技术应用与研究
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甲醛生产工艺及节能优化设计分析
＊范 捷
（国家林业局林产工业规划设计院 北京 100010）
摘要：甲醛作为一种重要的有机化工原料，在化工、医药、染料等行业都有着广泛的应用。本文主要及介绍了甲醛生产的两种典型工
艺，并对反应热回收，尾气回收和冷凝热回收做出了优化设计，对甲醛的生产工业具有很大的意义。关键词：甲醛生产；节能；优化设计
中图分类号：T 文献标识码：A
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Analysis of Formaldehyde Production Technology and Energy-saving Optimization Design
怎么捐款Fan Jie
（Forest Industry Planning and Design Institute of State Forestry Administration, Beijing, 100010）
Abstract ：Formaldehyde, as an important organic chemical raw material, is widely ud in chemical industry, medicine, dye and other indus-
tries. This paper mainly introduces two typical process of formaldehyde production, and optimizes the design of reaction heat recovery, tail gas recovery and condensation heat recovery, which has great significance for formaldehyde production industry.
Key words ：formaldehyde production ；energy-saving ；optimal design
引言
随着我国国民经济的发展，甲醛工业得到了飞速的发展。甲醛作为最重要的化工原料，其应用范围广
泛，包括生产酚醛树脂、维尼纶纤维、聚甲醛树脂等，此外还可以作消毒剂、还原剂和防腐剂等。在甲醛的生产过程中要求高温，所需的反应热较高，能耗较大。而目前在我国现有的经济模式下，国家提倡建设“环境友好型，资源节约型”社会，因此必须要对甲醛的工艺特点进行分析优化，找到最适宜生产的优化工艺路线，这对企业的可持续发展来说是非常重要的。
1.甲醛生产工艺简介
在甲醛的工艺生产过程中，生产方法包括以液化石油气为原料的非催化氧化法、甲醇空气氧化法和甲烷氧化法等。考虑到原料的经济性，目前甲醛的生产多采用甲醇空气氧化法。而甲醇空气氧化法又分为银催化氧化法、铁钼氧化物催化氧化法。其中银催化氧化法应用最为广泛。以下分别对这两种方法进行介绍：
(1)银催化氧化法
银催化法是指在加入银催化剂的情况下，过量甲醇蒸汽，空气和水汽进行的脱氢氧化反应。此方法具有投资较少、能耗低、催化剂可再生等优点。这种方法作为最经典的生产甲醇的方法，早在19世纪80年代已实现了工业化。而银催化氧化法又包括电解银法、结晶银法和银网法等。其中，电解银法的优点较另外两种比较突出，其性能稳定，操作简便且活性较高，基于这些优点此方法被广泛使用在工业生产中。在实际工艺生产过程中，甲醇气过量但转化率较低，并且催化剂易失活和中毒。要想提高甲
醇的转化率，必须要对设备进行优化和改进。
(2)铁钼氧化物催化氧化法
铁钼氧化物催化氧化法是指在加入铁钼氧化物催化剂的条件下，过量的空气与甲醇气和水汽混合物进行的脱氢氧化反应。该方法在20世纪30年代实现了大规模的工业化生产。对比银催化氧化法，此方法甲醇的转化率有了明显的提高，
同时甲醛产品的浓度也大大提高，甚至可高达50%以上。铁钼催化剂于银催化剂相比其耐毒性较好，但此方法的缺点是投资较大，能耗高且流程复杂。考虑到其经济适用性，目前我国只有少数企业如天津石化采用此方法。
2.节能优化工艺设计
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为了使甲醛生产工艺中做到降低能耗，需将各反应阶段的能量进行回收利用。可利用的能量包括甲醇氧化的反应热、尾气的燃烧热和气体的冷凝热。在甲醛生产的工艺设计中，将这些能量回收利用具有最重要的意义。
(1)反应热回收
甲醇生产甲醛的反应是加氧脱氢反应，同时也会发生甲醇燃烧的副反应，在反应过程中会放出大量的热量，排空后则会造成巨大的能量损失。因此将这部分富余能量回收是降低能耗的必然要求。
在甲醇氧化生成甲醛的放热反应中，为了维持温度的恒定，需要加入传热介质如导热油来移走多余的反应热。另外，由于反应在高温条件下进行，生成的高温甲醛蒸汽会分解生成氢气、一氧化碳或者甲醇和甲酸，因此需要对高温甲醛蒸汽进行降温处理。根据动力学分析可知，当降温到100℃时甲醛可稳定存在。这两部分的反应热大约是甲醇蒸发吸收热的两倍，因此，可考虑加设并联的双氧化器来蒸发原料甲醇和制备水蒸气或用于采暖。
(2)尾气回收
leapftp甲醛生产工艺的主要尾气成分有N 2、H 2，另外还含有少量的O 2、CO 2、CO、CH 4等。其中CO、CH 4和H 2是可以燃烧放热的，如果这一部分的热量不加以利用，不仅会造成环境的污染，同时也会造成很大的经济损失。因此尾气能量的回收利用是至关重要的。在低浓度甲醛生产过程中，可以加入水蒸气直接带走反应热。为了生产高浓度甲醛，甲醇进料浓度必须高于85%，此时，需要通过加入惰性气体带走过量的反应热。尾气中的甲醛可以部分替代原来添加的蒸汽以生产高浓度的甲醛。同时，对于废气中的可燃气体，可以设置废气锅炉，以利用燃烧后的这部分气体的热量来制备加热蒸汽。
