淺談甲醛生產過程能量綜合優化

錢桂民（唐山中浩化工有限公司，河北 唐山 063600）

淺談甲醛生產過程能量綜合優化

錢桂民（唐山中浩化工有限公司，河北 唐山 063600）

本文分析了甲醇氧化、甲醛吸收等工藝的具體改進方法，介紹了過程能量的優化方法，實現了甲醛生產裝置的高產低耗。同時，還對各個甲醛生產環節的用能進行了深度剖析，找出了其中存在的薄弱環節，并由全局進行綜合優化，提出了具體的用能優化措施。

甲醛；生產過程；能量；綜合優化

甲醛屬于重要性較高的基礎化工原料，除了廣泛應用至合成樹脂方面以外，還在農藥、染料、醫藥以及炸藥等方面被用作最為基礎的生產原料。目前，我國甲醛產品的產能一直呈現出高速增長趨勢，且多聚甲醛、甲縮醛以及聚甲醛等產品也表現出突飛猛進的增長速度。我國多數企業主要采用銀法催化氧化以及鐵鉬催化氧化方法生產甲醛，且反應控制在爆炸極限上限以及外限外進行[1]。為了有效控制反應器中甲醇濃度以及反應熱量，氧化過程中需要采用大量的蒸汽，此時便會產生較多的反應生成熱，為此，實際生產過程中，工作人員應有效回收這些熱量，從而由整體上降低整個裝置的能量消耗。而優化甲醇氧化、甲醛吸收等工藝的用能，可以使得甲醛生產過程由原來的輸入能量轉變為外輸能量。但多數企業的甲醛生產裝置規模較小，且生產能耗較大，為此，本文便在綜合采用能量優化的基礎上，綜合分析了傳統銀催化甲醛的各個的生產環節，并指出了相應的改進優化措施。

1 傳統銀催化甲醛生產

在蒸發器中將甲醇與空氣進行配置生成二元混合氣體，之后在混入蒸汽生成甲醇、空氣以及蒸汽的三元混合氣體。之后將三元混合氣體在加熱120攝氏度之后，進入過濾器，除去雜質，進入氧化反應器中。在經過氧化脫氫反應之后，甲醇生成甲醛，而產物則在冷卻器中被冷卻至80攝氏度，之后甲醛與甲醇的蒸汽便在塔底被吸收，且利用尾氣鍋爐回收吸收塔尾氣[2]。

2 銀催化甲醛生產過程中的能量分析

2.1 甲醛生產過程的能源及耗能

在甲醛生產過程中，能源主要來源于以下幾個方面，根據物料衡算以及熱量衡算可知，甲醛生產屬于放熱反應過程，且反應生成的熱量會使得反應后的溫度上升至650至700攝氏度。由此，甲醛生產過程中最為關鍵的環節便是回收此環節產生的能量。當前我國多數企業采用氧化劑冷段產生的蒸汽供甲醛生產裝置使用，且甲醇蒸發器采用冷卻段制備的熱水。在冷凝過程中，反應氣體會放出熱量，且在吸收過程中也會放出吸收熱。當前很多裝置需要利用冷卻水帶離熱量，之后在冷卻塔中排出進行二次利用。在甲醛生產中的尾氣含有氫氣以及少量的一氧化碳等氣體，經測定可以進行燃燒利用。

而在甲醛生產過程中，以下幾個部分可以消耗能量，一是甲醛蒸發器，其中設有列管加熱器，底部存在恒溫的加熱夾套，可以消耗大部分的能量。二是反應器，甲醇氧化反應過程中會放出大量熱量，為了有效控制溫度，期間應添加一定的配料蒸汽。此蒸汽除了可以降低反應溫度之外，還可以縮短甲醇的爆炸極限，增大了反應的安全性。三是甲醇過熱器，為了確保甲醇氧化器內不含又液態的甲醇，此時應將溫度控制在120攝氏度左右。

2.2 甲醛生產中的用能

在熱平衡計算后可以發現，當溫度超過400攝氏度時，反應氣冷凝過程中會釋放大量的熱量，而溫度在90至400攝氏度之間時，所釋放的熱量較少，但當溫度低于90攝氏度時，冷凝產生的熱量又會進一步增多。為此，生產過程中應根據上述的冷卻規律，進一步優化配比熱量的回收比例，比如可以利用400攝氏度以上的熱量產生高壓蒸汽；利用200至400攝氏度內的熱量產生低壓蒸汽；利用80至200攝氏度之間的熱量對甲醇進行蒸發，以便最大程度的吸收熱量。同時，還應根據冷卻物情況回收熱量，并進行進一步的優化與分配[3]。

3 甲醛生產過程的用能優化措施

當前甲醛生產過程中的能量利用系統已經比較成熟完善，但也存在一定不足之處，可以進一步優化設計。企業可以利用夾點分析在遵循能量梯級利用的基礎上進一步優化生產流程。在夾點計算后，甲醇裝置夾點溫度應保持在70攝氏度左右，且對原有的用能系統進行優化設計。一方面，應將部分80攝氏度的甲醛溶液進行加熱尾氣、甲醇等工作；另一方面，由于蒸汽質量要遠高于熱水，因此生產過程中還應充分利用低壓蒸汽。

由能量梯級利用原則可知，反應氣可以分為三段進行利用，首先生產中應利用廢氣產生的高壓蒸汽，之后在利用其產生低壓蒸汽供反應使用。最后還應安裝使用甲醇蒸發器，以充分利用低溫段水蒸氣冷凝產生的熱量。生產過程中，對于甲醛產生的尾氣應進行余熱回收，且將鍋爐進空氣的溫度提升至150攝氏度左右，軟水溫度也應控制在95攝氏度以上，以便增大甲醛產量。

4 結語

化工過程節能已成為國內外重要的研究課題，越來越受到人們的重視。甲醛生產是一種典型的高耗能工業過程，具有能耗高、材料消耗大等特點。通過對甲醇氧化和甲醛吸收的工藝改進和工藝能量的優化，實現了甲醛生產裝置的高產低耗。甲醛生產用能優化的關鍵在于應充分回收利用甲醇氧化制甲醛反應過程中的熱量、工藝過程中的吸收熱以及尾氣燃燒熱等。本文全面綜合分析了傳統銀催化甲醛生產過程中的各個環節，介紹了熱量吸收的方法與措施，并在全局考慮的基礎上綜合優化利用甲醛用能，減少了能耗，實現了清潔高效生產。

[1]郭仲文.甲醛生產過程能量綜合優化[J].廣州化工,2014 (03).

[2]李蓓,張明瑜.在合成氨尿素生產過程中能量優化技術的應用研究[J].中國石油和化工標準與質量,2013(05).

[3]年立春.鄰氯苯甲醛生產中氯化反應速率的影響因素改進[J].廣州化工,2012(02).