การประยุกต์ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาในการผลิต BDO

BDO หรือที่รู้จักกันในชื่อ 1,4-บิวทานไดออล เป็นสารอินทรีย์พื้นฐานที่สำคัญและเป็นสารเคมีละเอียด สามารถเตรียม BDO ได้โดยใช้วิธีอะเซทิลีนอัลดีไฮด์ วิธีมาลิกแอนไฮไดรด์ วิธีโพรพิลีนแอลกอฮอล์ และวิธีบิวทาไดอีน วิธีอะเซทิลีนอัลดีไฮด์เป็นวิธีหลักในอุตสาหกรรมในการเตรียม BDO เนื่องจากมีต้นทุนและข้อได้เปรียบด้านกระบวนการ อะเซทิลีนและฟอร์มาลดีไฮด์จะถูกควบแน่นก่อนเพื่อผลิต 1,4-บิวทานไดออล (BYD) ซึ่งจะถูกไฮโดรจิเนตเพิ่มเติมเพื่อให้ได้ BDO

ภายใต้แรงดันสูง (13.8~27.6 MPa) และสภาวะ 250~350 ℃ อะเซทิลีนจะทำปฏิกิริยากับฟอร์มาลดีไฮด์ในสถานะที่มีตัวเร่งปฏิกิริยา (โดยปกติคืออะเซทิลีนคอปเปอร์และบิสมัทบนตัวรองรับซิลิกา) จากนั้น 1,4-บิวไทน์ไดออลตัวกลางจะถูกไฮโดรจิเนตเป็น BDO โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยานิกเกิล Raney ลักษณะเฉพาะของวิธีคลาสสิกคือไม่จำเป็นต้องแยกตัวเร่งปฏิกิริยาและผลิตภัณฑ์ และต้นทุนการดำเนินงานก็ต่ำ อย่างไรก็ตาม อะเซทิลีนมีความดันบางส่วนสูงและมีความเสี่ยงต่อการระเบิด ปัจจัยด้านความปลอดภัยของการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์สูงถึง 12-20 เท่า และอุปกรณ์มีขนาดใหญ่และมีราคาแพง ส่งผลให้ต้องลงทุนสูง อะเซทิลีนจะเกิดการโพลีเมอไรเซชันเพื่อผลิตโพลีอะเซทิลีน ซึ่งจะทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยาไม่ทำงานและอุดตันท่อ ส่งผลให้รอบการผลิตสั้นลงและผลผลิตลดลง

เพื่อตอบสนองต่อข้อบกพร่องและข้อบกพร่องของวิธีการแบบดั้งเดิม อุปกรณ์ปฏิกิริยาและตัวเร่งปฏิกิริยาของระบบปฏิกิริยาได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อลดความดันบางส่วนของอะเซทิลีนในระบบปฏิกิริยา วิธีนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายทั้งในประเทศและต่างประเทศ ในเวลาเดียวกัน การสังเคราะห์ BYD ดำเนินการโดยใช้ชั้นตะกอนหรือชั้นแขวนลอย วิธีการไฮโดรจิเนชันอะเซทิลีนอัลดีไฮด์ของ BYD ผลิต BDO และปัจจุบันกระบวนการ ISP และ INVISTA เป็นกระบวนการที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในจีน

① การสังเคราะห์บิวไทน์ไดออลจากอะเซทิลีนและฟอร์มาลดีไฮด์โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาคอปเปอร์คาร์บอเนต

เมื่อนำไปใช้กับส่วนเคมีอะเซทิลีนของกระบวนการ BDO ใน INVIDIA ฟอร์มาลดีไฮด์จะทำปฏิกิริยากับอะเซทิลีนเพื่อผลิต 1,4-บิวไทน์ไดออลภายใต้การทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยาคอปเปอร์คาร์บอเนต อุณหภูมิปฏิกิริยาคือ 83-94 ℃ และความดันคือ 25-40 kPa ตัวเร่งปฏิกิริยาจะมีลักษณะเป็นผงสีเขียว

② ตัวเร่งปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันของบิวไทน์ไดออลเป็น BDO

