phương án xây dựng nhà máy sản xuất sôđa

Trong những năm 1980 Tổng cục Hóa chất đã nhận thấy có nhiều nhu cầu về sôđa cho các ngành công nghiệp, do đó đã cho triển khai một số dự án sản xuất sôđa theo phương pháp Solvay truyền

ĐỀ TÀI

PHƯƠNG ÁN

XÂY DỰNG NHÀ MÁY SẢN XUẤT

SÔĐA

MỤC LỤC

I NHU CẦU VÀ ĐIỀU KIỆN THỊ TRƯỜNG ĐỐI VỚI SÔĐA

CÔNG NGHIỆP 3

II CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SÔĐA 15

III KHẢ NĂNG THỰC HIỆN DỰ ÁN 33

IV NHỮNG VẤN ĐỀ KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA DỰ ÁN 41

V ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG DỰ ÁN 49

VI TỔ CHỨC THỰC HIỆN VÀ AN TOÀN LAO ĐỘNG 52

VII KẾT LUẬN 54

I NHU CẦU VÀ ĐIỀU KIỆN THỊ TRƯỜNG ĐỐI VỚI SÔĐA CÔNG NGHIỆP

1 Thị trường thế giới

Sôđa là mặt hàng hóa chất mà lượng tiêu thụ có xu hướng tăng tỷ lệ thuận với tỷ lệ tăng dân số và tốc độ tăng trưởng tổng sản phẩm quốc dân của các nước

Nhu cầu sôđa ngày càng tăng khi nền công nghiệp ngày càng phát triển,

vì vậy sản lượng sôđa tăng liên tục trong vòng 100 năm nay theo thống

kê như sau (triệu tấn):

Phần lớn các nước sản xuất sôđa hàng đầu thế giới đều có dân số lớn và nhu cầu cao đối với các sản phẩm tiêu dùng được sản xuất từ nguyên liệu sôđa Nhìn chung, so với các nước công nghiệp phát triển, các nước kém phát triển hơn có xu hướng có tốc độ gia tăng nhu cầu sôđa cao hơn và ngành sản xuất sôđa tại các nước này cũng thường đạt tốc

độ tăng trưởng cao hơn

Trong hơn mười năm qua, vai trò của Trung Quốc (TQ) trên thị trường sôđa thế giới đã thay đổi mạnh Đầu thập niên 1990 TQ còn phải nhập nhiều sôđa để cung cấp cho các ngành sản xuất thủy tinh, hoá chất và chất tẩy rửa Nhưng từ giữa đến cuối thập niên 1990, ngành sản xuất sôđa của TQ đã phát triển nhanh đến mức có lúc trở thành nguồn cung ứng sôđa lớn nhất cho các ngành sản xuất nội địa, vượt qua nguồn nhập khẩu từ Mỹ Năm 2002, sản lượng sôđa của TQ đạt 8,2 triệu tấn Dự kiến năm 2003 sản lượng sôđa tại nước này sẽ tăng 5,7%, đạt 8,7 triệu tấn Có nhiều khả năng là TQ sẽ sớm vượt Mỹ để trở thành nước sản xuất sôđa lớn nhất thế giới

Ấn Độ là nước đang phát triển của châu Á, nơi có khí hậu nhiệt đới nóng nắng nhiều cũng đã phát triển sản xuất sôđa, sản lượng sôđa năm

1939 đạt 30.000 tấn, đến năm 1984 đạt 717.000 tấn và thời kỳ 1999 -

2001 đạt 1.950.000 tấn/ năm

Hiện nay, Mỹ là nước sản xuất và tiêu thụ sôđa lớn nhất thế giới, chiếm gần 30% tổng sản lượng sôđa của thế giới Các số liệu về sản xuất,

nhập khẩu, xuất khẩu sôđa của Mỹ trong giai đoạn 1998-2002 như sau (tính theo triệu tấn):

Sản xuất 10,1 10,2 10,2 10,3 10,3 Nhập 3,66 3,62 3,90 4,04 4,10 Xuất 0,083 0,092 0,075 0,033 0,01

Các công ty sản xuất sôđa lớn của Mỹ được kết hợp trong Hiệp hội sôđa Mỹ (ANSAC) Hàng năm, ANSAC xuất khẩu khoảng 3,5 triệu tấn sôđa đi nhiều nước trên thế giới Sản phẩm của họ chủ yếu là sôđa tinh chế từ quặng trona tự nhiên và nổi tiếng nhờ 2 đặc điểm là độ trắng cao

