BDO, tuntud ka kui 1,4-butaandiool, on oluline orgaaniline ja peenkemikaali tooraine. BDO-d saab valmistada atsetüleenaldehüüdi meetodil, maleiinanhüdriidi meetodil, propüleenalkoholi meetodil ja butadieeni meetodil. Atsetüleenaldehüüdi meetod on oma maksumuse ja protsessi eeliste tõttu peamine tööstuslik meetod BDO valmistamiseks. Atsetüleen ja formaldehüüd kondenseeritakse kõigepealt, et saada 1,4-butüündiool (BYD), mida seejärel hüdrogeenitakse, et saada BDO.
Kõrge rõhu (13,8–27,6 MPa) ja temperatuuri 250–350 ℃ tingimustes reageerib atsetüleen formaldehüüdiga katalüsaatori (tavaliselt vask(II)atsetüleen ja vismut ränidioksiidikandjal) juuresolekul ning seejärel hüdrogeenitakse vaheühend 1,4-butäändiool Raney nikkelkatalüsaatori abil BDO-ks. Klassikalise meetodi eripäraks on see, et katalüsaatorit ja produkti ei ole vaja eraldada ning tegevuskulud on madalad. Atsetüleenil on aga kõrge osarõhk ja plahvatusoht. Reaktori konstruktsiooni ohutustegur on koguni 12–20-kordne ning seadmed on suured ja kallid, mis toob kaasa suuri investeeringuid; atsetüleen polümeriseerub polüatsetüleeni saamiseks, mis deaktiveerib katalüsaatori ja blokeerib torujuhtme, mille tulemuseks on lühene tootmistsükkel ja vähenenud toodang.
Traditsiooniliste meetodite puuduste ja puuduste kõrvaldamiseks optimeeriti reaktsioonisüsteemi reaktsiooniseadmeid ja katalüsaatoreid, et vähendada atsetüleeni osarõhku reaktsioonisüsteemis. Seda meetodit on laialdaselt kasutatud nii riigisiseselt kui ka rahvusvaheliselt. Samal ajal viiakse BYD süntees läbi settekihi või suspendeeritud kihi abil. Atsetüleenaldehüüdi meetodil BYD hüdrogeenimisel saadakse BDO ning praegu on ISP ja INVISTA protsessid Hiinas kõige laialdasemalt kasutatavad.
① Butüündiooli süntees atsetüleenist ja formaldehüüdist vaskkarbonaatkatalüsaatori abil
INVIDIA BDO protsessi atsetüleeni keemilises etapis reageerib formaldehüüd atsetüleeniga, moodustades vaskkarbonaatkatalüsaatori toimel 1,4-butäändiooli. Reaktsioonitemperatuur on 83–94 ℃ ja rõhk 25–40 kPa. Katalüsaatoril on roheline pulber.
② Katalüsaator butüündiooli hüdrogeenimiseks BDO-ks
Protsessi hüdrogeenimisosa koosneb kahest järjestikku ühendatud kõrgsurve fikseeritud voodiga reaktorist, kusjuures 99% hüdrogeenimisreaktsioonidest toimub esimeses reaktoris. Esimene ja teine hüdrogeenimiskatalüsaator on aktiveeritud nikkel-alumiiniumsulamid.
Fikseeritud kihiga Renee nikkel on nikkel-alumiiniumisulamist plokk, mille osakeste suurus on vahemikus 2–10 mm, millel on kõrge tugevus, hea kulumiskindlus, suur eripind, parem katalüsaatori stabiilsus ja pikk kasutusiga.
Aktiveerimata fikseeritud kihiga Raney nikli osakesed on hallikasvalged ja pärast teatud kontsentratsiooni vedela leelise leostumist muutuvad need mustadeks või musthallideks osakesteks, mida kasutatakse peamiselt fikseeritud kihiga reaktorites.
① Vaskkandjal katalüsaator butüündiooli sünteesiks atsetüleenist ja formaldehüüdist
Toetatud vask-vismutkatalüsaatori toimel reageerib formaldehüüd atsetüleeniga, moodustades 1,4-butäändiooli reaktsioonitemperatuuril 92–100 ℃ ja rõhul 85–106 kPa. Katalüsaator on must pulber.
② Katalüsaator butüündiooli hüdrogeenimiseks BDO-ks
ISP protsessis kasutatakse kahte hüdrogeenimise etappi. Esimeses etapis kasutatakse katalüsaatorina pulbrilist nikkel-alumiiniumsulamit ja madalrõhu hüdrogeenimisel muundatakse BYD BED-ks ja BDO-ks. Pärast eraldamist toimub teine etapp kõrgsurve hüdrogeenimisel, kasutades katalüsaatorina laetud niklit, et muuta BED BDO-ks.
Primaarne hüdrogeenimise katalüsaator: pulbriline Raney nikkelkatalüsaator
Primaarne hüdrogeenimise katalüsaator: pulber-Raney nikkelkatalüsaator. Seda katalüsaatorit kasutatakse peamiselt ISP protsessi madalrõhu hüdrogeenimise osas BDO-toodete valmistamiseks. Sellel on kõrge aktiivsus, hea selektiivsus, konversioonimäär ja kiire settimiskiirus. Peamised komponendid on nikkel, alumiinium ja molübdeen.
Primaarne hüdrogeenimiskatalüsaator: pulbriline nikkel-alumiiniumsulam hüdrogeenimiskatalüsaator
Katalüsaator nõuab suurt aktiivsust, suurt tugevust, 1,4-butüündiooli kõrget konversioonimäära ja vähem kõrvalsaadusi.
Teisese hüdrogeenimise katalüsaator
See on toetuskatalüsaator, mille kandjaks on alumiiniumoksiid ning aktiivseteks komponentideks nikkel ja vask. Redutseeritud olek säilib vees. Katalüsaatoril on kõrge mehaaniline tugevus, väike hõõrdekadu, hea keemiline stabiilsus ja seda on lihtne aktiveerida. Välimuselt musta ristiku kujulised osakesed.
Katalüsaatorite rakendusjuhud
Kasutatakse BYD-s BDO tootmiseks katalüsaatori hüdrogeenimise teel, rakendatakse 100 000-tonnise BDO-seadme puhul. Korraga töötab kaks fikseeritud voodiga reaktorit, üks on JHG-20308 ja teine imporditud katalüsaatoriga.
Sõelumine: Peene pulbri sõelumise käigus leiti, et JHG-20308 fikseeritud kihiga katalüsaator tootis vähem peent pulbrit kui imporditud katalüsaator.
Aktiveerimine: Katalüsaatori aktiveerimise järeldus: Kahe katalüsaatori aktiveerimistingimused on samad. Andmete põhjal on sulami dealuminatsioonikiirus, sisse- ja väljalasketemperatuuri erinevus ning aktiveerimisreaktsiooni soojuseraldus igas aktiveerimise etapis väga sarnased.
Temperatuur: JHG-20308 katalüsaatori reaktsioonitemperatuur ei erine oluliselt imporditud katalüsaatori omast, kuid temperatuuri mõõtmise punktide kohaselt on JHG-20308 katalüsaatoril parem aktiivsus kui imporditud katalüsaatoril.
Lisandid: BDO toorlahuse avastamisandmete põhjal reaktsiooni algstaadiumis on JHG-20308 valmistootes imporditud katalüsaatoritega võrreldes veidi vähem lisandeid, mis kajastub peamiselt n-butanooli ja HBA sisalduses.
Üldiselt on JHG-20308 katalüsaatori jõudlus stabiilne, ilma ilmsete kõrgete kõrvalsaadusteta ning selle jõudlus on põhimõtteliselt sama või isegi parem kui imporditud katalüsaatoritel.
Fikseeritud kihiga nikkel-alumiiniumkatalüsaatori tootmisprotsess
(1) Sulatamine: nikkel-alumiiniumsulam sulatatakse kõrgel temperatuuril ja valatakse seejärel vormi.
(2) Purustamine: Sulamplokid purustatakse purustusseadmete abil väikesteks osakesteks.
(3) Sõelumine: kvalifitseeritud osakeste suurusega osakeste väljasõelumine.
(4) Aktiveerimine: Reaktsioonitornis olevate osakeste aktiveerimiseks reguleerige vedela leelise teatud kontsentratsiooni ja voolukiirust.
(5) Kontrollinäitajad: metallisisaldus, osakeste suurusjaotus, survetugevus, puistetihedus jne.
Postituse aeg: 11. september 2023
