淺談鐵鉬法制甲醛工藝原理及工藝技術(shù)

淺談鐵鉬法制甲醛工藝原理及工藝技術(shù)

Summary：甲醛是一種重要的有機(jī)化工原料，主要用于生產(chǎn)樹脂、1-4丁炔二醇、合成材料等。在涂料、橡膠以及建筑材料中均有用到，還可用作殺菌劑、防腐劑等。本論文采用鐵鉬法制取甲醛進(jìn)行工藝探究，對(duì)化工市場具有很好的參考價(jià)值和指導(dǎo)意義。Keys：甲醛鐵鉬法工藝原理工藝技術(shù)一.甲醛的性能在常溫下，純甲醛是一種具有窒息作用的無色氣體，有強(qiáng)烈的刺激性氣味，對(duì)眼睛和粘膜有刺激作用，易溶于水、醇和醚。通常以水溶液的形式存在。35%～40%濃度的甲醛水溶液叫做福爾馬林。在空氣中能緩慢氧化成甲酸?；瘜W(xué)式：CH2O，分子量30.03，相對(duì)密度為1.084g/mL。熔點(diǎn)-118℃，沸點(diǎn)-19.5℃，閃點(diǎn)60℃，著火溫度：430℃，在空氣中的爆炸極限：7-73%vol。二.甲醛反應(yīng)原理2.1甲醛反應(yīng)工藝原理以甲醇和過量空氣中的氧氣為原料，在鐵鉬催化劑的催化作用下，在甲醛反應(yīng)器內(nèi)，在256-276℃初始反應(yīng)溫度下反應(yīng)生成氣態(tài)甲醛。主反應(yīng)：CH3OH+1/2O2→HCHO+H2OdH=-156.557KJ/mol副反應(yīng)：（1）2CH3OH+3O2→CO+2H2OdH=-393.0KJ/mol（2）CH3OH→CH3OCH3+H2OdH=+24.7KJ/mol（3）CH3OH+O2→HCOOH+H2OdH=-420.0KJ/mol甲醛反應(yīng)器為列管式固定床反應(yīng)器，每個(gè)反應(yīng)器里面裝有14955根列管，列管內(nèi)裝填鐵鉬催化劑和填料，從下至上分別按照純鐵鉬催化劑層，混合層，填料層，以一定的安裝高度裝填，同時(shí)反應(yīng)器床層安裝熱電偶，用于正常生產(chǎn)期間對(duì)反應(yīng)器內(nèi)床層溫度的監(jiān)控，以實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。鐵鉬法甲醛生產(chǎn)工藝，甲醇轉(zhuǎn)化率高，可達(dá)92-94%，同時(shí)也有副反應(yīng)產(chǎn)生，分別生成一氧化碳，二甲醚，甲酸。2.2尾氣處理工藝原理含有甲醛、一氧化碳、二甲醚和未反應(yīng)的甲醇在鉑鈀催化劑的催化作用下，在520-600℃條件下，氧化生成水和二氧化碳,通過尾氣凈化處理后釋放至大氣。反應(yīng)式如下：（1）CO+1/2O2→CO2dH=-283KJ/mol（2）CH3OCH3+3O2→2CO2+3H2OdH=-1324KJ/mol（3）CH2O+O2→CO2+H2OdH=-520KJ/mol（4）CH3OH+3/2O2→CO2+2H2OdH=-676KJ/mol三.甲醛裝置工藝流程3.1甲醛工藝流程圖3.2甲醛工藝流程簡述新鮮空氣通過空氣過濾器加壓至0.52bar，加壓后的空氣與吸收塔頂部的循環(huán)尾氣在循環(huán)除霧器混合并除去其中的水分后進(jìn)入循環(huán)風(fēng)機(jī)A/B/C，經(jīng)過循環(huán)風(fēng)機(jī)加壓到0.76-1.0bar后送到甲醛反應(yīng)器A/B/C。原料甲醇從甲醇儲(chǔ)罐由精甲醇泵輸送至甲醇預(yù)熱器HX0107及蒸汽預(yù)熱器HX0115換熱升溫至60-65℃，加熱后的甲醇進(jìn)入蒸發(fā)器A/B/C，在噴嘴的作用下，甲醇全部霧化為氣態(tài)，與循環(huán)風(fēng)機(jī)來的工藝氣體相混合形成原料混合氣。原料氣體在后冷卻器A/B/C內(nèi)被甲醛反應(yīng)器A/B/C的出口工藝氣加熱后進(jìn)入甲醛反應(yīng)器A/B/C。原料氣在固定床反應(yīng)器的鐵-鉬催化劑上發(fā)生反應(yīng)，生成含甲醛的反應(yīng)氣。該氣體首先經(jīng)過后冷卻器A/B/C管間，通過與原料混合氣換熱而自身冷卻，然后進(jìn)入甲醛吸收塔。脫鹽水和25%氫氧化鈉溶液從吸收塔頂部進(jìn)入，與氣相逆流接觸進(jìn)行甲醛吸收，吸收塔是一個(gè)有7層填料的填料塔，其中1/2/4/5/6段設(shè)有循環(huán)泵，為每段填料提供液相循環(huán)。50-55%甲醛溶液從填料段1泵出口采出送至甲醛罐區(qū)55%甲醛貯槽A/B/C。吸收塔頂出來的尾氣，一股返回循環(huán)風(fēng)機(jī)入口，另一股進(jìn)入催化轉(zhuǎn)化爐進(jìn)行催化焚燒，催化焚燒后的高溫氣體在鍋爐給水預(yù)熱器中與鍋爐給水進(jìn)行熱交換，回收熱量。