Đánh giá công nghệ sản xuất axit sunfuric nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường

Đánh giá công nghệ sản xuất axit sunfuric nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường Đánh giá công nghệ sản xuất axit sunfuric nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường Đánh giá công nghệ sản xuất axit sunfuric nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

B Ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Nguy ễn Thành Công

ĐÁNH GIÁ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC NHẰM

Hà N ội, 2006

B Ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Nguy ễn Thành Công

ĐÁNH GIÁ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC NHẰM GIẢM

Chuyên ngành: K ỹ thuật môi trường

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

ĐẶNG KIM CHI

Hà N ội, 2006

Công nghiệp phát triển đã đưa lại nhiều sản phẩm phục vụ con người nhưng cũng

đồng thời cũng đưa đến sự cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên và phát sinh các chất thải gây ô nhiễm môi trường Công nghiệp càng phát triển, sản phẩm thu nhập càng nhiều thì môi trường sống lại càng ô nhiễm nghiêm trọng

Trong những năm gần đây nền công nghiệp thế giới đã phát triển đến một trình độ kỹ thuật cao và con người cũng đã ý thức được sự phát triển cộng đồng, lâu dài - đó là sự phát triển bền vững của xã hội Mối quan hệ giữa "Phát triển kinh tế " và "Bảo vệ môi trường" đã

được quan tâm đến như những vấn đề mang tính cấp thiết, có ý nghĩa toàn cầu Việc tìm ra

được một giải pháp làm hài hoà giữa hai mặt trên là một trong những hướng mà các nhà nghiên cứu cần phải giải quyết Đánh giá công nghệ – môi trường là một hướng đi phù hợp

để có thể giải quyết được vấn đề trên Tuy nhiên việc áp dụng công cụ đánh giá công nghệ môi trường vào thực tế đòi hỏi phải có những kiến thức và trình độ khoa học kỹ thuật nhất

định cũng như phải có sự đầu tư về tài chính và nhân lực

Công nghệ vừa là nguyên nhân và vừa là một bộ phận quan trọng của hoạt động đánh giá những tác động và ảnh hưởng đến môi trường Nhờ đánh giá công nghệ và môi trường, ta thấy nổi lên hai mục đích chính: Thứ nhất là nhận dạng những hệ quả mong muốn hoặc không mong muốn của việc sử dụng công nghệ trong một phạm vi rộng lớn, thứ hai là khai thác những hướng khả thi để có thể phát triển và áp dụng công nghệ

Quy trình đánh giá công nghệ môi trường là một công cụ thực hiện cụ thể một số giải pháp nhằm tập trung vào việc giảm thiểu chất thải tại nguồn thông qua việc phân tích, đánh giá các nội dung, cải tiến thiết bị và thay đổi công nghệ Việc thực hiện đánh giá công nghệ môi trường thường được tiến hành đối với một đối tượng cụ thể, đó có thể là một chủng loại sản phẩm, một loại hình công nghệ hay có thể là một cơ sở sản xuất cụ thể

Trong những năm gần đây, được sự quan tâm đầu tư của nhà nước, sản lượng axít sunfuric của nước ta không ngừng tăng lên Tới năm 2005 công suất các cơ sở sản xuất axít sunfuric ở nước ta là 360.000 tấn/năm Do xu thế hội nhập trên thế giới và chủ trương đổi mới công nghệ trong sản xuất, phát triển sản xuất axít sunfuric là một điều tất yếu Song xét trong công nghiệp hoá chất nói riêng và sản xuất axít sunfuric nói riêng cần phải quan tâm

khí SO2, SO3 ) nên việc khai thác hết công suất, cải tiến những mắt xích yếu trong dây truyền, giảm tiêu hao vật chất và chi phí quản lý cho một đơn vị sản phẩm, đảm bảo chất lượng sản phẩm theo tiêu chuẩn quốc tế đồng thời cải thiện điều kiện lao động và môi trường

là những yếu tố cần thiết đối với những người quản lý vận hành các dây truyền axít sunfuric

ở nước ta

Những nhiệm vụ sáng tạo trên đòi hỏi phải nắm vững bản chất lý thuyết và những thành tựu mới nhất cuả công nghệ, thiết bị sản xuất axít sunfuric trên thế giới Để phát triển bền vững ngành công nghiệp hoá chất nói chung và sản xuất axít sunfuric nói riêng cần thiết phải có các bước đánh giá toàn diện về sự phát triển sản xuất cũng như những ảnh hưởng môi trường và đề ra các giải pháp phòng ngừa, giảm thiểu ô nhiễm, xem xét các cơ hội áp dụng công nghệ sạch vào sản xuất

Nhiệm vụ chính của bản Luận văn Thạc sỹ này là: “Đánh giá quan hệ công nghệ và môi trường và đề xuất biện pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường cho công nghệ sản xuất axít sunfuric”:

Mục tiêu nghiên cứu:

• Xây dựng phương pháp luận đánh giá công nghệ môi trường, áp dụng thực tế cho

điều kiện ở một số ngành công nghiệp tại Việt Nam

• Đánh giá công nghệ sản xuất axít sunfuric và trên cơ sở đó xác định các tác động môi trường, đánh giá và định lượng chất thải do công nghệ sản xuất gây ra

• Phân tích đánh giá quan hệ công nghệ và chất thải của các loại hình công nghệ sản xuất axít sunfuric

• Phân tích, đánh giá và đề xuất các biện pháp giảm thiểu ô nhiểm môi trường và sản xuất sạch hơn đồng thời xem xét cơ hội áp dụng các biện pháp này vào thực tế sản xuất của các Xí nghiệp axít - Công ty Supe Phốt phát và Hoá chất Lâm Thao

Mặc dù trong quá trình thực hiện, tôi đã cố gắng rất nhiều trong việc tìm tài liệu nghiên cứu, tham khảo các điều kiện thực tế, trình bày khoa học logic, song không thể tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy tôi rất mong nhận những ý kiến đóng góp quý báu của bạn đọc,

đặc biệt là của các thầy cô giáo để bản Luận văn tốt nghiệp này được hoàn thiện hơn

Mục lục 1

I.1.4 Mục đích của đánh giá công nghệ môi trường 8 I.2 Quan hệ giữa EnTA và các công cụ đánh giá quản lý môi trường khác 8 I.2.1 Phân tích vòng đời sản phẩm và đánh giá công nghệ môi trường 9 I.2.2 Đánh giá tác động môi trường và đánh giá công nghệ môi trường 9 I.2.3 Đánh giá công nghệ môi trường và sản xuất sạch hơn 10

I.3.1 Chuẩn bị đánh giá công nghệ môi trường 15

I.3.6 Hoàn thiện đánh giá công nghệ môi trường 19

II.3.3 Hấp thụ SO3 thành H2SO4 27

II.4.1 Công nghệ sản xuất từ nguyên liệu quặng pyrit 27 II.4.2 Công nghệ sản xuất từ nguyên liệu lưu huỳnh 34 II.5 Các vấn đề môi trường trong sản xuất axit sunfuric 40

III.1 Đặc trưng chất thải từ quá trình sản xuất axit sunfuric 44

III.3.2 Phân tích đánh giá so sánh thiết bị 52 III.3.3 Đánh giá so sánh định mức năng lượng nguyên liệu 53 III.3.4 Đánh giá so sánh về hiệu quả sử dụng năng lượng 54 III.3.5 Đánh giá về phân bố áp suất của pha khí 56

III.6 Đánh giá so sánh các tác động môi trường 60

Chương IV: Phân tích đánh giá các giải pháp giảm thiểu

IV.1 Phương pháp tiếp cận để giảm thiểu ô nhiễm môi trường 63

IV.3 Đánh giá lựa chọn các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường 65 IV.3.1 Phân tích đánh giá công đoạn hoá lỏng lưu huỳnh 65 IV.3.2 Phân tích đánh giá bộ phận lò đốt – nồi hơi 65 IV.3.3 Phân tích đánh giá năng lực của bộ phận tiếp xúc 68 IV.3.4 Đánh giá năng lực bộ phận sấy - hấp thụ 76

IV.4.2 Đề xuất các phương án xử lý chất thải 81

IV.7 Giải pháp tổng thể về công nghệ nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi

IV.7.1 Sơ đồ công nghệ phù hợp và thân thiện với môi trường 88 IV.7.2 Mô tả và thuyết minh sơ đồ công nghệ 89

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

1 Trung tâm Bồi dưỡng và Đào tạo Sau đại học, Một số hướng dẫn chung đối với Luận văn cao học, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội - 2006

2 Đỗ Bình, Công nghệ Axit sunfuric, Khoa Công nghệ hoá học - Trường Đại học Bách

Khoa Hà Nội - 2001

3 Đặng Kim Chi, Hoá học môi trường, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật - 2003

4 Nguyễn Bin, Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hoá chất và thực phẩm, Tập 1

– Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật- 2002

5 Đặng Kim Chi, Nguyễn Thị Thu Hiền, Xây dựng tiêu chí đánh giá công nghệ xử lý ô nhiễm môi trường tại làng nghề và các cơ sở sản xuất nhỏ tại Việt Nam, Viện Khoa

học và Công nghệ Môi trường – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

