CS242270B1 - Sposob přípravy plynnej zmesi pre výrobu formaldehydu - Google Patents

Description

242270

Vynález rieši sposob přípravy plynnejzmesi pre výrobu formaldehydu oxidačnoudehydrogenáciou metanolu na striebornomkatalyzátore. Výroba formaldehydu z metanolu sa usku-tečňuje oxidačnou dehydrogenáciou plynomobsahujúcim kyslík, v plynnej fáze na kovo-vých katalyzátoroch, přednostně na strieb- re, alebo oxidáciou plynom obsahujúcimkyslík, v plynnej fáze na oxidových kataly-zátoroch přednostně na oxidoch molybdenua železa.

Pri postupe výroby formaldehydu z me-tanolu používajúcom oxidový katalyzátor(ZSSR pat. 408 504) pri teplote 530 650 Kprebiehajú vedla seba reakcie:

CH3OH + 0,5 O2 —> CH2O + H2O

CH2O + 0,5 O2 —> HCOOH, resp. CO + H2O Při postupe výroby formaldehydu z meta-nolu používajúcom strieborný katalyzátor vrůznéj formě a různého uloženia (ČSSR pat. Δ H = —158,3 kj mol-iΔ H = —215 kj mol-1 č. 167 763, ZSSR pat. č. 175 043, ZSSR pat.č. 358 310, NSR pat. č. 1 231 229, NSR pat.č. 1 285 995] prebiehajú vedla seba reakcie: CHsOH CH2O + H2

CHsOH + 0,5 O2 —► CH2O + H2O

H2 + 0,5 O2 —-* H2O

CHsOH + 1,5 O2 —> CO2 + 2 H2O

CH2O + O2 —> CO2 + H2O

CH2O + 0,5 O2 —> HCOOH, resp. CO + H2O CH2O —> CO + H2 Δ H = 85,3 kj ΔΗ- —156,2 kj Δ H = —243 kj Δ H = —674 kj Δ H = —519 kj Δ H = —215 kj Δ H = 12,5 kj mol-* mol-1 mol-1' mol-1 mol-1 mol-1 mol“1

Kombinovaný výrobný postup používá vprvom reaktore strieborný katalyzátor, a popřidaní vzduchu do zkonvertovanej zmesi,používá v druhom reaktore oxidový kataly-zátor (US pat. č. 2 519 788, US pat. číslo3 987 107). Výrobný postup používajúci striebornýkatalyzátor je vo všeobecnosti uskutečňo-vaný vedením zmesi metanol—plyn obsahu-júci kyslík, připadne zmesi metanol—voda——plyn obsahujúci kyslík, vyhriatej na tep-lotu 360 až 390 K, cez vyhriaty nepohyblivýkatalyzátor pri teplote 820 až 970 K a pritlaku 50 až 200 kPa s koncentráciou meta-nolu vo vzduchu nad hornou medzou výbuš-nosti.

Konvertovaný plyn sa ochladzuje bezpro-středné za katalytickým ložkom s využitímtepla na výrobu páry, připadne pre oddele-nie nezreagovaného metanolu, vedie sa dokondenzátora, kde časť formaldehydu, me-tanolu a vody skondenzuje. Získaný roztoka plyn sa privádza do absorbéra, kde sa zplynu protiprúdne vodou vypiera formalde-hyd a metanol. Reguláciou množstva vodydo absorbéra sa upravuje koncentráciaformaldehydu v konečnom produkte.

Pri postupe používajúcom zmes s prídav-kom vody prebieha takmer úplné premenametanolu, pričom je možno dosiahnuť kon-centráciu formaldehydu vo vodě až 42 %,avšak v produkte ostává malá časť nezrea-govaného metanolu.

