Контактное превращение метанола в формальдегид

Контактное превращение метанола в формальдегид происходит в контактном аппарате (поз.6) при прохождении спирто-паро-воздушной смеси через слой "пемзо-серебряного" катализатора при температуре 650-730^оС. При этом происходит как процесс окисления, так и процесс дегидрирования метанола.

Одновременно с основными реакциями образования формальдегида протекают и следующие побочные реакции:

На превращение метанола в формальдегид влияют: качество исходного сырья, активность катализатора, высота слоя катализатора, которая должна быть 70-130 мм. Мольное соотношение О₂ : СН₃ОН в исходной смеси поддерживается в пределах 0,3 ¸ 0,4. При меньшем содержании кислорода в исходной смеси не достигается полнота превращения метанола в формальдегид. При увеличении содержания кислорода снижается селективность процесса.

Об эффективности работы катализатора и обоснованности установленных параметров процесса контактного превращения метанола в формальдегид судят по составу отходящих газов, которые при нормальной работе должны иметь следующий состав:

Таблица 1 - Состав отходящих газов

При содержании в отходящих газах:

СО₂ более 5% - соотношение О₂ : СН₃ОН выше оптимального, избыток кислорода способствует более полному окислению метанола.

СО более 2% - для данного режима установлена высокая температура в зоне контактирования, мала линейная скорость, необходимо увеличить нагрузку и снизить температуру на контакте.

Н₂ менее 17% - за счет избытка О₂ в основном идет 1-я реакция, необходимо увеличить нагрузку по метанолу, низкая активность катализатора, необходим его перегруз.

Н₂ более 24% - разложение СН₂О на СО и Н₂, больше идет 2-я реакция. Увеличить нагрузку по воздуху на агрегат.

СН₄ более 1% - идет в основном реакция дегидрирования и побочная реакция (СН₃ОН + Н₂ ® СН₄ +Н₂О).

Если мала линейная скорость, необходимо увеличить нагрузку по воздуху.

Контактный аппарат поз.6 представляет собой цилиндрический аппарат со сферическим колпаком, на котором установлена предохранительная мембрана.

Контактный аппарат смонтирован на кожухотрубном подконтактном холодильнике с целью резкого охлаждения реакционных газов для прекращения протекания побочных реакций. Распределение спирто-паро-воздушной смеси осуществляется в щелевидном смесителе, расположенном над слоем катализатора.

При росте давления в аппарате более 0,081 МПа (0,81 кгс/см²) произойдет разрыв мембраны, что предотвратит возможность повреждения контактного аппарата в аварийных ситуациях.

Как было описано выше, в межтрубное пространство подконтактного холодильника в качестве теплоносителя подается циркуляционная вода. Загрузка катализатора в контактный аппарат осуществляется следующим образом.

На трубную доску подконтактного холодильника тщательно натягивается нержавеющая сетка с ячейками не более 2 мм и закрепляется прижимным кольцом. Между кольцом и стенкой контактного аппарата забивается асбестовый шнур. На нержавеющую сетку укладывается катализатор, уплотняется тромбовкой.

Сверху катализатор покрывается нержавеющей сеткой, на которую укладывается электрозапал - спираль с керамическими изоляторами.

Срок службы катализатора "серебро на пемзе" - 4 ¸ 6 месяцев. Замена контактной массы раньше положенного срока производится, если содержание метанола в формалине будет систематически превышать 11% при одновременном снижении содержания водорода в отходящих газах ниже 17%.

Контактный аппарат работает под давлением не более 0,065 МПа (0,65 кгс/см²).

Температура в зоне контактирования регулируется путем изменения содержания метанола в спирто-паро-воздушной смеси, поступающей на контакт. При уменьшении содержания метанола в смеси произойдет увеличение температуры в зоне катализатора за счет протекания в основном реакции окисления метанола, идущей с выделением тепла. Подача обогащенной метанолом смеси приведет к снижению температуры за счет эндотермической реакции дегидрирования метанола.

Содержание метанола в спирто-паро-воздушной смеси может быть изменено путем:

а) Изменения температуры в спиртоиспарителе: подачей пара или воды в систему теплоносителя.

б) Изменения соотношения СН₃ОН:Н₂О в исходной, поступающей в спиртоиспаритель, смеси.

в) Изменения расхода воздуха.

При нормальной работе агрегата температура в зоне контакта регулируется способом, описанным в пункте (а).

В контактном аппарате образуются контактные газы.