Silver Catalyst Process

In early formaldehyde plant, methanol was oxidized over a copper catalyst, but in recent years this has been almost completely replaced with silver. Domestic licensors include Borden Chemical Company and Davy Powergas, Inc. (Imperial Chemical Industries Ltd., process.

The silver catalyzed reactions occur at essentially atmospheric pressure and 600 to 650 C and can be represented by two simultaneous reactions:

CH3OH+1/2 O2 ------> HCHO+H2O (DeltaH = -156 kJ or -37.28 kcal)

CH3OH ------> HCHO+H2 (DeltaH = 85 kJ or 20.31 kcal)

Between 50 and 60% of the formaldehyde is formed by the exothermic reaction and the remainder by endhotermic reaction with the net result of a reaction exoterm. Carbon monoxide and dioxide, methyl formate, and formic acid are by products. In addition, there are also physical losses, liquid-phase reactions, and small quantities of methanol in the product, resulting in an overall plant yield of 86 - 90% (based on methanol).

The reaction occurs at essentially adiabatic conditions with a large temperaturerise at the inlet surface of the catalyst. The predominant temperature control is thermal ballast in the form of exess methanol or steam, both, which is in the feed. if a plant is to produce a product containing 50 to 55% formaldehide and no more than 1.5 % methano, the amount of steam that can be added is limited, and both exess methanol and steam are needed as ballast. Recycled methanol required for a 50 - 55 % product is 0.25 - 0.50 parts per partof fresh methanol.

With increacing energy cost, maximum methanol conversion is desirable, eliminating the need for the energy-intensive distillation for metanol recovery. If a dilute product containing 40 to 44% formaldehide and 1.0 to 1.5% methanol is acceptable, than the ballast steam can be increased to a level where recycled methanol is eliminated with a significant savings in capital cost and energy.


(Kirk and Othmer vol 11, p237 - p238, 1978)

Kegunaan Formaldehide

Formaldehid untuk industri kimia:
a. Resin, formaldehide banyak digunakan untuk menghasilkan resin bersama dengan urea, melamin, dan phenol. Resin-resin ini dipakai dalam pembuatan particleboards, playwood dan furnitur. Juga sebagai bahan baku pelapis permukaan (coating), sebagai bahan pembantu dalam industri textil, kulit, karet, dan semen.

b. Bahan intermediet untuk sintesis senyawa kimia lain, seperti 1,4 butanadiol, trimetilol propan, neopentil glikol, penta erythritol, hexametilen tetramin, NTA (Nitrilo triacetic Acid), EDTA, dan 4,4 diphenylmethane diisocyanate).

c. Pengunaan langsung formaldehide sebagai penghambat korosi, electroplating dan finishing kaca dalam industri logam, bahan pengawet dan desinfektan dalam dunia kedokteran dan kosmetik.


(Ullman's, Vol.A11, 1988)

PROSES PEMBUATAN FORMALDEHYDE

Proses pembuatan formaldehide dengan oksidasi metanol dibagi menjadi 3 tahap:

1. Persiapan bahan baku

2. Pembentukan produk

3. Pemurnian produk

A. Persiapan Bahan Baku

Tahap penyiapan bahan baku bertujuan untuk:

a. Menguapkan dan memanaskan umpan metanol sehingga sesuai dengan kondisi reaktor.

b. Memanaskan umpan udara sehingga sesuai dengan kondisi reaktor.

c. Menaikan tekanan umpan metanol dan udara sehinnga sesuai dengan kondisi reaktor.

1. Metanol

Bahan baku metanol diambil dari tangki penyimpanan pada kondisi cair dengan tekanan 1

atm dan suhu 30 c. Metanol dinaikan tekanannya dan dialirkan dengan pompa menuju mixer

untuk dicampur dengan aliran Recycle dari kolom distilasi pada kondisi cair.

Dari mixer metanol dialirkan ke vaparizer untuk merubah dari fase cair menuju fase gas

dengan pemanasan steam. Dari vaporizer metanol dialirkan ke heat exchanger untuk menaikan

suhu gas metanol yang bertujuan menurunkan beban dari furnace. pemanas yang digunakan

adalah pemanas produk reaktor yang akan diturunkan suhunya. Kemudian metanol dialirkan ke

furnace untuk dipanaskan sampai kondisi reaktor yaitu 560 C.

