CN101671239B - 一种用于生产甲醛的双循环系统及双循环工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于生产甲醛的双循环系统及双循环工艺，该系统通过蒸发器、再沸器将甲醇原料汽化，由混合器将汽化甲醇、通过空气饱和塔后输出的空气和/或尾气以及由水蒸汽发生器中输出的水蒸气混合成三元气体，混合后的三元气体进入氧化器经催化氧化和脱氢反应后得到气态甲醛，气态甲醛经过两级吸收塔的吸收变为浓缩的甲醛液体。其中第二级吸收塔中的稀甲醇液可通过循环泵返回到空气饱和塔形成液体循环系统，第二级吸收塔中的尾气的一部分也可返回到空气饱和塔形成气体循环系统。该双循环系统及双循环工艺可以降低氧化器的负荷，减少原材料的消耗，降低系统能耗，提高甲醛溶液成品的浓度，而且可使生产设备系统易于控制，故障率低。

Description

一种用于生产甲醛的双循环系统及双循环工艺

技术领域

本发明涉及甲醛生产设备及生产工艺，具体涉及一种用于生产甲醛的双循环系统及双循环工艺。

背景技术

现有的甲醛生产设备及工艺，一般都是采用将甲醇通过蒸发器、再沸器汽化后再与空气、水蒸气在混合器内混合，然后在氧化器和催化剂的作用，将混合气体中的甲醇气体进行氧化和脱氢反应生成甲醛气体，再将甲醛气体冷却后送入甲醛吸收塔吸收为甲醛液，然后再将甲醛液通过循环泵的循环，逐渐浓缩成浓度较高的甲醛液体，最后再从吸收塔内将浓度较高的甲醛液体排出。上述甲醛的生产过程由于未构成循环的系统，将会使得生产设备中的氧化器负荷较大，原材料的消耗量也较大。该甲醛生产系统的耗能较高，且反应过程难于控制，经常伴随有副反应的的出现。采用上述设备及工艺生产出的甲醛溶液的浓度也较低，设备运行中的故障率也较高。因此，有必要对现有的甲醛生产设备及生产工艺进行改进。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，设计一种用于生产甲醛的双循环系统及双循环工艺。该双循环系统及双循环工艺可以降低氧化器的负荷，减少原材料的消耗，降低系统能耗，提高甲醛溶液成品的浓度，而且可使生产设备系统易于控制，故障率低。

为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种用于生产甲醛的双循环系统，其特征在于，所述双循环系统包括：

第一循环系统，该系统用于将混合气体中的甲醇气体氧化脱氢变为甲醛气体，再将甲醛转化为浓缩的甲醛液，同时通过该循环系统回收系统中的甲醇液，该系统通过管路依次串接有空气饱和塔、混合器、氧化器、一级吸收塔、二级吸收塔、换热器、甲醇循环液的储罐、空气饱和塔；

第二循环系统，该系统用于将混合气体中的甲醇气体氧化脱氢变为甲醛气体，再将甲醛转化为浓缩的甲醛液，同时通过循环系统回收系统尾气中的气态甲醇、甲醛，该系统包括有第一循环系统中通过管路依次串接的空气饱和塔、混合器、氧化器、一级吸收塔、二级吸收塔，还包括有循环尾气的储罐；

上述两环系统是在所述二级吸收塔中被分为两个循环，位于所述二级吸收塔上端的气体通过所述循环尾气的储罐与空气饱和塔构成气态循环系统，位于所述二级吸收塔下端的液体通过所述换热器、甲醇循环液的储罐与空气饱和塔构成液态循环系统；

