TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP T/P HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC
TIỂU LUẬN MÔN HỌC
PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC
Người thực hiên: lê giang nam
Mã số sinh viên 08224421
Lớp:ĐHPT4
Người hướng dẫn: TS.
Thành phố Hồ Chí Minh – 2010
Mục lục
1.Mở đầu 1
2.Nội dung 2
2.1.Lịch sử 2
2.2.Sản xuất axit sunfuric 3
2.2.1 .Vai trò axit sunfuric 3
2.2.2.Nguyên liệu để sản xuất axitsunfuric 4
2.2.3. Công nghệ sản xuất axít sunfuric 5
2.2.4 Từ lưu huỳnh 9
2.2.5 Từ khí sunfua hydro 10
2.2.6 Từ quặng pyrit sắt 10
2.3. Công nghệ sạch sản xuất axit sunfuric 12
2.4. Một số nhà máy sản xuất axit sunfuric trong nước 14
2.4.1 Nhàmáy Super lân Long Thành 15
2.4.2 Nhà máy Supe Lâm Thao: 15
2.4.3 Nhà máy hoá chất Tân Bình 15
3.Kết luận 16
4.Tài liệu tham khảo 17
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP T/P HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC
TIỂU LUẬN MÔN HỌC
PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC
Người thực hiên: lê giang nam
Mã số sinh viên 08224421
Lớp:ĐHPT4
Người hướng dẫn: TS.
Thành phố Hồ Chí Minh – 2010
Mục lục
1.Mở đầu 1
2.Nội dung 2
2.1.Lịch sử 2
2.2.Sản xuất axit sunfuric 3
2.2.1 .Vai trò axit sunfuric 3
2.2.2.Nguyên liệu để sản xuất axitsunfuric 4
2.2.3. Công nghệ sản xuất axít sunfuric 5
2.2.4 Từ lưu huỳnh 9
2.2.5 Từ khí sunfua hydro 10
2.2.6 Từ quặng pyrit sắt 10
2.3. Công nghệ sạch sản xuất axit sunfuric 12
2.4. Một số nhà máy sản xuất axit sunfuric trong nước 14
2.4.1 Nhàmáy Super lân Long Thành 15
2.4.2 Nhà máy Supe Lâm Thao: 15
2.4.3 Nhà máy hoá chất Tân Bình 15
3.Kết luận 16
4.Tài liệu tham khảo 17
1.Lịch sử
Sự phát hiện ra axít sulfuric được gắn với nhà hoá học và
là nhà giả kim thuật Hồi giáo, Jabir ibn Hayyan vào thế kỉ thứ 8. Trong thế
kỉ thứ 9, bác sĩ và nhà giả kim thuật người Ba Tư Ibn Zakariya al-Razi là
người đã thu được chất này bằng cách chưng cất khô các loại khoáng chất
như sulfat sắt (II) ngậm 7 phân tử nước (FeSO4 7H2O và đồng (II)
sulfat ngậm 5 phân tử nước (CuSO4 5H2O. Khi bị nung nóng, các hợp chất
này bị phân hủy tương ứng thành ôxít sắt (II) và ôxít đồng (II), giải
phóng nước và triôxít lưu huỳnh, chúng kết hợp với nhau tạo thành một dung
dịch loãng của axít sulfuric.
Phương pháp này đã được phổ biến tới châu Âu thông qua việc
dịch các luận thuyết và sách Hồi giáo bởi các nhà giả kim thuật châu Âu,
chẳng hạn như người Đức Albertus Magnus (thế kỷ 13).Axit sunfuric được các
nhà giả kim thuật châu Âu thời trung cổ biết tới như dầu sunfat, linh hồn
của sunfat hay đơn giản là sunfat. Từ sunfat (vitriol) có nguồn gốc từ
Latinh, nghĩa là 'kính', gợi đến bề ngoài trong suốt của muối sunfat, những
chất cũng được gọi bằng cái tên này. Muối được gọi là sunfat bao gồm đồng
(II) sunfat (sunfat xanh lam hay sunfat La Mã), kẽm sunfat (sunfat trắng),
sắt (II) sunfat (sunfat lam), sắt (III) sunfat (sunfat của sao Hoả) và
coban sunfat (sunfat đỏ).Sunfat được coi như chất căn bản quan trọng trong
giả kim thuật, được dùng để tạo ra đá trường sinh. Sunfat đậm đặc được dùng
như chất trung gian khi phản ứng với các chất khác, do axit không phản ứng
với vàng, sản phẩm cuối cùng của quá trình giả kim. Tầm quan trọng của
sunfat đối với giả kim thuật được nhấn mạnh trong phương châm của giả kim
thuậtVisita Interiora Terrae Rectificando Invenies Occultum Lapidem nghĩa
là "Đi sâu vào lòng đất, bạn sẽ tìm ra viên đá bí mật/ được cất giấu",
trong L'Azoth des Philosophes được viết bởi nhà giả kim thuật thế kỉ thứ
15 Basilius Valentinus.Trong thế kỷ 17, nhà hóa học người Đức-Hà Lan Johann
Glauber đã điều chế axít sulfuric bằng cách đốt lưu huỳnh cùng với kali
nitrat (KNO3), với sự có mặt của hơi nước. Khi KNO3bị phân hủy, nó ôxi hóa
lưu huỳnh thành SO3, là chất kết hợp với nước để tạo ra axít sulfuric.
