Was sind die Schritte bei der Formaldehydherstellung?
Die meisten organischen Verbindungen, ob einfach oder komplex, können auf verschiedene Arten hergestellt werden. Nur die kostengünstigsten davon können für die kommerzielle Produktion verwendet werden. Die Formaldehydherstellung erfolgt nach einer von zwei katalytischen Methoden, an denen Methanol (CH 3 OH) beteiligt ist: milde Oxidation oder Dehydrierung. Der verwendete Katalysator kann ein Gemisch aus Molybdän und Eisenoxid oder alternativ Silber sein. Ein Molybdänkatalysator benötigt eine Temperatur von ungefähr 480-750ºF (250-400ºC), um die Reaktion aufrechtzuerhalten, wohingegen Silber die viel höhere Temperatur von 1200ºF (650ºC) benötigt.
Die Formaldehydproduktion mit einem starken Oxidationsmittel scheint eine dritte Option zu sein. Dieser Weg ist jedoch nicht geeignet, da der gewünschte Aldehyd selbst oxidationsgefährdet wäre, um eine Carbonsäure - in diesem Fall Ameisensäure (HCOOH) - zu bilden. Ein Merkmal, das sowohl die milden Oxidations- als auch die Dehydrierungsmethoden gemeinsam haben, ist der Bedarf an kontinuierlicher Wärme, um den Prozess aufrechtzuerhalten. Dies scheint die Herstellungskosten für die Formaldehydherstellung unerschwinglich zu erhöhen. Beide Prozesse sind jedoch exotherm, was bedeutet, dass jede Reaktion Wärme abgibt, was beide autark macht.
Die Verwendung eines Molybdän- und Eisenoxidkatalysators erfordert das Überleiten eines Gemisches aus Methanol und mit Luft vermischten Dämpfen über den Katalysator. Stöchiometrisch - oder ausgedrückt in Mengen chemischer Reaktanten und Produkte - lautet die Gleichung dafür 2 CH 3 OH + O 2 → HCHO + 2 H 2 O + Δ. Der griechische Buchstabe "Delta" steht für Wärme. Obwohl ein Teil dieser Wärme zur Aufrechterhaltung des Reaktionsprozesses verwendet wird, kann ein Teil für andere Zwecke verwendet werden, beispielsweise zum Antreiben von Kraftwerksturbinen. Zwar wird gelegentlich oxidative Formaldehydherstellung eingesetzt, diese ist jedoch seltener als die Dehydrierungsmethode.
Ein üblicher Katalysator, der im Dehydrierungsprozess der Formaldehydherstellung verwendet wird, ist Silber, obwohl Silber teilweise über den oxidativen Weg reagieren kann. Wie beim oxidativen Molybdän-Eisenoxid-Katalysator werden die Methanoldämpfe mit Luft vereinigt und über den Katalysator geleitet - das Metall selbst liegt in körniger, kristalliner Form vor. Sowohl Molybdän- als auch Silberreaktionen finden über einem Dampfkessel statt. Die resultierenden Dämpfe, die das Formaldehydprodukt plus nicht umgesetzte Methanoldämpfe enthalten, werden dann kondensiert und gereinigt. Im Falle des Dehydrierungsprozesses enthält das verbleibende Abgas Wasserstoff; Das Gas wird verbrannt, um Dampf zu erzeugen, der den Kessel speist.
Die Reaktionsgleichung für den Dehydrierungsprozess lautet CH 3 OH → HCHO + H 2 . Zusätzliche Katalysatoren, die anstelle von Silber als Dehydrierungsmittel eingesetzt werden können, sind Kupferchromit und Palladiumacetat. Für den erfolgreichen Betrieb sind besondere Bedingungen erforderlich. Palladiumacetat ist eine Form eines heterogenen Katalysators und fungiert als „Phasentransfermittel“. Dies bedeutet, dass es sich ähnlich wie ein Reinigungsmittel verhält und den Transfer von Reaktanten zwischen zwei nicht mischbaren Phasen ermöglicht - einer wässrigen, einer organischen.