Разработка технологической схемы парофазного окисления этиленгликоля в глиоксаль, страница 13

На схеме производства формальдегида на катализаторе серебро на носителе метанол, содержащий 20 – 25 % воды, поступает в испаритель 1, где испаряется в токе воздуха. Паровоздушная смесь перегревается до 110 °С  в теплообменнике 2 и подается в верхнюю часть реактора 3. При пуске системы слой катализатора 4 в реакторе разогревается до 250 – 300 °С с помощью специального электроподогревателя, а после «зажигания» слоя температура катализатора поддерживается на заданном уровне за счет тепла реакции. Пройдя с высокой скоростью через слой катализатора, реакционная смесь охлаждается в подконтактном холодильнике 5. Далее газообразные продукты реакции поступают в абсорбер 6, где из них извлекаются формальдегид и не прореагировавший метанол. Абсорбер, представляющий собой тарельчатую колонну, разделен на три секции. Нижняя секция орошается формалином, средняя – раствором, содержащий 15 – 20 % формальдегида, а верхняя – чистой водой. Из низа абсорбера выходит товарный формалин г.

Превращение метанола в формальдегид происходит в результате контакта молекул спирта с кислородом, хемосорбированных на атомах серебра, то есть активными центрами катализатора являются поверхностные окислы серебра.

В условиях технического процесса значение ∆Q составляет 90 – 100 кДж. Исходная смесь, попадая в реактор, нагревается более, чем на 500 ^оС, процесс осуществляется без отвода тепла – адиабатический режим. С учетом большого разбавления азотом, система в целом малочувствительна к изменению давления. Изменение общего давления от 0,01 до 1 МПа практически не влияет на состав продуктов.

При температуре около 300 ^оС происходит «зажигание» катализатора, то есть переход от изотермического к адиабатическому режиму. Этот момент характеризуется быстрым и самопроизвольным повышением температуры «горячей точки» катализатора до 600 – 700 ^оС, соответствующей заданному мольному отношению кислород : метанол.

Разбавление спиртовоздушной смеси инертными газами – один из способов повышения общей конверсии метанола [18]. Оптимальным разбавлением является отношение инерт : метанол = 1,5 : 1 ÷ 2 : 1. В этих пределах разбавления лежат рекомендации патентов [20]. В качестве разбавителя рекомендуется применять абгазы, азот, аргон, гелий [18, 19], диоксид углерода [20].

В таблице 1.8 приведены показатели процесса получения формальдегида с рециркуляцией отходящего газа по данным фирмы BASF [17, стр. 44].

Добавление к исходному метанолу воды, помимо уменьшения взрывоопасности процесса, благоприятно сказывается на таких показателях, как селективность, стабильность работы катализатора.

Таблица 1.8 – Показатели процесса получения формальдегида

1.4.2 Производство формальдегида на оксидном катализаторе

Первое пробное исследование по получению формальдегида из метанола в присутствии смеси оксидов железа и молибдена проведено в начале 30-х годов [17, стр. 60]. На практике в качестве катализатора наибольшее распространение получила смесь оксидов железа (III) и молибдена (VI) МоО₃.

Окисление метанола на оксидных катализаторах протекает по окислительно-восстановительному механизму:

          СН₃ОН + 2МоО₃ → СН₂О + Н₂О + Мо₂ О₅                                                    (1.4.7)