淺談甲醛生產(chǎn)過程能量綜合優(yōu)化

錢桂民（唐山中浩化工有限公司，河北 唐山 063600）

淺談甲醛生產(chǎn)過程能量綜合優(yōu)化

錢桂民（唐山中浩化工有限公司，河北 唐山 063600）

本文分析了甲醇氧化、甲醛吸收等工藝的具體改進(jìn)方法，介紹了過程能量的優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)了甲醛生產(chǎn)裝置的高產(chǎn)低耗。同時(shí)，還對(duì)各個(gè)甲醛生產(chǎn)環(huán)節(jié)的用能進(jìn)行了深度剖析，找出了其中存在的薄弱環(huán)節(jié)，并由全局進(jìn)行綜合優(yōu)化，提出了具體的用能優(yōu)化措施。

甲醛；生產(chǎn)過程；能量；綜合優(yōu)化

甲醛屬于重要性較高的基礎(chǔ)化工原料，除了廣泛應(yīng)用至合成樹脂方面以外，還在農(nóng)藥、染料、醫(yī)藥以及炸藥等方面被用作最為基礎(chǔ)的生產(chǎn)原料。目前，我國甲醛產(chǎn)品的產(chǎn)能一直呈現(xiàn)出高速增長趨勢(shì)，且多聚甲醛、甲縮醛以及聚甲醛等產(chǎn)品也表現(xiàn)出突飛猛進(jìn)的增長速度。我國多數(shù)企業(yè)主要采用銀法催化氧化以及鐵鉬催化氧化方法生產(chǎn)甲醛，且反應(yīng)控制在爆炸極限上限以及外限外進(jìn)行[1]。為了有效控制反應(yīng)器中甲醇濃度以及反應(yīng)熱量，氧化過程中需要采用大量的蒸汽，此時(shí)便會(huì)產(chǎn)生較多的反應(yīng)生成熱，為此，實(shí)際生產(chǎn)過程中，工作人員應(yīng)有效回收這些熱量，從而由整體上降低整個(gè)裝置的能量消耗。而優(yōu)化甲醇氧化、甲醛吸收等工藝的用能，可以使得甲醛生產(chǎn)過程由原來的輸入能量轉(zhuǎn)變?yōu)橥廨斈芰?。但多?shù)企業(yè)的甲醛生產(chǎn)裝置規(guī)模較小，且生產(chǎn)能耗較大，為此，本文便在綜合采用能量優(yōu)化的基礎(chǔ)上，綜合分析了傳統(tǒng)銀催化甲醛的各個(gè)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，并指出了相應(yīng)的改進(jìn)優(yōu)化措施。

1 傳統(tǒng)銀催化甲醛生產(chǎn)

在蒸發(fā)器中將甲醇與空氣進(jìn)行配置生成二元混合氣體，之后在混入蒸汽生成甲醇、空氣以及蒸汽的三元混合氣體。之后將三元混合氣體在加熱120攝氏度之后，進(jìn)入過濾器，除去雜質(zhì)，進(jìn)入氧化反應(yīng)器中。在經(jīng)過氧化脫氫反應(yīng)之后，甲醇生成甲醛，而產(chǎn)物則在冷卻器中被冷卻至80攝氏度，之后甲醛與甲醇的蒸汽便在塔底被吸收，且利用尾氣鍋爐回收吸收塔尾氣[2]。

2 銀催化甲醛生產(chǎn)過程中的能量分析

2.1 甲醛生產(chǎn)過程的能源及耗能

在甲醛生產(chǎn)過程中，能源主要來源于以下幾個(gè)方面，根據(jù)物料衡算以及熱量衡算可知，甲醛生產(chǎn)屬于放熱反應(yīng)過程，且反應(yīng)生成的熱量會(huì)使得反應(yīng)后的溫度上升至650至700攝氏度。由此，甲醛生產(chǎn)過程中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)便是回收此環(huán)節(jié)產(chǎn)生的能量。當(dāng)前我國多數(shù)企業(yè)采用氧化劑冷段產(chǎn)生的蒸汽供甲醛生產(chǎn)裝置使用，且甲醇蒸發(fā)器采用冷卻段制備的熱水。在冷凝過程中，反應(yīng)氣體會(huì)放出熱量，且在吸收過程中也會(huì)放出吸收熱。當(dāng)前很多裝置需要利用冷卻水帶離熱量，之后在冷卻塔中排出進(jìn)行二次利用。在甲醛生產(chǎn)中的尾氣含有氫氣以及少量的一氧化碳等氣體，經(jīng)測定可以進(jìn)行燃燒利用。

