铁钼法甲醇氧化制甲醛工艺及过程控制分析_郝吉鹏

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铁钼法甲醇氧化制甲醛工艺及过程控制分析_郝吉鹏

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第 42 卷 第3期2013 年 3 月Vol.42 No.3Mar.2013化工技术与开发Technology & Development of Chemical Industry铁钼法甲醇氧化制甲醛工艺及过程控制分析郝吉鹏(西南石油大学化学化工学院,四川 成都 610500)摘 要: 以实际生产中的铁钼法甲醇氧化制甲醛装置为基础,介绍了铁钼法的生产工艺流程,并分析了该工艺装置在实际运行中存在的一些问题及其改进途径,同时对生产过程控制中,在装置开车时和稳定运行中有较大外界干扰引起某些工艺参数急剧变化时,如何对其进行快速的最优过程控制进行了分析并给出了一些经验性的建议。

关键词:甲醇;铁钼法;甲醛;过程控制中图分类号:TQ 224.12+2 文献标识码:B 文章编号:1671-9905(2013)03-0058-04作者简介:郝吉鹏(1986-),男,汉族,山东德州人,西南石油大学在读硕士研究生,研究方向:化工过程模拟计算,E-mail:hjp_vmd@,电话:136********收稿日期:2013-01-06甲醛作为一种大宗的有机化学品,工业上广泛用于生产酚醛树脂﹑脲醛树脂等热固性树脂,以及新戊二醇﹑季戊四醇﹑1,4-丁二醇等多元醇和六亚甲基四胺(乌洛托品)﹑亚甲基二苯基二异氰酸酯(MDI)﹑聚甲醛(POM)﹑多聚甲醛等化工产品,其37%的工业水溶液(又称福尔马林)可直接用于防腐剂,因此,其在化工﹑木材加工﹑涂料﹑医药﹑塑料﹑农药﹑医学等行业具有重要用途。

虽然由甲烷直接选择性氧化或由甲醇直接脱氢制甲醛是较为理想的途径,但其催化剂性能及生产过程控制技术都未达到工业应用的水平。

目前,工业生产中主要通过甲醇氧化脱氢生产甲醛,根据所使用催化剂的不同,可以将其分为以银为催化剂的甲醇过量法和以铁钼氧化物为催化剂的空气过量法,两种生产方法的一些主要性能指标的比较见表1[1~7]。

本文介绍了一种铁钼法生产工艺流程,并分析了其在生产运行中存在的问题及改进措施,同时,根据对生产装置的实际控制经验给出了一些在集散控制系统(Distributed control system,DCS)对某些关键工艺控制参数的控制失调情况下进行最优化干预调节控制的方法。

铁钼过氧化法生产甲醛吸收单元流程优化

铁钼过氧化法生产甲醛吸收单元流程优化

铁钼过氧化法生产甲醛吸收单元流程优化摘要:甲醛作为一种重要的化工原料,用途广泛、地位重要,其生产过程要求标准高,如果操作运行不科学,往往会造成生产浪费。

本文阐述了甲醛的重要作用,对甲醛的主要生产工艺进行了概述,重点探讨了铁钼催化法生产甲醛基本原理及主要工艺,结合项目设计、施工、生产实际,提出了铁钼过氧化法生产甲醛吸收单元流程优化的对策措施,以期为今后的甲醛生产提供有益借鉴。

关键词:铁钼过氧化法甲醛吸收单元流程优化一、引言甲醛作为一种重要的化工原料,用途十分广泛,不但可以直接用作消毒、杀菌、防腐剂,而且可以作为有机合成、合成材料、涂料、橡胶、人造板、合成树脂、表面活性剂、塑料、皮革、造纸、染料、制药、照相胶片、农药等行业的重要原料,其衍生产品主要有多聚甲醛、聚甲醛、酚醛树酯、脲醛树酯、氨基树酯、乌洛托产品及多元醇类等。

生产甲醛的方法主要有低级烷烃氧化制甲醛及甲醇空气催化氧化制甲醛。

低级烷烃直接氧化制甲醛是属于非选择性的氧化反应,副产物多,目前工业上大量采用的是甲醇氧化法。

各种甲醛生产工艺具有不同的优缺点,铁钼过氧化法生产甲醛工艺具有转化效率高等优点,应用更为广泛[1,2]。

笔者以自己所参与主持的某甲醇生产项目为例,对采用铁钼过氧化法通过甲醇生产浓度37%-55%的甲醛的生产工艺流程进行探讨,提出铁钼过氧化法生产甲醛吸收单元流程优化方法,以提高甲醛生产效率,增加企业生产效益。

