способ подготовки к работе реактора получения формальдегида

Формула изобретения

Способ подготовки к работе реактора получения формальдегида, включающий нагревание слоев катализатора до температуры начала реакции окисления метанола кислородом путем пропускания через них инертного в отношении катализатора теплоносителя с температурой не ниже 200^oC, отличающийся тем, что теплоноситель подают в реактор не менее чем двумя параллельными потоками: основной из них пропускают через первый и последовательно через все последующие слои катализатора, а дополнительные подают в любой или перед любым, кроме первого, слои катализатора, а затем последовательно пропускают через этот и все следующие за ним слои катализатора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области химических технологий и может быть использовано при производстве формальдегида на предприятиях химической, нефтехимической, деревообрабатывающей и других отраслей промышленности.

В промышленности формальдегид получают двумя различными путями: путем окисления метанола кислородом при пропускании исходного реакционного газа последовательно через несколько слоев соответствующего, преимущественно железомолибденового катализатора, и путем окислительного дегидрирования метанола при пропускании реакционного газа через слои серебросодержащего катализатора.

В обоих случаях формальдегид получают в реакторах, содержащих несколько слоев катализатора. И в обоих случаях существует необходимость перед началом работы этих реакторов прогреть слои катализатора до температуры начала протекания реакции получения формальдегида.

Так, известен способ получения формальдегида окислением метанола в присутствии катализатора, содержащего оксиды металлов, в две стадии. На первой стадии реакционный газ, в состав которого входят метанол и кислород, пропускают через катализатор, расположенный в трубках, снаружи охлаждаемых теплоносителем. Частично прореагировавший на первой стадии реакционный газ подают на вторую стадию, которая заключается в пропускании его через слой катализатора, работающий в адиабатических условиях. Перед началом эксплуатации реактора, в котором этот способ осуществляют, предварительно нагревают до температуры начала реакции катализатор, расположенный в трубках, горячим теплоносителем, циркулирующим в межтрубном пространстве каталитического реактора. При этом по трубкам пропускают воздух, который в них нагревается и затем поступает и разогревает слой катализатора, работающий в адиабатическом режиме. После предварительного прогрева, в рабочем режиме процесс проводят путем пропускания через две стадии газовой смеси, содержащей метанол и кислород. Описанный способ подготовки реактора к работе очень энергоемок [1]

Известен также способ получения формальдегида, заключающийся в последовательном пропускании метанол-кислородной смеси через четыре слоя катализатора, выполненного на основе оксидов металлов. Все слои катализатора работают в адиабатических условиях. После пропускания через каждый слой газовую смесь охлаждают до 200 280^oC [2]

Подготовку реактора к работе, в котором этот способ осуществляют, проводят путем первоначального последовательного нагрева слоев катализатора внешним энергоисточником (например горячим воздухом) до температуры начала реакции в первом слое (200 280^oC) с последующей подачей исходного реакционного газа. Подвод энергии извне осуществляется до тех пор, пока температура прореагировавшей смеси на выходе из последнего слоя не достигнет значений, необходимых для осуществления автотермического режима (нагрев исходной смеси до температуры начала реакции прореагировавшей реакционной смесью). Этот способ по наибольшему количеству сходных признаков с предлагаемым техническим решением принят за прототип.

Для последовательного первоначального нагрева слоев катализатора, как в прототипе, характерен замедленный прогрев последующих слоев относительно первого слоя катализатора. При достижении температуры первого слоя 200 - 230^oC (температура начала реакции) последний слой прогревается только до 150 170^oC. Если в этот момент начать подачу исходного реакционного газа в реактор, низкая температура последнего слоя не обеспечит протекания в нем реакции и вследствие этого конечный продукт- формальдегид, получаемый в этот период будет иметь остаточное содержание метанола, превышающее нормативные показатели.

Если же продолжать процесс прогревания слоев до достижения желаемой температуры (не ниже 200^oC), в том числе и последним слоем, потребуется большое количество энергии и существенный период времени. Описанный способ является традиционным [3, стр. 196] и широко известен для различных химических производств.

Задачей, которую не решает настоящее изобретение, является снижение энергозатрат и длительности периода подготовки реактора к эксплуатации, с обеспечением при этом получения кондиционного формальдегида.

