BÁO CÁO THỰC TẬP QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ Tên đơn vị thực tập: NHÀ MÁY HÓA CHẤT TÂN BÌNH 2 CB.NM HD: Anh Phạm Trần Đức Biên Thầy phụ trách: Thầy Nguyễn Sỹ Xuân Ân Ngành: Kỹ thuật hóa học LỜI CẢM ƠN Đợt thực tập Quá trình và Thiết bị này đã kết nối chúng em rất nhiều từ kiến thức trên giảng đường cho tới sản xuất thực tế ở nhà máy. Qua một tháng đi thực tập, chúng em đã học hỏi được nhiều điều bổ ích và nhận được sự hướng dẫn nhiệt tình từ các anh chị kỹ sư đang làm việc tại Nhà máy Hóa chất Tân Bình 2. Chúng em đã được tìm hiểu và làm quen với dây chuyền công nghệ sản xuất, các thiết bị chủ lực và môi trường làm việc thực tế của nhà máy. Chúng em xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Nhà máy Hóa chất Tân Bình 2, các anh chị kỹ sư đang công tác tại nhà máy, đặc biệt là anh Phạm Trần Đức Biên, người đã hướng dẫn nhiệt tình và giúp đỡ chúng em hoàn thành bài báo cáo này. Chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô hướng dẫn của bộ môn Quá trình Thiết bị, khoa Kỹ thuật Hóa Học trường Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh, đặc biệt là thầy Nguyễn Sĩ Xuân An, đã tạo điều kiện thuận lợi nhất để chúng em có thể hoàn thành tốt đợt thực tập này. Cuối cùng, chúng em gửi lời chúc sức khỏe đến quý thầy cô của bộ môn Quá trình Thiết bị, Ban lãnh đạo, các anh chị kỹ sư và toàn thể công nhân Nhà máy Hóa chất Tân Bình 2. TP. HCM, ngày tháng năm NHÓM SINH VIÊN THỰC TẬP Nhận xét của Đơn vị thực tập Sinh viên: Thời gian thực tập: từ ngày 1072017 đến 1082017. TP.HCM, ngày tháng năm 2017 Nhận xét của thầy cô hướng dẫn TP. HCM, ngày tháng năm 2017 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN 1 Nhận xét của đơn vị thực tập 2 Nhận xét của thầy cô hướng dẫn 3 Danh mục hình ảnh 6 Danh mục bảng 7 MỤC LỤC 4 Phần I: Tổng quan về nhà máy hóa chất Tân Bình 2. 8 I. Lịch sử hình thành và phát triển 8 I.1. Vị trí địa lý 8 I.2. Lịch sử hình thành và phát triển của nhà máy 9 II. Ngành nghề, các sản phẩm chính và địa bàn kinh doanh 9 II.1. Các sản phẩm chính và thị trường tiêu thụ 9 I.1.1. Tình hình phát triển kinh doanh 9 I.1.2. Chủng loại sản phẩm 10 I.1.3. Ứng dụng của sản phẩm 10 I.1.4. Tiêu chuẩn quy định chất lượng sản phẩm 11 I.1.5. Thị trường tiêu thụ 11 II.2. Tổ chức mặt bằng cở sở 12 II.2.1. Giao thông 12 II.2.2. Sơ đồ tổ chức mặt bằng 12 II.2.3. Bố trí dây chuyền sản xuất 12 II.2.4. Hệ thống cung cấp nguồn năng lượng cho cơ sở 13 II.2.5. Hệ thống cấp nước 13 II.2.6. Hệ thống thoát nước 14 III. Tổ chức nhân sự 14 III.1.Sơ đồ tổ chức nhân sự 14 III.2.Phân công nhân sự 18 IV. Các quy định về an toàn lao động trong nhà máy 19 V. Xử lý nước – khí thải và vệ sinh công nghiệp 19 Phần II: Dây chuyền công nghệ I. Thông tin khái quát về phân xưởng sản xuất axit 20 I.1. Tính chất của axit sulfuric 20 I.2. Vai trò của axit sulfuric 20 I.3. Cơ sở lý thuyết sản xuất axit bằng phương pháp tiếp xúc 20 I.3.1. Chế tạo khí sulfuro 20 I.3.2. Oxi hóa SO2 thành SO3 với xúc tác V2O5 21 I.3.3. Hấp thụ SO3 thành axit sulfuric 22 II. Nguyên liệu và nhiên liệu 23 II.1.Lưu huỳnh 24 II.2.Chất xúc tác 24 II.3.Không khí 25 II.4.Nước 26 II.5.Dầu DO, FO 26 II.6.Dầu DO, FO III. Dây chuyền công nghệ 27 III.1.Sơ đồ công nghệ 27 III.2.Mô tả quy trình 28 IV. Các thiết bị chính 29 IV.1.Hầm lưu huỳnh 29 IV.2.Tháp sấy 30 IV.3.Lò đốt lưu huỳnh 32 IV.4.Nồi hơi 34 IV.5.Tháp chuyển hóa 35 IV.6.Tháp hấp thụ 1 39 IV.7.Tháp hấp thụ 2 41 V. Các thiết bị phụ 42 V.1. Thiết bị trao đổi nhiệt 42 V.2. Thiết bị giải nhiệt 43 V.3. Bồn tuần hoàn axit 44 VI. Sản phẩm 44 VI.1.Sản phẩm chính 44 VI.2.Chất thải 44 Phần III: Các sự cố và biện pháp khắc phục I. Đối với từng thiết bị 45 II. Trong quá trình sản xuất 49 KẾT QUẢ, KIẾN NGHỊ VÀ GIẢI PHÁP 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51
Tổng quan về nhà máy hóa chất Tân Bình 2
Lịch sử hình thành và phát triển
Lựa chọn địa điểm là yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả đầu tư, đồng thời tác động đến các điều kiện xã hội và môi trường sinh thái.
Theo khảo sát, địa điểm đầu tư được chọn là tại Đường số 5, KCN Biên Hòa 1, phường An Bình, thành phố Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai, nằm gần trung tâm thành phố Hồ Chí Minh.
Minh khoảng 25 km là thiết thực và dễ thực hiện nhất Với lý do:
- Có thể sử dụng chung nguồn nguyên liệu đầu vào cho sản xuất các sản phẩm.
Lượng nhiệt dư từ phân xưởng axit có thể được tận dụng cho các quy trình sản xuất như cô đặc xút và sản xuất axit clohydric tại nhà máy Hóa chất Biên Hòa Ngoài ra, nó còn được sử dụng để cung cấp hơi cho sản xuất các sản phẩm gốc sulfat và gốc muối tại xưởng nghiên cứu thực nghiệm Nếu quy đổi lượng nhiệt dư này sang dầu FO cho lò hơi hàng năm, con số sẽ rất đáng kể.
- Gần trung tâm, gần thị trường tiêu thụ sản phẩm, thuận tiện trong việc sản xuất và bán hàng.
- Giảm chi phí đầu tư vì đã có sẵn cơ sở hạ tầng.
I.2 Lịch sử hình thành và phát triển của nhà máy
Nhà máy Hóa Chất Tân Bình 2, thành viên của Công ty TNHH Một Thành Viên Hóa Chất Cơ Bản miền Nam, là một trong những nhà sản xuất hóa chất vô cơ hàng đầu tại Việt Nam, thuộc tập đoàn Hóa Chất Việt Nam Quá trình hình thành và phát triển của nhà máy đã trải qua nhiều giai đoạn quan trọng.
Nhà Máy Hóa Chất Tân Bình, được thành lập vào năm 1969 với tên gọi COPHATA và do một người Hoa làm chủ, chuyên sản xuất axit sulfuric và phèn đơn Đến năm 1973, nhà máy mở rộng sản xuất bằng cách thêm hidroxit nhôm vào danh mục sản phẩm.
