¿Cuáles son los pasos en la producción de formaldehído?

La mayoría de los compuestos orgánicos, ya sean simples o complejos, se pueden producir de varias maneras. Solo los más rentables de estos pueden usarse para la producción comercial. La producción de formaldehído emplea uno de los dos métodos catalíticos que involucran metanol (CH ₃ OH): oxidación leve o deshidrogenación. El catalizador usado puede ser una mezcla de molibdeno y óxido de hierro, o alternativamente, plata. Un catalizador de molibdeno requiere una temperatura de aproximadamente 480-750 ° F (250-400 ° C) para mantener la reacción, mientras que la plata requiere una temperatura mucho más alta de 1200 ° F (650 ° C).

Puede parecer que la producción de formaldehído utilizando un oxidante fuerte constituiría una tercera opción. Sin embargo, esa ruta no es adecuada, ya que el aldehído deseado estaría en peligro de sufrir oxidación, para formar un ácido carboxílico, en este caso, ácido fórmico (HCOOH). Una característica que comparten los métodos de oxidación suave y deshidrogenación es la necesidad de calor continuo para mantener el proceso. Esto podría parecer un aumento prohibitivo del costo de fabricación de la producción de formaldehído. Sin embargo, ambos procesos son exotérmicos, lo que significa que cada reacción emite calor, lo que los hace autosuficientes.

El uso de un catalizador de molibdeno y óxido de hierro requiere pasar una mezcla de metanol y vapores mezclados con aire sobre el catalizador. Estoquiométricamente, o, hablando en términos de cantidades de reactivos químicos y productos, la ecuación para esto es 2 CH ₃ OH + O ₂ → HCHO + 2 H ₂ O + Δ. La letra griega "delta" significa calor. Si bien parte de este calor se usa para mantener el proceso de reacción, parte de este puede usarse para otros fines, como la alimentación de turbinas de plantas. Si bien la producción oxidativa de formaldehído se usa ocasionalmente, es menos común que el método de deshidrogenación.

Un catalizador común utilizado en el proceso de deshidrogenación de la producción de formaldehído es la plata, aunque la plata puede reaccionar, en parte, a través de la vía oxidativa. Como es el caso con el catalizador oxidativo de óxido de molibdeno y hierro, los vapores de metanol se combinan con aire y se pasan sobre el catalizador: el metal en sí existe en forma cristalina granular. Ambas reacciones de molibdeno y plata tienen lugar en una caldera de vapor. Los vapores resultantes, que contienen el producto de formaldehído más vapores de metanol sin reaccionar, se condensan y purifican. En el caso del proceso de deshidrogenación, el gas efluente restante incluye hidrógeno; El gas se quema para producir vapor, que alimenta la caldera.

La ecuación de reacción para el proceso de deshidrogenación es CH ₃ OH → HCHO + H ₂ . Catalizadores adicionales que pueden emplearse en lugar de plata como agente deshidrogenante son cromito de cobre y acetato de paladio. Se requieren condiciones especiales para su operación exitosa. Una forma de catalizador heterogéneo, el acetato de paladio actúa como un agente de "transferencia de fase". Esto significa que se comporta como un detergente, permitiendo la transferencia de reactivo entre dos fases inmiscibles: una acuosa y otra orgánica.