二、甲醛主要生产工艺概述甲醛是一种多用途的基本有机化工原料,可用于生产脲醛、酚醛、丁二醇、季戊四醇、多聚甲醛等多种有机化工产品。

目前我国是世界上最大的甲醛生产国,也是最大的甲醛消费国。

与国际先进技术相比,我国无论是在生产,还是下游产品研发方面均存在较大差距。

目前,甲醛主要生产工艺有银催化剂法、铁钼催化剂法两种。

1.银催化剂法银法工艺的历史长,以德国BASF公司技术为代表。

其优点是工艺成熟,流程较短,投资少,电耗较低,热量可充分利用,单系列生产能力大;缺点是甲醇消耗较高,催化剂寿命较短,产品甲醛溶液中残留的甲醇和甲酸等杂质较多。

年产5万吨甲醇氧化制甲醛工艺生产过程设计本科毕业设计

年产5万吨甲醇氧化制甲醛工艺生产过程设计本科毕业设计

年产5万吨甲醇氧化制甲醛工艺生产过程设计本科毕业设计年产5万吨甲醇氧化制甲醛工艺生产过程设计The Design of Production Process of Formaldehyde byMethanol Oxidation(50kt/a)毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名:日期:指导教师签名:日期:使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名:日期:学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名:日期:年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。

本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名:日期:年月日导师签名:日期:年月日注意事项1.设计(论文)的内容包括:1)封面(按教务处制定的标准封面格式制作)2)原创性声明3)中文摘要(300字左右)、关键词4)外文摘要、关键词5)目次页(附件不统一编入)6)论文主体部分:引言(或绪论)、正文、结论7)参考文献8)致谢9)附录(对论文支持必要时)2.论文字数要求:理工类设计(论文)正文字数不少于1万字(不包括图纸、程序清单等),文科类论文正文字数不少于1.2万字。

付老师 铁钼法甲醛工艺节能措施及优化研究 2200(2)

付老师 铁钼法甲醛工艺节能措施及优化研究 2200(2)

铁钼法甲醛工艺节能措施及优化研究摘要:随着科学技术的不断进步,人们的节能意识越来越强,众多领域工艺上都采取了节能措施。

本文对某公司的甲醛工艺流程和采用的节能措施进行了介绍,对优化流程进行了分析,对如何合理利用甲醛装置内部的热量进行了讨论,希望对利用这种热量发挥节能作用起到借鉴意义。

关键词:铁钼法甲醛工艺节能优化研究1 甲醛综述甲醛作为一种基本的重要的有机化工原料,在工业上主要用于一些特殊物质的制作,比如酚醛树脂、尿醛树脂等热固性树脂以及季戊四醇、新戊二醇等多元醇和乌洛托品、亚甲基二苯基二异氰酸酯、聚甲醛、多聚甲醛等化工产品的制作。

甲醛在这些产品的制作过程中,充当一种重要的有机成分。

甲醛的制备,则离不开将甲醇进行氧化的工序,由于催化剂在类型上存在着不同,按选择催化剂的类型,可以将这种氧化方法分为银法和铁钼法。

2工艺技术描述铁钼法制甲醛,是在空气过量条件下,甲醛与空气中的混合气体发生氧化反应,在此过程中,铁钼等金属氧化物发挥催化剂作用。

甲醛的制作工序主要分为压缩工序、反应工序、蒸汽发生工序、甲醛吸收工序。

空气过滤器把新鲜空气通过在新鲜风机中不断升压,进而和吸收塔顶部循环尾气混合,利用循环风机持续加压,进入反应工序。

原料甲醛在进入装置之后,在甲醇预热器中和甲醛循环泵送来的吸收塔甲醛循环溶液进行热交换后,进入甲醇蒸汽预热器进一步完成预热,随后和循环风机中的气体在甲醇蒸发器的上段混合,形成原料气体,原料气在甲醇蒸发器下段过热,送到甲醛反应器,固定床反应器中的铁钼催化剂对原料气进行反应,产生一定的甲醛气,这种甲醛气体通过甲醇蒸发器管与原料混合气发生一定的反应,在这个过程中自身冷却,随后冷却后的甲醛气进入吸收工序。

