸ tr×nh sản xuất,do đã cần cã nguồn cung cấp nhiệt,mà ở đ©y chủ yếu sử dụng than đốt. _C¸c nguồn nhiªn liệu chứa O2 là rất cần thiết,bởi trong giai đoạn đốt nguyªn liệu cần nhiều O2. II. Đốt nguyªn liệu sản xuất SO2: _Đối với c¸c nguồn nguyªn liệu cã sẵn SO2 th× ta chuyển ngay qua giai đoạn tinh chế khÝ SO2(Sẽ được nãi ở phần sau). _Đối với c¸c nguồn nguyªn liệu th« sơ,là hợp chất của SO2 th× cần qua giai đoạn đốt để tạo ra SO2. _C¸c nguồn nguyªn liệu chứa S,quặng pirit,….là những nguồn nguyªn liệu được sử dụng chủ yếu trong qóa tµinh sản xuất axit sunfuric;ngoài ra còng cã rất nhiều nguồn koasc,trong đã phải kể đến axit sunfuric dư thừa trong c¸c qu¸ tr×nh tr­íc. 3.1- C¸c ph¶n øng ho¸ häc trong qu¸ tr×nh ®èt nguyªn liÖu: - §èi víi quÆng py rit: 4 FeS2 + 11 02 --------> Fe2O3 + 8 SO2 + Q 2 FeS2 --------> 2 FeS + S2.(nhiÖt ®é vµo kho¶ng 5000C). S2+ 2 O2---> 2 SO2 4 FeS + 7 O2 --------> 2 Fe2O3 + 4 SO2 HoÆc 3 FeS +5 O2 ----------> Fe3O4 + 3 SO2 - Qóa tr×nh ch¸y cña quÆng kh«ng nh÷ng chØ x¶y ra gi÷a pyrit vµ Oxy mµ cßn x¶y ra gi÷a c¸c pha r¾n: 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 - §èi víi Pyrit lÉn than cã thªm ph¶n øng : C + O2 = CO2 Ph¶n øng trªn sÏ cung cÊp thªm mét phÇn nhiÖt l­îng cÇn thiÕt cho qu¸ tr×nh ®èt nguyªn liÖu. - §èi víi th¹ch cao : CaSO4 = CaO + SO2 (Ph¶n øng diÔn ra ë 1400 – 1500 0C). Khi cã C, SiO2, Al2O3, Fe2O3 … nhiÖt ®é cña ph¶n øng trªn gi¶m xuèng 2 CaSO4 + C = 2 CaO + 2 SO2 + CO2 - §èi víi khÝ th¶i S + O2 = SO2 2 H2S + 3 O2 = 2 SO2 + 2H2O Th«ng th­êng thµnh phÇn cña khÝ lß bao gåm SO2, O2 ,N2,, h¬i n­íc vµ mét sè t¹p chÊt kh¸c nh­: bôi, SO3, AS2O3, SeO2; HF; S F4… 3.2- C¸c lo¹i lß ®èt th­êng dïng: Ngµy nay c«ng nghÖ s¶n xuÊt axit sunfuric cã nhiÒu lo¹i lß dïng ®èt nguyªn liÖu nh­: lß nhiÒu tÇng, lß ®èt quÆng bét, lß líp s«i, lß xyclon; lß dèt l­u huúnh (lo¹i n»m ngang, lo¹i ®øng), lß ®èt hy®rosunfua H2S… Do giíi h¹n bµi viÕt chóng t«i tr×nh bµy lo¹i lß líp s«i ®Ó ®èt nguyªn liÖu. Bëi v× thiÕt bÞ líp s«i cã nhiÒu ­u ®iÓm næi bËt vµ ngµy cµng ®­îc sö dông réng r·i kh«ng chØ trong c«ng nghÖ s¶n xuÊt axit sunfuric mµ cßn trong c¸c ngµnh kh¸c nh­: luyÖn kim, gia c«ng dÇu má, thùc phÈm, y häc, n¨ng l­îng h¹t nh©n … + Theo b¸o c¸o ®Ò tµi nghiªn cøu khoa häc c«ng nghÖ cÊp nhµ n­íc KC- 06-06 chóng ta cã b¶ng c©n b»ng vËt liÖu cho 1 tÊn quÆng py rit hµm l­îng 33% l­u huúnh ®èi víi lß líp s«i (dùa trªn tÝnh to¸n lÝ thuyÕt) nh­ sau: B¶ng 1 L­îng vµo  L­îng ra   Th«ng sè  Träng l­îng(kg)  ThÓ tÝch m3/tÊn  Th«ng sè  Träng l­îng(kg)  ThÓ tÝch m3/ tÊn   QuÆng  1000   XØ  750,8    QuÆng kh«  940   khÝ lß  2821,35  1999   QuÆng Èm  60   KhÝ SO2  638,4  223,4   kh«ng khÝ  2571,5  2010,27  KhÝ SO3  6,8  1,9   Kh«ng khÝ kh«  2526  1953,67  O2  141,4  99   H¬i n­íc  45,5  56,6  N2  1929,25  1543,4      H¬i n­íc  105,5  131,3   Tæng  3571,5    3572,15    NhiÖt l­îng cÇn thiÕt cho qu¸ tr×nh ®èt B¶ng 2  L­u huúnh 33%  L­u huúnh 35%   NhiÖt vËt lý cña quÆng (kcal /h )  12729,2  12729,2   NhiÖt cña Èm trong quÆng (kcal /h )  6250  6250   