影響甲醛生產裝置效率的因素及控制方法

許海霞 馬曉波（陜西陜化煤化工集團有限公司，陜西渭南 714100）

1 概述

1957年我國開始生產甲醛，隨后，甲醛產量逐年增長，工藝日不斷優化。目前，工業甲醛生產均使用甲醇作為原料，用于甲醇氧化制甲醛的主要催化劑有兩類：一類是銀催化劑，另一類是鐵鉬氧化物催化劑。

表1 銀法以及鐵鉬法的比較

鐵鉬法具有甲醇消耗量較少、反應溫度較低、甲醛收率以及濃度較高、雜質含量較少以及對毒物相對不敏感等優點。在我國制造高濃度甲醛主要是采用鐵鉬法，但是業內關于裝置運行效率的研究相對比較少。因此，本文對鐵鉬法生產甲醛裝置運行效率進行分析，并對其影響因素進行探索，以供業內相關從業人員參考。

2 鐵鉬法裝置的流程及存在問題

2.1 鐵鉬法生產甲醛工藝簡介

新鮮空氣加壓與循環氣體混合后由二臺風機送入系統，甲醇經噴頭注入甲醇蒸發器與循環氣混合，混合物被加熱后經過反應器，在反應器管程中的催化劑床層上甲醇發生氧化生成甲醛。反應后混合氣從反應器底部進入吸收塔1，混合氣體冷卻吸收后，塔釜濃度為55%左右的甲醛，從吸收塔1的底部排出。另一部分混合氣體進行循環吸收，進入吸收塔2。從吸收塔排出的尾氣70%循環返回工藝氣中，其余的進入ECS催化劑反應器中。進入ECS 催化劑反應器的尾氣中含有CH2O、CO、CH3OCH3和未反應的甲醇，這些成分經催化劑轉化為H2O 和CO2。

2.2 存在問題

鐵鉬法生產高濃度甲醛，在生產運行過程中，影響系統負荷和甲醇收率的主要問題有：催化劑的裝填不合理；生產原料質量不穩定；甲醛轉化率比較低，工藝氣中存在著大量的甲醇和一氧化碳；甲醛的聚合和分解；吸收效率低，大量的甲醛逸散。下面對以上問題進行分析，并給出一定的改進措施。

3 鐵鉬法甲醛工藝中主要問題的分析及改進措施

3.1 催化劑的裝填方式

為了保證催化劑的催化效率以及壽命，有利于催化劑發揮其催化活性，可以進行分段、分比例的填裝。鐵鉬催化劑在填裝過程中需要保證分散均勻，有效規避裂隙、粉粹、漏管、架橋等情況的發生。

3.2 嚴格控制生產原料質量

在選擇甲醇的過程中要嚴格的對原料甲醇進行計量和檢測，以保證甲醇重量和質量的精準。原料中雜質多的話會直接引起副反應，要保證其中的雜質含量在規定范圍內，雜質還可以影響到催化劑的使用壽命，例如占比超過5ppm 的硫就會使催化劑在一周內失活。生產的過程中應該選擇精甲醇作為原料，并且盡量固定原料甲醇的來源，由此可以降低雜質對生產的影響。

空氣較差，會導致空氣中含有的油分及塵埃覆蓋在催化劑表面，最終減少甲醇和鐵鉬氧化物的接觸機會，并且降低甲醇氧化幾率。因此，要確保進入反應系統的空氣質量，避免影響催化劑的活性和使用壽命。

3.3 及時調整反應條件

甲醇與氧氣反應生成甲醛，同時也會發生副反應生成一氧化碳和二甲醚等副產物。如果催化劑活性低或反應溫度低，未反應的甲醇損失量會增高。相反，催化劑活性高或反應溫度高，未反應的甲醇量會降低，但一氧化碳的生成量會增大。由于二甲醚的生成不會受工藝參數明顯地影響，獲得最大產率的調整實際上等同于找出未反應甲醇損失量與一氧化碳生成量的最佳狀態。

產物和反應溫度變化的關系

甲醇含量在吸收過程中也會增加甲醛的分壓或引起液泛，從而影響系統效率。通過改變工藝參數可抑制副反應，調整未反應甲醇的含量，提高裝置的產量。在甲醇流量、工藝氣流量、加壓風機壓力不變的情況下，調整HTF沸點溫度。使得產品中甲醇的濃度保持在0.3～0.8%，或使循環氣中CO 的濃度保持在0.8～1.2vol%之間，通過這樣的操作，產率可以達到90～94%。

3.4 防止甲醛的聚合和分解

由于甲醛溶液不穩定，在低溫下易聚合，形成聚甲醛。在吸收塔內，塔體的中下部甲醛濃度過高，如果溫度控制過低，很容易聚合。如果循環液量過少，如果填料層存在干表面，甲醛在填料的干表面生成聚甲醛，填料層的通道變小，導致氣相通過時流速變快，出現泡沫或液泛等現象。升溫會加速甲酸的生成，發生康尼查羅反應，一分子甲醛氧化成甲酸，一分子甲醛還原成甲醇，這種變化的快慢取決于甲醛溶液的濃度和貯存溫度。為防止上述變化發生，通常須根據不同的甲醛濃度確定工藝溫度和貯放時間，提高甲醛產品質量。

3.5 控制吸收塔頂溫度

生產高濃度甲醛時，吸收塔2 的塔頂溫度高是吸收塔吸收性能低的主要原因。反應混合氣進入吸收塔時溫度很高，這些混合氣體中的甲醛和甲醇等隨著溫度的降低被液相吸收。如果吸收塔系統溫度增加，較高的溫度會導致甲醛在水中的溶解度的降低，在循環氣體中的水分含量也將隨之增加，從而降低了吸收效率。由于水會使催化劑鈍化，含水量增加將導致未反應甲醇的含量快速上升，在0.03Mpa加壓下操作條件下，在吸收塔2 的塔頂溫度超過45℃時，反應器甲醇進料量超過設計負荷的80%以后，循環氣中因帶液導致循環風機超負荷，循環風機電機軸承溫度和震動會頻繁高報警或引發跳車。

導致吸收塔頂溫度高的原因主要是因為換熱器循環水被泥沙和水垢堵塞，導致換熱效率差。因此，應根據換熱器的換熱情況，定期對每層盤管進行疏通和清洗處理，保證吸收系統換熱效率。控制吸收塔2 頂部溫度不超過38℃，從而確保離開吸收塔頂的尾氣中甲醛含量不能超過1000ppm。

4 結語

用鐵鉬法工藝生產甲醛，在生產過程中通過對影響甲醛生產裝置效率的因素及控制方法的分析和認識，采取相應措施，這會使得甲醛生產裝置的生產效率得到明顯改善。