甲醇氧化制甲醛所发生的反应过程中产生热量,一定的温度才能够保证反应运行,所以反应器一般设置两个导热油电加热器进行加热,如果开车正常,在甲醛反应器管中,导热油会因为吸收热量而汽化,气化产生撤热,在撤热的过程中产生副产中压蒸汽,导热油在气态过程中进入热油冷凝器与锅炉给水进行换热,从而产生一定的蒸汽,它自身会发生冷凝流回反应器管。

铁钼法制甲醛生产中影响吸收效率的因素

铁钼法制甲醛生产中影响吸收效率的因素

铁钼法制甲醛生产中影响吸收效率的因素摘要:目前,甲醛的制备主要有银法和铁钼法两大类。

其中,银法以甲醇、空气为原料,以银为主,甲醇含量较高;最后产物中的甲醇含量很高,需要通过蒸馏设备进行分离。

铁钼法甲醛的制备也是以甲醇、空气为原料,以铁-钼混合氧化物为主要组份,在过量的大气条件下,由甲醇氧化得到甲醛;用此方法得到的甲醛纯度比用银法得到的甲醛要高。

从世界范围来看,以铁-钼工艺为原料的甲醛产品所占的市场份额越来越大。

关键词:铁钼法;甲醛生产;吸收效率铁钼法制甲醛生产中影响吸收效率的因素1甲醛浓度甲醛的浓度对胶粘剂的固相质量有很大的影响。

高浓度的甲醛易于制备高固含量的粘合剂,而高固含量的粘合剂不需要蒸馏,也不需要蒸馏,节约了蒸汽量,缩短了粘合剂的生产周期,提高了粘合剂的生产效率,降低了成本。

由于甲醛树脂的固化是缩聚反应,在固化时会产生水,故其含水量较小;也就是,胶粘剂的固含量愈高,则其固化速度愈快,反之则愈好。

随着胶料固含量的增加,人造板的活力和加压时间缩短,生产效率提高,成本降低。

相反,如果甲醛含量较小,则需要较长时间的固化时间和较高的蒸汽消耗。

同时,由于胶粘剂的固相含量下降,在热压成型工艺中,需要更多的水分蒸发;压制速度会降低,因此会导致生产时间的延长,能源消耗也会随之增加。

目前银法的甲醛含量基本可以达到45%,而铁钼法的甲醛含量可以达到55%。

结果表明:与传统的银法比较,采用铁钼法生产的甲醛含量更高。

1.1反应温度在258℃活化条件下,反应床内温度较低,容易导致甲醇转化效率降低;高温会引起钼的升华、凝结,改变催化剂的结构,降低其活性,增加床层的阻力,对反应过程产生不利影响。

所以,控制反应器的床内温度是十分关键的。

在催化剂运行过程中,要逐步增加导热油体系的压力和温度,使热点温度保持在惰性环与催化剂混合区;在催化剂使用的早期,导热油的温度在260℃左右,在295℃结束。

在工业上,采用调节导热油侧的压力,对反应床的温度进行调节,以获得低甲醇含量的甲醛;在一定程度上增加气相油的压力。

[转化率,甲醇,甲醛]铁钼法甲醛工艺中甲醇转化率低的原因和改进

[转化率,甲醇,甲醛]铁钼法甲醛工艺中甲醇转化率低的原因和改进

铁钼法甲醛工艺中甲醇转化率低的原因和改进在我国化工领域中铁钼法甲醛工艺始终是其重要的组成部分,而这一工艺的运行离不开对于转化率的有效提升。

因此在这一前提下对于铁钼法甲醛工艺中甲醇转化率低的原因和改进进行研究和分析就具有极为重要的经化工意义和现实意义。

1 铁钼法甲醛工艺中甲醇转化率低的原因铁钼法甲醛工艺中甲醇转化率低的原因有很多,其主要内容包括了工艺流程存在问题、催化剂需要改善、热量传递效率低、空气质量较差等内容。

以下从几个方面出发,对铁钼法甲醛工艺中甲醇转化率低的原因进行了分析。

1.1 工艺流程存在问题工艺流程存在问题是导致铁钼法甲醛工艺中甲醇转化率低的原因之一。

通常来说由于铁钼法生产甲醛工艺流程较为复杂,并且其可以根据生产甲醛的工艺按催化剂的不同来分为银法和铁钼法。

在这一过程中铁钼法通常会具有反应温度低、单耗低、产品浓度高、催化剂活性高等特点,但是由于其选择性低、寿命一般、装置生产能力要求高,从而使得其工艺流程的发展存在很大的问题。

除此之外,工艺流程存在问题还体现在在甲醇的转化生产运行中往往存在着甲醇转化率低的问题和漏装的情况持续发生,因此对于工艺流程进行优化就有着非常高的必要性。

1.2 催化剂需要改善催化剂需要改善也是影响铁钼法甲醛工艺中甲醇转化率低的因素之一。

通常来说铁钼氧化法生产甲醛工艺DBW 工艺的进行离不开催化剂的有效支持。

即在催化剂的有效应用下其甲醇转化的工艺流程可以变得更为简便并且促进甲醇转换率得到有效从提升高。

除此之外,催化剂需要改善还体现在甲醇的转化生产过程中,汽化后的甲醇与空气和循环气混合后发生反应。

因此为了有效避免由于导热催化剂导致的混合不均、工作人员应当注重合理的避免催化剂装填错误或少装等问题的出现。

1.3 热量传递效率低在铁钼法甲醛工艺中甲醇转化的过程油,可将反应放出的热量传递出来,副产2.0MPa 饱和蒸汽。

甲醇的转化率在99%以上,具有可选择性,其中94% 甲醇转化为甲醛,其余转化为甲烷、二甲醚等副产品。

每年生产16万吨甲醛——固定床反应器设计

每年生产16万吨甲醛——固定床反应器设计

摘要摘要:本文以摩尔比为甲醇:氧气:水:氮气=1:0.756:0.276:2.844进入列管式固定床反应器,于350℃、0.5MPa下经铁钼催化剂催化氧化生产50级工业甲醛16Mt。

经过工艺计算和反应器的设计,本文采用双塔并联,单个反应器的直径为2300mm,反应管长35.43m,列管4045根,填充催化剂116234kg。

关键词:甲醛;甲醇;铁钼催化法;固定床反应器AbstractAbstract: In this paper, materials that the molar ratio of methanol: oxygen: water: nitrogen = 1:0.756:0.276:2.844 fed to the tubular fixed bed reactor at 350 ℃ and 0.5MPa and produce 16Mt industrial formaldehyde of 50% with iron-molybdenum catalyst. After process calculate and design of the reactor, we use twin paralleled towers, the diameter of everyone reactor is 2300 millimeter, the reaction tube length is 35.43meter, 4045 tube, and catalyst is 116234kg.Key words: Formaldehyde; Methanol; Iron-molybdenum catalytic method; Fixed-bed reactor前言甲醛是重要的有机化工基础原料,是甲醇最重要的衍生物产品之一,甲醛的用途十分广泛,主要用于生产脲醛、酚醛、聚甲醛和三聚氰胺等,也用于生产医药产品、农药和染料以及消毒剂、杀菌剂、防腐剂等。

浅谈铁钼法制甲醛工艺原理及工艺技术

浅谈铁钼法制甲醛工艺原理及工艺技术

浅谈铁钼法制甲醛工艺原理及工艺技术摘要:甲醛是一种重要的有机化工原料,主要用于生产树脂、1-4丁炔二醇、合成材料等。

在涂料、橡胶以及建筑材料中均有用到,还可用作杀菌剂、防腐剂等。

本论文采用铁钼法制取甲醛进行工艺探究,对化工市场具有很好的参考价值和指导意义。

关键词:甲醛铁钼法工艺原理工艺技术一.甲醛的性能在常温下,纯甲醛是一种具有窒息作用的无色气体,有强烈的刺激性气味,对眼睛和粘膜有刺激作用,易溶于水、醇和醚。

通常以水溶液的形式存在。

35%~40%浓度的甲醛水溶液叫做福尔马林。

在空气中能缓慢氧化成甲酸。

化学式:CH2O,分子量30.03,相对密度为1.084g/mL。

熔点-118℃,沸点-19.5℃,闪点60℃,着火温度:430℃,在空气中的爆炸极限:7-73%vol。

二.甲醛反应原理2.1甲醛反应工艺原理以甲醇和过量空气中的氧气为原料,在铁钼催化剂的催化作用下,在甲醛反应器内,在256-276℃初始反应温度下反应生成气态甲醛。

