BDO, cunoscut și sub denumirea de 1,4-butanediol, este o materie primă organică de bază importantă și chimică fină. BDO poate fi preparat prin metoda acetilenaldehidei, metoda anhidridei maleice, metoda alcoolului propilenic și metoda butadienei. Metoda acetilenaldehidei este principala metodă industrială de preparare a BDO datorită avantajelor sale de cost și de proces. Acetilena și formaldehida sunt mai întâi condensate pentru a produce 1,4-butinediol (BYD), care este hidrogenat în continuare pentru a obține BDO.
La presiune ridicată (13,8~27,6 MPa) și în condiții de 250~350 ℃, acetilena reacționează cu formaldehida în prezența unui catalizator (de obicei acetilenă cuproasă și bismut pe un suport de silice), iar apoi intermediarul 1,4-butinediol este hidrogenat la BDO folosind un catalizator de nichel Raney. Caracteristica metodei clasice este că nu este necesară separarea catalizatorului și a produsului, iar costul de operare este scăzut. Cu toate acestea, acetilena are o presiune parțială ridicată și un risc de explozie. Factorul de siguranță al designului reactorului este de până la 12-20 de ori mai mare, iar echipamentul este mare și scump, ceea ce duce la investiții mari; acetilena se va polimeriza pentru a produce poliacetilenă, ceea ce dezactivează catalizatorul și blochează conducta, rezultând un ciclu de producție scurtat și o producție redusă.
Ca răspuns la deficiențele și neajunsurile metodelor tradiționale, echipamentele de reacție și catalizatorii sistemului de reacție au fost optimizați pentru a reduce presiunea parțială a acetilenei în sistemul de reacție. Această metodă a fost utilizată pe scară largă atât pe plan intern, cât și internațional. În același timp, sinteza BYD se realizează folosind un pat de nămol sau un pat suspendat. Metoda de hidrogenare BYD cu acetilen aldehidă produce BDO, iar în prezent procesele ISP și INVISTA sunt cele mai utilizate în China.
① Sinteza butindiolului din acetilenă și formaldehidă folosind catalizator de carbonat de cupru
Aplicată în secțiunea chimică a acetilenei din procesul BDO din INVIDIA, formaldehida reacționează cu acetilena pentru a produce 1,4-butinediol sub acțiunea unui catalizator de carbonat de cupru. Temperatura de reacție este de 83-94 ℃, iar presiunea este de 25-40 kPa. Catalizatorul are un aspect de pulbere verde.
② Catalizator pentru hidrogenarea butinediolului la BDO
Secțiunea de hidrogenare a procesului constă din două reactoare cu pat fix de înaltă presiune conectate în serie, 99% din reacțiile de hidrogenare fiind finalizate în primul reactor. Primul și al doilea catalizator de hidrogenare sunt aliaje de nichel-aluminiu activate.
Nichelul Renee cu pat fix este un bloc din aliaj de nichel și aluminiu cu dimensiuni ale particulelor cuprinse între 2 și 10 mm, rezistență ridicată, rezistență bună la uzură, suprafață specifică mare, stabilitate mai bună a catalizatorului și durată lungă de viață.
Particulele de nichel Raney cu pat fix neactivat sunt alb-cenușii și, după o anumită concentrație de levigare alcalină lichidă, devin particule negre sau gri-negru, utilizate în principal în reactoarele cu pat fix.
① Catalizator pe suport de cupru pentru sinteza butendiolului din acetilenă și formaldehidă
Sub acțiunea unui catalizator de cupru-bismut pe suport, formaldehida reacționează cu acetilena pentru a genera 1,4-butinidiol, la o temperatură de reacție de 92-100 ℃ și o presiune de 85-106 kPa. Catalizatorul se prezintă sub forma unei pulberi negre.
② Catalizator pentru hidrogenarea butinediolului la BDO
Procesul ISP adoptă două etape de hidrogenare. Prima etapă utilizează aliaj de nichel-aluminiu sub formă de pulbere ca și catalizator, iar hidrogenarea la presiune joasă transformă BYD în BED și BDO. După separare, a doua etapă este hidrogenarea la presiune înaltă folosind nichelul încărcat ca și catalizator pentru a converti BED în BDO.
Catalizator primar de hidrogenare: catalizator de nichel Raney sub formă de pulbere
Catalizator principal de hidrogenare: Catalizator de nichel Raney sub formă de pulbere. Acest catalizator este utilizat în principal în secțiunea de hidrogenare la presiune joasă a procesului ISP, pentru prepararea produselor BDO. Are caracteristici de activitate ridicată, selectivitate bună, rată de conversie și viteză mare de decantare. Componentele principale sunt nichelul, aluminiul și molibdenul.
Catalizator primar de hidrogenare: catalizator de hidrogenare din aliaj de nichel și aluminiu pulbere
Catalizatorul necesită activitate ridicată, rezistență ridicată, rată mare de conversie a 1,4-butinidiolului și mai puține produse secundare.
Catalizator secundar de hidrogenare
Este un catalizator suportat cu alumină ca purtător și nichel și cupru ca componente active. Starea redusă este stocată în apă. Catalizatorul are rezistență mecanică ridicată, pierderi reduse prin frecare, stabilitate chimică bună și este ușor de activat. Particulele au aspect de trifoi negru.
Cazuri de aplicare a catalizatorilor
Folosit de BYD pentru generarea de BDO prin hidrogenarea catalizatorului, aplicată unei unități BDO de 100.000 de tone. Două seturi de reactoare cu pat fix funcționează simultan, unul este JHG-20308, iar celălalt este catalizator importat.
Cernere: În timpul cernerii pulberii fine, s-a constatat că catalizatorul cu pat fix JHG-20308 a produs mai puțină pulbere fină decât catalizatorul importat.
Activare: Concluzie privind activarea catalizatorului: Condițiile de activare ale celor doi catalizatori sunt aceleași. Din date, rata de dealuminare, diferența de temperatură la intrare și ieșire și eliberarea de căldură a reacției de activare a aliajului în fiecare etapă de activare sunt foarte consistente.
Temperatură: Temperatura de reacție a catalizatorului JHG-20308 nu este semnificativ diferită de cea a catalizatorului importat, dar conform punctelor de măsurare a temperaturii, catalizatorul JHG-20308 are o activitate mai bună decât catalizatorul importat.
Impurități: Din datele de detectare a soluției brute de BDO în stadiul incipient al reacției, JHG-20308 are puțin mai puține impurități în produsul finit în comparație cu catalizatorii importați, reflectate în principal în conținutul de n-butanol și HBA.
În general, performanța catalizatorului JHG-20308 este stabilă, fără produse secundare evidente, iar performanța sa este practic aceeași sau chiar mai bună decât cea a catalizatorilor importați.
Procesul de producție a catalizatorului de nichel-aluminiu cu pat fix
(1) Topire: Aliajul de nichel și aluminiu este topit la temperatură înaltă și apoi turnat în formă.
(2) Concasare: Blocurile de aliaj sunt zdrobite în particule mici cu ajutorul unui echipament de concasare.
(3) Cernere: Cernerea particulelor cu o dimensiune eligibilă.
(4) Activare: Controlați o anumită concentrație și debit de alcali lichid pentru a activa particulele din turnul de reacție.
(5) Indicatori de inspecție: conținut de metal, distribuția granulometrică, rezistența la compresiune, densitatea în vrac etc.
Data publicării: 11 septembrie 2023