而在甲醛生產(chǎn)過程中，以下幾個(gè)部分可以消耗能量，一是甲醛蒸發(fā)器，其中設(shè)有列管加熱器，底部存在恒溫的加熱夾套，可以消耗大部分的能量。二是反應(yīng)器，甲醇氧化反應(yīng)過程中會(huì)放出大量熱量，為了有效控制溫度，期間應(yīng)添加一定的配料蒸汽。此蒸汽除了可以降低反應(yīng)溫度之外，還可以縮短甲醇的爆炸極限，增大了反應(yīng)的安全性。三是甲醇過熱器，為了確保甲醇氧化器內(nèi)不含又液態(tài)的甲醇，此時(shí)應(yīng)將溫度控制在120攝氏度左右。

2.2 甲醛生產(chǎn)中的用能

在熱平衡計(jì)算后可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度超過400攝氏度時(shí)，反應(yīng)氣冷凝過程中會(huì)釋放大量的熱量，而溫度在90至400攝氏度之間時(shí)，所釋放的熱量較少，但當(dāng)溫度低于90攝氏度時(shí)，冷凝產(chǎn)生的熱量又會(huì)進(jìn)一步增多。為此，生產(chǎn)過程中應(yīng)根據(jù)上述的冷卻規(guī)律，進(jìn)一步優(yōu)化配比熱量的回收比例，比如可以利用400攝氏度以上的熱量產(chǎn)生高壓蒸汽；利用200至400攝氏度內(nèi)的熱量產(chǎn)生低壓蒸汽；利用80至200攝氏度之間的熱量對(duì)甲醇進(jìn)行蒸發(fā)，以便最大程度的吸收熱量。同時(shí)，還應(yīng)根據(jù)冷卻物情況回收熱量，并進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化與分配[3]。

3 甲醛生產(chǎn)過程的用能優(yōu)化措施

當(dāng)前甲醛生產(chǎn)過程中的能量利用系統(tǒng)已經(jīng)比較成熟完善，但也存在一定不足之處，可以進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)。企業(yè)可以利用夾點(diǎn)分析在遵循能量梯級(jí)利用的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)流程。在夾點(diǎn)計(jì)算后，甲醇裝置夾點(diǎn)溫度應(yīng)保持在70攝氏度左右，且對(duì)原有的用能系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。一方面，應(yīng)將部分80攝氏度的甲醛溶液進(jìn)行加熱尾氣、甲醇等工作；另一方面，由于蒸汽質(zhì)量要遠(yuǎn)高于熱水，因此生產(chǎn)過程中還應(yīng)充分利用低壓蒸汽。

由能量梯級(jí)利用原則可知，反應(yīng)氣可以分為三段進(jìn)行利用，首先生產(chǎn)中應(yīng)利用廢氣產(chǎn)生的高壓蒸汽，之后在利用其產(chǎn)生低壓蒸汽供反應(yīng)使用。最后還應(yīng)安裝使用甲醇蒸發(fā)器，以充分利用低溫段水蒸氣冷凝產(chǎn)生的熱量。生產(chǎn)過程中，對(duì)于甲醛產(chǎn)生的尾氣應(yīng)進(jìn)行余熱回收，且將鍋爐進(jìn)空氣的溫度提升至150攝氏度左右，軟水溫度也應(yīng)控制在95攝氏度以上，以便增大甲醛產(chǎn)量。

4 結(jié)語

化工過程節(jié)能已成為國內(nèi)外重要的研究課題，越來越受到人們的重視。甲醛生產(chǎn)是一種典型的高耗能工業(yè)過程，具有能耗高、材料消耗大等特點(diǎn)。通過對(duì)甲醇氧化和甲醛吸收的工藝改進(jìn)和工藝能量的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了甲醛生產(chǎn)裝置的高產(chǎn)低耗。甲醛生產(chǎn)用能優(yōu)化的關(guān)鍵在于應(yīng)充分回收利用甲醇氧化制甲醛反應(yīng)過程中的熱量、工藝過程中的吸收熱以及尾氣燃燒熱等。本文全面綜合分析了傳統(tǒng)銀催化甲醛生產(chǎn)過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)，介紹了熱量吸收的方法與措施，并在全局考慮的基礎(chǔ)上綜合優(yōu)化利用甲醛用能，減少了能耗，實(shí)現(xiàn)了清潔高效生產(chǎn)。

[1]郭仲文.甲醛生產(chǎn)過程能量綜合優(yōu)化[J].廣州化工,2014 (03).

[2]李蓓,張明瑜.在合成氨尿素生產(chǎn)過程中能量優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用研究[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2013(05).

[3]年立春.鄰氯苯甲醛生產(chǎn)中氯化反應(yīng)速率的影響因素改進(jìn)[J].廣州化工,2012(02).