BDO, také známý jako 1,4-butandiol, je důležitá základní organická a jemná chemická surovina. BDO lze připravit metodou s acetylenaldehydem, metodou s maleinanhydridem, metodou s propylenalkoholem a butadienovou metodou. Acetylenaldehydová metoda je hlavní průmyslovou metodou pro přípravu BDO díky svým nákladům a procesním výhodám. Acetylen a formaldehyd se nejprve kondenzují za vzniku 1,4-butyndiolu (BYD), který se dále hydrogenuje za účelem získání BDO.
Za vysokého tlaku (13,8~27,6 MPa) a teplot 250~350 °C reaguje acetylen s formaldehydem za přítomnosti katalyzátoru (obvykle měďného acetylenu a bismutu na oxidu křemičitém) a následně se meziprodukt 1,4-butyndiol hydrogenuje na BDO za použití Raneyova niklového katalyzátoru. Charakteristickým znakem klasické metody je, že katalyzátor a produkt není nutné oddělovat a provozní náklady jsou nízké. Acetylen má však vysoký parciální tlak a riziko výbuchu. Bezpečnostní faktor konstrukce reaktoru je až 12–20krát vyšší a zařízení je velké a drahé, což vede k vysokým investicím; Acetylen polymeruje za vzniku polyacetylenu, což deaktivuje katalyzátor a blokuje potrubí, což má za následek zkrácení výrobního cyklu a snížení produkce.
V reakci na nedostatky a nedostatky tradičních metod byly reakční zařízení a katalyzátory reakčního systému optimalizovány tak, aby se snížil parciální tlak acetylenu v reakčním systému. Tato metoda se široce používá jak v tuzemsku, tak i v zahraničí. Zároveň se syntéza BYD provádí za použití kalového lože nebo suspendovaného lože. Metoda hydrogenace acetylenaldehydu BYD produkuje BDO a v současné době jsou v Číně nejrozšířenější procesy ISP a INVISTA.
① Syntéza butyndiolu z acetylenu a formaldehydu za použití katalyzátoru na bázi uhličitanu měďnatého
V rámci procesu BDO ve společnosti INVIDIA reaguje formaldehyd s acetylenem za vzniku 1,4-butyndiolu za působení katalyzátoru na bázi uhličitanu měďnatého. Reakční teplota je 83–94 °C a tlak 25–40 kPa. Katalyzátor má zelený práškový vzhled.
② Katalyzátor pro hydrogenaci butyndiolu na BDO
Hydrogenační sekce procesu se skládá ze dvou vysokotlakých reaktorů s pevným ložem zapojených do série, přičemž 99 % hydrogenačních reakcí probíhá v prvním reaktoru. Prvním a druhým hydrogenačním katalyzátorem jsou aktivované slitiny niklu a hliníku.
Renee nikl s pevným ložem je blok slitiny niklu a hliníku s velikostí částic v rozmezí 2-10 mm, vysokou pevností, dobrou odolností proti opotřebení, velkým měrným povrchem, lepší stabilitou katalyzátoru a dlouhou životností.
Neaktivované částice Raneyova niklu s pevným ložem jsou šedavě bílé a po určité koncentraci vyluhování kapalnými alkalickými látkami se stanou černými nebo černošedými částicemi, které se používají hlavně v reaktorech s pevným ložem.
① Měděný nosičový katalyzátor pro syntézu butyndiolu z acetylenu a formaldehydu
Působením naneseného katalyzátoru na bázi mědi a bismutu reaguje formaldehyd s acetylenem za vzniku 1,4-butyndiolu při reakční teplotě 92–100 °C a tlaku 85–106 kPa. Katalyzátor se jeví jako černý prášek.
② Katalyzátor pro hydrogenaci butyndiolu na BDO
Proces ISP využívá dva stupně hydrogenace. V prvním stupni se jako katalyzátor používá prášková slitina niklu a hliníku, přičemž nízkotlaká hydrogenace přeměňuje BYD na BED a BDO. Po separaci následuje druhý stupeň vysokotlaká hydrogenace s použitím nasyceného niklu jako katalyzátoru k přeměně BED na BDO.
Primární hydrogenační katalyzátor: práškový Raneyův niklový katalyzátor
Primární hydrogenační katalyzátor: Práškový Raneyův niklový katalyzátor. Tento katalyzátor se používá hlavně v nízkotlaké hydrogenační sekci procesu ISP pro přípravu produktů BDO. Vyznačuje se vysokou aktivitou, dobrou selektivitou, mírou konverze a rychlou rychlostí usazování. Hlavními složkami jsou nikl, hliník a molybden.
Primární hydrogenační katalyzátor: hydrogenační katalyzátor ze slitiny práškového niklu a hliníku
Katalyzátor vyžaduje vysokou aktivitu, vysokou pevnost, vysoký konverzní poměr 1,4-butyndiolu a méně vedlejších produktů.
Katalyzátor sekundární hydrogenace
Jedná se o nosičový katalyzátor s oxidem hlinitým jako nosičem a niklem a mědí jako aktivními složkami. Redukovaný stav je uložen ve vodě. Katalyzátor má vysokou mechanickou pevnost, nízké ztráty třením, dobrou chemickou stabilitu a snadno se aktivuje. Vzhledem připomínají částice ve tvaru černého jetele.
Případy použití katalyzátorů
Používá se pro BYD k výrobě BDO pomocí hydrogenace katalyzátoru, aplikované na jednotku BDO o výkonu 100 000 tun. Současně pracují dvě sady reaktorů s pevným ložem, jedna je JHG-20308 a druhá je s dováženým katalyzátorem.
Screening: Během screeningu jemného prášku bylo zjištěno, že katalyzátor s pevným ložem JHG-20308 produkoval méně jemného prášku než dovážený katalyzátor.
Aktivace: Závěr aktivace katalyzátoru: Aktivační podmínky obou katalyzátorů jsou stejné. Z dat vyplývá, že rychlost dealuminace, rozdíl vstupních a výstupních teplot a uvolňování aktivačního reakčního tepla slitiny v každé fázi aktivace jsou velmi konzistentní.
Teplota: Reakční teplota katalyzátoru JHG-20308 se významně neliší od teploty dováženého katalyzátoru, ale podle bodů měření teploty má katalyzátor JHG-20308 lepší aktivitu než dovážený katalyzátor.
Nečistoty: Z detekčních dat surového roztoku BDO v rané fázi reakce vyplývá, že JHG-20308 má v konečném produktu o něco méně nečistot ve srovnání s dováženými katalyzátory, což se odráží především v obsahu n-butanolu a HBA.
Celkově je výkon katalyzátoru JHG-20308 stabilní, bez zjevných vysokých vedlejších produktů a jeho výkon je v podstatě stejný nebo dokonce lepší než u dovážených katalyzátorů.
Výrobní proces nikl-hliníkového katalyzátoru s pevným ložem
(1) Tavení: Nikl-hliníková slitina se taví při vysoké teplotě a poté se odlévá do požadovaného tvaru.
(2) Drcení: Bloky slitiny se drtí na malé částice pomocí drticího zařízení.
(3) Prosévání: Vyloučení částic s kvalifikovanou velikostí částic.
(4) Aktivace: Řízení určité koncentrace a průtoku kapalné alkálie pro aktivaci částic v reakční věži.
(5) Ukazatele kontroly: obsah kovu, distribuce velikosti částic, pevnost v tlaku, objemová hmotnost atd.
Čas zveřejnění: 11. září 2023