原料供应系统，该系统用于提供生产甲醛的甲醇，该系统通过管路依次将甲醇储料槽、再沸器、蒸发器与所述混合器相连接。

其中，在所述混合器上通过管路还连接有水蒸汽发生器。

其中，在所述第二吸收塔的上端通过管路连接有补水器。

其中，在所述第二吸收塔的顶端通过管路还连接有尾气处理器，所述尾气处理器用于燃烧部分尾气，其燃烧所产生的热量供系统外使用。

其中，在所述空气饱和塔的底部通过管路分别连接有鼓风机与第一循环泵，所述第一循环泵通过反向供液管路与第二循环泵连接，所述第二循环泵通过第二循环管路还与第二吸收塔下半部的上下端连接，所述第二循环管路用于低浓度的甲醛液在第二吸收塔的下部循环，所述第二循环泵通过供液管路还与第一吸收塔上半部的上端连接，所述供液管路用于将第二吸收塔内的低浓度的甲醛液打入第一吸收塔内。

其中，在所述第一吸收塔下半部的上下端通过第一循环管路连接有第三循环泵，所述第一循环管路用于高浓度的甲醛在第一吸收塔内循环，所述第三循环泵通过管路还与甲醛液的成品储罐相连接。

本发明的技术方案还包括设计一种用于生产甲醛的双循环工艺，其特征在于，所述双循环工艺包括如下循环步骤：

S1：甲醇由甲醇储料槽中经甲醇泵及流量控制阀的控制进入蒸发器，甲醇在蒸发器内进行气液分离，气态甲醇向上进入混合器，液态甲醇经管路流入再沸器，液态甲醇在再沸器中被加热气化后再流回蒸发器然后也进入混合器内；

S2：在上述气态甲醇流入混合器内的同时，鼓风机将空气吹入空气饱和塔的下端，同时来自甲醇循环液的储罐内的含有甲醇的稀甲醛溶液从空气饱和塔的上方向下喷淋，使得所述空气饱和塔的顶部形成含有少量甲醇的空气与水蒸气的二元混合气体，将所述二元混合气体通过管路输送到混合器内，在所述混合器内同时还输入了来自水蒸汽发生器中的水蒸气；

S3：由所述二元混合气体与所述水蒸气构成的三元混合气体在所述混合器内经过滤器过滤后被送入装有若干层催化剂的氧化器内，所述氧化器的上层为高温层，所述三元混合气体中的甲醇，在所述氧化器的高温层发生氧化和脱氢反应后生成甲醛气体，为防止甲醛气体的热分解，将所述氧化器的下层设置为急冷段，甲醛气体通过氧化器的急冷段后将被送入第一吸收塔；

S4：所述甲醛气体由所述第一吸收塔的下端进入塔内，在第一吸收塔内甲醛气体由下向上通过填料层，并与由上向下喷淋的稀甲醛液接触置换，在所述填料层以下甲醛液通过第三循环泵的循环逐渐浓缩甲醛溶液，被浓缩后的甲醛溶液还可通过第三循环泵排出，在塔内未被吸收净的稀甲醛气体由塔顶排出，经管路进入第二吸收塔的下端；

S5：所述稀甲醛气体在第二吸收塔内由下向上通过填料层，并与由上向下喷淋的来自补水器的补充水接触置换，在所述填料层以下稀甲醛液通过第二循环泵的循环逐渐浓缩甲醛溶液，第二循环泵还将部分稀甲醛溶液打入第一吸收塔的喷淋液接口；位于所述填料层以上的稀甲醇溶液经管路排入换热器，再由换热器排入甲醇循环液的储罐，由甲醇循环液的储罐排出的液体再进入空气饱和塔构成第一循环系统；

S6：所述第一循环泵通过管路连接空气饱和塔的上下端，使喷淋液在塔内循环用于吸收尾气中的甲醛，所述第一循环泵还通过反向供液管路与第二循环泵连接，由所述反向供液管路将空气饱和塔内的部分液体返回到第二吸收塔内；

S7：在所述第二吸收塔内未被吸收的尾气从塔顶排出，从塔顶排出的尾气部分经管路进入循环尾气的储罐，并由循环尾气储罐再排入空气饱和塔的下端构成第二循环系统，从塔顶排出的尾气另一部分经管路进入尾气处理器。

