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鐵鉬法甲醛生產工藝
1、生產多種重要的工業原料:甲醛被用于生產酚醛樹脂、脲醛樹脂等,這些原料進一步被用于制造涂料、粘合劑等。此外,甲醛還用于生產聚甲醛(pom)、多聚甲醛等成為各種塑料的原料。
2、在醫學和生物學領域的應用:甲醛在醫學上被用來消毒和防腐,例如用于醫療器械的消毒和某些手術的防腐。在生物學中,甲醛是制備生物防腐劑和殺菌劑的重要原料。
結構式:
分子式:CH2O
分子量:30.03
性狀:無色氣體,有刺鼻氣味
溶解性:易溶于水,溶于乙醇等多數有機溶劑。
熔點(℃):-92;
沸點(℃):-19.4
燃燒性:易燃
閃點(℃):-19.4
相對密度(空氣=1):1.07
1、國標甲醛溶液規格
表1.1工業用甲醛溶液(GB/T9009-2011)
項目 | 指標 | |||||
50%級 | 44%級 | 37%級 | ||||
優等品 | 合格品 | 優等品 | 合格品 | 優等品 | 合格品 | |
密度,ρ20/(g/cm3) | 1.147~1.152 | 1.125~1.135 | 1.075~1.114 | |||
甲醛,w/% | 49.7~50.5 | 49.0~50.5 | 43.5~44.4 | 42.5~44.4 | 37.0~37.4 | 36.5~37.4 |
酸(HCOOH計),w/%≤ | 0.05 | 0.07 | 0.02 | 0.05 | 0.02 | 0.05 |
色度, Hazen(鉑-鈷號)≤ | 10 | 15 | 10 | 15 | 10 | — |
鐵,w/%≤ | 0.0001 | 0.0010 | 0.0001 | 0.0010 | 0.0001 | 0.0005 |
甲醇,w/%≤ | 1.5 | 供需雙方協商 | 2.0 | 供需雙方協商 | 供需雙方協商 |
本項目所用原料為50%級優等品甲醛溶液。
2、我司55%甲醛溶液產品規格
表1.2
序號 | 項目 | 指標 | |
1 | 甲醛水溶液 | 37%~55%濃度 | |
2 | 甲醇 | ≤1%wt | |
3 | 甲酸 | ≤0.03%wt | |
4 | 鉑鈷色度 | ≤5 | |
5 | 總鐵 | ≤0.0001%wt | |
6 | PH | 3.5-4.0 |
3、副產品蒸汽規格
表1.3
序號 | 項目 | 指標 | 產量 |
1 | 反應器廢熱鍋爐蒸汽 | 1.2MPaG | 0.76t/t(37%甲醛產品) |
1、原輔材料
本項目涉及的主要原輔材料如表2.1所示。
表2.1主要原輔材料一覽表
序號 | 原料/輔料 | 規格 | 物態 | 包裝形式 | 運輸方式 |
1 | 甲醇 | 國標優等品 | 液 | - | 管道 |
2 | 催化劑 | 鐵-鉬/ ESC催化劑 | 固體 |
2、原料質量指標
表 2.2 工業用甲醇標準( GB 338-2011)
項目 | 指標 | |||
優等品 | 一等品 | 合格品 | ||
色度,Hazen單位(鉑-鈷色號)≤ | 5 | 10 | ||
密度,ρ20(g/cm3) | 0.791~0.792 | 0.791~0.793 | ||
沸程*(0℃,101.3KPa)/℃ ≤ | 0.8 | 1.0 | 1.5 | |
高錳酸鉀試驗/min | 50 | 30 | 20 | |
