Описание технологической схемы

Метанол из железнодорожной цистерны закачивают насосом в резервуар 1, затем его подают на фильтр 2 (2/1), где он освобождается от механических примесей. Механические примеси отправляют на сжигание. В теплообменнике 3 после прохождения фильтра метанол подогревается от 20 до 40°С конденсатом из кипятильника ректификационной колонны, затем поступает в спиртоиспаритель 4. Туда же кроме метанола поступает метанол-ректификат из сборника 18. Одновременно через барботер в спиртоиспаритель подается воздуходувкой воздух, предварительно очищенный от механических примесей. При этом ведется непрерывная циркуляция метанола по схеме:

спиртоиспаритель 4 → насос → теплообменник 7 → спиртоиспаритель.

Теплообменник 7 играет роль рекуператора, где циркулирующий метанол нагревается, охлаждая контактные газы. Окончательный нагрев и испарение метанола в спиртоиспарителе достигается подачей пара. В спиртоиспарителе поддерживается температура 50-65°С. Это исключает возможное образование взрывоопасной концентрации смеси метанол - воздух. При данной температуре концентрация метанола в смеси равна 48-52 % объемным.
Образовавшаяся спирто-воздушная смесь поступает в теплообменник-перегреватель, где подогревается паром с р = 5 кгс/см2 до температуры 90-125°С. Это необходимо для того, чтобы избежать конденсации метанола и попадания его в жидком виде на серебряный катализатор, что может привести к снижению его каталитической активности.
Далее перегретая спирто-воздушная смесь через огнепреградитель 5 поступает в контактный аппарат 6. В контактном аппарате происходит синтез формальдегида при температуре 350-550°С в присутствие серебряного катализатора. Серебро может быть использовано в разных конфигурациях: губчатое, в виде сеток, крупнокристаллическое, нанесенное на крупнопористые носители, нанесенное на пемзу.

Основные реакции, протекающие в контактном аппарате:

СН₃ОН → СН₂О + Н₂ - Q

СН₃ОН + 1/2O₂ → СН₂О + H₂O + Q

Побочные реакции:

СН₃ОН + 1,5O₂ → СО₂ + 2H₂O + Q

СН₂О + O₂ → СО₂ + H₂O + Q

Разогрев контактной массы до температуры 200-300°С, при которой начинается реакция превращения метанола в формальдегид, производится горячим метанолом при подаче воздуха через 4 штуцера, расположенных по периметру контактного аппарата над слоем катализатора (6/1). В дальнейшем температура 350-550°С в зоне контактирования поддерживается за счет тепла реакции. В результате реакций, происходящих в слое катализатора, образуются контактные газы, в состав которых входят: формальдегид, водород, оксид углерода (II), метан, пары воды, азот, непрореагировавший метанол. Во избежание разложения образовавшегося формальдегида контактные газы, выходящие из зоны контактирования быстро охлаждают до температуры 170°С в подконтактном холодильнике 6/2 циркуляционным формалином куба ректификационной колонны. После подконтактного холодильника контактные газы проходят теплообменник 7, где охлаждаются до температуры 70-80°С циркуляционным метанолом. Конденсат контактных газов подается в абсорбционную колонну 8.

Абсорбционная колонна 8 представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат переменного сечения. Нижняя часть диаметром 3000 мм имеет 3 слоя насадки. Между вторым и третьим слоями имеется глухая тарелка. В верхней части диаметром 1600 мм равномерно расположены 15 тарелок. В абсорбционной колонне навстречу потоку контактных газов сверху подается деминерализованная вода.

Процесс абсорбции водой формальдегида происходит с выделением тепла. Для съема тепла, а также в целях улучшения абсорбции предусмотрены 2 циркулирующих контура:

1-ый контур – куб колонны → насос → теплообменник 10 (охлаждение оборотной водой ОВ до 30-35°С) → 2-ой слой насадки

2-ой контур – глухая тарелка → насос → теплообменник 9 (охлаждение рассолом P до 18°С) → 3-ий слой насадки

Контактирование газов с водой происходит при температуре 18°С, что способствует лучшему поглощению формальдегида водой. Количество воды устанавливают таким образом, чтобы обеспечить содержание формальдегида СН2О в формалине-сырце 24-33% мас. В тарельчатую часть колонны вакуум-насосом также подаются газы после аппарата 17 для абсорбции содержащегося в них метанола. Из куба абсорбера формалин-сырец подается насосом через теплообменник 12, где он подогревается до 80°С, в ректификационную колонну 13. выхлопные газы, выходящие из абсорбера, проходят через каплеотбойник 11 и направляются на сжигание.

NB! По составу выхлопных газов можно судить об активности катализатора и наличии отклонений от норм технологического режима.
Формалин-сырец из куба абсорбционной колонны через теплообменник подается в ректификационную колонну 13, где происходит разделение формалина и метанола.

Ректификационная колонна 13 представляет собой вертикальный аппарат высотой 37,1 м, снабженный 65-ю клапанными тарелками. Колонна работает под вакуумом ≈ 0,4 атм. Это позволит снизить температуру и предотвратить протекание реакции:

2СН₂О + НОН → СН₃ОН + НСООН

Обогрев колонны осуществляется циркулирующим формалином через подконтактный теплообменник и паром, подаваемым в кипятильник. Температурный режим колонны: температура верха 40-45°С, температура низа 80-92°, флегмовое число 3,5.
Из верхней части колонны 13 пары метанола поступают в конденсатор 15, охлаждаемый оборотной водой, где происходит их частичная конденсация. Конденсат метанола собирается в сборник конденсата 16. Одна часть из них подается на орошение в колонну 13, другая – в спиртоиспаритель 4. Несконденсировавшие пары поступают далее во вторичный конденсатор 17, где они охлаждаются рассолом, оттуда – в сборник вторичного конденсата 18, затем – в спиртоиспаритель 4. Несконденсировавшиеся пары и газы вакуум-насосом подаются в абсорбционную колонну, где из них отмываются остатки метанола.
Из нижней части колонны готовый продукт после охлаждения в теплообменнике 14 формалином-сырцом частично подается на питание ректификационной колонны, основная часть - в стандартизатор, затем - на склад. Стандартизатор предназначен для приготовления формалина с концентрацией формальдегида, соответствующей стандарту. В стандартизаторе поддерживается температура, которая исключает образование полимера формальдегида – параформа, ухудшающего качество товарного формалина.