BDO, auch bekannt als 1,4-Butandiol, ist ein wichtiger organischer und feinchemischer Grundstoff. BDO kann mittels Acetylenaldehyd-, Maleinsäureanhydrid-, Propylenalkohol- und Butadien-Verfahren hergestellt werden. Das Acetylenaldehyd-Verfahren ist aufgrund seiner Kosten- und Prozessvorteile das gängigste industrielle Verfahren zur Herstellung von BDO. Acetylen und Formaldehyd werden zunächst zu 1,4-Butindiol (BYD) kondensiert, das anschließend zu BDO hydriert wird.
Unter hohem Druck (13,8–27,6 MPa) und Temperaturen von 250–350 °C reagiert Acetylen in Gegenwart eines Katalysators (üblicherweise Kupferacetylen und Wismut auf einem Siliciumdioxidträger) mit Formaldehyd. Anschließend wird das Zwischenprodukt 1,4-Butindiol mithilfe eines Raney-Nickel-Katalysators zu BDO hydriert. Charakteristisch für die klassische Methode ist, dass Katalysator und Produkt nicht getrennt werden müssen und die Betriebskosten niedrig sind. Acetylen weist jedoch einen hohen Partialdruck auf und birgt Explosionsgefahr. Der Sicherheitsfaktor der Reaktorkonstruktion beträgt das 12- bis 20-Fache, und die Ausrüstung ist groß und teuer, was hohe Investitionen erfordert. Acetylen polymerisiert zu Polyacetylen, wodurch der Katalysator deaktiviert und die Rohrleitung verstopft wird. Dies führt zu einem verkürzten Produktionszyklus und einer geringeren Produktion.
Um die Mängel und Unzulänglichkeiten herkömmlicher Verfahren zu beheben, wurden die Reaktionsausrüstung und die Katalysatoren des Reaktionssystems optimiert, um den Acetylenpartialdruck im Reaktionssystem zu senken. Diese Methode ist national und international weit verbreitet. Die BYD-Synthese erfolgt dabei in einem Schlammbett oder einem Schwebebett. Die BYD-Hydrierung von Acetylenaldehyd erzeugt BDO. Derzeit sind die ISP- und INVISTA-Verfahren in China am weitesten verbreitet.
① Synthese von Butindiol aus Acetylen und Formaldehyd unter Verwendung eines Kupfercarbonatkatalysators
Im Acetylen-Chemieteil des BDO-Prozesses von INVIDIA reagiert Formaldehyd mit Acetylen unter Einwirkung eines Kupfercarbonat-Katalysators zu 1,4-Butindiol. Die Reaktionstemperatur beträgt 83–94 °C, der Druck 25–40 kPa. Der Katalysator hat die Form eines grünen Pulvers.
② Katalysator für die Hydrierung von Butindiol zu BDO
Der Hydrierungsabschnitt des Prozesses besteht aus zwei in Reihe geschalteten Hochdruck-Festbettreaktoren, wobei 99 % der Hydrierungsreaktionen im ersten Reaktor abgeschlossen werden. Der erste und zweite Hydrierungskatalysator sind aktivierte Nickel-Aluminium-Legierungen.
Festbett-Renee-Nickel ist ein Block aus Nickel-Aluminium-Legierung mit Partikelgrößen von 2–10 mm, hoher Festigkeit, guter Verschleißfestigkeit, großer spezifischer Oberfläche, besserer Katalysatorstabilität und langer Lebensdauer.
Nicht aktivierte Festbett-Raney-Nickelpartikel sind grauweiß und werden nach einer bestimmten Konzentration der flüssigen Alkalilauge zu schwarzen oder schwarzgrauen Partikeln, die hauptsächlich in Festbettreaktoren verwendet werden.
① Kupferträgerkatalysator für die Synthese von Butindiol aus Acetylen und Formaldehyd
Unter Einwirkung eines Kupfer-Wismut-Katalysators reagiert Formaldehyd mit Acetylen zu 1,4-Butindiol. Die Reaktionstemperatur liegt zwischen 92 und 100 °C, der Druck zwischen 85 und 106 kPa. Der Katalysator ist ein schwarzes Pulver.
