Il BDO, noto anche come 1,4-butandiolo, è un'importante materia prima per l'industria chimica organica di base e fine. Il BDO può essere preparato tramite 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 processo. L'acetilene e la formaldeide vengono prima condensati per produrre 1,4-butandiolo (BYD), che viene poi 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), e successivamente l'intermedio 1,4-butinediolo viene idrogenato a BDO utilizzando un catalizzatore al nichel Raney. La caratteristica del metodo classico è che il catalizzatore e il prodotto non necessitano di essere separati, e i costi operativi sono bassi. Tuttavia, l'acetilene ha un'elevata pressione parziale e un rischio di esplosione. Il fattore di sicurezza nella progettazione del reattore è elevato, da 12 a 20 volte, e le apparecchiature sono grandi e costose, con conseguenti ingenti investimenti; inoltre, l'acetilene polimerizza producendo poliacetilene, che disattiva il catalizzatore e ostruisce la tubazione, con conseguente riduzione del ciclo produttivo e della resa.
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. L'idrogenazione del BYD con aldeide acetilenica 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 a base di carbonato di rame
Applicato alla sezione chimica dell'acetilene del processo BDO di INVIDIA, il formaldeide reagisce con l'acetilene per produrre 1,4-butinediolo 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 si presenta come una 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. I catalizzatori di idrogenazione, sia nel primo che nel secondo reattore, sono leghe di nichel-alluminio attivate.
Il nichel Renee a letto fisso è un blocco di lega di nichel-alluminio con granulometria compresa tra 2 e 10 mm, caratterizzato da elevata resistenza, buona resistenza all'usura, ampia superficie specifica, migliore stabilità del catalizzatore e lunga durata.
Le particelle di nichel Raney non attivate a letto fisso sono di colore bianco grigiastro e, dopo un lavaggio con alcali liquidi a una certa concentrazione, diventano nere o grigio scuro; vengono utilizzate principalmente nei reattori a letto fisso.
① Catalizzatore supportato da rame per la sintesi del butinediolo da acetilene e formaldeide
Sotto l'azione di un catalizzatore a base di rame e bismuto supportato, la formaldeide reagisce con l'acetilene per generare 1,4-butinediolo, a una temperatura di reazione di 92-100 °C e una pressione di 85-106 kPa. Il catalizzatore si presenta 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 BYD in BED e BDO. Dopo la separazione, la seconda fase consiste in un'idrogenazione ad alta pressione utilizzando nichel caricato come catalizzatore per convertire BED in BDO.
Catalizzatore primario di idrogenazione: catalizzatore di nichel Raney in polvere
Catalizzatore primario di idrogenazione: catalizzatore di nichel Raney in polvere. Questo catalizzatore è 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, tasso di conversione e rapida velocità di sedimentazione. I componenti principali sono nichel, alluminio e molibdeno.
Catalizzatore di idrogenazione primario: catalizzatore di idrogenazione in polvere di lega di nichel e alluminio
Il catalizzatore richiede elevata attività, elevata forza, elevato tasso di conversione dell'1,4-butinediolo e una ridotta formazione di sottoprodotti.
Catalizzatore di idrogenazione secondaria
Si tratta di un catalizzatore supportato con allumina come supporto e nichel e rame come componenti attivi. Allo stato ridotto, si conserva in acqua. Il catalizzatore presenta elevata resistenza meccanica, basse perdite per attrito, buona stabilità chimica ed è facile da attivare. Si presenta come particelle nere a forma di trifoglio.
Casi applicativi dei catalizzatori
Utilizzato da BYD per generare BDO tramite idrogenazione catalitica, applicato a un impianto di produzione di BDO da 100.000 tonnellate. Due serie di reattori a letto fisso operano simultaneamente: una è costituita dal modello JHG-20308 e l'altra da un catalizzatore importato.
Screening: Durante lo screening della polvere fine, si è constatato che il catalizzatore a letto fisso JHG-20308 produceva una quantità di polvere fine inferiore 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 dealuminazione, la differenza di temperatura in ingresso e in uscita e il calore rilasciato dalla reazione di attivazione della lega in ogni fase dell'attivazione sono molto coerenti.
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 presenta 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 una quantità leggermente inferiore di impurità nel prodotto finito rispetto ai catalizzatori importati, principalmente a causa del 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 nichel-alluminio a letto fisso
(1) Fusione: la lega di nichel alluminio viene fusa ad alta temperatura e poi colata nella forma desiderata.
(2) Frantumazione: i blocchi di lega vengono frantumati in piccole particelle mediante apparecchiature di frantumazione.
(3) Screening: Screening delle particelle con dimensione delle particelle 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
