年产5万吨甲醛工艺设计——总工艺流程的设计

1、目 录摘 要1Abstract11 概述21.1 性状及用途21.1.1 甲醛的性状21.1.2 甲醛的用途21.1.3 甲醇的性状21.1.4 甲醇的用途:31.2 国内甲醛生产现状31.2.1 生产能力及产量31.2.2 影响甲醛价格的因素41.2.3 甲醛的消费情况41.3 甲醛的工艺方法概述51.3.1 甲醛的合成方法51.3.2 合成方法的确定62 工艺流程介绍72.1 流程说明72.2 生产工艺条件的影响93 工艺计算103.1 设计条件103.2 物料恒算113.2.1 产品产量及组成113.2.2 甲醇投入量113.2.3 空气消耗量113.2.4 尾气量113.2.5 数据校核123.2.6 各主要单元设备的物料衡算表(按每小时计)143.2.7 物料平衡总表173.3 热量恒算：183.3.1 甲醇蒸发器（按每小时计算）183.3.2 过热器:193.3.3 氧化器的热量衡算：203.3.4 吸收塔（包括一吸塔和二吸塔）的热量衡算223.3.5 装置热量总表23结束语24参考文献：25致谢26年产5万吨甲醛工艺设计总工艺流程的设计摘 要：甲醛作为一种基础化工产品，一

2、直都有着广泛的需求市场。本文在阅读大量文献的基础上，选择用银催化剂进行了年产5万吨甲醇氧化制甲醛的工艺设计，探讨了由甲醇氧化合成甲醛的具体工艺路线和条件、主要工段具体的物料衡算与能量衡算。关键词：甲醇；氧化；甲醛；生产工艺；物料恒算；能量恒算Annual output of 50,000 tons of formaldehyde in the production process designAbstract: As a basical chemical products, formaldehyde has been always demand for a broad market. In this paper, based on a lot of reading, choosed silver as the catalysts to design the technology of the annual output of 50,000 tons of methanol oxidation to formaldehyde, I explored the specific proces

3、s routes and the conditions, the main section in the specific mass balance and energy balance. Key-words：methanol；oxidation；formaldehyde； technology design； material balance ,thermal balance1 概述1.1 性状及用途1.1.1 甲醛的性状甲醛，又称蚁醛,化学分子式：,分子量：30.03。在常温下，是无色有强烈刺激性气味的气体，气体的相对密度约为1.06。易溶于水，醇和醚，通常是以水溶液形式出现的，水溶液的浓度最高可达55，通常是40，俗称福尔马林（formalin），是有刺激气味的无色液体。其保藏于冷处时，生成仲甲醛而变浑浊。蒸发时也生成仲甲醛。加入8%12%甲醇，可防止聚合。有强还原作用，特别是在碱性溶液中。能燃烧。蒸气与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限7%-73%（体积）。着火温度约300。甲醛在低温容易聚合，生成不溶于水的白色沉淀物故甲醛贮存温度一般为为840。1.1.2 甲醛的用途甲醛是一种重

4、要的有机化工原料，是甲醇最重要的衍生产品之一，主要有脲醛树脂(胶粘剂、氨基塑料)、酚醛树脂(胶粘剂、酚醛塑料、杀车片)、蜜胺甲醛树脂(胶粘剂、蜜胺塑料)及其他各种甲醛树脂；其次是用于生产聚甲醛树脂、聚甲醛工程塑料，多聚甲醛，乌洛托品，季戊四醇，新戊二醇，三羟甲基丙烷，三羟甲基乙烷，二羟甲基丙酸，吡啶及其衍生物，炔醛法1，4一丁二醇及其衍生物(PBT、PTMEG、7-丁内酯、N一甲基吡咯烷酮、乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯基吡咯烷酮)，二苯基甲烷异氰酸酯(MDI)，螯合剂(EDTA、NTA等)，聚乙烯醇(维尼纶)，甲缩醛，硝基烷烃衍生物(三羟甲基硝基甲烷、三羟甲基氨基甲烷等)，脲醛预缩液，缓释肥料大颗粒尿素)，纤维处理化学制品，纸张处理化学制品等等，有16个大类近几百个品种。同时甲醛在农药、医药、炸药和染料工业，还可做杀虫剂、消毒剂、溶剂和还原剂在农业上可做尿素一甲醛型缓效肥料。1.1.3 甲醇的性状 甲醇又名木醇，木酒精，是一种最简单的饱和醇。分子式为，相对分子质量为32.04。在常温常压下，甲醇是无色澄清液体。微有乙醇样气味。易挥发。易流动。燃烧时无烟有蓝色火焰。能与多种化合物形成共沸混合物