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当代化工研究
(3)回收冷凝热
从骤冷器出来得到的甲醛蒸汽经过水的吸收冷凝会得到约70℃的甲醛溶液，甲醛溶液中所含的热量也是不可忽视的。为了回收这部分冷凝热，甲醛可以被送入甲醇的加热段以替代加热蒸汽，待甲醛降温后可在冷却器进行甲醛的冷却，这样可以达到降低冷却器传热面积的目的，从而降低了设备成本。
(4)工艺优化设计综合本文分析，选用基于银催化氧化法的尾气循环节能的优化工艺。
原料甲醇以一定的流速经泵进入蒸发器同时汽化。空
气通过罗茨鼓风机进入蒸发器底部。蒸发器温度需要控制在 42～50℃左右。气化的甲醇与空气和尾气混合气进入氧化器中，氧化装置应控制在20kPa的压力下，温度为600℃左右, 原料在银催化剂作用下进行氧化脱氢反应, 产生甲醛蒸气并
释放大量热量。为了防止甲醛蒸气在高温下的分解，甲醛蒸
气通过骤冷器冷却至约100℃，然后进入吸收塔中被甲醛稀
溶液吸收，即可采集一定浓度的甲醛产物。对于未吸收的蒸汽，将进入另一吸收塔，在塔顶部添加软水吸收后得到的稀释甲醛溶液作为吸收剂进入产品吸收塔的顶部循环。同时对
吸收塔中的尾气部分进行燃烧处理后排空，部分进入循环风
人的本质机返回蒸发器循环使用。
由于生成甲醛的反应会放出大量的热量，因此应加入导
热油将反应热量移走，导热油气化同时在锅炉中被冷凝，冷凝热又能使锅炉产生一定的加热蒸汽。淬火介质中产生的高
温甲醛蒸气的冷却热量通过导热油传递到甲醇蒸发器以提供热量。同时在尾气处理装置可设置加热锅炉以避免可燃气的浪费，尾气中的可燃烧成分经加热燃烧后可制备加热蒸汽，避免了排空后对环境造成污染。所有产生的蒸汽进入分配给所需蒸汽的总蒸汽管线。
结语
(1)甲醛生产的工艺方法中，银催化剂法和铁钼氧化物
催化氧化法各有优缺点，企业在选用生产方法时，应结合实际情况从催化剂用量、投资费用和所要实现的产品浓度出发
来综合考虑各项因素。(2)在甲醛生产过程中，为了达到节能降耗，实现可持续发展的目的，需要将各部分的余热进行回收利用。增加措施回收反应热，尾气热量和冷凝热，这样不仅能够加大自身装置的蒸汽供给，富余热量还能对外设备提供蒸汽。
•【参考文献】[1]金栋，李明.世界甲醛的生产消费现状及发展前景[J].中国石油和化工经济分析,2007,(21):53-59.
[2]龙彬，刘春昕.工业甲醛生产节能的基本途径[J].石油化工
环境保护,2002,25(4):63-64.[3]朱效中.浓甲醛工业制法及最新进展[J].石油化工,1991,
20(3):59-61. [4]李世杰.甲醛生产中能量的综合利用探讨[J].化工设计, 1999,9(5):12-13.•【作者简介】
范捷（1985-），男，国家林业局林产工业规划设计院；研究
方向：林产化工。纳米氧化锌的应用研究进展
＊张伊晗 王璐 李坤 郭宇萱 （河北农业大学理工学院 河北 061100）
摘要：氧化锌是一种量子效率高、激子结合能大、物理和化学稳定性较好且廉价无毒的宽禁带半导体材料。作为一种新型功能材料，氧
化锌具有优异的性能，广泛应用于污水处理、传感器光响应、电池研究、光催化抗菌的应用等领域。文章对目前存在的问题和未来氧化锌在更多领域的发展做出了展望。关键词：氧化锌；应用；研究进展
中图分类号：O 文献标识码：A
Rearch Progress in Application of Nano Zinc Oxide
Zhang Yihan, Wang Lu, Li Kun, Guo Yuxuan
（Institute of Technology, Hebei Agricultural University, Hebei, 061100）
Abstract ：Zinc oxide is a kind of miconductor material with wide band gap with high quantum efficiency, high exciton binding energy, good
physical and chemical stability, and low cost and innocuity. As a new functional material, zinc oxide has excellent performance and is widely ud in the fields of wage treatment, nsor light respon, battery rearch, photocatalytic antibacterial applications. The article summarized the existing problems and makes a prospect of the development of zinc oxide in more fields in the future.
Key words ：zinc oxide ；application ；rearch progress
1.引言
近年来，随着经济的迅速发展，环境问题日益突出，能源危机和环境污染成为当今科技领域的两大主题，同时半导体材料的应用受到了国内外人员的广泛关注。与普通的氧化锌颗粒相比，纳米氧化锌在磁、光、电等方面拥有更加优良的性能。因此，我们需要在氧化锌领域投注更多的精力。
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