Технология получения формальдегида

метки: Формальдегид, Производство, Катализатор, Окисление, Кислород, Формалин, Получать, Протекать

Среди многих сотен тысяч органических соединений, известных в настоящее время, формальдегиду, принадлежит особая роль.

Формальдегид – весьма активное химическое соединение, легко вступающее в реакцию с другими веществами с образованием большого класса новых соединений, многие из которых обладают важными свойствами. Благодаря реакционной способности формальдегид за сравнительно короткий промежуток времени превратился в один из незаменимых полупродуктов многотоннажного органического синтеза. Он находит применение в производстве синтетических смол, волокон, каучука, пластмасс, органических красителей. Его используют в металлургии, в нефтяной и нефтехимической промышленности, в кожевенном и меховом производстве, в сельском хозяйстве и в бумажной промышленности. Формальдегид широко применяется при изготовлении пластмасс (таких, как фенопласты и аминопласты), искусственных волокон, из него получают пентаэритрит (сырьё для производства взрывчатых веществ и пластификаторов), триметилолпропан. Основная часть формальдегида идет на изготовление древесностружечных материалов, где он используется для получения карбамидной смолы.

Круг применения формальдегида растет из года в год. В связи с этим растет и его производство.

Целью данной работы является сравнение основных способов производства формальдегида с последующим выявлением наиболее эффективного.

Задачами данной работы являются:

1. Определение основных способов промышленного получения формальдегида;
2. Определение сырьевой базы;
3. Рассмотрение аппаратурного оформления и технологии получения продукта для каждого способа;
4. Определение образующихся отходов, сбросов и выбросов в результате получения формальдегида и способов их обезвреживания;
5. Выявление наиболее эффективного на данный момент времени промышленного способа получения формальдегида.

2. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/kursovoy/proizvodstvo-formaldegida/

2.1. Промышленные методы получения формальдегида.

Основной производственный метод получения формальдегида во всём мире уже много лет – каталитическое взаимодействие метанола с кислородом воздуха:

Азиатский способ производства и античное рабовладение

... Греции. Своего полного, наивысшего развития рабовладельческий способ производства достиг в так называемом античном мире – в Древней Греции и Древнем Риме, существовавших позже, чем древневосточные ... разделении общества на классы и рождении государства. Страны Древнего Востока явились ранними рабовладельческими государствами. Они существенно отличались от античных рабовладельческих государств. 1. На ...

СН ₃ ОН + ^1/ ₂ О₂ СН₂ О + Н₂ О

Этот процесс часто называют окислением метанола, хотя в соответствии с принятыми представлениями об окислении, как о реакции присоединения кислорода, это название следовало бы заменить на окислительное дегидрирование. С учетом того, что на практике при взаимодействии метанола с кислородом протекают также реакции обычного дегидрирования, и некоторые другие, правильнее, по-видимому, говорить об окислительной конверсии метанола в формальдегид.

В общем, формальдегид получают из метанола, диметилового эфира, природного и попутных газов (газа коксохимического производства и нефтепереработки).

Промышленно освоенные способы получения формальдегида:

1) Каталитическое окисление метанола на металлических катализаторах.

2) Каталитическое окисление метанола на оксидных катализаторах.

3) Окисление природного газа и низших парафинов.

2.1.1. Каталитическое окисление метанола на металлических катализаторах.

В первом случае катализатором чаще всего является серебро (можно использовать золото или медь), с целью экономии метанола серебро равномерно наносят на инертный носитель, например на пемзу.

2.1.1.1. Каталитическое окисление метанола на серебряном катализаторе.

Сущность метода состоит в парофазном окислении гидрировании метанола кислородом воздуха в адиабатическом реакторе с последующим поглощением продуктов реакции водой. В процессе подается метаноло-воздушная смесь состава выше верхнего предела взрываемости (36,4% — объемные доли) и с недостатками кислорода по химическому уравнению окисления метанола в формальдегид, т.к. катализатор – окислительно — дегидрирующийся:

СН ₃ ОН + ½О₂ → СН₂ О + Н₂ О + Q (147,4кДж/моль);

СН ₃ ОН → СН₂ О + Н₂ – Q (93,4 кДж/моль);

Н ₂ + ½О₂ → Н₂ О + Q (241,8 кДж/моль).