經(jīng)過催化焚燒處理過的尾氣達(dá)到排放要求，由煙囪在高處排放。甲醇氧化生成甲醛是放熱反應(yīng)，但反應(yīng)需要一定的溫度才能進(jìn)行；因此甲醛反應(yīng)器帶有兩臺(tái)導(dǎo)熱油電加熱器。開車正常后，反應(yīng)器需由導(dǎo)熱油汽化移出反應(yīng)熱。導(dǎo)熱油在反應(yīng)器管間吸熱而汽化，氣態(tài)的導(dǎo)熱油進(jìn)入導(dǎo)熱油冷凝器A/B/C，與鍋爐給水換熱而產(chǎn)生2.3MPa水蒸汽，導(dǎo)熱油自身冷凝而流回反應(yīng)器管間。控制氣態(tài)導(dǎo)熱油的壓力，可以方便地改變導(dǎo)熱油溫度，從而改變反應(yīng)熱的移出條件，可有效控制反應(yīng)溫度。四.甲醛鐵鉬催化劑活化表1甲醛鐵鉬催化劑活化時(shí)間表時(shí)間/min9060080240806060800120溫度/℃0-809098102110150180200250五.甲醛影響因素5.1.影響甲醛反應(yīng)的因素5.1.1催化劑的活性催化劑的活性高，則反應(yīng)轉(zhuǎn)化率高，隨著催化劑的老化，需要提高導(dǎo)熱油氣相壓力，提高反應(yīng)器床層溫度，來提高催化劑活性，從而減少副產(chǎn)物生成，能更好的控制催化轉(zhuǎn)化爐溫度。5.1.2反應(yīng)溫度為了保證反應(yīng)的正常進(jìn)行，反應(yīng)器的溫度需要維持在250℃至300℃，如果溫度低于250℃，導(dǎo)熱油達(dá)不到沸點(diǎn)溫度，反應(yīng)無法正常進(jìn)行，提高溫度有助于提高甲醇的轉(zhuǎn)化率。5.1.3甲醇進(jìn)料量因?yàn)榧兹┓磻?yīng)是放熱反應(yīng)，甲醇進(jìn)料量越多，反應(yīng)器溫度就越高，因此，高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)下，保持甲醇進(jìn)料量的穩(wěn)定，以及進(jìn)反應(yīng)器前的霧化也很重要。5.1.4吸收塔頂部溫度如果吸收塔頂部溫度過高，那么進(jìn)入反應(yīng)器的工藝氣中的水含量就會(huì)增加，由于水對(duì)甲醛催化劑有抑制作用，這會(huì)對(duì)反應(yīng)造成影響。為了維持轉(zhuǎn)化率，需要提高導(dǎo)熱油的溫度。5.2影響甲醛吸收的因素甲醛吸收是在吸收塔內(nèi)進(jìn)行的，吸收塔吸收效率主要由三個(gè)因素影響：5.2.1溫度吸收塔底部，以及第三填料段設(shè)有溫度測溫點(diǎn)，以及板式換熱器5.2.2PH值通常塔底PH值控制在4.0-4.45.2.3甲醇濃度：甲醇純度在99.85%wt以上。5.3甲醛開車條件①甲醛反應(yīng)器溫度必須大于250℃,②催化轉(zhuǎn)化爐溫度達(dá)到520℃,③氧氣分析儀讀數(shù)約20%,④導(dǎo)熱油冷凝器液位正常,⑤甲醛反應(yīng)器入口溫度140-170℃,⑥導(dǎo)熱油冷凝器液位112cm和鍋爐水液位304cm。5.4裝置設(shè)計(jì)要點(diǎn)和注意事項(xiàng)實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)是企業(yè)的生存之本。任何一套化工裝置，本質(zhì)安全必須得到保障。鐵鉬法生產(chǎn)甲醛工藝是在空氣和甲醇混合氣中甲醇濃度低于爆炸區(qū)的下限6%，即空氣過量的情況下操作，甲醇幾乎全部被氧化。甲醇的爆炸極限為6-36.5%，因此，甲醛反應(yīng)需要在合理的區(qū)間范圍內(nèi)生產(chǎn)。正常生產(chǎn)中，需要控制氧含量在10-11%，催化轉(zhuǎn)化爐溫度520-600℃，吸收塔第四填料段57-61℃，各個(gè)填料段保持較高的循環(huán)量也很重要，這樣可以保證氣液足夠接觸，避免霧沫夾帶，從而提高吸收效率，保證甲醛產(chǎn)品濃度。六.吸收塔重要控制指標(biāo)表2甲醛吸收塔和催化轉(zhuǎn)化爐溫度控制表TI0148/℃540543545547550555563572580590TI0108/℃147146145144143138135131127125TI0149/℃5858.55959.5606162636465七.結(jié)語鐵鉬法生產(chǎn)甲醛，其反應(yīng)溫度低，裝置規(guī)模較大，甲醇轉(zhuǎn)化率高，消耗低，催化劑壽命長，副產(chǎn)蒸汽多，能源綜合利用率高，產(chǎn)品