6 Công ty Supe phốt phát và Hóa chất Lâm Thao, Báo cáo đánh giá tác động môi trường –1995, 2001

7 Công ty Supe phốt phát và Hóa chất Lâm Thao, Bản chỉ dẫn vận hành kỹ thuật các dây chuyền sản xuất – Lâm Thao tháng 6/2004

8 Công ty Supe phốt phát và Hóa chất Lâm Thao, Báo cáo nghiên cứu xử lý hơi lưu huỳnh tại công đoạn hoá lỏng – Lâm Thao tháng 5/2004

9 Công ty Supe phốt phát và Hóa chất Lâm Thao, Dự án đầu tư cải tạo dây chuyền Axit

số 2 sang tiếp xúc kép, Tổng Công ty Hoá chất Việt Nam, Công ty thiết kế Công

nghiệp Hoá chất -CECO – 6-2006

10 Institute of Environmental Technology, Environmental Technlogy in Water Pollution Prevention - Hanoi, Viet Nam 2004

11 John E Hay, Anticipating the Environmental Effects of Technology, United Nations

Environment Programme – Division of Technology, Industry and Economics

12 International Environmental Technology Centre – UNEP, EnTA – User–s Guide,

Osaka, Japan – 2002

Economics, Environmental Technology Assessment (EnTA), Manila, Republic of the

Philippines – February – 2000

14

Các công nghệ mới và các công nghệ hiện có đều hướng tới mục tiêu bảo vệ môi trường, phát triển bền vững, ổn định nền kinh tế xã hội… Để đạt được những mục tiêu này đòi hỏi phải hoàn thiện các công nghệ hiện tại, thay thế các công nghệ cũ kỹ lạc hậu tạo ra các loại hình công nghệ thân thiện với môi trường hơn nữa

Công nghệ thân thiện với môi trường là các công nghệ hướng tới sự giảm thiểu ô nhiễm, bảo vệ môi trường, sử dụng hiệu quả và hợp lý các nguồn tài nguyên thiên nhiên, tuần hoàn và tái chế chất thải cũng như sản phẩm Hơn thế nữa, việc áp dụng công nghệ thân thiện với môi trường còn thúc đẩy sự phát triển kinh tế - văn hoá - xã hội và môi trường Những loại hình công nghệ như vậy là một hệ thống bao hàm các biện pháp kỹ thuật, sản phẩm dịch vụ, thiết bị cũng như việc tổ chức và quản lý sản xuất Để có được những công nghệ như vậy cần thiết phải có những sự đánh giá, chuyển đổi và thay thế các công nghệ hiện tại, đáp ứng các yêu cầu như phát triển nguồn nhân lực, sự chuẩn bị

về cơ sở vật chất, khoa học kỹ thuật và các yêu cầu khác

Các công nghệ mới và công nghệ được cải thiện luôn luôn được xem xét ưu tiên ứng dụng khi tiến hành đầu tư cho một dự án mới, đặc biệt là khi xét đến khía cạnh giảm thiểu các tác động về an toàn và sức khoẻ con người, ô nhiễm môi trường

Tuy nhiên việc nghiên cứu tạo ra một loại hình công nghệ mới hoàn toàn là công việc hết sức khó khăn và cần phải có những sự đầu tư lâu dài Chính vì vậy, khi có một phương pháp phù hợp để đánh giá, tính toán các đặc điểm công nghệ nhằm tối ưu hoá các điều kiện sản xuất, chế độ kỹ thuật, xây dựng phương pháp quản lý và tổ chức sản xuất phù hợp, chúng ta sẽ tạo ra một công nghệ trên cơ sở của công nghệ hiện tại nhưng

có những tác động đến môi trường là nhỏ nhất Điều đó có nghĩa là ta đã có được công nghệ phù hợp và thân thiện với môi trường

I.1 Đánh giá công nghệ môi trường (EnTA)

I.1.1 Định nghĩa

Đánh giá công nghệ – môi trường (Environmental Technology Asessment – EnTA) là một quá trình bao gồm việc phân tích sự phát triển của công nghệ và hệ quả của nó, xác định các thuộc tính của công nghệ nhằm tập trung vào quan hệ của nó với môi trường, thực hiện sự phát triển bền vững trên cơ sở phát triển kinh tế - văn hoá - xã hội

Đánh giá công nghệ – môi trường giúp vạch định chính sách, kế hoạch, ra quyết

định cho chính phủ, các tổ chức, cá nhân, các uỷ ban cũng như các nhà đầu tư tiến tới thống nhất một loại hình công nghệ có vai trò ngăn ngừa và giảm thiểu ô nhiễm môi trường đồng thời đảm bảo phát triển về mặt kinh tế

I.1.2 Đối tượng áp dụng

Đánh giá công nghệ môi trường được áp dụng đối với các đối tượng sau:

Người ra quyết định và các nhà quản lý công nghiệp: Thực hiện các hành động bảo vệ môi trường trên một phạm vi rộng hơn nhằm tuân thủ pháp luật và tránh được các chi phí không cần thiết

Người lập kế hoạch phát triển và các quan chức chính phủ: Nhằm chắc chắn rằng những tác động của việc phát triển công nghệ là cơ bản và thuận lợi nhất

Các uỷ ban, các tổ chức phi chính phủ: Nhằm chắc chắn rằng quyền lợi và trách nhiệm của các cá nhân và tập thể khi áp dụng công nghệ mới

Tất cả các cá nhân và các tổ chức với cam kết về phát triển bền vững: Nhằm chắc chắn rằng các tác động môi trường là nhỏ nhất khi công nghệ mới được thông qua và áp dụng

I.1.3 Tính chất và đặc điểm

a Tính chất:

Là một công cụ chất lượng cao nhằm giảm thiểu yêu cầu đối với dữ liệu kỹ thuật một cách chi tiết Trong EnTA chứa đựng yếu tố giao tiếp nhằm đạt tới sự nhất trí trong việc ra quyết định giữa chủ đầu tư và người thiết kế

Cũng giống như sản xuất sạch hơn, EnTA quan tâm đến việc ngăn ngừa ô nhiễm

và các vấn đề môi trường hơn là giải quyết và khắc phục chúng (giảm thiểu tại nguồn) EnTA có tính chặt chẽ cao, thể hiện qua sự hài hoà giữa điều kiện và yêu cầu của các quá trình kinh tế kỹ thuật, môi trường được xem xét đồng thời

EnTA bao gồm việc đơn giản hoá mối quan hệ tương hỗ giữa công nghệ và môi trường và kết quả của mối quan hệ đó Xem xét ảnh hưởng môi trường của toàn bộ hệ thống công nghệ bao gồm cả việc sử dụng tài nguyên, nguyên liệu, chất thải trong toàn

bộ vòng đời sản phẩm

b Đặc điểm:

EnTA tập trung vào công nghệ; xem xét đánh giá công nghệ dựa trên các tiêu chí

về môi trường Đây là công cụ nhằm thiết kế theo hướng ngăn ngừa, giảm thiểu và thay thế; tập trung vào cấp độ xí nghiệp, cơ sở sản xuất hơn là chính sách quốc gia

Việc áp dụng EnTA là tương đối đơn giản - linh hoạt và có hiệu quả cao vì nó hướng tới lợi ích của các chủ đầu tư;

EnTA là một công cụ hiệu quả - được sử dụng nhiều trong giai đoạn đầu từ khi hình thành ý tưởng cho dự án, còn sau khi đã triển khai dự án nó thích hợp với việc xác

định các tác động môi trường; có tính chất tổng hợp và toàn diện – chú ý đến toàn bộ chu kỳ vòng đời sản phẩm và việc triển khai trên phạm vi rộng của hệ thống công nghệ;

EnTA được xem như là một công cụ quản lý môi trường tiên phong đồng thời

đây cũng là một công cụ tự nguyện không phải là công cụ pháp luật bắt buộc;

I.1.4 Mục đích của đánh giá công nghệ môi trường

Mô tả công nghệ được xem xét, đề xuất những lựa chọn thay thế có giá trị;

Mô tả các tác động môi trường (an toàn, sức khoẻ, ô nhiễm môi trường tự nhiên, xã hội….) do công nghệ sản xuất gây ra;

Đưa ra các kết quả về công nghệ, kỹ thuật phù hợp và thân thiện với môi trường nhưng vẫn đảm bảo khả năng đáp ứng yêu cầu kinh tế

I.2 Quan hệ giữa EnTA và các công cụ đánh giá quản lý môi trường khác

Đánh giá công nghệ môi trường không đề cập đến việc thay thế các công cụ khác

đã được sử dụng trước đây như: đánh giá tác động môi trường (EIA); đánh giá rủi ro

và ước tính các tác động trực tiếp và gián tiếp đến môi trường, so sánh và kiểm tra chúng gắn liền với quá trình công nghệ theo suốt chu kỳ sống của sản phẩm

Đánh giá công nghệ - môi trường có thể hỗ trợ các công cụ khác, giúp xác định mục tiêu đánh giá trước mắt và từ đó hướng tới sự hiểu biết hơn về ảnh hưởng của công nghệ đến môi trường Mặt khác, đánh giá công nghệ - môi trường cung cấp một công cụ hiệu quả để xác định các thuộc tính đặc biệt của công nghệ Nó mô tả rõ ràng việc ứng dụng một cách hiệu quả các bước của quá trình sản xuất sạch hơn (chẳng hạn như ngăn ngừa ô nhiễm và giảm thiểu sử dụng độc chất) và của các công cụ khác như phân tích chi phí lợi ích hay đánh giá tác động xã hội

