CN109180445A - 一种甲醛生产工艺装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种甲醛生产工艺装置及方法，装置包括通过管道泵依次连接的甲醇蒸发器、过热器、混合器、阻燃器和氧化器，所述氧化器的出口通过管道泵还依次连接有余热回收换热器、甲醛冷凝器、甲醛吸收塔和甲醛蒸发器，通过可移动式银催化网实现在线不停车更换大大提高了生产效率，同时通过将稀甲醛溶液直接换热气化循环送入氧化器，从而避免吸附工序给系统带入水分，从而提高了反应效率和收率。

Description

一种甲醛生产工艺装置和方法

技术领域

本发明属于化工环保技术领域，尤其涉及甲醛的生产工艺装置和方法。

背景技术

现有的银法甲醛有再沸器法、鼓泡法。由于再沸器法要消耗大量的蒸汽，目前已逐步淘汰。鼓泡法甲醇蒸发器是由甲醇蒸发器、甲醇循环泵、过热器、配料蒸汽分布器、混合过滤器、阻火器等组成。甲醇的蒸发是空气通过蒸发器内的甲醇液层并对甲醇液体鼓泡，蒸发器内的甲醇通过甲醇循环泵打出与甲醛换热来实现甲醇的汽化，甲醇汽化后与外加入的配料蒸汽和尾气混合后通过过热器用蒸汽过热至100多度完全汽化后送入氧化器反应，经过氧化后的反应气体在经过多级吸收塔通过水吸收得到37～52％质量浓度的甲醛溶液。

该现有工艺存在以下缺点：(1)银法甲醛氧化器中，反应温度在600～700℃，甲醇/空气/水蒸气反应物料在银催化剂床层发生氧化反应后进入管程降温至150～180℃，造成氧化器管板段热应力极大，氧化器的寿命通常在1～2年，最多不会超过3年，且产量有限；(2)氧化后的甲醛混合气经过二级吸收塔水吸收后，甲醛混合气余热没有得到充分回收利用，更重要的是直接采用水吸收得到甲醛浓度通常在37～52％之间，无法得到高浓度的甲醛溶液；(3)甲醛氧化的吸收后的水分不断补充，限制了甲醛溶液浓度的提升。

发明内容

发明目的：针对上述现有存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种甲醛生产工艺装置和方法。

技术方案：为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种甲醛生产工艺装置，包括通过管道泵依次连接的甲醇蒸发器、过热器、混合器、阻燃器和氧化器，所述氧化器的出口通过管道泵还依次连接有余热回收换热器、甲醛冷凝器、甲醛吸收塔和甲醛蒸发器，其中：

所述甲醛冷凝器为管壳式换热器，所述管壳式换热器设有用于流通氧化器反应产物的换热器壳程和用于流通吸收余热的换热介质的换热器管程，所述换热器壳程的底部和顶部分别设有甲醛采出口和冷凝器气体出口，所述换热器壳程还设有喷头，所述喷头通过管道泵与换热器壳程底部循环连通；所述甲醛采出口通过管道泵还连接有脱酸塔；

所述甲醛蒸发器设有蒸汽进口，所述甲醛蒸发器的气体出口与混合器的蒸汽进口连接。

作为优选，所述甲醇蒸发器为鼓泡式蒸发器，包括蒸发器本体，所述蒸发器本体设有空气进气口、甲醇气体出气口和换热盘管，所述空气进气口连接有位于甲醇液面下的气体分布器，所述甲醇气体出气口与过热器连接。

作为优选，所述冷凝器气体出口通过管道依次与甲醇蒸发器的换热盘管和甲醛吸收塔连接。

作为优选，所述余热回收换热器包括串联的一级换热器和二级换热器。

作为优选，所述甲醇蒸发器的空气进气口还连接有甲醇洗涤塔，所述甲醇洗涤塔的塔体底部和顶部分别空气进口和甲醇喷头，所述甲醇喷头通过管道泵与塔体底部联通，所述甲醇洗涤塔的顶部还设有与甲醇蒸发器空气进气口连接的空气出口。

