甲醇氧化生产甲醛装置的工艺查定与分析(Ⅳ)

３６　湖北化工　２００２年第４期　

甲醇氧化生产甲醛装置的工艺查定与分析（Ⅳ）　

何寿林。刘生鹏。欧阳贻德　

（武汉化工学院化工系，湖北武汉４３００７３）　

摘要：对湖北省宜化股份有限公司有机车间现有３　５万ｔ・ａ　甲醛生产装置的生产特点进行了评估。对反应部　分的配料浓度、反应器的操作条件、生产情况进行了分析。通过逐级计算法得出了吸收过程第一吸收塔每级的温度、流　量分布。对装置的单耗进行了评估。　关键词：甲醇；逐级法；单耗　中图分类号：ＴＱ　２２４．２２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００４—０４０４（２００２）０３—００３６—０３　

在前三篇ｎ　中分别对宜化股份有限公司有机车　

间３．５万ｔ・ａ一　甲醛生产装置的＇物料与热量进行了查　定，通过查定结果看出该装置采用的反应器床层厚度　低（２０　ｍｍ），手工造粒电解银催化剂质量高，粒度搭配　

较好，具有良好的表面反应性。计算得出反应的转化　率为９７．２８　，选择性为９２．６９　９／６，均较高。反应器撤　

热与蒸发器供热系统通过热水桶连接形成封闭热循环　系统。吸收部分效果较好，尾气中甲醛含量可低于　

０．２　，甲醛产品满足质量要求。在这篇作者主要对该　装置反应与吸收部分进行初步分析。　

１反应部分的分析　１．１　配料浓度对生产过程的影响　

配料浓度较低（０．５２）是该装置的主要特点。已在　（Ｔ）篇　中算出反应器空速为１．４５９×１０。Ｎ　・ｍ一　，若要　增加产量，适当提高配料浓度，在保证反应器空速不变　

的情况下会带来两个问题：一是反应器冷却段与蒸发　器之间的热循环问题，由于反应热增加，用来撤热的冷　

却水用量要增加。冷却水增加的量可通过计算得出，　热量调节可通过热水桶实现。二是吸收过程第二吸收　塔外加软水量要增加。实际上是增加了吸收剂用量，　

这样对吸收有利。但是，装置上这二股物料的管径为　

（Ｐ中巾ｏ　０．３８　ｍｍ，管径太小不能满足提高配料浓度的需　要。另外，提高配料浓度后反应器空速不变对反应的　

转化翠与选择性的影响有待实际操作验证。　取空速为１．４５９×１０。Ｎｍ　・ｍ　，减少配料蒸气　量使配料浓度增到０．６，氧醇比不变（０．４０６５），通过计　

算得出入反应器甲醇量由原来１８５０　ｋｇ・ｈ　，增到　２０５６　ｋｇ・ｈ　，甲醇处理量增加了：（２０５６—１８５０）／　１８５０×１００　９／６一ｌ１．１３　９／６，假设反应的转化率保持不变　为９７．２８　，选择性９Ｏ　，出反应器甲醛量为２０５６×　

０．９９６５×３０／３２×０．９７２８×０．９一ｌ６８１．６５　ｋｇ・ｈ一　，比　原来增加了１６８１．６５一ｌ５６１．２９—１２０．３６　ｋｇ・ｈ　。　保证吸收效果，使尾气中甲醛含量不超过０．２　，这样　每小时多产甲醛（３７　）：（１６８１．６５×４１５２．８８）／１５６１．２９—　

４１５２．８８＝３２０．１４　ｋｇ・ｈ～，式中４１５２．８８　ｋｇ・ｈ　为原来　产品量。　

１．２蒸汽管网压力稳定性的影响　该装置操作稳定性有时不好，使反应器热量变化　

较大，因此造成蒸汽管网压力不能稳定，在３９２．４　ｋＰａ　（表）压力下波动较大，致使配料蒸汽量稳定性差。由　

此而造成反应器温度有时过低，吸收工段第二吸收塔　外加软水量变化也很大，有时为零。这样又影响蒸汽　

管网压力的稳定性。　

２吸收部分的分析　吸收主要在第一吸收塔中进行，采用（Ⅱ）＿２］、　

（Ⅲ）ｎ　篇中计算的结果为初始条件，对第一吸收塔逐　

级计算，得出每级的温度分布与流量分布。第二吸收　塔的分布与第一吸收塔相近。　

２．１第一吸收塔的逐级计算　采用的第一吸收塔为两段波纹板填料，每段高度　

为４　ｍ，全塔填料层高度为８　ｍ。第二吸收塔釜的吸　

收液作为第一吸收塔的吸收剂从第一吸收塔中部　（４　ｍ填料）加入，简捷法得出理论级为６，逐板计算要　考虑全部分布情况，将吸收剂入口之上４　ｍ填料也加　

以考虑，理论级按ｌ２计算。各组分（ｉ表示）在各板（　表示）上的液相流量采用式（１）计算：　

收稿日期：２００１—０８—１４　作者简介：何寿林（１９５４一），女，湖北天门人，副教授，长期从事化学工程及工艺方面的教学与科研工作。　④　

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，一（Ｓｉ＋１・Ｓｊ＋２ＡＳｌｚ＋Ｓｉ＋ｚ・Ｓ，＋３ＡＳ　ａ　２＋Ｓ　ａ２＋１）　＋ｈ　３　…　¨　ＳＪ・ＳＪ　１＾Ｓ１２＋Ｓ，＋１・Ｓ，＋２ＡＳ１　２＋Ａ＋Ｓ１１・Ｓ１　２＋Ｓ１　２＋１　¨　

式中：ｆＪ为各组分在ｊ级液相流量，ｋｍｏｌ・ｈ　

为待吸收气体量，ｋｍｏｌ・ｈ－。；Ｚ　。为吸收剂加入量，　

ｋｍｏｌ・ｈ－。，当理论级Ｎ≤６时，Ｚ　。为吸收剂与循环量　之和，当理论级Ｎ＞６时，ｚ　。为循环量；Ｓ，为各组分在　

板上蒸出因子（Ｊ＝一１，２…，１２）。　蒸出因子由各组分在各级上相平衡常数Ｋ，与平　

均气液比Ｖ／Ｌ求取：Ｓ　一Ｋ，Ｖ／Ｌ。认为吸收过程只吸　收甲醇、甲醛、水三组分。甲酸在进料级全部吸收，其　

它组分视为惰性气体不被吸收。甲醛的相平衡常数采　用（Ⅱ）篇中介绍的（１）式求取；甲醇浓度较低，由文献　

介绍取相平衡常数为ｌＯ；水量较大，认为活度系数等　于１，相平衡常数可用饱和蒸汽压与总压求取Ｋ水一　

Ｐ豪／Ｐ。各组分气相流量Ｖ＿ｊ由液相流量￡ｄ求取：Ｖ　—　

ｓ　・ｚ　对每级作热量衡算，可求出每级温度　。计　

算步骤如图１。　

２．２计算结果分析　第一吸收塔计算结果列入表１。由计算结果看出　吸收主要发生在下面三个理论级上，上面几级浓度变　

化很小。由于吸收剂从中部（第６理论级）加入，第７　结束　

图１逐级计算框图　

级之上有微量解吸现象。将吸收剂（第二吸收塔采出　量）改为顶部第１２级加入，通过计算结果（略）分析，　

对吸收影响不大。　

表１　逐级计算结果　

３　单耗评价　不考虑空气的净化及电力消耗，该装置的单耗及　副产情况列入表２。从表中看出原料甲醇单耗　（４５０．６０　ｋｇ・ｈ　）较低。

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表２　单耗与副产　序号　每吨产品耗量及副产　名称　甲醇　软水　反应急冷段　二吸塔吸收剂　尾气锅炉　冷却用水　（温差ｌ０℃）　耗量／ｋｇ・ｈ　单耗／ｋｇ・ｔ　

一吸塔　二吸塔　副产　饱和蒸汽　反应急冷段　尾气锅炉　配料蒸汽　

４　结论　（１）该装置反应部分催化剂性能良好，具有良好的　表面反应性，转化率高，选择性高，原料单耗低。吸收　部分效果好，在正常操作情况下能满足生产能力的要　

求。产品质量合格。　（２）若能使配料浓度增加到０．６，原料投入量可增　加ｌ１．１３　，产品可增加３２０．１４　ｋｇ・ｈ～。　

（３）应保证蒸汽管网压力的稳定性，从而配料蒸汽　量相对稳定，使反应与吸收过程操作相对稳定。　（４）吸收剂从中部加入，使吸收过程在顶部有微量　解吸现象发生。　以上工作得到了宜化股份有限公司开发部、工艺　

科、分析中心、有机车间等领导、工程技术人员及工人　的大力支持与帮助，在此深表谢意！　

参考文献：　［１］何寿林，等、甲醇氧化生产甲醛装置的工艺查定及分析Ｉ［Ｊ］、湖北　化工，２００１，１８（６）：３４—３６、　［２］何寿林，等．甲醇氧化生产甲醛装置的工艺查定及分析１１［Ｊ］．湖北　化工，２００２，１９（１）：３５—３８、　［３］何寿林，等．甲醇氧化生产甲醛装置的工艺查定及分析Ⅲ［Ｊ］’湖北　化工，２００２，１９（２）：３７—４０．　［４］陈洪钫．基本有机化工分离工程［Ｍ］．北京：化学工业出版社，１９８１．　［５３石油化学工业部化工设计院．氮肥工艺设计手册理化数据［Ｍ］．北　京：中国石化出版社，１９９７、　［６］戴白庚．甲醛生产［Ｍ］．成都：电子科技大学出版社，１９９３．　

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