Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Viện KH CN Môi trờng
---------------------
Bài tập chuyên đề
môn: Các quá trình sản xuất cơ bản
Tên chuyên đề:
Tìm hiểu công nghệ sản xuất axit sunfuric
Và Các dòng thải đặc trng
Nhóm thực hiện:
- Nguyễn Thu Trang
- Trần Thị Hiền
- Mai Thị Thu
- Nguyễn Trần Hng
Lớp: Công nghệ môi trờng - K51
Hà Nội, 10/2008
1
Mục lục
Giới thiệu 3
A. Đặc điểm và tình hình sản xuất axit sunfuric
4
B. Vấn đề sử dụng nguyên nhiên vật liệu và năng l ợng
10
C. Công nghệ sản xuất axit sunfuric
16
D.1 Vấn đề môi tr ờng của công nghệ sản xuất
33
D.2 Giải pháp giải quyết ô nhiễm
41
Tài liệu tham khảo .. 49
0
C, sôi ở nhiệt độ 296,2
0
C
H
2
SO
4
hòa tan SO
3
gọi là oleum (20, 25, 30,35 65% SO
3
). Thực tế hay sản
xuất oleum vì có thể tạo axit với nồng độ khác nhau
Vai trò :
Hầu nh mọi ngành sản xuất hóa học trên thế giới đều trực tiếp hoặc gián tiếp
sử dụng axit sunfuric. Chúng ta có thể bắt gặp axit này trong các ngành sản
xuất phân bón(Supephotphat,amoniphotphat),thuốc trừ sâu,chất giặt rửa tổng
hợp,tơ sợi hoá học,chất dẻo,sơn màu,phẩm nhuộc,dợc phẩm,chế biến dầu
mỏ,v,v..Có thể nói axit sunfuric của một quốc gia là một chỉ số tốt về sức
mạnh công nghiệp của quốc gia đó. Vai trò quan trọng đó đợc thể hiện rất cụ
thể thông qua tình hình sản xuất axit sunfuric trên thế giới và trong nớc.
Tình hình sản xuất axit Sunfuric trên thế giới:
Bới những đặc tính quan trọng của axit sunfuric và nhu cầu lớn của nền sản
xuất công nghiệp hóa học mà sản lợng axit này trên thế giới ngày càng tăng. Dới
đây là biểu đồ thể hiện sự
gia tăng đó:4

2
SO
4
đi từ quặng pyrit phối trộn với lu huỳnh hóa lỏng nhập khẩu. Chỉ bằng
việc thay đổi tỉ lệ phối trộn nguyên liệu kết hợp cải tiến công nghệ đốt lò, nhà
máy đã biến công nghệ cũ của Liên Xô thành dây chuyền sản xuất H
2
SO
4
cha
từng có, tận dụng nguồn nguyên liệu pyrit trong nớc và giảm triệt để chất thải
gây ô nhiễm. Nhờ đó từ năm 1995 trở lại đây sản lợng axit sunfuric luôn đạt 360
6
tấn /ngày, bụi xỉ bay ra giảm xuống tới mức tiêu chuẩn và xỉ thải giảm từ 280
tấn xuống 80 tấn /ngày, thu hồi đợc toàn bộ lợng axit phải thải bỏ trớc đây. Tại
đây H
2
SO
4
đợc sản xuất theo phơng pháp tiếp xúc, chất xúc tác để oxi hóa SO
2

thành SO
3
là vanađi oxit.
Nhà máy Supe lân Long Thành Bến Tre hàng năm sản
lợng H
2
SO
4