NhiÖt cña kh«ng khÝ kh« (kcal /h )  6285,4  66887   NhiÖt cña Èm trong kh«ng khÝ (kcal /h )  2114,2  2249,7   NhiÖt to¶ ra khÝ ®èt (kcal /h )  4266670  4533337   Tæng l­îng nhiÖt cÇn cung cÊp (kcal /h )  4350620,8  4621453   CÊu t¹o lß líp s«i (h×nh 2) gåm 1 h×nh trô b»ng thÐp, bªn trong lãt vËt liÖu chÞu löa. ë phÇn d­íi cña lß ®Æt 1 b¶ng ®Ó ph©n phèi kh«ng khÝ ®Òu trªn toµn tiÕt diÖn cña nã. QuÆng ®­îc ®­a vµo buång n¹p. Kh«ng khÝ qua c¸c lç ë ghi èng thæi quÆng vµo lß. Kh«ng khÝ chÝnh qua c¸c mò giã trªn b¶ng ph©n phèi khÝ gi÷ cho líp quÆng ë tr¹ng th¸i s«i. §Ó quÆng ch¸y triÖt ®Ó, ng­êi ta bæ xung kh«ng khÝ vµo trªn líp s«i (kho¶ng 20% tæng l­îng kh«ng khÝ). èng th¸o sØ ®Æt ë ngang møc líp s«i. Tèc ®é kh«ng khÝ qua lç mò giã kho¶ng 8- 10 m/s. Tæng diÖn tÝch lç cña tÊt c¶ c¸c mòi giã chØ chiÕm chõng 2% diÖn tÝch b¶ng ph©n phèi khÝ. Khi ®èt quÆng tuyÓn næi, tèc ®é khÝ trong lß 1-1,1 m/s, c­êng ®é lß 8-10 tÊn quÆng 45% l­u huúnh/m2/ ngµy. NÕu ®èt quÆng pyrit th× tèc ®é khÝ lín h¬n (1,9-2 m/s) vµ do ®ã c­êng ®é lß còng cao h¬n (16- 20 tÊn quÆng/m2/ngµy). Lß líp s«i cã ­u ®iÓm : + §èt ®­îc c¸c quÆng nghÌo l­u huúnh nh­ng hiÖu suÊt t¹o ra SO2 vÉn cao . + CÊu t¹o thiÕt bÞ t­¬ng ®èi ®¬n gi¶n dÔ c¬ khÝ ho¸ vµ tù ®éng ho¸ . + HÖ sè truyÒn nhiÖt, dÉn nhiÖt tõ líp s«i ®Õn bÒ mÆt trao nhiÖt rÊt lín. + Trë lùc cña líp s«i kh«ng lín l¾m vµ trong giíi h¹n tån t¹i líp s«i th× kh«ng phô thuéc vµo tèc khÝ. Tuy nhiªn nã cã mét sè nh­îc ®iÓm: + Hµm l­îng bôi trong khÝ ra rÊt lín cho nªn ph¶i cã thiÕt bÞ ®Ó xö lý bôi trong SO2 t¹o ra. D­íi ®©y lµ b¶ng l­îng bôi cuèn theo khÝ lß ®èi víi l­u huúnh 33% B¶ng 3 Uop(m/s)  0,85  0,9  1,02  1,08  1,14   Rt(kg/s)  0,2124  0,26  0,392  0,434  0,506   Cp(%)  18,5  22,4  33,82  37,41  43,6   Trong ®ã: L­îng quÆng vµo lß : FO =1,16kg/s. KÝch th­íc trung b×nh cña h¹t: Dp = 84x 10-3 mm Uop: tèc ®é lµm viÖc cña khÝ Rt: khèi l­îng bôi . Cp: phÇn tr¨m bôi cuèn theo khÝ lß + Thµnh lß vïng líp s«i bÞ bµo mßn rÊt m¹nh cho nªn ph¶i th­êng xuyªn kiÓm tra vµ b¶o d­ìng. Do cã nhiÒu ­u ®iÓm næi bËt nªn lß líp s«i ®ang dÇn thay thÕ lo¹i c¬ khÝ vµ tiÕp tôc ®­îc nghiªn cøu ®Ó cã n¨ng suÊt cao h¬n vµ nhiÒu tÝnh ­u viÖt h¬n. D­íi ®©y lµ chØ tiªu lµm viÖc cña mét lß líp s«i ®èi víi c¸c h¹t cã kÝch th­íc kh¸c nhau (®­îc tÝnh to¸n dùa trªn lý thuyÕt). B¶ng 4 Dp (10-6 m)  69  84  155  274  382  474- 500   Umf (m/s)  0,002  0,0044  0,015  0,047  0,08  0,143   Ut (m/s)  0,84  1,02  1,91  4,14  4,65  6,09   Uop (m/s)  0,9  0,9  0,9  0,95  1,14  1,3   d T ( m )  0,1  0,1  0,1  0,1  0,11  0,13   Ub (m/s)  1,6  1,6  1,6  1,5  1,8  1,96   H ( m )  1,14  1,14  1,13  1,14  1,24  1,22   Trong ®ã : Dp: kÝch th­íc trung b×nh cña tËp hîp h¹t. Umf: tèc ®é s«i tèi thiÓu . Ut: tèc ®é tíi h¹n cña h¹t r¾n. Uop: tèc ®é lµm viÖc cña khÝ. dT : §­êng kÝnh trung b×nh cua bät khÝ trong líp s«i. Ub: tèc ®é n©ng cña bät khÝ . H: chiÒu cao líp s«i cho c¸c mÉu nguyªn liÖu Sö dông xØ vµ nhiÖt: - Khi ®èt quÆng pi rit th¶i ra mét l­îng xØ kh¸ lín (kho¶ng 70% l­îng quÆng kh«) víi thµnh phÇn chñ yÕu lµ s¾t oxit, ngoµi ra cßn cã mét sè kim lo¹i mµu vµ quÝ nh­: Cu, Co , Zn , Au , Ag , Ta ….