I.2.1 Phân tích vòng đời sản phẩm và đánh giá công nghệ môi trường

Phân tích vòng đời sản phẩm và đánh giá công nghệ môi trường đều là các công

cụ có tính hệ thống để quản lý môi trường nhằm tìm hiểu rõ ràng và đánh giá những hậu quả môi trường không mong muốn do quá trình sản xuất gây ra Những hậu quả này có thể trực tiếp hoặc gián tiếp, ngắn hạn hoặc lâu dài

Việc đánh giá tác động môi trường do ảnh hưởng của công nghệ thường tập trung vào đặc thù và các thuộc tính của công nghệ và thiết bị Đánh giá công nghệ môi trường

sẽ đánh giá những tác động trực tiếp do công nghệ sản xuất gây ra đối với môi trường, sức khỏe con người, trong khi đó đánh giá vòng đời sản phẩm lại tập trung vào xem xét các tác động gián tiếp gây ra các hậu quả sinh thái

Phương pháp luận về phân tích hậu quả sinh thái được bao hàm cả hai công cụ

Đánh giá công nghệ môi trường và phân tích vòng đời sản phẩm Trong giai đoạn đầu, chủ yếu xem xét những công nghệ cuối đường ống (Ví dụ: làm sạch khí thải, xử lý nước thải…) Sau đó chuyển dịch dần sang công nghệ kiểm soát phế thải và các công nghệ phát thải thấp Tuy nhiên cả hai phương pháp trên đều mới chỉ đánh giá lượng chất thải phát sinh và những hậu quả đối với môi trường của các công nghệ sản xuất khác nhau tập trung vào các quy trình sản xuất chứ chưa tính đến những phát thải gián tiếp do quá trình sản xuất trung gian hoặc do việc sử dụng sản phẩm cuối

I.2.2 Đánh giá tác động môi trường và đánh giá công nghệ môi trường

Đánh giá tác động môi trường nhằm mục đích xác định các tác động đến môi trường, kinh tế, văn hoá, xã hội của một dự án, hoạt động phát triển từ đó đề xuất các giải pháp giảp thiểu các tác động Trong khi đó, đánh giá công nghệ môi trường nhằm lựa chọn công nghệ phù hợp thân thiện với môi trường đồng thời đảm bảo phát triển về mặt kinh tế Cả hai công cụ trên đều có chung một mục đích là chỉ ra được các tác động

ảnh hưởng đến an toàn, sức khoẻ con người, ảnh hưởng tới môi trường tự nhiên và hệ sinh thái

Bất cứ loại hình công nghệ sản xuất nào đều có những tác động đến môi trường Tuy nhiên khi xác định được công nghệ hợp lý, thân thiện với môi trường thì các tác

động đó sẽ được giảm đi rất nhiều Chính vì vậy, đánh giá công nghệ - môi trường là một công cụ cơ sở làm tiền đề cho việc đánh giá tác động môi trường đồng thời nó cũng

hỗ trợ việc xây dựng báo cáo đánh giá tác động môi trường khi cần thiết phải xem xét

đề xuất lựa chọn các giải pháp giảm thiểu tác động

Một điểm khác biệt nữa là đánh giá tác động môi trường là yêu cầu bắt buộc phải tuân thủ pháp luật khi tiến hành một dự án hoặc hoạt động phát triển còn đánh giá công nghệ - môi trường là một công cụ tư vấn, hỗ trợ cho các nhà đầu tư, quản lý không bắt buộc yêu cầu tuân thủ pháp luật

I.2.3 Đánh giá công nghệ môi trường và sản xuất sạch hơn

Trước đây việc quản lý chất thải tập chung vào xử lý chất thải cuối đường ống, thiết kế các thiết bị xử lý chất thải và thiết bị quản lý ô nhiễm nhằm ngăn ngừa ô nhiễm môi trường Hiện nay, xu thế chung về quản lý chất thải lại tập trung vào xử lý tại nguồn, ngăn ngừa và giảm thiểu ô nhiễm Trong các công cụ áp dụng để ngăn ngừa, giảm thiểu chất thải thì sản xuất sạch hơn (SXSH) đã chứng minh được hiệu quả và hoàn toàn áp dụng được cho các ngành công nghiệp ở các quy mô khác nhau

SXSH được hiểu là một cách nghĩ mới và sáng tạo về sản phẩm và quá trình sản xuất ra sản phẩm đó bằng cách áp dụng liên tục chiến lược giảm thiểu tại nguồn sự phát sinh ra chất thải SXSH là công cụ quản lý, công cụ kinh tế, công cụ môi trường đồng thời cũng là công cụ cải thiện chất lượng sản phẩm Việc áp dụng SXSH sẽ giúp cho các doanh nghiệp giảm chi phí sản xuất, cải thiện hiện trạng môi trường và nâng cao tính cạnh tranh của sản phẩm Sự chuyển đổi tư duy từ xử lý cuối nguồn sang ngăn ngừa chất thải có những lợi ích như giảm lượng chất thải; giảm tiêu thụ nguyên liệu dẫn đến giảm chi phí sản xuất; giảm chi phí xử lý chất thải; giảm ô nhiễm môi trường; cải thiện điều kiện làm việc; nâng cao hiệu quả của quá trình sản xuất

SXSH tập chung vào xem xét các quy trình nhằm xác định nguồn gốc của chất thải, các vấn đề trong vận hành liên quan đến quy trình và những công đoạn có thể cải tiến được Đánh giá SXSH là một tiếp cận có hệ thống để kiểm tra quá trình sản xuất hiện tại và xác định các cơ hội cải thiện quá trình đó hoặc cải tiến sản phẩm Việc đánh

giúp mọi người nắm được quá trình sử dụng nguyên liệu và tập chung chú ý vào các công đoạn có thể giảm được lượng chất thải phát sinh

Khác với đánh giá công nghệ môi trường, quá trình đánh giá SXSH không chỉ

đơn thuần là thay đổi công nghệ thiết bị mà còn tập chung cả vào vận hành và quản lý Quá trình đánh giá SXSH tập trung vào: Chất thải phát sinh ở đâu? Chất thải phát sinh

do nguyên nhân nào và việc giảm thiểu các chất thải như thế nào?

Quá trình đánh giá công nghệ - môi trường lại tập trung xem xét: Công nghệ nào phát sinh ít chất thải? Thuộc tính của chất thải theo đặc thù từng công nghệ; lựa chọn công nghệ và thiết bị phù hợp với môi trường

Các thay đổi theo giải pháp SXSH được chia thành các nhóm: Giảm thiểu tại nguồn; tuần hoàn; cải tiến sản phẩm Trong khi đó những thay đổi của đánh giá công nghệ - môi trường là: Ngăn ngừa ô nhiễm; thay đổi tính chất của chất thải; thay thế sản phẩm Kết quả đánh giá SXSH là danh mục các giải pháp cải thiện hiệu quả sản xuất và hiện trạng môi trường cho doanh nghiệp còn kết quả của đánh giá công nghệ - môi trường là lựa chọn được loại hình công nghệ phù hợp đối với doanh nghiệp đó

Đối với bất kỳ công nghệ nào (phát sinh ít hay nhiều chất thải) khi đưa vào thực

tế sản xuất đều có thể áp dụng việc đánh giá SXSH để ngăn ngừa và giảm thiểu chất thải Tuy nhiên, việc thực hiện đánh giá SXSH với một công nghệ đã được lựa chọn qua quá trình đánh giá công nghệ - môi trường sẽ đem lại hiệu quả hơn rất nhiều

Hình I.2: Các nhóm giải pháp sản xuất sạch hơn

Giảm chất thải tại nguồn

Quản lý nội vi

Kiểm soát quá trình

Thay đổi nguyên liệu

Cải tiến thiết bị

Bảng I.1: So sánh giữa EnTA và các công cụ đánh giá môi trường khác

Đánh giá công nghệ môi trường (EnTA)

Đánh giá tác động môi trường (EIA)

Đánh giá rủi ro môi trường (EnRA)

Đánh giá chu kỳ sống (LCA)

Sản xuất sạch hơn

(CP)

Mục đích

Đánh giá ứng dụng của công nghệ và định hướng lựa chọn công nghệ Xây dựng mô

hình công nghệ than thiện với môi trường

Xác định các tác động môi trường của một dự

án, chính sách, kế hoạch, hành động phát triển, cung cấp cơ sở để

ra quyết định và các

định hướng giảm thiểu tác động môi trường

Xác định các nguy cơ

rủi ro môi trường và sức khoẻ cộng đồng

Ước tính và so sánh hậu quả môi trường khi xảy ra rủi ro, đề xuất các giải pháp ngăn ngừa

Xác định phạm vi môi trường gắn liền với sản phẩm, quá

trình hoạt động của sản phẩm theo suốt chu kỳ sống của nó

Xác định các ảnh hưởng môi trường từ quá trình sản xuất, áp dụng các giải pháp phòng ngừa ô nhiễm tại nguồn một cách tổng hợp, sử dụng hiệu quả nguyên liệu, năng lượng

