甲醛生产工艺及节能优化设计分析

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CASE
区域治理甲醛生产工艺及节能优化设计分析
镇江李长荣高性能材料有限公司 黄顺
摘要：甲醛是一种用于制作高分子材料的重要化工原料，在很多领域都有它的身影。

生产甲醛的方法主要由银催化法和铁钼氧化物催化氧化法，本文主要是通过优化改进银催化氧化法，对原本生产过程中产生的过量反应热和尾气进行回收，达到降低能耗、促进企业可持续发展的目的。

关键词：甲醛生产；节能；优化设计中图分类号：TE08 
文献标识码：A 
文章编号：2096-4595（2020）33-0185-0001
近年来，我国甲醛工业在全国经济腾飞的背景下发展迅速。

甲醛是工业生产中较为常见的化工原料，许多高分子材料都是由它参与制成，另外，它的应用范围十分广泛，还普遍用于消毒剂、还原剂、防腐剂等。

甲醛需要在高温条件下进行生产，因此其存在能耗大、反应热高的缺点。

而随着国家要求建立绿色经济模式，优化甲醛的生产路线，加入尾气收集及循环使用装置，加入反应热吸收装置，降低生产能耗，促进企业可持续发展，成为非常重要的议题。

一、甲醛生产工艺简介（一）银催化氧化法
在银作为催化剂的条件下，反应物为甲醇蒸汽、空气、水汽，产生大量反应热的脱氢氧化方法。

其优点在于企业投资少、能耗低就能完成甲醛生产，并且由于催化剂可再生，总体成本较低。

这种方法在19世纪80年代就实现了工业化生产，是最早的生产甲醛的方法。

银催化法的方式主要是三种，电解银法、银网法和结晶银法，应用于工业生产中较多的一种方法是具有性能稳定、操作简便等优点的电解银法。

但在实际生产过程中，该方法需要改进三个缺点，分别是甲醇的转化率低、催化剂容易失活，操作人员有中毒可能性。

因此必须优化生产工艺，改进设备，提高甲醇的转化率[1]。

（二）铁钼氧化物催化氧化法
在铁钼氧化物作为催化剂的条件下，反应物是过量空气、甲醇蒸汽、水汽，产生大量反应热的脱氢氧化反应。

该方法主要流行在20世纪30年代。

与银催化法相比，该方
法的优点在于甲醇的转化率有很大提升，而且生产的产品中，甲醛的浓度在50%以上，生产效率大大提高。

但是该方法的成本高、投资大，能耗高而且操作复杂。

因此在充分考虑经济适用性后，我国只有天津化工等少数企业采用这种方法生产甲醇[2]。

图1是甲醛的生产工艺简化流程图。

二、节能优化工艺设计
（1）反应热回收。

利用加氧脱氢反应，以甲醇为原料生产甲醛，会产生甲醇燃烧的副反应，导致产生大量的反应热，排空后会损失巨大的能量，产生能源浪费。

因此，优化设计的目的就是将这部分多余的能量尽可能地回收，达到降低能耗的目标。

过量的反应热可以利用导热油或者其他的导热物质进行吸收，另外，加入导热油还能维持温度的恒定，此方法被应用在甲醇氧化生成甲醛的放热反应中。

同时，为了避免高温条件下甲醛蒸汽分解成H 2、CO 等，需要将温度维持在100℃。

同时可以加装并联的双氧化器，能够将甲醇原料完全蒸发，并且制备水蒸汽，有利于接下来的循环回收、降低能耗等操作[3]。

（2）尾气处理。

甲醛生产工艺中含有的可燃烧尾气成分主要是CO、CH4和H2，尾气处理的关键点就是吸收产生的反应热，降低环境污染。

尾气中还有大量的N2、H2和少量的O2、CO2、CO、CH4。

根据文献提供的资料，水蒸汽可以带走生产低浓度甲醇过程中产生的反应热。

但生产高浓度甲醛就要在生产过程中满足甲醇的进料浓度在85%以上。

另外，尾气中的甲醛可以作为部分需要添加的蒸汽从进料口进入，有利于生产高浓度甲醛。

生产高浓度甲醛的生产
工艺产生的反应热需要通入惰性气体才能带走。

尾气中的甲醛可以部分替代原来添加的蒸汽以生产高浓度的甲醛。

同时，可以在尾气排出处加设一个废气锅炉，通过燃烧尾气，利用产生的热量制备水蒸汽。

（3）工艺优化设计。

优化银催化氧化法对甲醛生产工艺最为有效。

首先要将蒸发器的温度设置为45℃左右，然后再将原料以一定速度送入蒸发器，在甲醇汽化后，再将空气通入到蒸发器底部。

接着将氧化器的压力控制在20kPa 左右，温度控制在600℃左右，等待汽化的甲醇和空气完全混合在一起后，再将二者的混合气体加入到氧化器中，加入银催化剂，催化作用下，甲醇混合气体会发生氧化脱氢反应，接着将生成的甲醛蒸汽冷却（这一步可以防止甲醛蒸汽高温下分解），为了采集一定浓度甲醛产物，可以将甲醛蒸汽通入甲醛稀溶液进行吸收。

三、小结
（1）在实际的工厂生产中，甲醛生产方法各自有其优点和缺点，是选用银催化氧化法还是铁钼氧化物催化氧化法，企业一般会结合经济情况采用最适合企业发展的方法，但自从国家提出“绿水青山就是金山银山”理念后，就不能只是考虑经济效益了，还要在催化剂用量、投资费用、产品质量、环境保护、能耗高低上进行综合考虑，选择最优方案进行生产。

（2）为了能够建立绿色经济模式，需要在甲醛生产过程中充分吸收产生的反应热，还要查阅相关生产工艺文献，采取措施进行优化设计，才能建设“环境友好型、资源节约型”社会，同时能够促进装置的蒸汽循环供给，还能保证外部设备蒸汽的提供。

参考文献
[1]王军,甲醛生产技术的发展[J].中国化工贸易,2014(26):118-119+121.
[2]陈胜华.甲醛生产技术比较分析[J].生产质量,2017(11):35-36.
[3]田桂丽,王小波,冯晓波.我国甲醛行业现状及发展趋势[J].当代化工研究,2018(6):51-52.
作者简介：黄 顺，生于1991年，本科，助理工程师，研究方向为工程检测、化工生产及制程改善等。

图1 甲醛生产工艺简化流程图。