Care sunt etapele producției de formaldehidă?

Majoritatea compușilor organici, fie simple sau complecși, pot fi produși în mai multe moduri. Doar cele mai rentabile dintre acestea pot fi utilizate pentru producția comercială. Producția de formaldehidă folosește una dintre cele două metode catalitice care implică metanol (CH3OH): oxidare ușoară sau dehidrogenare. Catalizatorul utilizat poate fi un amestec de molibden și oxid de fier sau, alternativ, argint. Un catalizator de molibden necesită o temperatură de aproximativ 480-750° F (250-400° C) pentru a susține reacția, în timp ce argintul necesită o temperatură mult mai mare de 1200° F (650° C).

S-ar putea părea că producția de formaldehidă folosind un oxidant puternic ar constitui o a treia opțiune. Această cale nu este potrivită, totuși, deoarece aldehida dorită în sine ar fi în pericol de a suferi oxidare, pentru a forma un acid carboxilic – în acest caz, acid formic (HCOOH). O caracteristică împărtășită atât a metodelor de oxidare ușoară, cât și a celor de dehidrogenare este nevoia de căldură continuă pentru a susține procesul. Acest lucru ar putea părea că crește în mod prohibitiv costul producției de formaldehidă. Ambele procese sunt totuși exoterme – ceea ce înseamnă că fiecare reacție degajă căldură – făcându-le pe ambele auto-susținute.

Utilizarea unui catalizator de molibden și oxid de fier necesită trecerea unui amestec de metanol și vapori amestecați cu aer peste catalizator. Stoichiometric — sau, vorbind în termeni de cantități de reactanți chimici și produși — ecuația pentru aceasta este 2 CH3OH +O2 → HCHO + 2 H2O + Δ. Litera greacă „delta” înseamnă căldură. Deși o parte din această căldură este folosită pentru a menține procesul de reacție, o parte din ea poate fi utilizată în alte scopuri, cum ar fi alimentarea turbinelor centralei. În timp ce producția de formaldehidă oxidativă este folosită ocazional, este mai puțin comună decât metoda de dehidrogenare.

Un catalizator comun utilizat în procesul de dehidrogenare al producției de formaldehidă este argintul, deși argintul poate reacționa, parțial, prin calea oxidativă. Ca și în cazul catalizatorului oxidativ, molibden-oxid de fier, vaporii de metanol sunt combinați cu aer și trec peste catalizator – metalul în sine există sub formă granulară, cristalină. Atât reacțiile de molibden, cât și de argint au loc peste un cazan de abur. Vaporii rezultați, care conțin produsul formaldehidă plus vapori de metanol nereacționat, sunt apoi condensați și purificați. În cazul procesului de dehidrogenare, gazul efluent rămas include hidrogen; gazul este ars pentru a produce abur, care alimentează cazanul.

Ecuația reacției pentru procesul de dehidrogenare este CH3OH → HCHO + H2. Catalizatori suplimentari care pot fi folosiți în locul argintului ca agent de dehidrogenare sunt cromitul de cupru și acetatul de paladiu. Sunt necesare condiții speciale pentru funcționarea sa cu succes. O formă de catalizator eterogen, acetatul de paladiu acționează ca un agent de „transfer de fază”. Aceasta înseamnă că se comportă mult ca un detergent, permițând transferul de reactant între două faze nemiscibile – una apoasă, una organică.