一种甲醛的生产工艺
阅读说明：本技术 一种甲醛的生产工艺 (Production process of formaldehyde ) 是由 薛永彬 王利 于 2021-09-09 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种甲醛的生产工艺,以甲醇气体和空气的混合气体为原料,并加入催化剂,在高空速条件下于流化床反应器中进行氧化反应,接触时间为0.2-0.5秒,反应温度控制在350℃-380℃,所述甲醇气体的浓度为3％-5.5％。本发明具有如下优点：工艺简单,甲醇单耗低,原料和公用工程消耗低,产品浓度高。(The invention relates to a production process of formaldehyde, which takes mixed gas of methanol gas and air as raw material, adds a catalyst, and carries out oxidation reaction in a fluidized bed reactor under the condition of high space velocity, wherein the contact time is 0.2-0.5 seconds, the reaction temperature is controlled at 350-380 ℃, and the concentration of the methanol gas is 3-5.5%. The invention has the following advantages: simple process, low unit consumption of methanol, low consumption of raw materials and public works and high product concentration.)
技术领域
本发明涉及甲醛生产技术领域，特别是涉及一种甲醛的生产工艺。
背景技术
目前，90％以上产量的甲醛是以甲醇氧化而得，少量是从烃类直接氧化或者二甲醚氧化来制取。以甲醇为原料生产甲醛，按催化剂和生产工艺不同，可分为两种不同的工艺路线。一种是在过量甲醇条件下，甲醇、蒸汽和空气混合物在金属型催化剂条件下进行脱氢氧化反应，通常采用结晶Ag作催化剂，称为“银法”；另一种是过量空气条件下，甲醇气直接与空气混合在金属氧化物型催化剂上进行氧化反应，催化剂以Fe2O3-MoO系最为常见，称为“铁钼法”。
现有的甲醛的生产工艺，甲醇的转化率较低，甲醛的收率也不高，产品浓度低，原料和公用工程消耗较大。
发明内容
本发明的目的就是提供一种甲醛的生产工艺，以提高甲醇的转化率和甲醛的收率，降低原料和公用工程消耗。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种甲醛的生产工艺，以甲醇气体和空气的混合气体为原料，并加入催化剂，在高空速条件下于流化床反应器中进行氧化反应，接触时间为0.2-0.5秒，反应温度控制在350℃-380℃，所述甲醇气体的浓度为3％-5.5％，其反应方程式如下：
主反应：
CH3OH+1/2O2——HCHO+H2O+156.557kJ/mol ①
CH3OH——HCHO+H2-85.270KJ/mol ②
H2+1/2O2——H2O+241.827KJ/mol ③
副反应：
2CH3OH+3O2——2CO2+4H2O (1)
2HCHO+O2——2CO+2H2O (2)
2HCHO+O2——2HCOOH (3)。
作为改进：所述催化剂为Fe2O3-MoO。
本发明取得的有益效果是：工艺简单，甲醇单耗低，原料和公用工程消耗低，产品浓度高，能量利用合理，利用该工艺可以大规模生产甲醛，宜于推广应用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
实施例1：一种甲醛的生产工艺，以甲醇气体和空气的混合气体为原料，并加入催化剂，在高空速条件下于流化床反应器中进行氧化反应，接触时间为0.5秒，反应温度控制在350℃，所述甲醇气体的浓度为5.5％，其反应方程式如下：
主反应：
CH3OH+1/2O2——HCHO+H2O+156.557kJ/mol ①
CH3OH——HCHO+H2-85.270KJ/mol ②
H2+1/2O2——H2O+241.827KJ/mol ③
副反应：
2CH3OH+3O2——2CO2+4H2O (1)
2HCHO+O2——2CO+2H2O (2)
2HCHO+O2——2HCOOH (3)。
所述催化剂为Fe2O3-MoO。
其中副反应(1)、(2)对主反应生成甲醛的收率有一定影响，CO2的生成主要发生在催化剂层中，是平行反应的产物；而CO和甲酸主要是脱离催化剂层后生成的，是甲醛深度氧化的连串反应产物。对CO2的抑制，尚无有效方法；但对脱离催化剂层后深度氧化的连串副反应，则可以通过使反应物急速冷却的方法加以控制。
此法在空气-甲醇混合气中甲醇浓度低于爆炸区的下限(小于5.5％,即在含有过量的空气情况下操作)，由于空气过剩，甲醇几乎全部被氧化，所以此法又称为“纯粹的氧化工艺”。
1、反应温度
铁-钼催化剂导热性能差，不耐高温，必须严格控制反应温度。工艺上要求操作温度比催化剂允许的最大使用温度(即制备时焙烧温度)低20～40℃，即在380℃以下操作。温度超过480℃时，催化剂活性被破坏。甲醇进料浓度对氧化温度的影响很敏感，甲醇浓度绝对值增加0.1％，反应热点温度大约升高5℃，因此要保持原料气中甲醇浓度恒定。温度较低时，甲醇的转化率较低，甲醛的收率也不高，随着温度的增加，二者均提高。在300～360℃之间，甲醛单程收率可达90％左右，但温度太高，CO收率上升，而甲醛单程收率下降，所以选择反应温度在350℃左右。
2、原料配比
在一定浓度范围内(3％～8％)，甲醇在空气混合气中的配比对甲醛和CO收率无显著影响，但甲醇操作浓度太低，生产能力受限制。工业上通常采用在甲醇和空气混合物爆炸区下限浓度的最高值下进行安全生产，即原料中甲醇的操作浓度一般应在6％(体积)左右。
氧化反应具有高空速、放热大的特点，若采用流化床反应器，可提高甲醇操作浓度，使生产能力大幅度增加。
3、接触时间
接触时间对产物分布的影响是接触时间太短，则转化率太低；随着接触时间的延长，甲醇转化率提高，甲醛收率也提高，但是副产物CO和甲酸的收率也提高，所以操作中选择不能太长的接触时间。即在铁-钼催化剂上用过量空气氧化甲醇，适宜于在高空速条件下进行，常用的接触时间为0.2～0.5秒。
本工艺的生产参数表如下：
项目
甲醇转化率/％
97～98
甲醛产率/％
92.2～93.1
甲醇单耗/(kg/t 37％CH<sub>3</sub>O)
424～428
产品甲醇含量/％
0.3～0.7
产品甲醛浓度/％
37～55
反应温度/℃
250～400
副产中压蒸汽/kg
-750
催化剂一次装填量/kg
8450
催化剂使用周期/月
8
更换催化剂时间/天
3～4
废催化剂的处理方式
只能全部更换
占地面积/m<sup>2</sup>
1677.5
吨产品生产成本/元/吨产品
921.5
本工艺消耗指标与国内甲醛生产装置(“铁钼法”)平均水平的对比如下：
项目
本工艺水平
国内平均水平
备注
甲醇消耗(吨/吨)
0.601
0.61
电kWh/吨
28
30
蒸汽消耗(kg/吨)
-600
-400
水消耗(吨/吨)
1
1.2
甲醛浓度wt％
52％
50％
单套装置最大规模(万吨/年)
12～20
10
20万吨/年在建
单套装置投资(万元)
～2000
车间界区1米以内
单位产品直接生产成本(％)
～95
100
从上表可以看出，本工艺的原料和公用工程消耗以及产品浓度方面各项指标均处于领先水平。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。