A BDO, más néven 1,4-butándiol, egy fontos alapvető szerves és finomkémiai alapanyag. A BDO előállítható acetilén-aldehid módszerrel, maleinsavanhidrid módszerrel, propilén-alkohol módszerrel és butadién módszerrel. Az acetilén-aldehid módszer a BDO előállításának fő ipari módszere a költségei és a gyártási előnyei miatt. Az acetilént és a formaldehidet először kondenzálják, így 1,4-butindiolt (BYD) kapnak, amelyet tovább hidrogéneznek, így BDO-t kapnak.
Nagy nyomáson (13,8~27,6 MPa) és 250~350 ℃ hőmérsékleten az acetilén katalizátor (általában réz-acetilén és bizmut szilícium-dioxid hordozón) jelenlétében formaldehiddel reagál, majd a köztitermékként kapott 1,4-butindiolt Raney-nikkel katalizátorral BDO-vá hidrogénezik. A klasszikus módszer jellemzője, hogy a katalizátort és a terméket nem kell elválasztani, és az üzemeltetési költség alacsony. Az acetilén parciális nyomása azonban magas, és robbanásveszélyes. A reaktor tervezésének biztonsági tényezője akár 12-20-szoros is lehet, a berendezés nagy és drága, ami magas beruházási költséget eredményez; az acetilén polimerizálódik, poliacetilént termel, ami deaktiválja a katalizátort és elzárja a csővezetéket, ami lerövidíti a termelési ciklust és csökkenti a termelést.
A hagyományos módszerek hiányosságaira és gyengeségeire reagálva a reakciórendszer reakcióberendezéseit és katalizátorait optimalizálták az acetilén parciális nyomásának csökkentése érdekében a reakciórendszerben. Ezt a módszert széles körben alkalmazzák mind belföldön, mind nemzetközi szinten. Ugyanakkor a BYD szintézisét iszapágy vagy szuszpendált ágy alkalmazásával végzik. Az acetilén-aldehid módszerrel a BYD hidrogénezéssel BDO-t állítanak elő, és jelenleg az ISP és az INVISTA eljárások a legszélesebb körben elterjedtek Kínában.
① Butinediol szintézise acetilénből és formaldehidből réz-karbonát katalizátorral
Az INVIDIA BDO eljárás acetilén kémiai szakaszában alkalmazott formaldehid réz-karbonát katalizátor hatására acetilénnel reagálva 1,4-butindiolt képez. A reakcióhőmérséklet 83-94 ℃, a nyomás pedig 25-40 kPa. A katalizátor zöld por állagú.
② Katalizátor butinediol BDO-vá történő hidrogénezéséhez
A folyamat hidrogénező szakasza két sorba kapcsolt nagynyomású fixágyas reaktorból áll, a hidrogénezési reakciók 99%-a az első reaktorban játszódik le. Az első és a második hidrogénező katalizátor aktivált nikkel-alumínium ötvözet.
A fixágyas Renee-nikkel egy nikkel-alumínium ötvözet tömb, amelynek részecskemérete 2-10 mm, nagy szilárdságú, jó kopásállósággal, nagy fajlagos felülettel, jobb katalizátor-stabilitású és hosszú élettartamú.
A nem aktivált fixágyas Raney-nikkel részecskék szürkésfehérek, és bizonyos koncentrációjú folyékony lúgos kioldás után fekete vagy fekete szürke részecskékké válnak, amelyeket főként fixágyas reaktorokban használnak.
① Rézhordozós katalizátor butinediol szintéziséhez acetilénből és formaldehidből
Hordozós réz-bizmut katalizátor hatására a formaldehid acetilénnel reagálva 1,4-butindiolt képez 92-100 ℃ reakcióhőmérsékleten és 85-106 kPa nyomáson. A katalizátor fekete por formájában jelenik meg.