§©y lµ nguån nguyªn liÖu quÝ cho ngµnh c«ng nghiÖp luyÖn kim . - NÕu sö dông tæng hîp ®­îc xØ th× cø 1000 tÊn xØ cã thÓ thu ®­îc 800 tÊn tinh quÆng s¾t (víi hµm l­îng 55- 63 % Fe); 3,3 – 4 tÊn ®ång; 3,3 – 4,3 tÊn kÏm; 0,8-1 kg vµng; 10 kg b¹c; 80 kg coban; 70 tÊn natri sunfat … - L­îng nhiÖt to¶ ra khi ®èt nguyªn liÖu chiÕm tõ 52 – 65 % tæng l­îng nhiÖt. Chóng ta cã thÓ tËn dông l­îng nµy ®Ó s¶n xuÊt ®iÖn tù cung cÊp cho nhµ m¸y (tÝnh ®Õn hiÖu suÊt nhiÖt cña nhµ m¸y ®iÖn) hoÆc nhµ m¸y s¶n xuÊt cã thÓ trë thµnh n¬i cung cÊp n¨ng l­îng. III. Tinh chÕ khÝ SO2 1. S¬ l­îc vÒ qu¸ tr×nh tinh chÕ khÝ: - §èi víi s¬ ®å cæ ®iÓn cña qu¸ tr×nh s¶n xuÊt axit sunfuric theo ph­¬ng ph¸p tiÕp xóc: + KhÝ lß tõ lß ®èt quÆng ®­îc lµm nguéi trong nåi h¬i, t¸ch bôi trong xyclon, läc ®iÖn kh« cã nhiÖt ®é 300-400o C ®i vµo c«ng ®o¹n lµm s¹ch khÝ ®Ó t¸ch c¸c t¹p chÊt cã h¹i ®èi víi xóc t¸c. KhÝ SO2 thu ®­îc sau khi ®èt nguyªn liÖu chøa nhiÒu t¹p chÊt cã h¹i nh­ : - Bôi: lµm t¨ng trë lùc cña thiÕt bÞ vµ ®­êng èng, lµm gi¶m hÖ sè truyÒn nhiÖt, chuyÓn chÊt … - AS2O3: lµm xóc t¸c bÞ ngé ®éc vÜnh viÔn, lµm gi¶m hiÖu suÊt chuyÓn ho¸ SO2. - SeO2, TeO2 , Re2O7 … hoµ tan vµo c¸c axit t­íi lµm bÈn s¶n phÈm. MÆt kh¸c chóng cßn lµ nguån nguyªn liÖu quý cho c¸c ngµnh c«ng nghiÖp b¸n dÉn, thuû tinh mµu…Bëi vËy ph¶i t×m c¸ch thu håi chóng . - FLo( ë d¹ng HF vµ SiF4) : ¨n mßn c¸c vËt liÖu cã chøa Silic trong ®iÒu kiÖn thuËn lîi cã thÓ gi¶m ho¹t tÝnh cña chÊt xóc t¸c. + §Ó lµm s¹ch hçn hîp khÝ,ng­êi ta cho khÝ ®i qua hµng lo¹t c¸c th¸p röa, läc ®iÖn, sÊy… Tuy nhiªn s¬ ®å lµm viÖc cña chóng kh¸ phøc t¹p, vµ cã mét nh­îc ®iÓm lµ c¸c t¹p chÊt chñ yÕu trong khÝ lß chuyÓn thµnh d¹ng mï axit sau ®ã l¹i ph¶i t¸ch chóng trong c¸c läc ®iÖn ­ít. HiÖn nay cã 2 h­íng gi¶i quyÕt ®¬n gi¶n h¬n nh­ sau: - Ph­¬ng ph¸p hÊp thô: Lµm nguéi khÝ b»ng dung dÞch axit sunfuric cã nång ®é vµ nhiÖt ®é sao cho c¸c t¹p chÊt trong khÝ bÞ hÊp thô trªn bÒ mÆt axit t­íi mµ kh«ng t¹o mï. NÕu trong khÝ lß, ngoµi h¬i H2SO4 cßn cã c¶ h¬i SeO2 vµ As2O3 th× t¨ng nhiÖt ®é axit t­íi, hiÖu suÊt t¸ch 2 chÊt trªn khái khÝ lß còng t¨ng. Së dÜ nh­ vËy v× chóng hoµ tan trong c¶ axit t­íi vµ mï axit. Khi t¨ng nhiÖt ®é l­îng mï sÏ gi¶m, do ®ã l­îng SeO2 vµ As2O3 trong mï theo khÝ còng gi¶m. - Ph­¬ng ph¸p hÊp phô: dïng chÊt r¾n hÊp phô t¹p chÊt ë nhiÖt ®é cao mµ kh«ng cÇn ph¶i lµm nguéi vµ röa hçn hîp khÝ. ChÊt hÊp phô As2O3 t­¬ng ®èi tèt lµ silicagel. Thùc tÕ nã cã thÓ hÊp phô hoµn toµn As2O3 khái khÝ lß. ChÊt hÊp phô cã kh¶ n¨ng hÊp phô cao h¬n vµ rÎ h¬n lµ zeolit nh©n t¹o (thµnh phÇn gÇn ®óng 10SiO2..O,5AL2O3). Nã cã thÓ hÊp phô ®­îc l­îng As2O3 b»ng 5-7% khèi l­îng cña nã. _ Trong giai ®o¹n tinh chÕ khÝ SO2,thiÕt bÞ trong c¸c qu¸ tr×nh tinh chÕ lu«n ph¶i tiÕp xóc nhiÖt nªn ®Ó tr¸nh cho thiÕt bÞ qu¸ nãng,gi¶m th¶I l­îng nhiÖt cÊp ra m«I tr­êng,ta cÇn lµm nguéi thiÕt bÞ b»ng c¸ch cho ®i qua c¸c th¸p lµm l¹nh. 2- ThiÕt bÞ lµm