年产5万吨甲醇氧化制甲醛工艺生产过程设计本科论文Word下载.docx

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1.4.1银催化氧化甲醇制甲醛3

1.4.2铁钼法氧化甲醇制甲醛3

1.4.3甲醇脱氢制甲醛4

1.5AspenPlus的简介5

1.5.1AspenPlus的介绍5

1.5.2AspenPlus的应用5

1.6本课题研究的主要内容6

第二章甲醇氧化制甲醛生产工艺流程7

2.1工业生产甲醛制备方法对比7

2.2甲醛工艺流程7

2.2.1工艺条件的确定7

2.2.2反应原理7

2.2.3反应工艺过程描述8

第三章流程模拟10

3.1流程模拟概述10

3.1.1氧化反应工段11

3.1.2气液分离模块15

3.1.3吸收模块17

3.1.4精馏模块19

结论22

致谢23

参考文献24

摘要：

甲醛是有机化工重要的基本原料，应用非常广泛。

甲醇氧化制甲醛是工业生产甲醛的主要途径。

本设计采用Aspenplus软件，对铁钼法甲醇氧化制甲醛生产工艺进行了模拟与优化。

通过Aspenplus软件，对甲醛生产工艺模拟与优化，得出的工艺条件为：

反应器的反应温度285℃，压力1bar，精制塔主要条件为：

进料甲醛的流量168.315kmol/h，理论板数为36块，进料位置为第16块，压力3bar，回流比3.6。

产物甲醛的含量为36.9%。

关键字：

甲醇铁钼法氧化甲醛AspenPlus模拟

TheDesignofProductionProcessofFormaldehydebyMethanolOxidation（50kt/a）

Abstract:

Formaldehydeisanimportantbasicorganicchemicalrawmaterials,applicationisverybroad.Methanoloxidationofformaldehydeisthemainwayforindustrialproductionofformaldehyde.ThisdesignadoptstheAspenplussoftware,theironmolybdenummethanoloxidationformaldehydeproductiontechnologyhascarriedonthesimulationandoptimizationsystem.ByAspenplussoftware,theformaldehydeproductionprocesssimulationandoptimization,itisconcludedthatthetechnologyconditionsasfollows:

Reactor,reactiontemperature285℃,pressure1bar,mainconditionsforrefiningtower:

theflowoffeedformaldehyde168.315kmol/h,theoreticalplatenumberis36pieces,feedingpositionfor16pieces,3barpressure,refluxratioof3.6.Formaldehydecontentofproductwas36.9%.

Keywords:

methanol;

Ironmolybdenummethod;

oxidation;

formaldehyde;

Aspenplus;

simulation

引言

甲醛有刺激性气味无色气体，易溶于水（福尔马林），用于合成材料,还可用于生物标本制作，破坏生物的蛋白质组织，能防腐。

甲醛是有机化工重要的基本原料,对未来能源结构的优化和化学工业的发展起着非常重要的作用。

甲醛除可直接用作消毒、杀菌、防腐剂外主要用于有机合成、合成材料、涂料、橡胶、农药等行业，其衍生产品主要有多聚甲醛、聚甲醛、酚醛树酯、脲醛树酯、氨基树酯、乌洛托品及多元醇类等。

