甲醛

HCHO 主要由甲醇制得。常溫下為無色氣體,具有強烈刺激性和窒息性臭味。與空氣能形成爆炸混合物。其商品形式通常為含甲醛35%~50%(質量)水溶液,稱為福爾馬林。

沿革

甲醛是 1859年由俄國Α.Μ.布特列洛夫發現的,1889年德國首次由甲醇生產甲醛。此后,其他國家也陸續用此法建立生產裝置,并不斷改進生產工藝。此外,美國曾建過幾座用低碳烷烴(主要為C3~C4)氧化法生產甲醛的工廠,日本也曾建立以二甲醚為原料生產甲醛的裝置,但這些生產路線均沒有獲得發展。

生產方法

在工業上從甲醇制取甲醛的生產(見彩圖),按所用催化劑的不同,有兩種方法:

甲醛工廠 銀催化法

在過量甲醇存在下即在高于甲醇-空氣的爆炸上限進行操作。甲醇在銀催化劑(見金屬催化劑)上,于常壓下發生脫氫和氧化反應,反應溫度600~720℃,反應式為:

CH3OH→CH2O+H2

H2+½O2→H2O

工藝上(見圖),先將空氣噴入預熱過的甲醇中使之汽化,并與蒸汽混合。混合氣體加熱后,通入裝有銀催化劑的反應器進行反應,反應后的氣體在廢熱鍋爐中換熱,被快速冷卻,并產生蒸汽。經進一步冷卻后的反應氣體進入吸收塔用水逆流吸收。蒸餾吸收液回收未反應的甲醇(循環使用),并得到產品甲醛,該法的甲醛收率約89%~91%。

圖

銀催化法的優點是投資省,電耗低,產品中甲酸含量少,尾氣中含氫,其熱值約1970kJ/m3,可回收作燃料。缺點是甲醇消耗量大,對甲醇純度要求高,產品濃度較低。

鐵-鉬氧化物催化法

與銀催化法相反,該法在空氣過剩即在低于甲醇-空氣爆炸下限條件下進行操作。反應在常壓、300~450℃下進行。催化劑為氧化鐵-氧化鉬(見金屬氧化物催化劑),有時尚添加鈷、鉻等氧化物作助催化劑。采用管式反應器,并用高沸點液體作為熱載體移出反應熱,用于生產蒸汽。冷卻到100℃以下的反應氣體,在吸收塔中被水吸收,調節水量可得到37%~55%(質量)的甲醛產品。甲醇轉化率為95%~99%,甲醛收率可達91%~94%。此法優點是反應溫度低,甲醇轉化率和甲醛產率高,不需蒸餾裝置,產品濃度高,副產蒸汽的壓力高,數量多。缺點是工廠投資大、電耗高,產品中甲酸含量高,有時需用離子交換法脫除。

此外,從丙烷、丁烷制甲醛,是在350~450℃和0.7~5MPa下用非催化空氣氧化法實現的。由甲烷直接制甲醛一直未獲推廣。蘇聯和中國等在20世紀50~70年代用甲烷常壓催化空氣氧化法建設了一些小型裝置,中國采用一氧化氮、硼砂為催化劑,反應溫度約630℃。甲烷法雖然不是生產甲醛的經濟方法,但在某些特定條件下,可滿足對少量甲醛的需要,因而至今仍有小型裝置在運轉。從二甲醚制甲醛是在常壓、450~500℃、以氧化鎢為催化劑的條件下,用空氣進行氧化來實現的。

用途

工業上生產和銷售的甲醛通常是它的水溶液。大部分甲醛用于制造脲醛樹脂、酚醛樹脂三聚氰胺-甲醛樹脂。用甲醛可制脲醛緩效肥料、聚甲醛工程塑料聚甲醛,也可以合成季戊四醇、烏洛托品、三羥甲基丙烷、1,4-丁二醇、異戊二烯、4,4-二苯甲烷二異氰酸酯(MDI)等。甲醛可用作農藥,此外還用作制造氯霉素、香料、染料的原料。無水甲醛可用于制造農藥草甘膦。甲醛還用于消毒防腐等。

參考文章