NaÂ2ÂÂO min 58,0% -

NaÂ2ÂSOÂ4 max 0,20% max 0,20% NaCl max 0,1% max 0,1%

- min 75,0%

- max 7,0%

Một trong những nhà sản xuất sôđa hàng đầu thế giới là công ty Solvay Công ty này hiện đang vận hành 9 nhà máy sôđa trên thế giới: 1 nhà máy tại Wyoming (Mỹ) sản xuất sôđa từ quặng trona và 8 nhà máy tại châu Âu sản xuất sôđa theo quy trình Solvay truyền thống Sản phẩm sôđa của Solvay cũng có hai loại như sau:

- sôđa nhẹ : cỡ hạt rất mịn (trung bình 100 micron), mật độ khối

0,5 tấn/m3, thích hợp làm nguyên liệu sản xuất các chất tẩy rửa và hóa chất

- sôđa nặng : cỡ hạt 300-500 micron, mật độ khối 1 tấn /m3, chủ yếu được sử dụng trong ngành sản xuất thủy tinh

Còn theo tiêu chuẩn của Nga GOST - 5100 - 85, sôđa được chia làm 2 loại như sau:

Loại 1 dùng cho các ngành công nghệ cao như sản xuất thủy tinh quang học, sợi cáp quang và màn hình; loại 2 dùng các ngành công nghiệp luyện kim mầu, giấy, thủy tinh dân dụng và các ngành công nghiệp khác

Hiện nay tiêu chuẩn sôđa vẫn theo quy định của mỗi nước, chưa có tiêu chuẩn quốc tế

Đối với TQ thì tiêu chuẩn sôđa theo GB - 210 - 89:

Na2CO3 = 99,2 % SO4 = 0,03 %

NaCl = 0,2 % Fe2O3 = 0,04 %

Ozon = 0,04 % Mất khi nung = 0,8 %

Nhìn chung, tiêu chuẩn các nước cũng dựa trên các tiêu chuẩn một số nước tiên tiến để quy định cho thích hợp để trao đổi trên thị trường quốc tế và khu vực với các chỉ số chủ yếu sau:

- Độ trắng của sôđa nhẹ

- Hàm lượng Na2CO3

- Hàm lượng tạp chất tan

- Hàm lượng tạp chất không tan

- Mật độ khối của sản phẩm sôđa

Các giá trị này khác nhau không nhiều theo tiêu chuẩn của các nước Vì vậy, với Việt Nam tiêu chuẩn sôđa cũng sẽ theo tiêu chuẩn của một trong 3 nước là Mỹ, Nga, Trung Quốc để hiệu chỉnh và bổ sung cho phù hợp với điều kiện hiện nay của nền kinh tế mở

Phân bố diện dùng sôđa ở Mỹ theo các tỷ lệ sau:

Công nghiệp hóa chất 26%

Thủy tinh, kính thông dụng 18%

Thủy tinh đặc dụng 4%

Thủy tinh sợi các loại 4%

Thủy tinh bao bì các loại 26%

Các ngành công nghiệp khác 22%

Tổng 100%

Theo tài liệu của Nga thì tỷ lệ sử dụng sôđa trong các ngành công nghiệp như sau: Công nghiệp hóa chất 28%

Công nghiệp thủy tinh 26%

Luyện kim màu 15,1%

Công nghiệp giấy, thực phẩm 6,3%

Công nghiệp dầu mỏ 3,2%

Các ngành công nghiệp khác 22,4%

Tổng 100%

Các số liệu trên cho thấy, các ngành công nghiệp hóa chất, sản xuất thủy tinh và kim loại màu là những lĩnh vực tiêu thụ sôđa lớn nhất và chiếm trên 50% tổng lượng sôđa dùng trong các ngành công nghiệp

Do vậy khi các ngành công nghiệp hóa chất, sản xuất thủy tinh và luyện kim loại màu phát triển thì lượng sôđa tiêu thụ sẽ tăng

Những năm gần đây nhu cầu sôđa cho ngành thủy tinh ở Mỹ và Nhật Bản chiếm tới gần 60% tổng lượng sôđa hiện dùng trong nước

Định mức tiêu hao sôđa cho một đơn vị sản phẩm trung bình như sau:

- Thủy tinh công nghiệp: 170 - 200 kg/tấn

- Luyện nhôm : 145 - 220 kg/tấn

- Chế tạo criolit: 608 - 610 kg/tấn

- Bột giặt tổng hợp: 560 kg/tấn

- Luyện gang: 50 kg/tấn

- Khoan dầu : 2 kg/m giếng khoan

- Tách lưu huỳnh khỏi dầu mỏ: 350 kg/tấn S

- Giấy : 120 kg/tấn

2 Thị trường Việt Nam

Những số liệu tiêu hao trên cho phép chúng ta dự đoán được tổng lượng sôđa công nghiệp cho các ngành công nghiệp đang có nhu cầu phát triển Đối với nước ta, trong thời kỳ 2005 - 2020 cần phải phát triển sản lượng một số sản phẩm quan trọng như sau :