Trong năm 1736, Joshua Ward, một dược sĩ người London đã sử dụng phương
pháp này để bắt đầu việc sản xuất hàng loạt axít sulfuric lần đầu
tiên.Năm 1746 ở Birmingham, John Roebuck bắt đầu sản xuất axít sulfuric
theo cách này trong các bể chì, là những thiết bị khỏe hơn và ít đắt tiền
hơn cũng như có thể chế tạo lớn hơn so với các loại đồ chứa bằng thủy tinh
đã sử dụng trước đây. Công nghệ bể chì này cho phép công nghiệp hóa việc
sản xuất axít sulfuric hiệu quả hơn và cùng với một số cách làm tinh khiết
thì nó đã là phương pháp chuẩn để sản xuất trong gần như hai thế kỷ.Axít
sulfuric của John Roebuck chỉ chứa khoảng 35–40% a xít.
Các phương thức làm tinh khiết sau này trong công nghệ bể chì
của nhà hóa học người Pháp Joseph-Louis Gay-Lussacvà nhà hóa học người
Anh John Glover đã cải thiện nó tới 78%. Tuy nhiên, việc sản xuất một
số thuốc nhuộm và các hóa chất khác đòi hỏi phải có sản phẩm đậm đặc hơn,
và trong suốt thế kỷ 18 điều này chỉ có thể thực hiện bằng cách chưng
cất khô các khoáng chất với kỹ thuật tương tự như các công nghệ nguyên thủy
của giả kim thuật. Pyrit (đisulfua sắt, FeS2) đã bị nung nóng trong không
khí để tạo ra sắt (II) sunfat (FeSO4), chất này bị ôxi hóa bằng cách nung
nóng tiếp trong không khí để tạo ra sắt (III) sulfat (Fe2(SO4)3), là chất
khi bị nung tới 480 °C bị phân hủy để tạo ra sắt(III) oxit và triôxít lưu
huỳnh, chất này cho qua nước để tạo thành axít sulfuric với nồng độ bất kỳ.