Phạm vi

Chỉ ra được ảnh hưởng

đến sức khoẻ, an toàn của con người, ảnh hưởng đến tài nguyên thiên nhiên và hệ sinh thái, chi phí công nghệ

và lợi nhuận tài chính

Xác định các tác động

đến tài nguyên thiên nhiên, hệ sinh thái và sức khoẻ con người

Đánh giá rủi ro đến môi trường và sức khoẻ cộng đồng,nguy cơ và xác xuất xảy ra rủi ro, phạm vi ảnh hưởng và giải pháp ngăn ngừa

Chỉ ra được ảnh hưởng đến an toàn

và sức khoẻ cộng

đồng, ảnh hưởng

đến tài nguyên thiên nhiên và các hệ sinh thái

Xác định nguồn gốc phát sinh chất thải, ảnh hưởng của nó đến sức khoẻ cộng đồng, đến môi trường và các giải pháp khắc phục tại nguồn Sử dụng hiệu quả nguyên liệu, năng lượng

Người khởi

xướng

Người đề xướng ra công nghệ, các nhà

đầu tư…

Những người thông qua luật pháp, các nhà quản

lý, hoạch định chính

Người khởi xướng dự

án, các nhà đầu tư có liên quan

Người khởi xướng

dự án, các nhà đầu tư…

Chủ doanh nghiệp, các nhà đầu tư, quản lý dự

án…

Phương

pháp tiếp

cận

Có hệ thống, so sánh một cách toàn diện các hậu quả môi trường và kết quả của tác động

Tuân thủ theo yêu cầu của luật pháp Bao gồm việc xác định các tác

Kiểm soát chu kỳ sống của nguyên liệu năng lượng, sản phẩm và chất thải

Tiếp cận theo hệ thống, phân tích đánh giá các công đoạn sản xuất Đề xuất, lựa chọn và phát triển các cơ hội sản xuất nhằm giảm thiểu chất thải, ngăn ngừa ô nhiễm

Thời gian

áp dụng trong giai

đoạn tiền đầu tư, trước khi phát triển dự án

áp dụng trong giai

đoạn ra quyết định thực hiện hoặc không thực hiện

Tại mọi thời điểm khi cần thiết hay có người khởi xướng

Tại mọi thời điểm khi cần thiết

Tại mọi thời điểm khi cần thiết hay có người khởi xướng

Tuân thủ

pháp luật

Không bắt buộc – thường dùng để lựa chọn công nghệ

Bắt buộc theo yêu cầu của luật bảo vệ môi trường

Không bắt buộc – có thể sử dụng để đưa ra kết luận khi có yêu cầu của luật pháp

Không bắt buộc – thường sử dụng cho quá trình sản xuất và tiêu thụ

Không bắt buộc – thường sử dụng cho quá trình sản xuất và tiêu thụ và dịch vụ

I.3 Trình tự thực hiện đánh giá công nghệ môi trường

Công nghệ không tồn tại một cách riêng biệt mà nó bị tác động bởi quan hệ với môi trường xung quanh Ngược lại, công nghệ cũng có những tác động nhất định đến môi trường xung quanh EnTA là một công cụ nhằm xác định một cách hệ thống mối quan hệ nhân quả giữa công nghệ và môi trường thông qua các tiêu chí như sử dụng tài nguyên thiên nhiên, ô nhiễm môi trường, sức khoẻ cộng đồng… Trình tự thực hiện đánh giá công nghệ môi trường được mô tả bằng cụm từ “DICE” – là từ viết tắt chữ cái đầu của các hành động sau:

- Describe: Mô tả công nghệ được đề xuất, các giải pháp giảm thiểu, ngăn ngừa,

thay thế và các yêu cầu của chúng

- Identify: Xác định các áp lực của loại hình công nghệ đến môi trường

- Characterise: Đặc điểm của các tác động môi trường đó như thế nào?

- Evaluate: Ước tính toàn bộ hậu quả của các tác động trong một điều kiện cụ thể

Mỗi một mặt của công nghệ có một tác động đến các khía cạnh khác nhau của môi trường Có những tác động có lợi và có những tác động có hại Đánh giá công nghệ môi trường quan tâm đến hậu quả cuối cùng của các tác động đó Chúng thường là: sức khoẻ và an toàn của con người, ảnh hưởng môi trường tự nhiên của địa phương, quốc gia, khu vực và toàn cầu, các tác động đến văn hoá - xã hội cũng như việc sử dụng tài nguyên thiên nhiên

Phương pháp luận về đánh giá công nghệ môi trường do John Hay đề xướng bao gồm 5 bước đánh giá có liên quan chặt chẽ với nhau Các bước này được mô tả trong hình sau:

Hình I.4: Các bước đánh giá công nghệ môi trường

I.3.1 Chuẩn bị đánh giá công nghệ môi trường

Quá trình chuẩn bị đánh giá công nghệ - môi trường đòi hỏi phải xác định các mục tiêu đánh giá và các biện pháp để đạt được mục tiêu này Ngoài ra, cần phải có

được cam kết thực hiện đánh giá của các bên liên quan cũng như việc chuẩn bị tốt về nguồn lực (tài chính, nhân lực, kỹ thuật…) Trong đó cần quan tâm đến hai vấn đề quan trọng nhất đó là:

Xác định mục tiêu đánh giá:

Vấn đề quan trọng để bắt đầu quá trình đánh giá công nghệ môi trường là đạt

được sự nhất trí về nội dung đánh giá, các yêu cầu của đánh giá Mục tiêu đánh giá, khả năng và phương pháp đánh giá phải được minh bạch rõ ràng Việc cụ thể hoá mục tiêu nhằm nâng cao nhận thức về yêu cầu nhiệm vụ có thể hoàn thành, sự nhất trí của tất cả các bên liên quan

Xác định nguồn lực: Để tiến hành đánh giá công nghệ - môi trường cần phải xác định và

Chuẩn bị cho EnTA

Con người: Thành lập nhóm đánh giá có đủ kỹ năng, kiến thức cần thiết để thực hiện nhiệm vụ và mục tiêu trên

Các thông tin liên quan đến việc đánh giá

Xây dựng kế hoạch đánh giá: Xác định nguồn tài chính, năng lực và sự đáp ứng

Giai đoạn này tập trung vào đánh giá những tác động môi trường tiềm ẩn và nhu cầu về tài nguyên mà công nghệ gây ra Yêu cầu chi tiết về các thông tin sẽ phụ thuộc vào mục tiêu đánh giá và ảnh hưởng đến kết quả của đánh giá Phạm vi đánh giá có thể xác định bằng nhiều cách: có thể theo thời gian, theo không gian, theo vị trí địa lý, theo

sự lựa chọn và ứng dụng của công nghệ…

Xác định bản chất và chức năng của công nghệ: Cung cấp và mô tả được tên công nghệ, các chi tiết về tác dụng và hiệu quả…Xác định và mô tả đặc điểm của công nghệ: Mô tả công nghệ có thể thực hiện theo danh mục, nghĩa là cung cấp thông tin của một công nghệ cụ thể đang tồn tại hoặc đang được đề xuất, công nghệ trong nước được cải thiện hay công nghệ nhập khẩu (nhằm mục đích xem xét sự phù hợp của công nghệ với điều kiện địa phương) hoặc là một công nghệ mới được nghiên cứu

Mô tả và xác định nguyên liệu và sản phẩm cũng như chất thải đầu ra của công nghệ Mô tả công nghệ một cách logic và có trình tự các chức năng và nhiệm vụ của từng công đoạn Điều này sẽ ảnh hưởng rất nhiều đến việc xác định phạm vi đánh giá và kết quả của đánh giá

Mô tả sơ đồ công nghệ: Công nghệ là sự kết hợp của nhiều thành phần khác nhau Việc mô tả càng chi tiết sơ đồ công nghệ sẽ càng dễ dàng xác định được mối quan hệ tương tác giữa công nghệ và môi trường Ví dụ: có thể mô tả sơ đồ công nghệ

Kết thúc bước này, nhóm đánh giá phải hiểu được đầy đủ về chu kỳ vòng đời sản phẩm và chất thải bao gồm đầu vào, đầu ra và các yêu cầu khác Những thông tin này cần thiết cho việc xác định các tác động môi trường tiềm ẩn Sự tham vấn của các bên họp tác trong giai đoạn này là rất quan trọng

I.3.3 Xác định các tác động môi trường

Bước này liên qua đến việc xác định nguyên liệu thô, năng lượng, nhân lực, cơ sở hạ tầng và sự cung cấp các yêu cầu công nghệ Các dòng chất thải, chất thải nguy hại phải được xác định trong giai đoạn này Các tác động môi trường và các nguy cơ tiềm

ẩn kết hợp với từng thành phần trong công nghệ cũng phải được nêu ra một cách rõ ràng Toàn bộ đầu vào, đầu ra của công nghệ được quan tâm theo suốt vòng đời của nó

Hoàn thành bước này yêu cầu phải có các thông tin chi tiết từ công nghệ nhằm xác định các tác động môi trường Cung cấp nguyên liệu và năng lượng đầu vào, các yêu cầu về sử dụng tài nguyên thiên nhiên là các thông tin cần phải xác định một cách rõ ràng Việc sản xuất, lưu giữ, vận chuyển, sử dụng và thải bỏ của các chất thải và chất thải nguy hại cũng cần xác định Các yêu cầu về nhân lực, yêu cầu về cơ sở hạ tầng, yêu cầu về cung cấp công nghệ phải được đề cập và xác định một cách chi tiết