主反应:CH3OH+1/2O2→HCHO +H2O dH = -156.557KJ /mol副反应:(1)2CH3OH+3O2→CO+ 2H2O dH = -393.0KJ/mol(2)CH3OH→CH3OCH3+ H2O dH =+24.7KJ/mol(3)CH3OH + O2→ HCOOH+ H2O dH =-420.0KJ/mol甲醛反应器为列管式固定床反应器,每个反应器里面装有14955根列管,列管内装填铁钼催化剂和填料,从下至上分别按照纯铁钼催化剂层,混合层,填料层,以一定的安装高度装填,同时反应器床层安装热电偶,用于正常生产期间对反应器内床层温度的监控,以实现安全生产。

铁钼法甲醛生产工艺,甲醇转化率高,可达92-94%,同时也有副反应产生,分别生成一氧化碳,二甲醚,甲酸。

2.2尾气处理工艺原理含有甲醛、一氧化碳、二甲醚和未反应的甲醇在铂钯催化剂的催化作用下,在520-600℃条件下,氧化生成水和二氧化碳,通过尾气净化处理后释放至大气。

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第 42 卷 第3期2013 年 3 月Vol.42 No.3Mar.2013化工技术与开发Technology & Development of Chemical Industry铁钼法甲醇氧化制甲醛工艺及过程控制分析郝吉鹏(西南石油大学化学化工学院,四川 成都 610500)摘 要: 以实际生产中的铁钼法甲醇氧化制甲醛装置为基础,介绍了铁钼法的生产工艺流程,并分析了该工艺装置在实际运行中存在的一些问题及其改进途径,同时对生产过程控制中,在装置开车时和稳定运行中有较大外界干扰引起某些工艺参数急剧变化时,如何对其进行快速的最优过程控制进行了分析并给出了一些经验性的建议。

关键词:甲醇;铁钼法;甲醛;过程控制中图分类号:TQ 224.12+2 文献标识码:B 文章编号:1671-9905(2013)03-0058-04作者简介:郝吉鹏(1986-),男,汉族,山东德州人,西南石油大学在读硕士研究生,研究方向:化工过程模拟计算,E-mail:hjp_vmd@,电话:136********收稿日期:2013-01-06甲醛作为一种大宗的有机化学品,工业上广泛用于生产酚醛树脂﹑脲醛树脂等热固性树脂,以及新戊二醇﹑季戊四醇﹑1,4-丁二醇等多元醇和六亚甲基四胺(乌洛托品)﹑亚甲基二苯基二异氰酸酯(MDI)﹑聚甲醛(POM)﹑多聚甲醛等化工产品,其37%的工业水溶液(又称福尔马林)可直接用于防腐剂,因此,其在化工﹑木材加工﹑涂料﹑医药﹑塑料﹑农药﹑医学等行业具有重要用途。

虽然由甲烷直接选择性氧化或由甲醇直接脱氢制甲醛是较为理想的途径,但其催化剂性能及生产过程控制技术都未达到工业应用的水平。

目前,工业生产中主要通过甲醇氧化脱氢生产甲醛,根据所使用催化剂的不同,可以将其分为以银为催化剂的甲醇过量法和以铁钼氧化物为催化剂的空气过量法,两种生产方法的一些主要性能指标的比较见表1[1~7]。

本文介绍了一种铁钼法生产工艺流程,并分析了其在生产运行中存在的问题及改进措施,同时,根据对生产装置的实际控制经验给出了一些在集散控制系统(Distributed control system,DCS)对某些关键工艺控制参数的控制失调情况下进行最优化干预调节控制的方法。

1 铁钼法甲醇氧化制甲醛生产工艺分析1.1 生产工艺流程如图1所示,甲醇含量大于99.5%的精甲醇经甲醇泵送入甲醇蒸发器,蒸发器的热量由蒸汽包内的饱和水蒸气供应,被汽化后的甲醇进入气体冷却器(列管式换热器)的壳侧,与由鼓风机送入的新鲜空气和部分循环的吸收塔尾气相混合,混合气在气体冷却器内与反应后的高温气体换热,然后进入甲醇反应器(列管式固定床反应器,由13710根列管,每根列管长度为80cm,内径为2.2cm,列管内装填催化剂,分为3层:顶部为惰性陶瓷环,中间为惰性和新鲜催化剂混合物,底层为新鲜催化剂),反应器内催化剂床层的温度由反应器的列管间隙内高速流动的导热熔盐(由53%硝酸钾、40%亚硝酸钠、7%硝酸钠组成,熔点为142℃)维持,导热熔盐温度由位于反应器中心的蛇型盘管换热器内的脱盐水汽化带走热量维持,脱盐水由高压补水泵供应,产生的中压蒸汽通往汽包,汽包内的蒸汽一部分输送到甲醇蒸发器,其余作为外供蒸汽。

由甲醇反应器反应后的高温混合气进入废热回收锅炉(翅片式换热器),废热回收锅炉内产生的中压蒸汽通往汽包,降温后的高温混合气进入气体冷却器继续冷却,然后混合气进入浓甲醛洗涤器被不断循环的高浓度甲醛溶液吸收,被吸收后的含较低浓度甲醛的混合气进入吸收塔系统(由3段吸收循环组成)与各段中不断循环的低浓度甲醛溶液逆流接触,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三段吸收循环的溶液温度依次降低,溶液温度由循环冷却水通过换热器控制,吸收剂脱盐水由吸收塔顶部加入。

从吸收塔顶部出来的尾气一部分进入尾气循环系统,其余部分进入尾气处理系统。

59第 3期 表1 铁钼法与银法生产工艺主要指标比较主要指标铁钼法工艺银法工艺反应温度/℃250~350600~680反应器类型列管式换热固定床绝热催化剂使用周期/月12~183~6甲醇的转化率/%97~9992~96反应的选择性/%95~9995~97甲醛的收率/%91~9387.7~89.7甲醇的单耗/kg·(t37%甲醛)-1424~438440~450副产中压蒸汽量/kg·(t37%甲醛)-1600~800300~500电耗/kWh·(t37%甲醛)-170~12018~30产品中甲醛含量/%37~6037~50产品中甲醇含量/%·(t37%甲醛)-10.4~1.3 1.5~3.6产品中甲酸含量/%·(t37%甲醛)-10.02~0.030.01~0.02该工艺通过调节吸收塔顶部脱盐水的加入量,可以在吸收塔底部的高浓度甲醛洗涤器一侧采出浓度超过55%的浓甲醛溶液,用于多聚甲醛、聚甲醛等下游产品的生产,同时在吸收塔的另一侧采出浓度为37%的甲醛溶液。

另外,工艺中汽包内液位的维持和废热锅炉内脱盐水的供应由高压补水泵从脱盐水罐送入。

生产原料甲醇的进料量以甲醇质量百分比[m CH 3OH /(m CH 3OH +m 空气+m 尾气)]为参数进行调节,通常维持在8%以下,同时,新鲜空气与尾气循环气组成的混合气中氧气体积浓度保持在10.2%~11%之间,其值的测量使用在线氧气分析仪。

如果氧气体积浓度过低会造成催化剂的严重失活,因为铁钼催化剂需要有充足氧气的环境;反之,氧气体积浓度过高会造成甲醇过度氧化,使反应的选择性降低,同时,甲醇与混合气形成爆炸性混合物的危险性也会增加。

此外,甲醇反应器的温度一般是指位于列管中心催化剂床层的温度,在稳定状态时,与导热熔盐温度一般有2~3℃的温差,但在非稳定状态时,导热熔盐温度的灵敏性更高,因此,在过程控制中,通常是控制导热熔盐温度。

铁钼法的其它主要工艺控制参数见表2(以催化剂处于使用周期的中期某控制点为例)。

表2 铁钼法主要工艺控制参数工艺控制参数温度/℃压力(表压/MPa)甲醇蒸发器出口960.11甲醇反应器进口1350.1甲醇反应器280-甲醇反应器出口2800.011气体冷却器进口2400.01气体冷却器出口1400.008吸收塔一段循环出口44-吸收塔二段循环出口35-吸收塔三段循环出口22-尾气处理催化反应器400-1.2 实际运行中存在的问题及改进措施1.2.1 风机系统从工艺控制参数表的压强数据可以看出整个系统的阻力压降超过了1个大气压力,其中气体冷却器壳体侧和甲醇反应器床层的阻力压降最大,这一方面是由这些设备本身的阻力系数较大决定的,另一方面是因为铁钼法在甲醇与空气形成爆炸性混合物的爆炸下限内工作,要求大流量的空气供应系统。

