Побочные реакции снижают выход формальдегида и определяют состав выхлопных газов (абгазов).
1.5 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 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 подготовки сырья, узел очистки, опорожнения, продувки.
Процесс получения формалина (технического) включает в себя следующие стадии:
1. Подготовка сырья и получения метаноло – воздушной смеси.
2. Синтез формальдегида.
3. Получение формалина – сырца (абсорбция формалина).
4. Ректификация формалина – сырца.
5. Стандартизация формалина.
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.
1.6 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Ректификация формалина-"сырца"
Формалин-"сырец" с массовой долей метанола до 20% и формальдегида не более 38% из куба абсорбционной колонны поз.К1 насосами поз.Н3/1-2 подается на ректификацию, где вверху отделяется метанол.
Ректификация метанольного формалина ведется в колонне поз.К2 под вакуумом. Проведение ректификации под вакуумом позволяет снизить температуру, что предотвращает повышение кислотности формалина за счет уменьшения протекания реакции Канницарро:
2СН20 + Н20 → СН30Н + НСООН (1.15)
Ректификационная колонна представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат диаметром 1000 мм, высотой 12000 мм и 26-ю колпачковыми тарелками с радиальным сливом.
Вакуум в ректификационной колонне поз. К2 создается вакуум-насосом поз. Н7/1-2 и поддерживается в кубе (-0,22 ÷ - 0,60)кгс/см2, а вверху колонны (-0,44÷ -0,70)кгс/см2.
Обогрев колонны поз.К2 осуществляется через кипятильник поз. Т7 паром давлением 2кгс/см2. Температура формалина в кубе колонны поз. К2 поддерживается (75-95)оС, вверху колонны поз.К2 - (40-50) оС, в укрепляющей части (60-70) оС, в исчерпывающей - (70-80) оС.
Формалин -"сырец" из абсорбционной колонны поз.К1 расходом (10-21) м3/ч, некондиционный формалин, подаваемый из стандартизаторов с расходом до 8 м3/ч поступает на 34, 42, 52 тарелки ректификационной колонны.
Пары метанола и формальдегида нагретые внизу колонны поднимаются вверх, а сверху (навстречу парам) подается почти чистый жидкий метанол. При соприкосновении поднимающихся паров со стекающей жидкостью происходит частичная конденсация формалина из формалина-"сырца" и частичное испарение метанола. Таким образом, стекающая жидкость обогащается формальдегидом, а поднимающиеся пары обогащаются метанолом, в результате чего выходящие из колонны пары представляют собой почти чистый метанол. Эти пары поступают в аппараты воздушного охлаждения поз. Х5/1-2, где охлаждаются до температуры не более 50оС, конденсируются и отделяются в газоотделителе поз. Х6 от жидкости. Жидкий метанол сливается в емкость поз.Е5, а газовая фаза дополнительно охлаждается в теплообменнике поз.Т9 оборотной водой и поступает в газоотделитель поз.Х7. Жидкая фаза после газоотделителя поз. Х7 сливается в емкость поз.Е5, а несконденсировавшиеся пары и инертны направляются к вакуум-насосу поз.Н7/1,2.
Выбросы от вакуум-насоса поз.Н7 направляются в верхнюю часть абсорбционной колонны поз.К1, где отмываются водой от большей части метанола, и вместе с выхлопными газами абсорбционной колонны поступают на сжигание.
Метанол из емкости поз. Е5 с массовой долей формальдегида до 6% и метанола не менее 92 % насосом поз.Н6/1,2, с расходом (5-15)м3/ч, подается в виде флегмы в колонну поз.К2, а избыток, с расходом до 6,5 м3/ч, направляется в процесс через смеситель поз.Х2 для получения метаноло-воздушной смеси.
Уровень в емкости поз.Е5 поддерживается (30-70)% отбором метанола, направляемого в смеситель поз.Х2.
Формалин массовой долей метанола не более 8% и формальдегида не более 50% забирается из куба колонны поз.К2, насосом поз.Н7/1-2, охлаждается в холодильнике поз.Т8 до температуры (40-65)оС и поступает в стандартизаторы.
Уровень в кубе колонны поз. К2 поддерживается (30-70)% отбором формалина в стандартизаторы.