Tất cả các vấn đề trên được nhóm đánh giá nắm bắt một cách sâu sắc cả đầu vào,

đầu ra cũng như các yêu cầu khác của công nghệ, các ảnh hưởng đến hệ thống môi trường, chất thải công cộng và sức khoẻ con người

Các khía cạnh của công nghệ được xem xét để xác định các áp lực môi trường bao gồm các yếu tố liên quan đến nhu cầu nguyên liệu, năng lượng đầu vào, nguồn nhân lực…, tất cả đều phải được xem xét trong quá trình đánh giá Ví dụ: nguyên liệu đầu vào phải được giảm xuống tối thiểu hay nói cách khác là tăng tối đa khả năng sử dụng nguyên liệu đầu vào tạo thành sản phẩm Đối với năng lượng và các nhu cầu khác cũng

được xem xét tương tự Các yếu tố đầu ra không phải là sản phẩm (chất thải) sẽ gây ra những tổn thất về mắt kinh tế, những tác động có hại về mặt môi trường, sức khoẻ con người… Việc đánh giá, xem xét các yếu tố này là quan trọng và cần thiết Ví dụ: Chất thải khi được thải vào đất, nước, không khí sẽ gây ra ô nhiễm môi trường, phát sinh các chi phí gián tiếp do việc sử dụng không hiệu quả nguyên liệu và năng lượng

Lập được danh mục về nhu cầu nguyên liệu thô, năng lượng của công nghệ và xác định mối liên hệ của nó tới các hậu quả môi trường Lập được danh mục về chất thải và chất thải nguy hại phát sinh từ công nghệ, xác định các tác động của chúng tới

về cơ sở hạ tầng Lập danh mục xác định các hậu quả môi trường gây ra do yêu cầu về cung cấp, áp dụng và triển khai công nghệ Xác định các tác động môi trường do yêu cầu về nhân lực Xác định các tác động khác gây ra trực tiếp bởi các khía cạnh của công nghệ

Tất cả những thông tin trên sẽ cung cấp cơ sở cho các đánh giá những tổn hại do công nghệ gây ra đối với sức khoẻ con người, môi trường tự nhiên khu vực, môi trường toàn cầu, sử dụng tài nguyên bền vững và các tác động đến văn hoá - xã hội

I.3.4 Đánh giá lựa chọn các công nghệ

Bước này đòi hỏi việc đánh giá tập trung vào các phương pháp thay thế để đạt

được cùng một mục tiêu công nghệ Các phương pháp thay thế có thể áp dụng cho toàn

bộ công nghệ (thay đổi hoàn toàn công nghệ, ứng dụng công nghệ mới) hoặc lựa chọn một vài thay đổi chi tiết của công nghệ nhằm cải thiện các hậu quả môi trường

Việc đánh giá tập trung vào so sánh các đặc trưng công nghệ, thuộc tính của thiết

bị, nguyên liệu, sản phẩm, chất thải., đánh giá chúng trong mối quan hệ với môi trường Hoàn thành bước này yêu cầu phải xác định và mô tả một cách rõ ràng công nghệ thay thế áp dụng, ước tính các chi phí nhằm đạt được các mục tiêu công nghệ, kỹ thuật, kinh

tế, môi trường…Với mỗi một loại hình công nghệ thay thế, cần phải so sánh các tác

động tiềm ẩn cũng như các hiệu quả kinh tế Cuối cùng là lựa chọn được một công nghệ phù hợp và thân thiện với môi trường hơn

Trong quá trình đánh giá, việc so sánh giữa các giải pháp đôi khi gặp rất nhiều khó khăn do các tác động tiềm ẩn có thể tương đương hoặc cùng hiệu quả Khi đó đánh giá theo phương pháp liệt kê tác động không thể đem lại hiệu quả rõ ràng, có thể sử dụng phương pháp cho điểm đối với từng tiêu chí đánh giá để cho việc lựa chọn có hiệu quả hơn Việc xây dựng tiêu chí và cách cho điểm phụ thuộc vào phạm vi quy mô đánh giá công nghệ và kinh nghiệm của các chuyên gia đánh giá Có thể tham khảo phương pháp ma trận cho điểm của công cụ đánh giá tác động môi trường (EIA) để làm cơ sở: Lựa chọn và xây dựng các tiêu chí: bao gồm tiêu chí 1, tiêu chí 2, tiêu chí 3… và thang

điểm cho theo tầm quan trọng hoặc mức độ tác động từ công nghệ của tiêu chí đó (có thể cho điểm từ 1 – 10 điểm hoặc đánh giá theo mức độ High – Medium - Low) Sau

khi lựa chọn được các tiêu chí, có thể gửi bản đánh giá cho các chuyên gia về công nghệ, các nhà đầu tư hoặc thậm chí là các công nhân vận hành có kinh nghiệm để cho

điểm Kết quả tổng hợp sẽ cho thấy rõ ràng công nghệ thay thế hoặc phương pháp đề

xuất được lựa chọn bằng điểm số Đây chính là cách mà chúng ta lượng hoá được các tiêu chí đánh giá lựa chọn công nghệ môi trường

I.3.5 Kết luận và kiến nghị

Tổng hợp lại toàn bộ các đánh giá trong bước trên - đề xuất và xem xét sự phù hợp của các giải pháp thay thế với nhau và đưa ra được một loại hình công nghệ tổng thể Công nghệ này phải có tính khả thi, có hiệu quả rõ ràng (mục tiêu công nghệ phải

đạt được ít nhất là như công nghệ ban đầu) nhưng các tác động môi trường của công nghệ này phải được giảm đến mức tối thiểu

Mức độ cụ thể và chi tiết của công nghệ đề xuất phụ thuộc rất nhiều vào cấp độ

đánh giá, trình độ và năng lực hiểu biết của chuyên gia về công nghệ đó Kết thúc bước này sẽ có những đề xuất để công nghệ có thể ứng dụng và triển khai vào thực tế

I.3.6 Hoàn thiện đánh giá công nghệ môi trường

Việc hoàn thiện các thông tin về đánh giá thể hiện sự kết thúc một vòng lặp trong quá trình đánh giá liên tục Cần phải đưa ra được các thông tin đầy đủ và chi tiết về lợi ích mục tiêu và yêu cầu công nghệ Các phương pháp đã sử dụng trong đánh giá Các lựa chọn thay thế để đạt được mục tiêu và các áp lực môi trường và quan hệ của nó với công nghệ cũng như các tác động môi trường của công nghệ ban đầu và công nghệ thay thế Trong các thông tin hoàn thiện chu trình đánh giá cũng cần nêu khả năng áp dụng công nghệ thay thế để đạt được mục tiêu và quan hệ với các tác động môi trường, hiệu quả kinh tế của các lựa chọn thay thế Đề xuất giới thiệu các đánh giá xa hơn và thực hiện việc áp dụng các công nghệ đề xuất vào thực tế

Việc đề xuất các xem xét đánh giá tiếp theo phải bao gồm thông tin phản hồi các quyết định, yêu cầu và hành động của các chuyên gia và các nhà đầu tư; chỉnh sửa lại các đánh giá hiện tại và chuẩn bị kế hoạch và thảo luận cho các quá trình đánh giá, thay thế tiếp theo Bên cạnh đó việc triển khai ứng dụng một cách hiệu quả công nghệ thay thế và quan trắc và giám sát việc triển khai ứng dụng và phát triển của công nghệ thay thế, cũng như các tác động môi trường của chúng là điều cần thiết

Cung cấp các thông tin bổ xung và các hướng dẫn cho các chuyên gia cũng như các nhà đầu tư; chỉnh sửa thủ tục trình tự đánh giá công nghệ môi trường phù hợp với năng lực, trình độ và mức độ áp dụng trong thực tế và thiết lập hệ thống văn bản, trình tự báo cáo của tất cả các hoạt động trên;

I.4 Nhận xét

Đánh giá công nghệ môi trường là phương pháp đánh giá ứng dụng nhằm định hướng lựa chọn công nghệ, xem xét quan hệ của công nghệ với môi trường nhằm giảm thiểu các tác động môi trường và các hậu quả môi trường phát sinh từ công nghệ

So với các công cụ đánh giá, quản lý môi trường khác, đánh giá công nghệ môi trường được xem là một công cụ hiệu quả khi nó được áp dụng vào giai đoạn lựa chọn công nghệ cho một dự án Đối với các công nghệ đã được áp dụng triển khai thì việc ứng dụng EnTA sẽ đem lại cơ hội cải thiện, đối mới công nghệ nhằm giảm thiểu mức độ gây ô nhiễm môi trường

Trong nội dung hạn chế của Luận văn này sẽ vận dụng các phương pháp luận

đánh giá công nghệ môi trường để đánh giá công nghệ sản xuất axít sunfuric nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường - đề xuất một loại hình công nghệ phù hợp và thân thiện với môi trường

Chương II

Công nghệ sản xuất axit sunfuric

II.1 Tổng quan về sản xuất axit Sunfuric

Axít sunfuric có công thức hoá học là H2SO4, là một trong những axít vô cơ mạnh, có ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành nghề sản xuất khác nhau Nó có khả năng tác dụng với hầu hết các kim loại và oxit kim loại tương ứng, tham gia phản ứng mãnh liệt với nước, có tính oxi hoá mạnh và nhiều tính chất quan trọng khác

Trên thế giới, axit sunfuric được sửdụng trong công nghiệp cho nhiều mục đích khác nhau, nhưng chủ yếu là cung cấp cho sản xuất phân bón chứ lân như SSP, TSP, DAP, MAP… (chiếm khoảng 60% sản lượng)

Theo các nghiên cứu của của WMC (World Market Chemical), sản lượng axit sunfuric hàng năm trên thế giới vào khoảng 160 triệu tấn Hiện nay do nhu cầu tiêu thụ axit vẫn lớn hơn năng lực sản xuất nên hàng năm vẫn có một lượng khỏng trên 4 triệu tấn được thu hồi tái sử dụng Theo IFA, thị trường tiêu thụ axit sunfuric lớn nhất là khu vực Bắc Mỹ với nhu cầu hàng năm lên tới 46,3 triệu tấn, tiếp đến là thị trường châu á: 44,8 triệu tấn, châu Phi: 19,7 triệu tấn, Trung Âu: 17,8 triệu tấn và các khu vực khác khoảng 4 triệu tấn

Giá axit sunfuric trên thế giới phụ thuộc vào giá lưu huỳnh Trong giai đoạn vừa qua, do giá lưu huỳnh tăng vọt ảnh hưởng của giá dầu thô nên giá axit sunfuric cũng có nhiều biến động Tuy nhiên, trong giai đoạn tới, giá axit sunfuric trên thế giới sẽ ổn định

ở mức 50 USD/tấn

Đối với thị trường Việt Nam, axit sunfuric chủ yếu được sử dụng cho sản xuất supe phốt phát đơn, ngoài ra axit sunfuric conf được sử dụng cho một số ngành khác như: sản xuất phèn, bột ngọt, sản xuất ắc quy…

Theo thống kê hàng năm, lượng axit sunfuric tiêu thụ trên thị trường nước ta khoảng trên 360.000 tấn, trong đó các đơn vị sản xuất supe phốt phát tiêu thụ khoảng 300.000 tấn (chiếm 84%); sản xuất phèn đơn tiêu thụ 14.400 tấn (chiếm 4%), sản xuất bột ngọt 10.800 tấn (chiếm 3%), sản xuất ắc quy 10.700 tấn (chiếm 3%), các ngành khác tiêu thụ khoảng 22.000 tấn (chiếm 6%)

Hiện tại, ở nước ta chỉ có 3 cơ sở sản xuất axit sunfuric: Một ở phía Bắc là Công

hai ở phía Nam là Nhà máy Supe phốt phát Long Thành với năng lực 80.000 tấn/năm và Nhà máy Hoá chất Tân Bình với năng lực sản xuất 40.000 tấn/năm Như vậy tình hình

sử dụng axit sunfuric ở nước ta “cung” vẫn không đủ đáp ứng cho “cầu” Trong tương lai, theo kế hoạch, tại khu vực phía Bắc sẽ có tổ hợp luyện đồng Sin Quyền của Tổng Công ty khoáng sản Việt Nam sẽ cung cấp được khoảng 40.000 tấn axit sunfuric /năm Cũng ở khu vực phía Bắc, vào cuối năm 2006 nhà máy DAP tại Đình Vũ Hải Phòng sẽ

đi vào sản xuất và cung cấp khoảng 400.000 tấn H2SO4, nhưng lượng axit này sẽ được

sử dụng trong nội bộ Nhà máy làm nguyên liệu sản xuất axit photphoric

Giá axit sunfuric công nghiệp trung bình sản xuất ra trong những năm gần đây khoảng 1.100.000 đồng/tấn (khoảng 69 USD), trong khi giá axit nhập từ Singapore khoảng 60 USD (tương đương 954.000 tấn/năm) Trên thị trường Việt Nam, giá axit sunfuric bán lẻ là 1.600.000 đồng /tấn (tương đương 100 USD)

II.1.1 Tính chất của axit Sunfuric

Thành phần hoá học của axít sunfuric được biểu thị bằng công thức H2SO4, là sự kết hợp của một phân tử SO3 với một phân tử nước Phân tử lượng là 98,08 kg / kmol

H - O O S

Axít sunfuric có hoạt tính rất mạnh, nó tác dụng với hầu hết các kim loại và oxit của chúng.Nó tham gia phản ứng phân huỷ, trao đổi, kết hợp mạnh với nước, có tính oxi hoá và nhiều tính chất hoá học quan trọng khác Chính nhờ hoạt tính mạnh và giá thành

rẻ nên axít sunfuric được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp

Axít sunfuric khan là một chất lỏng không màu, sánh như dầu, khối lượng riêng

ở 20oC là 1,8305 g/cm3 - kết tinh ở 10,37 oC ở 296,2 oC và 760 mm Hg axít sunfuric khan bắt đầu sôi và phân huỷ cho đến khi tạo thành hỗn hợp đẳng phí chiếm 98,3 %

H2SO4 và 1,7% H2O Hỗn hợp đẳng phí này sôi ở 336,5 oC

II.1.2 ứng dụng

Axit sunfuric được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp ở nhiều nước, sản lượng axít sunfuric hàng năm là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá trình độ phát triển của toàn bộ nền công nghiệp

Trong các nguồn tiêu thụ axít Sunfuric thì sản xuất phân bón chiếm tỷ lệ cao nhất Các sản phẩm chúng ta có thể kể đến là phân bón supe phốt phát, đạm hai lá

Axít sunfuric dùng để sản xuất nhiều loại muối sunfat, một số axít khác (axít boric, axít phốtphoric, axít flohydric ), một số bột màu vô cơ, sơn hữu cơ, sợi visco Tinh chế các sản phẩm dầu mỏ, chất nổ, tẩy gỉ kim loại như Al, Mg, Cu, Hg, Co, Ni,

- Các quá trình Sunfit hoá

- Sản xuất phân bón

- Tẩy rửa kim loại

- Luyện kim Al, Mg, Cu, Hg

- Sản xuất chất nổ, chất tạo khói

- Sản xuất các muối Sulfat Na, K, Fe,

Hình I I.1: Sơ đồ các ngành sử dụng axít sunfuric

II.2 Nguyên liệu sản xuất axit sunfuric

Về mặt lý thuyết tất cả những chất nào chứa lưu huỳnh mà có thể tách lưu huỳnh

ra hoặc có thể tạo ra SO2 đều làm nguyên liệu để sản xuất axit sunfuric được Nhưng việc lựa chọn nguyên liệu nào để có thể đem lại hiệu quả kinh, đáp ứng các yêu cầu về công nghệ và môi trường là điều quan trọng

Pyrit nguyên khai có màu vàng hay vàng xám, tỷ trọng khoảng 5 g/cm3, có thể

được gia công để tăng hàm lượng lưu huỳnh được gọi là Pyrit tuyển ( Thường dùng phương pháp tuyển nổi) Hàm lượng lưu huỳnh trong pyrit tuyển dao động từ 30-50%

Bảng II.1 Thành phần Pyrit tuyển

Flo (%)

Au (g/tấn)

Cd (g/tấn)

Co (g/tấn)

Se (g/tấn)

Te (g/tấn)

Ag (g/tấn)

II.2.2 Lưu huỳnh

Lưu huỳnh nguyên tố là dạng nguyên liệu phổ biến nhất hiện nay để sản xuất axit sunfuric Khi cháy trong lò, lưu huỳnh tạo ra khí có hàm lượng SO2 ,O2 cao và không sinh ra xỉ cũng như các tạp chất khác

Trong khi sản lượng pyrit trên thế giới đang có xu thế giảm dần thì sản lượng lưu huỳnh ngày càng tăng Có hai loại lưu huỳnh: Lưu huỳnh khai thác ở các mỏ có sẵn gọi

là lưu huỳnh thiên nhiên, còn lưu huỳnh thu hồi lừ khí thải các lò luyện kim màu, các nhà máy lọc dầu được gọi là lưu huỳnh thu hồi Đối với mỗi loại lưu huỳnh khác nhau, các công nghệ sản xuất và thiết bị đi kèm cũng sẽ khác nhau ví dụ như khi sử dụng lưu huỳnh thiên nhiên có hàm lượng Asen không đáng kể nên dây chuyền công nghệ có thể rút ngắn, bỏ được các công đoạn tinh chế khí thải Axit sunfuric và bụi

Lưu huỳnh có nguyên tử lượng 32,064 kg/mol, có độ dẫn nhiệt kém, độ dẫn điện thấp và không tan trong nước ở nhiệt độ thường, lưu huỳnh ở trạng thái rắn, có hai dạng tinh thể thù hình: dạng hình thoi và dạng đơn tà

Bảng II.2: Tính chất các dạng tinh thể thù hình của lưu huỳnh

1,96 95,6-119,3 119,3 45,3 10,8 Ngoài ra, để sản xuất Axit sunfuric, người ta còn có thể sử dụng nguyên liệu là các dạng khác như khí thải của các nhà máy nhiệt điện, khí chứa hydro sunfua (H2S),

không phổ biến và không phải là điển hình trong ngành công nghiệp sản xuất axit sunfuric

