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 600^оС, в то же время термическое разложение формальдегида наблюдается уже при 400^оС. 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 наиболее оптимальный.

Характеристика методов производства формалина в таблице 1.

Таблица 1 – Сравнительная характеристика методов производства формалина

Метод	Преимущества	Недостатки
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%
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 (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.

1.1 Химизм процесса

Образование формальдегида происходит при прохождении метаноло -воздушной смеси через слой катализатора "серебро на носителе" при температуре в зоне контактирования: 550 - 600С при работе в "мягком" режиме, 660 - 700С при работе в "жестком" режиме.

Образование формальдегида осуществляется в результате протекания параллельных реакций простого и окислительного дегидрирования метанола:

СН₃ ОН → СН₂ О + Н₂ - 93,4 кДж/моль (3.1)

СН₃ ОН + 1/2 О₂ → СН₂ О + Н₂ О + 147,4 кДж/моль (3.2)

Наряду с этими реакциями в системе протекает целый комплекс побочных превращений.

СН₃ ОН + 2/3 О₂ → СО₂ + 575,1 кДж/моль (6)

СН₂ О + 1/2 О₂ → НСООН + 270,4 кДж/моль (7)

НСООН + 1/2 О₂ → СО₂ + Н₂ О + 14,5 кДж/моль (8)

НСООН → СО + Н₂О - 53,7 кДж/моль (9)

СН₂ О → СО + Н₂ + 1,9 кДж/моль (10)

2 СН₂ О + Н₂ О → СН₃ ОН + НСООН + 122,0 кДж/моль (11)

Н₂+ 1/2 О₂ → Н₂ О + 241,8 кДж/моль (12)

2 СН₃ ОН → СН₂ (ОСН₃ )₂ + Н₂ О + 131,0 кДж/моль (13)

СО + 1/2 О₂ → СО₂ + 283,0 кДж/моль (14)

2 СО → СО₂ + С + 172,5 кДж/моль (15)

Реакции (3.3) и (3.4) являются равновесными. Доля метанола израсходованного по реакции (3.4) составляет около 60 %, а остальное, по реакции (3.3).

Превращение метанола в формальдегид происходит в результате контакта молекул спирта с кислородом, хемосорбированным на атомах серебра, т.е. активными центрами катализатора являются поверхностные окислы серебра. Процесс получения формальдегида в целом сопровождается выделением тепла, за счет которого поддерживается необходимая температура в зоне контактирования и равновесие реакции дегидрирования смещается вправо.

Побочные реакции снижают выход формальдегида и определяют состав выхлопных газов (абгазов).