Вместе с тем протекают побочные реакции, что снижает выход формальдегида и повышает расход метанола. Выход формальдегида достигает 80 – 85%, при степени конверсии метанола 85 – 90%. Так как окислительное дегидрирование проводят при недостатке кислорода, процесс глубокого окисления, не получает значительного развития. В то же время само дегидрирование, инициируемое кислородом, протекает быстрее, поэтому процент побочных реакций не велик. Этим способом можно получить формалин двух марок: ФМ – 37% с содержанием метанола до 10% и ФБМ – 50% с содержанием метанола менее 1%. Транспортировке и хранению подлежит формалин марки ФМ, т.к. метанол стабилизирует его.

2.1.1.2. Каталитическое окисление дегидрированием метанола на медном катализаторе

СН ₃ ОН + 0,5О₂

СН ₃ ОН

Н ₂ + 0,5О₂

Выход формальдегида составляет около 80% при степени конверсии метилового спирта 85%., Технологическая схема производства формальдегида

дегидрированием метанола на медном катализаторе.

Производство метанола (3)

... окисление метана, каталитическое гидрирование .окиси и двуокиси углерода. До промышленного освоения каталитического способа метанол получали в основном сухой перегонкой древесины. «Лесохимиче ­ ский метиловый спирт» ... низкотемператур ­ ных катализаторов в мировой практике ... Метанол являет ­ ся сырьем для получения таких продуктов как формальдегид (око ­ ло 50% от всего выпускаемого метанола), ...

1 – напорный бак

2 – испаритель

3 – перегреватель

4 – реактор

5,7 – холодильник

6 – абсорбер

8 – скруббер

Из напорного бака 1 метиловый спирт, содержащий 10 – 12% воды, непрерывно подают в испаритель 2; сюда же поступает очищенный воздух, барботирующий через слой СН₃ ОН ; при этом воздух насыщается парами спирта (смесь должна содержать около 5 г/л СН₃ ОН для обеспечения безопасности и необходимого направления процесса).

Затем паровоздушная смесь проходит перегреватель 3 и поступает в реактор 4. Образующийся в реакторе формальдегид сразу же попадает в смонтированный вместе с реактором холодильник 5. Быстрое снижение температуры предотвращает окисление формальдегида до СО, СО₂ и Н₂ О. Далее в абсорбере 6 формальдегид поглощается водным раствором формальдегида, поступающим из скруббера 8 и охлаждаемым в холодильнике 7. Получаемый в абсорбере 36 – 37%-ный раствор формалина собирают в сборнике 9.

2.1.2. Каталитическое окисление метанола на оксидных катализаторах.

Во втором способе катализатором является смесь оксидов железа и молибдена. Окисление метанола на оксидных катализаторах протекает по окислительно – восстановительному механизму:

СН₃ ОН + 2МоО₃ → СН₂ О + Н₂ О + Мо₂ О₅

Мо ₂ О₅ + ½О₂ → 2МоО₃

Процесс осуществляется в избытке воздуха при (350 – 430)^о С и обычном давлении, иначе под действием метанола и формальдегида катализатор быстро восстанавливается. Реакция протекает при соотношении метанола и воздуха ниже предела взрываемости (7 – 8% — объемные доли).

Процесс отличается высокой степенью конверсии метанола – 99%, а так же сильной экзотермичностью, что заставляет использовать трубчатые реакторы с охлаждением. Этот способ позволяет получать формалин – 37% с содержанием метанола не выше 0,5%. Применение технологий с оксидным катализатором заслуживает некоторого предпочтения, когда требуемая производительность не выше 8 – 10 тыс. т./год.

Технологическая схема производства формальдегида окислительной конверсией метанола на оксидном катализаторе: