Производство формальдегида. Составление материального и теплового балансов реактора окисления метанола

- дегидрирование метанола

 

 

- окисление образующегося  водорода кислородом воздуха

Н₂ + 1/2O₂ →Н₂0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2-Технологическая схема окисления метанола:

 

1,3 — теплообменники, 2 — турбокомпрессор, 4 — реактор, 5 — котел-утилизатор, 6 — абсорбер, 7 — выносные теплообменники, в — сборник формалина

 

Съем тепла и тепловой режим в реакторе обеспечивается хладоагентом, циркулирующим через котел-утилизатор 5. Реакционная смесь, выходящая из реактора 4, охлаждается в теплообменниках 3 и 1 и поступает в абсорбер 6, орошаемый водой. Тепло абсорбции отводится и утилизируется в выносных теплообменниках 7, подогревающих обессоленную воду, подаваемую на абсорбцию и питающую котел-утилизатор 5, вырабатывающий технологический пар. Образующийся формалин выводится из нижней части абсорбера и поступает в сборник 8. Часть отходящих из верхней части абсорбера б газов смешивается с воздухом перед входом его в реактор для снижения взрывоопасности смеси воздуха с парами метанола, а остальное количество их направляется в печь для дожигания (на схеме не указана) и выбрасывается в атмосферу. Из нижней части абсорбера вытекает формалин— водный раствор формальдегида, содержащий 37,6% НСНО и около 10% СН₃ОН. Метиловый спирт стабилизирует формальдегид, предотвращая его полимеризацию. Формалин направляют на склад как товарную продукцию. Для получения концентрированного формальдегида формалин подвергают ректификации. Производство формальдегида по этой схеме работает по замкнутому циклу и в нем отсутствуют отходы, сточные воды и вредные газовые выбросы. [2]

 

 

1.4 Применение формальдегида

 

Производство полимеризационных материалов и поликонденсационных продуктов бесспорно является наиболее важным направлением использования формальдегида. Получают следующие материалы: мочевиноформальдегидные смолы и концентрат, фенолоформальдегидные смолы, полиформальдегид (полиацетальные смолы), меламинные смолы, пентаэритрит, уротропин (гексамин), этиленгликоль, 1,4-бутандиол, 4,4-дифенилметаидиизоцианат (MDI). При получении этих материалов формальдегид может применяться либо непосредственно в виде мономера (сополимера), либо в качестве сырья для синтеза полимеризующего продукта. Значительнпя часть формальдегида используется и непосредственно, в виде водно-метанольного раствора или низкомолекулярного полимера (параформ), в качестве консерванта, дубителя, инсектицида и т.п.

Традиционно одним из наиболее массовых потребителей формальдегида  является производство пластических масс и смол. Различают следующие типы этих материалов на основе формальдегида: фенолоформальдегидные (продукт конденсации с фенолом); амидоформальдегидные (конденсация с карбамидом или меламином); полиформальдегид и т.д.

С учетом назначения выпускаемого изделия широко практикуется введение в рецептуру небольших добавок  различных реагентов, придающих  основному продукту те или иные эксплуатационные  свойства – спиртов, кислот, эфиров, аминов и т.д. Поэтому подлинный механизм образования многих материалов весьма сложен и не всегда полностью изучен. Специфичны и многообразны также технология и аппаратурное оформление синтеза полимерных смол и пластмасс, в сязи с чем это производство, по существу, выделяется в самостоятельную отрасль промышленности. [3]

 

Раствор формальдегида  применяется в медицине как дезинфицирующее средство. Действие его основано на способности свертывать белок. Белковые вещества бактерий свертываются под влиянием формальдегида, что приводит их к гибели. Являясь протоплазматическим ядом, раствор формальдегида не может назначаться внутрь. Он применяется как дезинфицирующее средство для мытья рук хирургов, обработки хирургических инструментов (0,5% раствор), обмывания ног при потливости (0,5-1% раствор), спринцеваний в разведении 1:1000- 1:3000.

Так как раствор формальдегида  способен придавать тканям упругость, его часто применяют для консервации анатомических и биологических препаратов.