② Katalizátor butinediol BDO-vá történő hidrogénezéséhez
Az ISP eljárás két hidrogénezési lépést alkalmaz. Az első lépésben porított nikkel-alumíniumötvözetet használnak katalizátorként, majd alacsony nyomású hidrogénezéssel a BYD-t BED-dé és BDO-vá alakítják. Az elválasztás után a második lépésben nagynyomású hidrogénezéssel töltetű nikkelt használnak katalizátorként, hogy a BED-t BDO-vá alakítsák.
Elsődleges hidrogénező katalizátor: porított Raney-nikkel katalizátor
Elsődleges hidrogénező katalizátor: Raney-nikkel por katalizátor. Ezt a katalizátort főként az ISP eljárás alacsony nyomású hidrogénezési szakaszában használják BDO termékek előállítására. Jellemzői a nagy aktivitás, a jó szelektivitás, a konverziós sebesség és a gyors ülepedési sebesség. A fő összetevők a nikkel, az alumínium és a molibdén.
Elsődleges hidrogénező katalizátor: por nikkel-alumínium ötvözet hidrogénező katalizátor
A katalizátorhoz nagy aktivitásra, nagy szilárdságra, az 1,4-butindiol magas konverziós arányára és kevesebb melléktermékre van szükség.
Másodlagos hidrogénező katalizátor
Ez egy hordozós katalizátor, amelynek hordozója alumínium-oxid, aktív komponensei pedig nikkel és réz. A redukált állapot vízben tárolódik. A katalizátor nagy mechanikai szilárdsággal, alacsony súrlódási veszteséggel, jó kémiai stabilitással rendelkezik, és könnyen aktiválható. Fekete lóhere alakú részecskék megjelenésűek.
Katalizátorok alkalmazási esetei
BYD-hez használják BDO előállítására katalizátoros hidrogénezéssel, egy 100 000 tonnás BDO egységen alkalmazva. Két fixágyas reaktor üzemel egyidejűleg, az egyik a JHG-20308, a másik pedig importált katalizátor.
Szűrés: A finom por szűrése során kiderült, hogy a JHG-20308 fixágyas katalizátor kevesebb finom port termelt, mint az importált katalizátor.
Aktiválás: Katalizátor aktiválási következtetés: A két katalizátor aktiválási körülményei azonosak. Az adatokból az alumínium-elválás sebessége, a bemeneti és kimeneti hőmérsékletkülönbség, valamint az ötvözet aktiválási reakcióhő-felszabadulása az aktiválás minden szakaszában nagyon konzisztens.
Hőmérséklet: A JHG-20308 katalizátor reakcióhőmérséklete nem különbözik szignifikánsan az importált katalizátorétól, de a hőmérsékletmérési pontok alapján a JHG-20308 katalizátor jobb aktivitással rendelkezik, mint az importált katalizátor.
Szennyeződések: A reakció korai szakaszában a nyers BDO-oldat kimutatási adatai alapján a JHG-20308 valamivel kevesebb szennyeződést tartalmaz a késztermékben az importált katalizátorokhoz képest, ami főként az n-butanol és a HBA tartalmában tükröződik.
Összességében a JHG-20308 katalizátor teljesítménye stabil, nincsenek nyilvánvalóan magas melléktermékek, és teljesítménye alapvetően megegyezik vagy akár jobb is, mint az importált katalizátoroké.
Fixágyas nikkel-alumínium katalizátor gyártási folyamata
(1) Olvasztás: A nikkel-alumínium ötvözetet magas hőmérsékleten megolvasztják, majd formára öntik.
(2) Zúzás: Az ötvözettömböket zúzóberendezéssel apró részecskékké zúzzák.
(3) Szűrés: A minősített részecskeméretű részecskék kiszűrése.
(4) Aktiválás: A reakciótoronyban lévő részecskék aktiválásához szabályozza a folyékony lúg bizonyos koncentrációját és áramlási sebességét.
(5) Ellenőrzési mutatók: fémtartalom, szemcseméret-eloszlás, nyomószilárdság, térfogatsűrűség stb.
Közzététel ideje: 2023. szeptember 11.
