一种脲醛预缩液的制备系统和制备工艺的制作方法

本发明涉及脲醛制备
技术领域：
，尤其是一种脲醛预缩液的制备系统和制备工艺。
背景技术：
：目前环境保护逐渐被重视，而大部分人造板厂商都是通过购买甲醛来自行成产胶水满足生产需要的，甲醛直接制胶对环境危害较大，部分制胶车间达不到环保要求，为维持正常生产，人造板厂商只能直接采购胶水，导致胶水的需求量不断上升。但是胶水的运输非常不便，需要提供恒定的温度，且工业胶水为危险化学品，需由专业的特种槽罐车来运输。此外胶水的保质期较为短暂，不能大量存储，影响人造板厂家的正常生产。脲醛预缩液(脲醛预缩液简称ufc)是节能环保型产品，人造板厂商以此为原料制胶能满足环保要求，在取得相关许可后可以继续自行制胶，减少了甲醛制备和运输及成品胶水运输方面的困难。目前国内的ufc产量小，且生产时主要使用铁钼法，铁钼法工艺存在相对投资大、动力消耗高、成本高、装置能力有限等缺点。并且所使用的贵金属催化剂无法再生，需每年更换，花费高昂。技术实现要素：本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种脲醛预缩液的制备系统和制备工艺，以甲醇、空气和水蒸气为主要原料制备甲醛，并以尿素和制得的甲醛为主要原料制备ufc，管路中的蒸汽能够进行多向分配，生产过程中产生的尾气和烟道气能通过管路回收利用，利用本系统可以实现大规模连续化的ufc生产，且过程清洁高效。本发明制备系统所采用的技术方案如下：一种脲醛预缩液的制备系统，包括甲醇蒸发器、过热器、过滤器、氧化器、第一吸收塔、尾气处理器和ufc合成塔，空气过滤器通过罗茨风机连接甲醇蒸发器的空气入口，甲醇储罐依次通过甲醇输送泵、甲醇循环泵连接甲醇换热器的第一通道入口，甲醇换热器的第一通道出口通过管路与甲醇蒸发器的甲醇入口连通，甲醇蒸发器的甲醇出口通过管路与甲醇输送泵和甲醇循环泵连接的管路汇合，甲醇蒸发器的混合气体出口通过管路与过热器的混合气体入口连通，所述过热器的第一蒸汽入口和第二蒸汽入口分别通过管路连接蒸汽分配器的第二接口和第一接口，过热器的混合气体出口通过管路与过滤器的入口连通，过热器的液态水出口通过管路与热水槽的第一入口连通，过滤器的出口通过管路与氧化器的物料入口连通，氧化器的蒸汽出口通过管路与第一汽包的第一入口连通，氧化器的锅炉水入口通过管路与第一汽包的第一出口连通，氧化器的甲醛出口通过管路与高温气换热器的第二通道入口连通，所述高温气换热器的第二通道出口通过管路与第一吸收塔的甲醛低温气第一入口连通，第一软水入口通过管路与第一吸收塔连通，第一吸收塔的甲醛第一出口通过管路串联第三循环泵并与高温气换热器的第一通道入口连通，高温气换热器的第一通道出口通过管路与ufc合成塔的甲醛入口连通，尿素给料口、第二软水入口和ufc出口分别通过管路与ufc合成塔连通，于连接ufc出口的管路上串联第七循环泵，所述ufc合成塔的尾气出口通过管路和大气连通，于连接所述尾气出口的管路上还分流出一条串联循环风机的支路，所述支路的末端与ufc合成塔的循环物料入口连通；所述第一吸收塔的甲醛第二出口通过管路串联第四循环泵并与甲醇换热器的第二入口连通，甲醇换热器的第二出口通过水冷换热器的第一通道与第一吸收塔的甲醛第二入口连通，第一吸收塔的尾气出口通过管路与尾气液封罐的入口连通，尾气液封罐的出口通过管路与尾气处理器的尾气入口连通，尾气处理器的蒸汽出口和蒸汽入口分别通过管路与第二汽包的第一入口和第一出口连通，循环风机的出风口和循环物料入口连接的管路上分流出一条支路