鐵鉬法合成甲醛的反應(yīng)研究

耿宇，張志宏，吳宗明，吳超，李文兵

（安徽國星生物化學(xué)有限公司，安徽省雜環(huán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽馬鞍山243100）

甲醛（HCHO）又稱蟻醛，是一種基本化工常用原料，一般由空氣氧化甲醇制得，工業(yè)上廣泛用于生產(chǎn)脲醛樹脂、酚醛樹脂等熱固性樹脂，以及季戊四醇、新戊二醇等多元醇，同時甲醛在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、染料工業(yè)中可以作為還原劑和殺蟲劑等。

甲醇生成甲醛的主反應(yīng)方程式：

2CH3OH+O2→2HCHO+2H2O

CH3OH→HCHO+H2

副反應(yīng)主要為：

2CH3OH+3O2→2CO2+4H2O

2HCHO+O2→2HCOOH

當(dāng)前甲醛的合成方法主要有以下兩種：

（1）電解銀法合成甲醛

以電解銀（純度99%）、浮石銀等為催化劑的銀法合成甲醛工藝：甲醇在原料混合氣的濃度高于爆炸上限36%進(jìn)行，反應(yīng)溫度600℃～720℃，反應(yīng)常伴有副反應(yīng)發(fā)生，因此“銀法”又稱“氧化-脫氫”工藝。目前由于甲醇氧化程度不足，甲醇的轉(zhuǎn)化率僅有86%。

（2）鐵鉬法合成甲醛

鐵鉬法以 Fe2O3-MoO作為反應(yīng)催化劑。其在空氣-甲醇混合氣中甲醇濃度低于爆炸下限6.7%，即在過量空氣中反應(yīng)。但由于反應(yīng)裝置、工藝條件等的限制，鐵鉬法合成甲醛的收率一直不高，選擇性較差，影響了甲醛生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

本文針對以上問題，進(jìn)行了鐵鉬法合成甲醛小試，并優(yōu)化了反應(yīng)條件。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要反應(yīng)原料和設(shè)備

空氣、甲醇。鋪設(shè)鐵鉬催化劑的固定床反應(yīng)器。

1.2 甲醛合成工藝

甲醇和空氣經(jīng)過濾器進(jìn)入蒸發(fā)器，在100℃左右經(jīng)混合器混合，在鐵鉬氧化物催化劑作用下，經(jīng)氧化反應(yīng)，生成甲醛等氣體。該高溫氣體經(jīng)冷卻后進(jìn)入吸收塔。含甲醛的混合氣體經(jīng)吸收塔吸收調(diào)配成56%甲醛溶液。

該產(chǎn)物的檢測方法為氣相色譜面積歸一法：甲醛參見GB/T 9009-2011。

2 分析與討論

2.1 反應(yīng)溫度對甲醛收率的影響

反應(yīng)器是鐵鉬法合成甲醛的主要反應(yīng)裝置，因此對反應(yīng)的溫度進(jìn)行優(yōu)化，甲醇∶空氣=1∶23.4，接觸時間為0.6 s，最終得到甲醛的收率如表1。

表1 反應(yīng)溫度對合成收率的影響

由表1可看出，反應(yīng)溫度為240℃時，甲醛收率最高，繼續(xù)升溫，收率下降。因反應(yīng)為可逆反應(yīng)，可能因升溫導(dǎo)致逆反應(yīng)增加，影響了反應(yīng)收率。

2.2 甲醇、空氣配比對甲醛收率的影響

溫度為240℃，接觸時間為0.6 s，考查物料配比對合成甲醛的影響，結(jié)果如表2所示。

表2 物料配比對合成收率的影響

由表2看出，當(dāng)甲醇∶空氣=1∶23.4時，甲醛收率最高，當(dāng)降低或升高甲醇與空氣的物料比時，甲醛的收率都會有所下降。

2.3 接觸時間對甲醛收率的影響

溫度為240℃，甲醇∶空氣=1∶23.4，考查催化劑接觸時間對合成甲醛的影響，結(jié)果如表3所示。

表3 接觸時間對合成收率的影響

由表3可以看出，催化劑接觸時間為0.6 s時，甲醛收率最高。改變接觸時間，甲醛收率下降，可能因接觸時間過短，反應(yīng)時間不夠；接觸時間過長，副反應(yīng)增加，都影響收率。

3 結(jié)論

本文研究了鐵鉬法合成甲醛的反應(yīng)。通過實(shí)驗(yàn)得出優(yōu)化條件：反應(yīng)溫度240℃，甲醇與空氣摩爾比1∶23.4，催化劑接觸時間為0.6 s，產(chǎn)品甲醛收率達(dá)到95%。