- Gang thép 1,5 - 2 triệu tấn/ năm

- Thủy tinh các loại 0,8 - 1 triệu tấn/ năm

- Nhôm kim loại 0,3 - 0,5 triệu tấn

Tổng sôđa tối thiểu 670.10 6 kg

Như vậy, nhu cầu là 670.000 tấn/ năm cho các ngành dự kiến nêu trên, chưa kể một số ngành công nghiệp khác cũng phải dùng sôđa Hiện nay chúng ta phải nhập từ 100.000 đến 130.000 tấn/ năm cho các ngành thủy tinh, giấy, bột giặt, các lĩnh vực này ngày càng có xu hướng mở rộng và phát triển Do vậy không kể các ngành mới như luyện nhôm, dầu khí, nhu cầu sôđa tới năm 2010 cũng phải tăng lên tới 200.000 - 300.000 tấn/ năm, còn nếu kể cả các ngành như sản xuất nhôm ôxit, chế biến hóa dầu và khai thác dầu thì nhu cầu sôđa từ nay đến 2020 phải trên 500.000 tấn/ năm Trong tương lai, khi ngành luyện nhôm, hóa dầu

và gang thép phát triển thì nhu cầu sôđa còn cao hơn

3 Điều kiện phát triển sản xuất sôđa của Việt Nam

Việt Nam là nước nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới nóng, nắng nhiều Nhiệt độ và lượng mưa hàng năm của các vùng như sau:

Khu vực Hà Nội TP.Hồ Chí Minh

Nhiệt độ oC 22,6 28

Lượng mưa 1600 1980

Điều kiện khí hậu nhiệt đới, nắng nóng nhiều tạo thuận lợi cho sản xuất muối biển NaCl bằng phương pháp bốc hơi tự nhiên nhờ năng lượng mặt trời, hơn nữa nước ta có trên 2000 km bờ biển dọc theo chiều dài

đất nước có khả năng khai thác muối từ nước biển (xin xem chi tiết mục III, trang 24)

Để sản xuất sôđa, ngoài muối biển NaCl cần phải có đá vôi để tạo nguyên liệu đầu là CO2 và sữa vôi Nước ta có nhiều đá vôi phân bố chủ yếu ở các vùng đồi núi, hình thành các dãy núi đá vôi tập trung như: Tràng Kênh (Hải Phòng); Tân Đức (Quảng Ninh); Nam Công (Hà Nam); Mãn Đức (Hòa Bình); Chợ Mới (Bắc Cạn); Vĩnh Thịnh (Thanh Hóa); Kim Nhan (Nghệ An) Hướng Phong (Hà Tĩnh); Hạ Trung (Quảng Bình); Hà Tiên (Kiên Giang) Nhìn chung, đá vôi Việt Nam

có cấu trúc tinh thể lớn, sắp xếp xít đặc, do đó có tỷ trọng lớn, độ ẩm nhỏ thuận lợi cho quá trình nung vôi

Vùng nguyên liệu đá vôi ở phía Bắc rất phong phú, tạo điều kiện phát triển công nghệ sản xuất sôđa theo phương pháp Solvay hiện nay (xin xem chi tiết mục III)

Đối với những vùng thiếu đá vôi, nhưng lại có nguồn khí thiên nhiên hoặc khí đồng hành trong khai thác dầu mỏ và có thể sản xuất phân đạm từ khí đồng hành hoặc khí thiên nhiên, như ở miền Nam nước ta (xin xem chi tiết mục III), có thể sử dụng phương pháp Solvay cải tiến

để thu 2 sản phẩm là sôđa và phân đạm amoni clorua cung cấp cho cây lúa nước Việc kết hợp sản xuất phân đạm với sản xuất sôđa cho hiệu quả sử dụng tài nguyên cao và không có chất thải trong sản xuất, phù hợp với xu thế hiện nay trên thế giới là phát triển các công nghệ ít hoặc không chất thải

Phân tích về tình hình sản xuất, tiêu thụ sôđa, khả năng và điều kiện của Việt Nam cho thấy nước ta cần sớm phát triển và đầu tư cho ngành công nghệ sản xuất sôđa trong thập kỷ đầu tiên của thế kỷ 21 Nhu cầu sôđa tính theo đầu người dân ở các phát triển hiện nay đạt trên 25 kg/người, còn ở các nước đang phát triển mới chỉ đạt khoảng 2kg/người