在维持氧含量10.5%和甲醇进料量为2100kg·h -1时,若使甲醇质量百分比在8%以下,至少需要新鲜空气和尾气循环量为24150kg·h -1。

原设计工艺中为获得风机出口的高压力和大流量,采用2台大型离心鼓风机和1台中型离心鼓风机串联运行,中型离心鼓风机在最后一级采用比大型离心鼓风机更高的转速,但是在实际运行中,难以使3台风机得到相匹配的转速,从而造成风机的振动严重,缩短了使用寿命。

改为只采用2台大型离心鼓风机串联,同时提高了风机转速后,能够保证装置的正常运行,而且整个风机系统的稳定性增强。

图1 铁钼法甲醇氧化制甲醛工艺流程图E101-甲醇蒸发器 V101-脱盐水槽 V102-气包 V103-空气过滤器 V104-浓甲醛洗涤器 E102-气体冷却器E103-废热回收锅炉 R101-甲醇氧化反应器 A101-吸收塔 ECS -尾气处理系统 P101-高压补水泵 B101,B102-离心鼓风机V 101E101V102V104空气甲醇蒸汽管线ⅢⅡⅠ放空脱盐水脱盐水37%的甲醛55%的甲醛R101E102P101B102B101ECSV103A101E 103郝吉鹏:铁钼法甲醇氧化制甲醛工艺及过程控制分析601.2.2 蒸汽系统正常运行状态下,铁钼法副产大量的中压蒸汽,不仅可以满足甲醇蒸发器的需要,而且能够大量外供蒸汽。

在实际运行中,由于外供蒸汽的使用经常出现较强的波动性变化,使得汽包内压力也随之变化,从而造成甲醇反应器不稳定,而蒸汽系统的汽包内压力的稳定对甲醇反应器系统的稳定起着决定性作用,为维持汽包内压力的稳定应该在汽包的外输管线上增加压力自动调节阀,1.2.3 尾气处理系统尾气处理系统主要由小型离心鼓风机和催化转化反应器组成。

小型离心鼓风机用于将尾气送入催化转化反应器。

吸收塔尾气中主要含有N2和O2,此外有少量的甲醛、水蒸汽、一氧化碳、二氧化碳等,所以尾气的热值很低,而且尾气的温度一般在25℃以下。

实际运行中,要不断采用外加电阻丝加热的方式才能维持催化转化反应器床层温度在400℃以上,因此电能消耗较高。

为降低电能消耗,应该在催化转化反应器之前增加尾气预热器,预热器的热量由汽包引出少部分低压蒸汽供应。

2 过程控制技术分析化工生产是一个动态的过程系统,在稳定运行的化工生产过程系统中,各工艺控制参数在所需控制要求的一定范围内不断变化,而这种稳定运行状态是由DCS来维持。

DCS就是根据被控变量的给定值与实际测量值加以逻辑运算,然后向控制器输出控制信号。

铁钼法工艺中,在正常运行时,甲醇流量、甲醇蒸发器的水蒸汽压力、导热熔盐温度、吸收塔塔顶进水量等工艺控制参数和汽包内的液位、吸收塔塔底37%甲醛溶液一侧的液位等参数都是由DCS控制的,但是在装置开车过程中和当稳定运行的装置中有较大外界干扰发生时,DCS就会对某些工艺控制参数失去其调节能力,此时,需要操作人员对DCS中的某些控制点施加干预措施,对其做出快速、准确的修正。

2.1 开车中的过程控制[8]甲醛装置在开车过程中,各工艺参数处于不断调整状态,变化幅度较大,而且DCS对某些关键工艺控制参数无法调节,因此,如何使得关键工艺控制参数在较短时间内稳定地达到工艺规定值,反映了一个操作人员的控制技术水平。

在开车过程中,甲醇反应器的温度是最关键和最难控制的。

若催化剂处于初期使用阶段,开车前,要确保甲醇反应器系统内熔盐温度在250℃以上,熔盐搅拌器转速在1000~1200r·min-1,蛇型盘管进水阀完全关闭;吸收塔系统中,要使Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三段循环全部开启,同时塔顶脱盐水流量控制器设定在200~300kg·h-1,塔底37%甲醛溶液一侧液位控制器开启,浓甲醛洗涤器的循环流量控制器设定在40000kg·h-1;蒸汽系统中,要在汽包内的脱盐水液位补至正常后关闭高压补水泵,从外供蒸汽管线引入蒸汽,并使汽包内汽液达到平衡;甲醇蒸发器的水蒸汽压力控制器设定在0.1MPa,尾气循环流量控制阀完全打开。

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