hành thiết bị cao tải, chuẩn bị đủ nguyên liệu (lu huỳnh) cho sản xuất.
Trong thời gian qua giá lu huỳnh đã tăng cao đột biến, lên mức 700-800
USD/tấn đã trực tiếp tác động mạnh đến giá thành sản phẩm axit, điều này làm
các nhà sản xuất gặp rất nhiều khó khăn về vốn, về hạch toán sản xuất, nhất là
khi axit đợc sử dụng trong sản xuất phân lân, sẽ làm đội giá sản phẩm phân lân
trong bối cảnh phân bón phải thực hiện bình ổn giá theo chỉ đạo chung. Ngoài
ra, giá thành axit cao cũng sẽ ảnh hởng đến các ngành khác nh sản xuất ắcquy
chì, sản xuất phèn nhôm và nhiều sản phẩm khác.
Tính đến 5/6/2008, ba đơn vị sản xuất axit sunfuric của TCT đã thực hiện đợc
sản lợng axit tơng đơng 47% kế hoạch cả năm, tăng 20,5% so với cùng kỳ năm
7
2007. Trong đó trên 80% đợc sử dụng trong sản xuất phân bón. Lợng axit thơng
phẩm cũng đạt trên 47% kế hoạch cả năm, tăng gần 8% so với cùng kỳ năm
2007.
SƠ LƯợC Về CáC CÔNG NGHệ SảN XUấT AXIT SUNFURIC:
Có 2 phơng pháp:
Phơng pháp tiếp xúc: dùng V
2
O
5
hoặc K
2
O làm xúc tác
Phơng pháp tháp: dùng NO làm xúc tác, xảy ra trong tháp đệm
-Phơng pháp tiếp xúc cho nồng độ axit cao (98 99%), tuy nhiên chi phí cao.
Trong phơng pháp tiếp xúc bao gồm: phơng pháp tiếp xúc đơn và tiếp xúc kép.
Ngày nay trên thế giới và trong nớc sử dụng chủ yếu phơng pháp tiếp xúc kép
với xúc tác là V
2
O

+) Nguyên liệu để sản xuất axit sunfuric rất phong phú bao gồm lu huỳnh và
các hợp chất của nó. Theo thống kê, sản lợng axit sunfuric trên thế giới đợc sản
xuất từ các nguồn nguyên liệu nh sau:
-Lu huỳnh nguyên chất
-Quặng pirit FeS
2
, chứa 30-50% S, lẫn nhiều tạp chất và thành phần khác.
-Các nguồn chất thải chứa S ( các nguồn khí thải nh H
2
S, SO
2
, axit
sunfuric thải.)
-Thạch cao.
a) Lu huỳnh nguyên chất:
- S là một trong những nguyên tố có nhiều trong tự nhiên. S chiếm 0,1% khối
lợng vỏ trái đất. S đợc đánh giá là một trong những nguyên tố quan trọng nhất
và có nhiều ứng dụng trong công nghiệp. S đợc sử dụng chủ yếu trong các ngành
công nghiệp sản xuất axit sunfuric (chiếm khoảng 50% tổng lợng S sản xuất
ra), trong nông nghiệp chiếm khoảng 10-15% tổng lợng S sản xuất ra).
- Trong tự nhiên lu huỳnh dạng đơn chất có thể tìm thấy ở gần các suối nớc
nóng và các khu vực núi lửa tại nhiều nơi trên thế giới, đặc biệt là dọc theo vành
đai lửa Thái Bình Dơng. Các nguồn phổ biến này là cơ sở cho tên gọi truyền
thống brimstore do l u huỳnh có thể tìm thấy ở gần các miệng núi lửa. Các
trầm tích núi lửa hiện đợc khai thác tại Idonesia, Chile và Nhật Bản.
- Các mỏ đáng kể của lu huỳnh cũng tồn tại trong các mỏ muối dọc theo bờ
biển thuộc vịnh Mêxicô và trong các evaporit ở Đông Âu và Tây á. Lu huỳnh
trong các mỏ này đợc cho là có đợc nhờ hoạt động của các vi khuẩn kỵ đối với
các khoáng chất sunfat đặc biệt là thạch cao. Các mỏ này là nền tảng của sản
xuất lu huỳnh công nghiệp tại Hoa Kỳ, Ba Lan, Nga, Turkmenistan. Lu huỳnh

Cai. Theo thiết kế, mỏ có công suất khai thác 1,1-1,2 triệu tấn quặng nguyên
khai/ năm. Công suất thiết kế nhà máy luyện đồng (công ty đồng Lào Cai)
41.738 tấn tinh quặng, hàm lợng 25% Cu/năm để sản xuất 1000tấn Cu hàm lợng
99,95% cùng các sản phẩm khác nh vàng, bạc, tinh quặng sắt, tinh quặng pirit.
- Mỏ kẽm chì chợ Điền: thuộc các xã Bản Thi, Quảng Bạch và Đổng Lạc,
huyện Chợ Đồn, tỉnh Bắc Cạn. Sản lợng khai thác hàng năm khoảng 50000 tấn
quặng ôxit và 40000 tấn quặng pirit. Trữ lợng còn lại đến đầu năm 2004: quặng
ôxit 0,88 triệu tấn, quặng pirit 0,513 triệu tấn
- Mỏ kẽm chì Lang Hich: thuộc xã Tân Long, huyện Đồng Hỷ, tình Thái
Nguyên, sản lợng khai thác đạt trung bình 15000 tấn quặng/ năm. Trữ lợng còn
lại đến đầu năm 2004: quặng ôxit 227.267 tấn, quặng pirit 37.600 tấn.
- Mỏ pirit ở huyện Ba Vì, tỉnh Hà Tây (nay thuộc địa phận Hà Nội). Các thân
quặng pirit nằm trong tập đá vụn núi lửa của hệ tầng tuổi pecmi- Triat. Quặng
có nguồn gốc nhiệt dịch, lien quan mật thiết đến các hoạt động phun trào trung
tính và axit. Các than quặng có cấu tạo rất phức tạp, chất lợng và bề dày biến
đổi theo đờng phơng và hớng dốc. Quặng có hàm lợng S từ 4-20%, trữ lợng theo
đánh giá tìm kiếm khoảng chục triệu tấn
10
c) Các nguồn chất thải chứa S:
- Khí lò luyện kim màu: Khí lò trong quá trình đốt các kim loại màu nh
quặng đồng, chì, thiếc, kẽm có chứa nhiều SO
2
. Đây là một nguyên liệu rẻ tiền
để sản xuất axit sunfuric vì cứ sản xuất 1 tấn đồng có thể thu đợc 7,3 tấn S0
2
mà
không cần lò đốt.
- Khí hydrosunfua(H
2
S): Trong quá trình cốc hoá than khoảng 50% tổng l-

CaSO
4
. Thông thờng từ từ thạch cao ngời ta sản xuất lien hợp cả axit sunfuric và
xi măng.
e) Chất xúc tác:
Trong công nghệ sản xuất axit sunfuric chất xúc tác đóng vai trò rất quan
trọng trong giai đoạn chuyển hoá SO
2
thành SO
3
. các chất xúc tác trong quá
trình ô xi hoá SO
2
có thể chia làm hai nhóm.
- Nhóm I là các xúc tác chứa platin gồm platin là cấu tử hoạt tính đợc mang
trên các chất mang nh amiăng, silicagen và một số chất khác.
- Nhóm thứ II bao gồm các ô xít kim loại
Trong lịch sử của công nghệ sản xuất axit sunfuric, đầu tiên phổ biến là dùng
xúc tác chứa platin, sau đó dùng xúc tác sat ôxit. Trong mấy chục năm gần đây,
trên thế giới cũng nh ở nớc ta xúc tác đợc dùng phổ biến nhất là vana điôxit
( V
2
O
5
) cùng với một số phụ gia khác nh Al
2
O
3
, SiO
2

đạt tới 16%.
- Quặng pirit thông thờng có kích thớc 50 200 mm vì vậy phải trải qua các
công đoạn đập, nghiền, sàng để có kích thớc nhất định ( tuỳ thuộc vào loại lò ).
Ví dụ trong lò đốt tầng sôi ngời ta cần loại bỏ các hạt quặng có kích thớc lớn hơn
3mm, hạn chế các hạt quặng có kích thớc nhỏ hơn 44x1O
-3
mm. Bởi vì những
hạt quá to hay quá nhỏ đều ảnh hởng đến bụi xỉ pirit cuốn theo khí lò trong quá
trình đốt nguyên liệu do tất cả các hạt rắn có tốc độ tới hạn nhỏ hơn hoặc bằng
tốc độ làm việc của khí đều bị cuốn theo khí lò vào hệ thống sản xuất phía sau
khiến chúng ta phải xử lý khí SO
2
thu đợc. Mặt khác, quặng có kích thớc quá
nhỏ quá dễ bị kết khối ở nhiệt độ cao.
Quặng tuyển nổi phải sấy sơ bộ để giảm hàm kợng ẩm.
- Thạch cao cũng đập nghiền, sàng để có kích thớc nhất định.
3. Nhiên liệu và năng lợng:
a) Than.
- Trên lãnh thổ Việt Nam than đợc phân bố theo khu vực:
+Bể than atraxit Quảng Ninh nằm về phía Đông Bắc Việt Nam, kéo dài từ
Phả Lại qua Đông Triều đến Hòn Gai- Cẩm Phả - Mông Dơng- Cái Bầu- Vạn
Hoa dài khoảng 130 Km, rộng từ 10 đến 30 Km, có tổng trữ lợng khoảng 10,5 tỉ
tấn, trong đó: tính đến mức cao -300m là 3,5 tỉ tấn đã đợc tìm kiếm thăm dò t-
ơng đối chi tiết, là đối tợng cho thiết kế và khai thác hiện nay, tính đến mức cao
-1000m có trữ lợng dự báo khoảng 7 tỉ tấn đang đợc đầu t tìm kiếm thăm dò.
12
Than Antraxit Quảng Ninh có chất lợng tốt, phân bố gần các cảng biển, đầu mối
giao thông... rất thuận lợi cho khai thác và tiêu thụ sản phẩm.
+Bể than đồng bằng sông Hồng : nằm trọn trong vùng đồng bằng châu thổ
sông Hồng, có đỉnh là Việt Trì và cạnh đáy là đờng bờ biển kéo dài từ Ninh Bình

2003 20.0 18.8 6.5
2004 27.3 24.7 10.5
13
2005 34.9 30.2 14.7
2006DK 40.1 36.9 21.3
- Than là nguồn nhiên liệu chính cung cấp nhiệt trong suốt quá trình sản
xuất axit sunfuric nhất là trong lò đốt nguyên liệu vì có trữ lợng lớn, nhiệt trị
cao, giá thành rẻ so với các chất đốt khác. Nhiệt có ảnh hởng rất lớn trong quá
trình đốt quặng pirit. Nhiệt độ càng cao quá trình cháy xảy ra càng nhanh nhng
không thể tăng nhiệt độ một cách tuỳ ý nh vậy sẽ gây nên hiện tợng kết khối của
nguyên liệu làm giảm rõ rệt tốc độ của quá trình và dẫn đến tắc lò ngừng sản
xuất. Mặt khác nhiệt độ tăng cao sẽ làm giảm độ bền của lò. Do vậy ngời ta th-
ờng duy trì nhiệt độ của quá trình đốt pirit từ 600 800 độ C.V ợt quá giới hạn
này đều không có lợi.
b) Lợng ôxy thổi vào lò:
ôxy thổi vào lò càng nhiều tốc độ quá trình cháy của quặng pirit càng nhanh,
nhiệt của quá trình toả ra càng lớn dẫn đến nhiệt độ của lò đốt tăng cao vợt quá
nhiệt độ thích hợp. Mặt khác ôxy quá d thừa sẽ làm giảm nhiệt độ lò do tiêu tốn
nhiệt cho quá trình đốt nóng không khí ( O
2
và N
2
) và sẽ pha loãng hàm lợng
SO
2
dới 7%. Điều này không có lợi cho quá trình ô xi hoá SO
2
thành SO
3
.