，所述支路的末端与尾气处理器的循环物料出口连通，尾气处理器还通过尾气风机与大气连通；所述热水槽的第二入口通过管路与锅炉水入口连通，所述热水槽的出口通过管路连接锅炉水泵的入口，锅炉水泵的出口管路分流出两条支路，一条支路通过管路与第二汽包的第二入口连通，另一条支路通过管路与第一汽包的第二入口连通；所述第一汽包的第二出口通过管路与蒸汽分配器的第六接口连通，所述蒸汽分配器的第五接口通过管路与蒸汽排空出口连通，所述第二汽包的第二出口通过管路与蒸汽分配器的第四接口连通，第二汽包上还开设用于排出多余蒸汽的第三出口。其进一步技术方案在于：于所述甲醇换热器的第二通道两端并联一条恒温支路；于连接所述水冷换热器第一出口的管路上分流出一条支路，所述支路连接甲醛储罐，水冷换热器还包括用于冷却水循环的第二通道；第一吸收塔还包括第二塔换热器和第三塔换热器，所述第一吸收塔的第二塔出口通过管路串联第二循环泵并与第二塔换热器的第一通道入口连通，第一吸收塔的第二塔入口通过管路与第二塔换热器第一通道出口连通，第二塔换热器还包括用于冷却水循环的第二通道；所述第一吸收塔的第三塔出口通过管路串联第一循环泵并与第三塔换热器的第一通道入口连通，第一吸收塔的第三塔入口通过管路与第三塔换热器第一通道出口连通，第三塔换热器还包括用于冷却水循环的第二通道；于所述ufc合成塔一侧的顶部和底部分别设置第一内循环入口和第一内循环出口，所述第一内循环出口通过管路串联第五循环泵并与第一内循环入口连通；ufc合成塔还包括第二内循环入口和第二内循环出口，所述第二内循环出口通过管路依次连接第六循环泵及物料换热器第一通道并与第二内循环入口连通；尿素给料口通过管路依次串联尿素储罐和第八循环泵，连接第八循环泵出口的管路分流成两条支路，所述两条支路分别与ufc合成塔的尿素第一入口和尿素第二入口连通，ufc合成塔的尿素出口通过管路与尿素储罐连通。一种脲醛预缩液的制备工艺，其采用的技术方案如下：该制备工艺包括以下步骤：第一步：将甲醇和空气通入蒸发器；第二步：甲醇和空气混合蒸发并通入过热器；第三步：甲醇、空气和蒸汽于过热器中混合加热并通入过滤器；第四步：经过滤器过滤后的甲醇、空气和蒸汽通入氧化器；第五步：混合气体于氧化器中发生氧化反应生成甲醛，含甲醛的混合气体通入吸收塔；第六步：含甲醛的混合气体于吸收塔中吸收形成甲醛溶液并流入ufc合成塔；第七步：将尿素溶液通入ufc合成塔，尿素溶液与甲醛溶液反应生产ufc；第八步：将第六步中生产的尾气通入尾气处理器。其进一步技术方案在于：第一步中空气与甲醛的比率为1.8～2.0。第五步中甲醛生成反应的反应温度为630～660℃。本发明的有益效果如下：本发明包含一套完整的ufc制备系统，结构简洁合理，以甲醇、空气和水蒸气为主原料制备甲醛，并以尿素和制得的甲醛为主原料制备ufc，过程连续，避免了中间产物甲醛的跨区域运输，安全高效，且当ufc生产停线时，本系统也可以直接用于甲醛生产，能提供多样化的生产选择；本设备将尾气和烟道气送入尾气处理器，将部分可利用尾气和烟道气循环使用，体现绿色环保的特点，能做到清洁生产；本设备中的蒸汽循环管路可以实现多向分配，且具有备用通道，利于设备的调整；本发明中吸收塔和ufc生成塔具有循环作业和多级作业的特点，产率高、生产连续性强，有利于大规模不间断生产。附图说明图1为本发明的整体结构示意图。图2为图1的第一局部放大图。图3为图1的第二局部放大图。图4为图1的第三局部放大图。图5为图1的第四局部放大图。