Il BDO, noto anche come 1,4-butandiolo, è un'importante materia prima organica di base e di chimica fine. Il BDO può essere preparato con il metodo dell'acetilene aldeide, il metodo dell'anidride maleica, il metodo dell'alcol propilenico e il metodo del butadiene. Il metodo dell'acetilene aldeide è il principale metodo industriale per la preparazione del BDO grazie ai suoi vantaggi in termini di costi e di processo. Acetilene e formaldeide vengono prima condensati per produrre 1,4-butandiolo (BYD), che viene ulteriormente idrogenato per ottenere il BDO.
Ad alta pressione (13,8~27,6 MPa) e a temperature comprese tra 250 e 350 °C, l'acetilene reagisce con la formaldeide in presenza di un catalizzatore (solitamente acetilene rameoso e bismuto su un supporto di silice), quindi l'intermedio 1,4-butindiolo viene idrogenato a BDO utilizzando un catalizzatore al nichel Raney. La caratteristica del metodo classico è che il catalizzatore e il prodotto non devono essere separati e i costi operativi sono bassi. Tuttavia, l'acetilene presenta un'elevata pressione parziale e un rischio di esplosione. Il fattore di sicurezza del reattore è pari a 12-20 volte, e le apparecchiature sono grandi e costose, con conseguenti elevati investimenti; l'acetilene polimerizza per produrre poliacetilene, che disattiva il catalizzatore e blocca la tubazione, con conseguente riduzione del ciclo di produzione e della produzione.
In risposta alle carenze e ai limiti dei metodi tradizionali, le apparecchiature di reazione e i catalizzatori del sistema di reazione sono stati ottimizzati per ridurre la pressione parziale dell'acetilene nel sistema di reazione. Questo metodo è stato ampiamente utilizzato sia a livello nazionale che internazionale. Allo stesso tempo, la sintesi di BYD viene effettuata utilizzando un letto di fanghi o un letto sospeso. Il metodo di idrogenazione BYD con acetilene aldeide produce BDO e attualmente i processi ISP e INVISTA sono i più utilizzati in Cina.
① Sintesi del butinediolo da acetilene e formaldeide utilizzando un catalizzatore al carbonato di rame
Applicata alla sezione chimica dell'acetilene del processo BDO in INVIDIA, la formaldeide reagisce con l'acetilene per produrre 1,4-butindiolo sotto l'azione di un catalizzatore a base di carbonato di rame. La temperatura di reazione è di 83-94 °C e la pressione di 25-40 kPa. Il catalizzatore ha un aspetto di polvere verde.
② Catalizzatore per l'idrogenazione del butinediolo a BDO
La sezione di idrogenazione del processo è costituita da due reattori a letto fisso ad alta pressione collegati in serie, con il 99% delle reazioni di idrogenazione completate nel primo reattore. Il primo e il secondo catalizzatore di idrogenazione sono leghe di nichel-alluminio attivate.
Il nichel Renee a letto fisso è un blocco di lega di nichel e alluminio con dimensioni delle particelle che vanno da 2 a 10 mm, elevata resistenza, buona resistenza all'usura, ampia superficie specifica, migliore stabilità del catalizzatore e lunga durata.
Le particelle di nichel Raney a letto fisso non attivate sono di colore bianco grigiastro e, dopo una certa concentrazione di lisciviazione alcalina liquida, diventano particelle nere o grigio-nere, utilizzate principalmente nei reattori a letto fisso.
① Catalizzatore supportato da rame per la sintesi di butinediolo da acetilene e formaldeide
Sotto l'azione di un catalizzatore di rame bismuto supportato, la formaldeide reagisce con l'acetilene per generare 1,4-butindiolo, a una temperatura di reazione di 92-100 °C e una pressione di 85-106 kPa. Il catalizzatore appare come una polvere nera.
② Catalizzatore per l'idrogenazione del butinediolo a BDO
Il processo ISP prevede due fasi di idrogenazione. La prima fase utilizza una lega di nichel-alluminio in polvere come catalizzatore, e l'idrogenazione a bassa pressione converte il BYD in BED e BDO. Dopo la separazione, la seconda fase prevede l'idrogenazione ad alta pressione utilizzando nichel caricato come catalizzatore per convertire il BED in BDO.
Catalizzatore di idrogenazione primaria: catalizzatore di nichel Raney in polvere
Catalizzatore di idrogenazione primario: catalizzatore al nichel Raney in polvere. Questo catalizzatore viene utilizzato principalmente nella sezione di idrogenazione a bassa pressione del processo ISP, per la preparazione di prodotti BDO. Presenta caratteristiche di elevata attività, buona selettività, elevato tasso di conversione e rapida velocità di sedimentazione. I componenti principali sono nichel, alluminio e molibdeno.
Catalizzatore di idrogenazione primario: catalizzatore di idrogenazione in lega di nichel e alluminio in polvere
Il catalizzatore richiede elevata attività, elevata resistenza, elevato tasso di conversione dell'1,4-butinediolo e meno sottoprodotti.
Catalizzatore di idrogenazione secondaria
Si tratta di un catalizzatore supportato con allumina come vettore e nichel e rame come componenti attivi. Lo stato ridotto viene immagazzinato in acqua. Il catalizzatore presenta un'elevata resistenza meccanica, basse perdite per attrito, buona stabilità chimica ed è facile da attivare. Le particelle hanno l'aspetto di un trifoglio nero.
Casi applicativi dei catalizzatori
Utilizzato da BYD per generare BDO tramite idrogenazione catalitica, applicato a un'unità BDO da 100.000 tonnellate. Due serie di reattori a letto fisso sono in funzione contemporaneamente, una con catalizzatore JHG-20308 e l'altra con catalizzatore importato.
Screening: durante lo screening della polvere fine, si è scoperto che il catalizzatore a letto fisso JHG-20308 produceva meno polvere fine rispetto al catalizzatore importato.
Attivazione: Conclusione sull'attivazione del catalizzatore: le condizioni di attivazione dei due catalizzatori sono le stesse. Dai dati, la velocità di dealluminazione, la differenza di temperatura in ingresso e in uscita e il calore rilasciato dalla reazione di attivazione della lega in ogni fase di attivazione sono molto costanti.
Temperatura: la temperatura di reazione del catalizzatore JHG-20308 non è significativamente diversa da quella del catalizzatore importato, ma in base ai punti di misurazione della temperatura, il catalizzatore JHG-20308 ha un'attività migliore rispetto al catalizzatore importato.
Impurità: dai dati di rilevamento della soluzione grezza di BDO nella fase iniziale della reazione, JHG-20308 presenta leggermente meno impurità nel prodotto finito rispetto ai catalizzatori importati, principalmente riflesse nel contenuto di n-butanolo e HBA.
Nel complesso, le prestazioni del catalizzatore JHG-20308 sono stabili, senza evidenti sottoprodotti elevati e le sue prestazioni sono sostanzialmente uguali o addirittura migliori di quelle dei catalizzatori importati.
Processo di produzione del catalizzatore in nichel-alluminio a letto fisso
(1) Fusione: la lega di nichel e alluminio viene fusa ad alta temperatura e poi colata in forma.
(2) Frantumazione: i blocchi di lega vengono frantumati in piccole particelle mediante apparecchiature di frantumazione.
(3) Screening: screening delle particelle con granulometria qualificata.
(4) Attivazione: controllare una certa concentrazione e portata di alcali liquido per attivare le particelle nella torre di reazione.
(5) Indicatori di ispezione: contenuto di metallo, distribuzione granulometrica, resistenza alla compressione, densità apparente, ecc.
Data di pubblicazione: 11 settembre 2023
