CN107445809B - 一种生产浓甲醛的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种生产浓甲醛的装置和方法，包括：依次连接的蒸汽过热单元、催化反应单元、蒸汽发生单元和吸收单元；所述蒸汽过热单元上游连接有甲缩醛汽化单元和空气加压单元。本发明通过装置结构的合理设计，55～70wt％的甲醛的产率达95％以上，甲醇和甲缩醛总的转化率达99.1％以上；生成浓甲醛的反应选择性达99.3％以上所得浓甲醛的浓度为55％以上。提高了经济效益，减少投入，减少废水的产生。将工艺过程中产生的热量进行自给，降低了能耗，简化了工艺，使得操作更简便。

Description

一种生产浓甲醛的装置和方法
技术领域
本发明涉及化工生产技术领域，尤其涉及一种生产浓甲醛的装置和方法。
背景技术
多聚甲醛生产以甲醛为主要原料，通过蒸发、浓缩、经催化缩合得到固体甲醛，再经真空干燥制得成品。但在生产多聚甲醛的过程中，甲醛经过浓缩及萃取，会有大量的稀甲醛产生，如何处理稀甲醛，已经成为多聚甲醛生产厂家的难题，处理稀甲醛在已有的文献资料中，多数已公开的方法仅仅是从环保的角度，利用化学转化法将甲醛转化为环境允许的排放的物质，或者是用生化处理的方法，这些方法处理稀甲醛存在诸多缺点：转化不完全，由于副反应的发生，部分甲醛进一步转化以甲醛和甲酸盐的形式存在，因此转化处理后的溶液并不能直接排放；甲醛被转化成甲醛聚糖类，不能回收再利用，造成资源浪费。当前在甲醛下游产品生产过程中，这些稀甲醛溶液有的被再次浓缩，能量代价及投资极高，有的稀甲醛加入浓甲醛中兑换成商品甲醛出售，但因市场容量有限或市场对甲醛的要求较高无法被全部利用，有的稀甲醛进一步加工成乌洛托品或甲缩醛(又名二甲醇缩甲醛，或二甲氧基甲烷)，但是因为市场有限，经济性不好，造成这部分物料没有办法被很好的处理，从而使整个下游工艺不畅。甲缩醛原来用于汽油添加，市场导向指导本领域的技术人员摒弃用甲缩醛生产价格更低廉的甲醛，自从在汽油国家标准中要求不得添加甲缩醛之后，甲缩醛的市场流动变差，市场疲软。
作为反应原料的甲醛多通过甲醇氧化的常规方法制备，由于反应期间形成大量的水而使甲醇的利用率低。由此制备的甲醛水溶液的最大浓度仅为55wt％，要得到更高的浓度是困难的。在用甲醛为反应原料制备聚缩醛树脂、甲醛树脂、酚醛树脂、多聚甲醛、尿素化合物时，要求甲醛的浓度尽可能高。为了提高甲醛的浓度，现有技术包括蒸馏或洗涤，或将甲醛与醇反应生成半缩醛，由于浓度不够高，然后必须通过加热蒸发得到甲醛富集气，这个过程要求相当严格的反应条件的反应设备，还需要大量的能耗。
CN102329407A公开了一种生产多聚甲醛是产生的稀甲醛的循环使用工艺，通过物理的手段打破甲醛废水中甲醇-甲醛、甲醇-水以及甲醛-水-衍生物之间的化合物之间的化学相互作用和化学平衡关系，实现了甲醛和水的分离，但是在浓缩过程中甲醛易氧化产生甲酸浓度，降低甲醛的收率不仅影响后工段生产，对长期稳定生产也埋下隐患，腐蚀设备严重，设备维修耗费大。因此，寻找一种不需要专门的设备即可有效循环利用稀甲醛的高普适性的资源化方法具有重要的意义。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种生产浓甲醛的装置，包括：依次连接的蒸汽过热单元、催化反应单元、蒸汽发生单元和吸收单元；所述蒸汽过热单元上游连接有甲缩醛汽化单元和空气加压单元。
本发明所述装置用于生产浓甲醛的的工作流程包括：新鲜空气进入空气加压单元进行加压后与甲缩醛汽化单元来的甲缩醛与甲醇和混合汽一起进入甲缩醛过热单元，蒸汽过热单元把蒸汽从饱和温度进一步加热至过热温度，得到的混合汽进入催化反应单元，在催化剂的催化作用下发生反应：CH3OCH2OCH3+O2→3CH2O+H2O，所产生的含甲醛的热气进一步在蒸汽发生单元内降温，余热产生蒸汽，降温后的混合气进入吸收单元吸收的浓甲醛作为产品采出。
优选地，所述空气加压单元包括加压鼓风机。在加压鼓风机的上游可以设置空气鼓风机，先将空气调压后再进入加压鼓风机，为所述装置提供稳定的空气输入。
优选地，所述蒸汽过热单元包括设置于中部的加料口，用于加入甲醇。
优选地，所述催化反应单元包括催化剂固定床，用于生成甲醛，和加热单元，用于加热所述催化剂固定床。
优选地，所述催化剂包括铁钼催化剂。
优选地，所述催化反应单元还包括导热介质，用于带走催化反应产生的热量。
优选地，所述导热介质包括导热油和/或熔融盐。催化氧化反应产生的热量由导热介质带走。
优选地，所述蒸汽发生单元和蒸汽过热单元之间设置有换热单元。蒸汽发生单元中的降温后的含甲醛的混合气与蒸汽过热单元中的甲缩醛气体通过换热器进行换热后，降低了能耗。
优选地，所述吸收单元下游连接有尾气处理单元，所述尾气处理单元包括与外界联通的出口。
优选地，所述尾气处理单元包括尾气催化处理单元。
优选地，所述尾气处理单元与所述蒸汽发生单元之间设置有移热单元，用于将尾气处理单元的热量转移至蒸汽发生单元。
优选地，所述吸收单元包括设置于所述吸收单元底部的循环加热单元，用于吸收甲醛，设置于所述吸收单元顶部的尾气出口，用于尾气的输出，和设置于所述吸收单元中部的回流冷凝单元，用于进一步吸收甲醛。反应产物混合气进入吸收单元底部的循环加热单元，保证吸收的甲醛液体温度达80℃以上，吸收的浓度为55～70wt％，底部的甲醛作为产品采出，未被吸收的甲醛气在吸收单元中部的回流冷凝单元中进一步降温循环吸收，吸收液汇并于吸收单元底部，相当于甲醛气经过多级吸收后甲醛气体基本全部被吸收。
优选地，所述吸收单元包括吸收塔。
优选地，所述吸收单元与所述空气加压单元之间设置有尾气循环单元。
优选地，所述吸收单元的尾气出口分别与尾气处理单元的入口和所述尾气循环单元的入口连接。甲醛气经吸收甲醛后产生的尾气中含有氧气，可以直接通过尾气循环系统返回空气加压单元与新鲜空气同时进行加压后在所述装置中循环利用，也可以进入尾气处理单元进一步净化，其中包括CO、二甲醚等其他有机物全部被尾气中的氧氧化转变为无毒的二氧化碳和水，直接放空，而同时反应放出的热量可以供给蒸汽发生装置产生蒸汽时所需的热量。
本发明的目的之二在于提供一种利用如目的之一所述装置生产甲醛的方法，所述甲缩醛汽化单元出口的甲缩醛蒸汽流量为80～200L/s，例如80L/s、90L/s、100L/s、110L/s、120L/s、130L/s、140L/s、150L/s、160L/s、170L/s、180L/s、190或200L/s等。
优选地，所述空气加压单元出口的空气流速是1000～2500L/s，例如1000L/s、1200L/s、1400L/s、1500L/s、1800L/s、2000L/s、2200L/s、2300L/s、2400L/s或2500L/s等。
优选地，所述催化反应单元的反应温度为320～430℃，例如320℃、350℃、360℃、270℃、380℃、390℃、400℃、410℃、420℃或430℃等。
优选地，所述甲缩醛蒸汽和空气在催化反应单元的停留时间为0.2～0.28s/次，例如0.2s/次、0.21s/次、0.22s/次、0.23s/次、0.24s/次、0.25s/次、0.26s/次、0.27s/次或0.28s/次等。
优选地，所述循环加热单元的温度为100～150℃，例如100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、148℃或150℃等。
优选地，所述循环加热单元吸收的甲醛浓度为55～70wt％，例如55wt％、56wt％、58wt％、59wt％、60wt％、62wt％、65wt％、66wt％、68wt％、69wt％或70wt％等。
优选地，所述吸收装置的顶部优选加入软化水，进一步吸收甲醛气。
作为本发明优选的技术方案，所述生产浓甲醛的装置，包括：依次连接的蒸汽过热单元、催化反应单元、蒸汽发生单元和吸收单元；所述蒸汽过热单元上游连接有甲缩醛汽化单元和空气加压单元。所述蒸汽过热单元包括设置于中部的加料口，用于加入甲醇；所述催化反应单元包括催化剂固定床，用于生成甲醛，和加热单元，用于加热所述催化剂固定床，以及导热介质，用于带走催化反应产生的热量；所述蒸汽发生单元和蒸汽过热单元之间设置有换热单元；所述吸收单元下游连接有尾气处理单元，所述尾气催化处理单元包括与外界联通的出口，所述尾气处理单元与所述蒸汽发生单元之间设置有移热单元，用于将尾气处理单元的热量转移至蒸汽发生单元；所述吸收单元包括设置于所述吸收单元底部的循环加热单元，用于吸收甲醛，设置于所述吸收单元顶部的尾气出口，用于尾气的输出，和设置于所述吸收单元中部的回流冷凝单元，用于进一步吸收甲醛；所述吸收单元与所述空气加压单元之间设置有尾气循环单元，所述吸收单元的尾气出口分别与尾气处理单元的入口和所述尾气循环单元的入口连接。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：