s¹ch khÝ gåm: + Th¸p röa I: cã nhiÖm vô lµm nguéi hçn hîp khÝ tõ 350-400o C xuèng 80-90oC. T¸ch hÇu hÕt l­îng bôi cßn l¹i trong khÝ sau läc ®iÖn kh«. T¸ch mét phÇn SeO2 vµ As2O3 vµ c¸c t¹p chÊt kh¸c. HÊp thô mét phÇn mï a xit t¹o thµnh trong th¸p. + Th¸p röa II: cã nhiÖm vô lµm nguéi hçn hîp khÝ tõ 80-90oC xuèng 30-40oC. HÊp thô mét phÇn mï a xit trong khÝ sau th¸p röa I. T¸ch mét phÇn c¸c t¹p chÊt ( Asen, telu…) khái hçn hîp khÝ. + Th¸p t¨ng Èm: cã nhiÖm vô t¨ng hµm Èm cña hçn hîp khÝ ®Ó t¨ng kÝch th­íc h¹t mï a xit. TiÕp tôc lµm nguéi hçn hîp khÝ xuèng vµi ®é n÷a (3-5oC). NÕu trong hçn hîp khÝ cã Flo th× ë th¸p t¨ng Èm ng­êi ta cßn cho thªm Na2SO4 vµo a xit t­íi ®Ó t¸ch chóng theo ph¶n øng: 3 SiF 4 + 2 Na2SO4 + 2 H2O = 2 Na2SiF6 + 2 H2 SO4 + SiO2 + Läc ®iÖn ­ít: ®Ó läc mï axit ng­êi ta th­êng dïng lo¹i läc c¬ khÝ: läc sîi . Nguyªn t¾c lµm viÖc cña lo¹i nµy lµ cho hçn hîp khÝ cã mï axit ®i qua líp sîi m¶nh chÞu axit, khi va ch¹m víi c¸c sîi, do lùc ú c¸c h¹t mï axit sÏ bÞ gi÷ l¹i trªn ®ã. §­êng kÝnh h¹t mï cµng lín, tèc ®é dßng khÝ cµng cao th× hiÖu suÊt t¸ch mï cµng lín. + Th¸p sÊy: NhiÖm vô t¸ch hoµn toµn l­îng h¬i n­íc trong hçn hîp khÝ th«ng th­êng bao gåm 2 th¸p víi môc ®Ých ®Ó ®Ò phßng 1 trong 2 th¸p cã h­ háng vµ t¨ng l­îng Oleum s¶n xuÊt ®­îc vµ nhÊt lµ ®Ó gi¶m l­îng mï a xit khi sÊy. C«ng ®o¹n lµm s¹ch khÝ ph¶i ®¶m b¶o mét sè chØ tiªu sau: Hµm l­îng bôi trong khÝ sau läc ®iÖn kh«,g/m3 <=0,1 Nång ®é SO2 trong hçn hîp khÝ , % thÓ tÝch => 8,5 Nång ®é a xit t­íi ,% H2SO4 Th¸p röa I 55-70 Th¸p sÊy 93-95 Hµm l­îng t¹p chÊt trong khÝ vµo th¸p tiÕp xóc,mg/m3 Asen O Flo <= 3 Giät vµ mï a xit <= 5 H¬i n­íc, % thÓ tÝch <=0,01 IV. ¤ xi ho¸ SO2 thµnh SO3: Ph¶n øng : SO2 + 0,5 O2 = SO3 .. §iÓm kh¸c biÖt lín nhÊt gi÷a hai ph­¬ng ph¸p s¶n xuÊt axit sunfuric ®­îc thÓ hiÖn ë giai ®o¹n nµy. 1. §èi víi ph­¬ng ph¸p th¸p ®Öm: KhÝ SO2 ®­îc oxi ho¸ b»ng O2 kh«ng khÝ víi xóc t¸c lµ hçn hîp NO vµ NO2. Qu¸ tr×nh ph¶n øng kh«ng cho trùc tiÕp SO3 hay H2SO4 mµ s¶n phÈm trung gian lµ nitrozonihidrosunfat.Ta cã ph¶n øng sau: 2SO2 + O2 +NO + NO2 + H2O = 2 NOHSO4 Dïng n­íc hoµ tan s¶n phÈm nµy ë trong buång lµm b»ng ch× sÏ thu ®­îc axit sunfuaric vµ hçn hîp c¸c khÝ NO vµ NO2 ®­îc gi¶i phãng ra: 2 NOHSO4 + H2O = 2 H2SO4 +NO + NO2 Ph­¬ng ph¸p buång ch× vµ xóc t¸c NO + NO2 cho phÐp chóng ta ®iÒu chÕ ®­îc axitsunfuaric cã nång ®é 60-70%. VÒ sau, ng­êi ta nhËn thÊy buång ch× kh«ng thuËn lîi cho qu¸ tr×nh s¶n xuÊt cho nªn ®· thay buång ch× b»ng c¸c th¸p hÊp thô ®­îc x©y b»ng g¹ch chÞu axit nªn nã ®­îc gäi lµ ph­¬ng ph¸p th¸p ®Öm. Tuy nhiªn, axit sunfuric thu ®­îc cã ®é tinh khiÕt kh«ng cao (do cã lÉn nhiÒu HNO3 trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt) h¬n n÷a hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh nµy còng kh«ng lín chØ vµo cì (60 -70 %) bëi vËy ph­¬ng ph¸p nµy hÇu nh­ kh«ng ®­îc sö dông ®Ó s¶n xuÊt axit sunfuric n÷a. 2. Ph­¬ng ph¸p tiÕp xóc : - Cã 2 ph­¬ng ph¸p tiÕp xóc lµ: tiÕp xóc ®¬n vµ tiÕp xóc kÐp. + §èi víi ph­¬ng ph¸p tiÕp xóc ®¬n: hçn