Формальдегид Өндіру Технологиясы мен Жабдықтарының Жеткізуі

Метанолдың каталитикалық тотығуы: Негізгі формальдегид синтезінің бағыттары

Күміс катализаторлық процесс: Реакция механизмі және өнеркәсіптегі басымдығы

Әлем бойынша шығарылатын формальдегидтің шамамен 90 пайызы күміс катализаторлық процесінен шығады, себебі бұл әдіс материалдарды жүйеден бір рет өткізуде өте жақсы жұмыс істейді және операцияларды қанағаттарлы деңгейде басқарады. Бұл әдісті қолданғанда метанол буды 600 градустан 720 градус Сельцийге дейінгі температурада күміс кристалдарының бетінде оттекпен қосылады, негізгі реакция: CH3OH + ½ O2 → HCHO + H2O. Температураны дәл бақылау өнімнің артық тотығуын болдырмауға көмектеседі, бұл формальдегид шығымын 85-тен 92 пайызға дейін жеткізіп, қосымша өнімдерді — мысалы, қышқыл немесе көміртек диоксидін — минимумға дейін төмендетеді. Бұл әдіс неге өнеркәсіптің басты әдісі болып саналады? Оның танымалдылығының негізінде негізінен үш себеп бар:

• Жылдам реакция кинетикасы, компактты реакторларды жобалауға мүмкіндік береді
• Тауарлық сортты метанол шикізатындағы іздеу қоспаларға төзімділік
• Катализатордың қызмет мерзімін ұзарту — ереже бойынша 3–6 ай, бұл техникалық үзіліс пен жөндеу құнын төмендетеді

Металл оксиді катализаторының үдерісі: Энергияны пайдалану тиімділігі мен қосалқы өнімдерді басқару

Темір оксиды мен молибден триоксидін қосуға негізделген металл оксиді катализаторлары 300-ден 400 градус Цельсийге дейінгі температтарда жұмыс істейді. Бұл дәстүрлі күміс негізіндегі жүйелермен салыстырғанда энергияны пайдалануды шамама 15-20 пайызға төмендетеді. Алайда, кемшілігі неде? Бұл реакцияларды төменгі температтарда жүргізген кезде, көміртек диоксидінің шығарылуы нақты өседі, кейде 8%-ға дейін жетеді. Қосымша шығарылымдарды басқару өндіріс орындарының операторлары үшін үлкен қиыншылыққа айналады. Бұл мәселені шешу үшін, көбінесе кәсіпорындар соңында бірнеше бақылау шараларын енгізеді. Әдетте, дұрыс реакцияға түспеген метанолды ұстап алу үшін бірнеше сатылы сіңірілу құрылғылары орнатылады. Күрделі тотықтандыру жабдықтары формиялық қышқыл өнімдерін ыдыратуға көмектеседі, ал үздіксіз бақылау жүйелері формальдегид пен CO2 шығарылуының арақатынасын бақылайды. Бұл реттеулер өндіріс орындарының нақты уақытта ауа мен метанол аралығындағы қатынасты реттеуіне мүмкіндік береді. Кіші көлемді операциялар немесе энергияға байланысты шығындарға әсіресе назар аударатын орындар бұл тәсілді ерекше пайдалы деп табады. Шынымен, халықаралық химиялық қауымдастық кеңесінің 2022 жылғы жинақталған деректері бойынша энергия жиі олардың жалпы жұмыс шығындарының 40%-ден астамын құрайды.

Жоғары шығымды формальдегид өндіру үшін реактордың жобалау эволюциясы

Тұрақты қабатты реакторларда жылумен басқару және катализатордың қызмет ету мерзімін оптимизациялау

Формальдегид алу үшін тұрақты қабатты реакторлар негізгі қызмет атқарса да, 600-700 градус Цельсий аралығында жылу біркелкі таралмаған кезде мәселелер туындайды. Бұл кейбір аймақтарда ыстық дақтардың пайда болуына әкеледі, сондықтан катализатор тез бұзылып, дұрыс жұмыс істемей қалады. Ірі еуропалық өндіруші 2023 жылы температураны нашар бақылау катализатордың тозуының 30% жоғары болатынын көрсететін деректерді хабарлады. Ponemon Institute осының салдарынан 2023 жылы катализаторларды ауыстыруға жылына шамамен 740 000 АҚШ доллары жұмсалды деп бағалаған. Қазіргі уақытта жылу режимін басқарудың әдістеріне әртүрлі реакция аймақтарында стратегиялық түрде ауаны енгізу және көп сатылы суыту қадамдары жатады. Бұл жаңартулар реакциялардың өтуіне әсер етпей, максималды температураны шамамен 120-150 градус Цельсийге төмендетеді, сондықтан катализаторлардың қызмет ету мерзімі бұрынғы 9 айдан 12-18 айға дейін ұзарды. Сонымен қатар маңыздысы, осы тұрақты температура жағдайлары қосымша өнім ретінде пайда болатын метанол тотығуын шамамен 15-20% қысқартады, яғни жалпы алғанда формальдегид өнімінің сапасы жақсаяды.

