BDO, auch 1,4-Butandiol genannt, ist ein wichtiger organischer und feinchemischer Grundstoff. BDO kann durch die Acetylenaldehyd-Methode, die Maleinsäureanhydrid-Methode, die Propylenalkohol-Methode und die Butadien-Methode hergestellt werden. Die Acetylenaldehyd-Methode ist aufgrund ihrer Kosten- und Prozessvorteile die wichtigste industrielle Methode zur Herstellung von BDO. Acetylen und Formaldehyd werden zunächst zu 1,4-Butindiol (BYD) kondensiert, das weiter hydriert wird, um BDO zu erhalten.
Unter hohem Druck (13,8–27,6 MPa) und Bedingungen von 250–350 °C reagiert Acetylen mit Formaldehyd in Gegenwart eines Katalysators (normalerweise Kupferacetylen und Wismut auf einem Siliciumdioxidträger) und dann wird das Zwischenprodukt 1,4-Butindiol hydriert zu BDO unter Verwendung eines Raney-Nickel-Katalysators. Charakteristisch für die klassische Methode ist, dass Katalysator und Produkt nicht getrennt werden müssen und die Betriebskosten niedrig sind. Allerdings weist Acetylen einen hohen Partialdruck und Explosionsgefahr auf. Der Sicherheitsfaktor des Reaktordesigns beträgt das 12- bis 20-fache, und die Ausrüstung ist groß und teuer, was zu hohen Investitionen führt. Acetylen polymerisiert zu Polyacetylen, das den Katalysator deaktiviert und die Rohrleitung blockiert, was zu einem verkürzten Produktionszyklus und einer geringeren Produktion führt.
Als Reaktion auf die Unzulänglichkeiten und Unzulänglichkeiten traditioneller Methoden wurden die Reaktionsausrüstung und die Katalysatoren des Reaktionssystems optimiert, um den Partialdruck von Acetylen im Reaktionssystem zu reduzieren. Diese Methode ist sowohl im Inland als auch international weit verbreitet. Gleichzeitig erfolgt die Synthese von BYD unter Verwendung eines Schlammbetts oder eines Schwebebetts. Die Acetylen-Aldehyd-Methode BYD-Hydrierung erzeugt BDO, und derzeit sind die ISP- und INVISTA-Verfahren in China die am weitesten verbreiteten.
① Synthese von Butindiol aus Acetylen und Formaldehyd unter Verwendung eines Kupfercarbonatkatalysators
Im Acetylen-chemischen Teil des BDO-Prozesses in INVIDIA reagiert Formaldehyd mit Acetylen unter der Wirkung eines Kupfercarbonat-Katalysators zu 1,4-Butindiol. Die Reaktionstemperatur beträgt 83–94 °C und der Druck 25–40 kPa. Der Katalysator sieht aus wie ein grünes Pulver.
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 der zweite Hydrierungskatalysator sind aktivierte Nickel-Aluminium-Legierungen.
Festbett-Renee-Nickel ist ein Nickel-Aluminium-Legierungsblock 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 Alkalilaugung zu schwarzen oder schwarzgrauen Partikeln, die hauptsächlich in Festbettreaktoren verwendet werden.
① Kupfergestützter Katalysator für die Synthese von Butindiol aus Acetylen und Formaldehyd
Unter der Wirkung eines Kupfer-Wismut-Trägerkatalysators reagiert Formaldehyd mit Acetylen zu 1,4-Butindiol bei einer Reaktionstemperatur von 92–100 °C und einem Druck von 85–106 kPa. Der Katalysator erscheint als schwarzes Pulver.
② Katalysator für die Hydrierung von Butindiol zu BDO
Das ISP-Verfahren umfasst zwei Hydrierungsstufen. In der ersten Stufe wird eine pulverförmige Nickel-Aluminium-Legierung als Katalysator verwendet und durch Niederdruckhydrierung wird BYD in BED und BDO umgewandelt. Nach der Trennung erfolgt in der zweiten Stufe die Hochdruckhydrierung unter Verwendung von beladenem Nickel als Katalysator, um BED in BDO umzuwandeln.