Pri postupe používajúcom zmes s prebyt-kom metanolu, kde prebieha neúplná preme-na metanolu, sa za absorbér zaraduje rekti-fikačná kolóna na oddelenie nezreagované-ho metanolu. Oddestilovaný metanol sa re-cykluje do procesu. Takto sa dosahuje až 50 %-ný roztok formaldehydu vo vodě skoncentráciou metanolu pod 1 %. Příprava zmesi pre postup s takmer úpl-nou premenou metanolu sa uskutečňuje vsytiacom zariadení typu rektifikačnej kolo-ny pozostávajúcom z odparováka a rektifi-kačnej časti (PER pat. č. 54 939, NSR pat.č. 2 323 758).

Zmes metanol—voda určeného zloženiasa privádza na vrchnú etáž a přepadává cezetáže do odparováka. Do odparováka naj-častejšie pod hladinu sa privádza plyn ob-sahujúci kyslík, ktorý sa prechodom cezetáže sýti metanolom a vodou.

Reguláciou teploty v odparováku, množ-stva plynu obsahujúceho kyslík, množstvazmesi metanol^-voda a jej zleženia sa do-sahuje požadované množstvo a zloženieplynnej zmesi.

Nevýhodou uvedeného spůsobu přípravyplynnej zmesi je, že teplota vyparovanejkvapaliny potřebná pre dosiahnutie poža-dovaného zloženia plynnej zmesi na výstu-pe z rektifikačnej časti sýtiaceho zariade-nia sa udržiava pomocou ohřevu vo vypař0-vacej časti.

Teplota vyparovanej kvapaliny teda klesáv smere prúdenia plynu obsahujúceho kys-lík a je v celom sýtiacom zariadení vyššiaako je teplota kvapaliny v mieste výstupuplynnej zmesi zo sýtiaceho zariadenia. Z to-ho důvodu je nutné na ohřev kvapaliny vy-užívat' vysokoteplotný zdroj energie, vodnúpáru, a nie je možno využit’ nízkoteplotnězdroje energie vyskytujúce sa v procese vý-roby formaldehydu. Příprava plynnej zmesi pre postup s ne- úplnou premenou metanolu sa uskutečňuje v sýtiacom zariadení typu odparováka s pre- 242270 bublávaním plynu. Do sýtiaceho zariadeniasa privádza čerstvý metanol, nezreagovanýod produktu destilačne oddělený metanol aplyn obsahujúcí kyslík pod hladinu cez ú-činný rozdělovač.

Cirkuláciou kvapaliny zo sýtiaceho zaria-denia cez jeden alebo viaceré nízkoteplotnězdroje energie sa získává část tepla potřeb-ného na vyparovanie kvapaliny. Nízkotep-lotně zdroje energie sú napr. kondenzátorreakčných splodín, v ktorom sa reakčnésplodiny ochladzujú a časť z nich konden-zuje, zariadenia absorpčného systému, kdesa zvyšné reakčné splodiny vypierajú odinertných plynov, kondenzátor metanolu zdestilácie nezreagovaného metanolu od pro-duktu, připadne dochladzovač produktu. Ďalšia časť energie zvyčajne vačšia akopolovica potrebnej energie na vypareniekvapaliny sa dodává vyhrievaním obsahuodparováka vodnou parou.

Reguláciou množstva čerstvého metanolupodlá hladiny a reguláciou teploty vyparo-vanej kvapaliny sa dosahuje požadovanézloženie plynnej zmesi, reguláciou množstvaplynu obsahujúceho kyslík sa dosahuje jejpožadované množstvo.

Nevýhodou tohoto spůsobu přípravy plyn-nej zmesi je to, že požadovaná, hoci oprotipredchádzajúcemu sposobu přípravy plyn-nej zmesi nižšia, teplota kvapaliny sa udržia-va v celom objeme sýtiaceho zariadenia o-hrevom vodnou parou. Vysoká teplota cir-kulovanej kvapaliny zo sýtiaceho zariade-nia cez nízkoteplotně zdroje energie spóso-buje nízku účinnost získavania energie po-trebnej na vyparovanie kvapaliny pre pří-pravu plynnej zmesi z nízkoteplotných zdro-jov.

Známe sú tiež spůsoby přípravy plynnejzmesi (ČSSR AO č. 224 674 a ČSSR číslo224 675), ktoré sú kombináciou oboch uve-dených sposobov a majú teda aj uvedenénevýhody.