1.本发明通过装置结构的合理设计，55～70wt％的甲醛的产率达95％以上，甲醇和甲缩醛总的转化率达99.1％以上；生成浓甲醛的反应选择性达99.3％以上所得浓甲醛的浓度为55％以上。
2.本发明实现了高浓度甲醛的制备，对甲醛有高浓度要求的下游产品，在浓缩过程本发明装置可以减少浓缩产生的稀甲醛，尽可能少地消耗能量，甚至可以不投入热能即可直接达到使用要求。提高经济效益，减少投入，减少废水的产生。
3.本发明通过装置内部的连接关系，将工艺过程中产生的热量进行自给，降低了能耗，简化了工艺，使得操作更简便。
附图说明
图1是本发明实施例生产浓甲醛的装置的示意图。
图中标记示意：1-加压鼓风机；2-甲缩醛汽化器；3-过热器；4-催化反应装置；5-换热器；6-蒸汽发生器；7-吸收塔；8-尾气循环装置；9-尾气催化处理系统；10-移热器
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下，本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
一种生产浓甲醛的装置，如图1所示，包括：依次连接的过热器3、催化反应装置4、蒸汽发生器6和吸收塔7。
其中，过热器3的上游连接有甲缩醛汽化器2和加压鼓风机1；过热器3包括设置于中部的加料口，用于加入甲醇；催化反应装置4内部包括固定床、加热装置和导热介质导热油；过热器3和蒸汽发生器6之间设置有换热器5；吸收塔7的顶部连接有尾气催化处理系统9和尾气循环装置8，尾气催化处理系统9设有与外界联通的出口；尾气催化处理系统9与蒸汽发生器6之间设置有移热器10；吸收塔7的底部设有循环加热器，中部设有回流冷凝装置。
利用此装置生产甲醛的方法，设置参数如下：
固定床中的催化剂为铁钼催化剂，甲缩醛汽化器2出口的甲缩醛蒸汽流量为80L/s，加压鼓风机1出口的空气流速是1000L/s，催化反应装置4的反应温度为330℃，甲缩醛蒸汽和空气在催化反应装置4中的停留时间为0.2s/次；吸收塔7底部的温度为100℃。吸收得到的甲醛浓度为55wt％。
实施例2
装置与实施例1相同，导热介质替换为熔融盐，具体参数如下：
固定床中的催化剂为铁钼催化剂，甲缩醛汽化器2出口的甲缩醛蒸汽流量为200L/s，加压鼓风机1出口的空气流速是2500L/s，催化反应装置4的反应温度为380℃，甲缩醛蒸汽和空气在催化反应装置4中的停留时间为0.28s/次；吸收塔7底部的温度为150℃。吸收得到的甲醛浓度为56wt％。
实施例3
装置与实施例1相同，参数不同，具体如下：
甲缩醛汽化器2出口的甲缩醛蒸汽流量为100L/s，加压鼓风机1出口的空气流速是1500L/s，催化反应装置4的反应温度为380℃，甲缩醛蒸汽和空气在催化反应装置4中的停留时间为0.22s/次；吸收塔7底部的温度为120℃。吸收得到的甲醛浓度为64wt％。
实施例4
装置与实施例1相同，导热介质替换为熔融盐，具体参数如下：
甲缩醛汽化器2出口的甲缩醛蒸汽流量为180L/s，加压鼓风机1出口的空气流速是2100L/s，催化反应装置4的反应温度为380℃，甲缩醛蒸汽和空气在催化反应装置4中的停留时间为0.26s/次；吸收塔7底部的温度为140℃。吸收得到的甲醛浓度为65wt％。
实施例5
装置与实施例1相同，参数不同，具体如下：
甲缩醛汽化器2出口的甲缩醛蒸汽流量为150L/s，加压鼓风机1出口的空气流速是1700L/s，催化反应装置4的反应温度为400℃，甲缩醛蒸汽和空气在催化反应装置4中的停留时间为0.24s/次；吸收塔7底部的温度为125℃，吸收塔7的顶部加入软化水。吸收得到的甲醛浓度为70wt％。