Primärer Hydrierungskatalysator: pulverförmiger Raney-Nickel-Katalysator
Primärer Hydrierungskatalysator: Pulver-Raney-Nickel-Katalysator. Dieser Katalysator wird hauptsächlich im Niederdruckhydrierungsabschnitt des ISP-Prozesses zur Herstellung von BDO-Produkten verwendet. Es zeichnet sich durch hohe Aktivität, gute Selektivität, Umwandlungsrate und schnelle Absetzgeschwindigkeit aus. Die Hauptbestandteile sind Nickel, Aluminium und Molybdän.
Primärer Hydrierungskatalysator: Hydrierungskatalysator aus pulverförmiger Nickel-Aluminium-Legierung
Der Katalysator erfordert eine hohe Aktivität, hohe Festigkeit, eine hohe Umwandlungsrate von 1,4-Butindiol und weniger Nebenprodukte.
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, einen geringen Reibungsverlust, eine gute chemische Stabilität und eine einfache Aktivierung auf. Schwarze, kleeförmige Partikel im Aussehen.
Anwendungsfälle von Katalysatoren
Wird für BYD zur Erzeugung von BDO durch Katalysatorhydrierung verwendet, angewendet auf eine 100.000-Tonnen-BDO-Einheit. Zwei Sätze von Festbettreaktoren arbeiten gleichzeitig, einer ist JHG-20308 und der andere ist ein importierter Katalysator.
Screening: Beim Screening von feinem Pulver wurde festgestellt, dass der Festbettkatalysator JHG-20308 weniger feines Pulver produzierte als der importierte Katalysator.
Aktivierung: Katalysatoraktivierung Fazit: Die Aktivierungsbedingungen der beiden Katalysatoren sind gleich. Aus den Daten geht hervor, dass die Dealuminierungsrate, die Temperaturdifferenz zwischen Einlass und Auslass sowie die Wärmeabgabe der Legierung bei der Aktivierungsreaktion in jeder Aktivierungsphase sehr konsistent sind.
Temperatur: Die Reaktionstemperatur des JHG-20308-Katalysators unterscheidet sich nicht wesentlich von der des importierten Katalysators, aber den Temperaturmesspunkten zufolge weist der JHG-20308-Katalysator eine bessere Aktivität als der importierte Katalysator auf.
Verunreinigungen: Den Nachweisdaten der BDO-Rohlösung in der frühen Phase der Reaktion zufolge weist JHG-20308 im Vergleich zu importierten Katalysatoren etwas weniger Verunreinigungen im Endprodukt auf, was sich hauptsächlich im Gehalt an n-Butanol und HBA widerspiegelt.
Insgesamt ist die Leistung des JHG-20308-Katalysators stabil, ohne offensichtlich hohe Nebenprodukte, und seine Leistung ist im Wesentlichen gleich oder sogar besser als die importierter Katalysatoren.
Herstellungsverfahren für einen Festbett-Nickel-Aluminium-Katalysator
(1) Schmelzen: Eine Nickel-Aluminium-Legierung wird bei hoher Temperatur geschmolzen und dann in Form gegossen.
(2) Zerkleinerung: Die Legierungsblöcke werden durch Zerkleinerungsgeräte in kleine Partikel zerkleinert.
(3) Sieben: Aussieben von Partikeln mit qualifizierter Partikelgröße.
(4) Aktivierung: Kontrollieren Sie eine bestimmte Konzentration und Durchflussrate des flüssigen Alkalis, um die Partikel im Reaktionsturm zu aktivieren.
(5) Inspektionsindikatoren: Metallgehalt, Partikelgrößenverteilung, Druckfestigkeit, Schüttdichte usw.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 11. September 2023
