123807 (Проект производства формалина), страница 2

На большинстве зарубежных формалиновых производствах используют металлическое серебро без носителя (сетки, кристаллы, губчатое серебро и т.п.). По селективности образования формальдегида контактный и трегерный катализаторы являются практически равноценными. Основные различия трегерных и контактных катализаторов относятся к их эксплуатационным характеристикам. К преимуществам трегерных контактов относится следующее:

1. устойчивость по отношению к перегревам;

2. пониженная требовательность к чистоте сырья;

3. меньшая единовременная загрузка сырья.

Основным недостатком этого катализатора является небольшая длительность межрегенерационного цикла работы (3 – 4 месяца).

Использование контактного (ненанесенного) серебра имеет следующие достоинства:

1. исключение комплекса вопросов, связанных с получением и подготовкой носителя;

2. «безреагентная» система приготовления катализатора;

3. практическое отсутствие потерь серебра за счет истирания и измельчения контакта.

При выборе той или иной формы серебряного катализатора решающее значение имеют такие факторы, как накопленный опыт и традиции.

Технология приготовления трегерного серебра включает в себя основные стадии:

1. пропитка или осаждение на поверхности носителя соли, содержащей серебро;

2. восстановление катиона серебра до свободного металлического состояния.

На практике содержание серебра в катализаторе СНП составляет около 40%. Катализаторы с меньшим содержанием серебра быстрее теряют активность и требуют «перенанесения».

Фирма Sumitomo взяла патент на использование трехслойного контактного катализатора. Два верхних слоя представляют собой кристаллы размером 0,8 – 1,0 мм, нижний слой – серебро в виде тонких нитей.

Фирма BASE предложила серебряный катализатор разделить на 4 слоя общей высотой 20 – 30 мм, а серебряное кольцо по периметру реактора выполняет функции 5-го слоя. Характерной особенностью является применение бидисперсных гранул серебра. Так, в нижней части слоя рекомендуется размещать гранулы с размером мене 0,3 мм, количество которых составляет 1/8 от общего количества серебра. Другая часть катализатора в виде гранул размером до 1 – 3 мм насыпается поверх мелких частиц. Мольный выход формальдегида равен 88%.

Применение двухслойного катализатора позволяет проводить процесс с конверсией метанола до 97,4% при мольной селективности 89 – 90%.

Сравнивая зарубежный опыт производства формалина на катализаторах в очень тонком слое, в виде металлических сит (серебряные сетки) предлагается перейти на аналогичный вид катализатора.

Характеристика катализатора из серебра (сита):

проволка ТУ 48 – 1 – 112 – 85;

толщина проволки, мм – 0,22;

число ячеек на 1 см² – 225;

стоимость катализатора – 279384,17 руб.

Переход на серебряный сетки позволит сократить численность рабочих в катализаторном отделении (за счет упрощения приготовления катализатора), а следовательно повысить производительность труда. За счет более длительного срока службы (1 – 2 года) катализатора увеличивается эффективный фонд рабочего времени, произойдет наращивание мощности.

1.3 Обоснование места размещения предприятия

На территории Томской области сосредоточена богатые природные ресурсы: нефть, газ, лес, редкие металлы, торф и др.

Строительство производства формалина было обусловлено:

- Потребностью промышленности в формалине по стране в шести районах Сибири.

- Наличие сырья – производство метанола мощностью 750 тыс.т./год.

- Наличие формалинопотребляющего производства карбамидных смол мощностью 200 тыс.т./год.

Обеспечение потребности действующего производства в паре, горячей воде на отопление, вентиляции и горячего водоснабжения, предусмотрено установкой двух водогрейных котлов типа КВГМ - 100 производительностью 100 Гкал/ч каждый.

Обеспечение производства в электроэнергии от ГПП – 1 и ГПП – 2, установленных на территории ТНХК.

Водоснабжение производственной водой осуществляется насосной станцией 1-го подъема (НС – 1), установленный на берегу реки Томь и насосной станцией 2-го подъема (НС – 2), расположенный на территории ВОС ТНХК. Водоснабжение хозяйственной питьевой водой обеспечивается НСВ – 4, расположенной на территории ВОС ТНХК.

