Luận văn Quy trình sản xuất axit sunfuric

LỊCH SỬ SẢN XUẤT AXIT H2SO4
Quá trình sản xuất H
2
SO
4
đã được phát hiện
từ rất lâu khoảng 1000 năm trước
Thế kỷ 15 chưng cất khô sắt sunfat
1740 – Nhà máy đầu tiên ở Anh, đun nóng
lưu huỳnh + muối nitrate và nước
Cuối thế kỷ 19, oxi hóa SO
2
bằng NO
2
1831 (Anh), oxi hóa = xúc tác Pt
1931 (LB Nga), oxi hóa = V
2
O
5
HIỆN NAY
Sản lượng trên trên thế giới là 150-200 triệu
tấn/năm
Hơn 1800 cơ sở sản xuất
• Sản xuất phân bón: 30%
• Luyện kim
• Công nghiệp hóa chất ( tổng hợp sợi, thuốc nhuộm )
Ứng dụng:
• Quặng pirite,
• Lưu huỳnh
• SO2, H2S (khí thải)
• => Xu hướng giảm nguồn nguyên liệu quặng, tăng sử

dụng khí thải dầu mỏ, hóa dầu, luyện kim
Nguyên liệu:
Sơ đồ sản xuất H2SO4 với nguyên liệu chính là lưu huỳnh
Các giai đoạn công
nghệ chính:
1) Nhận SO2
2) Xử lý khí SO2
3) Oxi hóa SO2
4) Hấp thụ SO3
5) Làm sạch khí thải
Tháp oxi hóa tại công ty
supephotphat Lâm Thao:
1) Chất xúc tác;
2) Sàn đỡ xúc tác;
3) Ống trao đổi nhiệt.
Nhận khí SO2
• Đốt lưu huỳnh
• Nung pirite FeS
2
• Oxi hóa H
2
S
• Khí thải từ dầu mỏ, hóa dầu, luyện kim
 SO2 từ pirit và khí thải luyện kim
chứa bụi và tạp chất không mong
muốn???
 SO2 từ khí thải dầu mỏ có độ ẩm

cao. Để nhận được H2SO4 đậm
đặc thì C
SO2
≥ C
H2O
Xử lý khí
• Khử bụi: hàm lượng 300 – 1000 mg/m
3
sử
dụng ly tâm, lọc điện
• Khử mù axit hình thành khi nhiệt độ khí
giảm = lọc điện
• Khử xúc tác và tạp chất độc (As
2
O
3
, SeO
2
,
SiF
4
) = tháp hấp thụ
• Làm khô khí = H
2
SO
4
đặc và ngưng tụ
H
2
O tại nhiệt độ thấp

Oxi hóa SO
2
• SO2 + O2 ↔ SO3 + 99 kJ/mol
• Xúc tác V
2
O
5
+ K
2
S
2
O
7
/SiO
2
• Cơ chế:
•
[A]:
Xúc tác V
2
O
5
Oxi hóa SO
2
• Phản ứng thuận nghịch + tỏa nhiệt
T = T
0
+ ∆T
ad
.x

∆T
ad
. =
.



Chuyển dịch cân bằng trong phản ứng
oxi hóa SO
2
• Giảm nhiệt độ và thu nhận SO
3
từ hỗn
hợp phản ứng.
• Giảm nhiệt độ sẽ tăng độ chuyển hóa,
nhưng
1) Giảm vận tốc phản ứng
2) Giảm hoạt tính xúc tác
=> Thoát nhiệt trung gian tại vùng phản ứng
và hấp thụ SO
3
Phản ứng trong các tầng xúc tác với thoát nhiệt trung gian
Nhiệt độ trong các tầng xúc tác từ 360 – 380
0
C đến 600 - 650
0
C
Độ chuyển hóa không có thoát nhiệt trung gian là 60 – 75 %, còn có
thoát nhiệt là 96 – 98%
Các phương án thoát nhiệt:

1) Thiết bị trao đổi nhiệt bên trong và bên ngoài
2) Làm lạnh khí đầu vào
3) Xúc tác tầng sôi
Hấp thụ trung gian SO3 với quá trình tiếp xúc
đôi và hấp thụ đôi => Hiệu xuất đạt 99,95%
Giản đồ pha của hệ thống H
2
O – H
2
SO
4
– SO
3
Sơ đồ hấp thụ SO
3
Hấp thụ SO
3
• Để khắc phục hiện tượng “mù” axit sunfuric, người ta dùng
oleum để hấp thụ (dung dịch SO
3
trong H
2
SO
4
đậm đặc).
Oleum hòa tan SO
3
tự do tạo thành dung dịch axit sunfuric.
• Thường dùng hai tháp hấp thụ đặt liền nhau để hấp thụ hoàn

toàn SO
3
trong hỗn hợp khí (99%). Làm nguội khí SO
3
đến
30
0
C, giữ nhiệt độ trong tháp không quá 60
0
C, bằng cách làm
nguội dung dịch tưới
Làm sạch khí
• Phương pháp: Hấp thụ SO2 = dung dịch
đá vôi hoặc amoniac.
• Vấn đề:
1) Chi phí cao
2) Yêu cầu hóa chất
3) Tạo ra chất thải phụ
Cần tìm ra xúc tác mới???
• Giảm tối đa nhiệt độ phản ứng ( hiện tại là
360
0
C) để tăng khả năng chuyển hóa.
• Tăng độ bền nhiệt xúc tác (hiện nay không
lớn hơn 650
0
C) => Tăng hiệu suất
Xúc tác Pt trên sợi thủy tinh;
LB Nga.

Sơ đồ hóa học tổng hợp NH
3
• Chuyển hóa metan: CH
4
+ H
2
O → CO + 3H
2
• Chuyển hóa CO: CO + H
2
O → CO
2
+ H
2
• Tổng hợp amoniac: N
2
+ H
2
→ NH
3