Chi phí cao của công nghệ này đã ngăn cản việc sản xuất/sử dụng đại trà
axít sulfuric đậm đặc.Năm 1831, nhà buôn dấm người Anh Peregrine
Phillips đã lấy bằng sáng chế cho công nghệ kinh tế hơn để sản xuất triôxít
lưu huỳnh và axít sulfuric đậm đặc, ngày nay được biết đến như là công nghệ
tiếp xúc. Cuối cùng thì tất cả các nguồn cung cấp axít sulfuric trên thế
giới ngày nay đều sản xuất theo phương pháp này
2.Sản xuất axit sunfuric
2.1 .Vai trò axit sunfuric
Axít sulfuric có nhiều ứng dụng, và nó được sản xuất với một sản
lượng lớn hơn bất kỳ chất hóa học nào, ngoại trừ nước. Sản lượng của thế
giới năm 2001 là 165 triệu tấn, với giá trị xấp xỉ 8 tỷ USD. Ứng dụng chủ
yếu của nó bao gồm sản xuất phân bón, chế biến quặng, tổng hợp hóa học, xử
lý nước thải và tinh chế dầu mỏ.Nhiều prôtêin được tạo thành từ axít amin
có chứa sulfua. Các axít này tạo ra axít sulfuric (hay ion sulfat, SO42-)
khi chúng được trao đổi trong cơ thể
Axít sulfuric là hóa chất thương mại rất quan trọng, và thực vậy sản
lượng axít sulfuric của một quốc gia là một chỉ số tốt về sức mạnh công
nghiệp của quốc gia đó. Sử dụng chủ yếu của axít sulfuric (60% sản lượng
toàn thế giới) là trong "phương pháp ướt" của việc sản xuất axít
phốtphoric, là chất được sử dụng để sản xuất các loại phân hóa học phốtphat
cũng như triphốtphat natri để làm bột giặt. Trong phương pháp này đá
phốtphat được sử dụng, và hơn 100 triệu tấn được sản xuất hàng năm. Nguyên
liệu thô được chỉ ra dưới đây là floro-apatit, mặc dù thành phần chính xác
có thể dao động nhiều. Nó được xử lý bằng axít sulfuric 93% để tạo ra
sulfat canxi, florua hiđrô (HF) và axít phốtphoric. HF được loại ra trong
dạng axít florosilicic. Quy trình tổng quan có thể biểu diễn như sau:
Ca5F(PO4)3 + 5 H2SO4 + 10 H2O 5 CaSO4·2 H2O + HF + 3 H3PO4
Các loại phân bón sulfat như sulfat amoni được sản xuất từ axít
sulfuric,mặcdùvớisảnlượngíthơnsovớicácphốtphat.
Một ứng dụng quan trọng khác của axít sulfuric là để sản xuất sulfat nhôm,
còn được biết như là phèn làm giấy. Nó có thể phản ứng với một lượng nhỏ xà
phòng trên các sợi bột giấy nhão để tạo ra cacboxylat nhôm dạng giêlatin,
nó giúp làm đông lại các sợi bột giấy thành bề mặt cứng của giấy. Nó cũng
được sử dụng để sản xuất hiđrôxít nhôm, là chất được sử dụng trong các nhà
máy xử lý nước để lọc các tạp chất, cũng như để cải thiện mùi vị của nước.
Sulfat nhôm được tạo ra từ phản ứng của bôxít với axít sulfuric:
Al2O3+3H2SO4 Al2(SO4)3+3H2O
Axít sulfuric cũng được sử dụng cho các mục đích khác trong công
nghiệp hóa chất. Ví dụ, nó là chất xúc tác axít thông thường để chuyển hóa
cyclohexanoneoxim thành caprolactam, sử dụng để sản xuất nylon (nilông). Nó
cũng được sử dụng để sản xuất axít clohiđric từ muối ăn bằng công nghệ
Mannheim. Phần nhiều H2SO4 được sử dụng trong công nghiệp hóa dầu để tinh
luyện dầu mỏ, ví dụ làm chất xúc tác cho phản ứng của isobutan với
isobutylen để tạo ra isooctan, là hợp chất làm tăng chỉ số octan của xăng.
Axít sulfuric cũng là quan trọng cho sản xuất các loại thuốc nhuộm.
Hỗn hợp của axít sulfuric với nước được sử dụng làm chất điện giải trong
hàng loạt các dạng ắc quy axít-chì trong đó nó tham gia vào phản ứng thuận
nghịch để chì (Pb) và điôxít chì (PbO2) chuyển hóa thành sulfat chì(II).
Axít sulfuric cũng là thành phần cơ bản của một số chất làm sạch các cống
rãnh, được sử dụng để làm sạch các vật cản có chứa giấy, giẻ rách và các
vật liệu khác mà không dễ làm sạch bằng các dung dịch xút ăn da.
