Технология получения формальдегида

Министерство  образования науки

ФГБОУ ВПО  «Чувашский Государственный Университет 

им. И.Н. Ульянова»

Химико-фармацевтический факультет

Кафедра химической технологии и защиты окружающей среды 
 
 
 
 

Курсовой  проект

по  дисциплине: Основы технологий получения  органических веществ 

на тему:

«Технология получения формальдегида» 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил студент группы Х-21-07:

Свайкина  Юлия Юрьевна 
 
 
 
 
 

Проверил  доцент:

Константинова Татьяна Геннадьевна 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Чебоксары 2011 

     СОДЕРЖАНИЕ 

1. Введение……………………………………………………………………………3

2. Литературный обзор…………………………………………………………….....5

2. 1. Промышленные  методы получения формальдегида…………………………5

  2. 1. 1. Каталитическое окисление метанола на металлических катализаторах...5

   2. 1. 1. 1 . Каталитическое окисление дегидрированием метанола на серебряном катализаторе…………………………………………………………...5

   2. 1. 1. 2. Каталитическое окисление дегидрированием метанола на медном катализаторе……………………………………………………………………….…6

  2. 1. 2. Каталитическое окисление метанола на оксидных катализаторах……...8

  2. 1. 3. Окисление природного газа и низших парафинов………………………..9

2. 2. Сравнительная характеристика техники производства формальдегида…..12

  2. 2. 1. Выбор катализатора и его характеристика……………………………….13

3. Каталитическое  окисление дегидрированием метанола на серебряном катализаторе………………………………………………………………………....16

3. 1. Физико-химические основы технологического процесса………………….16

  3. 1. 1. Химизм  процесса…………………………………………………………..16

  3. 1. 2. Механизм процесса………………………………………………………..17

  3. 1. 3. Термодинамика реакций…………………………………………………..18

  3. 1. 4. Кинетика реакций………………………………………………………….20

3. 2. Описание технологического процесса……………………………………….21

  3. 2. 1. Получение метанола……………………………………………………….21

  3. 2. 2. Получение катализатора…………………………………………………..23

  3. 2. 3. Синтез  формальдегида…………………………………………………….25

4. Безопасность и экологичность проекта производства формальдегида……….27

5. Экологический  аспект……………………………………………………………29

6. Заключение………………………………………………………………………..30

7. Список используемой литературы………………………………………………31 
 
 

     1. ВВЕДЕНИЕ 

     Среди многих сотен тысяч органических соединений, известных в настоящее  время, формальдегиду, принадлежит  особая роль.

     Формальдегид  – весьма активное химическое соединение, легко вступающее в реакцию с другими веществами с образованием большого класса новых соединений, многие из которых обладают важными свойствами. Благодаря реакционной способности формальдегид за сравнительно короткий промежуток времени превратился в один из незаменимых полупродуктов многотоннажного органического синтеза. Он находит применение в производстве синтетических смол, волокон, каучука, пластмасс, органических красителей. Его используют в металлургии, в нефтяной и нефтехимической промышленности, в кожевенном и меховом производстве, в сельском хозяйстве и в бумажной промышленности. Формальдегид широко применяется при изготовлении пластмасс (таких, как фенопласты и аминопласты), искусственных волокон, из него получают пентаэритрит (сырьё для производства взрывчатых веществ и пластификаторов), триметилолпропан. Основная часть формальдегида идет на изготовление древесностружечных материалов, где он используется для получения карбамидной смолы.

     Круг  применения формальдегида растет из года в год. В связи с этим растет и его производство.

    Целью данной работы является сравнение основных способов производства формальдегида с последующим выявлением наиболее эффективного.

    Задачами  данной работы являются:

1. Определение основных способов промышленного получения формальдегида;
2. Определение сырьевой базы;
3. Рассмотрение аппаратурного оформления и технологии получения продукта для каждого способа;
4. Определение образующихся отходов, сбросов и выбросов в результате получения формальдегида и способов их обезвреживания;
5. Выявление наиболее эффективного на данный момент времени промышленного способа получения формальдегида.

 
 

. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. 

2.1. Промышленные методы  получения формальдегида. 

Основной  производственный метод получения формальдегида во всём мире уже много лет – каталитическое взаимодействие метанола с кислородом воздуха:        

      СН₃ОН + ^1/₂О₂           СН₂О + Н₂О

     Этот  процесс часто называют окислением метанола, хотя в соответствии с  принятыми представлениями об окислении, как о реакции присоединения кислорода, это название следовало бы заменить на окислительное дегидрирование. С учетом того, что на практике при взаимодействии метанола с кислородом протекают также реакции обычного дегидрирования, и некоторые другие, правильнее, по-видимому, говорить об окислительной конверсии метанола в формальдегид.

     В общем, формальдегид получают из метанола, диметилового эфира, природного и попутных газов (газа коксохимического производства и нефтепереработки). Промышленно освоенные способы получения формальдегида:

     1) Каталитическое окисление метанола  на металлических катализаторах.

     2) Каталитическое окисление метанола  на оксидных катализаторах.

     3) Окисление природного газа и  низших парафинов. 

     2.1.1. Каталитическое окисление  метанола на металлических  катализаторах. 

     В первом случае катализатором чаще всего  является серебро (можно использовать золото или медь), с целью экономии метанола серебро равномерно наносят на инертный носитель, например на пемзу. 

     2.1.1.1. Каталитическое окисление  метанола на серебряном  катализаторе.

     Сущность  метода состоит в парофазном окислении  гидрировании метанола кислородом воздуха  в адиабатическом реакторе с последующим  поглощением продуктов реакции  водой. В процессе подается метаноло-воздушная  смесь состава выше верхнего предела  взрываемости (36,4% - объемные доли) и с недостатками кислорода по химическому уравнению окисления метанола в формальдегид, т.к. катализатор – окислительно - дегидрирующийся: 
 

     СН₃ОН + ½О₂ → СН₂О + Н₂О + Q (147,4кДж/моль);

     СН₃ОН → СН₂О + Н₂ – Q (93,4 кДж/моль);

     Н₂ + ½О₂ → Н₂О + Q (241,8 кДж/моль).  

     Вместе  с тем протекают побочные реакции, что снижает выход формальдегида  и повышает расход метанола. Выход  формальдегида достигает 80 – 85%, при  степени конверсии метанола 85 – 90%. Так как окислительное дегидрирование проводят при недостатке кислорода, процесс глубокого окисления, не получает значительного развития. В то же время само дегидрирование, инициируемое кислородом, протекает быстрее, поэтому процент побочных реакций не велик. Этим способом можно получить формалин двух марок: ФМ – 37% с содержанием метанола до 10% и ФБМ – 50% с содержанием метанола менее 1%. Транспортировке и хранению подлежит формалин марки ФМ, т.к. метанол стабилизирует его. 
 
 

2.1.1.2. Каталитическое окисление дегидрированием метанола на медном катализаторе.  
 

СН₃ОН + 0,5О₂à НСНО + Н₂О; ΔН = - 158 кДж/моль

СН₃ОН à НСНО + Н₂

Н₂ + 0,5О₂ à 2Н₂О

Выход формальдегида составляет около 80% при степени конверсии метилового спирта 85%.

Технологическая схема производства формальдегида 

дегидрированием метанола на медном катализаторе.

1 – напорный  бак

2 – испаритель

3 – перегреватель

4 – реактор

5,7 – холодильник

6 – абсорбер

8 – скруббер  
 

Из напорного  бака 1 метиловый спирт, содержащий 10 – 12% воды, непрерывно подают в испаритель 2; сюда же поступает очищенный воздух, барботирующий через слой СН₃ОН ; при этом воздух насыщается парами спирта (смесь должна содержать около 5 г/л СН₃ОН для обеспечения безопасности и необходимого направления процесса). Затем паровоздушная смесь проходит перегреватель 3 и поступает в реактор 4. Образующийся в реакторе формальдегид сразу же попадает в смонтированный вместе с реактором холодильник 5. Быстрое снижение температуры предотвращает окисление формальдегида до СО, СО₂ и Н₂О. Далее в абсорбере 6 формальдегид поглощается водным раствором формальдегида, поступающим из скруббера 8 и охлаждаемым в холодильнике 7. Получаемый в абсорбере 36 – 37%-ный раствор формалина собирают в сборнике 9.

     2.1.2. Каталитическое окисление метанола на оксидных катализаторах. 

     Во  втором способе катализатором является смесь оксидов железа и молибдена. Окисление метанола на оксидных катализаторах протекает по окислительно – восстановительному механизму: 

     СН₃ОН + 2МоО₃ → СН₂О + Н₂О + Мо₂О₅

     Мо₂О₅ + ½О₂ → 2МоО₃  

     Процесс осуществляется в избытке воздуха при (350 – 430)^оС и обычном давлении, иначе под действием метанола и формальдегида катализатор быстро восстанавливается. Реакция протекает при соотношении метанола и воздуха ниже предела взрываемости (7 – 8% - объемные доли).

     Процесс отличается высокой степенью конверсии метанола – 99%, а так же сильной экзотермичностью, что заставляет использовать трубчатые реакторы с охлаждением. Этот способ позволяет получать формалин – 37% с содержанием метанола не выше 0,5%. Применение технологий с оксидным катализатором заслуживает некоторого предпочтения, когда требуемая производительность не выше 8 – 10 тыс. т./год.

Технологическая схема производства формальдегида  окислительной конверсией метанола на оксидном катализаторе: