一种利用甲醇生产高浓度甲醛的装置的制作方法

文档序号:24684402发布日期:2021-04-13 22:36阅读:192来源:国知局
一种利用甲醇生产高浓度甲醛的装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种生产甲醛的装置,具体涉及一种利用甲醇生产甲醛的装置,进一步涉及一种利用甲醇生产高浓度甲醛的装置。


背景技术:

2.甲醛是一种很重要的有机化工原料,用途非常广泛,合成树脂、表面活性剂、塑料、橡胶、皮革、造纸、染料、制药、农药、照相胶片、炸药、建筑材料以及消毒、熏蒸和防腐过程中均要用到甲醛,主要的下游产品为甲醛聚合物系列、三醛胶系列、多元醇系列、杂环化合物系列等,广泛应用于化工、医药生产的众多行业和领域。
3.甲醛属用途广泛、生产工艺简单、原料供应充足的大众化工产品,是甲醇下游产品树中的主干,世界年产量在2500万吨左右,30%左右的甲醇都用来生产甲醛。但甲醛商品通常是一种浓度较低的水溶液,从经济角度考虑不便于长距离运输,所以一般都在主消费市场附近设厂,进出口贸易也极少。
4.甲醛沸点为-19.5℃,在常温下是气态,通常以水溶液形式出现,水溶液的浓度最高可达55%,一般是35%~40%,通常为37%,称做甲醛水,俗称福尔马林,在较冷时久贮易混浊,在低温时则形成三聚甲醛沉淀。甲醛自身能进行缩合反应,在一般商品中,都加入10%-12%的甲醇作为抑制剂。甲醛应用于下游产品前,需先除去甲醛水溶液中的水和甲醇等杂质,额外增加了很大的能耗,带来经济效益下降和环保压力。


技术实现要素:

5.本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足,而提供一种利用甲醇生产高浓度甲醛的装置和方法,该装置和方法以工业甲醇(gb338-2011)的合格品或更高级品质的甲醇和空气为原料,是一种利用甲醇生产高浓度甲醛的技术。
6.为了实现上述目的,本实用新型采用如下技术方案:
7.本实用新型首先提供一种利用甲醇生产高浓度甲醛的装置,包括依次连接的风机、换热器、固定床反应器、吸收塔,精制塔,热解塔,其特征在于:
8.所述的风机,设有进料口i和出料口i,其中:进料口i分为两路,第一路与能够提供空气的装置相连接,第二路与吸收塔相连接;出料口i与换热器相连接;
9.所述的换热器,设有冷物料进料口ii、热物料出料口ii、热物料进料口iii、冷物料出料口iii,其中:冷物料进料口ii分为两路,第一路与风机的出料口i相连接,第二路与甲醇储罐相连接;热物料出料口ii与固定床反应器相连接;热物料进料口iii与固定床反应器相连接;冷物料出料口iii与吸收塔相连接;
10.所述的固定床反应器,顶部设有进料口iv、底部设有出料口iv,其中:进料口iv与换热器的热物料出料口ii相连接;出料口iv与换热器的热物料进料口iii连接;
11.所述的吸收塔,顶部设有排气口i、底部设有出料口v,塔壁一侧的中部设有进料口v、塔壁另一侧的上部设有进料口vi,其中:进料口v与换热器的冷物料出料口iii相连接;进
料口vi分为两路,第一路与吸收剂储罐相连接,第二路与热解塔相连接;排气口i分为两路,第一路与风机的进料口i相连接,第二路与尾气处理装置相连接;出料口v与精制塔相连接;
12.所述的精制塔,顶部设有排气口ii、底部设有出料口vi,塔壁一侧的中部设有进料口vii,塔壁另一侧的上部设有回流口,其中:进料口vii与吸收塔的出料口v相连接;排气口ii依次连接有冷凝器和回流罐,回流罐的出口分为两路,第一路与回流口相连接,第二路与甲醇储罐相连接从而将甲醇循环利用;出料口vi与热解塔相连接;