hîp khÝ SO2 qua gia nhiÖt ®­îc oxy ho¸ lÇn l­ît qua 4-5 líp tiÕp xóc. Gi÷a líp 1-2 dïng thiÕt bÞ truyÒn nhiÖt gi¸n tiÕp ®Ó h¹ nhiÖt ®é hçn hîp khÝ, gi÷a líp 1-2, 3-4 bæ sung kh«ng khÝ ®Ó lµm l¹nh trùc tiÕp, cuèi cïng hiÖu suÊt chuyÓn ho¸ ®¹t 98,2 %. Sau ®ã hçn hîp khÝ ®­a ®i hÊp thô chÕ t¹o axit (møc ®é chuyÓn ho¸ cã thÓ lªn tíi 99,9 %) . -¦u ®iÓm: _Lµm gi¶m nhiÖt ®é tiÕp xóc,h¹n chÕ l­îng nhiÖt truyÒn ra m«i tr­êng. -Nh­îc ®iÓm: _Tèn vËt liÖu chÕ t¹o thiÕt bÞ do cã nhiÒu líp tiÕp xóc,ph¶i th­êng xuyªn bæ xung kh«ng khÝ,do ®ã l­îng O2 cÇn sö dông nhiÒu. _Tr¶i qua nhiÒu giai ®o¹n míi thu ®­îc H2SO4 cã nång ®é cao. + §èi víi ph­¬ng ph¸p tiÕp xóc kÐp: chuyÓn khÝ s¶n phÈm tõ sau líp tiÕp xóc 3 (hiÖu suÊt 90%) ®­a ®i hÊp thô chÕ t¹o axit sau ®ã gia nhiÖt ph¶n øng ë 2 líp sau n©ng hiÖu suÊt chuyÓn ho¸ luü tiÕn lªn 99,5 %, ®­a ®i hÊp thô lÇn 2 sau ®ã phãng kh«ng. Trong ph­¬ng ph¸p nµy nång ®é CO2 trong khÝ th¶i gi¶m tõ 0,21 % (ph­¬ng ph¸p tiÕp xóc ®¬n) xuèng cßn 0,05% (ph­¬ng ph¸p tiÕp xóc kÐp). -¦u ®iÓm: _Gi¶m ®¸ng kÓ l­îng CO2 trong khÝ th¶i,dÉn ®Õn thu ®­îc H2SO4 cã ®é tinh khiÕt cao. _ChÕ t¹o thiÕt bÞ ®¬n gi¶n. Nh­îc ®iÓm: 3. Xóc t¸c: Cã nhiÒu lo¹i xóc t¸c cã thÓ xóc t¸c cho qu¸ tr×nh oxy ho¸ SO2 thµnh SO3 tuy nhiªn xóc t¸c th«ng dông nhÊt lµ vanadi . - Thµnh phÇn xóc t¸c vanadi : + V2O5 lµ thµnh phÇn chÝnh hµm l­îng cña nã kho¶ng 5-12 % + Muèi cña kim lo¹i kiÒm lµ chÊt kÝch ®éng lµm t¨ng ho¹t tÝnh xóc t¸c lªn hµng tr¨m lÇn. TØ lÖ kim lo¹i kiÒm vµ vanadi dao ®éng tõ 1:1 ®Õn 6:1. + SiO2 ë d¹ng xèp ®ãng vai trß chÊt mang . + Ngoµi ra cßn mét sè chÊt kh¸c ®­îc ®­a vµo nh»m t¨ng ho¹t tÝnh ,t¨ng ®é bÒn c¬ vµ nhiÖt… cña chÊt xóc t¸c. VÝ dô ®­a P2O5 vµo xóc t¸c th× nhiÖt ®é ho¹t tÝnh cña xóc t¸c gi¶m ®i 20 -25 0C C¬ chÕ lµm viÖc cña xóc t¸c nµy lµ: + O2, SO2 bÞ hÊp phô trªn bÒ mÆt xóc t¸c vµ hoµ tan hoµn toµn vµo xóc t¸c nãng ch¶y sÏ t¸c dông víi V2O5 theo ph­¬ng tr×nh: V2O5 + SO2 = V2O4 + SO3 V2O4 + 0,5 O2 = V2O5 - Cßn SiO2 lµm nhiÖm vô chÊt mang ,cã t¸c dông t¨ng bÒ mÆt tiÕp xóc pha cña chÊt xóc t¸c vµ æn ®Þnh chÊt ho¹t tÝnh trªn bÒ mÆt xóc t¸c.ë giai ®o¹n ®Çu cña qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ khi nång ®é SO2 trong hçn hîp khÝ cßn cao sÏ t¹o thµnh hîp chÊt vanadyl sunfat: V2O5 + SO3 + SO2 = 2 VOSO4 . ë giai ®o¹n cuèi cña qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ l­îng SO2 cßn l¹i Ýt nªn xóc t¸c cã ho¹t tÝnh cao, h»ng sè tèc ®é k lín. - Tuy nhiªn, chóng ta ph¶i l­u ý tíi mét sè t¹p chÊt g©y ra sù ngé ®éc cña xóc t¸c nh­ : + ChÊt ®éc nguy hiÓm nhÊt lµ As. ChØ vµi miligam asen oxit trong 1m3 hçn hîp khÝ còng ®ñ cho xóc t¸c bÞ ngé ®éc. Asen bÞ hÊp phô trªn bÒ mÆt xóc t¸c t¹o thµnh mét líp máng che phñ bÒ mÆt h¹t xóc t¸c hoÆc t¹o thµnh víi xóc t¸c hîp chÊt bay h¬i As2O5.V2O5 t¸ch khái xóc t¸c. + C¸c hîp chÊt cña flo còng g©y t¸c h¹i ®¸ng kÓ cho xóc t¸c :nh­ SiF4 ph¶n øng víi h¬i n­íc theo ph­¬ng tr×nh: SiF4 + 2 H2O -------> SiO2 + 4 HF . SiO2 t¹o thµnh líp vá bao bäc h¹t xóc t¸c. L­îng SiF4 cµng nhiÒu th× ho¹t tÝnh xóc