表1为各实施例的甲醇和甲缩醛总的转化率、反应选择性、产物浓甲醛的浓度。从表1可以看出，本发明通过装置结构的合理设计，55～70wt％的甲醛的产率达95％以上，甲醇和甲缩醛总的转化率达99.1％以上；生成浓甲醛的反应选择性达99.3％以上所得浓甲醛的浓度为55％以上。
表1
转化率 反应选择性 产物浓度
实施例1 99.1％ 99.6％ 55％
实施例2 99.3％ 99.6％ 56％
实施例3 99.3％ 99.3％ 64％
实施例4 99.3％ 99.4％ 65％
实施例5 99.3％ 99.5％ 70％
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (16)

1.一种生产浓甲醛的装置，其特征在于，包括：依次连接的蒸汽过热单元、催化反应单元、蒸汽发生单元和吸收单元；
所述蒸汽过热单元上游连接有甲缩醛汽化单元和空气加压单元；
所述吸收单元包括设置于所述吸收单元底部的循环加热单元，用于吸收甲醛，设置于所述吸收单元顶部的尾气出口，用于尾气的输出，和设置于所述吸收单元中部的回流冷凝单元，用于进一步吸收甲醛。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述空气加压单元包括加压鼓风机。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述蒸汽过热单元包括设置于中部的加料口，用于加入甲醇。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述催化反应单元包括催化剂固定床，用于生成甲醛，和加热单元，用于加热所述催化剂固定床。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述催化剂包括铁钼催化剂。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述催化反应单元还包括导热介质，用于带走催化反应产生的热量。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述导热介质包括导热油和/或熔融盐。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述蒸汽发生单元和蒸汽过热单元之间设置有换热单元。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述吸收单元下游连接有尾气处理单元，所述尾气处理单元包括与外界联通的出口。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述尾气处理单元包括尾气催化处理单元。
11.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述尾气处理单元与所述蒸汽发生单元之间设置有移热单元，用于将尾气处理单元的热量转移至蒸汽发生单元。
12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述吸收单元包括吸收塔。
13.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述吸收单元与所述空气加压单元之间设置有尾气循环单元。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述吸收单元的尾气出口分别与尾气处理单元的入口和所述尾气循环单元的入口连接。
15.一种利用如权利要求1~14任一项所述装置生产甲醛的方法，其特征在于，所述甲缩醛汽化单元出口的甲缩醛蒸汽流量为80~200L/s；
所述空气加压单元出口的空气流速是1000~2500L/s；
所述催化反应单元的反应温度为320~430℃；
所述甲缩醛蒸汽和空气在催化反应单元的停留时间为0.2~0.28s/次；
所述循环加热单元的温度为100~150℃；
所述循环加热单元吸收的甲醛浓度为55~70wt%。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述吸收装置的顶部加入软化水。
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