誰混溶性試驗 | 通過試驗(1+3) | 通過試驗(1+9) | — | |
水,w/% ≤ | 0.1 | 0.15 | 0.2 | |
酸(以HCOOH計),w/% ≤ 或堿(以NH3計),w/% ≤ | 0.0015 0.0002 | 0.0030 0.0008 | 0.0050 0.0015 | |
羰基化合物(以HCHO計),w/% ≤ | 0.002 | 0.005 | 0.10 | |
蒸發殘渣,w/% ≤ | 0.001 | 0.003 | 0.005 | |
硫酸洗滌試驗,Hazen單位(鉑-鈷色號) ≤ | 50 | — | ||
乙醇,w/% ≤ | 供需雙方協商 | |||
注:當需要計算甲醇的質量分數時候,參見GB 338-2011附錄B | ||||
*包括64.6℃±0.1℃ |
表2.3
序號 | 名稱 | 規格 |
1 | 脫鹽水 | 電導率≤1.0μs/cm(25℃) |
2 | 循環水 | 供水壓力:0.4MPa;溫度32℃ |
3 | 冷水規格 (針對熱帶環境) | 供水壓力:0.3MPa;溫度10℃ |
4 | 電 | 電壓: 380V/220V |
5 | 儀表空氣 | 常溫、無油、無塵,0.6MPaG |
表2.4
序號 | 項目 | 單耗(/t 37%甲醛溶液) | 備注 |
1 | 甲醇 | 0.427t/t(37%甲醛溶液) | |
2 | 循環水 | 70t/t(37%甲醛溶液) | |
3 | 電 | 68 kwh /t(37%甲醛溶液) | |
4 | 蒸汽 | -0.76 t/t(37%甲醛溶液) | |
5 | 甲醛催化劑壽命 | 1年 | |
6 | ESC催化劑 | 3年 |
3.1.1 反應原理
反應方程式:
主反應:
CH3OH + 1/2 O CH2 O + H2O (1)
副反應:
CH3OH + O2 CO + 2 H2O (2)
CH3OH +O2HCOOH + H2O (3)
2CH3OH CH3OCH3+H2O (4)
3.1.2 工藝流程簡述
鐵鉬法甲醛生產由空氣壓縮工序、反應工序、甲醛吸收工序和蒸汽發生工序組成。
1、空氣壓縮工序
新鮮空氣通過消聲器和空氣過濾器進入增壓風機升壓,風機出口氣與吸收二塔頂部循環尾氣混合進入1號循環風機,再進入2號循環風機連續加壓到一定的操作壓力后送到反應工序。
2、反應工序
從罐區來的原料甲醇先送到甲醇貯罐,再通過甲醇泵進入甲醇預蒸發器,在此與甲醛循環泵送來的吸收塔2塔甲醛循環溶液進行熱交換,甲醇吸熱而汽化,同時與風機來的氣體相混合形成原料氣體。原料氣體再經過甲醇蒸發器過熱后,生成甲醛反應氣。該氣體首先經過甲醇蒸發器罐間,通過與原料混合氣換熱而自身冷卻,然后進入吸收工序。
3、蒸汽發生工序
甲醇氧化制甲醛本身是個放熱反應,但反應需要一定的溫度才能啟動。因此反應器的開車有一個導熱油加熱系統。該系統主要由導熱油貯槽、導熱油泵、導熱油電加熱器等組成。開車正常溫度達標后,反應器需要由導熱油汽化撤熱,同時發生蒸汽。此部分由冷凝器和鍋爐給水槽、鍋爐給水除氧器、鍋爐給水泵組成。
外購的導熱油注入導熱油槽中,該槽可容納系統全部導熱油。在向反應器投入原料氣之前,先啟動導熱油泵,用泵將導熱油經導熱油電加熱、反應器和導熱油冷凝器進行循環,借助導熱油電加熱將導熱油升溫,并經上述循環過程,將反應器及其催化劑床層升溫到達反應啟動所需溫度。此時可以向反應器投入原料氣,并開始反應,反應一旦開始,就將釋放出反應產生的熱量,因此該系統就由供熱向撤熱轉換。保證在反應狀況下,系統有必需的導熱油后,切除導熱油泵、導熱油電加熱器和導熱油貯槽。此時導熱油在反應器管間??刂茪鈶B導熱油冷凝器,與鍋爐給水換熱而產生水蒸氣,它自身冷凝而流回反應器管間??刂茪鈶B導熱油的壓力,可以方便改變導熱油溫度,從而改變反應熱的撤出條件,借此可有效控制反應溫度。
