Вопрос 151. Теоретические основы производства формальдегида. Схема производства формальдегида окислением метанола.

Большая часть метилового спирта используется для производства формальдегида, который применяется для дезинфекции и дезинсекции, для получения смол и пластмасс на их основе, уротропина, пентаэритрита, оксиальдегидов и оксикетонов, гликолевой кислоты и других соединений. Чаще всего формальдегид используется в виде 33-40%-ного водного раствора, известного под названием формалин.

Формальдегид получают частичным окислением метана или каталитическим окислением метанола. Процесс проводится при температуре 650-700°С на серебряном катализаторе в виде сеток, крупных кристаллов или металлического серебра, осажденного на пемзе или другом инертном высокопористом носителе. Серебряный катализатор, обладая большой активностью, в 4-5 раз производительнее ранее применявшегося медного. Образование формальдегида можно представить следующими двумя реакциями:

Окисление водорода (одна из побочных реакций) сопровождается большим выделением тепла

Поэтому в процесс вводят меньшее количество воздуха (80% от теоретического количества) с тем, чтобы суммарный процесс был слабо экзотермичен и точной регулировкой температуры процесса уменьшить побочные реакции окисления, не только понижающие выход формальдегида, но и загрязняющие полученный продукт.

Особое внимание обращается на взрывоопасность исходной смеси.              В зависимости от температуры пределы воспламенения лежат от 6-7 до 25-37% объемных СН₃ОН в воздухе. Строгие требования предъявляются и              к чистоте исходных продуктов и катализатора. Примеси железа и его окислов вызывают побочные реакции образования СО и H₂ и резко снижают активность катализатора.

Схема производства формальдегида изображена на рис. 1. Метиловый спирт через мерник 1 поступает в испаритель 4, нижняя часть которого обогревается горячей водой, а верхняя — глухим паром. Одновременно воздуходувкой 3 в нижнюю часть испарителя подается очищенный от примесей и пыли воздух, который барботирует через слой метанола при температуре 40-50°С. Подача воздуха осуществляется таким образом, чтобы в одном литре образовавшейся паровоздушной смеси содержалось примерно 0,5 г метанола. На заводах постоянство состава паровоздушной смеси обеспечивается автоматически регулированием параметров процесса.

Затем паровоздушная смесь подогревается в верхней части испарителя до 110°С и направляется в контактный аппарат 5.

В период пуска системы для инициирования реакции используют электрозапал 7. Затем в слое катализатора 6           при 650-700°С осуществляется получение формальдегида. Выходящие из аппарата контактные газы содержат 20-21% формальдегида, 36-38% азота и примеси в виде СО; CO₂; CH₄; Н₂; СН₃ОН и др. Вся эта смесь после охлаждения в холодильниках 10 и 11 до 60°С поступает в поглотительную башню 12, которая орошается водой. Полученный в результате поглощения формалин (33-40%-ный раствор) содержит 10-12% метанола, который в данном случае является желательной примесью, так как препятствует полимеризации формальдегида. Отходящие из башни 12 газы в основном состоят из азота и водорода. Выход формальдегида составляет примерно 80%.