Sau khi miền Nam hoàn toàn giải phóng, Nhà nước đã tiếp quản và giao nhà máy cho Công ty Hóa Chất Cơ Bản Miền Nam, đổi tên thành Hóa Chất Tân Bình Năm 2001, nhằm thực hiện chủ trương bảo vệ môi trường của Hội đồng Nhân Dân Tp.HCM, nhà máy đã di dời 3 dây chuyền sản xuất sang Hóa Chất Biên Hòa và Tân Bình 2 Hóa Chất Tân Bình 2 được thành lập theo quyết định số 164/QĐ_HCVN ngày 24/4/2009, dựa trên việc tách một phần từ nhà máy Hóa Chất Biên Hòa tại KCN Biên Hòa I.
Nhà Máy Hòa chất Tân Bình 2 hiện đang vận hành với hai dây chuyền sản xuất chính: dây chuyền sản xuất axit sulfuric với công suất 60.000 tấn/năm và dây chuyền sản xuất muối nhôm sunfat có công suất 8.000 tấn/năm Các sản phẩm được sản xuất tại nhà máy bao gồm nhiều chủng loại khác nhau.
- Axit sulfuric (cấp kỹ thuật).
- Phèn nhôm sulfat: 17% Al2O3 và 15% Al2O3.
Mặc dù mới thành lập, nhà máy đã hoạt động hiệu quả, tận dụng công nghệ sản xuất tiên tiến để cung cấp các hợp chất vô cơ quan trọng cho nhiều ngành công nghiệp trong cả nước Định hướng của nhà máy là mở rộng sản xuất kinh doanh, phát triển bền vững và trở thành một trong những nhà máy uy tín cung cấp hợp chất vô cơ tại khu vực phía Nam Với tuổi đời còn trẻ, nhà máy không ngừng củng cố và hoàn thiện bộ máy quản lý, nâng cao hiệu quả công tác quản lý và sản xuất theo các tiêu chuẩn chất lượng và môi trường.
• Website: http://www.sochemvn.com/
1 Các sản phẩm chính và thị trường tiêu thụ
II.1.1 Tình hình phát triển kinh doanh:
2 Sử dụng sản xuất nội bộ 2,500 2,810 2,345 1,956
Bảng 1 Chương trình sản xuất và tiêu thụ axit sulfuric (đơn vị: tấn/năm)
Báo cáo này tập trung vào dây chuyền sản xuất axit sulfuric, với bảng thống kê chương trình sản xuất và tiêu thụ từ năm 2008 đến 2013 Trước nhu cầu thị trường ngày càng tăng, kế hoạch sản xuất axit sulfuric từ năm 2009 đã đạt 100% công suất thiết kế, đảm bảo đáp ứng nhu cầu tiêu thụ Do đó, nhà máy dự kiến sẽ đầu tư nâng công suất dây chuyền lên 100.000 tấn/năm trong tương lai.
II.1.2.Chủng loại sản phẩm:
Tên sản phẩm Công thức hóa học Hàm lượng chính
(cấp kỹ thuật/ cấp tinh khiết)
Cấp kỹ thuật: Được sản xuất từ nguyên liệu lưu huỳnh theo phương pháp tiếp xúc.
Sản phẩm này được sử dụng phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm sản xuất phèn lọc nước, ắc quy, luyện kim, chất tẩy rửa, chế biến dầu mỏ, phân bón, phẩm nhuộm, thuốc nổ, tơ sợi, giấy, sơn, dược phẩm, chất dẻo và các sản phẩm gốc sunfat.
Cấp tinh khiết: Được sản xuất từ nguyên liệu lưu huỳnh theo phương pháp tiếp xúc.
Dùng trong phòng thí nghiệm, công nghệ điện tử và sản xuất các sản phẩm chất lượng cao.
Phèn Nhôm Sulfat Al2(SO4)3.nH2O 17 % Al2O3 (dạng rắn)
15 % Al2O3 (dạng rắn) 7,5 % Al2O3 (dạng lỏng)
- Được sản xuất từ nguyên liệu Hidroxit Nhôm Al(OH)3 và Axit Sulfuric cấp kỹ thuật.
- Dùng trong ngành sản xuất giấy, lọc nước, dược phẩm…
Bảng 2 Chủng loại sản phẩm chính của nhà máy
II.1.3 Ứng dụng của sản phẩm
II.1.4.Tiêu chuẩn qui định chất lượng sản phẩm
- Chất lỏng sánh, tỷ trọng > 1,8 g/cm 2
II.1.5.Thị trường tiêu thụ Đối với ngành sản xuất công nghiệp trong nước, đây là nguồn nguyên liệu chủ yếu:
- Hiện nay Nhà máy có một lượng khách hàng truyền thống và những hộ tiêu thụ lớn, ổn định sẽ ký hợp đồng tiêu thụ hằng năm.
Các sản phẩm có thể được bán trực tiếp tại Nhà máy hoặc giao đến địa điểm yêu cầu của khách hàng Đối với thị trường quốc tế, việc xuất khẩu sản phẩm có thể thực hiện theo các phương thức giao hàng tại biên giới, như đối với Campuchia và Lào, hoặc theo yêu cầu của khách hàng đối với các quốc gia khác, với đầy đủ thủ tục buôn bán quốc tế.
Để nâng cao khả năng cạnh tranh và mở rộng thị trường, công ty đã điều chỉnh giá cả sản phẩm xuất khẩu, hướng tới hội nhập thị trường AFTA Giá bán sản phẩm xuất khẩu sẽ thấp hơn giá trong nước và tương đương với các nước sản xuất cùng loại Để tránh tình trạng tồn kho và ứ đọng sản phẩm, công ty thực hiện lập kế hoạch và chương trình giao hàng theo từng quý, nhằm tăng cường hiệu quả trong hoạt động sản xuất kinh doanh.
2 Tổ chức mặt bằng cở sở
Nhà máy hiện đã hoàn thiện hệ thống giao thông đường bộ, bao gồm cả các tuyến đường nội bộ phục vụ cho việc xây dựng các phân xưởng mới Điều này đảm bảo thuận lợi trong việc vận chuyển nguyên liệu và sản phẩm, cũng như việc di chuyển trong khuôn viên Nhà máy.
Các giải pháp tối ưu cho kết cấu hạ tầng và sản xuất được xây dựng nhằm đảm bảo hiệu quả kinh tế và đáp ứng tốt nhất cho nhu cầu sản xuất.
II.2.2.Sơ đồ tổ chức mặt bằng
Dựa vào công suất, phương án kỹ thuật và bố trí lắp đặt thiết bị cho từng dây chuyền sản xuất, dự án đã xác định quy mô các hạng mục công trình.
− Nhà vận hành axit sulfuric: 54 m 2
− Nhà quạt gió và turbine: 120 m 2
− Hệ thống xử lý nước thải: 45 m 2
− Bể chứa nước thải công nghiệp: 36 m 2
II.2.3.Bố trí dây chuyền sản xuất
Hình 1 Sơ đồ bố trí phân xưởng của nhà máy
II.2.4.Hệ thống cung cấp nguồn năng lượng cho cơ sở
- Nguồn điện: Công ty Điện lực Biên Hòa, mạng lưới điện quốc gia.
- Nguồn xăng dầu: các Công ty xăng dầu thuộc khu vực TP.HCM và Đồng Nai.
- Nguồn hơi: Công ty cấp nước Đồng Nai và trạm bơm nhà máy Hóa chất Biên Hòa cung cấp cho các lò hơi trong nhà máy.
II.2.5.Hệ thống cấp nước
Nhà máy Hóa Chất Tân Bình 2 hiện đang sử dụng nước từ hai nguồn chính: nguồn nước thủy cục của khu công nghiệp và nguồn nước bơm trực tiếp từ sông Đồng Nai Nhu cầu sử dụng nước cho sản xuất hiện đã tăng lên từ 85 – 90 m³/h, trong khi nhu cầu nước sinh hoạt là 30 m³/ngày đêm.
Yêu cầu về chất lượng nước:
Nước cấp cho sản xuất, bao gồm các khâu bổ sung nước cho quá trình phản ứng và làm nguội, có thể sử dụng nguồn nước thủy cục mà không cần qua xử lý.
- Đối với nước cấp cho các lò hơi có chất lượng pH ≥ 7, độ cứng ≤ 15 ppm, Fe ≤ 0,3 mg/l.
- Đối với nước cấp cho sinh hoạt phải đạt tiêu chuẩn 55/1992/QĐYT là pH 6,5-7,5, độ cứng ≤ 40 ppm, Fe ≤ 0,3 mg/l
II.2.6.Hệ thống thoát nước
Nguồn nước thải từ quá trình sản xuất chủ yếu là do vệ sinh thiết bị, nhà xưởng nên có nồng độ axit cao (pH = 2 – 3).
Để xử lý nước thải, cần tập trung nguồn thải vào bể chứa của từng phân xưởng Sau đó, thực hiện xử lý sơ bộ trước khi đưa qua hệ thống xử lý chung Cuối cùng, nước thải phải đạt tiêu chuẩn trước khi thải ra ngoài.
Nhà máy Hóa Chất Tân Bình 2 hiện đã trang bị hệ thống xử lý nước thải cho từng dây chuyền sản xuất Dự án chỉ cần bổ sung hệ thống xử lý nước thải cho các phân xưởng mới và xây dựng hồ xử lý tập trung trước khi xả thải ra sông.
Tổ chức nhân sự
III.1 Sơ đồ tổ chức nhân sự:
Hình 2 Sơ đồ tổ chức Nhà máy Hóa chất Tân Bình 2
III.2 Phân công nhân sự:
- Dây chuyền sản xuất axit sulfuric hoạt động liên tục 24/24 giờ.
- Tổng thời gian hoạt động liên tục 300 ngày/năm.
- Biên chế nhân lực cho phân xưởng sản xuất axit sulfuric :
• Cán bộ quản lý, kỹ thuật phân xưởng: chịu trách nhiệm phụ trách nguồn lực và điều hành sản xuất của xưởng – 4 kỹ sư.
• Công nhân vận hành: phụ trách vận hành toàn bộ dây chuyền – 16 công nhân.
• Công nhân phụ trợ: phụ trách vệ sinh công nghiệp, bốc xếp, sản xuất phụ – 33 công nhân.
Các quy định về an toàn lao động trong nhà máy
Để ngăn ngừa sự cố cháy nổ, cần thực hiện đồng bộ các biện pháp kỹ thuật, tổ chức huấn luyện, tuyên truyền giáo dục và áp dụng pháp luật.
Các máy móc thiết bị được sắp xếp một cách hợp lý, gọn gàng và tạo ra khoảng cách an toàn cho công nhân, nhằm đảm bảo an toàn trong trường hợp xảy ra sự cố cháy nổ.
- Hệ thống dây điện, các chỗ tiếp xúc, cầu dao điện có thể gây tia lửa được bố trí thật an toàn.
Trong các khu sản xuất, việc lắp đặt hệ thống báo cháy và thông tin báo động là rất cần thiết Cần bố trí các bình cứu hỏa cầm tay ở vị trí thuận tiện để dễ dàng sử dụng Đồng thời, các phương tiện chữa cháy phải được kiểm tra thường xuyên để đảm bảo luôn trong tình trạng sẵn sàng hoạt động.
Cách ly các chất dễ cháy như hóa chất và nhiên liệu ra khu vực riêng biệt là rất quan trọng Những chất này cần được lưu trữ trong kho cách ly để đảm bảo an toàn, tránh xa các nguồn có khả năng gây cháy.
Nhà máy cam kết tổ chức thường xuyên các lớp tập huấn phòng cháy chữa cháy (PCCC) nhằm nâng cao ý thức và kỹ năng phòng cháy, chống cháy cho toàn thể cán bộ công nhân viên (CBCNV).
- Tất cả các vấn đề trên sẽ tuân thủ theo các hướng dẫn về PCCC do Bộ Công An ban hành.
Xử lý nước – khí thải và vệ sinh công nghiệp
Vệ sinh công nghiệp gồm bảo trì máy móc, thiết bị, vệ sinh phân xưởng và thu gom chất thải. Cần dừng máy trước khi kiểm tra, bảo trì.
− Đối với hệ thống xử lý khí thải:
• Tháp xử lý khí thải: sử dụng cửa người để vào kiểm tra, sửa chữa.
Hệ thống ống dẫn cần được bảo trì định kỳ bằng cách khoét lỗ ở vị trí thích hợp để vệ sinh, sử dụng gõ sơ sulfat để loại bỏ cặn bẩn, sau đó xử lý cặn thu được Nếu phát hiện các khu vực bị mòn, có thể thực hiện hàn đắp; trong trường hợp hư hỏng nghiêm trọng, cần thay mới ống dẫn.
Để kiểm tra lò đốt, cần thổi lưu huỳnh từ đầu đến cuối, tuy nhiên do nhiệt độ trong lò rất cao (900 – 1100 o C), nên cần để lò nguội trước khi thực hiện Việc kiểm tra nên được thực hiện định kỳ, khoảng 15-20 ngày một lần.
• Kiểm tra đường ống SO3 vào và ống dẫn acid vào ra.
• Do chênh lệch áp cao ở 2 đầu vào và ra, thiết bị lọc mù có thể bị móp, cần đánh giá mức độ hư hại để thay mới.
• Máng tưới cần được kiểm tra và thay mới.
• Đệm không cần vệ sinh (đã sử dụng 10 năm chưa thay mới).
− Thiết bị cần vệ sinh nhiều nhất là tháp chuyển hóa (nhất là lớp 1) do bề mặt bị bụi bám nhiều gây trở lực
Xử lý nước, khí thải:
- Đối với nguồn gây ô nhiễm không khí:
Xây dựng hệ thống xử lý khí cho dây chuyền sản xuất axit sulfuric và sản phẩm gốc sulfate, đảm bảo khí thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn QCVN 19:2009 trước khi thải ra môi trường.
Dây chuyền công nghệ I Thông tin khái quát về phân xưởng sản xuất axit
Tính chất của axit sulfuric
Axit sulfuric (H2SO4) là một chất lỏng không màu, không mùi và có độ nhớt cao Chất này khó bay hơi và có khả năng hòa tan trong nước ở mọi tỷ lệ.
Axit sulfuric đậm đặc có nồng độ 98 – 98,5%, có khả năng hút nước mạnh và tạo ra phản ứng tỏa nhiệt cao Do đó, khi pha loãng, cần phải cho từ từ axit vào nước để tránh nguy hiểm Với tính axit và tính oxi hóa mạnh, axit sulfuric cũng là một chất ăn mòn rất nguy hiểm.
Axit sulfuric có thể gây bỏng hóa chất nghiêm trọng ngay cả ở nồng độ thấp, do đó cần phải hết sức cẩn trọng khi làm việc với loại axit này.
I.2 Vai trò của acid sulfuric:
Axit sunfuric là một hóa chất quan trọng, được sử dụng rộng rãi trong nền kinh tế quốc dân và ngành công nghiệp hóa học Chất này đóng vai trò chủ yếu trong nhiều ngành sản xuất, bao gồm sản xuất phân bón, chất giặt tẩy, phèn lọc cho xử lý nước thải, chế biến nhiên liệu lỏng, tổng hợp hữu cơ, sản xuất chất dẻo, thuốc nhuộm, cũng như trong ngành luyện kim và mạ điện.
I.3 Cơ sở lý thuyết sản xuất axit sulfuric bằng phương pháp tiếp xúc:
Dây chuyền công nghệ sản xuất axit sulfuric tại Nhà máy hóa chất Tân Bình 2 hiện đang áp dụng phương pháp tiếp xúc Phương pháp này bao gồm quá trình oxi hóa khí anhydrit sulfuro (SO2) thành khí anhydrit sulfuric (SO3) trên xúc tác rắn Quy trình sản xuất được chia thành 3 giai đoạn chính.
Phản ứng giữa lưu huỳnh và oxy tạo ra khí SO2 tỏa nhiệt với ΔH = -297 kJ/mol Khi lưu huỳnh được nung chảy và gia nhiệt, nó sẽ tiếp xúc với không khí, dẫn đến phản ứng xảy ra ở nhiệt độ thích hợp Để tăng lượng SO2 sản xuất, có thể điều chỉnh điều kiện phản ứng như tăng lượng oxy trong không khí hoặc giảm nhiệt độ lò Tuy nhiên, cần tinh chỉnh các điều kiện này một cách hợp lý, vì nếu thay đổi quá mức có thể ảnh hưởng đến quy trình sản xuất thực tế.
Khi tăng lượng oxy, nồng độ SO2 sẽ giảm do hỗn hợp trong lò đốt có quá nhiều không khí Để duy trì lưu huỳnh ở nhiệt độ 140 °C, cần đảm bảo độ nhớt thấp, tránh tình trạng đóng rắn lưu huỳnh (t o = 119,3 °C) gây tắc béc phun Việc gia nhiệt cho dòng lưu huỳnh bằng hơi nước bão hòa là cần thiết Đồng thời, để ngăn ngừa sự hình thành mù axit trong các công đoạn sau, không khí cần được sấy khô trước khi đưa vào lò đốt.
Hiện tượng lưu huỳnh thăng hoa có thể xảy ra khi lưu huỳnh chưa cháy hết, dẫn đến việc đóng rắn và gây tắc nghẽn trong thiết bị hoặc ống dẫn khi làm nguội khí chứa lưu huỳnh Nguyên nhân chủ yếu là do thiếu không khí hoặc nhiệt độ cháy quá thấp, thường xảy ra trong quá trình khởi động hoặc dừng xưởng Để ngăn chặn tình trạng này, người ta thường đốt dầu DO hoặc FO trước khi phun lưu huỳnh vào hệ thống, nhằm tạo độ đồng đều và tránh nóng cục bộ Khi đốt lưu huỳnh trong không khí, có thể thu được hỗn hợp khí chứa 21% SO2, nhưng thực tế thường sử dụng dư không khí, dẫn đến chỉ thu được hợp khí chứa 9,5% SO2.
I.3.2 Chuyển hóa khí SO 2 thành SO 3 với xúc tác V 2 O 5
Dòng khí SO2 sẽ được cho tiếp xúc với xúc tác để chuyển hóa thành SO3 trong phản ứng oxi hóa tỏa nhiệt Khi giảm nhiệt độ và tăng áp suất, cân bằng sẽ dịch chuyển về phía thu SO3 Tuy nhiên, trong giai đoạn đầu của quá trình oxi hóa, cần phải đạt nhiệt độ trên 400°C, ngay cả khi có mặt các chất xúc tác mạnh, để tăng vận tốc phản ứng.
Chất xúc tác Vanadi rắn có tác dụng quan trọng trong phản ứng oxi hóa SO2, giúp giảm năng lượng hoạt hóa so với phản ứng diễn ra trong pha khí.
- Không có xúc tác: E = 209,5 kJ/mol
- Có xúc tác Vanadi: E = 96,5 kJ/mol
Năng lượng hoạt hóa của phản ứng giảm nhờ cơ chế mới, trong đó các chất tham gia phản ứng tương tác với chất xúc tác thông qua tác dụng hóa học trung gian Ở nhiệt độ từ 410°C đến 610°C, các hợp chất tồn tại dưới dạng nóng chảy trên bề mặt chất mang SiO2 Khi đó, O2 và SO2 được hấp thụ trên bề mặt xúc tác và hòa tan vào chất nóng chảy, sau đó sẽ tác dụng với V2O5 theo phương trình phản ứng.
Cơ chế quá trình oxi hoá SO2 dựa trên xúc tác V2O5 chia thành các giai đoạn:
- Khuếch tán cấu tử phản ứng (SO2 và O2) từ dòng khí đến bề mặt hạt xúc tác, sau đó khuếch tán vào trong các mao quản của xúc tác.
- Hấp thụ oxy bằng chất xúc tác (chuyển điện tử từ chất xúc tác đến các nguyên tử oxy).
- Hấp phụ phân tử SO2 để tạo thành phức [SO2.O.Xt].
- Chuyển nhóm điện tử để tạo thành phức [SO3.Xt].
- Khuếch tán SO3 từ các mao quản của khối tiếp xúc và từ bề mặt của các hạt ra ngoài.
Quá trình oxy hóa SO2 thành SO3 diễn ra trong tháp chuyển hóa Hỗn hợp khí SO2 sau khi ra khỏi lò đốt, với nhiệt độ từ 950°C đến 1050°C, sẽ được dẫn qua nồi hơi để tận dụng nhiệt dư và trao đổi nhiệt với nước, làm giảm nhiệt độ xuống còn 420°C – 440°C Sau đó, khí sẽ tiếp tục đi qua thiết bị lọc bụi trước khi vào lớp 1 của tháp chuyển hóa.
I.3.3 Hấp thụ dòng khí SO 3 chuyển thành H 2 SO 4
Quá trình tách SO3 ra khỏi hỗn hợp khí và chuyển thành H2SO4 phụ thuộc vào việc hỗn hợp khí có chứa hơi nước hay không Nếu hỗn hợp khí đã được sấy khô trước khi vào tháp tiếp xúc, quá trình tách diễn ra dưới dạng hấp thụ Ngược lại, nếu hỗn hợp khí đi thẳng vào tháp mà không sấy khô, quá trình tách sẽ là ngưng tụ H2SO4, thường sử dụng axit có nồng độ từ 95 – 98,3% Thực tế, quá trình hấp thụ xảy ra phổ biến hơn, trong đó H2SO4 98,3% được dùng để hấp thụ SO3 thông qua phản ứng: nSO3 + H2SO4 → H2SO4.nSO3 → nSO3.H2SO4 + nH2O (n+1) H2SO4.
Tùy theo tỷ lệ giữa SO3 và H2SO4 mà nồng độ axit thu được sẽ khác nhau:
- Khi n > 1 sản phẩm là oleum.
- Khi n = 1 sản phẩm là monohydrate.
- Khi n < 1 sản phẩm là dung dịch axit loãng.
Trong tháp hấp thụ, quá trình hấp thụ diễn ra trên bề mặt đệm, và việc tăng đường kính tháp sẽ làm tăng vốn đầu tư Vận chuyển khí trong tháp cần được tối ưu hóa để tăng diện tích tiếp xúc giữa H2SO4 và SO3, từ đó nâng cao hiệu quả hấp thụ Do đó, thiết kế tháp hấp thụ cần được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu suất cao và tiết kiệm chi phí Để bảo vệ môi trường, việc hấp thụ hoàn toàn SO3 là rất quan trọng Phương pháp tiếp xúc mang lại ưu điểm vượt trội, cho phép sản xuất H2SO4 với nồng độ trên 98% và quy mô lớn, với nguyên liệu dễ dàng tìm kiếm Hệ thống sản xuất theo kiểu tiếp xúc và hấp phụ kép giúp xử lý chất thải an toàn, không gây hại cho môi trường, đồng thời tận dụng lượng nhiệt phát sinh trong quá trình.
II Nguyên liệu và nhiên liệu sản xuất
Lưu huỳnh nguyên tố là nguyên liệu tối ưu cho sản xuất axit sunfuric, nhờ vào những lợi ích vượt trội so với các nguyên liệu khác Việc sử dụng lưu huỳnh không chỉ đảm bảo hiệu quả cao trong quá trình sản xuất mà còn giúp tối ưu hóa chi phí và giảm thiểu tác động môi trường.
Cơ sở lý thuyết sản xuất axit bằng phương pháp tiếp xúc
I.2 Vai trò của acid sulfuric:
Axit sunfuric là hóa chất quan trọng và phổ biến nhất trong nền kinh tế, đóng vai trò chủ chốt trong nhiều ngành công nghiệp Nó được sử dụng làm nguyên liệu chính hoặc chất xúc tác trong sản xuất phân bón, chất giặt tẩy, phèn lọc xử lý nước thải, chế biến nhiên liệu lỏng, tổng hợp hữu cơ, sản xuất chất dẻo, thuốc nhuộm, cũng như trong ngành luyện kim và mạ điện.
I.3 Cơ sở lý thuyết sản xuất axit sulfuric bằng phương pháp tiếp xúc:
Dây chuyền công nghệ sản xuất axit sulfuric tại Nhà máy hóa chất Tân Bình 2 hiện nay được vận hành theo phương pháp tiếp xúc, trong đó khí anhydrit sulfuro SO2 được oxi hóa trên xúc tác rắn để tạo ra khí anhydrit sulfuric SO3 Phương pháp này bao gồm ba giai đoạn chính.
Phản ứng giữa lưu huỳnh và oxy tạo ra SO2 là một quá trình tỏa nhiệt với ΔH = -297 kJ/mol Khi lưu huỳnh được nung chảy và gia nhiệt, nó sẽ tiếp xúc với không khí, và ở nhiệt độ thích hợp, phản ứng này sẽ diễn ra Để tăng lượng SO2 sản xuất, có thể điều chỉnh các điều kiện phản ứng như tăng lượng oxy trong không khí hoặc giảm nhiệt độ lò Tuy nhiên, việc điều chỉnh này cần phải được thực hiện cẩn thận, vì nếu thay đổi quá mức có thể ảnh hưởng đến quy trình sản xuất thực tế.
Khi tăng cường oxy trong quá trình đốt, nồng độ SO2 sẽ giảm do có quá nhiều không khí trong hỗn hợp Để duy trì độ nhớt thấp của lưu huỳnh, cần giữ nhiệt độ ở 140 °C Để ngăn ngừa việc lưu huỳnh đóng rắn và làm tắc béc phun, cần gia nhiệt cho dòng lưu huỳnh bằng hơi nước bão hòa Hơn nữa, để tránh tạo ra mù axit trong các giai đoạn sau, không khí cần được sấy khô trước khi đưa vào lò đốt.
Hiện tượng lưu huỳnh thăng hoa có thể xảy ra khi lưu huỳnh chưa cháy hết, dẫn đến việc lưu huỳnh đóng rắn khi làm nguội khí, gây tắc nghẽn thiết bị và ống dẫn Nguyên nhân của tình trạng này thường là do thiếu không khí hoặc nhiệt độ cháy quá thấp, đặc biệt khi khởi động hoặc dừng xưởng Để ngăn ngừa hiện tượng này, người ta thường đốt dầu DO hoặc FO trước khi phun lưu huỳnh vào quá trình đốt, nhằm tạo độ đồng đều cho hệ thống và tránh nóng cục bộ do lưu huỳnh cháy tỏa nhiệt mạnh Khi đốt lưu huỳnh trong không khí, hỗn hợp khí thu được có thể chứa 21% SO2, nhưng trong thực tế sản xuất, do sử dụng dư không khí, chỉ thu được hợp khí chứa 9,5% SO2.
I.3.2 Chuyển hóa khí SO 2 thành SO 3 với xúc tác V 2 O 5
Phản ứng giữa SO2 và O2 tạo ra SO3 là một quá trình tỏa nhiệt, trong đó dòng khí SO2 sẽ tiếp xúc với xúc tác để chuyển hóa thành SO3 Khi giảm nhiệt độ và tăng áp suất, cân bằng phản ứng sẽ dịch chuyển về phía sản phẩm SO3 Tuy nhiên, trong giai đoạn đầu của quá trình oxy hóa, cần phải duy trì nhiệt độ trên 400°C, ngay cả khi có mặt các chất xúc tác mạnh, để đảm bảo tốc độ phản ứng đạt yêu cầu.
Chất xúc tác Vanadi rắn có tác dụng quan trọng trong phản ứng oxi hóa SO2, giúp giảm năng lượng hoạt hóa so với phản ứng diễn ra trong pha khí.
- Không có xúc tác: E = 209,5 kJ/mol
- Có xúc tác Vanadi: E = 96,5 kJ/mol
Năng lượng hoạt hóa của phản ứng giảm do cơ chế mới được hình thành nhờ tác dụng hóa học trung gian giữa các chất tham gia và chất xúc tác Ở nhiệt độ từ 410°C đến 610°C, các hợp chất tồn tại dưới dạng nóng chảy trên bề mặt chất mang SiO2 Khi đó, O2 và SO2 sẽ được hấp thụ trên bề mặt xúc tác, hòa tan vào chất nóng chảy và phản ứng với V2O5 theo phương trình đã được xác định.
Cơ chế quá trình oxi hoá SO2 dựa trên xúc tác V2O5 chia thành các giai đoạn:
- Khuếch tán cấu tử phản ứng (SO2 và O2) từ dòng khí đến bề mặt hạt xúc tác, sau đó khuếch tán vào trong các mao quản của xúc tác.
- Hấp thụ oxy bằng chất xúc tác (chuyển điện tử từ chất xúc tác đến các nguyên tử oxy).
- Hấp phụ phân tử SO2 để tạo thành phức [SO2.O.Xt].
- Chuyển nhóm điện tử để tạo thành phức [SO3.Xt].
- Khuếch tán SO3 từ các mao quản của khối tiếp xúc và từ bề mặt của các hạt ra ngoài.
Quá trình oxy hóa SO2 thành SO3 diễn ra trong tháp chuyển hóa, bắt đầu với hỗn hợp khí SO2 sau lò đốt có nhiệt độ từ 950°C đến 1050°C Hỗn hợp khí này đi qua nồi hơi để tận dụng nhiệt dư, trao đổi nhiệt với nước, làm giảm nhiệt độ xuống còn 420°C – 440°C Sau đó, khí tiếp tục đi qua thiết bị lọc bụi trước khi vào lớp 1 của tháp chuyển hóa.
I.3.3 Hấp thụ dòng khí SO 3 chuyển thành H 2 SO 4
Quá trình tách SO3 khỏi hỗn hợp khí và chuyển thành H2SO4 có thể diễn ra theo hai cách, tùy thuộc vào sự hiện diện của hơi nước trong hỗn hợp khí Nếu khí đã được sấy khô trước khi vào tháp tiếp xúc, quá trình tách diễn ra qua hấp thụ Ngược lại, nếu khí vào thẳng tháp mà không sấy, quá trình tách sẽ là ngưng tụ H2SO4, thường sử dụng axit có nồng độ từ 95 – 98,3% Thực tế, quá trình hấp thụ xảy ra phổ biến hơn, trong đó H2SO4 98,3% được dùng để hấp thụ SO3 qua phản ứng: nSO3 + H2SO4 → H2SO4.nSO3 → nSO3.H2SO4 + nH2O (n+1) H2SO4.
Tùy theo tỷ lệ giữa SO3 và H2SO4 mà nồng độ axit thu được sẽ khác nhau:
- Khi n > 1 sản phẩm là oleum.
- Khi n = 1 sản phẩm là monohydrate.
