BÁO CÁO THỰC TẬP NHÀ MÁY SUPER PHỐT PHÁT LONG THÀNH

Axit sunfuric có nhiềuứng dụng, và nó được sản xuất với một sản lượng lớn hơn bất kỳ chất hóa học nào,ngoại trừ nước.. Miền nam có nhà máy Super Phốt Phát Long Thành và công ty hóa chất

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Tp Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2020

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám đốc, cán bộ, công nhân viênNhà máy Super Phốt Phát Long Thành cùng các thầy cô Khoa Công nghệ Hóa họcTrường Đại học Công Nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh đã tạo mọi điều kiện thuậnlợi cho em được tiếp cận thực tế ở Nhà máy Super Phốt Phát Long Thành tại khucông nghiệp Gò Dầu, Đồng Nai Qua đó, em được củng cố những kiến thức đã học

ở trường, trau dồi thêm kinh nghiệm làm việc tại môi trường công nghiệp cũng nhưcác kĩ năng và tác phong công nghiệp tại môi trường thực tế, cũng như cách để xâydựng các mối quan hệ tốt đẹp với đồng nghiệp Tất cả sẽ là hành trang quý giá để

em bước vào xã hội, vào công việc của bản thân sau này

Để hoàn thành tốt kì thực tập này, em đã được các anh chị cùng toàn thể côchú công nhân viên tại Nhà máy Super Phốt Phát Long Thành và thầy Lê ThiếtHùng dành thời gian quý báu của mình chỉ bảo, dẫn dắt tận tình, chu đáo Giúp emnâng cao kiến thức và kinh nghiệm cho mình Một lần nữa em xin trân trọng tri ân

Thời gian thực tập tuy không nhiều, kĩ năng, kiến thức và kinh nghiệm bảnthân còn nhiều hạn chế nên em không thể tránh những sai sót Em rất mong nhậnđược sự góp ý từ thầy cô cũng như anh chị hướng dẫn tại Nhà máy để bài báo cáocủa em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Phần đánh giá:  Ý thức thực hiện:  Nội dung thực hiện:  Hình thức trình bày:  Tổng hợp kết quả: Điểm bằng số: Điểm bằng chữ:

TP Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2020

Giáo viên hướng dẫn

(Ký ghi họ và tên)

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Phần đánh giá:  Ý thức thực hiện:  Nội dung thực hiện:  Hình thức trình bày:  Tổng hợp kết quả: Điểm bằng số: Điểm bằng chữ:

TP Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2020

Giáo viên phản biện

(Ký ghi họ và tên)

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐƠN VỊ THỰC TẬP 2

1.1 Giới thiệu khái quát đặc điểm của Nhà máy 2

1.1.1 Quá trình hình thành và phát triển của Nhà máy 2

1.1.2 Cơ cấu tổ chức bộ máy quản lý của Nhà máy 4

1.1.3 Chức năng nhiệm vụ cơ bản của các bộ phận quản lý 4

1.2 Giới thiệu sản phẩm 7

1.2.1 Axit sunfuric 7

1.2.2 Super lân 9

1.2.3 Sản phẩm phụ 11

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC 12

2.1 Giới thiệu chung 12

2.1.1 Lịch sử hình thành và quá trình phát triển 12

2.1.2 Quy trình công nghệ sản xuất supe lân 19

2.1.3 Quy trình sản xuất Axit Sunfuric 20

2.2 Giới thiệu công nghệ sản xuất axit sunfuric 21

2.2.1 Nguyên liệu và nhiên liệu 22

2.2.2 Các nguồn nguyên liệu khác 24

2.2.3 Đặc điểm công nghệ chung cho sản xuất axit 27

2.2.4 Các chất xúc tác cho quá trình oxy hóa SO2 35

2.2.6 Cơ chế quá trình hấp thụ SO3 40

2.3 Công nghệ sản xuất axit sunfuric 1 44

2.3.1 Sơ đồ khối quy trình công nghệ xưởng axit số 1 44

2.3.2 Dây chuyền công nghệ và thuyết minh quy trình 45

2.3.3 Các thiết bị chính 50

2.4 Công nghệ sản xuất axit sunfuric 2 63

2.4.1 Sơ đồ khối quy trình công nghệ xưởng axit số 2 63

2.4.2 Dây chuyền công nghệ và thuyết minh quy trình 63

2.4.3 Khởi động dây chuyền 67

2.4.4 Các thiết bị chính 70

CHƯƠNG 3: AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ MÔI TRƯỜNG 91

3.1 Hệ thống an toàn lao động và thiết bị 91

3.1.1 An toàn lao động 91

3.1.2 An toàn thiết bị 91

3.2 Hệ thống phòng chống cháy nổ và hiệu quả thực hiện tại nhà máy 92

3.3 Các sự cố trong sản xuất và biện pháp khắc phục 93

3.3.1 Đối với từng thiết bị 93

3.3.2 Trong quá trình sản xuất 98

3.4 Nội quy an toàn trong phân xưởng axit 101

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 103

4.1 Kết luận 103

4.2 Kiến nghị 103

TÀI LIỆU THAM KHẢO 104

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Tính chất của lưu huỳnh 21

Bảng 1.2 Bảng thông số khí ra và vào lò 45

Bảng 1.3 Chiều cao của lớp xúc tác 53

Bảng 1.4 Nhiệt độ khí SO3 và nước mềm trong ống tản nhiệt 56

Bảng 1.5 Nhiệt độ qua mỗi lớp xúc tác 64

Bảng 1.6 Mức độ chuyễn hóa qua mỗi lớp 64

Bảng 1.7 Nhiệt độ ra vào các lớp xúc tác 74

Bảng 1.8 Thông số kỹ thuật E - 1001 76

Bảng 1.9 Thông số kỹ thuật E - 1002 78

Bảng 1.10 Thông số kỹ thuật E - 1004 81

Bảng 1.11 Thông số kỹ thuật E - 1005 82

Bảng 2.1 Các sự cố và biện pháp khắc phục của máy móc 91

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Sản lượng axit sunfuric trên thế giới 13

Hình 2.2 Sản lượng axit sunfuric và hóa chất cơ bản khác của Mỹ 13

Hình 2.3 Biểu đồ tiêu thụ axit sunfuric trên thế giới 14

Hình 2.4 Sơ đồ quy trình sản xuất supe lân 18

Hình 2.5 Sơ đồ quy trình sản xuất axit sunfuric 19

Hình 2.6 Sơ đồ khối công nghệ xưởng axit số 1 43

Hình 2.7 Sơ đồ quy trình công nghệ axit xưởng số 1 45

Hình 2.8 Bể hóa lỏng lưu huỳnh R-201 48

Hình 2.9 Lò đốt lưu huỳnh 49

Hình 2.10 Nồi hơi tận dụng nhiệt H - 202 51

Hình 2.11 Tháp chuyển hóa C - 201 52

Hình 2.12 Thiết bị trao đổi nhiệt E - 204 55

Hình 2.13 Thiết bị làm nguội SO3 bằng nước E-205 55

Hình 2.14 Tháp hấp thụ C - 202 56

Hình 2.15 Thiết bị lọc khí nóng J - 202 58

Hình 2.16 Dàn làm lạnh axit 60

Hình 2.17 Sơ đồ khối công nghệ sản xuất xưởng axit số 2 61

Hình 2.18 Sơ đồ công nghệ sản xuất axit xưởng số 2 62

Hình 2.19 Lò nấu chảy lưu huỳnh rắn 68

Hình 2.20 Lò đốt lưu huỳnh D – 1001 69

Hình 2 21 Lọc khí nóng P-1001 71

Hình 2.22 Tháp chuyển hóa H - 1001 72

Hình 2.23 Thiết bị trao đổi nhiệt E – 1001 75

Hình 2.24 Thiết bị trao đổi nhiệt E – 1002 77

Hình 2.25 Thiết bị trao đổi nhiệt E – 1003 79

Hình 2.26 Thiết bị trao đổi nhiệt E – 1004 80

Hình 2.27 Thiết bị làm nguội E – 1005 81

Hình 2.28 Tháp sấy F – 1001 84

Hình 2.29 Tháp hấp thụ I (F – 1002 ) 85

Hình 2.30 Thiết bị làm lạnh axit tuần hoàn 88

LỜI NÓI ĐẦU

Axit sunfuric là một trong những hóa chất cơ bản quan trọng trong nền côngnghiệp của bất cứ một quốc gia nào Axit sunfuric là hóa chất thương mại rất quantrọng, chính vì vậy sản lượng axit sunfuric của một quốc gia là một chỉ số tốt về sứcmạnh công nghiệp của quốc gia đó

