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%.
|