13.8.4 Производство альдегидов и органических кислот

Альдегиды и органические кислоты относятся к многотоннаж­ным продуктам промышленности органического синтеза. Осо­бенно большое значение имеют производ­ства формальдегида, ацетальдегида и уксусной кислоты.

13.8.4.1 Производство формальдегида

Формальдегид в обычных условиях - газ с раздражаю­щим запахом.

Чаще всего формальдегид выпуска­ется в виде 37 %-го водного раствора, называемого формалином.

Формальдегид широко используется в производстве ряда по­лимерных материалов: феноло-, карбамидо-, меламидоформальдегидных смол, для получения изопрена, пентаэритрита, уротро­пина и других продуктов.

Многочисленные исследования по получению формальдегида непосредственно из метана пока не привели к разработке конкурентоспособного промышленного процесса из-за недостаточной эффективности контроля над процессом окисления, который протекает довольно легко как цепь последовательных превращений, которую трудно прервать на оп­ределенной стадии:

Найденные катализаторы обеспечивают удовлетворительную селективность по формальдегиду лишь при малой степени окис­ления метана, что требует повышения кратности циркуляции ме­тана и делает способ экономически неэффективным.

Способы получения формальдегида:

1) Окисление метанола в формальдегид с достаточ­но высокой степенью конверсии по метанолу (0,99) и селектив­ности по формальдегиду (95-96 %) реализуется на окисном железомолибденовом катализаторе МоО₃ • Ре₂(МоО₄)₃. Процесс проводят при температуре 350-430 ⁰С и атмосферном давлении, в трубчатых реакторах с эффективным охлаждением. Экзотермический эффект реакции окисления позволяет одновременно генерировать технологический пар, что харак­терно для современных энерготехнологических схем (рисунке 47).

Рисунок 47 - Технологическая схема производства формальдегида окислением метанола:

1 - испаритель; 2 - турбокомпрессор; 3 - трубчатый реактор;

4 - котел-утилизатор; 5 - аб­сорбционная колонна;

6 - выносной теплообменник; 7 - сборник

Смесь метанола и воздуха, пройдя испаритель 1, попадает в трубчатый реактор 3, где на катализаторе протекает экзотермиче­ская реакция окисления. Эффективный отвод тепла обеспечива­ется благодаря соединенному с реактором внешнего теплообмен­ника котлу-утилизатору 4, вырабатывающему технологический пар. Разогретые пары содержащей формальдегид реакционной смеси отдают свое тепло в испарителе 1 и направляются на по­глощение в орошаемый водой абсорбер 5. Тепло абсорбции также утилизируется в теплообменниках 6. Водный раствор формальде­гида поступает в сборник 7, а непоглощенные газы возвращаются и цикл на разбавление воздуха либо дожигаются. Производство не только обеспечивает собственные энергетические потребности, по и вырабатывает технологический пар на сторону. Здесь отсутствуют отходы, газовые выбросы и сточные воды.

2) Метод получения формальдегида окислительным дегидрированием метанола, в котором экзотермическая реакция окисления метанола сочетается и протекает в одном аппарате с эндотермической реакцией его дегидрирования:

Если обеспечить определенное соотношение реагентов, то процесс становится автотермическим, т. е. не нуждается в подводе тепла. Это достигается, когда 55 % метанола окисляется, а остальное его количество подвергается дегидрированию. Поэтому окислительное дегидрирование метанола проводят при недостатке кислорода и более высокой температуре (500-600 ⁰С), что способствует увеличению скорости реакций. В качестве ката­лизатора используют либо металлическую медь в виде сетки или стружки, либо серебро, осажденное на носителе (пемза, А1₂О₃). Достигаемая степень конверсии составляет около 85-90 % при выходе 80-85 %. Снижение выхода обусловлено рядом побочных реакций.