其中：1、空气过滤器；2、甲醇储罐；3、罗茨风机；4、甲醇输送泵；5、甲醇蒸发器；6、甲醇换热器；601、恒温支路；7、甲醇循环泵；8、过热器；9、水冷换热器；10、热水槽；11、甲醛储罐；12、锅炉水入口；13、锅炉水泵；14、蒸汽分配器；15、过滤器；16、蒸汽排空出口；17、第一汽包；18、氧化器；19、第三塔换热器；20、第二塔换热器；21、高温气换热器；22、第一吸收塔；23、第一软水入口；24、ufc合成塔；25、第二软水入口；26、物料换热器；27、ufc出口；28、尿素给料口；29、尿素储罐；30、循环风机；31、尾气液封罐；32、第二汽包；33、尾气处理器；34、尾气风机；35、第一循环泵；36、第二循环泵；37、第三循环泵；38、第四循环泵；39、第五循环泵；40、第六循环泵；41、第七循环泵；42、第八循环泵。具体实施方式下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。如图1～5所示，本发明的制备系统包括甲醇蒸发器5、过热器8、过滤器15、氧化器18、第一吸收塔22、尾气处理器33和ufc合成塔24，空气过滤器1通过罗茨风机3连接甲醇蒸发器5的空气入口，甲醇储罐2依次通过甲醇输送泵4、甲醇循环泵7连接甲醇换热器6的第一通道入口，甲醇换热器6的第一通道出口通过管路与甲醇蒸发器5的甲醇入口连通，甲醇蒸发器5的甲醇出口通过管路与甲醇输送泵4和甲醇循环泵7连接的管路汇合，甲醇蒸发器5的混合气体出口通过管路与过热器8的混合气体入口连通，过热器8的第一蒸汽入口和第二蒸汽入口分别通过管路连接蒸汽分配器14的第二接口和第一接口，过热器8的混合气体出口通过管路与过滤器15的入口连通，过热器8的液态水出口通过管路与热水槽10的第一入口连通，过滤器15的出口通过管路与氧化器18的物料入口连通，氧化器18的蒸汽出口通过管路与第一汽包17的第一入口连通，氧化器18的锅炉水入口通过管路与第一汽包17的第一出口连通，氧化器18的甲醛出口通过管路与高温气换热器21的第二通道入口连通，高温气换热器21的第二通道出口通过管路与第一吸收塔22的甲醛低温气第一入口连通，第一软水入口23通过管路与第一吸收塔22连通，第一吸收塔22的甲醛第一出口通过管路串联第三循环泵37并与高温气换热器21的第一通道入口连通，高温气换热器21的第一通道出口通过管路与ufc合成塔24的甲醛入口连通，尿素给料口28、第二软水入口25和ufc出口27分别通过管路与ufc合成塔24连通，于连接ufc出口27的管路上串联第七循环泵41，ufc合成塔24的尾气出口通过管路和大气连通，于连接尾气出口的管路上还分流出一条串联循环风机30的支路，支路的末端与ufc合成塔24的循环物料入口连通；第一吸收塔22的甲醛第二出口通过管路串联第四循环泵38并与甲醇换热器6的第二入口连通，甲醇换热器6的第二出口通过水冷换热器9的第一通道与第一吸收塔22的甲醛第二入口连通，第一吸收塔22的尾气出口通过管路与尾气液封罐31的入口连通，尾气液封罐31的出口通过管路与尾气处理器33的尾气入口连通，尾气处理器33的蒸汽出口和蒸汽入口分别通过管路与第二汽包32的第一入口和第一出口连通，循环风机30的出风口和循环物料入口连接的管路上分流出一条支路，支路的末端与尾气处理器33的循环物料出口连通，尾气处理器33还通过尾气风机34与大气连通；热水槽10的第二入口通过管路与锅炉水入口12连通，热水槽10的出口通过管路连接锅炉水泵13的入口，锅炉水泵13的出口管路分流出两条支路，一条支路通过管路与第二汽包32的第二入口连通，另一条支路通过管路与第一汽包17的第二入口连通；第一汽包17的第二出口通过管路与蒸汽分配器14的第六接口连通，蒸汽分配器14的第五接口通过管路与蒸汽排空出口16连通，第二汽包32的第二出口通过管路与蒸汽分配器14的第四接口连通，第二汽包32上还开设用于排出多余蒸汽的第三出口。