El BDO, también conocido como 1,4-butanodiol, es una importante materia prima básica para la industria química orgánica y de productos químicos finos. El BDO se puede preparar mediante los métodos de aldehído de acetileno, anhídrido maleico, alcohol propilenglicol y butadieno. El método de aldehído de acetileno 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 para producir 1,4-butinodiol (BYD), que posteriormente se hidrogena para obtener BDO.
Bajo alta presión (13,8~27,6 MPa) y 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 el catalizador y el producto no necesitan separarse, y el costo operativo es bajo. Sin embargo, el acetileno tiene una alta presión parcial y 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 polimeriza para producir poliacetileno, lo que desactiva el catalizador y obstruye la tubería, resultando en un ciclo de producción más corto y una producción reducida.
En respuesta a las deficiencias de los métodos tradicionales, se optimizaron los equipos y catalizadores del sistema de reacción 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 lleva a cabo 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 un catalizador de 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 bajo la acción de un catalizador de carbonato de cobre. La temperatura de reacción es de 83-94 °C y la presión de 25-40 kPa. El catalizador tiene una apariencia 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, donde el 99% de las reacciones de hidrogenación se completan en el primer reactor. Los catalizadores de hidrogenación utilizados son aleaciones de níquel-aluminio activadas.
El bloque de níquel Renee de lecho fijo es una aleación de níquel y aluminio con tamaños de partícula que oscilan entre 2 y 10 mm, alta resistencia, buena resistencia al desgaste, gran superficie específica, mejor estabilidad del catalizador y larga vida útil.
Las partículas de níquel Raney no activadas en lecho fijo son de color blanco grisáceo, y tras una cierta concentración de lixiviación con álcali líquido, 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-bismuto soportado, el formaldehído reacciona con el acetileno para generar 1,4-butinodiol, a una temperatura de reacción de 92-100 ℃ 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 consta de dos etapas de hidrogenación. La primera etapa utiliza una aleación de níquel-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 una 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 etapa de hidrogenación a baja presión del proceso ISP para la preparación de productos BDO. Se caracteriza por su alta actividad, buena selectividad, elevada tasa de conversión y rápida sedimentación. Sus componentes principales son níquel, aluminio y molibdeno.
Catalizador de hidrogenación primario: catalizador de hidrogenación de aleación de níquel y aluminio en polvo
El catalizador requiere alta actividad, alta fuerza, alta tasa de conversión de 1,4-butinodiol y pocos subproductos.
Catalizador de hidrogenación secundaria
Se trata de un catalizador soportado con alúmina como soporte 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. Sus partículas tienen forma de trébol negro.
Casos de aplicación de catalizadores
BYD utiliza este sistema para generar BDO mediante hidrogenación catalítica, aplicado a una planta de producción de BDO de 100 000 toneladas. Dos reactores de lecho fijo operan simultáneamente: uno utiliza el catalizador JHG-20308 y el otro, un catalizador importado.
Análisis: Durante el análisis del polvo fino, se observó 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 velocidad de dealuminación, la diferencia de temperatura entre la entrada y la 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 difiere significativamente de la del catalizador importado, pero según los puntos de medición de temperatura, el catalizador JHG-20308 tiene mejor actividad que el catalizador importado.
Impurezas: Según los datos de detección de la solución cruda de BDO en la etapa inicial de la reacción, JHG-20308 tiene un contenido ligeramente menor de impurezas en el producto final 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 elevados evidentes, y su rendimiento es básicamente el mismo o incluso mejor que el de los catalizadores importados.
Proceso de producción del catalizador de níquel-aluminio de lecho fijo
(1) Fundición: La aleación de níquel y aluminio se funde a alta temperatura y luego se moldea dándole forma.
(2) Trituración: Los bloques de aleación se trituran en partículas pequeñas mediante equipos 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 partícula, resistencia a la compresión, densidad aparente, etc.
Fecha de publicación: 11 de septiembre de 2023
