4 Принципиальная технологическая схема
В последнее время всё большее распространение получает метод каталитической конверсии на оксидном катализаторе (см. рисунок 1), так как процесс окисления происходит при значительно более низкой температуре, что уменьшает количество побочных реакций, из-за чего товарный формалин, полученный товарный содержит не более 0,6-1%, и не более 0,02% муравьиной кислоты. Это достаточно важное преимущество над процессом на серебряном катализаторе с полной конверсией метанола.
Рисунок 1 – Технологическая схема производства формальдегида окислительной конверсией метанола на оксидном катализаторе:
1 – компрессор; 2,4 – теплообменники; 3 – реактор; 5 – абсорбционная колонна.
Метанол поступает в испаритель (И) (см. рисунок 2), после чего смешивается со смесью абсорбционных газов рецикла и воздуха из блока дожигателя и газодувки. Далее смесь направляется в межтрубное пространство рекуператора (Р), который представляет из себя кожухотрубчатый теплообменник, где смесь подогревается. Затем смесь газов направляется в трубчатое пространство каталитического реактора (КР).
Химический процесс экзотермический, поэтому охлаждается высокотемпературным теплоносителем дифенильной смесью (ДФС). Смесь продуктов реакции направляется в трубчатое пространство рекуператора (Р) – на собственное охлаждение и передачу тепла исходной смеси реагентов.
Поток формальдегида и других газов направляется в блок абсорбции.
Часть не абсорбировавшихся абгазов используется для разбавления воздуха, с целью снижения концентрации кислорода (чтобы не допустить образование взрывоопасных концентраций смеси), остатки направляются на каталитическое обезвреживание в дожигатель.
Рисунок 2 – Технологическая схема реакторного блока
1 – водяной пар; 2 – вода; 3 – смесь воздуха с абгазами; 4 – метанол; 5 – спиртогазовая смесь; 6 – продукты реакции; 7 – жидкая ДФС; 8 – пары ДФС; Е – ёмкость для ДФС; И – испаритель метанола; К – конденсатор паров ДФС; КР – каталитический реактор; Р – рекуператор; ВР1-11 – вентиль регулирующий; ВЗ – вентиль запорный; Н – насос.
5 Выбор основного аппарата. Чертёж основного аппарата
Основным аппаратом производства формальдегида на оксидном катализаторе – это каталитический реактор, который представляет из себя кожухотрубчатый теплообменник (см. рисунок 4). Окисление метанола происходит в трубчатом пространстве, а по межтрубному пространству движется дифенильная смесь, с помощью которой производится как нагрев реакционной смеси, так и отвод излишнего тепла с испарением хладагента.
В трубки реактора загружен катализатор и инерт – керамические кольца без нанесения каталитически активного вещества. Инерт нужен для снижения температуры в реакционном пространстве с целью сохранить катализатор – при температуре выше 410˚С катализатор разрушается.
Существует несколько различных вариантов распределения катализатора и инерта. Слои катализатора разной активности – на входе в реактор и выходе из него исходная смесь проходит через слои с разным разбавлением катализатора.
Верхний слой (на входе в реактор) – слой чистого инерта; средний слой – слой катализатора смешанного с инертом; нижний слой (на выходе из реактора) – слой чистого катализатора.
Рисунок 3 – Каталитический реактор окисления метанола:
1 – корпус; 2 – трубка; 3 – поддерживающая решётка.