2.2.Nguyên liệu để sản xuất axitsunfuric
Nguồn nguyên liệu sản xuất axit sunfuric trên thế giới: Theo
thống kê, sản lượng axit sunfuric trên thế giới được sản xuất từ các nguồn
nguyên liệu khác nhau như sau:
-Đi từ lưu huỳnh: 65% có nhiều ở Mỹ Nga Canada là nguồn nguyên liệu chủ yếu
-Đi từ khí thải của ngành luyện kim (như SO2, H2S,..): 23%
-Đi từ quặng pirit: 9%
-Đi từ các nguồn khác: 3% thạch cao CaSO4.2H2O hoặc CaSO4 khan ,Phế thải
chứa hợp chất S
2.3. Công nghệ sản xuất axít sunfuric
Axít sunfuric được sản xuất từ hai dạng nguyên liệu chính là lưu huỳnh
nguyêntố hoặc quặng chứa lưu huỳnh (như quặng pyrít) dựa trên hai phương
pháp chính:
- Phương pháp tiếp xúc đơn và hấp thụ đơn với hiệu suất chuyển hoá SO2
đạt98%: Nguyên liệu sử dụng là quặng pyrit sẽ có tiềm năng cao gây ô nhiễm
môitrường bởi: Khí thải chứa SO2, H2SO4 , bụi xỉ pyrit với nồng độ cao;
Nước thảicó tính axít cao và xỉ pyrit có chứa hàm lượng lưu huỳnh đáng kể
(4% đối vớilò đốt ghi bằng và 1% đối với lò đốt tầng sôi). Do vậy, hiện nay
phương phápnày gần như không còn được áp dụng;
- Phương pháp tiếp xúc kép và hấp thụ kép với hiệu suất chuyển hoá SO2
thànhSO3 trong khoảng 99,5 - 99,9%. Phương pháp này sử dụng 2 thiết bị
chuyểnhoá (chuyển hoá 2 cấp), do hiệu suất chuyển hoá cao nên giảm được
lượng SO27thoát vào khí quyển và do hiệu suất hấp thụ SO3 với nước cao nên
giảm được lượng SO3 thất thoát ra ngoài.
Với việc áp dụng công nghệ này đồng thời nguyên liệu sử dụng là lưu
huỳnhthay cho pyrit, sản xuất axit sunfuric gần như là công nghệ không có
nước thải và chấtthải rắn và khí thải có chứa chất ô nhiễm với nồng độ
thấp.
Dưới đây là những trình bày để tham khảo về công nghệ sản xuất axit
sunfuricbằng phương pháp tiếp xúc kép và hấp thụ kép, nguyên liêu sử dụng
là lưu huỳnhnguyên tố.
Hình 1. Sơ đồ công nghệ sản xuất axit Sunfuric ( H2SO4) từ nguyên liệu là
lưuhuỳnh
Công nghệ sản xuất axít sunfuric theo công nghệ này được hình thành từ 3
quátrình cơ bản gồm: đốt lưu huỳnh, chuyển hoá SO2 và sấy khô khí và hấp
thụ SO3.
Sau khi đốt nguyên liệu thành SO2, qua các thiết bị lọc bụi, tách tạp
chất, SO2 đi vào thiết bị oxy hóa SO2 thành SO3. Quá trình oxy hóa SO2
thành SO3 là một quá trình quan trọng trong sản xuất axit sunfuric. phản
ứng oxy hóa SO2 là phản ứng đồng thể, khi không có xúc tác phản ứng xảy ra
rất chậm thậm chí cả ở nhiệt độ cao. phản ứng có năng lượng hoạt hóa lớn,
khoảng 120 kJ/mol. Có hai dạng xúc tác được sử dụng để sản xuất axit
sunfuric, đó là xúc tác kim loại và xúc tác phi kim loại:
- Xúc tác kim loại: được sử dụng đầu tiên là platin. Xúc tác này có hoạt
tính cao nhưng dễ bị ngộ độc xúc tác và giá thành rất đắt. Hiện nay, người
ta không sử dụng loại xúc tác này. Có một số loại kim loại khác như Rh, Ir,
Pd... được sử dụng làm xúc tác nhưng hoạt tính thấp hơn Pt.
- Xúc tác phi kim loại: đây là loại xúc tác được sử dụng rộng rãi để oxy
hóa SO2 trong công nghiệp bao gồm một số oxit kim loại như: oxit sắt, oxit
crom, oxit vanadi... Ban đầu người ta dùng xúc tác sắt và oxit crom nhưng
xúc tác này có mức độ chuyển hóa trên xúc tác thấp. Oxit vanadi có hoạt
tính thấp nhưng xúc tác này lại bền nhiệt, rẻ tiến và tổng bề mặt riêng
lớn. Hiện nay trong công nghiệp sản xuất axit sunfuric oxit vanadi được sử
dụng làmxúctáckháphổbiến.Sau khi oxy hóa SO2 thành SO3, SO3 được hấp thụ
bằng axit sunfuric trong tháp hấp thụ. Ban đầu SO3 hòa tan trong axit
sunfuric, sau đó phản ứng với nước tạo thành axit sunfuric theo phản ứng
sau:nSO3+H2O=H2SO4+(n-1)H2O
Sau đó axit sunfuric sẽ hấp thụ SO3 thành dung dịch axit sunfuric có những
nồng độ khác nhau tùy theo tỷ lệ giữa khí SO3 và nước.
Khin>1sảnphẩmlàoleum.
Khi n=1 sản phẩm là axit sunfuric 98%.
Khi n<1 sản phẩm là axit sunfuric loãng.
-Thời gian tiếp xúc tăng thì tốc độ chuyển hóa tăng thông thường tháp tiếp
xúc có 4 tầng tiếp xúc ,gần đây người ta sử dụng tháp tầng sôi
- Quá trình 1: đốt lưu huỳnh
Bản chất của quá trình này là ôxi hoá (đốt) lưu huỳnh để tạo thành SO2:
S + O2 SO2
Do vậy, trong quá trình này, lưu huỳnh nguyên tố trước hết được làm nóng
chảy, được lọc và sau đó được bơm áp lực cao phun vào thiết bị đốt. Lưu
huỳnh bị cháy với không khí khô và sạch đã được sấy từ tháp sấy đưa tới (sử
dụng axít H2SO4 93 -95%). Khí giầu SO2 nóng có nồng độ khoảng 10,5% thể
tích được làm nguội trongnồi hơi tận dụng nhiệt và thiết bị gia nhiệt hơi
quá nhiệt. Nhiệt độ khí ra khỏi thiết bịđốt là gần 1050oC và nhiệt độ khí
ra khỏi thiết bị hơi quá nhiệt là 450oC.
- Quá trình 2: Chuyển hoá SO2
Bản chất của quá trình 2 là oxy hoá SO2 để trở thành SO3:
2 SO2 + O2 2SO3
Khí SO2 được ôxy hoá thành SO3 với sự trợ giúp của xúc tác trong thiết bị
chuyển hoá. Thiết bị này gồm 4 lớp xúc tác, trong đó 3 lớp đầu thuộc giai
đoạn chuyểnhoá thứ nhất và lớp còn lại thuộc giai đoại chuyển hoá thứ hai.
Khí giầu SO2 có nhiệt độ 430oC đi vào lớp xúc tác thứ nhất. Qua ba lớp xúc
tác khoảng 85% SO2 chuyển hoá thành SO3. Phản ứng chuyển hoá là toả nhiệt
vànhiệt này dùng để gia nhiệt khí SO2 tuần hoàn lại tháp hấp thụ thứ nhất
đến nhiệt độ430oC và nhiệt còn lại dùng để gia nhiệt nước cấp cho nồi hơi
trong thiết bị tận dụngnhiệt đầu tiên.
Giai đoạn chuyển hoá thứ hai, đạt được hiệu suất chuyển hoá 99,7% và nhiệt
phản ứng cũng được tận dụng tại thiết bị tận dụng nhiệt thứ hai.
- Quá trình 3: Sấy khô không khí và hấp thụ SO3
Bản chất của quá trình này là SO3 được hấp thụ bằng nước trong dung dịch
axítsunfuric để trở thành H2SO4:
SO3 + H2O -----> H2SO4
Việc cung cấp không khí khô cho thiết bị đốt lưu huỳnh được thực hiện nhờ
quạthút qua tháp sấy để thu hơi nước trong không khí bằng axít sunfuric và
tạo ra khí khô.Công nghệ sản xuất axit sunfuric sẽ phát sinh ra khí thải
gồm bụi lưu huỳnh từcông đoạn cung cấp lưu huỳnh bột và khí SO2 , mù axit
trong khí thải sau tháp hấp thụ.
Chất thải rắn chủ yếu là cặn lưu huỳnh không cháy hết trong lò đốtlưuhuỳnh.
Quátrình sản xuất này hầu như không có nước thải.
-Hấp thụ SO3 :Thực hiện trong tháp hấp phụ ,chất lỏng đi từ đỉnh tháp xuống
,khí SO2 đi từ dưới lên :
mSO3+ H2O =H2SO4 (m-1)SO3
Tùy hệ số m thu được axit khác nhau :
+m=1:axit có nồng độ 100%
+m>1:tạo thành oleum H2SO4nSO3
+m<1:axit có nồng độ <100%
Hiệu suất hấp thụ phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ axit
Điều kiện thích hợp của quá trình hấp phụ :
+Trước khi vào tháp khí SO2 được làm lạnh đến nhiệt độ <60
+Nhiệt độ tháp duy trì ở nhiệt độ 60 oC
+Hiệu suất hấp phụ đạt đến trên 99%
2.4 Từ lưu huỳnh:
S SO2 SO3 H2SO4
S + O2 = SO2
2SO2 + O2 = 2SO3
SO3 + H2O = H2SO4
Axít sulfuric được sản xuất từ lưu huỳnh, ôxy và nước theo công
nghệ tiếp xúc. Trong giai đoạn đầu lưu huỳnh bị đốt để tạo ra sulfur
điôxít. Nó bị ôxi hóa thành sulfur triôxít bởi ôxy với sự có mặt của chất
xúc tác vanadi(V) ôxít. Cuối cùng sulfur triôxít được xử lý bằng nước
(trong dạng 97-98% H2SO4) để sản xuất axít sulfuric 98-99%. Bên cạnh đó,
SO3 cũng bị hấp thụ bởi H2SO4 để tạo ra ôleum (H2S2O7), chất này sau đó bị
làm loãng để tạo thành axít sulfuric.
(1) S(rắn) + O2(khí) = SO2 (khí)
(2) 2SO2 + O2(khí) = 2SO3 (khí) (có mặt V2O5)
(3) SO3(khí) + H2O (lỏng) = H2SO4 (lỏng)
2.5 Từ khí sunfua hydro:
H2S SO2 SO3 H2SO4
2H2S + 3O2 = 2SO2 + 2H2O
2SO2 + O2 = 2SO3
SO3 + H2O = H2SO4
2.6 Từ quặng pyrit sắt:
FeS2 SO2 SO3 H2SO4
Đốt quặng pyrit trong không khí:
4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2
4FeS + 7O2 = 2Fe2O3 + 4SO2
2SO2 + O2 = 2SO3
SO3 + H2O = H2SO4
(Kết quả của quá trình đốt pirit ta được :hổn hợp khí 7-9%SO2, 10-11%O2 còn
lại là Nito với một số tạp chất .Còn lại là 2Fe2O3 Fe3O4 sử dụng cho kỹ
nghệ luyện gang hay sản xuất xi măng
(Các điều kiện ảnh hưởng đến quá trình đốt Pirit :
-Nhiệt độ cao cháy càng nhanh ,duy trì nhiệt độ 600-800 oC
-Diện tích tiếp xúc giữa nguyên liệu và oxy trong không khí ,kích thước
quặng thích hợp là 8mm
-Lượng không khí thổi vào lò khống chế cho oxi dư 11%
(Lò đốt pirit
-Lò đốt nhiều tầng hay còn gọi là lò bơi chèo ,lò có bảy tầng đốt và một
tầng sấy ,quặng được đổ tự động từ trên xuống ,không khí đi từ dươi lên
,khí SO2 lấy ra từ đỉnh lò ,tầng 3-4 xảy ra mạnh nhất
-Lò phun đốt quặng ở dạng bụi ,năng suất lớn hơn lò bơi chèo có thể đốt
cháy khoảng một trăm tấn trên ngày ,nhược điểm là nhiều bụi
-Lò tầng sôi người ta thổi không khí từ dưới lên với kích thước hạt quặng
thích hợp để pirit cháy ở trạng thái ở trạng thái lơ lửng này có thể 200
tấn .Ngày nay người ta sử dụng không khí giầu oxy để đốt quặng pirit
(Tinh chế hổn hợp SO2
-Tách bụi ra khỏi hổn hợp khi có kích thước lớn bằng thiết bị lắng ly tâm
xiclon ,bụi có kích thước nhỏ bằng thiết bị lọc điện
-Tách asen và selen oxit bằng cách cho khí qua tháp rửa từ dưới lên
,axitsunfuric từ trên xuống ,các bụi asen và selenoxit bị hòa tan hoặc lắng
xuống đáy thấp
-Tách mù axit sunfuric thiết bị lọc điện ướt
-Tách hơi nước nhờ axit sunfuric đặc đi từ trên xuống khí đi từ dưới lên
Sau khi khí SO2 làm sạch được oxi hóa thành SO3
(Oxi hóa SO2 thành SO3
-Phương pháp Nitro hóa nhờ các oxi Nitro N2O3 NO2 là chất chuyển tiếp
oxi hóa của không khí
SO2 + NO2+H2O =H2SO4+NO
SO2 + N2O3+H2O =H2SO4+2NO
NO+O2=2NO2
NO+ NO2=N2O3
Qúa trình oxihoa SO2 thành H2SO4 trong pha lỏng bao gồm nhiều quá
trình nối tiếp xảy ra trên ranh giới pha lỏng pha khí vì thế tốc độ của quá
trình không chỉ phụ thuộc vào sựu khuếch tán mà chỉ phụ thuộc vào tốc độ
của phản ứng hóa học
3. Công nghệ sạch sản xuất axit sunfuric
Chỉ bằng việc thay đổi tỷ lệ nguyên liệu, kết hợp với cải tiến các
công nghệ đốt lò, Nhà máy Supe Lâm Thao đã biến một công nghệ cũ của Liên
Xô thành dây chuyền sản xuất H2SO4 chưa từng có, tận dụng được nguyên liệu
pyrit trong nước, và giảm triệt để chất thải gây ô nhiễm (như khói bụi, SO2
và axít).