鍋爐給水水質為脫鹽水,由裝置外送來,經除氧器進入鍋爐給水槽,經鍋爐給水泵送出,一股入導熱油冷凝器的管間,供發生蒸汽之需,另一股去ECS蒸汽發生器,供ECS系統發生蒸汽。兩處所產生的蒸汽合并后作為副產蒸汽送出本裝置界區。
3、吸收
產生的高溫甲醛氣體進入第一吸收塔(內為兩級吸收)?;旌蠚庥伤走M入,自下而上與塔頂噴淋的甲醛吸收液逆流接觸,將大部分甲醛吸收,甲醛氣溶于水形成甲醛液體從第一吸收段塔底排出。設計吸收效率90%以上,吸收液甲醛濃度約為55%,經冷卻器冷卻溫度50~60℃后進入甲醛接收槽。
經第一吸收塔兩級吸收后,多余未吸收的混合氣進入第二吸收塔(內為兩級吸收)與吸收液混合后生成稀甲醛液體,塔底混合液甲醛濃度約為5~8%左右,經冷卻后返回前第一吸收塔繼續吸收甲醛氣體濃縮,反復循環達到要求濃度后,從第一吸收塔塔底排入成品甲醛儲罐,再泵入甲醛罐待用。
采出的55%甲醛溶液送入甲醛中間罐儲存,保持溫度在50~70℃之間防止甲醛自聚。經甲醛輸送泵送入縮醛單元或罐區保溫儲罐。
4、尾氣處理
第二吸收塔塔頂排出的未吸收氣體稱為工藝尾氣,一股返回風機入口,另一股進入ECS系統。ECS系統是一個催化焚燒系統,該系統由ECS預熱器、ECS開工加熱器、ECS反應器、ECS蒸汽發生器組成。
ECS開工加熱器是裝置啟動時用來加熱尾氣,使升溫后進入ECS反應器時能夠進行催化焚燒系統反應。一旦啟動后,尾氣進入ECS預熱器時,就能與ECS蒸汽發生器來的延期進行交換預熱。進入ECS蒸汽發生器反應,此時切斷ECS開工加熱器。反應后的高溫氣體在ECS蒸汽范生氣中與鍋爐給水進行熱交換,將其轉變為水蒸氣,并與導熱油冷凝器中產生的蒸汽一同送往界外。經過ECS系統處理過的尾氣,完全達到環境保護的要求,由煙囪在高出排放。
本項目“三廢”排放及治理情況見下表。
序號 | 名稱 | 排放來源 | 組成 | 處理方式 |
廢氣 | 2#吸收塔頂部尾氣 | 氮氣 89.05% 氧氣 5.27% 一氧化碳 1.46% 二甲醚 0.33% 甲醛 0.02% 甲醇 0.11% 水 3.77% | 送ECS尾氣反應器 | |
2 | 廢水 | 生活污水 | COD 1000mg/l | 送生產污水管網,統一送園區污水處理廠處理 |
3 | 固廢 | 廢催化劑 | 鐵鉬催化劑 ESC催化劑 | 返回給催化劑廠家 |
以12萬噸t/a(37%)甲醛裝置為例,占地面積16 X 41m。如下圖所示。
對每個產能的反應器都進行有限元軟件進行應力分析,設備可以在最佳狀態運行。
吸收塔設備,及內件。
1) 單獨提供工藝包和技術服務
2) 工藝包+技術服務+設計
3) 工藝包+技術服務+設計+核心設備
4) 工藝包+技術服務+設計+設備采購
5) 工藝包+技術服務+設計+設備采購+安裝工程施工+裝置調試指導
主車間內部除土建、鋼結構、消防、監控、給排水、催化劑以外的所有工程內容
自預付款支付起,主要設備到廠需要5個月,安裝工程3個月,總建設周期約8個月。
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