В случае выхода из строя вакуум-насосов поз. Н7/1,2 ректификацию можно вести непродолжительное время под азотного дыханием с давлением 0,3 кгс/см2, но при этом возрастает кислотность формалина, и температура в кубе колонны поз. К2 будет (95-110)оС, а вверху - (60-66)оС.
Емкости поз.Е5 и газоотделители поз.Х7 соединены с "азотным дыханием" давлением 0,3 кгс/см2.
1.7 МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС
Материальный баланс в таблице 3.
Таблица 3 – Материальный баланс
| Приход | Расход | |||||
| Состав | кг/ч | Массовая доля, % | Состав | кг/ч | Массовая доля,% | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
| Ректификация | ||||||
| 1. Формалин- «сырец» в т.ч.: -формальдегид -метанол -вода | 20427,41 5881,86 5563,92 8981,63 | 100 28,79 27,24 43,97 | 1. Формалин – товарный в т.ч.: -формальдегид -метанол -вода 2. Метанол – ректификат в т.ч.: -метанол -формальдегид -вода | 15833,33 5858,33 1108,33 8866,66 4594,08 4455,59 23,53 114,96 | 100 37 7 56 100 97 0,5 2,5 | |
| Итого: | 20427,41 | 100 | Итого: | 20427,41 | 100 | |
| Абсорбция | ||||||
| 1. Контактные газы, в т.ч.: -формальдегид метанол -вода -углекислый газ -водород -окись углерода -азот 2. Вода на орошение | 25264,51 5880,86 5560,91 3223,75 805,94 146,53 83,37 9575,25 5879,58 | 100 23,24 22 12,76 3,19 0,58 0,33 37,9 100 | 1. Формалин – «сырец» в т.ч.: -формальдегид -метанол -вода 2. Выхлопные газы, в т.ч.: -азот -водород -углекислый газ -окись углерода -вода | 20427,41 5881,8 5563,92 8981,63 10716,68 8280,78 1781,11 443,67 72,87 138,25 | 100 28,79 27,24 43,97 100 77,27 16,62 4,14 0,68 1,29 | |
| Итого: | 31144,09 | 100 | Итого: | 31144,09 | 100 | |
| Контактирование | ||||||
| 1. Смесь воздух – метанол, в т.ч.: формальдегид -метанол -вода -азот -кислород | 25264,51 22,74 11748,00 444,66 10297,81 2751,31 | 100 0,09 46,5 1,76 40,76 10,89 | 1 Контактные газы, в т.ч.: формальдегид -метанол -вода -углекислый газ -окись углерода -водород -азот | 25264,51 5880,86 5560,91 3223,75 805,94 146,53 83,37 9575,25 | 100 23,24 22 12,76 3,19 0,33 0,58 37,9 | |
| Итого: | 25264,51 | 100 | Итого: | 25264,51 | 100 | |
| Спиртоиспарение | ||||||
| Метанол «свежий» в т.ч.: -метанол -вода 2. Метанол – ректификат, в т.ч.: -метанол -формальдегид -вода 3. Воздух, в т.ч.: -кислород -азот -вода | 8039,17 8031,13 8,04 4588,03 4450,39 22,94 114,70 12637,31 2615,92 9793,91 227,47 | 100 99,9 0,1 100 97 0,5 2,5 100 20,7 77,5 1,8 | Смесь воздух – метанол, в т.ч.: -формальдегид -метанол -вода -азот -кислород | 25264,51 22,74 11748,00 444,66 10297,81 2751,31 | 100 0,09 46,5 1,76 40,76 10,89 | |
| Итого: | 25264,51 | 100 | Итого: | 25264,51 | 100 | |
1.8 ЕЖЕГОДНЫЕ НОРМЫ РАСХОДА ОСНОВНЫХ ВИДОВ СЫРЬЯ, МАТЕРИАЛОВ И ЭНЕРГОРЕСУРСОВ
Ежегодные нормы расхода основных видов сырья, материалов и энергоресурсов в таблице 4.
