Ποια είναι τα βήματα στην παραγωγή φορμαλδεΰδης;

Οι περισσότερες οργανικές ενώσεις, είτε απλές είτε σύνθετες, μπορούν να παραχθούν με διάφορους τρόπους. Μόνο τα πιο οικονομικά από αυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για εμπορική παραγωγή. Η παραγωγή φορμαλδεΰδης χρησιμοποιεί μία από τις δύο καταλυτικές μεθόδους που περιλαμβάνουν μεθανόλη (CH3OH): ήπια οξείδωση ή αφυδρογόνωση. Ο καταλύτης που χρησιμοποιείται μπορεί να είναι ένα μίγμα μολυβδαινίου και οξειδίου του σιδήρου, ή εναλλακτικά, αργύρου. Ένας καταλύτης μολυβδαινίου απαιτεί θερμοκρασία περίπου 480-750 ° F (250-400 ° C) για να διατηρήσει την αντίδραση, ενώ ο άργυρος απαιτεί την πολύ υψηλότερη θερμοκρασία των 1200 ° F (650 ° C).

Μπορεί να φαίνεται ότι η παραγωγή φορμαλδεΰδης με χρήση ισχυρού οξειδωτικού θα αποτελούσε μια τρίτη επιλογή. Ωστόσο, αυτή η οδός δεν είναι κατάλληλη, καθώς η ίδια η επιθυμητή αλδεΰδη θα κινδύνευε να υποστεί οξείδωση, για να σχηματίσει ένα καρβοξυλικό οξύ — σε αυτήν την περίπτωση, μυρμηκικό οξύ (HCOOH). Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα τόσο της ήπιας οξειδωτικής όσο και των μεθόδων αφυδρογόνωσης είναι η ανάγκη για συνεχή θερμότητα για τη διατήρηση της διαδικασίας. Αυτό μπορεί να φαίνεται ότι αυξάνει απαγορευτικά το κόστος παραγωγής της παραγωγής φορμαλδεΰδης. Και οι δύο διαδικασίες είναι εξώθερμες, ωστόσο – που σημαίνει ότι κάθε αντίδραση εκπέμπει θερμότητα – καθιστώντας τις και τις δύο αυτοσυντηρούμενες.

Η χρήση ενός καταλύτη μολυβδαινίου και οξειδίου του σιδήρου απαιτεί τη διέλευση ενός μίγματος μεθανόλης και ατμών αναμεμειγμένων με αέρα πάνω από τον καταλύτη. Στοιχειομετρικά — ή, μιλώντας ως προς τις ποσότητες χημικών αντιδρώντων και προϊόντων — η εξίσωση για αυτό είναι 2 CH3OH +O2 → HCHO + 2 H2O + Δ. Το ελληνικό γράμμα «δέλτα» σημαίνει θερμότητα. Αν και μέρος αυτής της θερμότητας χρησιμοποιείται για τη διατήρηση της διαδικασίας αντίδρασης, μέρος από αυτήν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για άλλους σκοπούς, όπως η τροφοδοσία τουρμπίνων εγκαταστάσεων. Ενώ περιστασιακά χρησιμοποιείται η παραγωγή οξειδωτικής φορμαλδεΰδης, είναι λιγότερο συνηθισμένη από τη μέθοδο αφυδρογόνωσης.

Ένας κοινός καταλύτης που χρησιμοποιείται στη διαδικασία αφυδρογόνωσης της παραγωγής φορμαλδεΰδης είναι ο άργυρος, αν και ο άργυρος μπορεί να αντιδράσει, εν μέρει, μέσω της οξειδωτικής οδού. Όπως συμβαίνει με τον οξειδωτικό, καταλύτη μολυβδαινίου-οξειδίου του σιδήρου, οι ατμοί της μεθανόλης συνδυάζονται με τον αέρα και περνούν πάνω από τον καταλύτη — το ίδιο το μέταλλο υπάρχει σε κοκκώδη, κρυσταλλική μορφή. Τόσο οι αντιδράσεις μολυβδαινίου όσο και αργύρου λαμβάνουν χώρα σε έναν ατμολέβητα. Οι προκύπτοντες ατμοί, οι οποίοι περιέχουν το προϊόν φορμαλδεΰδης συν ατμούς μεθανόλης που δεν αντέδρασαν, στη συνέχεια συμπυκνώνονται και καθαρίζονται. Στην περίπτωση της διαδικασίας αφυδρογόνωσης, το εναπομένον αέριο εκροής περιλαμβάνει υδρογόνο. το αέριο καίγεται για να παραχθεί ατμός, ο οποίος τροφοδοτεί τον λέβητα.

Η εξίσωση αντίδρασης για τη διαδικασία αφυδρογόνωσης είναι CH3OH → HCHO + H2. Επιπρόσθετοι καταλύτες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στη θέση του αργύρου ως παράγοντα αφυδρογόνωσης είναι ο χρωμίτης χαλκού και το οξικό παλλάδιο. Για την επιτυχή λειτουργία του απαιτούνται ειδικές προϋποθέσεις. Μια μορφή ετερογενούς καταλύτη, το οξικό παλλάδιο δρα ως παράγοντας «μεταφοράς φάσης». Αυτό σημαίνει ότι συμπεριφέρεται σαν απορρυπαντικό, επιτρέποντας τη μεταφορά του αντιδρώντος μεταξύ δύο μη αναμίξιμων φάσεων — μία υδατική, μία οργανική.