其中，将所述氧化器上层的反应温度控制在550℃～700℃。

其中，将所述第一吸收塔填料层以下部分的温度控制在50℃～110℃之间，将填料层以上部分的温度控制在40℃～75℃之间；将所述第二吸收塔填料层以下部分的温度控制在50℃～80℃之间，将填料层以上部分的温度控制在30℃～55℃之间。

其中，将进入空气饱和塔内空气和/或尾气的温度控制在常温～110℃之间，将空气饱和塔内的液体部分的温度控制在35℃～75℃之间，将空气饱和塔内的气体部分的温度控制在50℃～95℃之间。

本发明的优点和有益效果在于：该用于生产甲醛的双循环系统及双循环工艺由于采用了气、液两路双循环运行。因此，可以降低设备系统中氧化器的负荷，减少原材料甲醇的浪费，还可降低系统中的能量消耗，而且可以向系统外输送更多的水蒸汽和尾气燃烧的热量，同时还可提高甲醛溶液成品的浓度。采用该生产工艺及设备可生产出浓度大于55％的低醇甲醛溶液。而且可使生产设备系统易于控制，故障率低，延长了系统的运行周期，该系统还解决了热应力腐蚀问题、触媒铺装难等问题。

附图说明

图1是本发明的循环系统图。

图中：1、2、氧化器；3、4、一级吸收塔；5、6、二级吸收塔；7、混合器；8、空气饱和塔；9、再沸器；10、蒸发器；11、换热器；12、鼓风机；13、循环尾气的储罐；14、补水器；15、换热器；16、水蒸汽发生器；17、甲醛液的成品储罐；18、甲醇储料槽；19、尾气处理器；20、第一循环泵；21、反向供液管路；22、第二循环泵；23、第二循环管路；24、供液管路；25、第一循环管路；26、第三循环泵。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如附图1所示，本发明具体实施的技术方案是：

实施例1

本实施例一种用于生产甲醛的双循环系统，该双循环系统包括：

第一循环系统，该第一循环系统用于将混合气体中的甲醇气体氧化脱氢变为甲醛气体，再将甲醛转化为浓缩的甲醛液，同时通过该循环系统还可以回收系统中的甲醇液，该系统通过管路依次串接有空气饱和塔8、混合器7、氧化器1、2、一级吸收塔3、4、二级吸收塔5、6、换热器11、甲醇循环液的储罐15、空气饱和塔8；

第二循环系统，该系统也用于将混合气体中的甲醇气体氧化脱氢变为甲醛气体，再将甲醛转化为浓缩的甲醛液，同时该系统还通过循环系统回收系统尾气中的气态甲醇、甲醛，该系统包括有第一循环系统中通过管路依次串接的空气饱和塔8、混合器7、氧化器1、2、一级吸收塔3、4、二级吸收塔5、6，还包括有用于储存循环尾气的储罐13；

所述第一循环系统与第二循环系统是在所述二级吸收塔中5、6被分为两个循环，位于所述二级吸收塔的上端6的气体通过所述循环尾气的储罐13与空气饱和塔构8成气态循环系统，位于所述二级吸收塔的下端5的液体通过所述换热器11、甲醇循环液的储罐15与空气饱和塔8构成液态循环系统；

原料供应系统，该系统用于提供生产甲醛的甲醇，该系统通过管路依次将甲醇储料槽18、再沸器9、蒸发器10与所述混合器7相连接。

实施例2

在实施例1的基础上，本发明较佳的技术方案是，在所述混合器7上通过管路还连接有水蒸汽发生器16。

实施例3

在实施例1的基础上，本发明较佳的技术方案还包括，在所述第二吸收塔的上端6通过管路连接有补水器14，该补水器14用于向第二吸收塔内输入喷淋用的补充水。

实施例4

在实施例3的基础上，本发明较佳的技术方案还包括，在所述第二吸收塔的顶端通过管路还连接有尾气处理器19，所述尾气处理器用于燃烧部分尾气，其燃烧所产生的热量供系统外使用。

