Koji su koraci u proizvodnji formaldehida?

Većina organskih spojeva, jednostavnih ili složenih, može se proizvesti na više načina. Samo najisplativiji od njih mogu se koristiti za komercijalnu proizvodnju. Proizvodnja formaldehida koristi jednu od dvije katalitičke metode koje uključuju metanol (CH3OH): blaga oksidacija ili dehidrogenacija. Upotrijebljeni katalizator može biti mješavina molibdena i željezovog oksida, ili alternativno, srebra. Molibdenski katalizator zahtijeva temperaturu od oko 480-750°F (250-400°C) da bi održao reakciju, dok je za srebro potrebna mnogo viša temperatura od 1200°F (650°C).

Moglo bi se činiti da bi proizvodnja formaldehida korištenjem jakog oksidatora predstavljala treću opciju. Taj put, međutim, nije prikladan, jer bi sam željeni aldehid bio u opasnosti od oksidacije kako bi nastao karboksilnu kiselinu – u ovom slučaju, mravlju kiselinu (HCOOH). Jedna značajka koju dijele i blage oksidativne metode i metode dehidrogenacije je potreba za kontinuiranom toplinom za održavanje procesa. Čini se da to pretjerano povećava troškove proizvodnje formaldehida. Međutim, oba procesa su egzotermna – što znači da svaka reakcija daje toplinu – što ih čini samoodrživim.

Upotreba katalizatora molibdena i željeznog oksida zahtijeva propuštanje mješavine metanola i para pomiješanih sa zrakom preko katalizatora. Stehiometrijski – ili, govoreći u smislu količina kemijskih reaktanata i produkata – jednadžba za to je 2 CH3OH +O2 → HCHO + 2 H2O + Δ. Grčko slovo “delta” označava toplinu. Iako se dio te topline koristi za održavanje reakcijskog procesa, dio se može koristiti u druge svrhe, kao što je pogon turbina postrojenja. Iako se povremeno koristi oksidativna proizvodnja formaldehida, rjeđa je od metode dehidrogenacije.

Jedan uobičajeni katalizator koji se koristi u procesu dehidrogenacije proizvodnje formaldehida je srebro, iako srebro može djelomično reagirati putem oksidativnog puta. Kao što je slučaj s oksidativnim katalizatorom molibden-željezovog oksida, pare metanola se kombiniraju sa zrakom i prolaze preko katalizatora – sam metal postoji u granuliranom, kristalnom obliku. Reakcije molibdena i srebra odvijaju se preko parnog kotla. Rezultirajuće pare, koje sadrže formaldehidni produkt plus neizreagirane pare metanola, zatim se kondenziraju i pročišćavaju. U slučaju procesa dehidrogenacije, preostali otpadni plin uključuje vodik; plin se spaljuje kako bi se proizvela para, koja hrani kotao.

Jednadžba reakcije za proces dehidrogenacije je CH3OH → HCHO + H2. Dodatni katalizatori koji se mogu koristiti umjesto srebra kao sredstva za dehidrogeniranje su bakreni kromit i paladijev acetat. Za njegovo uspješno djelovanje potrebni su posebni uvjeti. Oblik heterogenog katalizatora, paladijev acetat djeluje kao sredstvo za “fazni prijenos”. To znači da se ponaša poput deterdženta, dopuštajući prijenos reaktanta između dvije faze koje se ne miješaju – jedne vodene, druge organske.