5、。能与水、乙醇、乙醚、苯、酮类和其他有机溶剂混溶。溶解性能优于乙醇，能溶解多种无机盐类，如碘化钠、氯化钙、硝酸铵、硫酸铜、硝酸银、氯化铵和氯化钠等。相对密度为0.7915。熔点-97.8。沸点64.7。折光率为1.3292。闪点12。易燃，蒸气能与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限6.0%36.5%(体积)。有毒，一般误饮15ml可致眼睛失明，一般致死量为100200ml。1.1.4 甲醇的用途:甲醇在工业上用途非常广泛,主要有以下1:（1）作有机化工原料。甲醇是基础的有机化工原料，主要应用于精细化工，塑料等领域，用来制造二甲醚、甲醛、甲酸、醋酸、等多种有机产品，也是农药、医药的重要原料之一。（2）作燃料甲醇汽油。甲醇在深加工后可作为一种新型清洁燃料，也可加入汽油掺烧，即甲醇汽油。因甲醇和汽油相似，可以方便的储存、运输和添加等，那么甲醇作为汽油的替代品，具有其他物质无可比拟的优越性。（3）甲醇燃料电池（Methanol Fuel Cell，MFC）为适应全球性的能源可持续利用和环境保护的需要，甲醇燃料电池技术已经成为国际高技术研究开发的热点。因直接甲醇燃料电池是甲醇不经过预处理可直接应用于

6、阳极反应产生电流并生成水和二氧化碳，洁净无污染，且能量转换率高（实际效率可达70%以上），具有高能量密度、高功率、零污染等特点，即操作简便、综合性能优良，因此具有广泛的应用前景。1.2 国内甲醛生产现状 1.2.1 生产能力及产量我国工业甲醛的生产能力近十年内有很大的增长，据不完全统计，我国现有甲醛生产装置约439套，装置总能力超过1172万吨，已居世界首位1。目前我国银法装置的生产能力仍占绝大部分。铁钼法生产能力仅占国内生产能力的5%左右。从总体看，我国工业甲醛的单套装置能力较为偏小，平均仅为2万吨/套，最小的只有0.5万吨/套。其中，铁钼法中最大为8万吨/套，最小为1.5万吨/套；银法中最大为16万吨，最小为0.5万吨/套。据调查，我国甲醛生产厂家现主要集中在山东、广东、河北、江苏等地区。其中华北地区（包括山东、河北、天津、北京、山西五省市）的生产能力约占全国总生产能力的1/3，而西北地区的生产能力很小，还不到全国的1%。目前山东省是全国最大的甲醛生产地区，生产能力约198万吨/年；其次是广东省，生产能力约158万吨/年；江苏省排名第三，生产能力约145万吨/年；第四位是河北地区（

7、包括天津市和北京市），生产能力约105.2万吨/年2。1.2.2 影响甲醛价格的因素影响甲醛价格的因素的因素比较多，归结起来有以下几点3：甲醛的生产成本：构成甲醛生产成本的有原料（甲醇）、电、水、催化剂、设备维护、人工及管理费用等，其中原料甲醇是最主要的生产成本，约占甲醛生产总成本的90%左右。这几年甲醛价格在不断上涨，其中一个重要原因就是甲醇价格的上涨。2001年的甲醇价格为1200元/吨，2002年不到1300元/吨，2003年2100元/吨，2004年为2200元/吨。可以看出，甲醛价格与甲醇价格基本上呈现一种线性关系。下游需求状况：甲醛下游产品的需求量增长较快，拉动了甲醛产量的增大，但由于下游产品的价格相对较稳定，上升幅度小， 在一定程度上制约了甲醛价格的提高。地区差异：甲醛单位价值不太高，不适宜于长途运输，否则运费太贵，不合算，所以甲醛基本上是就地产销的产品，呈现明显的地域特征，各地区之间的价格差异比较大。目前来看，河北、山东等地的甲醛价格比较低，出厂价在11001200元左右的水平，而福建、广西、四川、重庆等地，甲醛价格相对较高，出厂价在13501500元左右的水平。1.2

