BDO, também conhecido como 1,4-butanodiol, é uma importante matéria-prima orgânica básica e de química fina. O BDO pode ser preparado através do método do acetileno aldeído, método do anidrido maleico, método do álcool propileno e método do butadieno. O método do acetileno aldeído é o principal método industrial para a preparação de BDO devido às suas vantagens de custo e processo. O acetileno e o formaldeído são primeiro condensados para produzir 1,4-butinodiol (BYD), que é posteriormente hidrogenado para obter BDO.
Sob alta pressão (13,8 ~ 27,6 MPa) e condições de 250 ~ 350 ℃, o acetileno reage com o formaldeído na presença de um catalisador (geralmente acetileno cuproso e bismuto em um suporte de sílica) e, em seguida, o intermediário 1,4-butinodiol é hidrogenado para BDO usando um catalisador de níquel Raney. A característica do método clássico é que o catalisador e o produto não precisam ser separados e o custo operacional é baixo. No entanto, o acetileno tem uma pressão parcial elevada e risco de explosão. O fator de segurança do projeto do reator é de 12 a 20 vezes, e o equipamento é grande e caro, resultando em alto investimento; O acetileno irá polimerizar para produzir poliacetileno, que desativa o catalisador e bloqueia o gasoduto, resultando num ciclo de produção mais curto e numa produção reduzida.
Em resposta às deficiências e deficiências dos métodos tradicionais, o equipamento de reação e os catalisadores do sistema de reação foram otimizados para reduzir a pressão parcial do acetileno no sistema de reação. Este método tem sido amplamente utilizado tanto nacional como internacionalmente. Ao mesmo tempo, a síntese do BYD é realizada em leito de lodo ou leito suspenso. O método de hidrogenação BYD do acetileno aldeído produz BDO, e atualmente os processos ISP e INVISTA são os mais utilizados na China.
① Síntese de butinodiol a partir de acetileno e formaldeído usando catalisador de carbonato de cobre
Aplicado à seção química de acetileno do processo BDO na INVIDIA, o formaldeído reage com o acetileno para produzir 1,4-butinodiol sob a ação de um catalisador de carbonato de cobre. A temperatura de reação é de 83-94 ℃ e a pressão é de 25-40 kPa. O catalisador tem uma aparência de pó verde.
② Catalisador para hidrogenação de butinodiol em BDO
A seção de hidrogenação do processo consiste em dois reatores de leito fixo de alta pressão conectados em série, com 99% das reações de hidrogenação concluídas no primeiro reator. O primeiro e o segundo catalisadores de hidrogenação são ligas de níquel-alumínio ativadas.
O níquel Renee de leito fixo é um bloco de liga de níquel-alumínio com tamanhos de partícula variando de 2 a 10 mm, alta resistência, boa resistência ao desgaste, grande área de superfície específica, melhor estabilidade do catalisador e longa vida útil.
As partículas de níquel Raney de leito fixo não ativadas são branco-acinzentadas e, após uma certa concentração de lixiviação de álcali líquido, tornam-se partículas pretas ou cinza-pretas, usadas principalmente em reatores de leito fixo.
① Catalisador suportado em cobre para a síntese de butinodiol a partir de acetileno e formaldeído
Sob a ação de um catalisador de cobre e bismuto suportado, o formaldeído reage com o acetileno para gerar 1,4-butinodiol, a uma temperatura de reação de 92-100 ℃ e uma pressão de 85-106 kPa. O catalisador aparece como um pó preto.
② Catalisador para hidrogenação de butinodiol em BDO
O processo ISP adota duas etapas de hidrogenação. A primeira etapa usa liga de níquel-alumínio em pó como catalisador, e a hidrogenação de baixa pressão converte BYD em BED e BDO. Após a separação, o segundo estágio é a hidrogenação de alta pressão usando níquel carregado como catalisador para converter BED em BDO.
Catalisador de hidrogenação primária: catalisador de níquel Raney em pó
Catalisador de hidrogenação primário: Catalisador de níquel Raney em pó. Este catalisador é utilizado principalmente na seção de hidrogenação de baixa pressão do processo ISP, para a preparação de produtos BDO. Possui características de alta atividade, boa seletividade, taxa de conversão e rápida velocidade de sedimentação. Os principais componentes são níquel, alumínio e molibdênio.
Catalisador de hidrogenação primária: catalisador de hidrogenação de liga de alumínio e níquel em pó
O catalisador requer alta atividade, alta resistência, alta taxa de conversão de 1,4-butinodiol e menos subprodutos.
Catalisador de hidrogenação secundária
É um catalisador suportado com alumina como transportador e níquel e cobre como componentes ativos. O estado reduzido é armazenado em água. O catalisador possui alta resistência mecânica, baixa perda por atrito, boa estabilidade química e é fácil de ativar. Aparência de partículas em forma de trevo preto.
Casos de Aplicação de Catalisadores
Usado pela BYD para gerar BDO por meio de hidrogenação de catalisador, aplicado a uma unidade de BDO de 100.000 toneladas. Dois conjuntos de reatores de leito fixo estão operando simultaneamente, um é JHG-20308 e o outro é catalisador importado.
Triagem: Durante a triagem do pó fino, constatou-se que o catalisador de leito fixo JHG-20308 produzia menos pó fino do que o catalisador importado.
Ativação: Conclusão da ativação do catalisador: As condições de ativação dos dois catalisadores são as mesmas. A partir dos dados, a taxa de desaluminação, a diferença de temperatura de entrada e saída e a liberação de calor da reação de ativação da liga em cada estágio de ativação são muito consistentes.
Temperatura: A temperatura de reação do catalisador JHG-20308 não é significativamente diferente daquela do catalisador importado, mas de acordo com os pontos de medição de temperatura, o catalisador JHG-20308 tem melhor atividade do que o catalisador importado.
Impurezas: A partir dos dados de detecção da solução bruta BDO na fase inicial da reação, o JHG-20308 apresenta um pouco menos de impurezas no produto acabado em comparação aos catalisadores importados, refletidos principalmente no teor de n-butanol e HBA.
No geral, o desempenho do catalisador JHG-20308 é estável, sem subprodutos óbvios, e seu desempenho é basicamente o mesmo ou até melhor que o dos catalisadores importados.
Processo de produção de catalisador de níquel-alumínio de leito fixo
(1) Fundição: A liga de níquel-alumínio é derretida em alta temperatura e depois moldada.
(2) Esmagamento: Os blocos de liga são triturados em pequenas partículas através de equipamentos de britagem.
(3) Triagem: Triagem de partículas com tamanho de partícula qualificado.
(4) Ativação: Controle uma certa concentração e vazão de álcali líquido para ativar as partículas na torre de reação.
(5) Indicadores de inspeção: conteúdo de metal, distribuição de tamanho de partícula, resistência ao esmagamento compressivo, densidade aparente, etc.
Horário da postagem: 11 de setembro de 2023