于甲醇换热器6的第二通道两端并联一条恒温支路601，于连接水冷换热器9第一出口的管路上分流出一条支路，支路连接甲醛储罐11，水冷换热器9还包括用于冷却水循环的第二通道。第一吸收塔22还包括第二塔换热器20和第三塔换热器19，第一吸收塔22的第二塔出口通过管路串联第二循环泵36并与第二塔换热器20的第一通道入口连通，第一吸收塔22的第二塔入口通过管路与第二塔换热器20第一通道出口连通，第二塔换热器20还包括用于冷却水循环的第二通道；第一吸收塔22的第三塔出口通过管路串联第一循环泵35并与第三塔换热器19的第一通道入口连通，第一吸收塔22的第三塔入口通过管路与第三塔换热器19第一通道出口连通，第三塔换热器19还包括用于冷却水循环的第二通道。于ufc合成塔24一侧的顶部和底部分别设置第一内循环入口和第一内循环出口，第一内循环出口通过管路串联第五循环泵39并与第一内循环入口连通。ufc合成塔24还包括第二内循环入口和第二内循环出口，第二内循环出口通过管路依次连接第六循环泵40及物料换热器26第一通道并与第二内循环入口连通。尿素给料口28通过管路依次串联尿素储罐29和第八循环泵42，连接第八循环泵42出口的管路分流成两条支路，两条支路分别与ufc合成塔24的尿素第一入口和尿素第二入口连通，ufc合成塔24的尿素出口通过管路与尿素储罐29连通。运用本发明的制备系统实施ufc制备的具体工艺过程如下：第一步：将甲醇和空气通入甲醇蒸发器5，其中空气由空气过滤器1净化后流过罗茨风机3，通过罗茨风机3加速后流入甲醇蒸发器5，甲醇由甲醇储罐2流出，经过甲醇输送泵4加速流向甲醇循环泵7，经甲醇循环泵7推动流入甲醇换热器6的第一通道，于甲醇换热器6中进行换热升温，此时甲醇换热器6的第二通道中通入来自第一吸收塔22中甲醇第二出口流出的高温福尔马林，升温后的甲醇通入甲醇换热器5中，空气和甲醇流经的通道上均可安装流量计来监测管道内原料流动状态，并控制进入甲醇蒸发器5的甲醇和空气比率为1.8～2.0。第二步：甲醇和空气混合蒸发并通入过热器8，这一步中升温后的甲醇与空气混合，部分未混合的甲醇通过甲醇蒸发器5底部的甲醇出口流出，经甲醇循环泵7的作用继续参与换热和蒸发循环，甲醇蒸发器5中始终保留适当储量的甲醇，在混合气体通往过热器8前要于甲醇蒸发器5顶部进行除雾。第三步：甲醇、空气和蒸汽于过热器8中混合加热并通入过滤器15，过热器8上的第一蒸汽入口通入来自蒸汽分配器16的水蒸气，该路蒸汽为补充蒸汽，用于与甲醇和空气进行混合，过热器8上还设有第二蒸汽入口，该路蒸汽的主要作用为与混合气体换热，移走反应热，同时扩大甲醇在空气中的爆炸极限，起到安全生产，控制反应温度的作用，且蒸汽也可以间接加热过热器腔体，使过热器内的温度达到120～145℃，保持混合气体中的水蒸气不液化，蒸汽从蒸汽分配器16中流出时要经过过滤，此时蒸汽气压为0.25～0.40mpa，加入过热器时，两条蒸汽通道的流速和甲醇混合气体的流速比为0.55～0.65，过热器8中经过换热后部分不属于混合气体的水蒸气液化并流入热水槽10。第四步：经过滤器15过滤后的甲醇、空气和蒸汽通入氧化器18，过滤器15主要滤去混合气体中的杂质，并防止液相成分进入氧化器18中的催化银层。