ส่วนไฮโดรจิเนชันของกระบวนการประกอบด้วยเครื่องปฏิกรณ์แบบเตียงคงที่แรงดันสูงสองเครื่องที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม โดยปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชัน 99% เสร็จสมบูรณ์ในเครื่องปฏิกรณ์เครื่องแรก ตัวเร่งปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันตัวแรกและตัวที่สองเป็นโลหะผสมนิกเกิลอะลูมิเนียมที่เปิดใช้งานแล้ว

เตียงคงที่ Renee นิกเกิลเป็นบล็อกโลหะผสมนิกเกิลอลูมิเนียมที่มีขนาดอนุภาคตั้งแต่ 2-10 มม. มีความแข็งแรงสูง ทนต่อการสึกหรอดี พื้นที่ผิวเฉพาะขนาดใหญ่ มีเสถียรภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาที่ดีขึ้น และอายุการใช้งานยาวนาน

อนุภาคนิกเกิล Raney ในชั้นคงที่ที่ยังไม่ได้เปิดใช้งานจะมีสีขาวเทา และหลังจากการชะล้างด้วยด่างเหลวในความเข้มข้นระดับหนึ่งแล้ว อนุภาคเหล่านี้จะกลายเป็นอนุภาคสีดำหรือสีเทาดำ ซึ่งส่วนใหญ่ใช้ในเครื่องปฏิกรณ์แบบชั้นคงที่

① ตัวเร่งปฏิกิริยาที่รองรับด้วยทองแดงสำหรับการสังเคราะห์บิวไทน์ไดออลจากอะเซทิลีนและฟอร์มาลดีไฮด์

ภายใต้การทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยาคอปเปอร์บิสมัทที่รองรับ ฟอร์มาลดีไฮด์จะทำปฏิกิริยากับอะเซทิลีนเพื่อสร้าง 1,4-บิวไทน์ไดออล ที่อุณหภูมิปฏิกิริยา 92-100 ℃ และความดัน 85-106 kPa ตัวเร่งปฏิกิริยาจะปรากฏเป็นผงสีดำ

② ตัวเร่งปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันของบิวไทน์ไดออลเป็น BDO

กระบวนการ ISP ใช้ไฮโดรจิเนชัน 2 ขั้นตอน ขั้นตอนแรกใช้ผงโลหะผสมนิกเกิลและอะลูมิเนียมเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา และไฮโดรจิเนชันความดันต่ำจะเปลี่ยน BYD ให้เป็น BED และ BDO หลังจากแยกแล้ว ขั้นตอนที่สองคือไฮโดรจิเนชันความดันสูงโดยใช้นิกเกิลที่มีสารเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อเปลี่ยน BED ให้เป็น BDO

ตัวเร่งปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันหลัก: ตัวเร่งปฏิกิริยานิกเกิล Raney แบบผง

ตัวเร่งปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันหลัก: ตัวเร่งปฏิกิริยานิกเกิลแบบผง Raney ตัวเร่งปฏิกิริยานี้ใช้ส่วนใหญ่ในส่วนไฮโดรจิเนชันความดันต่ำของกระบวนการ ISP เพื่อเตรียมผลิตภัณฑ์ BDO มีลักษณะเด่นคือมีกิจกรรมสูง มีการคัดเลือกที่ดี มีอัตราการแปลง และความเร็วในการตกตะกอนที่รวดเร็ว ส่วนประกอบหลักได้แก่ นิกเกิล อะลูมิเนียม และโมลิบดีนัม

ตัวเร่งปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันหลัก: ตัวเร่งปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันโลหะผสมนิกเกิลและอลูมิเนียมแบบผง

ตัวเร่งปฏิกิริยาต้องใช้กิจกรรมที่สูง ความแข็งแรงสูง อัตราการแปลงที่สูงของ 1,4-บิวไทน์ไดออล และผลพลอยได้ที่น้อยกว่า

ตัวเร่งปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันรอง

เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีอะลูมินาเป็นตัวพาและมีนิกเกิลและทองแดงเป็นส่วนประกอบที่ใช้งาน สถานะที่ลดลงจะถูกเก็บไว้ในน้ำ ตัวเร่งปฏิกิริยามีความแข็งแรงทางกลสูง การสูญเสียแรงเสียดทานต่ำ มีเสถียรภาพทางเคมีที่ดี และเปิดใช้งานได้ง่าย มีลักษณะเป็นอนุภาครูปดอกโคลเวอร์สีดำ

กรณีการใช้งานของตัวเร่งปฏิกิริยา

ใช้สำหรับ BYD เพื่อสร้าง BDO ผ่านไฮโดรจิเนชันของตัวเร่งปฏิกิริยา โดยนำไปใช้กับหน่วย BDO ขนาด 100,000 ตัน เครื่องปฏิกรณ์แบบเตียงคงที่สองชุดทำงานพร้อมกัน ชุดหนึ่งคือ JHG-20308 และอีกชุดหนึ่งเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่นำเข้า

การคัดกรอง: ในระหว่างการคัดกรองผงละเอียด พบว่าตัวเร่งปฏิกิริยาแบบเตียงคงที่ JHG-20308 ผลิตผงละเอียดน้อยกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่นำเข้า

การกระตุ้น: การกระตุ้นตัวเร่งปฏิกิริยา สรุป: เงื่อนไขการกระตุ้นของตัวเร่งปฏิกิริยาทั้งสองนั้นเหมือนกัน จากข้อมูล อัตราการดีอะลูมิเนชัน ความแตกต่างของอุณหภูมิทางเข้าและทางออก และการปล่อยความร้อนจากปฏิกิริยาการกระตุ้นของโลหะผสมในแต่ละขั้นตอนการกระตุ้นนั้นมีความสอดคล้องกันมาก

อุณหภูมิ: อุณหภูมิปฏิกิริยาของตัวเร่งปฏิกิริยา JHG-20308 ไม่แตกต่างอย่างมีนัยสำคัญจากตัวเร่งปฏิกิริยาที่นำเข้า แต่ตามจุดวัดอุณหภูมิ ตัวเร่งปฏิกิริยา JHG-20308 มีกิจกรรมที่ดีกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่นำเข้า

สิ่งเจือปน: จากข้อมูลการตรวจจับสารละลายน้ำมันดิบ BDO ในระยะเริ่มต้นของปฏิกิริยา พบว่า JHG-20308 มีสิ่งเจือปนน้อยกว่าเล็กน้อยในผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปเมื่อเทียบกับตัวเร่งปฏิกิริยาที่นำเข้า โดยสะท้อนให้เห็นเป็นหลักในเนื้อหาของ n-butanol และ HBA

โดยรวมแล้ว ประสิทธิภาพของตัวเร่งปฏิกิริยา JHG-20308 มีเสถียรภาพ โดยไม่มีผลพลอยได้สูงที่ชัดเจน และประสิทธิภาพโดยพื้นฐานแล้วเหมือนหรือดีกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่นำเข้าด้วยซ้ำ

กระบวนการผลิตตัวเร่งปฏิกิริยาแบบนิเกิลอะลูมิเนียมแบบเตียงคงที่

(1) การหลอม: โลหะผสมนิกเกิลและอลูมิเนียมจะถูกหลอมที่อุณหภูมิสูงแล้วจึงนำไปหล่อเป็นรูปร่าง

(2) การบด: บล็อกโลหะผสมจะถูกบดให้เป็นอนุภาคเล็กๆ ผ่านอุปกรณ์บด

(3) การคัดกรอง: คัดกรองอนุภาคที่มีขนาดอนุภาคที่มีคุณสมบัติ

(4) การกระตุ้น: ควบคุมความเข้มข้นและอัตราการไหลของของเหลวอัลคาไลเพื่อกระตุ้นอนุภาคในหอปฏิกิริยา

(5) ตัวบ่งชี้การตรวจสอบ: ปริมาณโลหะ การกระจายขนาดอนุภาค ความแข็งแรงในการบดอัด ความหนาแน่นรวม ฯลฯ