Nước ta chưa có công nghệ sản xuất sôđa hoàn chỉnh và ổn định Trong những năm 1980 Tổng cục Hóa chất đã nhận thấy có nhiều nhu cầu về sôđa cho các ngành công nghiệp, do đó đã cho triển khai một số dự án sản xuất sôđa theo phương pháp Solvay truyền thống Nhưng do có thay đổi về nhiên liệu đốt khi nung vôi, thay đổi thiết bị cacbonat hóa

và thiếu một số bộ phận trong dây chuyền sản xuất nên chất lượng sản phẩm và hiệu suất sử dụng nguyên liệu không cao, sản phẩm kém sức cạnh tranh, dẫn đến phải ngừng hoạt động các dự án này Ngoài ra, việc chế tạo vật liệu, thiết bị làm việc trong môi trường ăn mòn mạnh như dung dịch NaCl cũng chưa được đặt ra Vì những lý do đó, trong những năm qua sản xuất sođa ở Việt Nam đã không duy trì và phát triển được

Sôđa là hóa chất thuộc nhóm hóa chất cơ bản trong các hóa chất vô cơ,

có tác động đến sự phát triển của nhiều ngành sản xuất ở nước ta: sản xuất thủy tinh, sản xuất giấy, sản xuất bột giặt tổng hợp, ngành luyện kim loại màu (nhôm, côban), ngành công nghiệp chế tạo vật liệu, ngành công nghiệp chế tạo thiết bị hóa chất, ngành sản xuất muối biển Vì vậy, sự hình thành và phát triển của ngành sản xuất sôđa nội địa sẽ có tác dụng thúc đẩy các ngành công nghiệp khác phát triển, đồng thời phát huy được nội lực của đất nước là tài nguyên thiên nhiên sẵn có và

sức lao động dồi dào hiện nay, góp phần tạo xu thế phát triển bền vững cho nền kinh tế nước ta trong thế kỷ 21 này

Tuy nhiên, để phát triển ngành công nghiệp sản xuất sôđa nội địa chúng

ta không thể chỉ dựa vào nội lực của bản thân mình mà cần phải dựa vào các thành tựu khoa học và công nghệ của các nước phát triển đã có nền công nghiệp sôđa tiên tiến - trong đó có Mỹ, Nga, Đức, Nhật Bản

và Trung Quốc Kết hợp tốt yếu tố nội lực và ngoại lực thì tính cạnh tranh của sản phẩm sôđa sẽ cao, không những đảm bảo cho sự phát triển bền vững nền kinh tế đất nước mà còn tạo đà phát triển cho một số ngành công nghiệp khác Vì vậy, trong giai đoạn đầu phát triển ngành công nghiệp sản xuất sôđa cần phải nhập một nhà máy sôđa hiện đại và công nghệ tiên tiến để tạo được khả năng đa dạng hóa các sản phẩm sôđa: sôđa nặng, sôđa nhẹ, sôđa hạt, natri bicacbonat sạch, với những sản phẩm có thể phục vụ cho các ngành công nghệ cao

II CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SÔĐA

1 Công nghệ sản xuất sôđa trên thế giới

Trên thế giới hiện nay, sôđa được sản xuất theo các phương pháp sau:

1.1 Sản xuất theo phương pháp hóa học

Khi sản xuất sôđa theo phương pháp hóa học, người ta cacbonat hóa dung dịch xút (sản xuất bằng phương pháp điện phân) theo phản ứng hóa học sau:

2 NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O

Sôđa được tạo thành trong dung dịch xút, khi đạt nồng độ quá bão hòa

sẽ tách khỏi dung dịch dưới dạng muối ngậm nước, gọi là sôđa nặng Na2CO3.xH2O Nếu lọc kết tinh đem khử nước sẽ thu được sôđa khan Na2CO3 loại thương phẩm

Phương pháp này chỉ thích hợp với những nước có điện năng rẻ, thiếu clo và thừa xút Hiện nay, sôđa sản xuất theo phương pháp hóa học chỉ chiếm dưới 10% tổng sản lượng sôđa tổng hợp trên thế giới

1.2 Sản xuất từ nguyên liệu tự nhiên

Sôđa có thể tồn tại trong tự nhiên dưới nhiều dạng khác nhau: trong tro của một số loại cây, trong một số hồ nước khoáng, một số mỏ khoáng dưới đất

Các loại cây chứa sôđa hàm lượng thấp không có ý nghĩa khai thác công nghiệp Người ta chỉ tách được sôđa từ tro của chúng sau khi đốt cháy Các loại hồ nước chứa sôđa trên thế giới không nhiều và tập trung ở những vùng ít mưa và không khí khô

Trên thế giới có một số nơi có những nguồn sôđa thiên nhiên nổi tiếng, phân bổ ở châu lục như sau:

- Châu Mỹ: Mỹ có khu mỏ Green River tại Wyoming với trữ lượng 47

tỷ tấn trona, đây là nguồn sôđa tự nhiên rất quan trọng Mỹ còn có mỏ nahcolit trữ lượng lớn tại Colorado và một số hồ nước khoáng như: hồ

