CC BY
62
УДК 661.727.1
Т. А. Сайфутдинов, Р. А. Мамадиев, К. А. Павлова, Д. Р. Исхакова
АНАЛИЗ СПОСОБОВ ИНТЕНСИФИКАЦИИ АБСОРБЦИИ ФОРМАЛЬДЕГИДА
В ПРОИЗВОДСТВЕ ФОРМАЛИНА
Ключевые слова: абсорбция, вихревое контактное устройство, формальдегид, производство формальдегида, формалин,
интенсификация, энергосбережение.
Формальдегид является одним из основных веществ, применяемых во многих областях химической промышленности. Это связано с его специфическими особенностями. Несмотря на то, что технология производства формальдегида на сегодняшний день считается хорошо изученной, она требует к себе внимания в вопросе интенсификации и оптимизации.
Keywords: formaldehyde, absorption, the oxide catalyst, the silver catalyst, the production of formaldehyde, the conversion of
methanol.
Formaldehyde is one of the main substances used in many areas of the chemical industry. This is due to its specific features. Despite the fact that the technology of production of formaldehyde is today considered a well-studied, it demands attention on the issue of intensification and optimization.
Формальдегид получил широкое
распространение в деревообрабатывающей, бумажной промышленности, металлообработке, медицине, в производстве каучука и резины и многих других отраслях, благодаря своей высокой реакционной способности и многообразию химических превращений.
Впервые формальдегид был получен в 1859 году А. М. Бутлеровым, а в 1967 году Гофман получил формальдегид при пропускании смеси паров метанола с воздухом, через накаленную платиновую спираль, что послужило основой методов промышленного синтеза формальдегида. [1]
Основным сырьем для производства формальдегида на настоящий момент продолжает оставаться метанол. Процесс синтеза формальдегида проводят на серебряном или железо-молибденовом катализаторах. Рабочая температура серебряного катализатора составляет порядка 600-700°С. Концентрация метанола в газовой смеси при производстве формальдегида на серебряном катализаторе должна быть выше верхнего предела взрываемости [2]. Из-за высокой температуры в реакторе синтеза формальдегида на серебряном катализаторе имеют место побочные реакции: часть метанола и образовавшегося формальдегида превращается в монооксид и диоксид углерода. Преимуществом железооксидных катализаторов является более низкая рабочая температура (порядка 300-400°С), что снижает вероятность протекания побочных реакций, но данный тип технологии работает на концентрации метанола ниже взрывоопасной, соответственно, чтобы получить продукционный формалин, необходимо пропустить через реактор большее количество газового потока. Это накладывает определенные ограничения по единичной мощности установки, связанные с мощностью газодувки. Кроме того, в этом случае возрастают энергетические затраты.
Соответственно данный способ производства формалина имеет ограничение по
производительности по сравнению с серебряным.
Далее после стадии синтеза газовый поток после стадии синтеза поступает на стадию абсорбции в абсорбционную колонну, где происходит хемосорбция формальдегида и остатков непрореагировавшего метанола при температуре в первой зоне 80°С, во второй зоне 60°С, в третьей зоне 20°С.
В настоящий момент остро стоит необходимость увеличения мощности производства формальдегида. Существует несколько подходов к решению проблемы увеличения мощности. Можно
смонтировать еще одну технологическую нить параллельно с аналогичной единичной мощностью по формальдегиду. Однако это требует значительных капитальных затрат. Анализируя действующую технологию можно предположить, что увеличение объёмов реактора повлечет за собой увеличение единичной мощности. Однако, имеются ряд трудностей. В первую очередь увеличение рабочего объема реактора ухудшит отвод тепла, что приведет к увеличению выхода побочных реакций. Кроме того, следует отметить, что при увеличений размеров реактора увеличивается возможность, и соответственно мощность взрыва, что недопустимо. Следовательно, при необходимости увеличения единичной мощности установки следует принципиально менять конструкцию реактора. Однако при увеличении скорости и расхода газового потока после реактора действующий абсорбер становится неработоспособным, так как достигнута максимальная пропускная способность на настоящий момент.
Рассмотрим подробнее работу насадочной колонны абсорбций формальдегида. Согласно равновесным данным [2] подобран оптимальный температурный режим на ступенях колонны: на первой ступени абсорбция идет при 70°С, на второй ступени при 40°С а на последней ступени при 20°С.. Однако имеет место брызгоунос капель жидкости, содержащих формальдегид. Кроме того, степень абсорбции данного типа аппарата не позволяет нам достигать уровня газовых выбросов, не
превышающих ПДК. Поэтому далее газовый поток с оставшимся после стадии абсорбции формальдегидом отправляется на факельное сжигание. Порядка 2-3 % формальдегида теряется на факельном сжигании. При производительности порядка 180 т. тонн формальдегида в год, потери будут составлять примерно около 3600 т формальдегида в год.
Для уменьшения потерь продукта, требуется снижать брызгоунос и увеличивать степень абсорбции.
В ходе работы были проанализированы закономерности процесса абсорбции
формальдегида. Было установлено, что лимитирующей стадией абсорбции формальдегида является диффузия в жидкости. Молекулы формальдегида и его гидратов просто не успевают раствориться в объёме жидкости, создавая тем самым локальное пересыщение по формальдегиду на поверхности контакта фаз. Кроме того, за счет того, что процесс абсорбции формальдегида водой сопровождается выделением тепла, поверхность жидкости при контакте с газом перегревалась, что также снижало движущую силу процесса абсорбции. Следовательно, для эффективной абсорбции формальдегида необходимо обеспечивать достаточный теплоотвод и увеличивать обновление
поверхности контакта фаз. Для ликвидации брызгоуноса предлагается после стадии абсорбции установить брызготуманоловушку с волокнистыми фильтрами.
Вихревые установки, разработанные
сотрудниками кафедры ОХЗ ФГБОУ КНИТУ соответствуют данным требованиям и позволяют интенсифицировать процесс абсорбций
формальдегида с уменьшением брызгоуноса [3,4].
Литература
1. Уокер Дж.Ф. Формальдегид М.: Госхимиздат, 1957. -608 с.
2. Огородников С. К., Формальдегид, Л.: Химия, 1984. -280 с.
3. Махоткин И. А. Эффективное экономическое направление по сокращению капитальных и эксплуатационных затрат на основе применения современных вихревых аппаратов для интенсификации химических и нефтехимических производств/ И. А. Махоткин, К. С Курамшина, Е. А. Махоткина // Вестник Казан. Технолог. Ун-та. -2013. -Т16№18. -С.224-225.
4. Павлова К. А. Анализ закономерностей кинетики абсорбций формальдегида/ К. А. Павлова., А.Ф,Махоткин, И.А. Махоткин// Вестник технолог. унта. -2015. -Т18№20. -С.27-29.
© Т. А. Сайфутдинов - студент V курса каф. оборудования химических заводов КНИТУ, [email protected]; Р. А. Мамадиев - студент V курса каф. оборудования химических заводов КНИТУ, [email protected]; К. А. Павлова - асп. каф. оборудования химических заводов КНИТУ, [email protected]; Д. Р. Исхакова - студентка V курса каф. химии и технологии органических соединений азота КНИТУ.
© T. A. Sayfutdinov, student, chemical plant machienery Department, KNRTU, [email protected]; R. A. Mamadiev - V-year student cafes. Equipment for chemical plants KNRTU, [email protected]; K. A. Pavlova - postgraduate student of chemical plant machinery department, KNRTU, [email protected] [email protected]; D. R. Iskhakova - student, Department of Chemistry and technology of organic nitrogen compounds, KNRTU.