13.所述的热解塔,顶部设有排气口iii、底部设有出料口vii,塔壁一侧的中部设有进料口viii,其中:进料口viii与精制塔的出料口vi相连接;排气口iii与产品缓冲罐相连接;出料口vii与吸收塔的进料口vi相连接从而将吸收剂循环利用。
14.上述技术方案中,所述的固定床反应器,内部装填有催化剂a;所述的催化剂a为铁钼氧化物。
15.上述技术方案中,所述的吸收塔,内部装填有催化剂b;所述的催化剂b为固体酸催化剂,优选为大孔磺酸阳离子树脂催化剂。
16.上述技术方案中,所述的催化剂b,装填形式为组合规整填料的形式,组合规整填料的结构优选为专利cn204656548u(201520253109.6)中的记载的装填催化剂的组合规整填料结构。
17.上述技术方案中,所述的风机,换热器、固定床反应器、吸收塔、精制塔,热解塔均为现有技术存在的设备或者市售设备。
18.本实用新型首先提供一种利用甲醇生产高浓度甲醛的方法,包括以下步骤:
19.(1)氧化反应:空气经风机加压后和甲醇原料混合后依次流经冷物料进料口ii、热物料出料口ii、进料口iv后通入到固定床反应器中,空气与甲醇在固定床反应器内的催化剂a的催化作用下进行氧化反应,得到初级反应产物,初级产物为甲醛、微量甲酸和水、未反应的甲醇和空气;初级反应产物依次流经出料口iv、热物料进料口iii、冷物料出料口iii、进料口v经换热器换热后进入到吸收塔中;
20.(2)半缩醛反应:固定床反应器内形成的初级反应产物进入到吸收塔中,同时吸收剂由进料口vi也进入吸收塔中,初级产物和吸收剂在塔内催化剂b的催化作用下进行半缩醛反应,且被分离;分离后塔顶得到轻组分,轻组分为未反应的空气以及微量的甲醇、甲醛和吸收剂,轻组分从排气口i排出后一部分从进料口i返回风机中循环使用,另一部分与尾气处理装置相连接;分离后塔底得到的二级反应产物,二级反应产物为甲醛与吸收剂反应的所得的半缩醛、反应剩余的吸收剂、少量的甲醇、甲酸、微量水的混合物,依次流经出料口v、进料口vii后进入到精制塔中;
21.(3)精制:吸收塔塔底的二级反应产物进入到精制塔中,在精制塔内进行分离,塔顶得到轻组分,轻组分为气态甲醇、甲酸、水和微量重组分,从排气口ii排出后经冷凝器冷凝为液态进入回流罐,回流罐中物料一部分通过回流口返回精制塔中循环利用,另一部分返回甲醇储罐循环利用;分离后得到的重组分为甲醇和吸收剂的反应得到的半缩醛和反应剩余的吸收剂,依次流经出料口vi、进料口viii后进入到热解塔中;
22.(4)热解:精制塔塔底的重组分进入到热解塔中后,在热解塔内进行热解,塔顶得到轻组分,轻组分为气态甲醛,从排气口iii排出后与甲醛产品缓冲罐相连接;从塔底出料口vii排出的物料为吸收剂,返回吸收剂储罐循环利用。
23.上述技术方案中,步骤(1)中,随着氧化反应的进行得到初级产物,初级产物的温度相对较高、相当于热物料,空气与甲醇的温度相对较低、相当于冷物料;空气与甲醇依次流经换热器的冷物料进料口ii、热物料出料口ii,初级产物依次流经换热器的热物料进料口iii、冷物料出料口iii,冷热物料在换热器内进行换热;甲醇经换热后被加热成汽化甲醇后与空气一起再进入固定床反应器中进行反应,初级产物经换热后降温再进入吸收塔中。
24.上述技术方案中,步骤(1)中,所述的甲醇原料为符合工业甲醇gb338-2011要求的合格品或更高品级的甲醇。
25.上述技术方案中,步骤(1)中,所述的空气经风机加压,加压至0.20~0.40mpa。
26.上述技术方案中,步骤(1)中,甲醇汽化后与空气的体积比为3~8:100,优选为5.5~6.5:100。
27.上述技术方案中,步骤(1)中,甲醇汽化后与空气一起通入到固定床反应器中的体积空速为2~10h-1

28.上述技术方案中,步骤(1)中,所述的固定床反应器中,其内的反应温度为300~360℃,优选为345~355℃,反应压力为0.15~0.25mpa。
29.上述技术方案中,步骤(1)中,所述的催化剂a为铁钼氧化物,包括钼酸铁和三氧化钼,钼、铁的摩尔比为1.8~3.3:1。
30.上述技术方案中,步骤(2)中,固定床反应器内形成的初级反应产物进入到吸收塔中体积空速为1~6h-1

31.上述技术方案中,步骤(2)中,所述的催化剂b为固体酸催化剂,优选为大孔磺酸阳离子树脂催化剂。
32.上述技术方案中,步骤(2)中,所述的半缩醛反应,反应条件为:反应温度为70~100℃,反应压力为0.10~0.20mpa。
33.上述技术方案中,步骤(2)中,所述的吸收塔,操作条件为:塔顶温度为70~100℃,压力为0.10~0.15mpa;塔底温度为70~100℃,压力为0.10~0.25mpa。
34.上述技术方案中,步骤(2)中,在吸收塔内进行吸收的过程中,从进料口vi导入过量的吸收剂,有利于反应向吸收甲醛的方向进行;吸收剂与甲醇的摩尔比为1~2:1,优选为1.1-1.3:1。
35.上述技术方案中,步骤(2)中,所述的吸收剂为沸点为160~210℃的正庚醇、苯甲醇、环己基甲醇等醇中的任意一种、两种及以上以任意比例混合而成的混合物。
36.上述技术方案中,步骤(3)中,所述的精制塔,操作条件为:塔顶温度为75~105℃、压力为0.05~0.10mpa,塔底温度为95~115℃、压力为0.10~0.15mpa。
37.上述技术方案中,步骤(4)中,所述的热解塔,操作条件为:塔顶温度为140~150℃、压力为0.10~0.15mpa,塔底温度为140~150℃、压力为0.10~0.25mpa。
38.本实用新型技术方案的优点在于:
39.(1)本实用新型的产品质量优:甲醛的浓度≥99.9%,水≤0.05%。
40.(2)甲醛的特殊性质是自身容易聚合,通常以水溶液形式出现,含有10%-12%的甲醇作为抑制剂,应用于下游产品前需先制得纯甲醛,产生大量的废水和副产甲醇,额外增加了很大的能耗,而本实用新型的产品是干燥的气体甲醛,是相当稳定的,所以本实用新型具有明显的经济效益和环保优势。
附图说明
41.图1:本实用新型装置的整体结构示意图;
42.其中:1为风机,2为换热器,3为固定床反应器,4为吸收塔,5为精制塔,6为热解塔。
具体实施方式
43.以下对本实用新型技术方案的具体实施方式详细描述,但本实用新型并不限于以下描述内容:
44.本实用新型首先提供一种利用甲醇生产高浓度甲醛的装置,包括依次连接的风机1、换热器2、固定床反应器3、吸收塔4,精制塔5,热解塔6,如图1所示:
45.所述的风机1,设有进料口i和出料口i,其中:进料口i分为两路,第一路与能够提供空气的装置相连接,第二路与吸收塔4相连接;出料口i与换热器2相连接;
46.所述的换热器2,设有冷物料进料口ii、热物料出料口ii、热物料进料口iii、冷物料出料口iii,其中:冷物料进料口ii分为两路,第一路与风机1的出料口i相连接,第二路与甲醇储罐相连接;热物料出料口ii与固定床反应器3相连接;热物料进料口iii与固定床反应器3相连接;冷物料出料口iii与吸收塔4相连接;
47.所述的固定床反应器3,顶部设有进料口iv、底部设有出料口iv,其中:进料口iv与换热器2的热物料出料口ii相连接;出料口iv与换热器2的热物料进料口iii连接;
48.所述的吸收塔4,顶部设有排气口i、底部设有出料口v,塔壁一侧的中部设有进料口v、塔壁另一侧的上部设有进料口vi,其中:进料口v与换热器2的冷物料出料口iii相连接;进料口vi分为两路,第一路与吸收剂储罐相连接,第二路与热解塔6相连接;排气口i分为两路,第一路与风机1的进料口i相连接,第二路与尾气处理装置相连接;出料口v与精制塔5相连接;
49.所述的精制塔5,顶部设有排气口ii、底部设有出料口vi,塔壁一侧的中部设有进料口vii,塔壁另一侧的上部设有回流口,其中:进料口vii与吸收塔4的出料口v相连接;排气口ii依次连接有冷凝器和回流罐,回流罐的出口分为两路,第一路与回流口相连接,第二路与甲醇储罐相连接从而将甲醇循环利用;出料口vi与热解塔6相连接;
50.所述的热解塔6,顶部设有排气口iii、底部设有出料口vii,塔壁一侧的中部设有进料口viii,其中:进料口viii与精制塔5的出料口vi相连接;排气口iii与产品缓冲罐相连接;出料口vii与吸收塔4的进料口vi相连接从而将吸收剂循环利用。
51.本实用新型中,所述的固定床反应器3,内部装填有催化剂a;所述的催化剂a为铁钼氧化物。
52.本实用新型中,所述的吸收塔4,内部装填有催化剂b;所述的催化剂b为固体酸催化剂,优选为大孔磺酸阳离子树脂催化剂。
53.本实用新型中,所述的催化剂b,装填形式为组合规整填料的形式,组合规整填料的结构优选为专利cn204656548u(201520253109.6)中的记载的装填催化剂的组合规整填料结构。
54.本实用新型中,所述的风机,换热器、固定床反应器、吸收塔、精制塔,热解塔均为现有技术存在的设备或者市售设备。
55.本实用新型首先提供一种利用甲醇生产高浓度甲醛的方法,包括以下步骤:
56.(1)氧化反应:空气经风机1加压后和甲醇原料混合后依次流经冷物料进料口ii、热物料出料口ii、进料口iv后通入到固定床反应器3中,空气与甲醇在固定床反应器3内的催化剂a的催化作用下进行氧化反应,得到初级反应产物,初级产物为甲醛、微量甲酸和水、未反应的甲醇和空气;初级反应产物依次流经出料口iv、热物料进料口iii、冷物料出料口iii、进料口v经换热器2换热后进入到吸收塔4中;
57.(2)半缩醛反应:固定床反应器3内形成的初级反应产物进入到吸收塔4中,同时吸收剂由进料口vi也进入吸收塔中,初级产物和吸收剂在塔内催化剂b的催化作用下进行半缩醛反应,且被分离;分离后塔顶得到轻组分,轻组分为未反应的空气以及微量的甲醇、甲醛和吸收剂,轻组分从排气口i排出后一部分从进料口i返回风机1中循环使用,另一部分与尾气处理装置相连接;分离后塔底得到的二级反应产物,二级反应产物为甲醛与吸收剂反应的所得的半缩醛、反应剩余的吸收剂、少量的甲醇、甲酸、微量水的混合物,依次流经出料口v、进料口vii后进入到精制塔5中;
58.(3)精制:吸收塔(4)塔底的二级反应产物进入到精制塔5中,在精制塔5内进行分离,塔顶得到轻组分,轻组分为气态甲醇、甲酸、水和微量重组分,从排气口ii排出后经冷凝器冷凝为液态进入回流罐,回流罐中物料一部分通过回流口返回精制塔5中循环利用,另一部分返回甲醇储罐循环利用;分离后得到的重组分为甲醇和吸收剂的反应得到的半缩醛和反应剩余的吸收剂,依次流经出料口vi、进料口viii后进入到热解塔6中;