Searles và Borak tại bang Califonia; hồ Rafoun tại bang Nevada; hồ Albert tại Oregon Ngoài ra, ở châu Mỹ còn có hồ Taxcoco tại Mehicô

- châu Âu: Nga có biển Cacbiên; Hunggari có vùng Sagetin

- châu Á: TQ đã phát hiện được hơn 50 mỏ trona, trong đó 13 mỏ đang được khảo sát kỹ Chỉ riêng 3 mỏ Wucheng (Hoa Nam), Oagan và Yanhaizi (Nội Mông) đã chiếm trên 90% trữ lượng trona của TQ Ngoài ra, châu Á còn có hồ Luner ở Ấn Độ

- Châu Phi: Phía Nam Ai Cập có mỏ Uodi - Natron, Kenia có hồ Magadi, Botswana có hồ nước muối Sua Pan

Tuy phương pháp Solvay đã ngự trị trong sản xuất sôđa thế giới từ cuối thế kỷ 19, nhưng từ đầu thập niên 1970 Mỹ bắt đầu khai thác khu

mỏ trona tại Wyoming Từ thời gian đó đến nay, sản xuất sôđa ở Mỹ chủ yếu dựa trên nguồn nguyên liệu trona quan trọng này Từ năm 1986, sản xuất sôđa quy mô lớn theo phương pháp Solvay ở Mỹ thực tế đã chấm dứt Hiện nay, khu mỏ tại Wyoming đang được khai thác với tốc

độ 15 triệu tấn quặng/năm, tương đương 8,3 triệu tấn sôđa /năm

Năm 1999, Mỹ cũng bắt đầu sản xuất sôđa từ nguyên liệu nahcolit được phát hiện ở vùng Colorado Công ty America Soda đã xây dựng nhà máy sản xuất sôđa tại đây với công suất 1 triệu tấn sôđa/năm và 150.000 tấn NaHCOÂ3Â/năm

Trước đây, ở Mỹ người ta sản xuất sôđa theo phương pháp khai thác đào lấy quặng, sau đó chở đến nhà máy xử lý để tiến hành chiết, thu

được sản phẩm sôđa Ngày nay, người ta áp dụng công nghệ hòa tan để sản xuất sôđa từ quặng Trước tiên, nước nóng được bơm vào mỏ quặng, sau đó người ta bơm dung dịch lên và tiến hành tách COÂ2Â Bùn chứa NaÂ2ÂCOÂ3 thu được sẽ được bơm đến nhà máy xử lý để tách nước và lấy sản phẩm sôđa khan Một phần sôđa khan được chuyển hóa ngược lại thành NaHCOÂ3Â nhờ phản ứng với COÂ2Â đã được tách ra trước đó từ dung dịch ban đầu Phương pháp sản xuất này cho phép giảm nhiều giá thành sản xuất, vì chi phí nhân công chỉ bằng 1/3 so với phương pháp đào lấy quặng trực tiếp từ mặt đất

Hiện nay, Mỹ là nước sản xuất sôđa với giá thành thấp nhất thế giới Nhìn chung, chi phí sản xuất sôđa từ quặng tự nhiên thấp hơn chi phí sản xuất sôđa theo phương pháp tổng hợp và cũng ít kéo theo các vấn

đề về ô nhiễm môi trường hoặc an toàn lao động hơn

Mặc dù sản xuất sôđa từ các khoáng thiên nhiên như trona, nahcolit có nhiều ưu điểm và giá thành hạ hơn, nhưng đối với những quốc gia không có những nguồn tài nguyên đó mà lại có nguồn đá vôi, than đá và muối ăn dồi dào thì phương pháp Solvay để sản xuất sôđa là công nghệ thích hợp nhất

- Chuẩn bị dung dịch nước muối NaCl bão hòa có độ sạch yêu cầu

- Chuẩn bị sữa vôi và khí CO2

- Amôn hóa nước muối NaCl bão hòa bằng khí NH3 tái sinh

- Cacbonat hóa dung dịch sau amon hóa để tạo bán thành phẩm NaHCO3 ẩm tách khỏi dung dịch

- Lọc tách NaHCO3 khỏi dung dịch huyền phù sau cacbonat hóa, rửa các tạp chất bám trên NaHCO3

- Nhiệt phân NaHCO3 ẩm đã rửa để chuyển thành sản phẩm sôđa Na2CO3

- Tái sinh NH3 từ nước lọc sau khi tách NaHCO3 để tuần hoàn NH3 cho quá trình sản xuất

Phương pháp Solvay có những ưu điểm như sau:

- Nguyên liệu sản xuất chủ yếu là muối ăn, đá vôi, đó là những nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có Quy trình có thể sử dụng các loại nguyên liệu muối chất lượng khác nhau và CO2 thu hồi khi đốt nhiên liệu hoặc nung đá vôi

- Các phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ không cao (dưới 1000C)

và áp suất gần áp suất khí quyển

- Quá trình sản xuất được thực hiện liên tục trong dòng nguyên liệu khí - lỏng là chủ yếu, do đó dễ cơ giới hóa và tự động hóa sản xuất

- Quá trình sản xuất được phân đoạn cho phép thu hồi tối đa các khí nguyên liệu NH3, CO2 theo khí phóng không, do đó đảm bảo tổn thất NH3 nhỏ, môi trường sản xuất sạch, điều kiện lao động tốt

- Công đoạn làm sạch nước muối và amôn hóa nước muối cho phép loại triệt để các tạp chất tan làm bẩn sản phẩm sôđa, do đó chất lượng sôđa của phương pháp Solvay rất cao thỏa mãn yêu cầu sử dụng sôđa cho các ngành công nghệ truyền thống và công nghệ cao

Với phương pháp Solvay, nếu kết hợp tốt việc sử dụng các nguyên liệu NaCl, CO2, NH3 thì có thể tạo được thế cạnh tranh về giá thành sản phẩm sôđa trong khu vực và trên thế giới

Nhưng phương pháp Solvay cũng có một số nhược điểm như sau:

- hiệu suất sử dụng nguyên liệu ban đầu thấp

- thải ra một lượng phế thải lớn cần xử lý

- chi phí năng lượng cao

- đầu tư cơ bản cho xây dựng khá lớn

Ở quy trình Solvay, nguyên liệu NaCl không được tận dụng triệt để vì hiệu suất chuyển hóa tối đa chỉ đạt 73%, còn lại 27% NaCl theo dung dịch nước lọc ra ngoài bãi thải Ngoài ra, lượng CaCl2 tạo thành khi tái

sinh NH3 bằng sữa vôi cũng bị thải ra ngoài theo dung dịch sau tái sinh

Vì vậy, khi sản xuất sôđa theo phương pháp Solvay truyền thống (tuần hoàn NH3) cần phải có bãi thải chứa các chất không phản ứng và các chất không sử dụng Do đó, khi xây dựng nhà máy sản xuất sôđa cần phải lưu ý đến diện tích chứa chất thải

Vấn đề phế thải và bãi thải khi sản xuất sôđa

Tùy theo biện pháp công nghệ và nguyên liệu đầu vào, khi sản xuất sôđa tổng hợp hoặc sôđa thiên nhiên đều có những chất thải dạng lỏng hoặc dạng rắn cần loại bỏ khỏi quá trình

Trong sản xuất sôđa thiên nhiên từ các mỏ khoáng chứa sôđa, các tạp khoáng không chứa sôđa phải loại bỏ ở dạng rắn, tạo thành nguồn chất thải rắn Còn nếu sản xuất sôđa thiên nhiên từ các hồ nước muối chứa sôđa thì thường thu được sản phẩm phụ là các muối khác tách khỏi sôđa, nếu không dùng được cũng phải thải bỏ ở dạng rắn hoặc lỏng

Trong sản xuất sôđa tổng hợp theo phương pháp Solvay truyền thống, người ta dùng đá vôi để tạo ra CO2 và vôi, vì vậy có chất thải rắn là các tạp chất trong đá vôi và vôi chưa bị phân hủy Nếu nhiên liệu đốt là chất rắn thì còn tạo thêm nguồn chất thải rắn là xỉ than Ngoài chất thải rắn, còn có chất thải lỏng là dung dịch chứa NaCl, CaCl2 với tạp chất rắn sau khi tái sinh NH3 bằng sữa vôi Lượng nước thải này là khoảng

7,0 m3/ tấn sôđa, cần thải bỏ ra môi trường xung quanh khu vực sản xuất

Để giảm thiểu lượng chất thải lỏng này, trong sản xuất sôđa tổng hợp người ta áp dụng một số biện pháp như sau:

- Lọc bỏ chất thải ở dạng rắn khỏi dung dịch sau tái sinh NH3, nước lọc trong đem cô đặc kết tinh thu được phụ phẩm là NaCl và CaCl2 , có thể dùng cho các ứng dụng cần CaCl2 và NaCl sạch Tuy nhiên, khi sản lượng sôđa lớn thì lượng sản phẩm phụ cũng tăng Trong thực tế sản xuất, khi sản xuất một tấn sôđa thì sẽ thải ra ngoài 6,55 m3 dung dịch thải (đã lọc bỏ bã rắn), nếu cô đặc sẽ thu hồi được khoảng 450 kg NaCl sạch và 428 kg CaCl2 100% Song do nhu cầu sử dụng CaClÂ2 khá hạn chế nên chỉ có thể dùng một phần nước lọc để sản xuất CaCl2, phần còn lại phải thải ra môi trường xung quanh, gây ô nhiễm nguồn nước sinh hoạt và canh tác Vì vậy, khi sản xuất sôđa theo phương pháp Solvay truyền thống vẫn cần phải có bãi thải để chứa các chất thải rắn và lỏng

