BDO که با نام ۱،۴-بوتاندیول نیز شناخته می‌شود، یک ماده اولیه مهم آلی و شیمیایی است. BDO را می‌توان از طریق روش استیلن آلدهید، روش مالئیک انیدرید، روش پروپیلن الکل و روش بوتادین تهیه کرد. روش استیلن آلدهید به دلیل هزینه و مزایای فرآیندی، روش اصلی صنعتی برای تهیه BDO است. استیلن و فرمالدئید ابتدا متراکم می‌شوند تا ۱،۴-بوتاندیول (BYD) تولید شود که برای به دست آوردن BDO هیدروژنه می‌شود.
تحت فشار بالا (13.8 تا 27.6 مگاپاسکال) و شرایط 250 تا 350 درجه سانتیگراد، استیلن در حضور کاتالیزور (معمولاً استیلن مس و بیسموت روی پایه سیلیس) با فرمالدئید واکنش می‌دهد و سپس واسطه 1،4-بوتین دیول با استفاده از کاتالیزور نیکل رینی به BDO هیدروژنه می‌شود. ویژگی روش کلاسیک این است که کاتالیزور و محصول نیازی به جداسازی ندارند و هزینه عملیاتی کم است. با این حال، استیلن فشار جزئی بالایی دارد و خطر انفجار وجود دارد. ضریب ایمنی طراحی راکتور به 12 تا 20 برابر می‌رسد و تجهیزات بزرگ و گران هستند که منجر به سرمایه‌گذاری بالا می‌شود. استیلن برای تولید پلی استیلن پلیمریزه می‌شود که کاتالیزور را غیرفعال کرده و خط لوله را مسدود می‌کند و در نتیجه چرخه تولید کوتاه شده و خروجی کاهش می‌یابد.
در پاسخ به کاستی‌ها و نواقص روش‌های سنتی، تجهیزات واکنش و کاتالیزورهای سیستم واکنش بهینه شدند تا فشار جزئی استیلن در سیستم واکنش کاهش یابد. این روش به طور گسترده در داخل و خارج از کشور مورد استفاده قرار گرفته است. در عین حال، سنتز BYD با استفاده از بستر لجن یا بستر معلق انجام می‌شود. روش هیدروژناسیون استیلن آلدهید BYD، BDO تولید می‌کند و در حال حاضر فرآیندهای ISP و INVISTA بیشترین کاربرد را در چین دارند.
① سنتز بوتین دیول از استیلن و فرمالدئید با استفاده از کاتالیزور کربنات مس
در بخش شیمیایی استیلن فرآیند BDO در INVIDIA، فرمالدئید با استیلن واکنش داده و تحت تأثیر کاتالیزور کربنات مس، ۱،۴-بوتین‌دی‌ال تولید می‌کند. دمای واکنش ۸۳-۹۴ درجه سانتیگراد و فشار ۲۵-۴۰ کیلوپاسکال است. کاتالیزور ظاهری پودری سبز رنگ دارد.
② کاتالیزور برای هیدروژناسیون بوتین دیول به BDO
بخش هیدروژناسیون این فرآیند شامل دو راکتور بستر ثابت با فشار بالا است که به صورت سری به هم متصل شده‌اند و ۹۹٪ واکنش‌های هیدروژناسیون در راکتور اول تکمیل می‌شود. کاتالیزورهای هیدروژناسیون اول و دوم، آلیاژهای آلومینیوم نیکل فعال هستند.
نیکل Renee با بستر ثابت، یک بلوک آلیاژ آلومینیوم نیکل با اندازه ذرات بین 2 تا 10 میلی‌متر، استحکام بالا، مقاومت در برابر سایش خوب، سطح ویژه بزرگ، پایداری بهتر کاتالیزور و عمر طولانی است.
ذرات نیکل رینیِ بستر ثابتِ غیرفعال، سفید مایل به خاکستری هستند و پس از غلظت مشخصی از لیچینگ قلیایی مایع، به ذرات سیاه یا خاکستری سیاه تبدیل می‌شوند که عمدتاً در راکتورهای بستر ثابت استفاده می‌شوند.
① کاتالیزور بر پایه مس برای سنتز بوتین دیول از استیلن و فرمالدئید
تحت تأثیر کاتالیزور بیسموت مس، فرمالدئید با استیلن واکنش داده و ۱،۴-بوتین‌دی‌ال تولید می‌کند، در دمای واکنش ۹۲-۱۰۰ درجه سانتیگراد و فشار ۸۵-۱۰۶ کیلوپاسکال. کاتالیزور به صورت پودر سیاه رنگ ظاهر می‌شود.