人造板工业发达，对甲醛的需求量甚大。

本设计采用负载在合适载体上的铁钼作为催化剂，甲醇为原料氧化生产甲醛的工艺流程模拟，并使用AspenPlus对工艺流程进行模拟计算。

第一章甲醇氧化制甲醛工艺进展

1.1甲醛简介

甲醛，英文名Formaldehyde，又称蚁醛，是无色、具有强烈气味的刺激气体，略重于空气,易溶于水。

甲醛是一种挥发性有机化合物，是室内环境的主要污染物之一，污染源多。

甲醛是一种原浆毒物，能与蛋白质结合。

人吸入高浓度甲醛后，会出现呼吸道严重刺激、水肿、眼睛痛、头痛，也可发生支气管哮喘。

皮肤直接接触甲醛，可引起皮炎、色斑、坏死。

经常吸入少量的甲醛，能引起慢性中毒，出现粘膜充血、皮肤刺激症、过敏性皮炎、指甲角化和脆弱、甲床指端疼痛等。

全身症状有头痛、乏力、心悸、失眠、体重减轻以及植物神经紊乱等。

甲醛的主要物理性质为：

甲醛的化学分子式HCHO，分子量：

30.03，气体相对密度1.067（空气=1），液体密度0.815g/cm3（-20℃）。

熔点-92℃，沸点-19.5℃。

易溶于水和乙醇水溶液的浓度最高可达55%，通常是37%，称做甲醛水，俗称福尔马林。

甲醛有强还原作用，特别是在碱性溶液中，能燃烧，蒸气与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限7%-73%（体积）。

着火温度约300℃。

甲醛可由甲醇在银，铁等金属催化下氧化或脱氢制得，也可由烃类氧化产物分出。

用作农药和消毒剂，制酚醛树脂、脲醛树脂、维纶、乌洛托品、季戊四醇和染料等的原料。

工业品甲醛溶液一般含37%甲醛，作阻聚剂，沸点101℃。

1.2制甲醛的意义

甲醛是一种重要的有机化工原料，性质活泼，能与大部分的有机或者无机化合物反应，甲醛一般由甲醇经空气氧化制得。

目前世界各国用于生产甲醛的甲醇占甲醇总产量的30%左右，已开发出的甲醛下游产品有上百种，其中主要有热固性树脂（如脲醛树脂，酚醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂等）及聚甲醛，季戊四醇，乌洛托品，1,4—丁二醇，吡啶，乙二醇，三羟基甲烷等化工产品，同时甲醛在农业，医药，染料工业中可以作为杀虫剂和还原剂等"

甲醛也是合成染料、农药、精细与专用化学品的重要原料。

1.3甲醛生产现状及发展前景

我国甲醛工业发展至今，在规模、产量、质量、技术等方面已达到或接近国际先进水平。

2002年我国工业甲醛的年生产能力约700万吨，至2004年增长到1035万吨，2004年世界工业甲醛的总生产能力约为3855万吨（37%CH2O，下同）／年。

其中，中国工业甲醛的生产能力最大，约为1035万吨／年；

其次为美国，达544吨／年；

西欧工业甲醛的生产能力为903万吨／年；

日本为180万吨／年。

我国甲醛基本自给自足，不依赖进口。

1.4工业上制备甲醛的方法

目前，对于生产产醛的工业方法有较为成熟的研究，各研究机构和公司都根据各自需求研究出了相应的工艺流程。

目前最常用的工业生产方法为银催化氧化甲醇制甲醛、铁钼法氧化甲醇制甲醛、甲醇脱氢制甲醛。

1.4.1银催化氧化甲醇制甲醛

郝吉鹏[1]在铁钼法甲醇氧化制甲醛工艺及过程控制分析研究中提到，银作催化剂，寿命3~6个月，物料甲醇过量，反应温度600~680℃，甲醇单耗（以37%甲醛计，440~450kg/t）甲醇转化率92~96%，甲醛收率87.7~89.7%，该工艺通过调节吸收塔顶部脱盐水的加入量，可以在吸收塔底部的高浓度甲醛洗涤器一侧采出浓度超过55%的浓甲醛溶液。

1.4.2铁钼法氧化甲醇制甲醛

王辉[2]在甲醇氧化制甲醛铁钼催化剂研究开发的研究中，甲醇单耗（以37%甲醛计，420~437kg/t）、甲醛产品浓度（可达55%以上），在反应温度275~330℃，空速8000~16000h-1时，催化剂的Mo/Fe比为211~218，最佳为215，使用铁钼催化剂催化氧化可使甲醇转化率>

98%，甲醛收率>

91%。

袁浩然[3]等在甲醇氧化制甲醛用铁钼氧化剂研究中，在反应温度300~380℃，催化剂铁钼的寿命为16~18个月，甲醇单耗（以37%甲醛计，420~440kg/t），产品中甲醛物质的量分数为37~55%，甲醛收率为91~95%。

20世纪80年代以后，国外新建大型装置大多都采用铁钼法生产工艺制取甲醛，国内采用铁钼法生产厂家的有天津石油化工厂，黑龙江佳木斯化工五厂等一些厂家。

周光灿[4]在甲醇氧化制甲醛的生产条件研究中，在众多催化剂中，包括单纯的氧化物和配对的化合物中Ⅳ价钼和Ⅲ价铁的混合氧化物具有优异的选择性,是常选用的催化剂.并且通过研究从热力学方面考察，在此催化剂的催化作用下甲醇的转化率更好，甲醇接近完全反应。

大量实验证明氧化钼适当过量可以增大催化剂的稳定性，抑制催化剂的分解变性。

许永成[5]等在甲醇氧化制甲醛工艺技术探讨中，采用铁钼氧化物做催化剂，空气过量在反应温度为250~350℃，压力为1bar的反应条件下，产物中甲醛的含量为55~57%，甲醇含量为0.3~1%。

催化剂的寿命为2~3年。

赵敏杰[6]在沸腾床铁钼催化剂甲醇氧化制甲醛研究中，得出了最佳反应条件：

甲醇/空气（体积比）=13%，反应温度380~395℃，空速15000~20000h-1，使用铁钼法在沸腾床中催化氧化可使甲醇转化率>

99.5%，甲醛收率>

86%。

通过查阅的相关文献可知，在工业上甲醇氧化制甲醛的化工生产中，铁钼法具有甲醇单耗低，甲醇转化率高，甲醛收率高，生产成本低，持续运行周期较长等优点。

铁钼法氧化甲醇制甲醛中有固定床法和沸腾床法，Fe-Mo固定床法与银法相比，虽然有一些显著优点，但是由于该法必须在原料气甲醇混合物的爆炸下限（<

7%）操作，因此，限制了设备生产能力。

要提高装置的生产能力，就必须提高原料气中的甲醇浓度，在甲醇-空气混合物的爆炸极限内操作，这是Fe-Mo固定床法所不能实现的。

但是，Fe-Mo沸腾床法则能在爆炸范围内进行操作。

因为在沸腾床操作条件下，催化剂颗粒是处在激烈的沸腾状态中；

由于催化剂粒子在反应器中能很好地流动，加之气-固间的良好接触，使得沸腾床有很高的热传递效率，因此，很容易把反应热导出，消除了因催化剂层局部过热而引起的爆炸危险。

沸腾床与固定床相比，其优点[6]可归纳为：

（a）沸腾床反应器为一单管反应器,原料气中甲醇浓度高（13%~25%）,装置的生产能力大；

（b）反应温度容易控制；

（c）沸腾床有利于催化剂的循环,再生和更换；

（d）能有效地消除导致催化剂失活的热点，延长催化剂寿命。

1.4.3甲醇脱氢制甲醛

根据研究过的催化剂的性质可将催化剂分为金属及其氧化物催化剂、碱金属盐催化剂和分子筛催化剂3种。

1.4.3.1金属及其氧化物催化剂

Ruf[7]等研究Na金属催化剂，金属Na在一金属管内熔解，并由氮气将Na蒸气带入反应器中与甲醇进行均匀气相催化反应，在Na管温度为723K，反应温度为1023K，甲醇进料量为10%（体积比时，甲醛收率可达到72%，此外催化剂还主要有CuO/SiO2和ZnO/SiO2等。

1.4.3.2碱金属盐催化剂

李勇斌[7]等曾在内径为16