Таблица 4 – Ежегодные нормы расхода основных видов сырья, материалов и энергоресурсов.
| Наименование сырья, материалов и энергоресурсов | Нормы расхода | |||||||||||||||||||||
| По проекту | Плановые по годам | |||||||||||||||||||||
| 37% фор-н | 50% фор-н | 1998 | 1999 | 2000 | 2001 | 2002 | 2003 | 2004 | ||||||||||||||
| 37% фор | 50% фор | 37% фор | 50% фор | 37% фор | 50% фор | 37% фор | 50% фор | 37% фор | 50% фор | 37% фор | 50% фор | 37% фор | 50% фор. | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | ||||||
| а) производство формалина (на 1 т формалина): | ||||||||||||||||||||||
| 1. Метанол, кг | 508,41 | 617,38 | 507 | 507 | 507 | 507 | 507 | 507 | 507 | |||||||||||||
| 2.Вода демине-рализованная, кг | 369,89 | 218,16 | 370 | 370 | 370 | 370 | 370 | 370 | 370 | |||||||||||||
| 3. Катализатор "серебро на пемзе",кг - в пересчете на серебро, г -безвозмездные потери, г | 18,37 7,35 0,20 | 24,82 9,93 0,27 | 13 7,93 0,397 | 13 7,93 0,397 | 13 7,930, 397 | 13 7,93 0,397 | 13 7,93 0,397 | 13 7,93 0,397 | 13 7,93 0,397 | |||||||||||||
| 4.Вода оборотная, м3 | 43,00 | 58,10 | 43 | 43 | 43 | 43 | 43 | 43 | 43 | |||||||||||||
| 5.Пар Р-18 кгс/см2,т | 0,43 | 0,43 | 0,43 | 0,43 | 0,43 | 0,43 | 0,43 | 0,050,43 | ||||||||||||||
| 6.Воздух техно-логический 6 кгс/см2,м3 | 0,060 | 0,068 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | |||||||||||||
| 7.Воздух КИП 5 кгс/см2,м3 | 4,44 | 5,38 | 4,44 | 4,44 | 4,44 | 4,44 | 4,44 | 4,44 | 4,44 | |||||||||||||
| 8.Азот 4 кгс/см2,м3 | 0,44 | 0,59 | 0,44 | 0,44 | 0,44 | 0,44 | 0,44 | 0,44 | 0,44 | |||||||||||||
| 9.Электроэнер-гия,кВт/ч | 37 | 50 | 37 | 37 | 37 | 37 | 37 | 37 | 37 | |||||||||||||
| 10.Природный газ, м3 | 5,6 | 5,6 | 5,6 | 5,6 | 5,6 | 5,6 | 5,6 | 5,6 | ||||||||||||||
| б) производство катализатора (на 1 т катализатора) 1.Сырье. | ||||||||||||||||||||||
| 1.1.Пемза, кг | 2000,00 | 843,00 | 843,00 | 843,00 | 843,00 | 843,00 | 843,00 | 843,00 | ||||||||||||||
| 1.2.Азотнокис-лое сереб ро, кг | 629,91 | 625,355 | 625,355 | 625,355 | 625,355 | 625,355 | 625,355 | 625,355 | ||||||||||||||
| 1.3.Азотная кислота,кг | 763,80 | 800,00 | 800,00 | 800,00 | 800,00 | 800,00 | 800,00 | 800,00 | ||||||||||||||
| 1.4.Едкий натр технический 100 %, кг | 1277,70 | 536,60 | 536,60 | 536,60 | 536,60 | 536,60 | 536,60 | 536,60 | ||||||||||||||
| 1.5.Вода деми-нерализован-ная, м3 | 31,00 | 32,40 | 32,40 | 32,40 | 32,40 | 32,40 | 32,40 | 32,40 | ||||||||||||||
| 2.Энергоресурсы | ||||||||||||||||||||||
| 2.1.Пар 6кгс/см2, Гкал | 106,55 | 106,55 | 106,55 | 106,55 | 106,55 | 106,55 | 106,55 | 106,55 | ||||||||||||||
| ГДж | 69,30 | 69,30 | 69,30 | 69,30 | 69,30 | 69,30 | 69,30 | 69,30 | ||||||||||||||
| 2.2.Вода оборотная, м3 | 3478,00 | 3478,00 | 3478,00 | 3478,00 | 3478,00 | 3478,00 | 3478,00 | 3478,00 | ||||||||||||||
| 2.3.Электроэнергия, кВт/ч | 93,70 | 93,70 | 93,70 | 93,70 | 93,70 | 93,70 | 93,70 | 93,70 | ||||||||||||||
1.9 ЕЖЕГОДНЫЕ НОРМЫ ОБРАЗОВАНИЯ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА