Quá trình "chuyển đổi kép, hấp thụ kép" của axit sunfuric vẫn tạo ra khí đuôi có chứa SO (thường là 500-1000mg/m³). Phát xạ trực tiếp dễ dàng gây ra mưa axit, vì vậy xử lý khí đuôi là điều cần thiết cho quá trình tiếp xúc.
Tiền xử lý nguyên liệu thô: Loại bỏ các tạp chất để đảm bảo sự ổn định của quá trình tiếp theo
Bước đầu tiên trong quá trình tiếp xúc để sản xuất axit sunfuric là tiền xử lý nguyên liệu thô, có mục tiêu cốt lõi là loại bỏ các tạp chất khỏi nguyên liệu thô để tránh ngộ độc chất xúc tác, ăn mòn thiết bị hoặc độ tinh khiết của sản phẩm không đạt tiêu chuẩn trong các quá trình tiếp theo. Các phương pháp tiền xử lý khác nhau đáng kể tùy thuộc vào nguyên liệu thô: Nếu lưu huỳnh được sử dụng làm nguyên liệu thô, lưu huỳnh rắn được gửi đến bể nóng chảy và tan chảy vào lưu huỳnh chất lỏng ở nhiệt độ 130-150 độ.
Sau đó, các tạp chất cơ học (như trầm tích và các hạt carbon) được loại bỏ thông qua bộ lọc và các hạt mịn được phân tách thêm bằng một dải phân tách lốc xoáy để đảm bảo độ tinh khiết của lưu huỳnh bước vào bước tiếp theo lớn hơn hoặc bằng 99,9%. Nếu pyrite (thành phần chính FES₂) được thông qua, nó cần phải trải qua các quy trình nghiền và sàng lọc trước tiên để phá vỡ pyrite thành các hạt thống nhất là 8-15mm. Đồng thời, các tạp chất kim loại như hồ sơ sắt được loại bỏ bởi một thiết bị tách từ để ngăn chặn các oxit sắt được tạo ra trong quá trình rang tiếp theo tuân thủ thành bên trong của thiết bị hoặc chặn đường ống. Nguyên liệu thô là khí thải nóng hỉ (chẳng hạn như khí thải có chứa SO được tạo ra trong quá trình luyện đồng, chì và kẽm), trước tiên phải thực hiện loại bỏ bụi (sử dụng chất lọc tĩnh điện hoặc bộ lọc túi để loại bỏ các hạt cabin) Phương pháp trao đổi nhựa) để ngăn ngừa tạp chất trong khí thải ảnh hưởng đến hoạt động của chất xúc tác. Chất lượng tiền xử lý nguyên liệu thô trực tiếp xác định tính ổn định của các quá trình tiếp theo. Ví dụ, nếu hàm lượng asen trong pyrite quá cao, nó sẽ gây ngộ độc vĩnh viễn chất xúc tác vanadi tiếp theo. Do đó, liên kết tiền xử lý phải kiểm soát chặt chẽ hàm lượng tạp chất, thường yêu cầu nội dung của các yếu tố có hại như asen và selenium trong nguyên liệu thô nhỏ hơn hoặc bằng 0,05%.
Chuẩn bị Dioxide lưu huỳnh: Liên kết phản ứng cốt lõi để tạo ra các nguyên liệu thô quy trình chính
Sulfur dioxide (SO₂) là nguyên liệu trung gian lõi để sản xuất axit sunfuric thông qua quá trình tiếp xúc. Liên kết chuẩn bị yêu cầu chọn tuyến quy trình tương ứng theo loại nguyên liệu thô để đảm bảo đầu ra và độ tinh khiết của SO₂ đáp ứng nhu cầu của quá trình oxy hóa tiếp theo. Khi lưu huỳnh được sử dụng làm nguyên liệu thô, lưu huỳnh chất lỏng tinh chế được gửi đến đầu đốt lưu huỳnh, trộn với không khí nén đã được sấy khô (sử dụng axit sunfuric cô đặc để sấy khô để tránh độ ẩm ảnh hưởng đến phản ứng tiếp theo).