第五步：混合气体于氧化器18中发生氧化反应生成甲醛，含甲醛的混合气体通入第一吸收塔22，将预热且经过过滤的混合气体(甲醇蒸气、水蒸汽、空气以及管路中残留的低痕量甲醛)加入氧化器18的顶部，并自上而下通过氧化器18内的催化剂床，在银催化剂存在下将甲醇转化为甲醛，反应仅在温度超过200℃时发生，在正常生产过程中，反应自身释放的反应热足以预热原料，但在装置开车期间，由于设备温度低且还未开始连续反应，温度无法达到反应要求，故需对原料气体进行加热，通过催化剂床上的电热丝将温度升至300～500℃后就应切断电源，温度会随着反应热的释放自然升至630～660℃，达到最佳反应温度。转化后的含甲醛高温气体进入反应器热交换段，其温度从630～650℃降至180℃后送入第一吸收塔22，第一汽包17通过管路连接氧化器18形成蒸汽循环回路用于辅助热交换。第六步：含甲醛的混合气体于第一吸收塔22中通过吸收形成甲醛溶液并流入ufc合成塔24，通入第一吸收塔22的含甲醛混合气体与第一吸收塔22内的吸收液相向流动，混合气体自塔底向塔顶流动，吸收液自塔顶向塔底流动，使气液能够以最大面积接触，混合气体溶解到吸收液中后，部分气液混合物通过第二塔换热器20和第三塔换热器19抽至塔顶用于自身循环，一部分制得的甲醛溶液作为ufc合成原料流入ufc合成塔24，第二塔换热器20和第三塔换热器19均通过水冷的方式使吸收液降温，防止甲醛在高温环境下快速挥发，同时第一吸收塔22中的甲醛溶液流往ufc合成塔24时经过高温气换热器21，高温气换热器21的第二通道中为流入第一吸收塔22的混合气体，由于混合气体温度较高，可以适当提高甲醛溶液的温度，需合理控制换热时间，使甲醛溶液不会因低温产生沉淀且不会因温度过高而快速挥发，降温后的混合气体温度为85℃～95℃，此外，第一吸收塔22也可以通过甲醛第二出口向甲醇换热器6提供热源，第一吸收塔22还具有一个浮阀塔盘，当甲醛溶液流经干燥塔盘时，可能会产生聚合，形成的固体物质可能堵塞塔盘的通孔，影响吸收，故设置第一软水入口23用于保持塔盘湿润，同时也能起到补充循环水量的作用。第七步：将尿素溶液通入ufc合成塔，尿素溶液与甲醛溶液反应生产ufc，在这一步中，尿素溶液先通过尿素储罐29，经第八循环泵42加速后分别通过尿素第一入口和尿素第二入口进入ufc合成塔，分成两条支路是因为ufc合成塔为多层反应结构，两个入口分别将反应物送往不同的反应层，反应中未消耗的尿素溶液可以从尿素出口流回尿素储罐29并继续通入ufc合成塔参与反应，自甲醛入口流入的甲醛溶液被喷淋于ufc合成塔的反应部，此时来自循环物料入口的高温气体与甲醛换热使甲醛变成气态自下往上和尿素反应生成ufc，并通过第七循环泵41送往ufc出口27，ufc底部设有第一内循环管路，将部分冷凝水作为吸收液通过第五循环泵抽至塔顶进行喷淋，同时ufc合成塔还设有第二内循环管路，部分未反应完全的原料通过第六循环泵40后流经物料换热器26，经降温后进入上部反应层，与喷淋下来的溶液接触，生产的ufc也被送至ufc出口，通过循环能使ufc的反应更加充分，提高产物中ufc的浓度，ufc合成塔上部第二软水入口25的作用与第一软水入口23类似，用于保持ufc合成塔中塔盘的湿润，ufc合成塔中冷凝的水蒸气被多层塔盘收集，一部分可用于调配尿素溶液，另一部分作为吸收液进入塔顶。