59.(4)热解:精制塔5塔底的重组分进入到热解塔6中后,在热解塔6内进行热解,塔顶得到轻组分,轻组分为气态甲醛,从排气口iii排出后与甲醛产品缓冲罐相连接;从塔底出料口vii排出的物料为吸收剂,返回吸收剂储罐循环利用。
60.下面结合具体的实施例,对本实用新型进行阐述:
61.实施例1:
62.一种利用甲醇生产高浓度甲醛的方法,具体包括以下步骤:
63.(1)氧化反应:空气经风机1加压后,和工业甲醇(gb338-2011)的合格品作为原料,甲醇汽化后与空气的体积比为6:100进行混合后流经换热器2后由进料口iv(体积空速为5h-1
)通入到固定床反应器3中,空气与甲醇在固定床反应器3内的催化剂a(包括钼酸铁和三氧化钼,钼、铁摩尔比为3:1)的催化作用下进行氧化反应,反应温度为345~350℃,反应压力为0.18~0.20mpa,得到初级反应产物;初级反应产物为甲醛、未反应的甲醇、甲酸、水的混合物。初级反应产物依次流经出料口iv、进料口iii,进入换热器2换热后,进入到吸收塔4中;
64.(2)半缩醛反应:固定床反应器3内形成的初级反应产物进入到吸收塔4中(体积空速为4h-1
),和吸收剂苯甲醇在塔内催化剂b(催化剂b为凯瑞环保科技股份有限公司的kc107型催化剂)的催化作用下进行半缩醛反应,且被分离;苯甲醇与甲醇的摩尔比为1.2:1。分离后塔顶得到轻组分,轻组分为未反应的空气,微量的甲醇、甲醛和吸收剂等,从排气口i排出后一部分从进料口i返回风机1中循环使用,另一部分与尾气处理装置相连接;分离后塔底得到二级反应产物,二级反应产物为甲醛与苯甲醇反应所得的半缩醛、反应剩余的吸收剂、少量的甲醇、微量水和甲酸的混合物,依次流经出料口v、进料口vii后进入到精制塔5中;吸收塔4的操作条件为:塔顶温度为80℃,压力为0.12mpa,塔底温度为85℃,压力为0.14mpa。
65.本实施例中,催化剂的装填形式参考专利cn204656548u(201520253109.6)中的装
填催化剂的组合规整填料,包括:多个装有催化剂颗粒的催化剂模片、多个金属孔板波纹填料片2和束型钢带;催化剂模片由内衬相同材质金属丝网的金属菱形板压制成规定形状后,装入催化剂颗粒点焊封口后构成;催化剂颗粒的形状可以有多种,本实施例给出的催化剂颗粒为球状颗粒,直径为0.355—1.25毫米;催化剂模片采用4
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8不锈钢菱形板网与同材质的60目不锈钢丝网点焊复合后压制成截面为底角不小于60
°
的两条等腰梯形结构,两端封口;金属孔板填料片为150-700x型或150-700y型,本实施例选用700y型不锈钢孔板波纹填料片;多个催化剂模片和不锈钢孔板波纹填料片2在沿塔直径方向线性等间距交错排布后用同材质钢带束型,最后安装防壁流圈,进一步保证催化蒸馏元件的稳固和催化蒸馏效果,同时在进塔安装时更为方便。
66.(3)精制:吸收塔塔底的二级反应产物进入到精制塔5中,在精制塔5内进行分离,操作条件为:塔顶温度为95℃、压力为0.06mpa,塔底温度为105℃、压力为0.11mpa。塔顶得到轻组分,轻组分为气态甲醇、甲酸、水和微量重组分,从排气口ii排出后经冷凝器冷凝为液态进入回流罐,回流罐中物料一部分通过回流口返回精制塔5中循环利用,另一部分返回甲醇储罐循环利用;从塔底出料口vi排出的重物质为甲醇和苯甲醇反应生成的半缩醛和剩余的吸收剂;