8、.3 甲醛的消费情况目前，全球甲醛的生产能力已经达到4084.1万吨，其中，中国有500多家甲醛生产厂，总产能近2500万吨居于首位，占世界总产能的61。但2011年的全球甲醛消费量预测值只有约3434.2万吨，而目前国内甲醛的产能也早已严重过剩，而市场需求却增长缓慢，甚至出现停滞下滑趋势。2009年的全球经济危机更使国内甲醛市场雪上加霜，房地产市场的冷清导致家具、板材市场低迷，出口受阻，内需减少，中小家具、板材企业也困难重重，由于下游产品对价格的支撑不足，甲醛厂家无法将成本压力转嫁到下游产品上，因此，甲醛厂家要想在未来的市场上有立足之地，必须改进生产工艺，稳定生产，降低生产成本4。1.3 甲醛的工艺方法概述1.3.1 甲醛的合成方法目前，国内外由甲醇生产甲醛主要有以下几种方法：1银催化剂法5：银法生产工艺开始使用的时间较早，随着对催化剂和工艺条件的改进，至今仍然是最有竟争力的方法之一。目前国内的银催化氧化法分传统工艺和尾气循环工艺。传统工艺中尾气全部至尾气处理器燃烧，回收热能，产生的蒸汽送至气包供生产使用；尾气循环工艺流程类似于传统工艺，其主要差异在于一部分尾气至尾气处理器燃烧，回收

9、热能，一部分尾气循环至混合器作为反应热的稳定剂，尾气循环工艺比传统工艺具有甲醇转化率高，单耗低以及生产不同浓度的甲醛等优点。传统银法工艺：原料气（在爆炸极限以上的甲醇与空气混合气）经反应器中的银催化剂（浮石载银或电解银）进行氧化、脱氢反应。通过甲醛、空气及加入的水蒸气的比例控制反应温度在600680。反应后的气体经塔内以水为吸收剂循环吸收，得到37%42%的工业甲醛。2. 铁钼催化剂法6：铁钼法到二十世纪三十年代才开始工业化生产。瑞典PerstorPaB公司是世界上著名的铁钼法甲醛技术的所有者和甲醛生产者之一。与银催化法相反，该法在空气过剩即在低于甲醇空气爆炸下限条件下进行操作。反应在常压、300450下进行。催化剂为氧化铁氧化钼，有时尚添加钴、铬等氧化物作助催化剂。采用管式反应器，并用高沸点液体作为热载体移出反应热，用于生产蒸汽。冷却到100以下的反应气体，在吸收塔中被水吸收，调节水量可得到3755(质量)的甲醛产品。甲醇转化率为9599，甲醛收率可达9194。3 甲缩醛氧化法：甲缩醛氧化法制取高浓度甲醛由三步进程完成：甲缩醛的合成、甲缩醛氧化和过浓度甲醛吸收与处理。甲缩醛氧化法是制备高浓度甲醛溶液的另一种方法。日本旭化成公司于20世纪80年代开发成功的这一生产方法，是将甲醛和甲醇在阳离子交换树脂的催化作用下，采用反应精馏的方法先合成甲缩醛，然后将甲缩醛在铁钼氧化催化剂的作用下，用空气氧化生产甲醛。4 二甲醚氧化法：将二甲醚气体与空气混合，预热后通过多管式固定床反应器，管内装有金属氧化物催化剂，管外用液体导热法移走反应热量。反应器结构与铁钼法相同。反应压力为常压，温度450-500，空速为1000-4000m/h，催化剂为金属氧化钨，也有氧化

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