作为优选，所述甲醛吸收塔底部通过管道和液泵与塔顶循环连通，且管道上设有冷凝换热器，所述甲醇洗涤塔底部通过管道泵与所述冷凝换热器连通。

作为优选，所述氧化器包括银催化剂层、罐体、竖直设在罐体内的冷却管，设在冷却管两端的管板和封头，所述罐体下部侧面设有进料口，罐体对应进料口处及进料口下方的外壁上分别围绕的设有第一密闭室和第二密闭室，所述银催化剂层包括至少两个相连的第一银催化网层和第二银催化网层，所述第一银催化网层和第二银催化网层分别设在第一密闭室和第二密闭室内；所述银催化剂层还设有提升装置。

作为优选，所述第二密闭室冲有惰性气体，且第二密闭室的气压高于进料口的气压。

本发明还提供了一种甲醛生产工艺方法，包括以下步骤：

(1)甲醇通过蒸发并与空气和水蒸气混合，经过过滤阻燃后送入甲醛氧化器，通过银法氧化得到包含甲醛的混合气体；

(2)所述混合气体依次经过余热回收换热器进行二级余热回收，副产得到高压蒸汽和低压蒸汽；

(3)经过降温的混合气体再送入甲醛冷凝器中，在甲醛液体喷淋的作用下进行直接冷凝得到52～80％的甲醛溶液，作为甲醛产品采出；

(4)未被冷凝的混合气体送入吸收塔进行吸收得到质量浓度为37～52％的稀甲醛溶液，所述稀甲醛溶液经过蒸发得到甲醛和水的混合气体，并作为反应原料送入甲醛氧化器进行循环反应。

进一步的，步骤(1)中的甲醇通过空气鼓泡方式进行甲醇蒸发，且通入甲醇的空气先在甲醇洗涤塔内经过甲醇喷淋洗涤去除空气的杂质；洗涤后的甲醇降温至8～15℃，并将降温后的甲醇对甲醛吸收塔中的吸收液进行换热降温处理。

进一步的，步骤(3)中得到的甲醛产品还经过脱酸塔脱酸处理，确保甲醛产品中酸含量低于10ppm。

附图说明

图1为本发明所述甲醛生产工艺装置的结构示意图；

图2为本发明所述甲醛氧化器的结构示意图。

其中，甲醇洗涤塔1、甲醇蒸发器2、气体分布器3、过热器4、混合过滤器5、甲醛氧化器6、第一密闭室61、第二密闭室62、第一银催化网层63、第二银催化网层64、一级换热器7、二级换热器8、甲醛冷凝器9、脱酸塔10、甲醛吸收塔11、甲醛蒸发器12。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

以甲醇为原料的银法甲醛生产工艺过程主要包括：甲醇蒸发，甲醛-空气-水蒸气混合过滤过热、甲醇氧化、甲醛吸收等步骤。如图1所示，结合甲醛生产工艺装置对本发明甲醛生产工艺装置进行详细描述：

甲醇蒸发采用空气鼓泡法，由于空气含有可溶性和不可溶性杂质，在进行氧化反应时会对银催化剂造成不利影响缩短银催化剂的活性和寿命。本发明通过甲醇洗涤塔对送入的空气进行循环喷淋洗涤，一方面吸收空气中的杂质降低银催化剂的污染，另一方面送入洗涤塔内的空气温度为10～50℃，甲醇洗涤后发生蒸发实现降温，达到平衡时的温度可达10℃左右，从而获得低温冷源。

经过洗涤后的空气通过分布器送入甲醇蒸发器内进行鼓泡，同时在换热盘管的加热作用下甲醇蒸发得到甲醇与空气的混合气，然后经过过热器后送入混合过滤器，在混合过滤器中，送入水蒸气进行混合过滤，再送入甲醛氧化器中通过银法氧化得到甲醛。相对于普通氧化器，本申请的氧化器采用下部进料，物料走的是壳程，冷却水由底部通过冷却管进入管程，因此物料的投入量明显增大，获得产量更高。