Tỷ lệ chuyển đổi của phản ứng này có thể đạt hơn 99,8%và nồng độ của khí SO được tạo ra là khoảng 10%-12%(phần thể tích). Trong khi đó, nhiệt được giải phóng có thể được sử dụng để tạo ra hơi nước để thu hồi năng lượng. Nếu pyrite được sử dụng làm nguyên liệu thô, các hạt pyrite được xử lý trước được gửi đến một máy rang rang đầy lỏng (lò sôi) và phản ứng rang được thực hiện với không khí dư thừa ở nhiệt độ 650-850 độ: 4fes₂ + 11 o Trong quá trình rang, tốc độ dòng không khí phải được kiểm soát bởi một quạt để giữ các hạt pyrite ở trạng thái sôi, đảm bảo phản ứng đầy đủ. Nồng độ của SO được tạo ra là khoảng 7%-9%, và oxit sắt sản phẩm phụ (xỉ) có thể được thu hồi làm nguyên liệu thô để làm sắt. Đối với các nguyên liệu thô của khí thải, khí thải được xử lý trước được gửi đến tháp giải hấp và sự nồng độ thấp SO₂ (thường là 1%-5%) trong khí thải được cô đặc đến 8%-10%thông qua quá trình giải hấp axit sunfuric hoặc quá trình nhiệt phân Bất kể nguyên liệu thô được sử dụng, khí SO được tạo ra phải được làm mát bằng nồi hơi thải chất thải (từ 800-1000 độ đến 300-400 độ), và nhiệt được thu hồi để tạo ra hơi áp suất trung bình, không chỉ làm giảm các yêu cầu kháng nhiệt của các thiết bị tiếp theo mà còn nhận ra việc tái chế năng lượng.
Quá trình oxy hóa xúc tác của sulfur dioxide: Core của quá trình tiếp xúc để nhận ra sự chuyển đổi từ So₂ sang SO₃
Quá trình oxy hóa xúc tác của sulfur dioxide là liên kết cốt lõi trong quá trình tiếp xúc để sản xuất axit sunfuric. Tinh chất của nó là oxy hóa như vậy để lưu huỳnh trioxide (SO₃) dưới tác dụng của chất xúc tác và tốc độ chuyển đổi của phản ứng này trực tiếp xác định đầu ra của các chỉ số phát xạ axit sunfuric. Hiện tại, các chất xúc tác vanadi (thành phần chính V₂O₅, SIO₂, các nhà quảng bá K₂so₄ và Na₂so₄) được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp do hoạt động cao, tính chọn lọc tốt và tuổi thọ dài (thường là 3-5 năm). Phản ứng được thực hiện trong một bộ chuyển đổi (lò phản ứng cố định nhiều giai đoạn) bằng cách sử dụng quy trình "chuyển đổi hai giai đoạn và hấp thụ hai giai đoạn": Trong quá trình chuyển đổi đầu tiên, khí được làm mát (chứa O₂) đi vào lớp chất xúc tác đầu tiên của bộ chuyển đổi và phản ứng. Vì phản ứng này là tỏa nhiệt, nhiệt độ giường sẽ tăng lên 550-600 độ, vượt quá nhiệt độ hoạt động tối ưu của chất xúc tác. Do đó, khí phải được làm mát đến 400-420 độ thông qua bộ trao đổi nhiệt trung gian trước khi vào giường xúc tác thứ hai để phản ứng thêm. Tổng tỷ lệ chuyển đổi của chuyển đổi đầu tiên có thể đạt 90%-95%.