2. Oksigen

Bahan baku udara diambil dari lingkungan dan masuk ke filter untuk menyaring partikulat-
partikulat yang ada dalam udara. Di blower udara dinaikan tekanannya. Bersama-sama metanol udara masuk ke furnace untuk di panaskan menjadi 560 C.


B. Pembentukan Produk

Tahap ini bertujuan untuk mereaksikan metanol dengan oksigen membentuk Formaldehide
dalam reaktor fixed bed multitube. Reaksi oksidasi metanol menghasilkan formaldehide
berlangsung dalam fase gas pada suhu 560 C - 620 C dan Tekanannya 1,2 atm.
Reaksi berlangsung secara non- Adiabatis dan non-Ishotermal karena reaksinya adalah
eksotermis sehinnga diperlukan pendingin untuk menjaga temperatur reaktor agar sesuai dengan kondisi operasi dari reaktor yaitu 560 C - 620 C dan tekanan 1,2 atm.
Metanol dan udara masuk reaktor pada suhu 560 C. pada reaksi pembentukan formaldehide
ini digunakan katalis perak (Ag) untuk mencapai konversi 65,1 % dengan yield pembentukan
formaldehide sebesar 89,1 %.

C. Pemurnian Produk

Tahap ini bertujuan untuk :

1. Memisahkan CO2, N2, dan O2 dari produk keluaran reaktor.

2. Memisahkan Larutan formaldehide dari metanol untuk diambil produknya.

3. Mengambil Metanol untuk direcycle.

FLUE GAS & OFF GAS

Flue Gas adalah gas buang yang tidak terpakai(di furnace) keluar melalui cerobong pipa furnace. komposisi gas yang keluar tergantung pada proses tersebut, biasanya sebagian besar adalah nitrogen.

Off Gas adalah gas buang dengan komposisi CO2, O2, N2 dari proses pemisahan di absorber yang tidak terpakai pada pembuatan formaldehide. Dengan harapan produk formaldehide yang diperoleh hanya mengandung formaldehide, metanol, dan air. Kalau gas-gas tersebut masih ada bisa menganggu proses pemisahan pada distilasi. untuk membuang gas-gas tersebut digunakan air sebagai pemisahnya karena gas-gas itu tidak larut dalam air.

PROSES SILVER CATALYST

        Proses ini mengunakan katalis perak dengan reaktor fixbed multitube. Katalis ini berbentuk kristal-kristal perak atau spherical yang ditumpuk pada tube. Katalis ini mempunyai umur sekitar 8 - 12 bulan. Katalis ini mudah teracuni oleh sulfur dan beberapa logam dari golongan transisi. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:

1. Oksidasi

                         T=560 C, P=1.2 atm 
CH3OH + 1/2 O2 -------- HCHO + H2O;(Dl H 298 = -37,3 kcal/gmol).
                               Kat. Ag

2. Dehidrogenasi

                T= 560 C, P=1,2 atm 
CH3OH --------------- HCHO + H2; (Delta H 298= 20,3 kcal/gmol ).
                    Kat. Ag

         Secara Keseluruhan Reaksinya adalah reaksi eksotermis dan pada suhu yang tinggi yaitu 560 - 620 C dan tekanan sedikit diatas tekanan atmosfer. Konversi yang terjadi sekitar 65 - 75% dan yield yang diperoleh sekitar 89,1%.

PROSES HIDROKARBON

Proses Hidrokarbon adalah proses yang dikembangkan pada awal perkembangan industri Formaldehide. Proses ini merupakan proses oksidasi langsung dari hidrokarbon yang lebih tinggi. Biasanya yang digunakan adalah etilen dengan katalis asam borat atau asam phospat atau garamnya dari campuran clay atau tanah diatome. Proses ini mempunyai kelemahan yang merupakan alasan mengapa proses ini tidak dikembangkan lagi, yaitu dihasilkan beberapa hasil samping yang terbentuk bersama-sama formaldehide, antara lain asaetaldehide, propane, asam-asam organik. sehingga diperlukan pemurnian untuk mendapatkan formaldehide dengan kemurnian tertentu. Dengan demikian proses menjadi mahal dan hasilnya kurang memuaskan. (kirk&othmer, 1978)