② کاتالیزور برای هیدروژناسیون بوتین دیول به BDO
فرآیند ISP دو مرحله هیدروژناسیون را اتخاذ می‌کند. مرحله اول با استفاده از آلیاژ آلومینیوم نیکل پودری به عنوان کاتالیزور انجام می‌شود و هیدروژناسیون فشار پایین، BYD را به BED و BDO تبدیل می‌کند. پس از جداسازی، مرحله دوم هیدروژناسیون فشار بالا با استفاده از نیکل بارگذاری شده به عنوان کاتالیزور برای تبدیل BED به BDO است.
کاتالیزور هیدروژناسیون اولیه: کاتالیزور نیکل رینی پودری
کاتالیزور هیدروژناسیون اولیه: کاتالیزور نیکل پودری Raney. این کاتالیزور عمدتاً در بخش هیدروژناسیون فشار پایین فرآیند ISP، برای تهیه محصولات BDO استفاده می‌شود. این کاتالیزور دارای ویژگی‌های فعالیت بالا، گزینش‌پذیری خوب، نرخ تبدیل و سرعت ته‌نشینی سریع است. اجزای اصلی آن نیکل، آلومینیوم و مولیبدن هستند.
کاتالیزور هیدروژناسیون اولیه: کاتالیزور هیدروژناسیون آلیاژ آلومینیوم نیکل پودری
این کاتالیزور به فعالیت بالا، استحکام بالا، نرخ تبدیل بالای ۱،۴-بوتین‌دی‌ال و محصولات جانبی کمتر نیاز دارد.
کاتالیزور هیدروژناسیون ثانویه
این یک کاتالیزور پایه‌دار با آلومینا به عنوان حامل و نیکل و مس به عنوان اجزای فعال است. حالت احیا شده در آب ذخیره می‌شود. این کاتالیزور دارای استحکام مکانیکی بالا، افت اصطکاک کم، پایداری شیمیایی خوب و فعال‌سازی آسان است. از نظر ظاهری ذراتی به شکل شبدر سیاه دارد.
موارد کاربرد کاتالیزورها
مورد استفاده برای BYD برای تولید BDO از طریق هیدروژناسیون کاتالیزور، اعمال شده به یک واحد 100000 تنی BDO. دو مجموعه راکتور بستر ثابت به طور همزمان در حال کار هستند، یکی JHG-20308 و دیگری کاتالیزور وارداتی.
غربالگری: در طول غربالگری پودر نرم، مشخص شد که کاتالیزور بستر ثابت JHG-20308 پودر نرم کمتری نسبت به کاتالیزور وارداتی تولید می‌کند.
فعال‌سازی: فعال‌سازی کاتالیزور نتیجه‌گیری: شرایط فعال‌سازی دو کاتالیزور یکسان است. از داده‌ها، نرخ آلومینیوم‌زدایی، اختلاف دمای ورودی و خروجی و گرمای آزاد شده از واکنش فعال‌سازی آلیاژ در هر مرحله از فعال‌سازی بسیار سازگار است.
دما: دمای واکنش کاتالیزور JHG-20308 تفاوت قابل توجهی با کاتالیزور وارداتی ندارد، اما با توجه به نقاط اندازه‌گیری دما، کاتالیزور JHG-20308 فعالیت بهتری نسبت به کاتالیزور وارداتی دارد.
ناخالصی‌ها: از داده‌های تشخیص محلول خام BDO در مراحل اولیه واکنش، JHG-20308 در مقایسه با کاتالیزورهای وارداتی، ناخالصی‌های کمتری در محصول نهایی دارد که عمدتاً در محتوای n-butanol و HBA منعکس شده است.
به طور کلی، عملکرد کاتالیزور JHG-20308 پایدار است، بدون هیچ محصول جانبی بالایی، و عملکرد آن اساساً مشابه یا حتی بهتر از کاتالیزورهای وارداتی است.
فرآیند تولید کاتالیزور آلومینیوم نیکل با بستر ثابت
(1) ذوب: آلیاژ آلومینیوم نیکل در دمای بالا ذوب شده و سپس به شکل مورد نظر ریخته‌گری می‌شود.
(2) خرد کردن: بلوک‌های آلیاژی از طریق تجهیزات خردکن به ذرات کوچک خرد می‌شوند.
(3) غربالگری: غربالگری ذرات با اندازه ذرات واجد شرایط.
(4) فعال‌سازی: غلظت و سرعت جریان مشخصی از قلیای مایع را کنترل کنید تا ذرات موجود در برج واکنش فعال شوند.
(5) شاخص‌های بازرسی: محتوای فلز، توزیع اندازه ذرات، مقاومت فشاری، چگالی ظاهری و غیره
زمان ارسال: ۱۱ سپتامبر ۲۰۲۳
