4. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ
Выбор технологической схемы обусловлен мощностью производства формалина и назначением готового продукта. Мощность производства составляет 380 тыс. тонн в год 37% формалина. Процесс оформлен в виде трех технологических ниток, единичной мощности 126,6 тыс. тонн в год, каждая. С целью снижения металлоемкости и принятых технологических решений ряд узлов выполнен общим для трех ниток: узел подготовки сырья, узел очистки годовых выбросов, узел очистки, опорожнения, продувки.
Процесс получения формалина представлен в виде трех параллельных ниток, состоящих из следующих узлов:
- подготовка сырья и получения метаноло-воздушной смеси;
- синтез формальдегида;
- получение формалина - ″сырца″ (абсорбция формалина);
- ректификация формалина - ″сырца″,
и узлов, выполненных общими для трех ниток:
- сбор и переработка некондиционных и дренируемых продуктов,
- факельная установка,
- очистка газовых выбросов,
- теплопункт,
- получение катализатора.
Некоторые заводы не включают в технологическую схему процесс ректификации, но как показывает практика затраты на эту стадию полностью себя оправдывают. Во-первых, исключается возможность получения нестандартного продукта; во-вторых, получается возможность получать как безметанольный продукт, так и формалин высокой концентрации.
Исходя из рассмотренных стадий получения технического формалина, характеризуем каждую из них по технологической схеме цеха производства формалина.
5. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
5.1 Получение метаноло-воздушной смеси
Метанол из емкости поступает через обратные клапаны к I, II, III технологическим ниткам на "метанольные гребенки", где к "свежему" метанолу добавляется "возвратный" метанол с узлов ректификации. Метанол (для одной технологической нитки) от "метанольной гребенки" предварительно подогревается в 2-х нижних встроенных теплообменниках абсорбционной колонны поз.К1 до 65°С, и поступает для образования спиртовоздушной смеси в спиртоиспаритель. Чтобы снизить побочные реакции процесса получения формальдегида, метанол в смесителе поз.Х2 смешивается с деминерализованной или надсмольной водой.
Спиртоиспаритель состоит из испарителя поз.Е2а, выносной греющей камеры - теплообменника поз.Т1 и смонтированного под ней отстойника поз.Е2б.
Воздух из атмосферы, предварительно очищенный от пыли на фильтре поз.Ф1, подается воздуходувками поз.М1/1-3, с давлением (0,5 - 0,8) кгс/см2 и температурой (30 - 70)°С и расходом (3000 - 11000) м3/ч через обратный клапан в верхнюю часть выносной греющей камеры поз.Т1. На каждую технологическую нитку предусмотрено по три воздуходувки производительностью 6000 м3/ч каждая - две в работе, одна в резерве или ремонте.
Метаноло - водяная смесь из смесителя поз.Х2 с температурой (20 - 65)°С и расходом (6 - 14) м3/ч подается в отстойник спиртоиспарителя поз.Е2б, где в конической части отделяются и собираются механические примеси.
Уровень в испарителе поз.Е2а поддерживается подачей метанола. При уровне метанола в испарителе поз.Е2а 20% воздуходувки поз.М1/1-3 отключаются.
Метанол в спиртоиспарителе подогревается паром давлением 2 кгс/см2, подаваемым из паросборника поз.Е4 в выносную греющую камеру теплообменника спиртоиспарителя поз.Т1. Температура метанола в испарителе поз.Е2а поддерживается (52-85)°С в зависимости от концентрации метанола.
Образование метаноло - воздушной смеси происходит в верхней части выносной греющей камеры поз.Т1, куда через барботер подается воздух от воздуходувок поз.М1/1-3. Затем в испарителе поз.Е2а жидкий метанол отделяется, с помощью каплеотбойника, и метаноло - воздушная смесь поступает в перегреватель поз.Т2.
