影响甲醛生产装置效率的因素及控制方法
2020-06-02许海霞马晓波陕西陕化煤化工集团有限公司陕西渭南714100
许海霞 马晓波（陕西陕化煤化工集团有限公司，陕西渭南 714100）
1 概述
1957年我国开始生产甲醛，随后，甲醛产量逐年增长，工艺日不断优化。目前，工业甲醛生产均使用甲醇作为原料，用于甲醇氧化制甲醛的主要催化剂有两类：一类是银催化剂，另一类是铁钼氧化物催化剂。
表1 银法以及铁钼法的比较
铁钼法具有甲醇消耗量较少、反应温度较低、甲醛收率以及浓度较高、杂质含量较少以及对毒物相对不敏感等优点。在我国制造高浓度甲醛主要是采用铁钼法，但是业内关于装置运行效率的研究相对比较少。因此，本文对铁钼法生产甲醛装置运行效率进行分析，并对其影响因素进行探索，以供业内相关从业人员参考。
2 铁钼法装置的流程及存在问题
2.1 铁钼法生产甲醛工艺简介
新鲜空气加压与循环气体混合后由二台风机送入系统，甲醇经喷头注入甲醇蒸发器与循环气混合，混合物被加热后经过反应器，在反应器管程中的催化剂床层上甲醇发生氧化生成甲醛。反应后混合气从反应器底部进入吸收塔1，混合气体冷却吸收后，塔釜浓度为55%左右的甲醛，从吸收塔1的底部排出。另一部分混合气体进行循环吸收，进入吸收塔2。从吸收塔排出的尾气70%循环返回工艺气中，其余的进入ECS催化剂反应器中。进入ECS 催化剂反应器的尾气中含有CH2O、CO、CH3OCH3和未反应的甲醇，这些成分经催化剂转化为H2O 和CO2。
2.2 存在问题
铁钼法生产高浓度甲醛，在生产运行过程中，影响系统负荷和甲醇收率的主要问题有：催化剂的装填不合理；生产原料质量不稳定；甲醛转化率比较低，工艺气中存在着大量的甲醇和一氧化碳；甲醛的聚合和分解；吸收效率低，大量的甲醛逸散。下面对以上问题进行分析，并给出一定的改进措施。
3 铁钼法甲醛工艺中主要问题的分析及改进措施
3.1 催化剂的装填方式
为了保证催化剂的催化效率以及寿命，有利于催化剂发挥其催化活性，可以进行分段、分比例的填装。铁钼催化剂在填装过程中需要保证分散均匀，有效规避裂隙、粉粹、漏管、架桥等情况的发生。
3.2 严格控制生产原料质量
在选择甲醇的过程中要严格的对原料甲醇进行计量和检测，以保证甲醇重量和质量的精准。原料中杂质多的话会直接引起副反应，要保证其中的杂质含量在规定范围内，杂质还可以影响到催化剂的使用寿命，例如占比超过5ppm 的硫就会使催化剂在一周内失活。生产的过程中应该选择精甲醇作为原料，并且尽量固定原料甲醇的来源，由此可以降低杂质对生产的影响。
空气较差，会导致空气中含有的油分及尘埃覆盖在催化剂表面，最终减少甲醇和铁钼氧化物的接触机会，并且降低甲醇氧化几率。因此，要确保进入反应系统的空气质量，避免影响催化剂的活性和使用寿命。
3.3 及时调整反应条件
甲醇与氧气反应生成甲醛，同时也会发生副反应生成一氧化碳和二甲醚等副产物。如果催化剂活性低或反应温度低，未反应的甲醇损失量会增高。相反，催化剂活性高或反应温度高，未反应的甲醇量会降低，但一氧化碳的生成量会增大。由于二甲醚的生成不会受工艺参数明显地影响，获得最大产率的调整实际上等同于找出未反应甲醇损失量与一氧化碳生成量的最佳状态。
产物和反应温度变化的关系
甲醇含量在吸收过程中也会增加甲醛的分压或引起液泛，从而影响系统效率。通过改变工艺参数可抑制副反应，调整未反应甲醇的含量，提高装置的产量。在甲醇流量、工艺气流量、加压风机压力不变的情况下，调整HTF沸点温度。使得产品中甲醇的浓度保持在0.3～0.8%，或使循环气中CO 的浓度保持在0.8～1.2vol%之间，通过这样的操作，产率可以达到90～94%。
3.4 防止甲醛的聚合和分解
由于甲醛溶液不稳定，在低温下易聚合，形成聚甲醛。在吸收塔内，塔体的中下部甲醛浓度过高，如果温度控制过低，很容易聚合。如果循环液量过少，如果填料层存在干表面，甲醛在填料的干表面生成聚甲醛，填料层的通道变小，导致气相通过时流速变快，出现泡沫或液泛等现象。升温会加速甲酸的生成，发生康尼查罗反应，一分子甲醛氧化成甲酸，一分子甲醛还原成甲醇，这种变化的快慢取决于甲醛溶液的浓度和贮存温度。为防止上述变化发生，通常须根据不同的甲醛浓度确定工艺温度和贮放时间，提高甲醛产品质量。
3.5 控制吸收塔顶温度
生产高浓度甲醛时，吸收塔2 的塔顶温度高是吸收塔吸收性能低的主要原因。反应混合气进入吸收塔时温度很高，这些混合气体中的甲醛和甲醇等随着温度的降低被液相吸收。如果吸收塔系统温度增加，较高的温度会导致甲醛在水中的溶解度的降低，在循环气体中的水分含量也将随之增加，从而降低了吸收效率。由于水会使催化剂钝化，含水量增加将导致未反应甲醇的含量快速上升，在0.03Mpa加压下操作条件下，在吸收塔2 的塔顶温度超过45℃时，反应器甲醇进料量超过设计负荷的80%以后，循环气中因带液导致循环风机超负荷，循环风机电机轴承温度和震动会频繁高报警或引发跳车。
导致吸收塔顶温度高的原因主要是因为换热器循环水被泥沙和水垢堵塞，导致换热效率差。因此，应根据换热器的换热情况，定期对每层盘管进行疏通和清洗处理，保证吸收系统换热效率。控制吸收塔2 顶部温度不超过38℃，从而确保离开吸收塔顶的尾气中甲醛含量不能超过1000ppm。
4 结语
用铁钼法工艺生产甲醛，在生产过程中通过对影响甲醛生产装置效率的因素及控制方法的分析和认识，采取相应措施，这会使得甲醛生产装置的生产效率得到明显改善。