67.(4)热解:精制塔5塔底的物料半缩醛进入到热解塔6中后,在热解塔内进行热解,塔顶得到轻组分,轻组分为气态甲醛与甲醛产品缓冲罐相连接;从塔底出料口vii排出的物料为吸收剂,返回吸收剂储罐循环利用;热解塔的操作条件为:塔顶温度为145℃、压力为0.12mpa,塔底温度为145℃、压力为0.12mpa。
68.本实施例产品中,甲醛的浓度为99.92%,水的浓度为0.04%。
69.实施例2:
70.一种利用甲醇生产高浓度甲醛的方法,具体包括以下步骤:
71.(1)氧化反应:空气经风机1加压后,和工业甲醇(gb338-2011)的合格品作为原料,汽化甲醇汽与空气的体积比为5.5:100进行混合后,流经换热器2后由进料口iv(体积空速为5h-1
)通入到固定床反应器3中,空气与甲醇在固定床反应器内的催化剂a(与实施例1相同)的催化作用下进行氧化反应,反应温度为345~350℃,反应压力为0.18~0.20mpa,得到初级反应产物;初级反应产物为甲醛、未反应的甲醇、甲酸、水的混合物。初级反应产物依次流经出料口iv、进料口iii,进入换热器2换热后,进入到吸收塔4中;
72.(2)半缩醛反应:固定床反应器3内形成的初级反应产物进入到吸收塔4中(空速为4h-1
),和吸收剂正庚醇在塔内催化剂b(催化剂b及组合规整填料的设置与实施例1相同)的催化作用下进行半缩醛反应,且被分离;正庚醇与甲醇的摩尔比为1.15:1。分离后塔顶得到轻组分,轻组分为未反应的空气,微量的甲醇、甲醛和吸收剂等,从排气口i排出后一部分从进料口i返回风机1中循环使用,另一部分与尾气处理装置相连接;分离后塔底得到二级反应产物,二级反应产物为甲醛与正庚醇反应所得的半缩醛、反应剩余的吸收剂、少量的甲醇、微量水和甲酸的混合物,依次流经出料口v、进料口vii后进入到精制塔5中;吸收塔4的操作条件为:塔顶温度为83℃,压力为0.13mpa,塔底温度为87℃,压力为0.15mpa。
73.(3)精制:吸收塔4塔底的二级反应产物进入到精制塔5中,在精制塔内进行分离,操作条件为:塔顶温度为97℃、压力为0.06mpa,塔底温度为108℃、压力为0.11mpa。塔顶得到轻组分,轻组分为气态甲醇、甲酸、水和微量重组分,从排气口ii排出后经冷凝器冷凝为
液态进入回流罐,回流罐中物料一部分通过回流口返回精制塔中循环利用,另一部分返回甲醇储罐循环利用;从塔底出料口vi排出的重物质为甲醇和正庚醇反应生成的半缩醛和剩余吸收剂;
74.(4)热解:精制塔5塔底的物料半缩醛进入到热解塔6中后,在热解塔内进行热解,塔顶得到轻组分,轻组分为气态甲醛,与甲醛产品缓冲罐相连接;从塔底出料口vii排出的物料主要为吸收剂,返回吸收剂储罐循环利用;热解塔的操作条件为:塔顶温度为147℃、压力为0.13mpa,塔底温度为147℃、压力为0.13mpa。
75.本实施例产品中,甲醛的浓度为99.94%,水的浓度为0.03%。
76.上述实例只是为说明本实用新型的技术构思以及技术特点,并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型的实质所做的等效变换或修饰,都应该涵盖在本实用新型的保护范围之内。
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