BDO, også kjent som 1,4-butandiol, er et viktig basisk organisk og finkjemisk råmateriale. BDO kan fremstilles ved hjelp av acetylenaldehydmetoden, maleinsyreanhydridmetoden, propylenalkoholmetoden og butadienmetoden. Acetylenaldehydmetoden er den viktigste industrielle metoden for fremstilling av BDO på grunn av dens kostnads- og prosessfordeler. Acetylen og formaldehyd kondenseres først for å produsere 1,4-butandiol (BYD), som hydrogeneres ytterligere for å oppnå BDO.
Under høyt trykk (13,8–27,6 MPa) og forhold på 250–350 ℃ reagerer acetylen med formaldehyd i nærvær av en katalysator (vanligvis kobberacetylen og vismut på en silikabærer), og deretter hydrogeneres mellomproduktet 1,4-butynediol til BDO ved bruk av en Raney-nikkelkatalysator. Det klassiske kjennetegnet er at katalysatoren og produktet ikke trenger å separeres, og driftskostnadene er lave. Acetylen har imidlertid et høyt partialtrykk og en eksplosjonsrisiko. Sikkerhetsfaktoren for reaktordesignet er så høy som 12–20 ganger, og utstyret er stort og dyrt, noe som resulterer i høye investeringer. Acetylen vil polymerisere for å produsere polyacetylen, som deaktiverer katalysatoren og blokkerer rørledningen, noe som resulterer i en forkortet produksjonssyklus og redusert produksjon.
Som svar på manglene og ulempene ved tradisjonelle metoder, ble reaksjonsutstyret og katalysatorene i reaksjonssystemet optimalisert for å redusere partialtrykket av acetylen i reaksjonssystemet. Denne metoden har blitt mye brukt både nasjonalt og internasjonalt. Samtidig utføres syntesen av BYD ved hjelp av et slamlag eller et suspendert lag. Acetylenaldehydmetoden BYD-hydrogenering produserer BDO, og for tiden er ISP- og INVISTA-prosessene de mest brukte i Kina.
① Syntese av butynediol fra acetylen og formaldehyd ved bruk av kobberkarbonatkatalysator
Anvendt i acetylen-kjemiske delen av BDO-prosessen i INVIDIA, reagerer formaldehyd med acetylen for å produsere 1,4-butynediol under påvirkning av en kobberkarbonatkatalysator. Reaksjonstemperaturen er 83–94 ℃, og trykket er 25–40 kPa. Katalysatoren har et grønt pulverutseende.
② Katalysator for hydrogenering av butynediol til BDO
Hydrogeneringsdelen av prosessen består av to høytrykksreaktorer med fast sjikt koblet i serie, hvor 99 % av hydrogeneringsreaksjonene fullføres i den første reaktoren. Den første og andre hydrogeneringskatalysatoren er aktiverte nikkel-aluminiumlegeringer.
Renee-nikkel med fast sjikt er en nikkel-aluminiumlegeringsblokk med partikkelstørrelser fra 2–10 mm, høy styrke, god slitestyrke, stort spesifikt overflateareal, bedre katalysatorstabilitet og lang levetid.
Uaktiverte Raney-nikkelpartikler med fast sjikt er gråhvite, og etter en viss konsentrasjon av flytende alkaliutvasking blir de svarte eller svartgrå partikler, hovedsakelig brukt i reaktorer med fast sjikt.
① Kobberbasert katalysator for syntesen av butynediol fra acetylen og formaldehyd
Under påvirkning av en kobbervismutkatalysator på et støttet sted reagerer formaldehyd med acetylen for å generere 1,4-butynediol, ved en reaksjonstemperatur på 92–100 ℃ og et trykk på 85–106 kPa. Katalysatoren fremstår som et svart pulver.
② Katalysator for hydrogenering av butynediol til BDO
ISP-prosessen benytter to hydrogeneringstrinn. Det første trinnet bruker pulverisert nikkel-aluminiumlegering som katalysator, og lavtrykkshydrogenering omdanner BYD til BED og BDO. Etter separasjon er det andre trinnet høytrykkshydrogenering med nikkel som katalysator for å omdanne BED til BDO.
Primær hydrogeneringskatalysator: pulverisert Raney-nikkelkatalysator
Primær hydrogeneringskatalysator: Pulverformet Raney-nikkelkatalysator. Denne katalysatoren brukes hovedsakelig i lavtrykkshydrogeneringsdelen av ISP-prosessen for fremstilling av BDO-produkter. Den har egenskaper med høy aktivitet, god selektivitet, konverteringshastighet og rask sedimentasjonshastighet. Hovedkomponentene er nikkel, aluminium og molybden.
Primær hydrogeneringskatalysator: hydrogeneringskatalysator i pulverform, nikkel-aluminiumlegering
Katalysatoren krever høy aktivitet, høy styrke, høy konverteringshastighet for 1,4-butynediol og færre biprodukter.
Sekundær hydrogeneringskatalysator
Det er en båret katalysator med alumina som bærer og nikkel og kobber som aktive komponenter. Den reduserte tilstanden lagres i vann. Katalysatoren har høy mekanisk styrke, lavt friksjonstap, god kjemisk stabilitet og er enkel å aktivere. Partikler formet som svartkløver.
Bruksområder for katalysatorer
Brukes av BYD for å generere BDO gjennom katalysatorhydrogenering, påført en BDO-enhet på 100 000 tonn. To sett med fastsjiktreaktorer er i drift samtidig, det ene er JHG-20308, og det andre er importert katalysator.
Sikting: Under siktingen av fint pulver ble det funnet at JHG-20308 fastsjiktkatalysator produserte mindre fint pulver enn den importerte katalysatoren.
Aktivering: Konklusjon om katalysatoraktivering: Aktiveringsbetingelsene for de to katalysatorene er de samme. Dataene viser at dealumineringshastigheten, temperaturforskjellen ved innløp og utløp og frigjøring av aktiveringsreaksjonsvarme fra legeringen i hvert aktiveringstrinn er svært konsistente.
Temperatur: Reaksjonstemperaturen til JHG-20308-katalysatoren er ikke vesentlig forskjellig fra den til den importerte katalysatoren, men i henhold til temperaturmålingspunktene har JHG-20308-katalysatoren bedre aktivitet enn den importerte katalysatoren.
Urenheter: Fra deteksjonsdataene for BDO-råløsning i den tidlige fasen av reaksjonen, har JHG-20308 litt færre urenheter i det ferdige produktet sammenlignet med importerte katalysatorer, hovedsakelig reflektert i innholdet av n-butanol og HBA.
Totalt sett er ytelsen til JHG-20308-katalysatoren stabil, uten åpenbare høye biprodukter, og ytelsen er i utgangspunktet den samme eller til og med bedre enn importerte katalysatorer.
Produksjonsprosess for nikkel-aluminiumkatalysator med fast sjikt
(1) Smelting: Nikkel-aluminiumslegering smeltes ved høy temperatur og støpes deretter i form.
(2) Knusing: Legeringsblokkene knuses til små partikler ved hjelp av knuseutstyr.
(3) Sikting: Sikting av partikler med kvalifisert partikkelstørrelse.
(4) Aktivering: Kontroller en viss konsentrasjon og strømningshastighet av flytende alkali for å aktivere partiklene i reaksjonstårnet.
(5) Inspeksjonsindikatorer: metallinnhold, partikkelstørrelsesfordeling, trykkfasthet, bulktetthet osv.
Publisert: 11. september 2023
