Выбор и обоснование технологического производства, Обоснование выбора метода производства - Технологический расчет контактного аппарата

Обоснование выбора метода производства

Формальдегид получают из метанола, диметилового эфира, природного и попутных газов (газа коксохимического производства и нефтепереработки). Промышленно освоенные способы получения формальдегида:

    1) Каталитическое окисление метанола на металлических катализаторах. 2) Каталитическое окисление метанола на оксидных катализаторах. 3) Окисление природного газа и низших парафинов.

В первом случае катализатором чаще всего является серебро (можно использовать золото или платину), с целью экономии метанола серебро равномерно наносят на инертный носитель, например на пемзу. Сущность метода состоит в парофазном окислении гидрировании метанола кислородом воздуха в адиабатическом реакторе с последующим поглощением продуктов реакции водой. В процессе подается метаноло-воздушная смесь состава выше верхнего предела взрываемости (36,4% - объемные доли) и с недостатками кислорода по химическому уравнению окисления метанола в формальдегид, т. к. катализатор - окислительно-дегидрирующийся:

СН3ОН + ЅО2 > СН2О + Н2О + Q (147,4кДж/моль);

СН3ОН > СН2О + Н2 - Q (93,4 кДж/моль);

Н2 + ЅО2 > Н2О + Q (241,8 кДж/моль).

Вместе с тем протекают побочные реакции, что снижает выход формальдегида и повышает расход метанола. Выход формальдегида достигает 80 - 85%, при степени конверсии метанола 85 - 90%. Так как окислительное дегидрирование проводят при недостатке кислорода, процесс глубокого окисления, не получает значительного развития. В то же время само дегидрирование, инициируемое кислородом, протекает быстрее, поэтому процент побочных реакций не велик. Этим способом можно получить формалин двух марок: ФМ - 37% с содержанием метанола до 10% и ФБМ - 50% с содержанием метанола менее 1%. Транспортировке и хранению подлежит формалин марки ФМ, т. к. метанол стабилизирует его.

Во втором способе катализатором является смесь оксидов железа и молибдена. Окисление метанола на оксидных катализаторах протекает по окислительно - восстановительному механизму:

СН3ОН + 2МоО3 > СН2О + Н2О + Мо2О5

Мо2О5 + ЅО2 > 2МоО3

Процесс осуществляется в избытке воздуха при (350 - 430)оС и обычном давлении, иначе под действием метанола и формальдегида катализатор быстро восстанавливается. Реакция протекает при соотношении метанола и воздуха ниже предела взрываемости (7 - 8% - объемные доли).

Процесс отличается высокой степенью конверсии метанола - 99%, а так же сильной экзотермичностью, что заставляет использовать трубчатые реакторы с охлаждением. Этот способ позволяет получать формалин - 37% с содержанием метанола не выше 0,5%. Применение технологий с оксидным катализатором заслуживает некоторого предпочтения, когда требуемая производительность не выше 8 - 10 тыс. т./год.

Третий способ. С точки зрения доступности и дешевизны сырья, а также простоты технологии (получение формальдегида прямым окислением природного газа, состоящим в основном из метанола, кислородом воздуха) заслуживает предпочтения перед сравнительно сложными и много ступенчатыми синтезом через метанол (по схеме):

Природный газ > синтез газ > метанол > формалин

Однако на практике возникает ряд трудностей, которые связаны с недостаточной устойчивостью формальдегида в условиях реакции. Окисление метанола происходит при 600оС, в то же время термическое разложение формальдегида наблюдается уже при 400оС. Выход формальдегида не превышает 3% при селективности 10 - 25%. Поэтому рассмотренный метод занимает весьма скромное место в балансе производства формалина и только в перспективе используется новые технологические приемы окисления (с учетом возрастания дефицитности метанола и сравнительной доступности природного газа).

Поэтому в выборе метода производства формалина заслуживают внимания первые два способа. Рассмотрим их в сравнении и выберем для себя нужный.

Сравнительная характеристика методов производства формалина в таблице 2.4.

Таблица 1.3 - Сравнительная характеристика методов производства формалина

Метод

Преимущества

Недостатки

1. Окисление на серебряном катализаторе
    А) практически нет ограничений по единичной мощности установки Б) простота конструкции реактора В) низкая метало - и энергоемкость Г) высокая производительность
    А) высокий расходный коэффициент по сырью Б) дорогостоящий катали-

Затор

В) наличие в формалине метанола до 5 - 10%

2. Окисление на оксидном катализаторе
    А) низкий расходный коэффициент по сырью Б) наличие метанола в

Формалине не более 0,6 - 1,0% и наличие НСООН не выше 0,02%
    А) повышенный расход энергии и воздуха Б) ограничение

Единичной мощности установки

    В) сложность в эксплуатации и ремонте Г) повышенная металлоемкость

Сравнивая экономические и производственные затраты, а также объем продукции (нам необходимо не менее 300 - 380 тыс. т./год) для нужд формалинопотребляющего производства - карбамидных смол (объем - 200 тыс. т./год) выбираем метод производства по окислительному дегидрированию метанола на серебряном катализаторе.

Похожие статьи




Выбор и обоснование технологического производства, Обоснование выбора метода производства - Технологический расчет контактного аппарата

Предыдущая | Следующая