Công trình này do kỹ sư Nguyễn Văn Loan và cộng sự thực hiện, đã đoạt
giải nhất trong lĩnh vực Công nghệ bảo vệ môi trường, Giải thưởng Sáng tạo
Khoa học Công nghệ Việt Nam năm 2002.
Từ năm 1985, nhà máy đưa vào vận hành dây chuyền sản xuất axit sunfuric số
2 theo thiết kế của Liên Xô. Dây chuyền này sử dụng loại lò phi tiêu chuẩn
KC-150, đốt nguyên liệu là pyrit nguyên khai của Liên Xô hoặc Trung Quốc.
Nhưng do không có loại nguyên liệu trên, nhà máy đã phải chuyển sang dùng
quặng pyrit Giáp Lai của Việt Nam. Với loại nguyên liệu mới, dây chuyền
không vận hành được vì không phù hợp thiết kế và lượng xỉ thải quá nhiều
gây ô nhiễm môi trường khu vực.
Những năm sau đó, nhà máy đã hai lần thử chuyển đổi nguyên liệu mới,
là quặng pyrit nhập từ Albania, rồi đến lưu huỳnh hoá lỏng nhập khẩu. Mỗi
lần thay thế, tuy dây chuyền đã tăng được sản lượng, nhưng vẫn chỉ bằng
hoặc hơn nửa công suất thiết kế. Điều đáng nói là tổn thất axit và khí SO2
quá lớn, quy ra axit sunfuric nguyên chất là 12-14 tấn/ngày đêm. Lượng chất
thải khổng lồ này đã làm ô nhiễm nặng nề khu dân cư xung quanh và ăn mòn
chính các thiết bị trong nhà máy, ảnh hưởng trực tiếp đến người lao động.
Ước tính, nếu chỉ dùng vôi để trung hoà toàn bộ số axit này thì phải cần
tới 3.500 tấn mỗi năm, tương đương với 1,3 tỷ đồng. Sản xuất luôn gián đoạn
vì phải dừng xưởng để xử lý sự cố. Một thực tế khác nhà máy phải nhập khẩu
toàn bộ nguyên liệu, mà không sử dụng được nguồn pyrit trong nước.
Trước tình hình này, các kỹ sư của công ty đã đề xuất phương án phối
trộn lưu huỳnh hoá lỏng nhập khẩu với pyrit của công ty Giáp Lai trong
nước. Đây là một giải pháp công nghệ chưa từng có (trên thế giới hiện thịnh
hành hai loại công nghệ sản xuất axít sunfuric: hoặc chỉ đốt pyrit hoặc chỉ
đốt lưu huỳnh trong lò tiêu chuẩn), trong khi dây chuyền sản xuất số 2 của
nhà máy sử dụng lò phi tiêu chuẩn và nguyên liệu hỗn hợp.