第八步：将第六步中产生的尾气通入尾气处理器，甲醛吸收塔顶部排出的废气包括72～75％的氮气、18～21％的氢气以及稍微一氧化碳、二氧化碳、甲醛、甲醇等物质的混合气体，尾气热焓为2000～2200kj/m3，尾气通过尾气液封罐31防止倒流，尾气中的可燃成分于尾气处理器33中进行燃烧生成水和二氧化碳，由于燃烧温度较高，生成的水为蒸汽形态，可通入第二汽包32用于蒸汽循环，未充分燃烧的尾气中仍然含有部分可参与反应的原料，于尾气处理器33的顶部管路排出并进入ufc合成塔24中，这部分气体即第七步中用从ufc合成塔24的循环物料入口进入用于加热甲醛溶液的高温气体，为了ufc合成塔24中的气体能有效循环，且推动尾气和烟道气进入ufc合成塔24，在ufc合成塔24的气体循环管道是还设置有循环风机30。处理后的气体污染程度大幅降低，部分不参与尾气和烟道气循环的气体可以通过尾气风机34排入大气。热水槽10为整个系统中蒸汽用水的主要供给源，热水槽10连接锅炉水入口12，锅炉水入口12可以随时为热水槽补充水分，在蒸汽循环正常运行时，来自于过热器8液态水入口的水分和锅炉水混合，使热水槽中的水温维持在70～80℃，经锅炉水泵推动使热水流入第一汽包17和第二汽包32，热水于第一汽包17和第二汽包32中均与汽包中已有的高温蒸汽换热气化，第二汽包32上还开设有用于排出蒸汽的第三出口用于合理卸压，第一汽包17和第二汽包32均与蒸汽分配器14连接，蒸汽分配器14上第三接口为备用接口，方便新设备的接入或旧设备的调整，蒸汽分配器14的第五接口用于蒸汽排空，起卸压作用，保护蒸汽系统的运行安全，蒸汽分配器14向过热器8提供蒸汽，换热完成的蒸汽通过过热器8上的液态水出口流入热水槽10完成蒸汽循环。甲醇换热器6的第二通道两端还并联一条恒温支路601，第一吸收塔22与甲醇换热器6和及恒温支路601连接的管路上均设有可调节阀门，通过阀门可以控制第一吸收塔22中高温甲醛混合气体流经甲醇换热器6和恒温支路601的量，从而使甲醇换热器6中的换热温度能保持在预设值，甲醛混合气体流回第一吸收塔22的管路上还有一条连接甲醛储罐的支路，甲醛混合气体流回第一吸收塔22的管路及所述支路上均设有阀门，当ufc合成停线时，可以关闭甲醛混合气体返回第一吸收塔的管路并开启所述支路，从而实现甲醛批量制备，通常情况下甲醛和ufc不同时批量生产，故当系统用于ufc合成时，保持连接甲醛储罐的支路处于关闭状态。本发明的一个较优参数设置如下：表一：名称单耗甲醇(kg/t)723kg(ufc)尿素(kg/t)250kg(ufc)催化剂(kg)25kgforperload电耗(kwh/mt)界区内35开车蒸汽消耗kg@0.1-0.4mpa(kg/hr)400-500冷却水(mt/mt)70软水(mt/mt)0.25仪表空气(nm3/h)6-8表一为每吨ufc-85的和公用工程消耗量。表二：空气流量550-900m3/h甲醇蒸发温度65～69℃蒸发器入口压力0.02-0.045mpa反应温度620-650℃反应压力<0.03mpa罗茨鼓风机出口压力0.049mpa过热器出口温度110-120℃吸收器顶部压力0.018mpa吸收器底部压力0.023mpa2#吸收塔顶部温度28±3℃1#吸收塔顶部温度85±2℃产品出口温度40℃表二为本发明的工艺参数，表三：表三为产品规格。在满足上述参数设定的情况下，设定每小时原料消耗：甲醇3715～3790kg，水19～30kg，空气6277～6475kg，50％尿素溶液8440～8610kg。以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。当前第1页12