铁钼法合成甲醛的反应研究

耿宇，张志宏，吴宗明，吴超，李文兵

（安徽国星生物化学有限公司，安徽省杂环重点实验室，安徽马鞍山243100）

甲醛（HCHO）又称蚁醛，是一种基本化工常用原料，一般由空气氧化甲醇制得，工业上广泛用于生产脲醛树脂、酚醛树脂等热固性树脂，以及季戊四醇、新戊二醇等多元醇，同时甲醛在医药、农业、染料工业中可以作为还原剂和杀虫剂等。

甲醇生成甲醛的主反应方程式：

2CH3OH+O2→2HCHO+2H2O

CH3OH→HCHO+H2

副反应主要为：

2CH3OH+3O2→2CO2+4H2O

2HCHO+O2→2HCOOH

当前甲醛的合成方法主要有以下两种：

（1）电解银法合成甲醛

以电解银（纯度99%）、浮石银等为催化剂的银法合成甲醛工艺：甲醇在原料混合气的浓度高于爆炸上限36%进行，反应温度600℃～720℃，反应常伴有副反应发生，因此“银法”又称“氧化-脱氢”工艺。目前由于甲醇氧化程度不足，甲醇的转化率仅有86%。

（2）铁钼法合成甲醛

铁钼法以 Fe2O3-MoO作为反应催化剂。其在空气-甲醇混合气中甲醇浓度低于爆炸下限6.7%，即在过量空气中反应。但由于反应装置、工艺条件等的限制，铁钼法合成甲醛的收率一直不高，选择性较差，影响了甲醛生产的稳定性。

本文针对以上问题，进行了铁钼法合成甲醛小试，并优化了反应条件。

1 实验部分

1.1 主要反应原料和设备

空气、甲醇。铺设铁钼催化剂的固定床反应器。

1.2 甲醛合成工艺

甲醇和空气经过滤器进入蒸发器，在100℃左右经混合器混合，在铁钼氧化物催化剂作用下，经氧化反应，生成甲醛等气体。该高温气体经冷却后进入吸收塔。含甲醛的混合气体经吸收塔吸收调配成56%甲醛溶液。

该产物的检测方法为气相色谱面积归一法：甲醛参见GB/T 9009-2011。

2 分析与讨论

2.1 反应温度对甲醛收率的影响

反应器是铁钼法合成甲醛的主要反应装置，因此对反应的温度进行优化，甲醇∶空气=1∶23.4，接触时间为0.6 s，最终得到甲醛的收率如表1。

表1 反应温度对合成收率的影响

由表1可看出，反应温度为240℃时，甲醛收率最高，继续升温，收率下降。因反应为可逆反应，可能因升温导致逆反应增加，影响了反应收率。

2.2 甲醇、空气配比对甲醛收率的影响

温度为240℃，接触时间为0.6 s，考查物料配比对合成甲醛的影响，结果如表2所示。

表2 物料配比对合成收率的影响

由表2看出，当甲醇∶空气=1∶23.4时，甲醛收率最高，当降低或升高甲醇与空气的物料比时，甲醛的收率都会有所下降。

2.3 接触时间对甲醛收率的影响

温度为240℃，甲醇∶空气=1∶23.4，考查催化剂接触时间对合成甲醛的影响，结果如表3所示。

表3 接触时间对合成收率的影响

由表3可以看出，催化剂接触时间为0.6 s时，甲醛收率最高。改变接触时间，甲醛收率下降，可能因接触时间过短，反应时间不够；接触时间过长，副反应增加，都影响收率。

3 结论

本文研究了铁钼法合成甲醛的反应。通过实验得出优化条件：反应温度240℃，甲醇与空气摩尔比1∶23.4，催化剂接触时间为0.6 s，产品甲醛收率达到95%。