El BDO, también conocido como 1,4-butanodiol, es una importante materia prima orgánica básica y de química fina. El BDO se puede preparar mediante el método del acetileno aldehído, el método del anhídrido maleico, el método del alcohol de propileno y el método del butadieno. El método del acetileno aldehído es el principal método industrial para la preparación de BDO debido a sus ventajas en cuanto a costo y proceso. El acetileno y el formaldehído se condensan primero para producir 1,4-butinodiol (BYD), que posteriormente se hidrogena para obtener BDO.
A alta presión (13,8-27,6 MPa) y en condiciones de 250-350 ℃, el acetileno reacciona con formaldehído en presencia de un catalizador (generalmente acetileno cuproso y bismuto sobre un soporte de sílice), y luego el intermedio 1,4-butinodiol se hidrogena a BDO utilizando un catalizador de níquel Raney. La característica del método clásico es que no es necesario separar el catalizador y el producto, y el costo operativo es bajo. Sin embargo, el acetileno tiene una presión parcial alta y un riesgo de explosión. El factor de seguridad del diseño del reactor es tan alto como 12-20 veces, y el equipo es grande y costoso, lo que resulta en una alta inversión; el acetileno se polimerizará para producir poliacetileno, que desactiva el catalizador y bloquea la tubería, lo que resulta en un ciclo de producción acortado y una reducción de la producción.
En respuesta a las deficiencias de los métodos tradicionales, se optimizaron los equipos de reacción y los catalizadores del sistema para reducir la presión parcial de acetileno. Este método se ha utilizado ampliamente tanto a nivel nacional como internacional. Asimismo, la síntesis de BYD se realiza mediante un lecho de lodos o un lecho suspendido. La hidrogenación de BYD mediante el método de acetileno-aldehído produce BDO, y actualmente los procesos ISP e INVISTA son los más utilizados en China.
① Síntesis de butinodiol a partir de acetileno y formaldehído utilizando como catalizador carbonato de cobre
Aplicado a la sección química de acetileno del proceso BDO en INVIDIA, el formaldehído reacciona con acetileno para producir 1,4-butinodiol mediante un catalizador de carbonato de cobre. La temperatura de reacción es de 83-94 °C y la presión, de 25-40 kPa. El catalizador presenta un aspecto de polvo verde.
② Catalizador para la hidrogenación de butinodiol a BDO
La sección de hidrogenación del proceso consta de dos reactores de lecho fijo de alta presión conectados en serie. El 99 % de las reacciones de hidrogenación se completan en el primer reactor. Los catalizadores de hidrogenación primero y segundo son aleaciones de níquel y aluminio activadas.
El níquel Renee de lecho fijo es un bloque de aleación de níquel y aluminio con tamaños de partículas que varían de 2 a 10 mm, alta resistencia, buena resistencia al desgaste, gran área de superficie específica, mejor estabilidad del catalizador y larga vida útil.
Las partículas de níquel Raney de lecho fijo no activado son de color blanco grisáceo y, después de una cierta concentración de lixiviación alcalina líquida, se convierten en partículas negras o gris negruzcas, utilizadas principalmente en reactores de lecho fijo.
① Catalizador soportado en cobre para la síntesis de butinodiol a partir de acetileno y formaldehído
Bajo la acción de un catalizador de cobre y bismuto soportado, el formaldehído reacciona con acetileno para generar 1,4-butinodiol, a una temperatura de reacción de 92-100 °C y una presión de 85-106 kPa. El catalizador se presenta como un polvo negro.
② Catalizador para la hidrogenación de butinodiol a BDO
El proceso ISP utiliza dos etapas de hidrogenación. La primera etapa utiliza una aleación de níquel y aluminio en polvo como catalizador, y la hidrogenación a baja presión convierte el BYD en BED y BDO. Tras la separación, la segunda etapa consiste en la hidrogenación a alta presión utilizando níquel cargado como catalizador para convertir el BED en BDO.
Catalizador de hidrogenación primaria: catalizador de níquel Raney en polvo
Catalizador de hidrogenación primaria: Catalizador de níquel Raney en polvo. Este catalizador se utiliza principalmente en la sección de hidrogenación a baja presión del proceso ISP para la preparación de productos de BDO. Se caracteriza por su alta actividad, buena selectividad, tasa de conversión y alta velocidad de sedimentación. Sus principales componentes son níquel, aluminio y molibdeno.
Catalizador de hidrogenación primaria: catalizador de hidrogenación de aleación de níquel y aluminio en polvo.
El catalizador requiere alta actividad, alta resistencia, alta tasa de conversión de 1,4-butinodiol y menos subproductos.
Catalizador de hidrogenación secundaria
Es un catalizador soportado con alúmina como portador y níquel y cobre como componentes activos. El estado reducido se almacena en agua. El catalizador presenta alta resistencia mecánica, baja pérdida por fricción, buena estabilidad química y es fácil de activar. Presenta partículas con forma de trébol negro.
Casos de aplicación de catalizadores
Utilizado por BYD para generar BDO mediante hidrogenación catalítica, aplicado a una unidad de BDO de 100.000 toneladas. Dos conjuntos de reactores de lecho fijo operan simultáneamente: uno con catalizador JHG-20308 y el otro con catalizador importado.
Cribado: Durante el cribado de polvo fino, se descubrió que el catalizador de lecho fijo JHG-20308 producía menos polvo fino que el catalizador importado.
Activación: Conclusión sobre la activación del catalizador: Las condiciones de activación de ambos catalizadores son las mismas. Según los datos, la tasa de desaluminación, la diferencia de temperatura de entrada y salida, y la liberación de calor de la reacción de activación de la aleación en cada etapa de activación son muy consistentes.
Temperatura: La temperatura de reacción del catalizador JHG-20308 no es significativamente diferente de la del catalizador importado, pero según los puntos de medición de temperatura, el catalizador JHG-20308 tiene una mejor actividad que el catalizador importado.
Impurezas: A partir de los datos de detección de la solución cruda de BDO en la etapa temprana de la reacción, JHG-20308 tiene ligeramente menos impurezas en el producto terminado en comparación con los catalizadores importados, lo que se refleja principalmente en el contenido de n-butanol y HBA.
En general, el rendimiento del catalizador JHG-20308 es estable, sin subproductos altos evidentes y su rendimiento es básicamente el mismo o incluso mejor que el de los catalizadores importados.
Proceso de producción de catalizador de níquel-aluminio de lecho fijo
(1) Fundición: La aleación de níquel y aluminio se funde a alta temperatura y luego se le da forma.
(2) Trituración: Los bloques de aleación se trituran en pequeñas partículas a través de un equipo de trituración.
(3) Cribado: Cribado de partículas con tamaño de partícula calificado.
(4) Activación: Controlar una determinada concentración y caudal de álcali líquido para activar las partículas en la torre de reacción.
(5) Indicadores de inspección: contenido de metal, distribución del tamaño de partículas, resistencia al aplastamiento por compresión, densidad aparente, etc.
Hora de publicación: 11 de septiembre de 2023