Задача достигается тем, что начальный разогрев слоев катализатора в реакторе получения формальдегида до температуры начала реакции осуществляют путем пропускания через них инертного по отношению к катализатору газа с температурой не ниже 200^oC, не менее чем двумя параллельными потоками: основной из них подают в первый и последовательно пропускают через все последующие слои катализатора, а дополнительные подают в -, или перед любым, кроме первого, слоя катализатора, а затем последовательно через все остальные слои, следующие за этим слоем. Способ осуществляют следующим образом. Через реактор пропускают горячий воздух или любой инертный в отношении катализатора газообразный теплоноситель. Теплоноситель нагревают вне реактора от любого подходящего для этой цели источника тепла до температуры не ниже 200^oC. Затем его подают в реактор несколькими параллельными потоками. Основной из них обязательно пропускают по тому же пути, что затем проходит реакционный газ, т.е. через первый и затем последовательно через остальные слои катализатора. Параллельные потоки теплоносителя подают в реактор в любых местах перед слоями катализатора, или непосредственно в них. Потоков может быть, например, только два основной и дополнительный, который могут подавать в любое место реактора, но предпочтительно перед последним слоем катализатора. В этом случае одновременно с первым, с той же самой скоростью, большей чем скорости разогревания других слоев, будет разогреваться и последний слой. В этом случае при достижении температуры первого и последнего слоя 200 - 280^oC реактор переводят в рабочий режим и начинают пропускать через него исходный реакционный газ. В результате протекания реакции окисления метанола кислородом выделяется тепло и остальные слои катализатора, находящиеся между первым и последним, разогреваются до рабочих температур с большой скоростью. В последнем же слое происходит окисление оставшегося метанола кислородом, поэтому получаемый на выходе из реактора формальдегид в начальный период работы реактора не содержит метанола, т.е. является кондиционным.

При большем количестве потоков горячего теплоносителя скорость разогревания реактора увеличится при существенном уменьшении энергозатрат. Используя предлагаемый способ, можно сократить время подготовки реактора к работе в 5 раз.

Пример 1 (по прототипу). В реакторе с четырьмя последовательно расположенными слоями катализатора первоначальный нагрев слоев осуществляют, подавая воздух в количестве 30000 нм³/ч, нагретый в пусковом теплообменнике перегретым до 2500^oC (20 атм) паром с расходом 16 т/ч. Прогрев первого слоя катализатора до температуры начала реакции 220 - 240^oC продолжается 12 ч, при этом температура четвертого слоя составляет 120 130^oC. В случае введения реактора в работу в этот момент в последующие 8 10 ч наблюдается неполное превращение метанола из-за низкой температуры на последнем слое и, как следствие, имеет место получение некондиционного формалина в количестве 45 50 т.

Пример 2 (по прототипу). Аналогичен примеру 2, отличается тем, что первоначальный нагрев слоев катализатора осуществляют в течение 38 ч, до тех пор пока все слои не достигнут температуры начала реакции 220 240^oC. Это ведет к повышенному расходу перегретого пара до 576 т.

Пример 3. Первоначальный прогрев слоев катализатора осуществляется путем пропускания перед началом работы воздуха, нагретого в пусковом теплообменнике перегретым паром с температурой 250^oC и расходом 16 т/ч. Горячий воздух поступает в реактор двумя параллельными потоками, первый из которых с расходом 20000 нм³/ч проходит через первый и последовательно через все остальные слои катализатора, а второй с расходом 10000 нм³/ч через последний слой катализатора. Время нагрева первого и четвертого слоев катализатора до 200^oC 8 ч. После достижения этой температуры осуществляется запуск аппарата с получением кондиционного формалина. При этом экономия перегретого пара за время первоначального разогрева составляет 480 т.

Пример 4. Аналогичен примеру 3, отличается тем, что реактор имеет 5 последовательно расположенных слоев. Первоначальный прогрев слоев катализатора осуществляется аналогично примеру 3 за исключением того, что горячий воздух поступает в реактор четырьмя параллельными потоками: первый с расходом 15000 нм³/ч на первый и последующие слои, остальные три с расходами по 5000 нм³/ч между 2, 3, 4 и 5 слоями соответственно. Время, необходимое для запуска реактора с получением кондиционного формалина составляет 12 ч. Экономия перегретого пара 450 т.