Исследование установки очистки абсорбционных газов от метанола и формальдегида при производстве технического формалина при условии наращивания мощности Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 66.074.388

Л. Н. Москалев, С. И. Поникаров

ИССЛЕДОВАНИЕ УСТАНОВКИ ОЧИСТКИ АБСОРБЦИОННЫХ ГАЗОВ ОТ МЕТАНОЛА И ФОРМАЛЬДЕГИДА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРМАЛИНА

ПРИ УСЛОВИИ НАРАЩИВАНИЯ МОЩНОСТИ

Ключевые слова: контактный конденсатор вихревого типа, метандиол, энергосбережение и ресурсосбережение.

В данной статье рассмотрено наращивание мощностей производства технического формалина в процессе очистки абсорбционных газов от метанола и формальдегида. Приведены результаты компьютерного моделирования данного процесса. Представлено сравнение экспериментальных и расчетных данных количества выбросов метанола и формальдегида. Предложен метод, который позволит снять экологическую нагрузку и повысить энергосбережение и ресурсосбережение.

Keywords: contact eddy tipa capacitor, mechancial, energy saving and resource saving.

This article discusses capacity building of the technical production offormalin in the treatment process of the absorption of gases from methanol and formaldehyde. Results of computer modeling of this process. Presents the comparison of experimental and calculated data quantity of the emissions of methanol and formaldehyde. A method is proposed that will relieve the environmental burden and to increase the conservation and efficient use of resources.

Введение

В настоящее время, потребность в продуктах химической промышленности на мировом рынке увеличивается. Из-за этого химическая промышленность претерпевает изменения, которые направлены на увеличение выработки того или иного продукта данной промышленности, т. е. наращивание мощностей. Соответственно проблемы, связанные с выбросами в атмосферу вредных веществ тоже увеличиваются. Решение этих проблем связано не только с охраной здоровья людей, но и с охраной окружающей среды. Одним из таких мероприятий является -ограничение выбросов в атмосферу с целью снятия экологической нагрузки [1, 2].

Авторами статьи [2] показано исследование технологической схемы установки абсорбции в процессе очистки газов от метанола и формальдегида при производстве технического формалина в составе которого имеется:вода - 52%, формальдегид - 40%, метанол- 8%. Данная схема создана в универсально-моделирующей программе СИешСЛБ [3].

Как уже отмечалось ранее [2], производство технического формалина осуществляется по стандартной технологической схеме каталитического окислительного дегидрирования метанола - синтез формальдегида на катализаторе "серебро на пемзе" [4], описание данного технологического процесса представлено в [4]. При наращивании мощности этой установки, выброс количества абсорбционных газов с непрореа-гировавшим метанолом и растворенном в воде формальдегидом также увеличивается. Однако в настоящее время, абсорбционные газы сжигаются на факеле, но при этом содержащийся метанол в абсорбционных газах, сгорает не полностью, так как заключен в оболочку воды с растворенным в ней формальдегидом, иначе говоря метандиол. Следовательно, имеет место быть выброса метандиолу в атмосферу, данное вещество стелится по земной поверхности и по самой производственной установке.

Целью статьи является исследование аналогичной схемы с увеличением мощностей выше описан-

ной установки синтезированной в универсально-моделирующем пакете (УМП), а именно на 22%.

Практически невозможно проводить исследовательские работы на промышленных объектах, так как проведение экспериментов на действующих объектах имеют высокую цену. Поэтому все большее внимание уделяется методам компьютерного моделирования, которые позволяют снизить финансовые затраты. При этом, на основе виртуального прототипа, можно оптимизировать конструкции и технологические схемы. Одним из методов такого моделирования может выступать универсальный моделирующий пакет (УМП) СИешСЛБ 5.2 [5].

На действующих установках получения технического формалина суммарное содержание непрореа-гировавшего метандиола (метанола и формальдегида) в абсорбционных газах должно составлять не более 0.1%.

Кроме экологической нагрузки, также теряются ценные компоненты которые можно было бы использовать в данной технологической цепочке. Метанол является токсичным веществом [6], которое является веществом обладающим механизмом острого отравления. Поэтому утилизация его необходима, но если имеется возможность то и использовать его в дальнейшей переработке.

В статье [7] описана собранная в УМП технологическая схема аналогичная существующей установки абсорбции получения технического формалина с аналогичными принципами действия. Используемые, для расчета этой схемы, математические модели учитывают тепло- и массообмен. Авторы данной работы предлагают использовать разработанный на кафедре МАХП КНИТУ ККВТ [8, 9], благодаря которому, основная часть, непрореагиро-вавших веществ возвращаются в основной процесс. Адекватность указанной модели проверялась в работе [7].

Расчет модели поглощения метанола и формальдегида из абсорбционных газов с контактным конденсатором вихревого типа (ККВТ) и без него, при

условии наращивания мощностей на 22%, производились по одинаковой математической модели.

Очевидно, что возрастание давления в абсорбере происходит по степенной зависимости. Кроме того происходит уменьшение летучести метанола и соответственно увеличения упругости паров. То есть, согласно [7], чем выше давление в абсорбере тем меньше содержание метанола в абгазах. Для этого необходимо использовать дополнительное оборудование, которое является как дорогостоящим, так энерго- и ресурсоемким.

Увеличение нагрузки в технологической схеме, по контактному газу на 22%, представлено в таблицах 1 и 2. Часто встречается, на практике, что выход метанола и формальдегида превышает 4%. Соответственно метандиол и сам метанол, необходимо утилизировать либо возвращать в технологическую цепочку.

Таблица 1 - Расчет материального баланса без ККВТ

Таблица 2 - Расчет материального баланса с ККВТ

Компонент Вода на абсорбцию Питание абсорбера Абсорбционные газы Метаноль-ный формалин

% кг/ч % кг/ч % кг/ч % кг/ч

Н2 0,0 0,0 0,6 325,3 1,3 325,3 0,0 0,0

О2 0,0 0,0 0,1 32,0 0,1 32,0 0,0 0,0

N2 0,0 0,0 39,9 22005,8 89,5 22005,5 0,0 0,1

СО 0,0 0,0 0,2 135,5 0,6 135,5 0,0 0,0

СО2 0,0 0,0 3,8 2094,6 8,4 2077,9 0,0 0,1

СНзОН 0,0 0,0 6,8 3763,0 0,0 9,4 11,0 3538,7

Н2О 100,0 9224,6 28,1 15492,3 0,0 6,3 56,5 18192,6

СН2О 0,0 0,0 20,4 11233,6 0,0 0,0 32,5 10466,9

НСООН 0,0 0,0 0,0 3,1 0,0 0,0 0,0 3,0

I 100,0 9224,6 100,( 55085,2 100, 24592,0 100, 0 32201,5

Сравнивание таблиц 1 и 2, а также рисунков 1, 2, 3, 4 показывает, что при увеличении нагрузки по контактному газу, содержание метанола и формальдегида, с увеличением нагрузки по контактному газу, при использовании предлагаемого аппарата:

1. содержание метанола в абсорбционных газах снизится практически в 5 раз.

2. содержание формальдегида в абсорбционных газах приближено к нулю.

Таким образом, видно, что при участии ККВТ наращивание мощности приведет к более выгодным последствиям.

210 195 180 165 150 135 120 105 90 75 60 45 30 15 0

■ -

°метш ла> КГ/4

\

\

\ б з ККВТ

\

<

\

\

\

\ \ '

\ \

\

. \ X > Т.во ы, кг/ч4"»

0 1500 3000 4500 6000 7500 9000 10500 12000 13500 15000

Рис. 1 - Зависимость содержания метанола в абсорбционных газах от температуры поступающего контактного газа в абсорбер: X - эксперимент, кривая - расчет по модели синтезированной в УМП

Ком- Вода на абсорбцию Питание абсорбера Абсорбционные газы Метаноль-ный формалин 240 -225 ■ 210 ■ 195 ■ 180 -

понент % кг/ ч % кг/ч % кг/ч % кг/ч

Н2 0,0 0,0 0,6 325,3 1,3 325,3 0,0 0,0 150 -

О2 0,0 0,0 0,1 32,0 0,1 32,0 0,0 0,0 135 ■

N2 0,0 0,0 39,9 22005,8 89,2 22005,6 0,0 0,1 120 ■

СО 0,0 0,0 0,2 135,5 0,5 135,5 0,0 0,0 105 -

СО2 0,0 0,0 3,8 2094,6 8,4 2078,3 0,0 0,1 90 -

СНзОН 0,0 0,0 6,8 3763,0 0,1 31,9 11,0 3534,6 75 -

Н2О 100,0 9224,6 28,1 15492,3 0,0 1,8 56,5 18188,3 60 ■

СН2О 0,0 0,0 20,4 11233,6 0,2 47,6 32,5 10458,3 45 ■

НСООН 0,0 0,0 0,0 3,1 0,0 0,0 0,0 3,0 30 ■

I 100,0 9224,6 100,0 55085,2 100, 0 24657,8 100, 0 32184,5 15 -0 -

1500 3000

9000 10500 12000 13500 15000

Рис. 2 - Зависимость содержания формальдегида в абсорбционных газах от температуры поступающего контактного газа в абсорбер: X - эксперимент, кривая - расчет по модели синтезированной в УМП

' > С

X

5ез К КВТ

/\

/ <•

/ >

' X

с ККВТ

/

100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195 200 205

Рис. 3 - Зависимость содержания метанола в абсорбционных газах от температуры поступающего контактного газа в абсорбер: X - эксперимент, кривая - расчет по модели синтезированной в УМП

4500

6000

7500

Офо ™ кг/ч / / >

X г

без ККВТ /

V /

\

\

i паровая

паро-жидкостная

фаза

с К ВТ

/

0

x-l / (— v Y X X > 1 1 1

100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195 200 205

Рис. 4 - Зависимость содержания формальдегида в абсорбционных газах от температуры поступающего контактного газа в абсорбер: X - эксперимент, кривая - расчет по модели синтезированной в УМП

Заключение

В данной статье рассмотрен процесс очистки абсорбционных газов при получении метанольного формалина при наращивании мощностей производства на 22%. Предложен метод, позволяющий сни-

зить количества метанола и метандиола в абсорбционных газах.

Литература

1. Алексеев В.В., Москалев Л.Н., Поникаров И.И. Исследование аэродинамического сопротивления винтовой зоны пылеулавливания вихревого Вестн. КТУ. 2015. Т.18. №8.

2. Москалев Л.Н., Поникаров С.И. Очистка абсорбционных газов от метанола и формальдегида при производстве технического формалина Вестн. КТУ. 2015. Т.18. №19

3. ГОСТ 1625-89. Формалин технический. Технические условия.

4. Платэ Н.А. Основы химии и технологии мономеров. М.: Наука: МАИК "Наука/Интерпериодика", 2002.

5. Ахмадеева Л.Ф., Москалев Л.Н., Осипов Э.В., Поникаров И.И. Вестн. КТУ. 2012. Т.15. №11. С. 158.

6. ГН 2.2.5.686-98 Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Гигиенические нормативы.

7. Теоретические основы химической технологии, 2016, том 50, № 2, с. 200-206

8. Москалев Л.Н., Поникаров С.И., Поникаров И.И. Вестн. КТУ. 2011. №14. С. 235.

9. Патент №2502929. ЯИ. Тепломассообменное устройство вихревого типа. Е28Б 3/00 Бюл. № 36. 27.12.2013.

© Л. Н. Москалев - зав. лабораторией каф. машин и аппаратов химических производств КНИТУ, lejnya@yandex.ru; С. И. Поникаров - д-р техн. наук, проф., зав. каф. машин и аппаратов химических производств КНИТУ.

© L. N. Moskalev, Head of Laboratory machines and apparatuses of chemical manufactures KNRTU lejnya@yandex.ru; S. I. Ponikarov, Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of machines and devices of chemical production KNRTU.