), kết tinh ở 10,37
0
C. ở áp suất thờng nó sôi ở 296,2
0
C.
- Trong hoá học axit sunfuric đợc xem là hợp chất của anhydrit
sunfuric với nớc. Công thức hoá học: SO
3
H
2
O.
- Trong kỹ thuật: hỗn hợp theo tỷ lệ bất kỳ của SO
3
với H
2
O đều gọi là
axit sunfuric.
+ Nếu tỷ lệ SO
3
/H
2
O < 1 ngời ta gọi là dung dịch axit sunfuric. Tỷ lệ
SO
3
/H
2
O > 1 gọi là dung dịch của SO
3
trong axit sunfuric hay oleum hoặc axit
sunfuric bốc khói .

nhiên vt liu sn xut axit. ây chúng tôi s cp chi tit hn v công vic
chun b nguyên,nhiên vt liu.
1.Nguyên liu:
_Nguyên liu c nghin nh có kích thc nht nh,s ng l c,
a qua các lò t.
_ quá trình t nguyên liu tn nhit,ta cn lc bi ngay t giai on
n y,dù sau giai on n y v n cn phi lc bi thêm na.
Chun b
nguyên
liu
Sn xut
khí SO
2
Tinh ch
khí SO
2
Oxy hóa
SO
2
SO
3

Hp th
khí SO
3
Bụi Quặng
X qung Bi,
nc thi
Khí thi
SO

2
thì cn qua
giai on t to ra SO
2
.
_Các ngun nguyên liu cha S,qung pirit, .l nh ng ngun nguyên
liu c s dng ch yu trong qúa tàinh sn xut axit sunfuric;ngo i ra
cũng có rt nhiu ngun koasc,trong ó phi k n axit sunfuric d tha
trong các quá trình trớc.
3.1- Các phản ứng hoá học trong quá trình đốt nguyên liệu:
- Đối với quặng py rit:
4 FeS
2
+ 11 0
2
--------> Fe
2
O
3
+ 8 SO
2
+ Q
2 FeS
2
--------> 2 FeS + S
2
.(nhiệt độ vào khoảng 500
0
C).
S

3
= 11 Fe
3
O
4
+ 2 SO
2
17
FeS + 10 Fe
2
O
3
= 7 Fe
3
O
4
+ SO
2
FeS
2
+ 5 Fe
3
O
4
= 16 FeO + 2 SO
2
FeS + 3 Fe
3
O
4

4
+ C = 2 CaO + 2 SO
2
+ CO
2
- Đối với khí thải
S + O
2
= SO
2

2 H
2
S + 3 O
2
= 2 SO
2
+ 2H
2
O
Thông thờng thành phần của khí lò bao gồm SO
2,
O
2
,N
2,
, hơi nớc và một
số tạp chất khác nh: bụi, SO
3,
AS

3
/tấn
Thông số
Trọng l-
ợng(kg)
Thể tích
m
3
/ tấn
Quặng 1000 Xỉ 750,8
Quặng khô 940 khí lò 2821,35 1999
Quặng ẩm 60 Khí SO
2
638,4 223,4
không khí 2571,5 2010,27 Khí SO
3
6,8 1,9
Không khí
khô
2526 1953,67 O
2
141,4 99
Hơi nớc 45,5 56,6 N
2
1929,25 1543,4
Hơi nớc 105,5 131,3
Tổng 3571,5 3572,15
Nhiệt lợng cần thiết cho quá trình đốt
Bảng 2
Lu huỳnh