- Khi n < 1 sản phẩm là dung dịch axit loãng.
Trong tháp hấp thụ, quá trình hấp thụ diễn ra trên bề mặt đệm, với đường kính tháp lớn hơn giúp tăng vốn đầu tư nhưng cũng nâng cao hiệu quả hấp thụ giữa H2SO4 và SO3 Việc thiết kế tháp hấp thụ cần được tính toán cẩn thận để tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm chi phí Để bảo vệ môi trường, việc hấp thụ hoàn toàn SO3 là cần thiết Phương pháp tiếp xúc có ưu điểm vượt trội, cho phép sản xuất H2SO4 với nồng độ trên 98% và quy mô lớn, đồng thời nguyên liệu dễ tìm Dây chuyền sản xuất theo kiểu tiếp xúc và hấp phụ kép giúp xử lý chất thải an toàn và tận dụng lượng nhiệt phát sinh, không gây hại cho môi trường.
Nguyên liệu và nhiên liệu
Lưu huỳnh nguyên tố là nguyên liệu hàng đầu trong sản xuất axit sunfuric, nhờ vào những ưu điểm vượt trội so với các nguyên liệu khác Việc lựa chọn lưu huỳnh không chỉ đảm bảo hiệu quả cao trong quy trình sản xuất mà còn góp phần vào việc tối ưu hóa chi phí và nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng.
Khi đốt lưu huỳnh, chúng ta thu được hỗn hợp khí với hàm lượng SO2 cao, điều này đóng vai trò quan trọng trong quy trình sản xuất axit sulfuric theo phương pháp tiếp xúc.
- Khi sản xuất quy mô lớn và xa vùng nguyên liệu thì lưu huỳnh nguyên tố lại là nguyên liệu rẻ tiền.
Lưu huỳnh có ít tạp chất, không chứa Arsen, và khi cháy không tạo ra xỉ, điều này giúp giảm thiểu nguy cơ ngộ độc xúc tác Nhờ đó, các công đoạn sản xuất được rút ngắn đáng kể.
Sử dụng lưu huỳnh giúp giảm bớt các công đoạn tinh chế khí, từ đó loại bỏ được nhiều thiết bị như lò tầng sôi, lọc điện khô, tháp rửa và lọc điện ướt, dẫn đến tiết kiệm chi phí đầu tư.
Việc sử dụng quặng pyrit làm nguyên liệu trong quá trình đốt có thể tạo ra nhiều chất thải rắn, đặc biệt là xỉ pyrit khó xử lý, dẫn đến tăng chi phí đầu tư và gây ô nhiễm môi trường, thường liên quan đến sản xuất thép với lưu huỳnh là sản phẩm phụ Muối sulfat, đặc biệt là CaSO4, là nguồn nguyên liệu phong phú cho sản xuất axit sulfuric Tuy nhiên, việc sử dụng nguồn nguyên liệu này đòi hỏi vốn đầu tư lớn, nên thường được kết hợp với quá trình sản xuất ximăng.
Lưu huỳnh là sản phẩm được khai thác từ mỏ thiên nhiên hoặc thu hồi từ khí thải, chủ yếu từ các nhà máy lọc dầu Việt Nam không có mỏ lưu huỳnh và ngành công nghiệp hóa dầu chưa phát triển, do đó, nước ta phải nhập khẩu lưu huỳnh từ các quốc gia trong khu vực như Singapore, Malaysia, Indonesia và các nước Trung Đông.
Phương thức vận chuyển: bằng đường biển tới cảng Sài Gòn và sau đó bằng đường bộ về kho nhà máy.
Khối lượng đóng gói: bao 50 kg, bao 1 tấn
Nhu cầu sử dụng của nhà máy: 20.000-21.000 tấn/năm Lượng lưu huỳnh dự trữ tối đa: 3.400 tấn (2 tháng sản xuất).
Yêu cầu về lưu huỳnh được sử dụng cho dây chuyền sản xuất:
- Lưu huỳnh dạng bột, hàm lượng S: 99,5%.
Hình Lưu huỳnh nguyên liệu dạng bột
Quá trình oxi hóa SO2 thành SO3 trên xúc tác được coi là oxi hóa dị thể, với nhiều chất như kim loại nhóm Platin, sắt oxit, đồng oxit và vanadi oxit có khả năng xúc tác cho phản ứng này Đây là giai đoạn quan trọng trong dây chuyền sản xuất axit sulfuric tại Nhà máy Hóa Chất Tân Bình.
2 cũng sử dụng V2O5 làm chất xúc tác.
- Các thành phần chính có trong xúc tác Vanadi:
• Oxit V2O5 là thành phần hoạt tính của xúc tác, chiếm khoảng 5 – 12% hàm lượng.
Muối của kim loại kiềm như K, Na, và Li là chất kích thích quan trọng, giúp tăng cường hoạt tính xúc tác lên hàng trăm lần Tỷ lệ giữa kim loại kiềm và vanadi oxit (Me2O : V2O5) dao động từ 1:1 đến 6:1; khi tỷ lệ này tăng, nhiệt độ hoạt tính xúc tác sẽ giảm và độ bền nhiệt sẽ được cải thiện.
• Ngoài nhóm kim loại kiềm, các nguyên tố nhóm Lantan (La, Ce, Pr, …) cũng là chất kích động tốt cho xúc tác Vanadi.
SiO2 ở dạng xốp như silicagel, zeolit và kali silicat đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường bề mặt tiếp xúc pha của chất xúc tác, đồng thời ổn định hoạt tính của V2O5 trên bề mặt xúc tác.
V2O5 được dùng làm xúc tác trong quá trình sản xuất H2SO4 tại Nhà máy Hóa Chất Tân Bình 2 do các ưu điểm sau:
- Xúc tác V2O5 có hoạt tính mạnh và rẻ hơn các xúc tác khác (khoảng 130 triệu/m 3 ).
- Độ nhiễm độc arsen của V2O5 kém hơn Pt vài ngàn lần.
- Độ bền nhiệt, bền cơ học cao.
Chất xúc tác Vanadi được chế tạo dưới dạng viên, hình trụ có gờ, vòng, hạt, hình cầu,
Hình Các hình dạng của xúc tác V 2 O 5
Nhà máy Hóa Chất Tân Bình 2 sử dụng xúc tác V 2 O 5 có những đặc điểm sau:
Loại Hình dáng Thành phần chính Giới hạn nhiệt độ
-Chiều dài trung bình: 9,5 – 12 mm.
Có thể hoạt động liên tục ở 630 o C và đạt đỉnh ở 650 o C.
Bảng Đặc điểm chất xúc tác V 2 O 5 được Nhà máy sử dụng
Quá trình oxy hóa lưu huỳnh (S) thành điôxít lưu huỳnh (SO2) và sau đó oxy hóa SO2 thành triôxít lưu huỳnh (SO3) yêu cầu sử dụng không khí chứa 21% O2 và 79% N2 với lưu lượng 10.000 m³/h Nitơ đóng vai trò là khí trơ, không tham gia vào phản ứng dưới điều kiện nhiệt độ và áp suất của lò Để đảm bảo hiệu quả, không khí cần được lọc sạch bụi và sấy khô bằng axit sulfuric, đạt độ ẩm tối đa ≤0,01% hay 0,08 g/cm³ Nếu độ ẩm vượt quá mức cho phép, sẽ xảy ra hiện tượng mù axit tại tháp chuyển hóa và tháp hấp thụ.
Tại phân xưởng nước được sử dụng vào một số mục đích sau:
- Hơi nước bão hoà dùng để hóa lỏng lưu huỳnh.
- Nước ngưng xả ra từ các giàn gia nhiệt được dẫn về thùng chứa để sử dụng lại.
- Nước dùng để pha vào axit monohydrat ở thùng tuần hoàn và pha loãng axit.
