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1、 化工设计年产50000t/a合成甲醛工业设计学 院 化学与化工学院专 业 化学工程与工艺052班小组名称 终极一组 小组成员旭凯、嘉琦、泽鸿、王位、雅茹、王建福、谭孔文提交日期2009 年 03 月前言终极一组成员一览：组长： 旭凯（学号：7）组员： 王位（学号：7）嘉琦（学号：0）雅茹（学号：3）泽鸿（学号：6）王建福（学号：1）谭孔文（学号：0）主要分工一览：第一章 产品方案选择与生产规模-雅茹第二章 物料衡算-旭凯第三章 能量衡算-嘉琦第四章 设备工艺计算-旭凯，嘉琦，泽鸿第五章 能量利用方案和节能方面的技术改进-嘉琦总图与其说明书-雅茹带控制点的工艺流程图，氧化器设计图-谭孔文，王位
2、，王建福资料搜集-旭凯，王建福，谭孔文，王位PPt制作-王位，嘉琦，泽鸿课堂演讲-嘉琦（所有资料统一由嘉琦、旭凯整理，所有组员审理定稿）由于本组水平有限，经验尚浅，错误再所难免，敬请提出宝贵意见。终极一组 二零零九年三月目 录第一章 产品方案选择与生产规模 （4）1.1 概述（4）1.2 本项目对甲醛生产技术的要求（4）1.3 中国甲醛工业现状（4）1.4 银法和铁钼法比较国外甲醛技术概况（5）1.5 技术选择（6）第二章 物料衡算（8）2.1 设计条件（8）2.2 物料流程简图 （8）2.3 甲醛、甲醇物料衡算（均按每小时计） (10)第三章 能量衡算 (17)3.1 甲醇蒸发器 (17)3
3、.2 过热器 (18)3.3 氧化器（包括急冷段）(18)3.4 吸收塔（包括一吸塔和二吸塔） (20)第四章 设备工艺计算 (22) 4.1 蒸发工段 (22) 4.2 氧化工段 (29) 4.3 吸收工段 (36) 4.4 吸收工段换热器、循环泵设计选型 (49) 4.5 主要设备一览表 （51）第五章 能量利用方案和节能方面的技术改进 （52）第六章 工艺设计图纸见附图1、2、3第一章 产品方案选择与生产规模1.1 概述目前甲醛90%以上是从甲醇氧化而得，也有从烃类直接氧化和二甲醚氧化来制取。八十年代日本旭化成开发成功以稀甲醛和醇为原料的甲缩醛法（甲醛缩二甲醇法），可以生产高浓度无醇甲醛
4、溶液，和自己开发的聚甲醛装置相配套，目前还在不断发展完善之中。目前正在研究开发“甲醇脱氢法”和甲烷直接氧化法新工艺。以甲醇为原料生产甲醛的方法，按其所利用催化剂和生产工艺不同，可分为两种不同的工艺路线。其一是在过量甲醇（甲醇蒸汽浓度控制在爆炸上限，37%以上）条件下，甲醇气、蒸汽和水汽混合物在金属型催化剂上进行脱氢氧化反应，通常采用结晶Ag催化剂，故称为“银法”，也称“甲醇过量法”其二是过量空气（甲醇蒸汽浓度控制在爆炸区下限，7%以下）条件下，甲醇气直接与空气混合在金属氧化物型催化剂上进行氧化反应，催化剂以Fe2O3-MoO3系最为常见，故称“铁钼法”，也称“空气过量法”。银法和铁钼法均在不断
5、地发展中。1.2 本项目对甲醛生产技术的要求本项目的甲醛装置规模为5万吨/年(以37%溶液计)，产品主要作为外销并为甲醛的下游产品提供原料。本项目对甲醛生产技术的要求为：1.2.1 技术可靠、消耗指标低应选择在相似规模下良好应用业绩的可靠技术。目前甲醇价格不断上涨；由于煤价的上涨，蒸汽价格也在不断上升，因此希望所选的工艺技术能做到甲醇消耗低，蒸汽量能平衡。1.2.2 能生产较高浓度的甲醛溶液为了减少后加工（甲醛原料脱水）的能耗（特别是蒸汽消耗）与降低投资和运输费，减轻环境污染，希望能生产3750%（wt%）的浓度溶液。1.2.3 产品甲醛中醇的酸的含量低在甲醛的下游产品生产要求脱除甲醛中的残余
6、甲醇，为保证后加工产品质量减少后加工装置中甲醛净化的能耗与投资，也为了减少后加工装置中含醇废水的处理，要求产品甲醛溶液中甲醇含量小于1.0wt%（最大不超过1.5wt%），同时也要求甲醛产品中甲醛的含量低于200PPm。1.2.4 安全性由于甲醛可以和空气形成爆炸性混合物，故在设计、操作顺序与人员培训中需始终注意安全问题。1.3 中国甲醛工业现状截止2000年，我国大约230套甲醛生产装置，生产能力最大为5万吨/年，最小为0.3万吨。绝大多数厂家采用电解银催化剂，十几家采用浮石银为催化剂，而采用铁钼氧化物催化剂有仅有云天化等四家。从装置总能力和年产量上看，我国甲醛工业已跨入世界前列（仅次于美国