II 3 Cơ sở lý thuyết của quá trình sản xuất

Cơ sở lý thuyết của quá trình sản xuất axit sunfuric bao gồm ba công đoạn chính:

3FeS2 + 8O2 = Fe3O4 + 6 SO2 + 2438,2KJ (581,9 Kcal) (II.2)

Nếu nguyên liệu là lưu huỳnh:

S + O2 = SO2 + 362,4 KJ (86,5 Kcal) (II.3)

Quá trình tạo khí SO2 có thể được thực hiện trong các dạng lò đốt khác nhau Ví dụ: Đối với quặng pyrit có thể đốt trong lò tầng, lò ghi xích, lò lớp sôi…., đối với lưu huynh có thể được hoá lỏng và đốt trong lò đứng hoặc lò nằm ngang

Sau khi đốt tạo thành, khí SO2 sẽ được chuyển đến các công đoạn để tinh chế làm sạch khí: Đó có thể là một hệ thống các cyclon, lọc điện khô, lọc điện ướt, tháp rửa, tăng ẩm, tháp sấy…đối với nguyên liệu là quặng pyrit, hoặc chỉ đơn giản là một thiết bị lọc gió nóng đối với nguyên liệu lưu huỳnh

II.3.2 Chuyển hoá SO2 thành SO3

Quá trình oxi hoá SO2 thành SO3 được tiến hành theo phản ứng:

SO2 + 1/2O2 = SO3 (II.4)

Đây là phản ứng thuận ngịch, hằng số cân bằng của phản ứng được biểu thị bằng phương trình:

5 , 0 5 , 0 2 2

3

−

P P

P K

O SO

SO p

Hiệu suất của phản ứng được đặc trưng bằng lượng SO2 được ôxy hoá so với lượng SO2 ban đầu trong pha khí, còn được gọi là mức chuyển hoá Mức chuyển hoá phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: Nhiệt độ phản ứng, lượng chất xúc tác, nồnt độ SO2

ban đầu… Việc nâng cao hiệu suất chuyển hoá có ý nghĩa hết sức quan trọng cả về mặt công nghệ, kinh tế và môi trường

Phản ứng chuyển hoá SO2 thành SO3 phải có chất xúc tác mới tiến hành được Các chất xúc tác có thể sử dụng được là: Fe2O3, V2O5, platin, Cr, gốm sứ Trong đó, chất xúc tác Vanadi là loại chất xúc tác phổ biến nhất, nó là một vật liệu xốp mang phức chất hoạt tính có V2O5: Cơ chế của phản ứng oxi hoá SO2 thành SO3 trên chất xúc tác

Hình II.2: Hiệu suất chuyển hoá SO 2 qua các tầng xúc tác

X* :Hiệu suất chuyển hoá SO2 ở trạng thái cân bằng

II.3.3 Hấp thụ SO3 thành H2SO4:

Giai đoạn cuối của quá trình sản xuất axit sunfuric là công đoạn hấp thụ SO3 tạo thành H2SO4 Nhiệm vụ chính của công đoạn này là tách SO3 từ pha khí và chuyển vào pha lỏng tạo thành axit sunfuric

Quá trình hấp thụ sẽ xảy ra đồng thời với quá trình ngưng tụ tạo mù (nếu trong pha khí có hơi nước) Tuỳ theo khí trước khi đưa vào bộ phận tiếp xúc có được sấy khô hay không mà cơ chế của quá trình tách SO3 khác nhau:

+ Trường hợp khí khô: SO3 được axit sunfuric hấp thụ

+ Trường hợp khí ẩm: xảy ra quá trình ngưng tụ H2SO4

nSO3 + H2O = H2SO4.(n-1)SO3 (II.7) Tuỳ theo tỷ lệ giữa nước và SO3 mà ta nhận được axit sản phẩm có nồng độ khác nhau:

+ Khi n>1: Tạo thành Oleum

+ Khi n=1: Tạo thành Monohiđrat ( 100% H2SO4)

+ Khi n<1: Tạo thành dung dịch nước axit

Quá trình hấp thụ có thể được tiến hành trong các thiết bị hấp thụ như thá đệm, tháp đĩa… Để tăng hiệu quả hấp thụ người ta thường tuần hoàn dung dịch sau hấp thụ, nên bản chất của quá trình thụ trong thực tế là dịch chuyển SO3 vào dung dịch axit sunfuric:

nSO3 + nH2SO4 ⇔ (n+1) HSO4 (II.8) Sau khi SO3 đã được hấp thụ, hỗn hợp khí cùng với SO3 chưa hấp thụ hết sẽ thải

ra ngoài trời Để giảm tổn thất SO3 và đảm bảo giảm thiểu ô nhiễm môi trường cần thiết phải áp dụng các biện pháp kỹ thuật công nghệ, quản lý để tăng hiệu suất hấp thụ cao nhất

II.4 Mô tả công nghệ sản xuất axit sunfuric

II.4.1 Công nghệ sản xuất từ nguyên liệu quặng pyrit

ra hỗn hợp khí có chứa SO2 Để đốt quặng trong lò tầng sôi thì phải gia công quặng để

đảm bảo các thông số hoá lý như độ ẩm, kích thước, hàm lượng lưu huỳnh… Chính vì vậy, quặng cần được phải sấy nghiền và sàng để đáp ứng các yêu cầu

+ Công đoạn đốt quặng: Được thực hiện trong lò tầng sôi, nguyên liệu cháy theo phản ứng (II.1), (II.2) Sản phẩm của công đoạn này là hỗn hợp khí có chứa SO2, SO3 Ngoài ra còn có các thành phần không có lợi khác như bụi, hơi, mù axit, hơi kim loại

…., cần thiết phải loại bỏ các thành phần này trước khi tiến hành các quá trình sản xuất tiếp theo

+ Công đoạn tinh chế khí: Khí sau khi ra khỏi lò tầng sôi có thành phần : SO2:14%, bụi xỉ, Fe2O3, SeO2, As2O3, HF, SiF4, TeO2, SO3, H2O vì vậy cần phải tách hết bụi, nước và các tạp chất có hại để không ảnh hưởng tới quá trình sản xuất tiếp theo Việc tách các tạp chất này được thực hiện trong các thiết bị tách bụi, rửa khí, lọc điện, sấy khí…

+ Công đoạn tiếp xúc: Nhiệm vụ chính của công đoạn này là ôxi hoá SO2 thành

SO3 nhờ xúc tác V2O5 theo phản ứng (II.4) SO2 được ôxi hoá ở nhiệt độ 400-6000C trong tháp tiếp xúc có 4 hoặc 5 lớp xúc tác

+ Công đoạn hấp thụ SO3: Tiến hành quá trình hấp thụ SO3 tạo thành H2SO4trong tháp hấp thụ Ôleum hoặc Monohydrat theo phản ứng (II.7)

Sơ đồ dây chuyền sản xuất được mô tả trong hình II.3

Hình II.3: Sơ đồ công nghệ kèm dòng thải sản xuất Axit sunfuric từ pyrit

Lò đốt Nồi hơi Cyclon tách bụi Lọc điện khô

Tháp rửa 1 Tháp rửa 2 Lọc điện ướt cấp 1 Tháp tăng ẩm

Tháp sấy Lọc điện ướt cấp 2

Tháp tia bắn sấy Tháp tiếp xúc Tháp hấp thụ Ôlêum Tháp hấp thụ Mônô

Nước thải từ các giàn làm mát axit

Thùng chứa

Thùng chứa

Thùng chứa

b Định mức tiêu hao nguyên liệu

Bảng II.3: Định mức tiêu hao nguyên, nhiên, vật liệu

c Thiết bị - Chỉ tiêu chế độ kỹ thuật

+ Thiết bị: Các thiết bị chính để thực hiện quá trình sản xuất H2SO4 từ nguyên liệu quặng pyrit như sau:

Lò đốt: Là dạng là tầng cơ khí (lò BKZ) hoặc lò tầng sôi (KC-150);

Nồi hơi: Để tận dụng nhiệt thừa sau khi thực hiện phản ứng cháy toả nhiệt;

Cyclon: Dùng cyclon khô tách sơ bộ 90% hạt bụi có kích thước lớn;

Lọc điện khô: Tách bụi kích thước nhỏ với hiệu suất >99,5%;

Tháp rửa 1 và 2: Tách hết phần bụi còn lại và các hợp chất như As2O3 , SeO2 , TeO2 Lọc điện ướt 1: Tách 80% mù axít sinh ra ở các tháp rửa

Tháp tăng ẩm: Tưới nước (axit loãng) nhằm làm tăng kích thước của các hạt mù; Lọc điện ướt 2: Tách hoàn toàn mù axít đi ra từ tháp tăng ẩm;

Tháp sấy: Hơi nước có trong khí được tách hết bằng cách dùng axít sunfuric đặc tưới vào hỗn hợp khí hệ thống này bao gồm 1 tháp sấy và 1 tháp tách tia bắn;

Tháp tiếp xúc: Chuyển hoá SO2 thành SO3;

Trao đổi nhiệt tiếp xúc: Nâng nhiệt của khí đảm bảo nhiệt độ hoạt tính của xúc tác Tháp hấp thụ Ôlêum: Hấp thụ một phần SO3 sau tháp tiếp xúc và chuyển thành sản phẩm Ôlêum;