Sau đó, khí chứa để đi vào tháp hấp thụ đầu tiên (sử dụng axit sunfuric cô đặc Khí SO không thể phản ứng (nồng độ khoảng 0,5%-1%) được làm nóng trở lại khoảng 400 độ thông qua bộ trao đổi nhiệt và đi vào các lớp xúc tác thứ ba và thứ tư của bộ chuyển đổi cho chuyển đổi thứ hai, với tỷ lệ chuyển đổi tăng lên hơn 99,5%. Quá trình này kiểm soát hiệu quả nhiệt độ phản ứng trong phạm vi hoạt động của chất xúc tác (400-600 độ) thông qua các phản ứng được phân đoạn và trao đổi nhiệt trung gian, trong khi tránh phản ứng ngược khi được trộn với không phản ứng So và O₂. Ngoài ra, việc sử dụng các chất xúc tác đòi hỏi phải kiểm soát chặt chẽ hàm lượng tạp chất trong nguyên liệu thô. Các yếu tố như asen, selen và flo sẽ tuân thủ bề mặt chất xúc tác, ngăn chặn các trung tâm hoạt động và gây khử xúc tác. Do đó, hoạt động của chất xúc tác phải được kiểm tra thường xuyên và khi tỷ lệ chuyển đổi giảm xuống dưới 95%, chất xúc tác cần phải được thay thế.
Hấp thụ trioxide lưu huỳnh: tránh sự hình thành sương mù axit và chuẩn bị hiệu quả axit sunfuric
Sự hấp thụ của trioxide lưu huỳnh (SO₃) là một bước quan trọng trong việc chuyển đổi do đó được tạo ra bởi quá trình oxy hóa xúc tác thành axit sunfuric. Thách thức cốt lõi của nó là tránh tiếp xúc trực tiếp giữa SO₃ và nước để tạo thành sương mù axit (SO₃ + H₂O → H₂so₄, phản ứng này rất tỏa nhiệt và dễ dàng khiến hơi axit sunfuric ngưng tụ thành những giọt nhỏ rất khó nắm bắt). Do đó, axit sunfuric cô đặc 98,3% thường được sử dụng làm chất hấp thụ trong ngành công nghiệp. Nồng độ này của axit sunfuric có hiệu suất hấp thụ cao nhất đối với SO₃ và không dễ bị ảnh hưởng đến sự hình thành sương mù axit. Quá trình hấp thụ được thực hiện trong một tháp hấp thụ (thường là tháp hoặc tháp nắp bong bóng đóng gói): khí SO₃ (nhiệt độ khoảng 150-200 độ) sau khi chuyển đổi đầu tiên đi vào dưới cùng của tháp hấp thụ và tiếp xúc ngược với axit sunfuric cô đặc 98,3%. Vì vậy, hòa tan trong axit sunfuric cô đặc để tạo thành axit sunfuric đậm đặc hơn (nồng độ lên tới hơn 99,5%) hoặc axit sunfuric bốc khói (axit sunfuric có chứa SO ₃, nồng độ được biểu thị bằng khối lượng của SO₃, thường là 20%-65%).
Trong tháp hấp thụ, mật độ phun (thường là 15-25m³/(mét vuông · h)) và tốc độ dòng khí (0,5-1.0m/s) phải được kiểm soát để đảm bảo đủ tiếp xúc với khí. Đồng thời, một bộ khử trùng (chẳng hạn như một bộ lọc sợi) được lắp đặt trong tháp được sử dụng để loại bỏ các giọt axit sunfuric bị cuốn vào khí, tránh ăn mòn các thiết bị tiếp theo. Nếu axit sunfuric loãng (chẳng hạn như nồng độ 70% cho ngâm kim loại) cần được sản xuất, axit sunfuric cô đặc được tạo ra bằng cách hấp thụ có thể được gửi vào bể pha loãng, và nước khử trùng được thêm vào từ từ trong điều kiện khuấy (nó bị cấm sử dụng trực tiếp vào axit sunfuric. Nhiệt độ pha loãng được kiểm soát không vượt quá 60 độ và nồng độ được theo dõi trong thời gian thực bằng một đồng hồ đo nồng độ trực tuyến. Sau khi đạt được giá trị mục tiêu, nó được gửi đến bể chứa thành phẩm. Để sản xuất axit sunfuric bốc khói, một tháp tạo axit sunfuric bốc khói phải được thêm vào sau khi tháp hấp thụ tiếp xúc hơn với khí với axit sunfuric cô đặc Việc kiểm soát các tham số hoạt động trong liên kết hấp thụ là rất quan trọng. Ví dụ, nếu nhiệt độ hấp thụ quá cao, độ hòa tan của SO₃ sẽ giảm; Nếu nhiệt độ quá thấp, độ nhớt dung dịch sẽ tăng, ảnh hưởng đến hiệu quả hấp thụ. Do đó, nhiệt độ thấm thường được kiểm soát ở 40-60 độ thông qua bộ làm mát axit. Đồng thời, áp suất của tháp hấp thụ phải được duy trì ở áp suất âm nhẹ (-50 đến -100Pa) để ngăn chặn rò rỉ khí.
Tinh chế sản phẩm: Điều chỉnh nồng độ và độ tinh khiết theo nhu cầu hạ nguồn
Cốt lõi của liên kết tinh chế sản phẩm là điều chỉnh nồng độ và loại bỏ các tạp chất của axit sunfuric được tạo ra trong liên kết hấp thụ theo các nhu cầu khác nhau của các ngành công nghiệp hạ nguồn, đảm bảo rằng sản phẩm đáp ứng các tiêu chuẩn công nghiệp tương ứng. Đầu tiên là điều chỉnh nồng độ: Nếu nhu cầu hạ nguồn là 98% axit sunfuric cô đặc công nghiệp (được sử dụng trong sản xuất phân bón, chẳng hạn như sản xuất diammonium phosphate), 99,5% tập trung axit sunfuric được tạo ra bởi mức độ hấp thụ. Nếu nhu cầu là 70% axit sunfuric pha loãng (được sử dụng trong ngâm kim loại trong ngành sắt và thép để loại bỏ oxit sắt trên bề mặt thép), nước khử khoáng phải được thêm vào tương ứng với bể pha loãng, trong khi bật hệ thống khuấy và làm mát để kiểm soát nhiệt độ trong quá trình pha loãng.
Thứ hai là loại bỏ tạp chất: Các kịch bản ứng dụng khác nhau có các yêu cầu khác nhau đáng kể đối với độ tinh khiết của axit sunfuric. Ví dụ, axit sunfuric công nghiệp thông thường đòi hỏi hàm lượng sắt nhỏ hơn hoặc bằng 0,01% và hàm lượng arsenic nhỏ hơn hoặc bằng 0,005%, trong khi axit sunfuric cấp pin (được sử dụng làm chất điện phân cho pin axit chì) đòi hỏi phải có hàm lượng kim loại nặng (chì, thủy ngân, cadmium). Đối với axit sunfuric công nghiệp thông thường, việc lọc thường được sử dụng để loại bỏ các tạp chất cơ học (như lọc qua màng lọc polypropylen) và hydro peroxide (H₂O₂) được thêm vào oxy hóa và loại bỏ các tạp chất khử như axit sunfurous (H₂so₃). Đối với axit sunfuric cấp pin, một quá trình tinh chế sâu là cần thiết: Đầu tiên, sự hấp phụ carbon được kích hoạt được sử dụng để loại bỏ các tạp chất hữu cơ, sau đó các loại nhựa trao đổi ion (chẳng hạn như nhựa trao đổi cation để loại bỏ các ion hoàn toàn để cải thiện tiêu chuẩn. Ngoài ra, thử nghiệm chất lượng phải được thực hiện trong liên kết tinh chế sản phẩm, bao gồm kiểm tra nồng độ (sử dụng phương pháp mật độ kế hoặc phương pháp chuẩn độ) và kiểm tra nội dung tạp chất (sử dụng quang phổ hấp thụ nguyên tử hoặc sắc ký ion). Sau khi vượt qua xét nghiệm, axit sunfuric phải được lưu trữ trong các bể chứa đặc biệt theo nồng độ và độ tinh khiết khác nhau (chẳng hạn như axit sunfuric cô đặc 98% trong bể thép carbon, axit sunfuric loãng trong bể FRP và axit sunfuric cấp pin trong bể thép không khí) để tránh các sản phẩm.
Điều trị khí thải: Kiểm soát khí thải chất ô nhiễm để đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường
Mặc dù quá trình "chuyển đổi hai giai đoạn và hấp thụ hai giai đoạn" được áp dụng, một lượng nhỏ khí thải chứa SO₂ (thường là nồng độ 500-1000mg/m³) vẫn được tạo ra trong quá trình sản xuất axit sunfuric. Phát xạ trực tiếp sẽ gây ô nhiễm không khí (hình thành mưa axit), vì vậy liên kết xử lý khí thải là một bước bảo vệ môi trường không thể thiếu trong quá trình tiếp xúc. Hiện tại, có ba công nghệ xử lý khí thải chính trong ngành: Đầu tiên là quá trình khử lưu huỳnh amoniac, gửi khí thải đến tháp khử lưu huỳnh và tiếp xúc với nó với nước amoniac (nồng độ 15%-20%) .
Sau đó, không khí được đưa vào dung dịch phản ứng để oxy hóa và tạo ra ammonium sulfate: 2NH₄hso₃ + O₂ → 2 (NH₄). Ammonium sulfate có thể được bán dưới dạng phân bón nitơ để nhận ra việc sử dụng tài nguyên của các chất ô nhiễm. Tỷ lệ loại bỏ SO₂ của quá trình này có thể đạt hơn 98%và nồng độ phát thải khí thải nhỏ hơn hoặc bằng 50mg/m³, đáp ứng các yêu cầu của "tiêu chuẩn phát thải tích hợp của các chất gây ô nhiễm không khí" (GB 16297-1996). Thứ hai là quá trình khử lưu huỳnh sữa vôi, sử dụng sữa vôi (CA (OH) ₂ Huyền phù) làm chất hấp thụ để phản ứng với SO₂ trong khí thải để tạo ra canxi sulfite: SO₂ + CA (OH) ₂ → CASO₃ ↓ + H₂O. Canxi sulfite được oxy hóa để tạo ra thạch cao (Caso₄ · 2H₂O), có thể được sử dụng trong sản xuất vật liệu xây dựng (như bảng thạch cao).
Quá trình này có chi phí thấp nhưng tỷ lệ loại bỏ tương đối thấp (khoảng 95%), phù hợp cho các doanh nghiệp sản xuất axit sunfuric nhỏ. Thứ ba là phương pháp hấp phụ carbon được kích hoạt, truyền khí thải qua tháp hấp phụ carbon được kích hoạt. Sau khi được hấp phụ bởi carbon được kích hoạt, khí nồng độ cao được tạo ra bằng cách giải hấp trong điều kiện gia nhiệt, có thể được trả lại cho bộ chuyển đổi để tham gia vào phản ứng một lần nữa, nhận ra việc tái chế SO₂.
Quá trình này không có ô nhiễm thứ cấp, nhưng chi phí thay thế carbon được kích hoạt là cao, phù hợp cho các doanh nghiệp có yêu cầu môi trường nghiêm ngặt và chi phí nguyên liệu cao. Bất kể quá trình được thông qua, nồng độ phát thải SO phải được theo dõi trong thời gian thực thông qua hệ thống giám sát trực tuyến sau khi xử lý khí thải để đảm bảo tuân thủ ổn định. Đồng thời, các sản phẩm phụ được tạo ra trong quá trình điều trị (như ammonium sulfate và thạch cao) phải được xử lý tuân thủ để tránh ô nhiễm thứ cấp. Ví dụ, hàm lượng kim loại nặng của thạch cao phải được kiểm tra và chỉ có thể được sử dụng sau khi đáp ứng các tiêu chuẩn vật liệu xây dựng.
Ngoài ra, một số doanh nghiệp sản xuất axit sunfuric quy mô lớn cũng áp dụng công nghệ thu hồi nhiệt chất thải khí thải, sử dụng nhiệt trong khí thải (nhiệt độ khoảng 100-150 độ) để làm nóng nước thông qua bộ trao đổi nhiệt, tạo ra hơi nước áp suất thấp để sản xuất, cải thiện hơn nữa hiệu quả sử dụng năng lượng và thực hiện các mục tiêu bảo vệ môi trường và bảo vệ năng lượng.