Sposobom přípravy s přidáváním vodnejpáry do pripravenej plynnej zmesi metanola plyn obsahujúcí kyslík, kde teplota vypa-řovaného metanolu je nižšia, možno cirkulá-ciou tohoto metanolu cez nízkoteplotnězdroje energie získat váčšie množstvo ener-gie pre vyparovanie metanolu.

Nevýhodou tohoto sposobu přípravy plyn-nej zmesi je však v tom, že množstvo páryje limitované účinnosťou homogenizáciepripravovanej výslednej zmesi. Ďalšou ne-výhodou sú zvýšené náklady na přípravuvodnej páry.

Podstatou tohoto vynálezu je sposob pří-pravy plynnej zmesi, pre výrobu formalde-hydu oxidačnou dehydrogenáciou metanoluna striebornom katalyzátore, s recirkulá-ciou vyparovanej kvapaliny cez jeden aleboviacej nízkoteplotných zdrojov energie vy-značujúci sa tým, že plyn obsahujúcí kys-lík sa nasycuje parami kvapaliny obsahujú- cej metanol v dvoch až desiatich stupňochs klesajúcou teplotou kvapaliny, v jednot-livých stupňoch sýtenia, proti směru prúde-nia plynu.

Jednotlivé stupně sýtenia můžu byť tvo-řené rektifikačnými etážami, sprchovýmialebo výplňovými aparátmi, odparovákmi,připadne ich kombináciou. Nízkoteplotnězdroje energie můžu byť jeden alebo dvakondenzátory reakčných splodín, absorbérbuď priamo, alebo nepriamo cez svoje chla-diace aparáty, kondenzátor metanolu z des-tilácie nezreagovaného metanolu alebo chla-dič hotového produktu. V případe, že teplo získané z nízkotep-lotných zdrojov energie je na vypareniepožadovaného množstva kvapaliny nedosta-točne zvyšná potřebná energia sa dodávápriamo vo formě páry, připadne teplej vodys výhodou odpadnej alebo nepriamo pomo-cou vysokoteplotného zdroja energie.

Priamo teplu vodu alebo páru je vhodnépřidávat do jedného alebo viacerých z po-sledných stupňov sýtenia, v případe páryaj do pripravenej zmesi, v případe vody ajdo cirkulačného okruhu před vstupom cir-kulované]' kvapaliny do sýtiaceho zariade-nia.

Vysokoteplotný zdroj energie je vhodnéumiestniť do jedného alebo viacerých z po-sledných stupňov sýtenia alebo najvýhod-nejšie je ním dohrievať cirkulačnú kvapali-nu před vstupom do sýtiaceho zariadenia.

Prepojenie jednotlivých stupňov sýtenia sjednotlivými nízkoteplotnými zdrojmi ener-gie může byť 1’ubovoíné. Najvýhodnejšieprepojenie je také, aby prvý připadne viace-ré z prvých stupňov sýtenia, v smere prú-denia plynu, boli cirkulačně přepojené sjedným, připadne viacerými nízkoteplotný-mi zdrojmi energie s nižšou teplotou o po-sledný, připadne viaceré z posledných stup-ňov sýtenia v smere prúdenia plynu bolicirkulačně přepojené s jedným, připadneviacerými nízkoteplotnými zdrojmi energies vyššou teplotou.

Pretože vyparovanie kvapaliny sa v sý-tiacom zariadení zloženom z viacerých stup-ňov uskutočňuje adiabatický a připadne do-dávaná energia na vyparovanie kvapalinyvysokoteplotným zdrojom energie sa dodá-vá do jedného alebo viacerých z poslednýchstupňov sýtenia v smere prúdenia plynu,vždy sa ustanoví teplota v jednotlivých stup-ňoch sýtenia tak, že jej hodnota klesá vjednotlivých stupňoch sýtenia proti směruprúdenia plynu.

