Jakie są etapy produkcji formaldehydu?

Większość związków organicznych, zarówno prostych, jak i złożonych, można wytwarzać na wiele sposobów. Tylko najbardziej opłacalne z nich można wykorzystać do produkcji komercyjnej. W produkcji formaldehydu stosuje się jedną z dwóch metod katalitycznych obejmujących metanol (CH3OH): łagodne utlenianie lub odwodornianie. Zastosowany katalizator może być mieszaniną molibdenu i tlenku żelaza lub alternatywnie srebra. Katalizator molibdenowy wymaga temperatury około 480-750 ° F (250-400 ° C), aby utrzymać reakcję, podczas gdy srebro wymaga znacznie wyższej temperatury 1200 ° F (650 ° C).

Wydawać by się mogło, że produkcja formaldehydu przy użyciu silnego utleniacza stanowiłaby trzecią opcję. Ta droga nie jest jednak odpowiednia, ponieważ sam pożądany aldehyd grozi utlenieniem, tworząc kwas karboksylowy - w tym przypadku kwas mrówkowy (HCOOH). Jedną z cech wspólnych zarówno dla metod łagodnego utleniania, jak i odwodornienia jest potrzeba ciągłego ogrzewania w celu podtrzymania procesu. Może to wydawać się nadmiernie zwiększać koszty produkcji formaldehydu. Oba procesy są egzotermiczne - co oznacza, że ​​każda reakcja oddaje ciepło - co czyni je samowystarczalnymi.

Zastosowanie katalizatora molibdenowego i tlenku żelaza wymaga przepuszczenia przez katalizator mieszaniny metanolu i par zmieszanych z powietrzem. Stechiometrycznie - lub mówiąc w kategoriach ilości reagentów chemicznych i produktów - równanie to 2 CH ₃ OH + O ₂ → HCHO + 2 H ₂ O + Δ. Grecka litera „delta” oznacza ciepło. Chociaż część tego ciepła wykorzystuje się do utrzymania procesu reakcji, część z niego można wykorzystać do innych celów, takich jak turbiny elektrowni. Chociaż czasami stosuje się utleniające wytwarzanie formaldehydu, jest ono mniej powszechne niż metoda odwodornienia.

Jednym z powszechnych katalizatorów stosowanych w procesie odwodornienia produkcji formaldehydu jest srebro, chociaż srebro może częściowo reagować drogą utleniania. Podobnie jak w przypadku utleniającego katalizatora tlenek molibdenu i żelaza, pary metanolu łączy się z powietrzem i przepuszcza przez katalizator - sam metal występuje w postaci ziarnistej, krystalicznej. Reakcje molibdenu i srebra zachodzą w kotle parowym. Powstałe opary, które zawierają produkt formaldehydowy i nieprzereagowane opary metanolu, są następnie kondensowane i oczyszczane. W przypadku procesu odwodornienia pozostały gaz wypływający zawiera wodór; gaz jest spalany w celu wytworzenia pary, która zasila kocioł.

Równanie reakcji dla procesu odwodornienia to CH3OH → HCHO + H2. Dodatkowymi katalizatorami, które można zastosować zamiast srebra jako środka odwodorniającego, są chromit miedzi i octan palladu. Do pomyślnego działania wymagane są specjalne warunki. Forma heterogenicznego katalizatora, octan palladu, działa jako czynnik „przeniesienia fazowego”. Oznacza to, że zachowuje się bardzo podobnie do detergentu, umożliwiając przenoszenie reagenta między dwiema nie mieszającymi się fazami - jedną wodną, ​​jedną organiczną.