Также формальдегид широко используется в косметологии в качестве консерванта.

 

1.5 Мировой рынок формальдегида

 

Во всем мире производится около 8 млн. тонн формальдегида (в пересчете на 100%) в год (21,5 млн. тонн – в пересчете на 37%-ный формалин). Общемировые мощности составляют 8,8 млн. тонн. Таким образом, средняя загрузка мощностей близка к 90%. На производство формальдегида во всем мире расходуется порядка 35,7% метанола.

 

Рисунок 3 – Производство формальдегида 

 

Мировые мощности по производству КФК или формалина оценить очень сложно, так как отсутствует спецификация на них. Тем более, на одном и том же оборудовании часто возможно производить и КФК, и формалин при этом концентрация формальдегида может быть разной. Представляется возможным лишь оценить мировые мощности по производству формальдегид содержащих растворов в пересчете на 100%-ную концентрацию формальдегида.

 

 

 

На нижеследующей диаграмме  представлено распределение мощностей  по регионам мира, где отдельно выделены США и Канада, Европа (без учета СНГ) и Япония.

Рисунок 4 - Распределение  мировых мощностей по регионам

      

 Таким образом,  в США и Канаде расположена  почти треть мощностей по производству формальдегида. Почти столько же находится в Европе. В Японии и Южной Кореи расположены 5% от совокупного объема мощностей.

 

В Европе производится порядка 2650 тыс. тонн формальдегида в пересчете  на 100%-ное содержание. В пересчете  на 37%-ный формалин это значение составит 7160 тыс. тонн, что составляет примерно треть от мировых мощностей по производству формальдегида.

 

Огромные мощности по производству формальдегида сосредоточены  в США и Канаде. В совокупности они несколько превышают европейские  и составляют 2727 тыс. тонн формальдегида (в пересчете на 100%) в год. Это равнозначно производству 7370 тыс. тонн 37%-ного формалина. В США и Канаде есть несколько крупных производителей формальдегида, которые своим объемом производства могут оказывать влияние на рынок. Самой крупной компанией по объемам мощностей здесь является Dynea. Второй по этому показателю является компания Hexion Specialty Chemicals (раньше – Borden Chemical Inc.) Сопоставимые мощности у компаний Georgia Pacific и  Hoechst. 
       На нижеследующей диаграмме отражены компании США и Канады, располагающие самыми крупными мощностями по производству формальдегида.

Рисунок 5 - Распределение  мощностей по производству формальдегида  в США и Канаде (по компаниям) 

    

 Таким образом,  почти четверть мощностей по  формальдегиду принадлежит компании Dynea, пятая часть – компании Hexion Specialty Chemicals. В совокупности они производят почти половину формальдегида в США и Канаде. 
     Так же крупными компаниями являются Hoechst и Georgia Pacific. На их долю приходится примерно по 15%. Dupont обладает всего 9% мощностей, Monsanto и DB Western – по 4%. На остальные компании в совокупности приходится всего 9% мощностей. [4]

 

Заключение

В данной работе были рассмотрены  основные физико-химические и технологические  свойства формальдегида, применение и мировой рынок формальдегида. Также было рассмотрено производство формальдегида двумя методами: 1) окислительным дегидрированием метанола, 2) окислением метанола. Были составлены материальный баланс процесса получения формальдегида из метанола и тепловой баланс реактора окисления метанола в формальдегид. По уравнению теплового баланса из слоя необходимо отвести 1393992,82 кДж теплоты, либо уменьшить температуру спиртово-воздушной смеси на входе в реактор.

 

Список использованных источников

1. ИнфоМайн на основе данных химической энциклопедии. Обзор рынка формалина (формальдегида) и формальдегидных смол в СНГ. Демо-файл отчета. 2008.
2. Огородников С.К. Формальдегид. – Л.: Химия, 1984.- 280с.
3. Производство формальдегида: Методические укаания к курсовой работе по дисциплине «Общая химическая технология» 2007. 24с.
4. NEWCHEMISTRY ru. Новые химические технологии. Аналитический портал химической промышленности.