1. Основные технологические решения

Получение формальдегида предусмотрено методом парофазного окисления – дегидрирования метанола кислородом воздуха на пемзосеребрянном катализаторе, в мягких температурных условиях (550 – 600)^оС, либо жестком режиме (660 – 700)^оС с поглощением формальдегида водой и последующим выделением непрореагировавшего метанола вакуум – ректификацией. Выделенный метанол возвращается в процесс. Процесс ведется при давлении 0,76 атм. В жестком режиме предусмотрено разбавление метанола водой в соотношении СН₃ОН:Н₂О кА 70:30.

За счет соотношения реакций окисления и дегидрирования (55%:45%) процесс проводится в реакторе адиобатического типа, что значительно упрощает его конструкцию и эксплуатацию.

Анализ работы действующих производств формалина на пемзосеребрянном катализаторе показывает, что основным недостатком его является сравнительно небольшой срок службы (3 - 4) месяца. Приходится отстаивать технологическую нитку для выгрузки отработанного катализатора и загрузки свежего. Технологическая остановка на трое суток.

Поэтому предлагается перейти на кристаллическое серебро – пакет сеток из серебряной проволоки, ТУ 48 – 1 – 112 – 85. срок работы такого катализатора (1 - 2) года. Сокращается время технологических остановок: место 3 - 4 в год одна, либо одна в два года. А для процесса, оформленного в виде трех параллельных ниток, это значительное увеличение эффективного времени работы оборудования, а значит наращивание мощности.

2. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОИЗВОДИМОЙ ПРОДУКЦИИ

Выпускаемый готовый продукт - формалин технический.

Предусмотрен выпуск товарного формалина, с массовой долей формальдегида 37 %, соответствующего ГОСТ 1625-89, а также концентрированного формалина, с массовой долей формальдегида до 50 %, используемого для внутреннего потребления в производстве карбосмол.

Формалин является водным раствором формальдегида и метанола в воде.

Эмпирическая формула формальдегида: СН₂ О.

Структурная формула формальдегида:О

Молярная масса 30 кг/моль.

При охлаждении газообразный формальдегид переходит в жидкость, которая кипит при -19°С, а при -118°С замерзает, превращаясь в твердое кристаллическое вещество.

Как в жидком, так и в газообразном состоянии формальдегид неустойчив и легко полимеризуется, особенно в присутствии влаги. Поэтому формальдегид транспортируется и хранится либо в растворах, либо в виде полимера. Формальдегид хорошо растворяется в воде и спиртах. В водных растворах формальдегид не сохраняется в мономерной форме, а вступает в химическое взаимодействие с водой с образованием гидратов (метиленгликолей):

СН₂ О + Н₂ О → СН₂ (ОН)₂ + Q кДж/кг (2.2)

При обычных температурах водные растворы формальдегида мутнеют, вследствие выпадения в осадок продуктов полимеризации - полиоксиметиленгликолей.

Для предохранения концентрированных растворов формальдегида от полимеризации к ним добавляют стабилизаторы. Основным промышленным стабилизатором служит метанол.

По физико-химическим показателям технический формалин должен соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Нормы требования технического формалина по физико-химическим показателям

Физические свойства технического формалина зависят от содержания в нем формальдегида и метанола и меняются в пределах:

Плотность, кг/м³1077 – 1116

Температура кипения, ^оС 98,9

Удельная теплоёмкость, Дж/(кг К) 3352

Вязкость, сП 2,45 - 2,58

2.1 Характеристика исходного сырья, материалов и полупродуктов

Характеристика исходного сырья, материалов и полупродуктов в таблице 2.2.

Таблица 2.2 – Характеристика исходного сырья, материалов и полупродуктов

3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

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(3.3)

СН₂ О + 1/2 О₂ → НСООН + 270,4 кДж/моль(3.4)

НСООН + 1/2 О₂ → СО₂ + Н₂ О + 14,5 кДж/моль(3.5)

НСООН → СО + Н₂О - 53,7 кДж/моль(3.6)

СН₂ О → СО + Н₂ + 1,9 кДж/моль (3.7)

2 СН₂ О + Н₂ О → СН₃ ОН + НСООН + 122,0 кДж/моль(3.8)

Н₂+ 1/2 О₂ → Н₂ О + 241,8 кДж/моль(3.9)

2 СН₃ ОН → СН₂ (ОСН₃ )₂ + Н₂ О + 131,0 кДж/моль(3.10)

СО + 1/2 О₂ → СО₂ + 283,0 кДж/моль(3.11)

2 СО → СО₂ + С + 172,5 кДж/моль (3.12)