2.5万吨年甲醛装置节能方案设计.pdf

· 18· 2013 年第 2 期石油和化工节能节能技术 万吨/年甲醛装置节能方案设计 赵雪源 (北京华福工程有限公司 北京100013) 摘要本文介绍了甲醛银催化法生产的工艺流程和生产特点。基于夹点分析理论,对某甲醛装置进行了各个环节的能量平衡分析和火用分析,并提出了相应的改进流程。以年产甲醛 15 万吨的甲醛装置为例进行计算,每年可节约运行费用500 万元,其经济效益极其显著。关键词 甲醛节能 夹点分析 用能优化 工艺改进目前工业甲醛的生产一般采用甲醇氧化法, 主要是银催化剂法。甲醇氧化制甲醛是以热加工为主的能量密集型生产过程,银催化剂法使用银丝网或铺成薄层的银粒为催化剂,控制甲醇过量,反应温度较高,约为 600℃~720℃。反应过程涉及氧化和脱氢两个主要反应,约有 50%~60%的甲醛是由氧化反应生成的,其余的甲醛则由脱氢反应生成。总反应是一个放热反应过程,副反应较多,其副产物有CO、CO2、H2、甲酸等,其中高温反应产物热量以及甲醛吸收等低温位热量的有效回收利用是降低装置能耗的关键。多年来,我国甲醛工业存在生产工艺和产品规格单一、装置规模过小、原料甲醇单耗偏高、单位甲醛生产能耗高等问题,当前甲醛装置的节能主要侧重单体设备或者局部过程的用能改进,较少从系统全局(节能降耗,减污增效的清洁生产系统)的高度研究甲醛装置与其它工艺之间的热联合或者综合考虑全厂范围的低温热回收利用。因此,全局用能优化改造工艺对降低甲醛生产过程的物耗能耗具有十分重要的意义。目前全国大约有 600 家甲醛生产厂家,生产量达到 2000 万吨以上。如果通过技术改造达到节能 10%的目标,那么每年可以节约蒸汽 2000× 7000× = 140 万吨。按每吨蒸汽260 元计算,年节约运行费用140×260 = 亿元左右。其节能效益显著, 市场空间巨大。 1 甲醛装置用能现状及存在问题分析 目前甲醛生产装置多是利用甲醛在银催化剂上的氧化和脱氢反应进行的。装置设备主要包括蒸发器、过热器、反应器、吸收塔等,工艺中采用甲醇过量,反应温度控制在650℃左右, 生产工艺流程如图1 所示。 甲醇用空气鼓泡的方式在蒸发器中蒸发配置成二元混合气体,再同水蒸汽混合配置成甲醇-空气-水(蒸汽)三元混合气。三元混合气经过热器加热至 120℃左右,进入过滤器,除去羰基铁等杂质, 然后进入氧化反应器。甲醇经氧化脱氢反应生成甲醛,产物在一个带有蒸汽发生装置的骤冷段被迅速冷却到 220℃,在一个水冷却器中被进一步冷却到 80℃,再进入吸收塔底部,甲醇蒸汽和甲醛在塔底被冷凝和吸收。从吸收塔底得到产品甲醛水溶液, 吸收塔尾气用尾气锅炉回收发生蒸汽。 通过热平衡计算可以发现,温度大于 400℃时反应气冷凝放热量很大,温度在 90℃~400℃之间反应气冷凝冷却时放热较小, 而当温度低于90℃时反应气的冷凝冷却热量又明显增多,这主要是反应产物甲醛的冷凝潜热。每千摩尔反应气从90℃冷却至 70℃可得到热量约 10MJ。因此,必须根据反应产物冷凝冷却曲线,优化分配各段热量回收比例, 充分利用 400℃以上热量产生高压蒸汽,采用 200 ℃~400℃之间的热量产生低压蒸汽,80℃