ở địa điểm xây dựng nhà máy

- Tuần hoàn dung dịch nước lọc về công đoạn amon hóa và cacbonat

hóa Đây là chính bản chất của phương pháp Solvay cải tiến

1.4 Phương pháp Solvay cải tiến

Để khắc phục nhược điểm về bãi thải của phương pháp Solvay truyền thống, đã có một số nước như Trung Quốc nghiên cứu cải tiến phương

pháp Solvay truyền thống thành phương pháp Solvay cải tiến: Thay

tuần hoàn NH3 bằng tuần hoàn NaCl, còn các quá trình khác thay đổi không giống nhau

Quá trình sản xuất sẽ tạo ra 2 sản phẩm là sôđa và phân đạm NH4Cl, bỏ qua công đoạn tái sinh NH3 và nung vôi, nhưng phải bổ sung thường xuyên lượng NH3 cần thiết cho giai đoạn amon hóa Nước lọc sau tách NaHCO3 được tuần hoàn trở lại quá trình amon hóa và bổ sung NaCl rắn cho đủ nồng độ yêu cầu

Như vậy, quá trình sản xuất sôđa theo phương pháp Solvay cải tiến sẽ không có chất thải lỏng như phương pháp Solvay truyền thống Tuy nhiên, phương pháp Solvay cải tiến đòi hỏi phải có nguồn NH3 bổ sung

và nguồn CO2 không lấy từ lò vôi

Do không dùng sữa vôi cho tái sinh NH3 nên công đoạn nung vôi cũng

bỏ qua Như vậy, sản xuất sôđa theo Solvay cải tiến công nghệ sẽ gọn hơn và không phải đầu tư cho công đoạn nung vôi và tái sinh NH3 là hai công đoạn có chi phí đầu tư lớn và làm việc ở nhiệt độ cao Nhưng nhà máy sản xuất sôđa theo phương pháp Solvay cải tiến cần phải kết hợp với nhà máy sản xuất NH3 trong cùng một khu vực để có nguồn

CO2 và NH3 phục vụ cho sản xuất sôđa, và cần có nguyên liệu là NaCl sạch bậc công nghiệp

Với phương pháp tuần hoàn dung dịch NaCl, cần phải bổ sung NaCl rắn có độ sạch yêu cầu theo các chỉ số sau:

Hàm lượng NaCl ≥ 99,5%

có cơ sở để triển khai Nếu dùng NaCl chất lượng cao thì trong hệ thống sản xuất sôđa không cần công đoạn tinh chế nước muối như phương pháp Solvay truyền thống với nguyên liệu là muối công nghiệp hay nước muối bão hòa khai thác ngầm từ các mỏ muối dưới đất Đầu

tư cho xưởng làm sạch nước muối ở phương pháp Solvay cải tiến nhỏ hơn đầu tư cho bộ phận tinh chế muối thô thành muối tinh Với thành phần tạp chất tan trong muối tinh chế nêu trên, sau quá trình amôn hóa

và cácbonat hóa sơ bộ để tách NH4Cl thì các tạp chất này cũng bị tách theo, đảm bảo nước muối bão hòa cho giai đoạn kết tinh NaHCO3 có độ sạch yêu cầu Do đó chất lượng sôđa tổng hợp không thay đổi khi dùng muối rắn NaCl vào sản xuất sôđa thay cho dung dịch nước muối sạch

2 Tình hình sản xuất sôđa tại Việt Nam

Từ trước tới nay, nước ta chưa có sản xuất sôđa quy mô công nghệ ổn định Hàng năm, nước ta vẫn phải nhập sôđa để phục vụ cho nhu cầu sản xuất thủy tinh, bột giặt và hóa chất, với số lượng nhập ngày càng tăng, từ 30.000 tấn những năm 1960 - 1970 lên 50.000 - 60.000 tấn những năm 1980 - 1990 và 100.000 - 120.000 tấn sau những năm 1990

- 2000

Trong những năm sau ngày thống nhất đất nước, do nhu cầu tiêu thụ sôđa tăng nhanh, phải nhập nhiều sôđa và tiêu tốn nhiều ngoại tệ, nên Tổng Công ty Hóa chất Việt Nam đã có chủ trương đầu tư nghiên cứu

và sản xuất sôđa trong nước với quy mô ≤ 3.000 tấn/năm để khẳng định thiết bị và công nghệ do ta tự xây dựng ở 3 địa điểm khác nhau: Tràng Kênh - Hải Phòng, Nhà máy Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc, Văn Điển -

Hà Nội, đều áp dụng phương pháp Solvay truyền thống

Các dự án đã thực hiện về sản xuất sôđa tổng hợp theo phương pháp Solvay truyền thống thường dùng nhiên liệu đốt lò là than antraxit Hòn Gai, thiết bị công nghệ chưa hoàn thiện nên các quá trình amon hóa và cacbonat hóa không liên kết được với nhau Do đó, các chỉ tiêu kỹ thuật

và kinh tế không đảm bảo, dẫn đến chất lượng sản phẩm sôđa thấp, chi phí nguyên nhiên liệu cao hơn định mức Vì vậy các dự án không thu được kết quả mong muốn về chất lượng và kinh tế nên đã phải ngừng họat động

Nếu chúng ta đầu tư về mặt công nghệ và vật liệu chế tạo thiết bị thì có thể thực hiện quá trình tổng hợp sôđa theo phương pháp Solvay, nhưng

phải qua một giai đoạn hoạt động mới có kinh nghiệm sản xuất Để rút ngắn thời gian đào tạo và xây dựng đội ngũ kỹ thuật và quản lý ngành công nghiệp sản xuất sôđa, ta nên nhập công nghệ hiện đại của nước ngoài để xây dựng cơ sở đầu tiên sản xuất sôđa của Việt nam vào những năm đầu của thế kỷ 21 này, nhằm khai thác tài nguyên muối biển và đá vôi của nước ta phục vụ cho nhu cầu phát triển của các ngành công nghiệp khác trong giai đoạn công nghiệp hóa và hiện đại hóa nền kinh tế đất nước

3 Lựa chọn công nghệ sản xuất sôđa của dự án

Chúng ta đã có tiền đề là sản xuất sôđa của Công ty Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc những năm 1986 - 1988 theo phương pháp Solvay truyền thống, nhưng công nghệ có sự thay đổi: chuyển từ công nghệ sản xuất liên tục sang công nghệ gián đoạn, lấy muối rắn NH4HCO3 (thu được khi cacbonat hóa NH3) cho phản ứng trao đổi với dung dịch NaCl bão hòa đã làm sạch tạp chất như sau:

NH4HCO3 + NaCl + H2O = NH4Cl + NaHCO3

Bán thành phẩm NaHCO3 sẽ kết tinh tách khỏi dung dịch đặc, khi lọc tách thu được NaHCO3 rắn, sau đó cho kết tinh, lọc rửa và thu được sản phẩm sôđa

Trong dự án chọn phương pháp Solvay là phương pháp có nhiều kinh nghiệm và thực tế sản xuất trên thế giới với các lý do sau:

- Dễ dàng cơ giới hóa và tự động hóa trong sản xuất, cho phép ổn định

và nâng cao chất lượng sản phẩm sôđa công nghiệp

- Môi trường sản xuất ít độc hại, làm việc ở áp suất thường và nhiệt độ không cao nên dễ lựa chọn vật liệu chế tạo thiết bị sản xuất

- Có tính thương mại cao, dễ gọi đấu thầu, có nhiều khả năng lựa chọn

về quy mô công suất và công nghệ tiên tiến mà các công ty quốc tế đã

và đang chuyển giao ở nhiều nước trên thế giới

Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của phương pháp Solvay truyền thống

là phải có bãi thải đủ lớn để chứa chất thải, tránh làm ô nhiễm môi trường đất và nước của các khu vực lân cận Vì vậy, khi xét duyệt phương án sản xuất sôđa thì một vấn đề rất quan trọng là lựa chọn địa điểm xây dựng Đây là vấn đề nhạy cảm gây tranh luận nhiều từ trước tới nay đối với phương pháp Solvay sản xuất sôđa Với những nước đất rộng người thưa, vấn đề này dễ giải quyết Nhưng các nước đất hẹp, người đông thì thường cần có đất canh tác nên đây là vấn đề khó giải quyết khi xây dựng dự án sản xuất sôđa

Việt Nam thuộc vào trong số những nước đất hẹp người đông, nên yêu cầu về bãi thải lớn là điều khó đáp ứng khi chọn địa điểm xây dựng nhà máy sôđa Để giải quyết vấn đề này, một số nước trên thế giới đã chuyển công nghệ sản xuất sôđa theo Solvay từ tuần hoàn NH3 sang tuần hoàn NaCl Khi đó không cần bãi thải vì chu trình công nghệ khép kín, nước lọc sau khi tách NaHCO3 được quay lại quá trình sản xuất Sau khi được bổ sung 1 lượng NH3 và NaCl thích hợp, dung dịch vẫn