实施例5

在实施例1的基础上，本发明较佳的技术方案还包括，在所述空气饱和塔8的底部通过管路分别连接有鼓风机12与第一循环泵20，所述第一循环泵2通过反向供液管路21与第二循环泵22连接，所述第二循环泵22通过第二循环管路23还与第二吸收塔下半部5的上下端连接，所述第二循环管路23用于低浓度的甲醛液在第二吸收塔的下部5内循环，所述第二循环泵22通过供液管路24还与第一吸收塔上半部4的上端连接，所述供液管路24用于将第二吸收塔内的低浓度的甲醛液打入第一吸收塔内。

实施例6

在实施例5的基础上，本发明较佳的技术方案还包括，在所述第一吸收塔下半部3的上下端通过第一循环管路25连接有第三循环泵26，所述第一循环管路25用于高浓度的甲醛在第一吸收塔的下端部3内循环，所述第三循环泵26通过管路还与甲醛液的成品储罐17相连接。

实施例7

本发明的技术方案还包括设计一种用于生产甲醛的双循环工艺，所述双循环工艺包括如下循环步骤：

第一步：甲醇由甲醇储料槽18中经甲醇泵及流量控制阀的控制进入蒸发器10，甲醇在蒸发器10内被加热进行气液分离，气态甲醇向上进入混合器7，液态甲醇经管路流入再沸器9，液态甲醇在再沸器9中被加热气化后再流回到蒸发器10然后也进入混合器7内；

第二步：在上述气态甲醇流入混合器7内的同时，鼓风机12将空气吹入空气饱和塔8的下端，同时来自甲醇循环液的储罐15内的含有甲醇的稀甲醛溶液将从空气饱和塔8的上方向下喷淋，使得所述空气饱和塔8的顶部形成含有少量甲醇的空气与水蒸气的二元混合气体，将所述二元混合气体通过管路输送到混合器7内，在所述混合器7内同时还输入了来自水蒸汽发生器16中的水蒸气；

第三步：由所述二元混合气体与所述水蒸气构成的三元混合气体在所述混合器7内经过滤器过滤后被送入装有若干层催化剂的氧化器1、2内，所述氧化器的上层1为高温层，所述三元混合气体中的甲醇，在所述氧化器的高温层发生氧化和脱氢反应后生成甲醛气体，为防止甲醛气体的热分解，需将所述氧化器的下层2设置为急冷段，甲醛气体通过氧化器的急冷段后将被送入第一吸收塔3、4；

第四步：所述甲醛气体由所述第一吸收塔的下端3进入塔内，在第一吸收塔内甲醛气体由下向上通过填料层，并与由上向下喷淋的稀甲醛液接触置换，在所述填料层以下甲醛液通过第三循环泵26的循环逐渐浓缩甲醛溶液，被浓缩后的甲醛溶液还可通过第三循环泵26排出，在塔内未被吸收净的稀甲醛气体由塔顶排出，经管路进入第二吸收塔的下端5；

第五步：所述稀甲醛气体在第二吸收塔内由下向上通过填料层，并与由上向下喷淋的来自补水器14的补充水接触置换，在所述填料层以下稀甲醛液通过第二循环泵22的循环逐渐浓缩甲醛溶液，第二循环泵还将部分稀甲醛溶液打入第一吸收塔的喷淋液接口；位于所述填料层以上的稀甲醇溶液经管路排入换热器11，再由换热器11排入甲醇循环液的储罐15内，由甲醇循环液的储罐15排出的液体再进入空气饱和塔构8成第一循环系统；

第六步：所述第一循环泵20通过管路连接空气饱和塔8的上下端，使喷淋液在塔内循环用于吸收尾气中的甲醛，所述第一循环泵20还通过反向供液管路21与第二循环泵22连接，由所述反向供液管路21将空气饱和塔内的部分液体返回到第二吸收塔5内；