② Katalysator für die Hydrierung von Butindiol zu BDO
Das ISP-Verfahren umfasst zwei Hydrierungsstufen. In der ersten Stufe wird eine pulverisierte Nickel-Aluminium-Legierung als Katalysator verwendet. Durch Niederdruckhydrierung wird BYD in BED und BDO umgewandelt. Nach der Trennung erfolgt in der zweiten Stufe eine Hochdruckhydrierung mit beladenem Nickel als Katalysator, um BED in BDO umzuwandeln.
Primärer Hydrierungskatalysator: pulverförmiger Raney-Nickel-Katalysator
Primärer Hydrierungskatalysator: Pulverförmiger Raney-Nickel-Katalysator. Dieser Katalysator wird hauptsächlich in der Niederdruckhydrierung des ISP-Prozesses zur Herstellung von BDO-Produkten eingesetzt. Er zeichnet sich durch hohe Aktivität, gute Selektivität, hohe Konversionsrate und schnelle Absetzgeschwindigkeit aus. Die Hauptbestandteile sind Nickel, Aluminium und Molybdän.
Primärer Hydrierungskatalysator: Pulver-Nickel-Aluminium-Legierungs-Hydrierungskatalysator
Der Katalysator muss eine hohe Aktivität, hohe Festigkeit, eine hohe Umwandlungsrate von 1,4-Butindiol und weniger Nebenprodukte aufweisen.
Sekundärer Hydrierungskatalysator
Es handelt sich um einen Trägerkatalysator mit Aluminiumoxid als Träger und Nickel und Kupfer als aktiven Komponenten. Der reduzierte Zustand wird in Wasser gespeichert. Der Katalysator weist eine hohe mechanische Festigkeit, geringe Reibungsverluste, eine gute chemische Stabilität und eine leichte Aktivierung auf. Die Partikel sehen schwarzkleeförmig aus.
Anwendungsfälle von Katalysatoren
Wird von BYD zur Erzeugung von BDO durch katalytische Hydrierung verwendet und auf eine 100.000-Tonnen-BDO-Anlage angewendet. Zwei Sätze Festbettreaktoren sind gleichzeitig in Betrieb, einer ist JHG-20308, der andere ein importierter Katalysator.
Screening: Beim Screening des Feinpulvers wurde festgestellt, dass der Festbettkatalysator JHG-20308 weniger Feinpulver produzierte als der importierte Katalysator.
Aktivierung: Schlussfolgerung zur Katalysatoraktivierung: Die Aktivierungsbedingungen der beiden Katalysatoren sind identisch. Aus den Daten geht hervor, dass die Dealuminierungsrate, die Temperaturdifferenz zwischen Einlass und Auslass sowie die Wärmefreisetzung der Aktivierungsreaktion der Legierung in jeder Aktivierungsphase sehr konsistent sind.
Temperatur: Die Reaktionstemperatur des Katalysators JHG-20308 unterscheidet sich nicht wesentlich von der des importierten Katalysators, aber gemäß den Temperaturmesspunkten weist der Katalysator JHG-20308 eine bessere Aktivität auf als der importierte Katalysator.
Verunreinigungen: Aus den Nachweisdaten der BDO-Rohlösung im frühen Stadium der Reaktion geht hervor, dass JHG-20308 im fertigen Produkt im Vergleich zu importierten Katalysatoren etwas weniger Verunreinigungen aufweist, was sich hauptsächlich im Gehalt an n-Butanol und HBA widerspiegelt.
Insgesamt ist die Leistung des Katalysators JHG-20308 stabil, es treten keine offensichtlich hohen Nebenprodukte auf, und seine Leistung ist grundsätzlich gleich oder sogar besser als die importierter Katalysatoren.
Herstellungsverfahren für Festbett-Nickel-Aluminium-Katalysatoren
(1) Schmelzen: Nickel-Aluminium-Legierung wird bei hoher Temperatur geschmolzen und dann in Form gegossen.
(2) Zerkleinern: Die Legierungsblöcke werden durch eine Zerkleinerungsanlage in kleine Partikel zerkleinert.
(3) Sieben: Aussieben von Partikeln mit geeigneter Partikelgröße.
(4) Aktivierung: Kontrollieren Sie eine bestimmte Konzentration und Durchflussrate der flüssigen Lauge, um die Partikel im Reaktionsturm zu aktivieren.
(5) Prüfindikatoren: Metallgehalt, Partikelgrößenverteilung, Druckfestigkeit, Schüttdichte usw.
Beitragszeit: 11. September 2023