Nước mềm được sử dụng cho nồi hơi nhằm sản xuất hơi bão hòa, cung cấp cho hầm nấu lưu huỳnh Sau đó, nước này được bơm lên thùng chứa để tái sử dụng, qua đó được xử lý và bơm trở lại nồi hơi.
Nước làm lạnh axit là loại nước tuần hoàn được sử dụng để tưới cho các dàn làm lạnh axit, với yêu cầu độ pH nằm trong khoảng từ 7 đến 7,5 và nhiệt độ tối đa không vượt quá 35 độ C.
Trong quá trình sản xuất điện được sử dụng để vận hành các trang thiết bị, máy móc.
Dầu DO là nhiên liệu thiết yếu cho việc khởi động lại dây chuyền sản xuất sau khi dừng để đại tu hoặc sửa chữa Nó được sử dụng để gia nhiệt cho các thiết bị quan trọng như lò đốt lưu huỳnh, tháp tiếp xúc và tháp sấy Áp lực cung cấp dầu cần thiết là khoảng 8 kg/cm².
Lượng tiêu hao nguyên liệu cũng như nhiên liệu cho dây chuyền sản xuất trong 1 năm được liệt kê ở bảng dưới:
STT Nguyên liệu – Nhiên liệu Đơn vị tính Lượng tiêu hao
Bảng Lượng tiêu hao nguyên liệu – nhiên liệu để sản xuất axit sulfuric trong 1 năm
1.4 Các sản phẩm của nhà máy
Thành phần axit sulfuric thành phẩm: - Hàm lượng H2SO4 98,3%.
Lượng axit thành phẩm sản xuất được trong 1 năm: 69.000 tấn (số liệu năm 2019)
Khí thải xả vào không khí với lưu lượng 7.000-8.000 m 3 /h được kiểm soát không quá 0,05 mg SO2 /m 3 khí thải.
Khí SO3 thoát ra từ thiết bị hoặc đường ống sẽ phản ứng với nước trong không khí ẩm, hình thành mù axit Do đó, cần kiểm soát hàm lượng SO3 trong không khí tại khu vực sản xuất không vượt quá 0,08 mg/m³.
Khi axit sulfuric rò rỉ từ thiết bị hoặc đường ống, cần khắc phục ngay lập tức để đảm bảo an toàn Axit rò rỉ từ ống gang trong hệ thống làm lạnh có thể làm nước tuần hoàn trở nên có tính axit, do đó cần phải trung hòa dòng nước này bằng vôi để đạt được pH an toàn.
III Quy trình công nghệ
III.1 Sơ đồ công nghệ
Hình 7: Sơ đồ quy trình sản xuất H 2 SO 4 và các nguồn phát sinh chất thải
III.2 Mô tả quy trình
Quy trình sản xuất axit sulfuric tại Nhà máy Hóa chất Tân Bình 2 gồm 4 giai đoạn chính:
- Giai đoạn nấu chảy lưu huỳnh:
Các thiết bị chính
Nhiệm vụ: hóa lỏng lưu huỳnh rắn để chuẩn bị cho quá trình đốt.
Hình 8: Hầm lưu huỳnh Chú thích:
+ 2: hệ thống cấp nhiệt bằng hơi nước
+ 4: đường ra của lưu huỳnh lỏng
- Có 5 ngăn, cắc ngăn được bao bởi lớp gạch chịu nhiệt, trong các ngăn đều có các ống xoắn bằng thép để dẫn hơi nước bão hòa.
Lưu huỳnh được làm sạch tại kho lưu huỳnh trước khi được chuyển vào ngăn 1 và 2 Tại đây, lưu huỳnh được làm nóng chảy thông qua quá trình trao đổi nhiệt với ống xoắn dẫn hơi nước bão hòa, và có một lỗ trên vách ngăn cho phép lưu huỳnh lỏng chảy tràn sang ngăn 2.
Ngăn 2 được trang bị các ống dẫn hơi nước giống như ngăn 1, nhằm duy trì lưu huỳnh ở trạng thái lỏng Tại đây, quá trình lắng tự nhiên diễn ra, giúp các hạt bụi thô lắng xuống dưới tác động của trọng lực Quá trình lắng tiếp tục diễn ra tương tự ở các ngăn 3, 4 và 5, từ đó thu được lưu huỳnh tinh khiết hơn.
- Trong ngăn 5 được lắp một máy bơm ly tâm trục đứng để bơm lưu huỳnh lỏng vào đường ống cho quá trình tiếp theo.
- Hơi nước sau khi trao đổi nhiệt với lưu huỳnh sẽ đi vào ống xả để xả ra ngoài môi trường.
- Diện tích trao đổi nhiệt: 68 m 2
- Khoảng cách các ngăn: 460 mm
- Đường kính ống truyền nhiệt: 60 mm
Các thông số hóa lý khác:
- Nhiệt độ lưu huỳnh ra: 140 o C.
- Lưu lượng lưu huỳnh lỏng đầu ra: 2,3 tấn/h
IV.2.Tháp sấy ( lưu ý cửa không vào và không khí ra bằng nhau = 800 mm)
Nhiệm vụ: Dùng để làm khô không khí ẩm trước khi đưa vào lò đốt bằng dung dịch hấp thụ là axit H2SO4 98.3%.
Hình 9: Tháp sấy Chú thích:
+ 1: Cửa tháo axit + 8: Tường gạch có lót gạch chịu axit
+ 2, 3, 4: Lớp đệm ceramic + 9: Vỏ thép
+ 5: Mespad + 10: Cửa vào không khí ẩm
+ 6: Cửa ra không khí khô + 11: Máng tưới
- Là tháp hấp thụ dạng đệm
Vỏ tháp được chế tạo từ thép CT38 không gỉ, đảm bảo độ bền khi làm việc trong môi trường axit nồng độ cao Bên trong tháp được lót lớp gạch chịu axit dày 120 mm, giúp bảo vệ vật liệu khỏi tác động của axit.
- Bên trong tháp bao gồm:
• Dưới cùng là khoảng không gian trống cho không khí đi vào và axit đi ra.
Phần giữa của cấu trúc bao gồm 7 lớp đệm sứ với tổng chiều cao 6800 mm, được xếp chồng từ lớn đến nhỏ với các đường kính lần lượt là 10, 20, 50, 100, 150 và 200 mm Để tăng cường diện tích tiếp xúc giữa không khí ẩm và axit tưới, lớp đệm yên ngựa được rải lộn xộn ở phía trên cùng của các lớp đệm này.
Nắp và cửa người nằm ở vị trí trên cùng, bên trong được trang bị lắp mespad nhằm ngăn chặn mù axit bị cuốn theo dòng khí trong quá trình hấp thụ Mespad có độ dày 200mm và đường kính phù hợp để đảm bảo hiệu quả hoạt động.
Bộ sản phẩm có kích thước 3300mm, được cấu tạo từ các tấm lưới thép đan xen, giúp tăng cường độ bền Dưới cùng là máng tưới axit, thiết kế để phân phối đều axit trên bề mặt đệm, ngăn chặn hiện tượng phân bố cục bộ Máng tưới có kiểu chảy tràn với độ dày 20mm và chiều cao 350mm, được trang bị các ống chảy tràn đồng đều với đường kính 12mm.
250mm) được bố trí ở độ cao 8700mm tính từ đáy tháp.
Axit H2SO4 98.3% được tưới từ đỉnh tháp xuống, chảy qua máng và thấm ướt bề mặt đệm Không khí di chuyển từ dưới lên, tiếp xúc với axit trên bề mặt đệm, nơi áp suất hơi nước của axit rất thấp so với áp suất hơi nước trong không khí, dẫn đến khả năng hấp thụ ẩm lớn Không khí khô tiếp tục di chuyển lên trên nhờ áp suất dương qua mespad, trong khi mù axit được giữ lại và chảy ngược xuống dưới Kết quả là không khí khô thoát ra khỏi thiết bị để phục vụ cho các quy trình khác.
- Đường kính trong của tháp: 3300mm.
- Đường kính ngoài của tháp: 3500mm.
Các thông số hóa lý khác:
• Áp suất khí vào 1700 mmH2O.
• Áp suất khí ra 1800 mmH2O.
• Hàm ẩm của không khí sau khi sấy < 0.015%.
IV.3 Lò đốt lưu huỳnh
Nhiệm vụ: Đốt lưu huỳnh lỏng thành lưu huỳnh ở dạng hơi để hơi lưu huỳnh khi gặp không khí sẽ bị oxi hóa tạo thành khí SO 2
Hình Lò đốt lưu huỳnh
Chú thích: 1: cửa vào lưu huỳnh lỏng.
• 2: cửa dẫn hơi nước gia nhiệt cho vòi phun.
• 3: cửa ra hơi ngưng tụ
• 4: béc phun lưu huỳnh 7: tường gạch, vỏ ngoài thép.
• 5: cửa vào không khí khô 8, 9, 10: tường ngăn.
• 6: cửa vào không khí khô 11: cửa ra hỗn hợp khí SO 2
Lò hình trụ nằm ngang có thể tích khoảng 80 m³, chiều dài 19 m và đường kính 3.500 m, được chia thành 4 ngăn nhằm tăng thời gian đốt triệt để lưu huỳnh và bảo vệ nồi hơi khỏi ngọn lửa.
Vỏ lò được chế tạo từ thép A515, thiết kế để hoạt động ở nhiệt độ cao từ 950-1050 độ C Bên trong, lò được lót bằng hai lớp gạch sa mốt A chịu lửa và một lớp gạch cao nhôm, mỗi lớp dày 114 mm, nhằm bảo vệ vật liệu và giữ nhiệt cho lò trong trường hợp tạm ngừng hoạt động Bên ngoài, lò được phủ một lớp nhôm để chống mưa.
• - Béc phun dài 2 m có nhiệm vụ phun lưu huỳnh vào lò.
• Lưu huỳnh sau khi nấu chảy và tách cặn được bơm thổi vào lò ở dạng sương mịn qua béc phun Lưu huỳnh lỏng ở nhiệt độ khoảng 140 o C hóa hơi thành
S2 kết hợp với không khí trong lò phản ứng, tạo ra SO2 ở nhiệt độ 900°C Lượng lưu huỳnh chưa phản ứng sẽ tiếp tục di chuyển qua ba ngăn còn lại để hoàn tất quá trình phản ứng.
• - Chiều dài súng phun: 2000 mm.
• * Các thông số hóa lý khác:
• - Năng suất làm việc của lò (theo tỷ lệ không khí khô: lưu huỳnh): 25.000:
• - Nhiệt độ làm việc của lò: 850 – 1100 o C.
• - Nhiệt độ lưu huỳnh vào: 140 o C.
• - Lưu lượng lưu huỳnh vào: 2,5 – 3 tấn/h.
• - Lưu lượng không khí khô đi vào: 15000 m 3 /h.
• - Áp suất lưu huỳnh vào: 4 bar.
Nhiệm vụ : tạo ra hơi nước để cung cấp cho các thiết bị khác
Hình 11: Nồi hơi Chú thích:
+ 1: Cửa người + 8: Lớp gạch chịu nhiệt
+ 2: Lớp tôn + 9: Van an toàn
+ 3: Chùm ống truyền nhiệt + 10: Lớp bảo ôn
+ 4: Van xả đáy + 11: Vỏ thép
+ 5: Chân đế + 12: Ống dẫn hơi ra
+ 6: Đuôi lò đốt + 13: Ống dẫn nước vào
+ 7: Tấm ghi đỡ + 14: Ống dẫn khí SO2 ra
- Nồi hơi có cấu tạo hình trụ nằm ngang, vỏ bằng thép, ngoài cùng bọc một lớp bảo ôn dày
Hệ thống cách nhiệt bao gồm bông thủy tinh dày 100 mm và một lớp nhôm tấm chống mưa, bên trong là 310 ống truyền nhiệt sử dụng nước làm chất trao đổi nhiệt.
- Một đầu nồi hơi nối liền với lò đốt được gọi là đuôi lò đốt và xây dựng bằng gạch chịu nhiệt bên ngoài là lớp tole 12mm A515
- Trên nồi hơi có van cung cấp nước vào, van dẫn hơi ra, 2 van xả đáy và 2 van an toàn.
Nồi hơi sử dụng nhiệt từ khí SO2 với nhiệt độ khoảng 1050 °C, nơi hỗn hợp khí này được dẫn vào chùm ống truyền nhiệt để trao đổi nhiệt với nước Nước cấp vào nồi hơi được gia nhiệt lên 100 - 110 °C và sau khi trao đổi nhiệt với khí SO2, nước sẽ hóa hơi thành hơi nước bão hòa ở áp suất 22 kg/cm², đồng thời làm giảm nhiệt độ của dòng SO2 xuống còn 420 - 440 °C Hơi nước bão hòa sau đó được sử dụng để hóa lỏng lưu huỳnh.
- Bề dày vỏ thép: 25 mm
- Bề dày lớp bảo ôn: 100 mm
- Bề dày lớp tôn: 0.5 mm
- Chiều dài nồi hơi: 6000 mm
- Đường kính nồi hơi: 2100 mm
- Đường kính ống dẫn nước vào: 200 mm
- Đường kính ống dẫn dòng hơi nước ra: 300 mm
- Đường kính ống dẫn dòng khí SO2 vào/ra : 600 mm
Các thông số hóa lý khác:
- Nhiệt độ dòng khí SO2 vào: 1050 °C.
- Nhiệt độ dòng khí SO2 ra: 420 - 440 °C.
- Lưu lượng nước vào: 5570 kg/h
- Nhiệm vụ: Là nơi xảy ra phản ứng chuyển SO2 thành SO 3 với sự có mặt của xúc tác V 2 O 5
Tháp hình trụ đứng được cấu tạo từ 5 lớp riêng biệt giống nhau, xếp chồng lên nhau và cố định bằng mối hàn Mỗi lớp tháp có các ống dẫn khí vào và ra, cùng với các cửa cho người Bên trong tháp, lớp xúc tác và lớp thạch anh được phân bố đều trên các miếng ghi đỡ, được giữ cố định bởi các cột trụ chạy dọc theo thân tháp.
- Bố trí bên trong tháp được biểu diễn bởi hình sau:
- Cấu tạo và chức năng từng bộ phận của 1 lớp tháp chuyển hóa:
Phần thân của thiết bị được thiết kế hình trụ, với vỏ ngoài làm bằng thép A515, được bọc một lớp bảo ôn bằng tôn để hạn chế thất thoát nhiệt cho tháp Đặc biệt, tại lớp 1, nơi vận hành ở nhiệt độ cao, đã được lót thêm một lớp gạch chịu lửa ở đáy và xung quanh để đảm bảo an toàn Hệ thống ống dẫn khí SO2 được đặt ở phía trên, trong khi ống dẫn khí SO3 đi ra được đặt ở phía dưới.
Ghi đỡ là một thành phần quan trọng trong tháp chuyển hóa, được làm bằng gang và bao gồm 8 miếng ghép lại thành hình tròn Bề mặt của ghi đỡ có các rãnh vừa phải cho phép dòng khí đi qua, trong khi lớp xúc tác được giữ lại Các miếng ghi rời có thiết kế khuyết để tạo thành các hình tròn cho các trụ xuyên qua Trong cấu trúc của tháp, ghi đỡ được đặt ở vị trí cao hơn cửa ra của dòng khí SO₃.