作为优选，将罐体四周的银催化剂层沿周向由多个银催化网层组成，可以方便对银催化剂进行更换，从而无需停车更换，大大提高了效率。优选的，每个银催化网层相对进料口位置设置在第一密闭室或第二密闭室，第一银催化网层设在第一密闭室内并与进料口位置相对应，其一端还与第二银催化网层连接，另一端设置有提升装置。第一密闭室和第二密闭室与银催化剂层接触的一端设置有与银催化剂层配合的开口，方便对银催化剂层进行更换。利用提升装置将第二银催化网层向上从开口处提升，慢慢替换掉原来的银催化网层，而且采用此方式，方便实现自动更换。其中，提升装置可以利用现有技术中的各种手段来实现，比如直线电机(图中未显示)，可以直接利用其输出端对第二银催化网层进行推顶，第二银催化网层对原银催化网层进行推顶，直到第二银催化网层替换到原银催化网层，实现银催化剂的更换。还可以采用步进电机，采用现有的传动机构将步进电机的输出端变为直线输出，从而实现对第二银催化网层的推顶。其中，将提升装置设置在银催化剂层下方的第一密闭室中，能够有效避免加热后的罐体对提升装置的影响。

优选的，第一密闭室和/或第二密闭室中充惰性气体，惰性气体的压力高于大气压，从而确保没有外界空气进入。通过在第一密闭室和/或第二密闭室充惰性气体防止进料口中气体泄露至第一密闭室和/或第二密闭室。

作为优选的，氧化器中的冷却管为相互缠绕方式，可以大大增加冷却管的冷却面积，并且可以有效降低冷却管的两端的应力，提高氧化装置的使用寿命。

物料在氧化器中氧化后，从甲醛氧化器出口得到的包含甲醛和未反应完的甲醇、氮气、水蒸气以及氢气的混合气，甲醛氧化器出口处的甲醛混合气压力可达4KG，温度可达180℃，通过两级换热器进行换热，可以得到压力为4KG高压蒸汽和0.5KG的低压蒸汽，低压蒸汽作为氧化反应原料进行补料，从而充分利用了甲醛混合气的余热。

本发明的另一个创新点在于：将甲醛混合气通过送入甲醛冷凝器直接冷凝代替现有技术中的一级甲醛吸收塔，采用直接冷凝采出甲醛产品可以避免水吸收带入水，从而能获得浓度可达58％的甲醛溶液，采出的甲醛溶液在经过脱酸塔进行脱酸处理，保证酸度在10ppm以下作为甲醛产品。在直接冷凝过程中，通过冷凝器壳程中循环喷淋甲醛液体使管壁上形成液膜加快甲醛气体的冷凝，未被完全冷凝的混合气体则继续送入甲醛吸收塔中进行吸收得到37～52％的稀甲醛溶液。

本发明另一个创新点在于：得到的稀甲醛溶液在经过蒸发器蒸发，作为甲醛氧化器的反应物配料送至混合过滤器中参与氧化反应，因此本发明甲醛生产工艺中相对现有技术，水蒸气为循环利用大大降低了水的添加量，从而提高了甲醛浓度。

另外的，甲醇洗涤塔中获得的温度在10℃左右的低温甲醇可以用于冷区甲醛吸收塔中吸收水的温度，从而提高甲醛的吸收效率。尾气温度越低，吸收收率越高，尾气带走产品越少。

Claims (10)

1.一种甲醛生产工艺装置，包括通过管道泵依次连接的甲醇蒸发器、过热器、混合器、阻燃器和氧化器，其特征在于：所述氧化器的出口通过管道泵还依次连接有余热回收换热器、甲醛冷凝器、甲醛吸收塔和甲醛蒸发器，其中：