Микроканалдық Реакторлар: Формальдегидті Синтездеу Кезіндегі Селективтікті және Қауіпсіздікті Арттыру

Микроканалдық реактор технологиясы дәстүрлі бекітілген қабатты жүйелерге қарағанда нағыз ойын өзгертуші болып табылады. Үлкен реакциялық бөлмелерді пайдалануға сүйенбей, бұл реакторлар 1 мм-ден кіші өлшемді мыңдаған кішкентай паралельді каналдардан тұрады. Нәтиже? Жылуды дәстүрлі әдістерге қарағанда 40-60 пайызға жылдам шашып таратады. Бұл конструкцияның тиімділігі 550-650 градус Цельсий аралығындағы температиканы сақтай алуында. Бұл температика катализдік реакциялардың жақсы жүруі үшін жеткілікті, бірақ 680 градус шамасында формальдегидтің ыдырауы басталатын температикадан төмен болып тұрады. Алғашқы сынақтар метанолды түрлендіру кезінде бұл жүйелер 98,5%-ден астам селективтілікке жететінін көрсетті, яғни өндіріс кезінде қос қышқыл мен көміртегі тотығы сияқты қажетсіз қосалқы өнімдердің түзілуі едәуір азаяды. Қауіпсіздік те үлкен артықшылық болып табылады. Әрбір реактор модулі белгілі бір уақытта 5 литрден аспайтын белсенді реакциялық көлемді ғана өңдейді. Сонымен қоса, қауіпті қысымның жиналуын мәселеге дейін тоқтататын ішкі қысым босату мембраналары бар. Шайыр нарық сегментіне қызмет ететін, әсіресе тұрақты, жоғары сапалы өнімге мұқтаж кәсіпорындар үшін микроканалдық реакторлар катализаторлық материалды артық қоспай, кеңістік-уақыттық тиімділікті 20 пайызға жақсартуға мүмкіндік береді.

Сыртқы альдегидтің тазарту, тұрақтандыру және сапа кепілі

Конденсация — сіңіру интеграциясы арқылы шайыр сортты альдегидтің ≥99,5% тазалығын қамтамасыз ету

Шайыр сортты альдегид өте жоғары тазалықты талғайды — альдегидтің мөлшері ≥99,5%, судың, қалдық метанолдың (<0,5%) және қышқыл қышқылдың (<0,02%) мөлшеріне қатаң шектеулер қойылады. Өнеркәсіптегі стандартты конденсация — сіңіру интеграциясы түйістірілген бірлік операциялар арқылы осыған жетеді:

1. Конденсация сатысы : Қыздырылған реакторлы шығарынды тез суытылады 40–60°C-қа дейін, суды және артық метанолды конденсациялайды, ал альдегидті бу фазасында сақтайды.
2. Сіңіруді жақсарту : Альдегидтің газы толтырылған башнялардағы қарсы ағынды сулы ерітіндіге сіңіп, альдегидтің концентрациясын арттырады және инертті газдар мен жеңіл ұшқыш заттарды алады. Башняның темперациясы 80–85°C-та тұрақтандырылады, бұл ерітіндінің ең жоғары еруін қамтамасыз етеді және параальдегидтің түзілуін басады.
3. Тұрақтандыру : Төменгі қышқыл қоспалар — негізінен формиат қышқылы — сақтау және тасымалдау кезінде автокатализді полимерленуді болдырмау үшін бақыланатын сілтілік қосымшамен (мысалы, NaOH немесе MgO) бейтараптанады.

Соңғы сапа кепілдігі қоспалардың профилін анықтау үшін газ хроматографиясын, формальдегид концентрациясын растау үшін титрлеуді және ерте кезеңдегі полимерленуді анықтау үшін лайлықты сынақты қамтиды. Уреа-формальдегид және фенол-формальдегид шайырларын синтездеу үшін қатаң тұрақтылық қажет — мұнда қоспаның минималды өзгеруі де көптеген байланыс кинетикасын, гель уақыты мен соңғы өнімнің төзімділігін нашарлатады.

ЖИҚ (Жиі қойылатын сұрақтар)

Формальдегид өндіруде күміс катализаторларын қолданудың қандай артықшылықтары бар?

Күміс катализаторлық процесі жоғары тиімді, реакция кинетикасы тез, метанолдағы қоспаларға төзімді және катализатордың ұзақ қызмет ету мерзіміне ие, бұл тоқтап тұру мен жөндеу шығындарын азайтады.

Микроканалды реакторлар формальдегид синтезін қалай жақсартады?

Микроканалдық реакторлар жылу шығаруды жақсарту, оптималды температураны сақтау және таңдаулылікті 98,5%-дан жоғары деңгейге дейін көтеру арқылы синтезді жақсартады, сонымен қатар құрамындағы қысымды босату жүйесі арқылы қауіпсіздікті арттырады.

Шайырлық формальдегид үшін жоғары тазалық неге маңызды?

Жоғары тазалық (формальдегид мөлшері ≥99,5%) шайырлық формальдегид үшін шайыр синтездеу процестерінде қажетті кросслинкинг кинетикасын, гель уақытын және тұрақтылықты қамтамасыз ету үшін маңызды және қоспалардың ығысуы мен ерте кезеңдегі полимеризация сияқты мәселелерден құтылуға мүмкіндік береді.