Каковы этапы производства формальдегида?
Большинство органических соединений, простых или сложных, могут быть получены различными способами. Только самые рентабельные из них могут быть использованы для коммерческого производства. В производстве формальдегида используется один из двух каталитических методов, включающих метанол (CH 3 OH): мягкое окисление или дегидрирование. Используемый катализатор может представлять собой смесь молибдена и оксида железа или, альтернативно, серебра. Молибденовый катализатор требует температуры около 480-750 ° F (250-400 ° C) для поддержания реакции, тогда как серебро требует гораздо более высокой температуры 1200 ° F (650 ° C).
Может показаться, что производство формальдегида с использованием сильного окислителя представляет собой третий вариант. Однако этот путь не подходит, так как сам по себе желательный альдегид может подвергнуться окислению с образованием карбоновой кислоты, в данном случае муравьиной кислоты (HCOOH). Одной из особенностей, которыми обладают как методы мягкого окисления, так и методы дегидрирования, является необходимость продолжения нагрева для поддержания процесса. Может показаться, что это чрезмерно увеличивает стоимость производства формальдегида. Однако оба процесса являются экзотермическими, то есть каждая реакция выделяет тепло, что делает их обоих самоподдерживающимися.
Использование катализатора на основе молибдена и оксида железа требует пропускания смеси метанола и паров, смешанных с воздухом, над катализатором. Стехиометрически - или, если говорить в терминах количеств химических реагентов и продуктов - уравнение для этого равно 2 СН 3 ОН + О 2 → HCHO + 2 H 2 O + Δ. Греческая буква «дельта» означает тепло. Хотя некоторая часть этого тепла используется для поддержания процесса реакции, некоторая его часть может использоваться для других целей, таких как энергетические установки турбин. Хотя иногда используется окислительное производство формальдегида, оно менее распространено, чем метод дегидрирования.
Одним из распространенных катализаторов, используемых в процессе дегидрирования производства формальдегида, является серебро, хотя серебро может частично реагировать по окислительному пути. Как и в случае с окислительным катализатором на основе оксида молибдена и железа, пары метанола объединяются с воздухом и пропускаются через катализатор - сам металл существует в гранулированной, кристаллической форме. Реакции молибдена и серебра происходят в паровом котле. Полученные пары, которые содержат продукт формальдегида плюс непрореагировавшие пары метанола, затем конденсируют и очищают. В случае процесса дегидрирования оставшийся отходящий газ включает водород; газ сжигается для производства пара, который питает котел.
Уравнением реакции для процесса дегидрирования является CH 3 OH → HCHO + H 2 . Дополнительными катализаторами, которые могут быть использованы вместо серебра в качестве дегидрирующего агента, являются хромит меди и ацетат палладия. Особые условия необходимы для его успешной работы. Форма гетерогенного катализатора, ацетат палладия, действует как «межфазный» агент. Это означает, что он ведет себя как детергент, позволяя переносить реагент между двумя несмешивающимися фазами - одной водной, одной органической.