Анализ способов сокращения капитальных и эксплуатационных затрат в производстве формалина Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

УДК 661.7

К. С. Курамшина, К. А. Павлова АНАЛИЗ СПОСОБОВ СОКРАЩЕНИЯ КАПИТАЛЬНЫХ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАТРАТ

В ПРОИЗВОДСТВЕ ФОРМАЛИНА

Ключевые слов: формальдегид, абсорбция, параформальдегид, формалин, капитальные и эксплуатационные затраты.

В настоящий момент остро стоит вопрос повышения единичной мощности установок производства формалина, в связи с увеличением спроса на данный продукт. В связи с этим остро стоит вопрос ликвидации токсичных газовых выбросов и уменьшении потерь ценного сырья на побочные процессы. Предложен способ интенсификации стадии абсорбции и уменьшения токсичных газовых выбросов.

Keywords: formaldehyde, absorption, paraformaldehyde, formalin, capital and operating costs.

The problem of increasing ofproduction capacity formalin producing unit is a very urgent nowadays. The elimination of toxic gas emission and reducing the loss of valuable by-product is very acute question. To intensify the absorption stage and reduce gas emissions efficient appliances were recommended.

Производство формальдегида в мировой практике достигло 39 млн.тонн. в год из них в России производится 2,5 млн.тонн. Основным потребителем формальдегида являются полимерная промышленность, КФК и фенол-формальдегидные смолы, а также развивается производство изопренового каучука.

Мощность производства изопрена увеличивается, что требует увеличения производства формальдегида. Основной способ производства формальдегида является способ окислительного дегидрирования метанола. При этом протекают следующие химические реакции:

СН3ОН^СН2О+Н2 -20 ккал/моль (1)

2СН3ОН+О2^2СН2О+2Н2О +38 ккал/моль (2)

На наиболее распространенном серебряном катализаторе работающем при 500 - 700°С протекают побочные реакции. В результате побочных реакций часть метанола и формальдегида превращается в СО,СО2 и Н2О

2СН3ОН+3О2^2СО2+4Н2О +161,1 ккал/моль (3) СН3ОН+О2^СО+2Н2О +94 ккал/моль (4)

СН2О ^ СО + Н2 + 1,9 кДж/моль (5)

В промышленных условиях из за протекания побочных реакций и недостаточной эффективности реактора наблюдается перерасход метанола порядка 0,15 тонн на 1 тонну продукта. Анализ газовых выбросов в атмосферу после абсорбера формальдегида показывает, что в газовой фазе содержится СО и СО2, концентрация 1.2 % масс. и 9.7% масс. соответственно. Следовательно, побочные реакции действительно протекают и потери метанола за счет побочных химических реакций составляет от общих потерь порядка 10%. Поэтому в отходящих газах после абсорбции имеются не только остатки формальдегида, СО, СО2, Н2, но и остатки метанола. Общий перерасход метанола при мощности производства формальдегида 150 тыс. т. в год составляет около 18 тыс.тонн в год, что в свою очередь выливается в убытки на сумму 450 млн. руб в год, что составляет 7.3 % от общего объема формалина.

Работа действующих абсорберов сопровождается большим брызгоуносом жидкости, для улова брызг на верху насадочных колонн устанавливают специальные брызголовушки. Наибольшее распространение для улова брызг получило применение слоя насадки. Однако, известно, что максимальную эффективность по улову брызг вплоть до полной ликвидации брызгоуноса обеспечивают рукавные фильтрующие элементы, выполненные из волокнистого материала.

Экспериментальное исследование показало, что полная ликвидация брызгоуноса достигается при следующих параметрах работы фильтрующего элемента:

- скорость фильтрации 0,15-0,25 м/с;

- толщина слоя фильтрующего материала 18-40 мм [3];

- рекомендуемая средняя плотность упаковки фильтрующего слоя 1000-2000 г/м2 слоя;

- скорость обтекания газового потока снаружи фильтрующего материала - не более 1 м/с. При этом фильтрующий материал может быть многослойным с применением дренажного слоя между слоями. Плотность упаковки дренажного слоя рекомендуется применять в 2-3 раза меньше плотности упаковки основных слоев.

При изготовлении фильтрующего материала в виде многослойного рекомендуемая толщина слоя фильтрующего материала не менее 6 мм. При толщине слоя меньше рекомендуемой величины фильтрующий материал разрывается. В качестве фильтрующего материала может быть применено полипропиленовое волокно или стекловолокно. Плоско параллельный способ укладки волокон в фильтрующем материале [3] обеспечивает максимум эффективности и позволяет применять волокна относительно большого диаметра. Диаметр волокна при этом может составлять 20-25 мкм.