Để thực hiện giải pháp này, nhóm đã nghiên cứu, tổ chức lắp đặt hệ
thống thiết bị trộn pyrit với lưu huỳnh theo những tỷ lệ khác nhau, nhằm
tìm ra tỷ lệ ưu việt nhất; tính toán các thông số kỹ thuật như lưu lượng
khí thổi vào lò, chiều cao lớp sôi hợp lý, nhiệt độ lớp sôi, nồng độ khí
SO2 ra khỏi lò, thay thế xúc tác…
Nhờ việc thay thế nguyên liệu và thực hiện cải tiến đồng bộ, từ năm
1995, dây chuyền số 2 đã đạt sản lượng trên 360 tấn axit sunfuric/ngày,
vượt công suất thiết kế 6%. Lượng SO2 và bụi xỉ bay ra giảm xuống tới dưới
mức tiêu chuẩn, và xỉ thải giảm từ 280 xuống còn 80 tấn/ngày. Nhiệt độ xỉ
giảm từ 150 xuống còn 60 độ C, đồng thời nhà máy cũng thu hồi được toàn bộ
lượng axit phải thải bỏ trước đây. Cũng do sản xuất ổn định nên hầu như
không cần khởi động lại dây chuyền, vì vậy giảm cường độ làm việc và cải
thiện môi trường cho người lao động.
Qua 7 năm ứng dụng, từ năm 1995 đến nay, giải pháp đã làm lợi trực
tiếp đạt trên 74 tỷ đồng, ngoài ra còn làm tăng đáng kể sản lượng, doanh
thu nói chung của toàn công ty. Kỹ sư Nguyễn Văn Loan cho biết, giải pháp
này có thể áp dụng được cho tất cả các doanh nghiệp sản xuất axit sunfuric
có dây chuyền công nghệ tương tự với dây chuyền của Công ty Supe phốt phát
và hoá chất Lâm Thao. Ngoài ra, cũng có thể tận dụng nguồn pyrit nghèo hơn
quặng pyrit Giáp Lai, như pyrit của nhà máy sản xuất đồng Sinh Quyền
4. Một số nhà máy sản xuất axit sunfuric trong nước:
4.1 Nhà máy Super lân Long Thành thuộc Công ty phân bón miền Nam:
Sản xuất axít sulfuric 80.000 tấn/năm, giúp nhà máy chủ động nguyên
liệu để đưa sản lượng phân lân các loại từ 100.000 tấn trước đây lên
200.000 tấn. Nguồn nguyên liệu sản xuất axít sulfuric là các quặng sunfua
sắt.
4.2 Nhà máy Supe Lâm Thao:
Đã biến một công nghệ cũ của Liên Xô thành dây chuyền sản xuất
H2SO4chưa từng có, tận dụng được nguyên liệu pyrit trong nước và giảm triệt
để chất thải gây ô nhiễm (như khói bụi, SO2 và axít) chỉ bằng việc thay đổi
tỷ lệ nguyên liệu, kết hợp với cải tiến các công nghệ đốt lò.
Nguồn nguyên liệu là quặng pyrit (của công ty Giáp Lai, Việt Nam) phối trộn
lưu huỳnh hóa lỏng nhập khẩu. Đây là một giải pháp công nghệ chưa từng có
(trên thế giới hiện thịnh hành hai loại công nghệ sản xuất axít sunfuric:
hoặc chỉ đốt pyrit hoặc chỉ đốt lưu huỳnh trong lò tiêu chuẩn), trong khi
dây chuyền sản xuất của nhà máy sử dụng lò phi tiêu chuẩn và nguyên liệu
hỗn hợp. Để thực hiện giải pháp này, nhà máy đã nghiên cứu, lắp đặt hệ
thống thiết bị trộn pyrit với lưu huỳnh theo những tỷ lệ khác nhau, nhằm
tìm ra tỷ lệ ưu việt nhất; tính toán các thông số kỹ thuật như lưu lượng
khí thổi vào lò, chiều cao lớp sôi hợp lý, nhiệt độ lớp sôi, nồng độ khí
SO2 ra khỏi lò, thay thế xúc tác…
4.3 Nhà máy hoá chất Tân Bình
Axít Sunfuric kỹ thuật: được sản xuất từ nguyên liệu lưu huỳnh theo
phương pháp tiếp xúc.
Dùng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác: từ axit sunfuric sản xuất
phèn lọc nước, nước đổ bình ắcquy, sản xuất phân bón, thuốc nhuộm, sơn,
dược phẩm, chất dẻo, các sản phẩm gốc sunfat, ….
Axít Sunfuric tinh khiết: được sản xuất theo phương pháp chưng cất Axit
Sunfuric kỹ thuật.
Dùng trong phòng thí nghiệm, công nghệ điện tử và sản xuất các sản phẩm
chất lượng cao.