所述甲醛冷凝器为管壳式换热器，所述管壳式换热器设有用于流通氧化器反应产物的换热器壳程和用于流通吸收余热的换热介质的换热器管程，所述换热器壳程的底部和顶部分别设有甲醛采出口和冷凝器气体出口，所述换热器壳程还设有喷头，所述喷头通过管道泵与换热器壳程底部循环连通；所述甲醛采出口通过管道泵还连接有脱酸塔；

所述甲醛蒸发器设有蒸汽进口，所述甲醛蒸发器的气体出口与混合器的蒸汽进口连接。

2.根据权利要求1所述甲醛生产工艺装置，其特征在于：所述甲醇蒸发器为鼓泡式蒸发器，包括蒸发器本体，所述蒸发器本体设有空气进气口、甲醇气体出气口和换热盘管，所述空气进气口连接有位于甲醇液面下的气体分布器，所述甲醇气体出气口与过热器连接。

3.根据权利要求2所述甲醛生产工艺装置，其特征在于：所述冷凝器气体出口通过管道依次与甲醇蒸发器的换热盘管和甲醛吸收塔连接；所述余热回收换热器包括串联的一级换热器和二级换热器。

4.根据权利要求2所述甲醛生产工艺装置，其特征在于：所述甲醇蒸发器的空气进气口还连接有甲醇洗涤塔，所述甲醇洗涤塔的塔体底部和顶部分别空气进口和甲醇喷头，所述甲醇喷头通过管道泵与塔体底部联通，所述甲醇洗涤塔的顶部还设有与甲醇蒸发器空气进气口连接的空气出口。

5.根据权利要求2所述甲醛生产工艺装置，其特征在于：所述甲醛吸收塔底部通过管道和液泵与塔顶循环连通，且管道上设有冷凝换热器，所述甲醇洗涤塔底部通过管道泵与所述冷凝换热器连通。

6.根据权利要求1所述甲醛生产工艺装置，其特征在于：所述氧化器包括银催化剂层、罐体、竖直设在罐体内的冷却管，设在冷却管两端的管板和封头，所述罐体下部侧面设有进料口，罐体对应进料口处及进料口下方的外壁上分别围绕的设有第一密闭室和第二密闭室，所述银催化剂层包括至少两个相连的第一银催化网层和第二银催化网层，所述第一银催化网层和第二银催化网层分别设在第一密闭室和第二密闭室内；所述银催化剂层还设有提升装置。

7.根据权利要求1所述甲醛生产工艺装置，其特征在于：所述第二密闭室冲有惰性气体，且第二密闭室的气压高于进料口的气压。

8.一种基于权利要求1～7任一所述装置的甲醛生产工艺方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)甲醇通过蒸发并与空气和水蒸气混合，经过过滤阻燃后送入甲醛氧化器，通过银法氧化得到包含甲醛的混合气体；

(2)所述混合气体依次经过余热回收换热器进行二级余热回收，副产得到高压蒸汽和低压蒸汽；

(3)经过降温的混合气体再送入甲醛冷凝器中，在甲醛液体喷淋的作用下进行直接冷凝得到52～80％的甲醛溶液，作为甲醛产品采出；(通过吸收方式最多得到37-50％甲醛)

(4)未被冷凝的混合气体送入吸收塔进行吸收得到质量浓度为0.1～52％(0.1-12(3-5))的稀甲醛溶液，所述稀甲醛溶液经过蒸发得到甲醛和水的混合气体，并作为反应原料送入甲醛氧化器进行循环反应。

9.根据权利要求7所述甲醛生产工艺方法，其特征在于：步骤(1)中的甲醇通过空气鼓泡方式进行甲醇蒸发，且通入甲醇的空气先在甲醇洗涤塔内经过甲醇喷淋洗涤去除空气的杂质；洗涤后的甲醇降温至8～15℃，并将降温后的甲醇对甲醛吸收塔中的吸收液进行换热降温处理。

10.根据权利要求7所述甲醛生产工艺方法，其特征在于：步骤(3)中得到的甲醛产品还经过脱酸塔脱酸处理，确保甲醛产品中酸含量低于10ppm。