Tháp hấp thụ mônô: Hấp thụ phần SO3 còn lại và chuyển thành sản phẩm axit mônôhydrat;

Tháp rửa 2

axít tưới 1% H2SO4

Bộ phận, tên gọi các công

đoạn, dây chuyền

Các chỉ tiêu

Nhiệt độ oC áp suất mmH2O Chỉ tiêu khác

Đường khí vào (SO2) 215ữ220 1500 ±10

Công nghệ sản xuất axit sunfuric từ nguyên liệu quặng pyrit là một công nghệ

điển hình, được phát triển từ những năm 1970 và ngày càng được hoàn thiện Đặc thù của công nghệ này là phải có công đoạn tinh chế làm sạch khí lò (do trong khí lò có lẫn tạp chất có hại cho quá trình sản xuất tiếp sau) Công nghệ sản xuất mặc dù tỏ ra tương

đối hiệu quả nhưng mức độ tự động hoá không cao, chủ yếu là cơ khí hoá Hệ thống thiết bị chất lượng không đảm bảo chống dò rỉ, cộng thêm biến động về công nghệ gây nhiều phức tạp trong quá trình vận hành ổn định, đặc biệt là trong vệ sinh công nghiệp,

vệ sinh môi trường

Một điểm bất cập trong công nghệ đó là quá trình thay đổi nhiệt độ trong dây chuyền: Hỗn hợp khí sau lò đốt có nhiệt độ cao (900oC) phải hạ nhiệt độ xuống (35-

40oC ở công đoạn tinh chế khí) sau đó lại phải nâng lên 420 – 450oC tại công đoạn tiếp xúc Sự thay đổi nhiệt độ này thể hiện sự không tận dụng hiệu quả năng lượng trong quá trình sản xuất

Trong quá trình tinh chế khí, bắt buộc phải thải bỏ một lượng axit loãng từ các tháp rửa 1 và 2 Điều này gây mất mát lượng axit sản phẩm đồng thời gây ô nhiễm môi

trường rất nghiêm trọng Mặt khác các nguồn thải khác như: Xỷ pyrit, nước làm mát axit cũng góp phần không nhỏ gây ô nhiễm môi trường

Trong dây chuyền công nghệ có rất nhiều thiết bị, việc đảm bảo cho tất cả các thiết bị này vận hành đúng chỉ tiêu, chế độ kỹ thuật là rất khó khăn, đặc biệt là khi mức

độ tự động hoá chưa cao

II.4.2 Công nghệ sản xuất từ nguyên liệu lưu huỳnh

a Mô tả quy trình công nghệ:

Sơ đồ công nghệ sản xuất được mô tả trong hình II.x Quá trình công nghệ bao gồm năm công đoạn chính:

Công đoạn hoá lỏng lưu huỳnh:

Lưu huỳnh được cấp vào bể hóa lỏng qua hệ thống bunke, băng tải Bể hóa lỏng lưu huỳnh được trang bị các cụm ống trao đổi nhiệt và cánh khuấy ly tâm Đáy bể hóa lỏng được thiết kế nghiêng và cũng được gia nhiệt bằng hơi nước, đáy có 3 lỗ để vệ sinh lưu huỳnh bị kết khối

Lưu huỳnh sau khi hoá lỏng được chảy sang thùng chứa Vỏ và đáy thùng chứa cũng được gia nhiệt bằng hơi nước qua các cụm trao đổi nhiệt phía ngoài Thùng chứa

có lắp các bơm chìm để cấp lưu huỳnh vào vòi phun của lò đốt

Bảng II.5: Các chỉ tiêu kỹ thuật công đoạn hoá lỏng lưu huỳnh:

Nhiệt độ lưu huỳnh trong bể hóa lỏng 140ữ145 oC

Nhiệt độ lưu huỳnh trong thùng chứa 140ữ145 oC

Nhiệt độ hơi vào bể hóa lỏng 160 oC

Mức lưu huỳnh trong thùng chứa

nước từ pha khí được tuần hoàn trở lại thùng chứa Do quá trình hấp thụ hơi nước, axit sấy bị loãng dần, nhiệt độ tăng lên Nồng độ axit sấy được duy trì bằng cách bổ xung axit 98,3% từ tháp hấp thụ mônô; đồng thời axit sấy được trao đổi trở lại thùng mônô

Không khí sau khi sấy (không khí khô) được đưa vào trao đổi nhiệt với khí sau lớp 1, tăng nhiệt độ từ 50 lên 1600C và được cấp vào lò đốt Một phần không khí khô

được cấp vào sau lớp II và lớp III của máy tiếp xúc để điều chỉnh nhiệt độ của khí vào các lớp xúc tác tiếp theo

Công đoạn lò đốt lưu huỳnh:

Lưu huỳnh từ bể chứa có nhiệt độ 140-1450C được bơm cấp vào vòi phun lưu huỳnh lắp ở đầu lò đốt Đường ống dẫn lưu huỳnh từ thùng chứa đến vòi phun được gia nhiệt bằng hơi nước trong áo hơi Vòi phun lưu huỳnh được làm mát bằng hơi Lưu huỳnh lỏng được vòi phun phun vào lò đốt cháy cùng với không khí được cấp vào lò qua

hệ thống tháp sấy

Lưu lượng không khí cấp vào lò được điều chỉnh bằng các van bướm trên đường ống dẫn khí và được đo bằng lưu lượng kế Lượng lưu huỳnh cấp vào lò được điều chỉnh

tự động bằng các van điều chỉnh theo chỉ thị của lưu lượng kế

Khí từ lò đốt ra có nhiệt độ 10250C và nồng độ SO2 11%V được đưa thẳng vào nồi hơi nhiệt thừa Khí sau khi đi ra khỏi nồi hơi nhiệt thừa được làm nguội từ 10250C xuống 4500C và đi vào lọc gió nóng

Bảng II.6: Các chỉ tiêu kỹ thuật công đoạn lò đốt lưu huỳnh:

áp suất lưu huỳnh vào vòi phun 0,25-0,8MPa

Lưu lượng lưu huỳnh vào vòi phun 1,7m3/h

Lưu lượng nước cấp vào nồi hơi 9,1 m3/h

lưu huỳnh thăng hoa Hỗn hợp khí 8,5-9% SO2 sau lọc gió nóng có nhiệt độ 420-4300C

đi vào lớp I máy tếp xúc Tại lớp I, khí SO2 được chuyển hoá một phần thành SO3 Sau lớp I, hỗn hợp khí có nhiệt độ 600-6060C đi vào trao đổi nhiệt sau lớp I để hạ nhiệt độ xuống bằng nhiệt độ hoạt tính của xúc tác 4450C đi vào lớp II và chuyển hoá tiếp Khí sau lớp II có nhiệt độ 508 oC được hạ nhiệt độ xuống 4360C bằng cách pha không khí khô trực tiếp Để cho hỗn hợp khí có nhiệt độ đồng đều, sau lớp II có đặt một bộ trộn khí giữa hỗn hợp khí SO2 và không khí khô Khí vào lớp III có nhiệt độ 4360C được chuyển hóa tiếp theo phản ứng:

SO2 + 1/2O2 = SO3 Khí sau lớp III có nhiệt độ 4460C được làm nguội xuống 4260C cũng bằng cách pha không khí khô trực tiếp ( giống như sau lớp II) Hỗn hợp khí có nhiệt độ 4260C đi vào lớp IV tiếp tục được chuyển hoá Khí sau lớp IV có nhiệt độ 4300C được đưa qua các thiết bị trao đổi nhiệt để làm nguội khí, sau đó đưa sang bộ phận hấp thụ

Bảng II.7: Chỉ tiêu kỹ thuật công đoạn tiếp xúc

Lớp xúc tác Nhiệt độ vào ( 0 C) Nhiệt độ khí ra ( 0 C) Mức chuyển hoá (%)

I

II III

Công đoạn hấp thụ:

Khí sau khi ra khỏi máy tiếp xúc có nhiệt độ 430oC được đưa qua trao đổi nhiệt

để làm giảm nhiệt độ xuống 2500C Khí SO3 có nhiệt độ 2500C được đưa sang bộ phận hấp thụ Hấp thụ khí SO3 được tiến hành trong tháp hấp thụ mônôhydrat (nồng độ 98,3% H2SO4) Tháp mônô có xếp đệm để tăng sự tiếp xúc giữa pha lỏng và pha khí: Khí đi từ dưới lên, axit đi từ trên xuống Do quá trình hấp thụ khí SO3 có sự toả nhiệt nên nhiệt độ của pha lỏng tăng lên, đồng thời nồng độ axit của dung dịch tưới cũng tăng lên Để đảm bảo quá trình hấp thụ đạt hiệu suất cao, thì cần thiết phải giảm nhiệt độ và

ổn định nồng độ của pha lỏng

Axit sau khi hấp thụ khí SO3 được chảy về thùng chứa, sau đó được bơm tuần hoàn trở lại đỉnh tháp Trước khi tưới vào trong tháp axit được đưa qua các cụm trao đổi nhiệt làm mát axit Để tách mù và tia bắn, khí sau khi đi ra khỏi tháp mônô được đưa