第七步：在所述第二吸收塔6内未被吸收的尾气从塔顶排出，从塔顶排出的尾气部分经管路进入循环尾气的储罐13，并由循环尾气储罐13再排入空气饱和塔8的下端构成第二循环系统，从塔顶排出的尾气另一部分经管路进入尾气处理器19。

实施例8

在实施例7的基础上，本发明较佳的技术方案是，将所述氧化器上层1的反应温度控制在550℃～700℃之间，其优选的温度为580℃～610℃之间。

实施例9

在实施例7的基础上，本发明较佳的技术方案还包括，将所述第一吸收塔填料层以下部分的温度控制在50℃～110℃之间，其优选的温度为75℃～95℃之间。将填料层以上部分的温度控制在40℃～75℃之间，其优选的温度为50℃～65℃之间。将所述第二吸收塔填料层以下部分的温度控制在50℃～80℃之间，其优选的温度为55℃～75℃之间。将填料层以上部分的温度控制在30℃～55℃之间，其优选的温度为30℃～40℃之间。

实施例10

在实施例7的基础上，本发明较佳的技术方案还包括，将进入空气饱和塔内空气和/或尾气的温度控制在常温～110℃之间，将空气饱和塔内的液体部分的温度控制在35℃～75℃之间，其优选的温度为35℃～55℃之间。将空气饱和塔内的气体部分的温度控制在50℃～95℃之间，其优选的温度为50℃～85℃之间。

进入空气饱和塔的气体可以使空气和/或尾气，也可以是单独循环的其他气体。在空气饱和塔内循环液体的流量应控制在每小时12.5～50M²塔截面。空气饱和塔进塔液补充量应控制在每小时100～1500L/M²塔截面。第二吸收塔的补充液量应控制在每小时100～2000L/M²塔截面。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于生产甲醛的双循环系统，其特征在于，所述双循环系统包括：

第一循环系统，该系统通过管路依次串接有空气饱和塔、混合器、氧化器、一级吸收塔、二级吸收塔、换热器、甲醇循环液的储罐、空气饱和塔；

第二循环系统，该系统包括有第一循环系统中通过管路依次串接的空气饱和塔、混合器、氧化器、一级吸收塔、二级吸收塔，还包括有循环尾气的储罐；

上述两环系统是在所述二级吸收塔中被分为两个循环，位于所述二级吸收塔上端的气体通过所述循环尾气的储罐与空气饱和塔构成气态循环系统，位于所述二级吸收塔下端的液体通过所述换热器、甲醇循环液的储罐与空气饱和塔构成液态循环系统；

原料供应系统，该系统通过管路依次将甲醇储料槽、再沸器、蒸发器与所述混合器相连接。

2.如权利要求1所述用于生产甲醛的双循环系统，其特征在于，在所述混合器上通过管路还连接有水蒸汽发生器。

3.如权利要求1所述用于生产甲醛的双循环系统，其特征在于，在所述第二吸收塔的上端通过管路连接有补水器。

4.如权利要求3所述用于生产甲醛的双循环系统，其特征在于，在所述第二吸收塔的顶端通过管路还连接有尾气处理器。

5.如权利要求1所述用于生产甲醛的双循环系统，其特征在于，在所述空气饱和塔的底部通过管路分别连接有鼓风机与第一循环泵，所述第一循环泵通过反向供液管路与第二循环泵连接，所述第二循环泵通过第二循环管路还与第二吸收塔下半部的上下端连接，所述第二循环泵通过供液管路还与第一吸收塔上半部的上端连接。

6.如权利要求5所述用于生产甲醛的双循环系统，其特征在于，在所述第一吸收塔下半部的上下端通过第一循环管路连接有第三循环泵，所述第一循环管路用于高浓度的甲醛在第一吸收塔内循环，所述第三循环泵通过管路与甲醛液的成品储罐相连接。

7.一种用于生产甲醛的双循环工艺，其特征在于，所述双循环工艺包括如下循环步骤：

S1：甲醇由甲醇储料槽中经甲醇泵及流量控制阀的控制进入蒸发器，甲醇在蒸发器内进行气液分离，气态甲醇向上进入混合器，液态甲醇经管路流入再沸器，液态甲醇在再沸器中被加热气化后再流回蒸发器然后也进入混合器内；

S2：在上述气态甲醇流入混合器内的同时，鼓风机将空气吹入空气饱和塔的下端，同时来自甲醇循环液的储罐内的含有甲醇的稀甲醛溶液从空气饱和塔的上方向下喷淋，使得所述空气饱和塔的顶部形成含有少量甲醇的空气与水蒸气的二元混合气体，将所述二元混合气体通过管路输送到混合器内，在所述混合器内同时还输入了来自水蒸汽发生器中的水蒸气；

S3：由所述二元混合气体与所述水蒸气构成的三元混合气体在所述混合器内经过滤器过滤后被送入装有若干层催化剂的氧化器内，所述氧化器的上层为高温层，所述三元混合气体中的甲醇，在所述氧化器的高温层发生氧化和脱氢反应后生成甲醛气体，为防止甲醛气体的热分解，将所述氧化器的下层设置为急冷段，甲醛气体通过氧化器的急冷段后将被送入第一吸收塔；

S4：所述甲醛气体由所述第一吸收塔的下端进入塔内，在第一吸收塔内甲醛气体由下向上通过填料层，并与由上向下喷淋的稀甲醛液接触置换，在所述填料层以下甲醛液通过第三循环泵的循环逐渐浓缩甲醛溶液，被浓缩后的甲醛溶液还可通过第三循环泵排出，在塔内未被吸收净的稀甲醛气体由塔顶排出，经管路进入第二吸收塔的下端；

S5：所述稀甲醛气体在第二吸收塔内由下向上通过填料层，并与由上向下喷淋的来自补水器的补充水接触置换，在所述填料层以下稀甲醛液通过第二循环泵的循环逐渐浓缩甲醛溶液，第二循环泵还将部分稀甲醛溶液打入第一吸收塔的喷淋液接口；位于所述填料层以上的稀甲醇溶液经管路排入换热器，再由换热器排入甲醇循环液的储罐，由甲醇循环液的储罐排出的液体再进入空气饱和塔构成第一循环系统；

S6：第一循环泵通过管路连接空气饱和塔的上下端，使喷淋液在塔内循环用于吸收尾气中的甲醛，所述第一循环泵还通过反向供液管路与第二循环泵连接，由所述反向供液管路将空气饱和塔内的部分液体返回到第二吸收塔内；

S7：在所述第二吸收塔内未被吸收的尾气从塔顶排出，从塔顶排出的尾气部分经管路进入循环尾气的储罐，并由循环尾气储罐再排入空气饱和塔的下端构成第二循环系统，从塔顶排出的尾气另一部分经管路进入尾气处理器。

8.如权利要求7所述用于生产甲醛的双循环工艺，其特征在于，将所述氧化器上层的反应温度控制在550℃～700℃。

9.如权利要求7所述用于生产甲醛的双循环工艺，其特征在于，将所述第一吸收塔填料层以下部分的温度控制在50℃～110℃之间，将填料层以上部分的温度控制在40℃～75℃之间；将所述第二吸收塔填料层以下部分的温度控制在50℃～80℃之间，将填料层以上部分的温度控制在30℃～55℃之间。

10.如权利要求7所述用于生产甲醛的双循环工艺，其特征在于，将进入空气饱和塔内空气和/或尾气的温度控制在常温～110℃之间，将空气饱和塔内的液体部分的温度控制在35℃～75℃之间，将空气饱和塔内的气体部分的温度控制在50℃～95℃之间。