賈朝策 靳慧軒

(河北宏達(dá)綠洲工程設(shè)計(jì)有限公司，石家莊 050000)

對(duì)甲醛氧化工藝設(shè)計(jì)分析

賈朝策 靳慧軒

(河北宏達(dá)綠洲工程設(shè)計(jì)有限公司，石家莊 050000)

甲醛在我們的生活中有著廣泛的用途，其中約65%的消費(fèi)量是用于生產(chǎn)甲醛樹(shù)脂，其次是用于聚甲醇樹(shù)脂，聚甲醇工程塑料等等，有16個(gè)大類(lèi)近幾百個(gè)品種，同時(shí)甲醛在農(nóng)藥、醫(yī)藥、炸藥和染料工業(yè)，還可以做殺蟲(chóng)劑、消毒劑、溶劑和還原劑，在農(nóng)業(yè)上可做尿素——甲醛型緩效肥料。我們生活中的甲醛，基本上都是采用甲醇空氣氧化法制得，按所用催化劑的不同類(lèi)型，可分為鐵鉬催化劑法和銀催化劑法。我國(guó)甲醛工業(yè)發(fā)展至今，在生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)量、質(zhì)量、技術(shù)等方面已經(jīng)有了很大的進(jìn)步，在不少方面也已達(dá)到和接近國(guó)際先進(jìn)水平，但是從總體上來(lái)看，我國(guó)甲醛工藝還有待進(jìn)一步的提高和發(fā)展。本文將圍繞對(duì)甲醛的工藝設(shè)計(jì)分析來(lái)進(jìn)行論述。

甲醛;氧化;工藝設(shè)計(jì)

甲醛又叫福爾馬林，氣體的相對(duì)密度為1.067（空氣的密度為1），在-20。C的情況下，甲醛液體的相對(duì)密度為0.815，熔點(diǎn)為-92。C，沸點(diǎn)為-19.5。C。易溶于水和乙醇，水溶液的濃度最高可達(dá)55%，通常在濃度達(dá)到40%時(shí)，被稱(chēng)作甲醛水，俗稱(chēng)福爾馬林，這是一種有刺激性氣味的無(wú)色液體，有著很強(qiáng)的還原性，可以作為很多化學(xué)反應(yīng)的還原劑。甲醇氧化生產(chǎn)甲醛工藝的過(guò)程包括去除硫、氯等有害雜質(zhì)。由于甲醛具有很強(qiáng)的還原性，可以和許多化學(xué)物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)。接下來(lái)，本文將列舉以下四種化學(xué)反應(yīng)來(lái)對(duì)甲醛的氧化工藝進(jìn)行分析。

一、甲醛直接氣相氧化生成甲酸

含有甲醛的原料混合氣，可以直接取自于甲醇氧化，即鐵鉬法制甲醛的生成氣，這種氣態(tài)甲醛氣流可以直接被送入已經(jīng)連接好的甲酸裝置。接下來(lái)，通過(guò)對(duì)甲醇氧化器的特定設(shè)計(jì)，所產(chǎn)生的反應(yīng)混合氣可以直接被引入獨(dú)立的甲酸裝置，或者也可以從現(xiàn)有的甲醇氧化反應(yīng)器和吸收塔之間，從現(xiàn)有的甲酸樹(shù)脂裝置取出部分氣體送入甲酸裝置，如果進(jìn)入甲酸裝置的氣體中含有游離的甲酸的濃度小于2.5%時(shí)，則不需對(duì)進(jìn)口氣體進(jìn)行任何處理，但是，如果有出現(xiàn)進(jìn)口氣中甲醇含量很高的情況，則需要設(shè)置一個(gè)小型的氧化反應(yīng)床使得甲醇進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成甲醛，使得甲醛可以直接氣相氧化成甲酸。

二、二步法催化氧化苯甲醛合成苯甲酸

采用二步法催化氧化苯甲醛合成苯甲酸是工業(yè)生產(chǎn)中比較常用的方法之一，該反應(yīng)需要催化劑和氧化劑才能誘導(dǎo)該反應(yīng)的順利進(jìn)行，該反應(yīng)中的氧化劑應(yīng)該選擇過(guò)氧化氫，催化劑應(yīng)該選擇鎢酸鈉，在反應(yīng)中應(yīng)該特別注意的是，過(guò)氧化氫不能一次性加入，要分兩次加入，第一次只需要加入40%的過(guò)氧化氫，第二次就可以將剩余的過(guò)氧化氫全部加入。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，我們可以得出，利用二步法加入過(guò)氧化氫得到的苯甲酸的收率為56.22%，這個(gè)結(jié)果遠(yuǎn)高于通過(guò)一步法制得的苯甲酸的收率，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)了二步法反應(yīng)的回流時(shí)間對(duì)收率的影響，結(jié)果表明第一步的反應(yīng)時(shí)間為3個(gè)小時(shí)，第二部的反應(yīng)時(shí)間為5個(gè)小時(shí)的反應(yīng)條件，會(huì)使本次實(shí)驗(yàn)的效果達(dá)到最優(yōu)，可以大大的提高本次試驗(yàn)的反應(yīng)速率，提高苯甲酸的產(chǎn)量。

三、甲醛的光催化氧化

甲醛的光催化氧化相對(duì)于其他的方法來(lái)說(shuō)，該反應(yīng)需要的設(shè)備和原料太多，而且很多條件在如今的情況下很少有企業(yè)能夠達(dá)到，但是該反應(yīng)的收率和反應(yīng)速率都比較高，所以這種方法值得我們?nèi)ソ梃b。甲醛的光催化氧化采用程序升溫脫附（TPD），電子自旋共振（ESR）和自旋捕獲-電子自旋共振（ST-ESR）等物理方法對(duì)甲醛光催化氧化，反應(yīng)物的吸附狀態(tài)，自由基中間物種及機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，在光催化氧化微量甲醛的反應(yīng)條件下，吸附在活化劑表面的空氣中的氧氣會(huì)被自然光生成電子，還原成兩種產(chǎn)物，這兩種生成的產(chǎn)物為甲醛的深度氧化提供了高活性的氧化劑，甲醛是通過(guò)中間產(chǎn)物甲酸而氧化為最終產(chǎn)物二氧化碳的。這個(gè)方法可以用于工業(yè)生產(chǎn)中的廢水的處理，通過(guò)光催化氧化的方法使得廢水中的甲醛全部反應(yīng)生成二氧化碳，排放到空氣中。

四、銀催化劑法

銀催化劑法是工藝流程中最常用的方法，由于甲醛具有很強(qiáng)的還原性，就利用這個(gè)特性，設(shè)計(jì)出了銀催化法，銀作為催化劑是最好的選擇，因?yàn)殂y的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)一般都比較穩(wěn)定，在大多數(shù)的反應(yīng)中都不會(huì)與其他的化學(xué)反應(yīng)物產(chǎn)生反應(yīng)，但是銀是化學(xué)反應(yīng)中非常常用的催化劑。這種方法是通過(guò)甲醇通過(guò)過(guò)濾后進(jìn)入蒸發(fā)器，控制好一定的溫度，然后與空氣混合，配成一定的蒸汽形成三元混合氣體，將其加熱至100-140。C，除去雜質(zhì)后進(jìn)入氧化反應(yīng)器，反應(yīng)溫度為640。C，必須采用性能較好的電解銀催化劑，在反應(yīng)中甲醇脫氫生成甲醛，然后立即將反應(yīng)物驟冷至230。C，再進(jìn)一步冷卻至80-90。C進(jìn)入吸收系統(tǒng)，吸收后的產(chǎn)品由塔底排出，未排出的的甲醛及其它氣體進(jìn)入第二吸收塔，進(jìn)行再次吸收，部分甲醛液回流，尾氣進(jìn)入尾氣鍋爐作燃料。這種反應(yīng)基本上不會(huì)產(chǎn)生廢棄物，在一定的程度上達(dá)到了節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。

五、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，甲醛是一種強(qiáng)效的還原劑，可以和許多氧化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，甲醛的氧化工藝在工業(yè)生產(chǎn)方面相當(dāng)有用，工業(yè)生產(chǎn)中常常利用甲醛的強(qiáng)還原性制得很多其他的產(chǎn)物，甲醛作為工業(yè)生產(chǎn)上的必備原料，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中也起著重大的推動(dòng)作用。但是，就目前來(lái)看，我國(guó)在甲醛的氧化工藝方面技術(shù)和設(shè)備還不夠完善，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于西方發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)一定要投入大量的人力、財(cái)力和物力，將我國(guó)甲醛的氧化工藝的技術(shù)提到一個(gè)新的高度，企及世界先進(jìn)的水平，打造一流的國(guó)際品牌。未來(lái)的世界只有憑借著自身的實(shí)力和技術(shù)，才能使自己經(jīng)受住世界浪潮的砥礪，永遠(yuǎn)屹立于不敗之地。

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