t¸c cµng gi¶m nhanh. D­íi ®©y lµ mét sè thiÕt bÞ dïng trong c«ng ®o¹n oxi ho¸ SO2 . - Th¸p oxi ho¸: th­êng dïng lo¹i th¸p oxi ho¸ cã tõ 4-5 líp xóc t¸c cã truyÒn nhiÖt trung gian sau mçi líp xóc t¸c. Hçn hîp khÝ SO2 tõ qu¹t khÝ ®i vµo kho¶ng kh«ng gian gi÷a c¸c èng cña th¸p truyÒn nhiÖt ngoµi. Nã ®­îc ®èt nãng s¬ bé nhê khÝ nãng tõ th¸p tiÕp xóc ®i ra. Sau mçi líp xóc t¸c nhiÖt ®é cña hçn hîp khÝ t¨ng. V× vËy ph¶i cho qua c¸c bé phËn truyÒn nhiÖt ®Ó h¹ nhiÖt ®é xuèng. Sau líp xóc t¸c cuèi, hçn hîp khÝ ra khái th¸p tiÕp xóc vµ vµo thiÕt bÞ truyÒn nhiÖt ngoµi ®Ó ®èt nãng hçn hîp khÝ míi, ®ång th¬× h¹ nhiÖt ®é xuèng tr­íc khi sang c«ng ®o¹n hÊp thô. - ThiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt ngoµi + ThiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt ngoµi: môc ®Ých ®èt nãng s¬ bé khÝ nguyªn liÖu vµ lµm nguéi hçn hîp khÝ chøa SO3 sau chuyÓn ho¸ .KhÝ nãng chøa SO3 ®i trong èng tõ trªn xuèng cßn khÝ nguéi chøa SO2 ®i ë kho¶ng kh«ng gian gi÷a c¸c èng tõ d­íi lªn. + ThiÕt bÞ lµm nguéi SO3: vÒ nguyªn t¾c gièng thiÕt bÞ truyÒn nhiÖt ngoµi: SO3 ®i tõ trªn xuèng cßn kh«ng khÝ hoÆc n­íc lµm nguéi ®i tõ d­íi lªn. + ThiÕt bÞ ®èt nãng khëi ®éng: khi nhµ m¸y míi ho¹t ®éng hoÆc ch¹y l¹i sau khi dõng l©u ng­êi ta ph¶i sÊy xóc t¸c vµ n©ng dÇn nhiÖt ®é cña th¸p tiÕp xóc ®Õn nhiÖt ®é ho¹t tÝnh cña xóc t¸c. Muèn vËy ph¶i thæi kh«ng khÝ nãng cã nhiÖt ®é 450 -5000C qua th¸p tiÕp xóc cho ®Õn khi hÖ thèng lµm viÖc b×nh th­êng. §Ó ®èt nãng cã thÓ sö dông khÝ lß cã nhiÖt ®é 650 -7000C, ®èt khÝ thiªn nhiªn, hoÆc sö dông thiÕt bÞ ®èt nãng kh«ng khÝ b»ng ®iÖn. V. HÊp thô anhydrit sunfuaric SO3
 V.1 C¬ së lÝ thuyÕt cña qu¸ tr×nh hÊp thô: HÖ thèng hÊp thô ë ®©y lµ hÖ thèng hÊp thô ng­îc chiÒu,H2SO4 thu ®­îc tõ qu¸ tr×nh tr­íc ®­îc ®i qua thiÕt bÞ hÊp thô.Sau khi ®i qua èng thø nhÊt,nång ®é axit t¨ng ®Õn 96%,sau lÇn thø hai t¨ng ®Õn 98,3%,sau lÇn thø ba t¨ng ®Õn 99,7%. - Ph¶n øng: n SO3 + H2O = H2 SO4 + (n-1) SO3 . + Tuú theo tØ lÖ gi÷a l­îng SO3 vµ H2O mµ nång ®é axit thu ®­îc sÏ kh¸c nhau: n > 1 lµ s¶n phÈm lµ oleum. n = 1 s¶n phÈm lµ monohydrat (axit sunfuaric 100%). n < 1 s¶n phÈm lµ axit lo·ng. Th«ng th­êng, ng­êi ta cã xu h­íng s¶n xuÊt toµn bé s¶n phÈm ë d­íi d¹ng oleum ®Ó b¶o qu¶n vËn chuyÓn vµ sö dông thuËn lîi h¬n. Muèn vËy cho hçn hîp khÝ chøa SO3 qua th¸p cã t­íi oleum. Th¸p oleum chØ hÊp thô ®­îc mét phÇn SO3 trong hçn hîp khÝ. Hµm l­îng SO3 cßn l¹i trong khÝ ra khái th¸p oleum kh¸ lín. Do ®ã ®Ó hÊp thô hÕt SO3 l¹i ph¶i ®­a hçn hîp tiÕp tôc qua th¸p hÊp thô thø hai t­íi monohydrat (th¸p monohydrat). §Õn ®©y míi kÕt thóc qu¸ tr×nh hÊp thô SO3. ë ®©y kh«ng dïng n­íc hÊp thô SO3 do hµm l­îng hÊp thô kh«ng ®­îc nhiÒu,do ®ã ng­êi ta sö dông oleum hÊp thô SO3 ®Ó ®¹t hiÖu su¸t cao h¬n. V.2 ThiÕt bÞ trong qu¸ tr×nh hÊp thô: KhÝ SO3 sau khi lµm nguéi s¬ bé ë thiÕt bÞ truyÒn nhiÖt ngoµi ®­îc ®­a sang c«ng ®o¹n hÊp thô. ë ®©y khÝ SO3 tiÕp tôc ®­îc lµm nguéi t¹o ®iÒu kiÖn tèt cho qu¸ tr×nh hÊp thô. §Çu tiªn SO3 ®­îc hÊp thô trong th¸p oleum sau ®ã sang th¸p monohydrat, cuèi cïng qua th¸p t¸ch giät råi phãng kh«ng hoÆc ®­a ®i thu håi SO2 + Th¸p hÊp thô: cã thÓ sö dông nhiÒu lo¹i th¸p hÊp thô kh¸c nhau: - Th¸p ®Öm: lµm b»ng thÐp lãt g¹ch chÞu axit bªn trong xÕp ®Çy ®Öm sµnh sø. §Ó ®­a axit vµo th¸p, th­êng dïng c¸c lo¹i vßi phun axit. Yªu cÇu cña ®Öm cña th¸p oleum kho¶ng 600-1000 m2 cho 1 tÊn s¶n phÈm/giê. L­îng SO3 trong th¸p monohydrat nhiÒu h¬n nªn bÒ mÆt cña th¸p nµy cã thÓ tíi 1200 m2/tÊn/ giê. Do qu¸ tr×nh hÊp thô to¶ nhiÒu nhiÖt nªn võa tiÕn hµnh hÊp thô SO3 võa lµm nguéi ngay bªn trong th¸p. Cã thÓ sö dông 2 lo¹i th¸p: - Th¸p hÊp thô sñi bät kiÓu ®Üa lç hoÆc ®Üa chãp. - Th¸p hÊp thô – lµm nguéi + ThiÕt bÞ lµm nguéi axit : - ThiÕt bÞ lµm nguéi kiÓu giµn t­íi : ¦u ®iÓm: l­îng n­íc lµm nguéi Ýt cÊu t¹o ®¬n gi¶n, dÔ quan s¸t vµ lµm s¹ch ë phÝa ngoµi èng. Nh­îc ®iÓm: thiÕt bÞ cång kÒnh, hiÖu suÊt sö dông n­íc lµm nguéi thÊp, sinh ra nhiÒu h¬i n­íc lµm kh«ng khã xung quanh cã ®é Èm cao. - ThiÕt bÞ lµm nguéi kiÓu èng chïm: ¦u ®iÓm: ch¾c ch¾n, gän, tèn Ýt kim lo¹i, dÔ lµm s¹ch phÝa trong èng Nh­îc ®iÓm: khã chÕ t¹o b»ng vËt liÖu kh«ng nung vµ hµn ®­îc + Mét sè chØ tiªu kÜ thuËt cña c«ng ®o¹n hÊp thô SO3 : NhiÖt ®é khÝ , 0C Ra khái th¸p oleum : <= 60 Ra khái th¸p monohydrat = 99,9 NhËn xÐt chung: HiÖn nay s¬ ®å cæ ®iÓn ®­îc dïng phæ biÕn nhÊt trªn thÕ giíi nh­ng s¬ ®å nµy rÊt phøc t¹p vµ kh«ng kinh tÕ. V× vËy nhiÒu viÖn nghiªn cøu vµ xÝ nghiÖp trªn thÕ giíi rÊt chó ý c¶i tiÕn s¬ ®å kÜ thuËt vµ thiÕt bÞ. Mét sè ph­¬ng ph¸p s¶n xuÊt ­u viÖt h¬n ®· ®­îc ®Ò cËp tíi nh­: ph­¬ng ph¸p tinh chÕ kh«, thiÕt bÞ tiÕp xóc kiÓu líp s«i… Kh«ng nh÷ng vËy n¨ng suÊt cña c¸c hÖ thèng s¶n xuÊt còng t¨ng lªn mét c¸ch ®¸ng kÓ (n¨m 1982 h·ng Texas Gulf Inc ®­a ra d©y chuyÒn n¨ng suÊt 2800 tÊn /ngµy, n¨m 1988 n¨ng suÊt cña h·ng Texas Gulf Inc lµ 379 000 tÊn/n©m …). Tr­íc ®©y dßng th¶i vµ chÊt th¶i cña c¸c nhµ m¸y s¶n xuÊt axit sunfuaric ch­a ®­îc quan t©m ®óng møc cho nªn ®· ®Ó l¹i nh÷ng hËu qu¶ ®¸ng tiÕc cho m«i tr­êng. GÇn ®©y vÊn ®Ò « nhiÔm m«i tr­êng ®· ®­îc chó ý h¬n. C¸c nhµ m¸y, xÝ nghiÖp s¶n xuÊt cã nh÷ng biÖn ph¸p qu¶n lÝ, gi¶m thiÓu, xö lÝ c¸c chÊt th¶i, c¸c dßng th¶i. §Ó gióp ®ì mét phÇn c¸c nhµ m¸y s¶n xuÊt chóng t«i sÏ tr×nh bµy tiÕp c¸c chÊt th¶i, dßng th¶i chÝnh cña nhµ m¸y s¶n xuÊt axit sunfuric. D.1 vÊn ®Ò m«i tr­êng cña qu¸ tr×nh s¶n xuÊt axit sunfuric Qu¸ tr×nh s¶n xuÊt axit sunfuric t¹o ra nhiÒu d¹ng chÊt th¶i kh¸c nhau, chia thµnh 3 dßng chÝnh lµ: KhÝ th¶i ChÊt th¶i r¾n ChÊt th¶i láng Mçi dßng th¶i nµy ®Òu cã nh÷ng ®Æc tr­ng riªng kh¸c nhau, nh­ng tùu chung l¹i ®Òu ¶nh h­ëng rÊt lín tíi søc kháe cña con ng­êi vµ m«i tr­êng sèng. I. khÝ th¶i : Thµnh phÇn bao gåm: khÝ axit vµ khãi bôi. 1. KhÝ axit : - Thµnh phÇn: chñ yÕu lµ khÝ SO2, ngoµi ra cßn cã SO3 vµ mï H2SO4 (CO vµ CO2 kh«ng ph¶i lµ chÊt th¶i ®Æc tr­ng cña c«ng nghÖ s¶n xuÊt axit sunfuric nªn kh«ng ®Ò cËp tíi) - Nguyªn nh©n: ph¸t sinh phÇn lín do c¸c c«ng ®o¹n: t¹o khÝ SO2, tinh chÕ khÝ SO2, c«ng ®o¹n tiÕp xóc vµ qu¸ tr×nh hÊp thô t¹o axit sunfuric; ngoµi ra qu¸ tr×nh ®èt nhiªn liÖu (than) còng t¹o ra SO2. 1.1. §Æc tÝnh cña SO2: SO2 là chÊt khÝ kh«ng mµu, kh«ng mïi, kÝch thÝch m¹nh; dÔ hãa láng, dÔ hßa tan trong n­íc víi nång ®é thÊp. ë ®iÒu kiÖn b×nh th­êng: 1 thÓ tÝch n­íc hßa tan 40 thÓ tÝch SO2. SO2 rÊt bÒn nhiÖt: H0tt = - 296,9 kJ/mol

{1} SO2 thuéc lo¹i chÊt « nhiÔm ®éc h¹i nhÊt vµ phæ biÕn trong s¶n xuÊt c«ng nghiÖp vµ trong cuéc sèng sinh ho¹t cña con ng­êi.
Theo b¶ng trªn: LC50= 3000ppm/30 phót 1.2. SO2 rÊt ®éc h¹i ®èi víi søc kháe: + SO2 lµ chÊt khÝ g©y kÝch thÝch m¹nh ®­êng h« hÊp. Khi hÝt thë ph¶i SO2: nång ®é thÊp cã thÓ g©y co th¾t c¸c lo¹i sîi c¬ th¼ng cña phÕ qu¶n; nång ®é cao cã thÓ g©y t¨ng tiÕt nhÇy ë niªm m¹c ®­êng h« hÊp trªn vµ ë c¸c nh¸nh khÝ phÕ qu¶n. + SO2 cã thÓ vµo c¬ thÓ qua ®­êng h« hÊp hoÆc hßa tan vµo n­íc bät råi vµo hÖ tiªu hãa råi sau ®ã ph©n t¸n vµ hÖ tuÇn hoµn. + SO2 cã thÓ nhiÔm ®éc qua da g©y sù chuyÓn hãa lµm gi¶m dù tr÷ kiÒm trong m¸u, ®µo th¶i amoniac ra n­íc tiÓu vµ kiÒm ra n­íc bät. + SO2 g©y rèi lo¹n qu¸ tr×nh chuyÓn hãa protein vµ ®­êng, thiÕu vitamin D vµ C, øc chÕ enzym oxidaza. + SO2 khi bÞ hÊp thu mét l­îng lín cã kh¶ n¨ng g©y bÖnh cho hÖ thèng t¹o huyÕt vµ t¹o ra methemoglobin (hemoglobin trong HuyÕt cÇu tè bÞ chuyÔn hãa thµnh methemoglobin, do ®ã lµm gi¶m l­îng HuyÕt cÇu tè vµ kh¶ n¨ng chuyªn chë Oxy cña chÊt nµy trong c¬ thÓ; do thiÕu oxy, da bÞ ®æi thµnh mµu xanh) + SO2 ¶nh h­ëng tíi chøc n¨ng cña phæi, g©y viªm phæi, viªm phÕ qu¶n m·n tÝnh, g©y bÖnh tim m¹ch, t¨ng mÉn c¶m ë nh÷ng ng­êi m¾c bÖnh hen… Nh­ vËy cã thÓ thÊy, SO2 lµ chÊt g©y nhiÒu t¸c h¹i ®èi víi søc kháe con ng­êi vµ l­îng SO2 chñ yÕu bÞ th¶i ra trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt c«ng nghiÖp. V× vËy ph¶i cã h¹n møc ®èi víi l­îng SO2 trong khÝ th¶i (tham kh¶o b¶ng tiªu chuÈn ë d­íi) 1.3. SO2 lµ nguyªn nh©n chÝnh g©y ra m­a axit: - M­a axit lµ hiÖn t­îng m­a mµ n­íc m­a cã ®é pH d­íi 5,6. - Qu¸ tr×nh t¹o thµnh m­a axit diÔn ra nh­ sau: + SO2 bÞ oxyhãa thµnh SO3 (l­u huúnh trioxit). SO2 + OH· → HOSO2 (ph¶n øng hãa hîp gi÷a l­u huúnh ®ioxit vµ c¸c hîp chÊt gèc hidroxyl) HOSO2· + O2 → HO2· + SO3; (ph¶n øng gi÷a hîp chÊt gèc HOSO2· vµ O2 cho ra hîp chÊt gèc HO2· vµ SO3) + SO3 t¸c dông víi h¬i n­íc trong kh«ng khÝ t¹o c¸c h¹t axit sunfuric: SO3(k) + H2O(l) ( H2SO4(l) {3} §©y chÝnh lµ thµnh phÇn chñ yÕu cña m­a axit. M­a axit ®­îc ph¸t hiÖn lÇn ®Çu tiªn vµo n¨m 1948 t¹i Thôy §iÓn. Tõ ®ã ®Õn nay, ng­êi ta ®· thÊy r»ng m­a axit rÊt nguy h¹i trong nhiÒu khÝa c¹nh tõ m«i tr­êng tíi ®êi sèng x· héi. Cô thÓ lµ: + §èi víi thñy vùc (ao, hå): m­a axit r¬i trªn mÆt ®Êt sÏ röa tr«i c¸c chÊt dinh d­ìng, hßa tan c¸c kim lo¹i nÆng trong ®Êt vµ mang c¸c kim lo¹i ®éc xuèng thñy vùc. C¸c dßng ch¶y do m­a axit ®æ vµo thñy vùc, do ®ã lµm ®é pH cña hå, ao gi¶m ®i nhanh chãng. C¸c sinh vËt trong thñy vùc kh«ng kÞp hoÆc kh«ng thÓ thÝch øng ®­îc víi ®iÒu kiÖn m«i tr­êng ®ã, v× vËy chóng sÏ bÞ suy yÕu hoÆc chÕt hoµn toµn. ¶nh h­ëng cña ®é pH ®èi víi hÖ thñy sinh vËt tãm t¾t nh­ sau: (*)