Метаноло - воздушная смесь в перегревателе поз.Т2 перегревается до (90 - 145)°С паром 6 кгс/см2, подаваемым в межтрубное пространство, для предотвращения конденсации и попадания жидкого метанола на катализатор, который при этом зауглероживается и снижает свою активность. Перегретая метаноло - воздушная смесь, пройдя огнепреградитель поз.Х3, заполненный фарфоровыми шариками и кольцами Рашига, которые служат для предотвращения попадания открытого огня в спиртоиспаритель, поступает в верхнюю часть контактного аппарата поз.Р1.
5.2 Синтез формальдегида
Образование формальдегида из метанола происходит в контактном аппарате поз.Р1 при прохождении метаноло - воздушной смеси через слой катализатора при температуре (550 - 600)°С ("мягкий режим") или с добавлением воды при температуре (650 - 700)°С ("жесткий режим").
Контактный аппарат поз.Р1 представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат, в нижней части которого расположен кожухотрубный теплообменник, в межтрубное пространство которого подается водяной конденсат, а по трубному пространству проходят реакционные газы. Катализатор укладывается на 2 слоя нержавеющей сетки, (10х10) мм и (1х1) мм, высотой (120-150) мм, а сверху помещается электрозапал.
Разогрев контактной массы, при пуске, до температуры (300 - 350)°С, при которой начинается реакция превращения метанола в формальдегид, осуществляется включением электрозапала, а дальнейший подъем температуры происходит за счет тепла реакций.
Температура в слое катализатора поддерживается автоматически, подачей пара в греющую камеру поз.Т1 спиртоиспарителя, и сопровождается световой и звуковой сигнализацией при температуре в слое катализатора 620°С – в "мягком режиме" и 720°С – в "жестком режиме". При достижении температуры в слое катализатора в "мягком режиме" – 650°С, а в "жестком режиме" – 750°С происходит автоматическое отключение воздуходувки поз.М1/1-3.
В результате реакций, протекающих в слое катализатора, из метаноло -воздушной смеси образуются контактные газы, в состав которых входят: формальдегид, водород, углекислый газ, окись углерода, азот, пары воды, непрореагировавший метанол.
Для предотвращения термического разложения образовавшегося формальдегида и прекращения побочных реакций, контактные газы, выходящие из зоны контактирования, резко охлаждаются в подконтактном холодильнике до температуры не более 200°С за счет испарения водного конденсата, поступающего из паросборника поз.Е4 в межтрубное пространство подконтактного теплообменника. Образовавшаяся в подконтактном холодильнике паро-водяная смесь за счет естественной циркуляции поступает в паросборник поз.Е4, где отделяется пар от конденсата. Давление пара в паросборнике поз.Е4 (1,8-2)кгс/см2, поддерживается паром подаваемым в паросборник поз.Е4 из теплопункта от коллектора.
Конденсат из теплообменника поз.Т1 спиртоиспарителя собирается в конденсатосборник поз.Е3, откуда насосами поз.Н1/1-2 через обратный клапан подается в паросборник поз.Е4.
5.3 Получение формалина - "сырца"
Контактные газы, охлажденные в подконтактном холодильнике реактора, поступают в поглотительную систему, состоящую из абсорбционной колонны поз.К1, аппарата воздушного охлаждения поз.Х4, пластинчатых теплообменников поз.Т3, Т4, Т6, Т5 и циркуляционных насосов поз.Н2/1-3, Н3/1-3.
Абсорбционная колонна поз.К1 представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат переменного сечения: нижняя кубовая часть диаметром 2800 мм с шестью встроенными теплообменниками, с 24 тарелками (1,7,13, 19 тарелки – глухие, с 21 по 24 – колпачковые, остальные – жалюзийно-клапанного типа). В верхней части колонны для предотвращения уноса капель жидкости предусмотрен каплеотбойник.
В кубе абсорбционной колонны поз.К1 происходит охлаждение контактных газов, конденсация паров воды и метанола, а также хемосорбция водой значительной части формальдегида. Несконденсировавшиеся пары и газы из куба поднимаются вверх по колонне навстречу орошающей жидкости.