Vzhladom ku skutočnosti, že na základeuvedeného je možno přípravu plynnej zmesipre výrobu formaldehydu podlá tohoto vy-nálezu realizovat mnohými tu naznačenýmikonkrétnými riešeniami, výhody přípravyplynnej zmesi pódia tohoto vynálezu ilu-strujeme len na nasledujúcich najvýhodnej-ších príkladoch. 242270 Příklad 1 (porovnávací)

Plyn obsahujúci kyslík sa nasycuje para-mi kvapaliny v jednom odparováku. Odpa-řovaná kvapalina sa cirkuluje cez konden-zátor reakčných splodín, čím sa získává30 % energie potrebnej na jej vyparenie azvyšných 70 % potrebnej energie sa dodáváv odparováku nepriamo vodnou parou.Příklad 2

Plyn obsahujúci kyslík sa nasycuje para-mi kvapaliny, najprv v aparáte opatrenomvýplňou, cez ktorý cirkuluje časť kvapalinyz celkového množstva cirkulovanej kvapali-ny cez kondenzátor reakčných splodín, po-tom sa nasycuje parami kvapaliny v odpa-rováku s nepriamym ohrevom pomocouvodnej páry, cez ktorý cirkuluje zvyšná časťkvapaliny cirkulovanej cez kondenzátor re-akčných splodín. Takto sa cirkuláciou kva-paliny získává 43 % energie potrebnej najej vyparenie a zvyšných 57 % potrebnejenergie sa dodává v odparováku nepriamovodnou parou. Příklad 3

Plyn obsahujúci kyslík sa nasycuje para-mi kvapaliny najprv v odparováku, potomv aparáte opatrenom výplňou, pričom odpa-řovaná kvapalina cirkuluje z odparovákacez kondenzátor reakčných splodín, dohrie-vač kvapaliny do aparátu opatrenom výpl-ňou naspáť do odparováka. Takto sa cirku-láciou kvapaliny získá 49 % potrebnej e-nergie na jej vyparenie a zvyšných 51 %potrebnej energie sa dodává v dohrievačikvapaliny nepriamo vodnou parou.Příklad 4

Plyn obsahujúci kyslík sa nasycuje para-mi kvapaliny najprv v odparováku, potomv aparáte opatrenom výplňou, pričom odpa-řovaná kvapalina cirkuluje z odparovákacez kondenzátor reakčných splodín a apa-rát opatřený výplňou naspat' do odparováka.Takto sa cirkuláciou kvapaliny získá 56 %potrebnej energie na přípravu celkovej zme-si a zvyšných 44 % potrebnej energie sadodává vo formě vodnej páry priamo dozmesi pripravenej v odparováku v aparáteopatrenom výplňou. Příklad 5

Plyn obsahujúci kyslík sa nasycuje para-mi v aparáte opatrenom štyrmi etážami, čopředstavuje štyri stupně sýtenia. Kvapalinacirkuluje cez kondenzátor reakčných splo-dín, dohrievač kvapaliny a aparát opatřenýetážami, proti směru prúdeniu plynu. Taktosa cirkuláciou kvapaliny získá 58 % potreb-nej energie na vyparenie kvapaliny a zvyš- 6 ných 42 % potrebnej energie sa dodává vdohrievači kvapaliny nepriamo vodnou pa-rou. Příklad 6 mi v aparáte opatrenom štyrmi etážami.

Plyn obsahujúci kyslík sa nasycuje para-Kvapalina cirkuluje cez kondenzátor reakč-ných splodín a aparát opatřený etážami,proti směru prúdeniu plynu. Takto sa cir-kuláciou kvapaliny získá 63 % potrebnejenergie na přípravu celkovej zmesi a zvyš-ných 37 % potrebnej energie sa dodá voformě vodnej páry priamo do zmesi pripra-venej v aparáte opatrenom etážami. Příklad 7

Plyn obsahujúci kyslík sa nasycuje para-mi kvapaliny najprv v odparováku, potomv aparáte opatrenom výplňou. Kvapalina zodparováka cirkuluje cez aparát absorpčné-ho systému a kvapalina z aparátu opatre-nom výplňou cirkuluje cez kondenzátor re-akčných splodín. Takto sa cirkuláciou kva-paliny získá 66 % potrebnej energie na pří-pravu celkovej zmesi a zvyšných 34 % po-trebnej energie sa dodá vo formě vodnejpáry priamo do zmesi pripravenej v odpa-rováku a aparáte opatrenom výplňou. Příklad 8

Plyn obsahujúci kyslík sa nasycuje para-mi kvapaliny v aparáte opatrenom dsmimietážami. Kvapalina cirkuluje cez kondenzá-tor reakčných splodín a aparát opatřený e-tážami proti směru prúdenia plynu. Taktosa cirkuláciou kvapaliny získá 70 % potreb-nej energie na přípravu celkovej zmesi azvyšných 30 % potrebnej energie sa dodávo formě vodnej páry priamo do zmesi pri-pravenej v aparáte opatrenom etážami. Příklad 9

Plyn obsahujúci kyslík sa nasycuje para-mi kvapaliny v aparáte opatrenom osmimietážami. Kvapalina stekajúca cez štvrtú,tretiu a druhů etáž v smere prúdenia plynucirkuluje cez aparát absorpčného systémua kvapalina stekajúca cez siedmu, siestu apiatu etáž v smere prúdenia plynu cirkulu-je cez kondenzátor reakčných splodín. Tak-to sa cirkuláciou kvapaliny získá 83 % po-trebnej energie na přípravu celkovej zmesia zvyšných 17 % potrebnej energie sa dodápriamo vo formě vodnej páry pod dsmu e-táž v smere prúdenia plynu. Příklad 10

Plyn obsahujúci kyslík sa nasycuje para- mi kvapaliny v aparáte opatrenom osmimi etážami. Kvapalina stekajúca cez tretiu a

Claims (1)

1. 242270 10 druhů etáž v smere prúdenia plynu cirkulu-je cez dochladzovač produktu, kvapalinastekajúca cez piatu a štvrtú etáž v smereprúdenia plynu cirkuluje cez aparát ab-sorpčného systému a kvapalina stekajúcacez siedmu a siestu etáž v smere prúdeniaplynu cirkuluje cez kondenzátor reakčnýchsplodín. Takto sa cirkuláciou kvapaliny zís-ká 84 % potrebnej energie na přípravu cel-kovej zmesi a zvyšných 16 % potrebnej e-nergie sa dodá priamo vo formě vodnej pá-ry analogicky ako v příklade 9. Příklad 11 Plyn obsahujúci kyslík sa nasycuje para- P R E D Μ E T Sposob přípravy plynnej zmesi, pre výro-bu formaldehydu oxidačnou dehydrogená-ciou metanolu na striebornom katalyzáto-re, s recirkuláciou vyparovanej kvapaliny,cez jeden alebo viaceré nízkoteplotně zdro-je energie, vyznačujúci sa tým, že plyn ob- rní kvapaliny v aparáte opatrenom desiati-mi etážami. Kvapalina stekajúca cez tretiua druhů etáž v smere prúdenia plynu cirku-luje cez druhý kondenzátor reakčných splo-dín, kvapalina stekajúca cez siestu, piatu,štvrtú etáž v smere prúdenia plynu cirkulu-je cez aparát absorpčného systému a kva-palina stekajúca cez deviatu, osmu a siedmuetáž v smere prúdenia plynu cirkuluje cezprvý kondenzátor reakčných splodín. Taktosa cirkuláciou získá 87 % potrebnej ener-gie na přípravu celkovej zmesi a zvyšných13 % potrebnej energie sa dodá priamo voformě vodnej páry pod desiatu etáž v sme-re prúdenia plynu. Y N A L E z u sahujúci kyslík sa nasycuje parami kvapa-liny obsahujúcej metanol v dvoch až desia-tich stupňoch s klesajúcou teplotou kvapa-liny, proti směru prúdenia plynu, v jednotli-vých stupňoch sýtenia.