7、、联、日本和德国）；从技术上讲，我国电解银法甲醛工艺的物耗已接近先进水平。见表1.1。表1.1 国外电解银甲醛工艺的比较改良BASF法溶剂厂（1993年）溶剂厂（1993年）装置能力（1万吨/年，37%HCO）7.02.51.5催化工艺电解银电解银电解银催化剂寿命（月）2322吨37%HCHO消耗甲醇（100%，公斤）450453487 冷却水（m3）40.750- 电（KWh）373449 催化剂耗量（公斤）0.027不详不详 副产蒸汽（公斤）0.3150.4- 需外供蒸汽（公斤）-415自给 尾气循环有无无 质量： 甲醛含量（wt%）405537.137.13 甲醇含量（wt%）11.31
8、.21.74.6 酸度（wt%）0.010.010.0271.4 银法和铁钼法比较国外甲醛技术概况银法是经典的生产方法，德国于1888年首先工业化，接着美国在1901年，日本在1912年相继投入生产。铁钼法甲醛生产工艺，在三十年代初期开始发展，1952年工业化，随着1959年聚甲醛工程塑料的兴起而飞快地发展起来，其原因在于铁钼法可直接生产低醇高浓度甲醛作为聚甲醛的原料。因此，当时世界上新建的甲醛工厂，大都采用铁钼法工艺。在铁钼法得到迅速发展的同时，银法也在不断加以改进和提高。电解银分子筛载银催化剂的相继出现而所谓WGR尾气循环工艺的诞生，都使得银法工艺有了新的发展。最近所采用的银法工艺，同铁钼
9、法一样，也可以直接生产低醇甲醛，且甲醛浓度也可达50%左右。虽然各主要工业发达国家都同时兼有银法和铁钼法两种生产工艺，但侧重面不尽一样。总的说来，美国等欧美西方国家，由于聚甲醛工程塑料发达，采用铁钼法生产的厂家较多。据报道，美国铁钼法生产的甲醛曾一度占总产量的80%以上。在近十年中，美国新建的甲醛装置全部用铁钼法，共有20多套。杜邦公司为了配合聚甲醛生产，关闭了银法甲醛装置改建铁钼法装置。前联等东欧国家银法和铁钼法并重。日本和东南亚各国银法占支配地位，仍然只有三个铁钼法甲醛生产厂，不过，八十年代日本已有不少甲醛厂转向铁钼法；东南亚各国也开始重视铁钼法，比如，印度尼西亚等最近均建成几座大型的铁钼
10、法生产厂。目前世界各工业发达国家都同时采用银法和铁钼法两种工艺路线。而且两种方法都在不断地加以改进和提高，在竞争中共存。两种方法各有优缺点，一般来讲，银法投资略低，操作较安全、简单，但消耗略高，且催化剂寿命短（国外催化剂寿命约38个月）；铁钼法不需要银法要求的高温反应，从而使副反应减少，选择性高，甲醛单耗低，甲醛产品分解少，甲醛浓度高，催化剂效率高，寿命长（国外催化剂寿命长，约1.52.5年），但投资略高，操作安全措施要求略高，但两种方法的车间成本相当接近。1980年以后，国外工业甲醛总建厂能力中铁钼法已超过银法。以此两种工艺为基准进行比较见表1.2。表1.2 银法和铁钼法比较（以37%甲醛浓
11、度为基准）改良银法(BASF法)铁钼法(PSP法)催化剂电解银催化剂铁钼法氧化催化剂物料甲醇过量空气过量甲醇，吨0.4520.42电，KWH3788冷却水，m340.740工艺水，m30.2-锅炉给水，吨0.320.44催化剂损失，克0.0270.006副产蒸汽：压力 Pa320 数量 吨0.3150.69反应温度，600-700250350压力，MPa0.10.10.5反应器型式绝热式固定床列管式固定床催化剂寿命38个月1.5年2.5年甲醛浓度（wt%）40555560甲醇浓度（wt%）1.01.30.51.0投资111.10催化剂敏感度敏感不敏感催化剂价格波动大波动小从冷态开车时间 小时20248停车后开车时间 小时数小时1尾气处理大部分循环,小部分燃烧产生蒸汽大部分循环,小部分催化转化在竞相发展过程中，银法和铁钼法都在不断改进催化剂和生产工艺。具有代表性的银法工艺有BASF法，HS法，Dcgussa法；铁钼法有PSP法，DBW法，SDP法和Lummus法等。其中德国的BASF公司的银法和瑞典PSP公司