Гидравлическое сопротивление сухого фильтра в этих условиях находится в пределах 150 - 200 мм вод. ст. Следует отметить, что не допускается чрезмерное орошение фильтра брызгами жидкости. При орошении фильтра гидравлическое сопротивление резко увеличится. Однако орошаемый фильтр становится смоченным. На мокрой поверхности волок-

нистого материала протекает не только эффективный улов брызг и мелкодисперстного тумана, но и эффективная абсорбция паров токсичных веществ. При орошении фильтра уменьшается равновесная упругость паров веществ над его мокрой поверхностью. Последнее объяснятся тем, что концентрация веществ в частицах тумана обычно относительно велика. При орошении фильтра брызгами жидкости происходит уменьшение концентрации веществ в стекающей жидкости. Поэтому орошаемые фильтры улавливают туман более эффективно, по сравнению с сухими. При улове смеси паров и тумана легкорастворимых веществ, степень улова паров и тумана этих веществ на орошаемом фильтре может достигать 99 % и более [4]. В этой связи применение рукавных фильтрующих элементов для очистки отходящих газов после стадии абсорбции является необходимым условием для ликвидации брызгоуноса.

Схема брызготуманоловушки для очистки отходящих газов процесса абсорбции формальдегида представлена на рис.1.

5

Рис. 1 - Схема брызготуманоловушки: 1 - корпус, 2 - патрубок входа газа, 3 - завихритель , 4 -фильтрующий элемент, 5 - люк-лаз, 6 - патрубок выхода газа, 7, 8 - переточная труба с гидрозатвором

Основными элементами брызготуманоловушки являются: корпус, тарелка с завихрителем, тарелка с рукавными фильтрующими элементами, патрубки входа и выхода газа, переточные трубы с гидрозатворами, патрубок выхода уловленной жидкости.

Брызготуманоловушка работает следующим образом. Газовый поток входит в нижнюю область аппарата по касательной. Газ входит под тарелкой, на которой установлен завихритель. Под тарелкой улавливаются крупные капли брызг жидкости. С помощью завихрителя улавливаются относительно мелкие капли. Уловленная жидкость стекает по переточной трубе с гидрозатвором на дно аппарата и отводится из аппарата через нижний патрубок. Уловленная жидкость самотеком отводится в вихревой абсорбер. Для улова тумана в брызготуманоло-вушке предусмотрено применение рукавных фильтрующих элементов. Уловленная фильтрами жидкость стекает по наружной поверхности волокнистого материала на тарелку. Затем жидкость по переточной трубе с гидрозатвором перетекает вниз на тарелку с завихрителем и далее по подобной трубке вниз на дно аппарата. Фильтрующие элементы установлены на патрубках с фланцевыми соединениями.

Предлагаемый подход к сокращению эксплуатационных и капитальных затрат заключается в совмещении разных тепло-массообменных, гидродинамических и химических процессов, но кибернетически подобных друг другу внутри одного аппарата. При этом происходит полное высвобождение основных и вспомогательных элементов для одного из совмещенных процессов. В предлагаемой методике достигается возможность проведения двух и трех фазных процессов при их одновременной интенсификации.

Литература

1. Огородников С.К. Формальдегид. Химия, Л.: 1984. — 280 c.

2. Павлова К.А. Анализ закономерностей кинетики и абсорбции формальдегида/ К.А.Павлова., А.Ф. Махоткин, И.А. Махоткин // Вестник технол. ун-та.-2015.-Т.18№20.-С.27-29

3. Махоткин И.А. Экспериментальное исследование эффективности улова тумана аммиачной селитры волокнистыми фильтрами/ И.А. Махоткин, И.Ю.Сахаров, А.Ф.Махоткин // Вестник Казан. технол. ун-та.-2013.-Т.16№14.-С.74-75

4. Махоткин И.А. Очистка газовых выбросов от паров, аэрозолей и пыли токсичных веществ / Автореф. дис. на соиск. уч. степ. к.т.н. - Казань: 2011.

5. Махоткин А.Ф. Теоретические основы очистки газовых выбросов производства нитратов целлюлозы: монография / А. Ф. Махоткин. - Казань: Изд-во Казанского ун-та, 2003.

© К. С. Курамшина - к.э.н., доцент .каф. экономики КНИТУ, [email protected]; К. А. Павлова - асп. каф.оборудование химических заводов КНИТУ, [email protected].

© K. S. Kuramshina - candidate of economical sciences of economics department, KNRTU, [email protected]; K. A. Pavlova -postgraduate student of chemical plant machinery department, KNRTU, [email protected].