Axit sunfuric (H2SO4) là một axit vô cơ mạnh Nó hòa tan trong nước theo bất

kỳ tỷ lệ nào Tên gọi cổ của nó là dầu sulfat, được đặt tên bởi nhà giả kim ở thế kỉthứ IX, Jabir ibn Hayyan sau khi ông phát hiện ra chất này Axit sunfuric có nhiềuứng 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

Ở nước ta, ngành công nghiệp sản xuất axit sunfuric cũng được nhà nước quantâm từ khá sớm và đặt nó vào một trong những ngành công nghiệp đầu tàu Sau giảiphóng, nhà nước đã xây dựng dây chuyền sản xuất axit sunfuric tại khu công nghiệp

Gò Dầu, Long Thành, Đồng Nai trực thuộc nhà máy Super Phốt Phát Long Thànhhiện tại Đây được xem là dây chuyền sản xuất quy mô đầu tiên tại Miền Nam Hiệntại dây chuyền này vẫn hoạt động tốt tại nhà máy Super Phốt Phát Long Thành trựcthuộc tập đoàn phân bón và hóa chất Miền Nam

Miền nam có nhà máy Super Phốt Phát Long Thành và công ty hóa chất TânBình sản xuất axit sunfuric Phía Bắc có công ty phân bón và hóa chất Lâm Thaosản xuất với công nghệ tiếp xúc đi từ quặng pirit Tuy vậy sản lượng axit sunfuricvẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu trong nước

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐƠN VỊ THỰC TẬP

1.1 Giới thiệu khái quát đặc điểm của Nhà máy 1.1.1 Quá trình hình thành và phát triển của Nhà máy

Tên nhà máy: NHÀ MÁY SUPER PHỐT PHÁT LONG THÀNHTên giao dịch: LONG THÀNH SUPER PHOSPHATE PLANDĐịa chỉ: KHU CÔNG NGHIỆP GÒ DẦU – XÃ PHƯỚC THÁI – HUYỆNLONG THÀNH – TỈNH ĐỒNG NAI

Điện thoại: 0613.841188 ; Fax: 0613.841207 Nhà máy Super Phốt Phát Long Thành là một trong những đơn vị trực thuộccủa Công ty phân bón Miền Nam Được khởi công xây dựng tháng 4/1988 và tổchức lễ khánh thành ngày 10/12/1992

Công suất thiết kế ban đầu của 2 dây chuyền sản xuất chính : Axit sunfuric (H2SO4): 40.000 tấn/năm và Supe phốt phát đơn (phân lân) :100.000 tấn/năm

Tháng 8 năm 2005 hoàn thành xây dựng khánh thành và đưa vào sản xuất dâychuyền sản xuất Axit sunfuric số 2

Nhà máy được xây dựng tại khu công nghiệp Gò Dầu – Xã Phước Thái –Huyện Long Thành – Tỉnh Đồng Nai Trên diện tích đất là 80.000m2, theo quyếtđịnh số 303/CNNG-TCNS ngày 17/7/1991 của Bộ Công nghiệp nặng, nay là BộCông nghiệp Nhà máy Supe Phốt Phát Long Thành là đơn vị trực thuộc Công typhân bón Miền Nam Nhà máy sản xuất và tiêu thụ : Supe lân, axit sunfuric và cácsản phẩm phân bón khác mang gốc từ Supe phốt phát Nhà máy là đơn vị duy nhấttại Miền Nam sản xuất và cung cấp loại phân bón Supe lân, Axit sunfuric chủ yếu

Nhà máy còn sản xuất nhiều loại phân bón Supe lân với mọi hàm lượng P2O5 để đápứng yêu cầu khách hàng cho từng khu vực đất trồng, cây trồng

- Sản phẩm Supe lân M của Nhà máy được tặng huy chương vàng năm 1993,

1995, 1996, 1997

- Sản phẩm Supe lân PA được cấp huy chương vàng năm 1995

- Sản phẩm Supe lân 16,5% P2O5 hữu hiệu đoạt giải bông lúa vàng năm 1997

- Sản phẩm thuốc trừ sâu công nghiệp (Na2SiF6) được công nhận huy chươngvàng năm 1996 và 1998

Sản phẩm Supe lân nhiều năm liền được người tiêu dùng bình chọn là hàng cóchất lượng cao và đoạt giải 3 hàng Việt Nam chất lượng cao do đài tiếng nói nhândân Thành phố Hồ Chí Minh tổ chức

Hiện nay Nhà máy đã xây dựng và mỡ rộng xong dây chuyền sản xuất Supephốt phát từ 100.000 tấn/năm lên 200.000 tấn /năm và dây chuyền sản xuất axitsunfuric số 2 công suất 40.000 tấn/năm bằng thiết bị và công nghệ hiện đại

Chức năng nhiệm vụ:

Sản xuất và tiêu thụ 2 mặt hàng chính là Supe lân và axit sunfuric theo kếhoạch Nhà nước giao, đảm bảo sử dụng nguồn vốn Nhà nước giao có hiệu quả vàtạo thu nhập ổn định cuộc sống người lao động

Mặt hàng kinh doanh:

* Sản phẩm phân bón: Với nhiều chủng loại sản phẩm về phân bón mang gốc

phốt phát Nhà máy có thể đáp ứng được nhu cầu về phân bón cho bà con nông dântoàn khu vực phía Nam, đặc biệt là vùng đồng bằng Sông Cửu Long Bao gồm cácloại sản phẩm như sau : Supe lân (phân lân), phân lân PA, phân lân M và nhiều loạiphân bón đặc chủng cho từng loại giống cây trồng khác nhau

* Sản phẩm về hóa chất: axit sunfuric kỹ thuật, axit sunfuric thương phẩm,

Na2SiF6

1.1.2 Cơ cấu tổ chức bộ máy quản lý của Nhà máy

Nhà máy là doanh nghiệp Nhà Nước, hiện tại đang sử dụng mô hình quản lýkiểu trực tuyến chức năng, với số cấp quản lý là 2

MÔ HÌNH TỔ CHỨC CƠ CẤU BỘ MÁY QUẢN LÝ

1.1.3 Chức năng nhiệm vụ cơ bản của các bộ phận quản lý

Các phòng ban trong bộ máy quản lý có mối quan hệ mật thiết, không thể táchrời nhau tạo thành một chuỗi mắt xích liên hoàn, trong đó mỗi phòng ban, phânxưởng là một mắt xích dưới sự lãnh đạo của Ban Giám đốc Điều hành và quản lýmột cách nhịp nhàng, khoa học và hiệu quả Nhằm mục đích không ngừng nâng cao

GIÁM ĐỐC

P GIÁM ĐỐC P GIÁM ĐỐC KỸ THUẬT P GIÁM ĐỐC KINH

DOANH

P TỔNG HỢP P KẾ TOÁN P KỸ THUẬT SX P KH-TT ỨNG KHOP CUNG

PX AXIT PX CƠ ĐIỆN

PX SUPE

* Giám đốc có trách nhiệm quản lý chung toàn Nhà máy và chỉ đạo các bộphận tài chính kế toán, kế hoạch kinh doanh, tổ chức hành chính, quản lý kinhdoanh với sự tham mưu của cán bộ quản lý, các bộ phận chuyên môn để điều hànhcông việc một cách hiệu quả nhất.

* Các Phó Giám đốc chịu sự ủy quyền của Giám đốc phụ trách về công tác kỹthuật, kinh doanh của Nhà máy

Phòng Tổng hợp:

Chịu sự điều hành trực tiếp của Giám đốc, phòng Tổng hợp có chức năng vànhiệm vụ quản lý về nhân sự, tiền lương, tổ chức hành chính

- Phòng Tổng hợp đảm nhận công việc như đào tạo, sắp xếp lao động cho hợp

lý Phụ trách việc tính lương, thưởng, theo dõi lao động, giải quyết các chế độ củangười lao động Xây dựng nội quy công tác, chế độ làm việc phù hợp với quy địnhcủa Nhà Nước và Nhà máy

- Theo dõi tình hình tăng giảm lao động và quản lý lao động

- Quản lý các chế độ BHXH, BHYT cho CBCNV trong Nhà máy

- Trực tiếp quản lý các bộ phận hành chính, khối phục vụ như : đội bảo vệ, nhà

ăn ka, y tế , đội xe…

Cung cấp thông tin về tình hình sản xuất kinh doanh cho Giám đốc Phân tíchhoạt động kinh tế và lập báo cáo tài chính

Kiểm tra tình hình thực hiện các chế độ hoạch toán, chế độ quản lý tài chính,

Trích nộp ngân sách đầy đủ, đúng quy trình Nhà nước thực hiện các biện pháphợp lý trong thu chi, thanh toán kịp thời, đầy đủ các khoản thanh toán cho các bộcông nhân viên và các hoạt động tài chính khác…

Phòng Cung ứng – Kho vận:

Chịu sự điều hành của Phó Giám đốc kinh doanh Phòng Cung ứng – Kho vận

có nhiệm vụ lập kế hoạch cung ứng nguyên, nhiên liệu và các vật tư thay thế sửachữa thường xuyên

Quản lý vật tư, nguyên vật liệu, thống kê vật tư tồn kho

Quản lý sắp xếp kho tàn và đội xe, tiếp nhận cầu cảng hợp lý

Phòng Kế hoạch – Thị trường:

Chịu sự điều hành của Phó Giám đốc kinh doanh Có nhiệm vụ xây dựng mụctiêu, chính sách kinh doanh, xây dựng mức giá, phương thức bán hàng và trực tiếpchỉ đạo thực hiện khi được cấp trên phê duyệt Đồng thời còn tham mưu về công tácquản lý, về định hướng đầu tư mở rộng quy mô kinh doanh của doanh nghiệp

Phòng Kỹ thuật – Sản xuất:

Chịu sự chỉ đạo trực tiếp của Phó Giám đốc kỹ thuật Có nhiệm vụ kiểm tra vàtheo dõi tình hình vận hành của Nhà máy về kỹ thuật để có kế hoạch sửa chữa, kiểmtra chất lượng sản phẩm, báo cáo sản xuất, xây dựng các quy chế bảo quản máymóc, xây dựng các định mức kỹ thuật cho sản xuất

Hướng dẫn kỹ thuật, giám sát chất lượng sản phẩm Tính toán định mức tiêuhao nguyên vật liệu cho từng sản phẩm

Các phân xưởng sản xuất:

Chịu sự chỉ đạo trực tiếp của Phó Giám đốc Kỹ thuật Thực hiện nhiệm vụ điềuhành, quản lý sản xuất theo kế hoạch của Nhà máy giao

1.2 Giới thiệu sản phẩm 1.2.1 Axit sunfuric

Axit sunfuric kỹ thuật sản xuất theo tiêu chuẩn TCVN2718 – 78:

- Hàm lượng H2SO4 ≥ 94%

- Hàm lượng Fe ≤ 0.02%

- Hàm lượng căn không bay hơi ≤ 0.05%

Axit sunfuric là một hóa chất cơ bản dùng nhiều trong các ngành công nghiệp,nhất là dùng trong sản xuất phân khoáng, các loại muối, các axit khác, các sản phẩmhữu cơ, chế tạo sơn, bột màu, chất tạo khói, chất nổ…nó còn được dùng trong cácngành lọc dầu, luyện kim, gia công kim loại, chế tạo sợi nhân tạo, làm chất hút ẩm

Để sản xuất 1 tấn P2O5 trong phân lân cần tiêu thụ hết 2.2 – 2.5 tấn axitsunfuric

Để sản xuất 1 tấn sunfat cần 0.75 tấn axit sunfuric

Trong hóa học, axit sunfuric được xem là hỗn hợp của anhydric sunfuric vớinước Công thức tổng quát: SO3.H2SO4 hay H2SO4

Trong kỹ thuật thì hỗn hợp theo tỷ lệ bất kỳ của SO3 với nước đều gọi là AxitSunfuric Trong đó: nSO3 + H2O = H2SO4 + (n – 1)SO3

Nếu tỷ lệ SO3/H2O < 1: gọi là dung dịch axit sunfuric

Nếu tỷ lệ SO3/H2O = 1: gọi là axit sunfuric khan hay monoaxitNếu tỷ lệ SO3/H2O > 1: gọi là dung dịch của SO3 trong axit sunfuric hay oleumhay axit sunfuric bốc khối

Thành phần của dung dịch axit sunfuric được đặc trưng bởi phần trăm khốilượng của H2SO4 hay SO3 trong hỗn hợp Tính chất của axit thay đổi rất nhiều theonồng độ của H2SO4

Mono axit: Là một chất lỏng không màu, sánh, khối lượng riêng ở 200C là

nhiệt độ tới 296.20C axit sunfuric bắt đầu sôi và bị phân hủy thành hỗn hợp đẵng phíchứa 98.3% H2SO4 và 1.7% H2O,hỗn hợp này sôi ở 336.50C.

Tính chất của axit sunfuric:

Nhiệt độ kết tinh: Tương đối cao nên người ta quy định nghiêm ngặt nồng độ

các loại axit sunfuric và oleum tiêu chuẩn sao cho chúng không bị kết tinh trong quátrình sản xuất, bảo quản, vận chuyển…

Khi tăng nhiệt độ: Nhiệt độ sôi dung dịch axit tăng, đạt cực đại (336.50C) ởnồng độ 98.3%, sau đó giảm

Áp suất hơi trên dung dịch axit giảm, đạt cực tiểu ở nồng độ 98.3%, sau đó lạităng

Khi tăng hàm lượng SO3 tự do:

- Nhiệt độ sôi của oleum giảm từ 296.20C (ở 0% SO3 tự do) xuống 44.70C (ở100% SO3 – tức nhiệt độ sôi của SO3)

- Áp suất hơi trên oleum tăng

- Khối lượng riêng, nhiệt dung riêngKhi tăng nồng độ:

- Khối lượng riêng dung dịch axit tăng, đạt cực đại ở 98.3%, sau đó giảm

- Nhiệt dung riêng dung dịch axit giảm

Khi tăng hàm lượng SO3 tự do:

- Khối lượng riêng oleum cũng tăng, đạt cực đại ở 62% SO3 tự do, sau đógiảm

- Nhiệt dung riêng của oleum tăng

Khi tăng nhiệt độ:

- Khối lượng riêng của axit và oleum đều giảm

Độ nhớt µ: Có ảnh hưởng lớn đến trở lực của axit khi chảy trong đường ốnghoặc máng dẫn, độ nhớt cực đại của axit ở 84.5%, của oleum ở 100% H2SO4 và 50 –55% SO3 tự do Khi tăng nhiệt độ, độ nhớt axit giảm.

Chất thải: Khí SO2 thoát ra ở một số mặt bích hay ống dẫn khí Không được đểhàm lượng SO2 trong khí quyển ở khu vực sản xuất quá 10mg/m3

Khí SO3 thoát ra khỏi thiết bị hay đường ống sẽ kết hợp với nước trong khôngkhí ẩm tạo thành mù axit Không được để hàm lượng SO3 trong không khí ở khuvực sản xuất quá 1mg/m3

Axit sunfuric rò tỉ từ một số thiết bị hay đường ống, phải tìm cách khắc phụcchỗ rò rỉ ngay, dùng vôi bột hay mùn cưa để trung hòa khô rồi dùng chổi quét hốtsạch Axit sunfuric từ ống gang dàn làm lạnh rò ra làm nước tuần hoàn có tính axit,phải trung hòa dòng nước bằng vôi đến pH = 7 – 7.5

* Tính chất hóa lý của super lân đơn:

Super lân đơn là một loại bột tơi, xốp, có màu xám sẫm hoặc xám nhạt, trọng

phát chứa trong super lân được tính ra phần trăm anhydrit phốt phát tức là phầntrăm P2O5.

Phần P2O5 trong super lân ở dạng hòa tan trong nước (P2O5 hòa tan trongnước) gồm có Ca(H2PO4)2.H2O và H3PO4 tự do

Các phốt phát sắt, nhôm, CaHPO4, không hòa tan trong nước mà chỉ hòa tanmột phần hoặc hoàn toàn trong dung dịch citrat amon, cây cối cũng có thể hấp thụđược nhưng chậm gọi là P2O5 hòa tan trong citrat

Chất lượng của super lân được đánh giá theo hàm lượng P2O5 hữu hiệu (dạng

P2O5 mà cây có thể hấp thu được) là tổng các dạng P2O5 hòa tan trong nước và hòatan trong citrat amon, ngoài ra trong super lân còn chứa một phần P2O5 không hòatan trong citrat nằm trong lượng apatit chưa được phân hủy

Tổng các dạng P2O5 hữu hiệu và P2O5 không hòa tan trong citrat được gọi là

Ngoài ra super lân đơn còn dùng để sản xuất các loại phân bón hỗn hợp NPK

* Tiêu chuẩn nhà nước về super lân:

Super lân đơn sản xuất tại công ty Super Phốt Phát Long Thành bằng apatitLào Cai theo tiêu chuẩn nhà nước TCVN 4440-2004 phải đạt tiêu chuẩn kỹ thuậtsau:

Hàm lượng P2O5 tự do không lớn hơn: 4%

Hàm lượng ẩm không được lớn hơn: 11%

Super lân phải tơi xốp, màu sáng xám, không bị vón cục, không nhão bét

Super lân đơn sản xuất theo tiêu chuẩn thử nghiệm TCVN 4440-2004

Theo thông tư 36/2010/TT-BNNPTNT ngày 24/6/2010 Super lân đơn sản xuấttại nhà máy Super Phốt Phát Long Thành thuộc danh mục phải công bố hợp qui (vềaxit tự do)

1.2.3 Sản phẩm phụ

Anhydric sunfuro SO2: Ở nhiệt độ thường là chất khí không màu, có mùi sốcđặc trưng, kích thích mạnh mắt và cơ quan hô hấp Khí SO2 dễ hóa lỏng, ở áp suấtthường nhiệt độ hóa lỏng là 10.10C SO2 tan nhiều trong nước, trong axit (kém hơinước) Khi tăng nồng độ dung dịch axit, đầu tiên độ hòa tan của SO2 giảm cực tiểutại 85% H2SO4, sau đó tăng Trong phản ứng hóa học SO2 vừa là chất khử vừa làchất oxy hóa

Anhydric sunfuric SO3: Ở điều kiện thường là chất khí không màu Trongkhông khí nó phản ứng mạnh với nước tạo nên những giọt nhỏ lơ lửng gọi là mùaxit Ở 44.750C, khí SO3 biến thành chất lỏng không màu

SO3 phản ứng mãnh liệt với hơi nước và tỏa nhiều nhiệt:

SO3 khí + H2O lỏng = H2SO4 lỏng + 131.1kJ/mol

SO3 là chất oxy hóa có khả năng hút nước mạnh, gây nên hiện tượng Cacbonhóa động vật

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC

2.1 Giới thiệu chung 2.1.1 Lịch sử hình thành và quá trình phát triển 2.1.1.1 Lịch sử hình thành

Axit sunfuric là một loại hóa chất đã được biết đến từ lâu trong lịch sử loàingười, từ thế kỉ thứ IX bởi người được coi là đã phát hiện ra chất này-nhà giả kimthuật Hồi giáo Ibn Zakariya al-Razi (Rhases)

Axit sunfuric được sử dụng rộng rãi trong các ngành khác nhau của nền kinh

tế quốc dân Nó là sản phẩm quan trọng nhất của ngành công nghiệp hóa học Côngnghệ sản xuất axit sunfuric, do đó, là phổ biến và rất quan trọng trong nền sản xuất

* Đặc điểm của axit sunfuric:

- H2SO4 là axit hoạt tính mạnh

- Chất lỏng, không màu

- Kết tinh ở nhiệt độ 10,4500C, sôi ở nhiệt độ 296,20C

- H2SO4 hòa tan SO3 gọi là oleum (20, 25, 30, 35  65% SO3) Thực tế haysản xuất oleum vì có thể tạo axit với nồng độ khác nhau

* Vai trò của axit sunfuric:

Hầu như mọi ngành sản xuất hóa học trên thế giới đều trực tiếp hoặc gián tiếp

sử dụng axit sunfuric Chúng ta có thể bắt gặp axit này trong các ngành sản xuấtphân bón (Supephotphat, amoniphotphat), thuốc trừ sâu,chất giặt rửa tổng hợp, tơsợi hoá học, chất dẻo, sơn màu, phẩm nhuộc, dược phẩm, chế biến dầumỏ,v,v… Có thể nói axit sunfuric của một quốc gia là một chỉ số tốt về sức mạnhcông nghiệp của quốc gia đó Vai trò quan trọng đó được thể hiện rất cụ thể thông

* Quâ trình phât triển:

Từ lđu loăi người đê biết đến axit sunfuric, từ thế kỷ X người ta đê điều chếaxit sunfuric bằng câch chưng cất sunfat sắt ở nhiệt độ cao sẽ thu được SO2 vă SO3.Sau khi lăm lạnh hỗn hợp khí SO2 vă SO3 cùng với hơi nước sẽ tạo thănh H2SO4,nhưng phương phâp năy có năng suất thấp, giâ thănh cao Đến cuối thế kỷ XVngười ta đốt lưu huỳnh vă diím tiíu có thấm nước để điều chế axit sunfuric cho yhọc Năm 1740 nhă mây sản xuất axit sunfuric được xđy dựng ở Anh Nguyín tắcsản xuất, đốt lưu huỳnh vă muối nitrattrong câc bình kim loại sau đó hấp thụ khíbay ra bằng nước trong bình thuỷ tính Năm 1796, người ta thay thế bình thuỷ tinhbằng phương phâp phòng chì Quâ trình sản xuất giân đoạn, oxit nitơ thải ra ngoăiảnh hưởng đến môi trường Đầu thế kỷ XIX, bắt đầu đốt lưu huỳnh trong câc lòriíng, còn câc oxit nitơ điều trế bằng câch dùng axit sunfuric phđn huỷ câc muốinitrat vă người ta đặt một số thâp ở trước phòng chì để tâch một số oxit nitơ hoă tantrong một số sản phẩm vă đặt một số thâp sau phòng chì để hấp thụ oxitnitơ bay theo khí thải Do đó, tăng được năng suất vă giảm giâ thănh sản phẩm

Đầu thế kỷ XX, người ta dùng thâp đệm thay câc phòng chì Từ đó, phương phâpthâp được hình thănh có năng suất lớn hơn nhiều so với phương phâp phòngtrì Nhưng phương phâp năy chỉ điều chế được axit sunfuric có nồng độ 75% vă độtinh khiết của sản phẩm không cao Song song với phương phâp thâp năm 1931P.Filit (người Anh) đề nghị oxi hoâ SO2 trực tiếp trín xúc tâc Pt bằng oxi khôngkhí Từ đó hình thănh phương phâp tiếp xúc

Trong câc công trình nghiín cứu, quâ trình oxi hoâ SO2 thănh SO3 có tiến hănhtrín câc xúc tâc như oxit sắt, oxit đồng… Đến cuối thế kỷ XIX đầu thế kỷ XXngười ta đê có biện phâp khắc phục xúc tâc ngộ độc thì phương phâp tiếp xúc dùng

để sản xuất axit sunfuric ngăy căng tăng lín không ngừng, ưu điểm của phươngphâp năy: Sản phẩm tinh khiết, có nồng độ cao Có thể sản suất được SO3 lỏng vẵleum, năng suất sản xuất lớn nhưng giâ thănh cao vì tồn tại hệ thống tinh chế khí

Axit sunfuric lă một axit vô cơ mạnh, được sử dụng rộng rêi

Ngành phân bón hoá học tiêu thụ nhiều axit nhất, để sản xuất một tấn P2O5

hữu hiệu trong phân bón cần 1,9 – 2,5 tấn axit, một tấn amon sunfat cần 0,75 tấnaxit sunfuric axit sunfuric được dùng để sản xuất nhiều loại muối sunfat, một sốaxit vô cơ như: axit photphoric, axit boric, axit flohidric, một số bột màu vô cơ, sơnhữu cơ, sợi visco, tinh chế sản phẩm dầu mỏ, chất nổ, tẩy gỉ kim loại, trong luyệnmột số kim loại như nhôm, magiê, đồng, coban niken, vàng,…

Ở nước ta, trong kháng chiến chống Pháp ông Phạm Đình Ái cùng một sốngười đã tổ chức sản xuất axit sunfuric quy mô nhỏ theo phươngpháp phòng chì Năm 1962, xưởng axit sufuric theo phương pháp tiếp xúc đi từ piritcông suất 40.000 tấn/năm ở Lâm Thao bắt đầu hoạt động Trong những năm 60 và

70 hai xưởng axit sunfuric theo phương pháp tiếp xúc đi từ S đã được xây dựng

ở Tân Bình và Thủ Đức Tiếp đó là xưởng axit sunfuric 40.000 tấn/năm của nhàmáy super phốt phát Long Thành Tới năm 1992, tổng công suất của các xưởng axitsunfuric ở nước ta là 240.000 tấn/năm Hiện nay chỉ riêng nhà máy super phốt phát

và hoá chất Lâm Thao cũng có tới ba dây chuyền sản xuất axit sunfuric theophương pháp tiếp xúc đi từ S với công suất lên tới 240.000 tấn/năm Khai thác hếtcông suất thiết kế, cải tiến những mắt xích yếu trong dây chuyền công nghệ để đưanăng suất lên cao thiết kế, giảm tiêu hao vật chất và chi phí quản lí cho một tấn sảnphẩm, đảm bảo chất lượng sản phẩm theo tiêu chuẩn quốc tế, cải thiện điều kiện laođộng và môi trường là những yêu cầu cần thiết đối với những người quản lí vậnhành các dây chuyền sản xuất axit sunfuric ở nước ta hiện nay Những nhiệm vụsáng tạo trên đòi hỏi phải nắm vững bản chất các lí thuyết và những thành tựu mớinhất của công nghệ, thiết bị sản xuất axit sunfuric

2.1.1.2 Tình hình sản xuất axit sunfuric trên thế giới

Tình hình sản xuất acid sunfuric trên thế giới:

Bởi những đặc tính quan trọng của axit sunfuric và nhu cầu lớn của nền sảnxuất công nghiệp hóa học mà sản lượng axit này trên thế giới ngày càng tăng Dưới

Từ đồ thị biểu diễn, ta có thể thấy được sản lượng axit sunfuric từ năm 1900 –

2001 có sự tăng mạnh cũng như sản xuất rất nhiều lên tới hàng trăm triệu tấn, chothấy đây là nguồn nguyên liệu quan trọng trong công nghiệp sản xuất

Trong đó Mỹ được coi là một trong những nước sản xuất axit sunfuric lớnnhất trên thế giới Đây là đồ thị về sản lượng axit sunfuric mà Mỹ đã sản xuất ởnhững thập niên trước:

Hình 2.3 Sản lượng axit sunfuric trên thế giới

Theo Vn Express, hiện nay Trung Quốc cũng được coi là nước sản xuất H2SO4

lớn trên thế giới ở nước này phương pháp sản xuất đi từ quặng pyrit là chủ yếu

Theo Hiệp hội axit Trung Quốc năm 2003 Trung Quốc đã vượt Mỹ trở thành đứngđầu thế giới về sản xuất axit sunfuric với sản lượng 33,7 triệu tấn Sau đó đến năm

2004 sản lượng đã tăng lên 35 triệu tấn

Trong những năm 1995- 2005, tiêu thụ axit sunfuric trên thế giới đã tăng 29%

bất chấp viêc giảm 20% trong những năm 1988-1993.Theo đánh giá của các nhàchuyên môn thì tiêu thụ axit sunfuric trên thế giới sẽ tăng khoảng 2,6% trong giaiđoạn 2005 – 2010 nếu tình hình phát triển kinh tế trên thế giới vẫn ổn định như hiệnnay Các nước XHCN ở Châu á vẫn là thị trường chính, chiếm khoảng 23% lượngtiêu thụ trên thế giới, tiếp theo là Mỹ tiêu thụ khoảng 20% Các nước ở Châu Phi,Trung và Nam Mỹ, Tây Âu tiêu thụ khoảng 10% Trong năm 2005, cả thế giới tiêuthụ hết khoảng 190 triệu tần axit sunfuric tương đương với giá trị là 10 tỉ USD

Dưới đây là biểu đồ tiêu thụ axit sunfuric trên thế giới trong năm 2005

2.1.1.3 Tình hình sản xuất axit sunfuric trong nước

Tại Việt Nam axit sunfuric cũng được sản xuất rất rộng rãi để phục vụ cho nềncông ngiệp hóa học nước nhà Có thể kể đến 3 công ty sản xuất axit sunfuric lớntrong nước (số liệu lấy từ trang web của Sở khoa học công nghệ Bến Tre), đó là:

Nhà máy Super Phốt Phát Lâm Thao – Phú Thọ:

Sản xuất H2SO4 đi từ quặng pyrit phối trộn với lưu huỳnh hóa lỏng nhập khẩu

Chỉ bằng việc thay đổi tỉ lệ phối trộn nguyên liệu kết hợp cải tiến công nghệ đốt lò,nhà máy đã biến công nghệ cũ của Liên Xô thành dây chuyền sản xuất H2SO4 chưatừng có, tận dụng nguồn nguyên liệu pyrit trong nước và giảm triệt để chất thải gây

ô nhiễm Nhờ đó từ năm 1995 trở lại đây lượng axit sunfuric luôn đạt 360 tấn /ngày,bụi xỉ bay giảm xuống mức tiêu chuẩn, xỉ thải giảm từ 280 tấn xuống 80 tấn /ngày,thu hồi được toàn bộ lượng axit phải thải bỏ trước đây Tại đây H2SO4 được sảnxuất theo phương pháp tiếp xúc, chất xúc tác để oxi hóa SO2 thành SO3 là vanađioxit

Nhà máy Super Phốt Phát Long Thành:

Hàng năm sản lượng H2SO4 đạt khoảng 80.000 tấn /năm với nguyên liệu làquặng sulfua sắt, sản xuất theo phương pháp tiếp xúc (chất xúc tác là V2O5) Theobáo cáo của công ty Phân bón miền Nam, mặc dù giá lưu huỳnh nguyên liệu tăngmạnh nhưng để đáp ứng nhu cầu tăng đột biến, Nhà máy Super Phốt Phát LongThành thuộc Công ty vẫn đẩy mạnh sản xuất axit sunfuric ngay từ những ngày đầunăm Tính đến 25/1/2008 nhà máy đã sản xuất gần 7.000 tấn axit sunfuric, đạt trên10% kế hoạch cả năm và tăng gấp trên 3 lần so với cùng kỳ năm 2007

Nhà máy hóa chất Tân Bình:

Sản xuất H2SO4 kĩ thuật đi từ nguyên liệu lưu huỳnh theo phương pháp tiếpxúc H2SO4 tinh khiết được sản xuất bằng cách chưng cất H2SO4 kỹ thuật Ngày12/6/2008 trang www.vinachem.com.vn đã viết: Theo báo cáo của Ban Kế hoạch -Kinh doanh Tổng Công ty Hoá chất Việt Nam (TCT HCVN), để đáp ứng đủ axit

vẫn đảm bảo tốt tiến độ sản xuất axit sunfuric trên cơ sở vận hành thiết bị cao tải,chuẩn bị đủ nguyên liệu (lưu huỳnh) cho sản xuất.

Trong thời gian qua giá lưu huỳnh đã tăng cao đột biến, lên mức 700-800USD/tấn đã trực tiếp tác động mạnh đến giá thành sản phẩm axit, điều này làm cácnhà sản xuất gặp rất nhiều khó khăn về vốn, về hạch toán sản xuất, nhất là khi axitđược sử dụng trong sản xuất phân lân, sẽ làm đội giá sản phẩm phân lân trong bốicảnh phân bón phải thực hiện bình ổn giá theo chỉ đạo chung Ngoài ra, giá thànhaxit cao cũng sẽ ảnh hưởng đến các ngành khác như sản xuất ắc quy chì, sản xuấtphèn nhôm và nhiều sản phẩm khác

Sơ lược về công nghệ sản xuất axit sunfuric:

Có 2 phương pháp:

- Phương pháp tiếp xúc: dùng V2O5 hoặc K2O làm xúc tác

- Phương pháp tháp: dùng NO làm xúc tác, xảy ra trong tháp đệmPhương pháp tiếp xúc cho nồng độ axit cao (98 – 99%), tuy nhiên chi phí cao

Trong phương pháp tiếp xúc bao gồm: phương pháp tiếp xúc đơn và tiếp xúc kép

Ngày nay trên thế giới và trong nước sử dụng chủ yếu phương pháp tiếp xúc képvới xúc tác là V2O5

Phương pháp tháp chi phí đầu tư đơn giản nhưng nồng độ axit chỉ đạt 70 –75% Phương pháp này chỉ được dùng trong trường hợp sản xuất hỗn hợp axitsunfuric và nitric

Dù đi từ nguồn nguyên liệu nào thì quá trình sản xuất H2SO4 cũng tiến hànhtheo 4 giai đoạn chính:

Tạo SO2 bằng cách đốt nhiên liệu chứa STinh chế khí (làm sạch tạp chất có trong khí)Chuyển hóa SO2 thành SO3

2.1.2 Quy trình công nghệ sản xuất supe lân

* Nguyên liệu chính:

- Quặng apatit và axit sunfuric

- Quặng apatit: Được vận chuyển từ mỏ apatit Lào Cai do Công Ty Apatit LàoCai khai thác, vào Nhà máy bằng phương tiện đường sắt đến cảng Hải Phòng sau đótiếp tục vận chuyển bằng tàu thủy và đến cảng Nhà máy Apatit Lào Cai đưa vào sảnxuất là loại apatit nguyên khai, chưa làm giàu, không đồng nhất về kích thước vàphẩm chất, thường chiếm từ 81-90% Floapatit và phân bố không đều Các tạp chấtnhiều và không ổn định, độ ẩm cũng thường cao thấp bất thường

- Axit sunfuric: Được sản xuất tại dây chuyền sản xuất axit sunfuric của Nhàmáy Là một axit mạnh, tác dụng hầu hết được với các kim loại và oxit, tham giaphản ứng trao đổi và kết hợp với nước, được sử dụng rỗng rãi trong nhiều ngànhcông nghiệp do hoạt tính hóa học cao

0.16mm Bột apatit mịn được đưa đến bộ phận điều chế Tại đây bột apatit được đưavào thiết bị điều chế, trộn cùng với axit sunfuric với tỷ lệ quy định Sau thơi gianphản ứng thích hợi hỗn hợp (Supe tươi) được tháo xuống băng tải và được chuyểnvào kho ủ qua hệ thống băng tải và máy đánh tơi Tại kho ủ Supe lân tươi được cầutrục đảo trộn và ủ thành đống, sau thời gian đảo trộn và ủ thích hợp sản phẩm Supelân đạt đủ các yêu cầu về tính chất hóa lý, chất lượng được chuyển đến bộ phậnđóng bao để bán cho khách hàng

- Dưới đây là sơ đồ khối quy trình sản xuất:

2.1.3 Quy trình sản xuất Axit Sunfuric

Nguyên liệu chính: Lưu huỳnh Quy trình sản xuất:

Lưu huỳnh được nhập khẩu từ các nước Inđonesia, Singapor Về đến cảng Nhàmáy và được chuyển vào kho chứa lưu huỳnh của phân xưởng axit Lưu huỳnh(dạng tinh thể) được đưa đến thiết bị của bộ phận hóa lỏng, tại đây nhờ hơi nước cónhiệt độ từ 125oC đến 135oC, áp suất từ 6 – 7kg/cm2, do thiết bị nồi hơi cấp sang cho

bộ phận hóa lỏng Lưu huỳnh dạng bột bị nóng chảy và dần chuyển thành dạng lỏng Lưu huỳnh lỏng sau đó được bơm và phun vào lò (dạng sương mù) nhờ hệ thốngbét phun Với nhiệt độ quy định tại lò đốt (dạng lò đứng), lưu huỳnh tự bốc cháytrong lò và dần chuyển hóa hoàn toàn thành dạng khí SO2 Nhờ hệ thống quạt hútK201, khí SO2 được hút đến tháp tiếp xúc để thực hiện phản ứng tạo SO3, tại đâynhờ có chất xúc tác Vandioxit (V2O5) khí SO2 chuyển hóa thành khí SO3 và đượcđưa đến tháp hấp thụ để tác dụng với nước tạo thành axit sunfuric (H2SO4) Trongquá trình hấp thụ axit sunfuric tạo thành có nhiệt độ cao vì vậy người ta phải choaxit đi qua một hệ thống làm lạnh để hạ nhiệt độ của axit sau đó mới đưa về bồnchứa

Kho chứa apatit

Kho ủ Thiết bị điều chế

Thiết bị nghiền mịn Thiết bị sấy

Đóng bao

Hình 2.3 Sơ đồ quy trình sản xuất supe lân

Hơi nước

Khí thải

2.2 Giới thiệu công nghệ sản xuất axit sunfuric

Nhà máy Super Phốt Phát Long Thành có 2 dây chuyền sản xuất axit sunfuricđều sản xuất từ S nguyên tố bằng phương pháp tiếp xúc với công suất 40.000tấn/năm

Nguyên liệu: Lưu huỳnh rắn dạng cục hay dạng vẩy, độ tinh khiết 99.9%

Quá trình gồm 4 giai đoạn chính:

- Nấu chảy lưu huỳnh rắn

- Oxy hóa lưu huỳnh lỏng tạo SO2

- Oxy hóa SO2 thành SO3 trên xúc tác V2O5

Kho chứa lưu huỳnh Hóa lỏng Lò đốt

Tháp tiếp xúc Nồi hơi

Tháp hấp thu

Bồn chứa

H 2 SO 4 Dàn làm lạnh

Quạt K201

Hình 2.3 Sơ đồ quy trình sản xuất axit sunfuric

- Hấp thụ SO3 thành H2SO4.Sản phẩm là H2SO4 98,3%.

2.2.1 Nguyên liệu và nhiên liệu

* Lưu huỳnh:

Lưu huỳnh là một loại nguyên liệu được dùng sớm nhất và tốt nhất Lưuhuỳnh làm đơn giản được quá trình công nghệ, tiết kiệm được kinh phí đầu tư, tiếtkiệm được chi phí nguyên liệu do lưu huỳnh có giá thành không cao

Khi đốt lưu huỳnh ta thu được hỗn hợp khí có hàm lượng SO2 và O2 cao Điềunày rất quan trọng trong quy trình sản xuất axit sunfuric theo phương pháp tiếp xúc

Lưu huỳnh chứa rất ít tạp chất đặc biệt là asen và khi cháy không tạo xỉ nêndây chuyền sản xuất được rút ngắn rất nhiều

Lưu huỳnh chủ yếu được chế tạo từ lưu huỳnh thiên nhiên, có nhiều phươngpháp tách lưu huỳnh ra khỏi quặng: phương pháp tuyển nổi để tách lưu huỳnh: lấylưu huỳnh trực tiếp từ mỏ dầu bằng cách dùng nước trực tiếp nấu chảy lưu huỳnhtrong quặng ngay tại các giếng khoan, sau đó dùng không khí để lấy lưu huỳnh lên

Trong khí thải các ngành công nghiệp luyện kim màu, gia công dầu mỏ, khíthiên nhiên, khí dầu mỏ… cũng chứa nhiều hợp chất của lưu huỳnh (H2S, SO2, CO2,

…) Khí CO2, H2S sau khi tách hợp chất có thể sản xuất trực tiếp axit sunfuric haysản xuất lưu huỳnh Nhà máy Super Phốt Phát Long Thành chọn lưu huỳnh nguyên

tố làm nguyên liệu sản xuất axit sunfuric

* Tính chất của lưu huỳnh:

Tinh thể lưu huỳnh rất phức tạp Phụ thuộc vào các điều kiện cụ thể, các thùhình của lưu huỳnh tạo thành vài cấu trúc tinh thể khác nhau, với các dạng hìnhthoi và xiên đơn S8 là các dạng được nghiên cứu kỹ nhất

Lưu huỳnh có phân tử lượng là 32.06 đvC Ở nhiệt độ thường lưu huỳnh ở haidạng thù hình

Bảng 1.1 Tính chất của lưu huỳnh

Tính chất Tinh thể hình thoi Tinh thể hình khối

Đặc biệt lưu huỳnh dẫn nhiệt và dẫn điện kém, không hòa tan trong nước Khichảy lỏng thể tích tăng lên 15% Ở 1200C, lưu huỳnh là chất lỏng màu vàng, linhđộng, độ nhớt thấp Nếu nhiệt độ tăng lên thì độ nhớt cũng tăng Ở 1600C, lưuhuỳnh có màu nâu và ở 1900C có màu nâu rất thẫm và trị số độ nhớt thấp nhất

Nhưng nếu cứ tăng nhiệt độ tiếp tục độ nhớt của lưu huỳnh lại tăng dần và đến

3000C là độ nhớt thấp nhất và kém linh động, đến 4460C lưu huỳnh sẽ sôi lên Ởđiều kiện bình thường lưu huỳnh dạng S8, S6, S4, S2 khi nhiệt độ tăng cao thì hàmlượng S2 tăng và màu của hơi lưu huỳnh cũng đổi Ở gần điểm sôi lưu huỳnh cómàu da cam, ở nhiệt độ cao hơn có màu đỏ, chuyển sang màu ánh sáng ở 6500C

Hơi của lưu huỳnh ở màu vàng đỏ ở 9000C chỉ có dạng S2 nhưng khi hạ nhiệt

độ xuống còn 8000C S2 chuyển thành S6 và S8.Nhiệt độ bốc cháy của lưu huỳnh là 160 – 2600C nhưng tốc độ cháy còn nhỏ

Cần chú ý trong quá trình bốc dỡ lưu huỳnh từ tàu biển lên, tránh va chạm kim loại

dễ làm lưu huỳnh bốc cháy

Như trên đã nói, dây chuyền sản xuất Nhà máy chọn lưu huỳnh rắn làmnguyên liệu và phải đảm bảo các tạp chất có trong lưu huỳnh không vượt quá:

- Hàm lượng asen không quá 0.0005%

- Hàm lượng bitum không quá 0.2% Nếu hàm lượng bitum vượt quá 0.2% khicháy trong lò đốt lưu huỳnh tạo thành CO và H O, khi ở nhiệt độ 2700C hơi

nước sẽ kết hợp với SO3, tạo thành mù axit ở tháp hấp thụ gây ô nhiễm môi trường.

* Không khí:

Không khí chứa 21% oxy và 79% nitơ Oxy dùng trong oxy hóa lưu huỳnh (S)thành SO2 và oxy hóa SO2 thành SO3 với sự có mặt của xúc tác V2O5 Không khíphải được lọc sạch bụi ở tháp sấy bằng axit sunfuric đến độ ẩm chỉ còn nhỏ hơn0.01% hay 0.08g/m3 khí, nếu vượt quá độ ẩm này sẽ sinh ra nhiều mù axit ở thấphấp thụ

Dùng để khởi động xưởng, mỗi lần khởi động dùng hết 6 – 8 m3

2.2.2 Các nguồn nguyên liệu khác

Nguyên liệu sản xuất axit sunfuric rất phong phú và đa dạng Ngoài nguồnnguyên liệu là lưu huỳnh nguyên tố ta có thể dùng một số nguồn khác: quặng pyritsắt, muối sunfat, hydrosunfua (H2S) và một số chất thải khác.

Nhìn chung lưu huỳnh vẫn là loại nguyên liệu mang đến hiệu quả sản xuất caonhất và đơn giản được quy trình công nghệ

* Quặng pyrit sắt:

Pyrit thông dụng: Thành phần chủ yếu là FeS2, hàm lượng lưu huỳnh là53.44% và sắt là 46.56% Là một khoáng vật màu xám, khối lượng đổ đống khoảng

2200 – 2400 kg/m3, trong có lẫn nhiều tạp chất như: hợp chất của Cu, Zn, Ag, Se,

Si, các muối cacbonat, sunfat canxi,… Vì vậy hàm lượng lưu huỳnh trong quặngkhoảng 30 – 52%

Có thể khai thác quặng ở Giáp Lai – Vĩnh Phú với hàm lượng thấp 20 – 30%

S, trữ lượng không lớn lắm

Pyrit từ tính: Loại này gần giống với loại pyrit thông dụng, thường gặp là

Fe7S8 gọi là Pyrotin Hàm lượng lưu huỳnh thấp nên kỹ thuật đốt lò cũng hơi khácvới loại quặng thông dụng

Pyrit tuyển nổi: Là loại quặng thu được trong quá trình làm giàu quặng theophương pháp tuyển nổi Cứ tuyển 100 tấn quặng thu được 80 – 85 tấn pyrit loại này

Nhưng loại này có kích thước rất nhỏ và độ ẩm khá lớn nên gây khó khăn cho quátrình vận chuyển và đốt Vì vậy trước khi sử dụng phải làm giảm hàm ẩm xuống

Phương pháp dùng H2S trực tiếp sản xuất ra axit sunfuric gọi là phương pháptiếp xúc ướt, khác với phương pháp tiếp xúc khô ở chỗ hỗn hợp khí đưa vào thiết bịoxy hóa có cả hơi nước.

H2S + 3/2 O2 → SO2 + CO2 + QKhí H2S được lấy từ dầu mỏ hay trong khí luyện than cốc Thu hồi lượng H2Snày không những có ý nghĩa kinh tế mà còn đảm bảo vệ sinh công nghiệp

* Các chất thải có chứa lưu huỳnh:

- Khí lò luyện kim màu:

Khí lò trong quá trình đốt cháy kim loại màu như: quặng đồng, kẽm, thiếc,

…có chứa nhiều SO2 Đây là nguồn nguyên liệu rẻ tiền để sản xuất axit sunfuric

Ngoài ra việc thu hồi SO2 trong khí lò còn tăng cường bảo vệ sức khỏe cho côngnhân và người dân xung quanh nhà máy

- Khói lò:

Khi đốt than trong lò của các nồi hơi, lưu huỳnh và các hợp chất của nó cótrong than sẽ chuyển thành SO2 Đây là nguồn nguyên liệu đáng kể để sản xuất axitsunfuric từ SO2 nghèo

- Axit sunfuric thải:

Sau khi dùng axit sunfuric làm tác nhân hút nước, tinh chế dầu mỏ, sunfohóa các hợp chất hữu cơ,…sẽ thu được chất thải chứa 20 – 50% H2SO4 Trong côngnghệ gia công kim loại, chế tạo máy và khi sản xuất TiO2 cũng có nhiều H2SO4

trong chất thải

Có 3 hướng sử dụng chất thải này:

- Tách các hợp chất rồi cô đặc thu hồi axit sunfuric

- Phân hủy nhiệt thu hồi khí SO2 sản xuất axit sunfuric

- Sử dụng trực tiếp vào những việc không cần axit sạch

2.2.3 Đặc điểm công nghệ chung cho sản xuất axit 2.2.3.1 Quá trình hóa lỏng lưu huỳnh

Bể hóa lỏng lưu huỳnh để hở, gồm 3 ngăn:

- Ngăn 1: Hóa lỏng lưu huỳnh bằng hệ thống ống lồng ống, hơi nước bão hòa

đi trong ống, gia nhiệt cho lưu huỳnh rắn đi bên ngoài

- Ngăn 2: Lưu huỳnh lỏng được dẫn sang bể lắng để xảy ra quá trình lắng tựnhiên, các hạt bụi thô được lắng dưới tác dụng của trọng lực

- Ngăn 3: Lưu huỳnh lỏng sau khi được lắng tự nhiên sẽ chảy tràn sang ngănnày Quá trình này được xem tương đương một quá trình lọc nhằm tách thêm mộtphần bụi mịn từ quá trình hóa lỏng quặng

Lưu huỳnh rắn sau khi hóa lỏng sẽ được bơm răng khía bơm qua béc phun đivào lò đốt Trên đường ống dẫn lưu huỳnh lỏng từ ngăn 3 đến lò đốt vẫn sử dụng hệthống ống lồng ống để duy trì nhiệt độ của lưu huỳnh tránh lưu huỳnh bị giảm nhiệt

độ gây tắc ống Đường ống dẫn lưu huỳnh đến lò đốt được đặt nghiêng một góc 450

nhằm tránh việc ngừng máy hay ngừng hệ thống khi đại tu, sửa chữa hay khi có sự

cố xảy ra lưu huỳnh lỏng tự chảy về ngăn 3 do trọng lực Tránh tình trạng tắc ốngkhi lưu huỳnh nguội đóng rắn

2.2.3.2 Quá trình oxy hóa lưu huỳnh thành SO 2

S + O2 → SO2 + 297,322 kJ/molĐây là phản ứng tỏa nhiệt, giảm thể tích do đó để tăng lượng SO2 tạo ra ta cóthể:

- Tăng lượng oxy trong không khí vào lò đốt

- Giảm nhiệt độ

Tuy nhiên, nếu tăng quá nhiều oxy thì nồng độ SO2 sẽ giảm do hỗn hợp ra lòđốt còn quá nhiều không khí

Ta phải duy trì nhiệt độ lưu huỳnh nóng chảy ở 1400C vì ở nhiệt độ này lưuhuỳnh có độ nhớt thấp Để tránh đóng rắn lưu huỳnh (t0 = 119,30C) làm tắc ống bécphun ta phải gia nhiệt cho lưu huỳnh bằng hơi nước Để tránh tạo mù Axit ở cáccông đoạn sau ta phải sấy khô không khí trước khi đưa vào lò đốt Lượng hơi nướctrong không khí khô không quá 0,01% thể tích.

Có thể xảy ra hiện tượng lưu huỳnh thăng hoa do lưu huỳnh chưa cháy hết, khilàm nguội khí chứa lưu huỳnh thì lưu huỳnh sẽ đóng rắn lại gây tắc thiết bị hay ốngdẫn Nguyên nhân dẫn đến tình trạng này là do thiếu không khí hay do nhiệt độcháy quá thấp và thường xảy ra khi khởi động hay dừng xưởng Để tránh tình trạng

đó người ta thường tiến hành đốt dầu DO trước khi phun lưu huỳnh vào đốt, nhằmsấy hệ thống tạo độ đồng đều trong hệ thống đồng thời chống sự nóng cục bộ khiđốt nóng lưu huỳnh (do lưu huỳnh cháy tỏa nhiệt rất mạnh) Nếu khi đốt lưu huỳnh

có màu vàng sáng thì lưu huỳnh cháy hoàn toàn còn có màu da cam tối hay nâu làlưu huỳnh chưa cháy hết

2.2.3.3 Tháp chuyển hóa SO 2 thành SO 3

Tháp này được gọi là tháp tiếp xúc, khí SO2 sau khi đã lọc bụi và các tạp chất

có hại cho xúc tác sẽ cùng với không khí đi qua xúc tác và được oxy hóa thành SO3

SO2 + 1/2O2 → SO2 + QQuá trình này là quá trình tỏa nhiệt (thay đổi theo nhiệt độ) và giảm thể tíchlàm tăng áp suất và giảm nhiệt độ dẫn đến mức chuyển hóa cân bằng tăng

Trong điều kiện sản xuất, tốc độ oxy hóa có ý nghĩa rất lớn vì nó quyết địnhlượng SO2 oxy hóa trong một đơn vị thời gian trên một đơn vị thể tích xúc tác,quyết định được lượng xúc tác cần dùng, kích thước tháp chuyển hóa, các chỉ tiêukinh tế kỹ thuật khác,…

Tốc độ quá trình oxy hóa SO2: k = ko.exp(-E/RT)Trong đó:

- E: năng lượng hoạt hóa, J/mol

- E/RT: biểu thị phần phân tử có năng lượng ≥ E ↔ phần va chạm có hiệu quảdẫn đến việc tạo thành phân tử SO3

Khi tăng nhiệt độ và giảm năng lượng hoạt hóa thì hằng số tốc độ tăng

Trong hệ thống đồng thể không xúc tác: Phản ứng này có E rất lớn(≈120kJ/mol) do đó tốc độ phản ứng vô cùng chậm có thể xem phản ứng không xảy

ra ở nhiệt độ cao Vì khi đó cần có một năng lượng rất lớn để có thể phá vỡ nhữngliên kết giữa các nguyên tử O2 trong phân tử, sau khi nguyên tử O2 mới tham giaphản ứng với SO2:

SO2 + ½ O2 = SO3 – 148.3 kJ/mol

2.2.3.4 Quá trình hấp thụ SO 3

Là quá trình tách SO3 ra khỏi hỗn hợp khí và chuyển thành H2SO4 Tùy theohỗn hợp khí có chứa hơi nước hay không mà quá trình tách là khác nhau Nếu hỗnhợp khí trước khi vào tháp tiếp xúc đã được sấy khô thì quá trình tách là quá trìnhhấp thụ còn nếu hỗn hợp khí đi thẳng vào tháp tiếp xúc mà không sấy thì quá trìnhtách là quá trình ngưng tụ H2SO4 (thường dùng axit < 95%) Trường hợp hấp thụthường xảy ra hơn

Đầu tiên SO3 hòa tan vào dung dịch axit và sau đó phản ứng với nước:

nSO3 + H2O = H2SO4 + (n – 1) SO3

Tùy theo tỷ lệ giữa SO3 và H2O mà nồng độ axit thu được sẽ khác nhau

- Khi n > 1 sản phẩm là oleum

- Khi n < 1 sản phẩm là monohydrate (axit sunfuric 100%)

- Khi n = 1 sản phẩm là dung dịch loãngThường người ta có xu hướng sản xuất ở dạng oleum hơn (dễ bảo quản, vậnchuyển)

Trong tháp đệm, quá trình hấp thụ được thực hiện trên bề mặt đệm, bề mặtđệm càng lớn → đường kính tháp sấy càng lớn → tăng vốn đầu tư.

Khi vận chuyển khí trong tháp tăng → tăng cường độ hấp thụ Nhưng khi vậntốc khí cao → cuốn theo nhiều tia bắn và sức cản cơ học của thép tấm tăng

Khi tăng nồng độ axit, hệ số hấp thụ tăng và áp suất hơi bão hòa trên axit giảm

→ tăng lực hấp thụ → bề mặt đệm giảm nhiều Khi nồng độ axit bằng 93% thì bềmặt đệm giảm nhiều, khi tăng nồng độ axit thì bề mặt đệm giảm đáng kể Để giảmlượng SO3 bị mất và bảo vệ môi trường thì hiệu suất chuyển hóa SO3, gần như hoàntoàn Quá trình hấp thụ SO3 xảy ra tốt nhất là ở nhiệt độ thấp và khi nồng độ axit là98.3% Khi đó cả tốc độ hấp thụ và hiệu suất hấp thụ đều đạt giá trị cực đại

Đối với axit nồng độ nhỏ hơn 98.3% tỷ lệ hơi nước và axit trong hơi bão hòanhiều hơn trong pha lỏng Khi tưới axit này lên hỗn hợp khí SO3 thì đồng thời quátrình hấp thụ khí SO3 trong pha lỏng còn có quá trình tạo hơi H2SO4 trong pha khí

do SO3 tác dụng với nước Nồng độ axit tưới càng nhỏ, áp suất riêng phần của hơinước càng lớn → hơi axit tạo thành càng nhiều và khi quá trình bão hòa S > S tới hạn

sẽ xảy ra hiện tượng tạo mù (mù trong tháp) Vì tốc độ hấp thụ mù rất nhỏ nên đa số

mù bị khí thải kéo ra ngoài → hiệu suất hấp thụ SO3 giảm và tổn thất SO3 tăng

Nhiệt độ càng cao → lượng hơi nước bay hơi từ dung dịch axit càng nhiều →tốc độ tạo mù càng lớn → tốc độ, hiệu suất hấp thụ giảm

Nếu dùng dung dịch axit lớn hơn 98.3%, hơi trên đó có cả SO3 Nồng độ axitcàng lớn thì áp suất riêng phần của SO3 lớn → động lực hấp thụ, tốc độ hấp thụgiảm Mà khi áp suất riêng phần của SO3 sau khi hấp thụ tăng làm tổn thất SO3 theokhí thải tăng và hiệu suất hấp thụ giảm Khi đó SO3 ra ngoài theo khí thải sẽ kết hợpvới hơi nước trong không khí và tạo mù (mù ngoài ống khí thải)

Nhiệt độ càng cao thì áp suất riêng phần càng lớn → hiệu suất và tốc độ càng