יישום זרזים בייצור BDO

BDO, הידוע גם בשם 1,4-בוטנדיול, הוא חומר גלם אורגני בסיסי וכימי עדין חשוב. ניתן להכין BDO בשיטת אצטילן אלדהיד, שיטת אנהידריד מאלאי, שיטת אלכוהול פרופילן ושיטת בוטאדיאן. שיטת האצטילן אלדהיד היא השיטה התעשייתית העיקרית להכנת BDO בשל עלותה ויתרונות התהליך. אצטילן ופורמלדהיד מתעבים תחילה לייצור 1,4-בוטינידיול (BYD), אשר עובר הידרוגן נוסף לקבלת BDO.

תחת לחץ גבוה (13.8~27.6 MPa) ותנאים של 250~350 ℃, אצטילן מגיב עם פורמלדהיד בנוכחות זרז (בדרך כלל קופרו אצטילן וביסמוט על תמיכת סיליקה), ואז 1,4-בוטנדיול הביניים עובר הידרוגן ל-BDO באמצעות זרז ניקל של Raney. המאפיין של השיטה הקלאסית הוא שאין צורך להפריד בין הזרז למוצר, ועלות התפעול נמוכה. עם זאת, לאצטילן יש לחץ חלקי גבוה וסכנת פיצוץ. מקדם הבטיחות של תכנון הכור גבוה עד פי 12-20, והציוד גדול ויקר, מה שמביא להשקעה גבוהה; אצטילן יפמור לייצור פוליאצטילן, אשר מנטרל את הזרז וחוסם את הצינור, וכתוצאה מכך מחזור ייצור מקוצר ותפוקה מופחתת.

בתגובה לחסרונות ולחסרונות של השיטות המסורתיות, ציוד התגובה והזרזים של מערכת התגובה עבר אופטימיזציה להפחתת הלחץ החלקי של אצטילן במערכת התגובה. שיטה זו הייתה בשימוש נרחב הן מקומי והן בינלאומי. במקביל, הסינתזה של BYD מתבצעת באמצעות מיטת בוצה או מיטה תלויה. שיטת האצטילן אלדהיד BYD הידרוגנציה מייצרת BDO, וכיום תהליכי ISP ו-INVISTA הם הנפוצים ביותר בסין.

① סינתזה של בוטינידיול מאצטילן ופורמלדהיד באמצעות זרז נחושת קרבונט

מיושם על החלק הכימי של אצטילן בתהליך ה-BDO ב-INVIDIA, פורמלדהיד מגיב עם אצטילן כדי לייצר 1,4-בוטינידיול תחת פעולתו של זרז נחושת קרבונט. טמפרטורת התגובה היא 83-94 ℃, והלחץ הוא 25-40 kPa. לזרז יש מראה אבקה ירוקה.

② זרז להידרוגנציה של בוטינידיול ל-BDO

קטע ההידרוגנציה של התהליך מורכב משני כורי מיטה קבועה בלחץ גבוה המחוברים בסדרה, כאשר 99% מתגובות ההידרוגנציה הושלמו בכור הראשון. זרזי ההידרוגציה הראשון והשני הם סגסוגות ניקל אלומיניום מופעלות.

מיטה קבועה Renee nickel הוא בלוק סגסוגת ניקל אלומיניום עם גדלי חלקיקים הנעים בין 2-10 מ"מ, חוזק גבוה, עמידות בפני שחיקה טובה, שטח פנים ספציפי גדול, יציבות זרז טובה יותר וחיי שירות ארוכים.

חלקיקי ניקל Raney מצע קבוע שאינם מופעלים הם לבנים אפרפר, ולאחר ריכוז מסוים של שטיפת אלקלי נוזלי, הם הופכים לחלקיקים אפורים שחורים או שחורים, המשמשים בעיקר בכורים עם מיטה קבועה.

① זרז נתמך נחושת לסינתזה של בוטינדיול מאצטילן ופורמלדהיד

תחת פעולתו של זרז ביסמוט נחושת נתמך, פורמלדהיד מגיב עם אצטילן ליצירת 1,4-בוטינידיול, בטמפרטורת תגובה של 92-100 ℃ ולחץ של 85-106 kPa. הזרז מופיע כאבקה שחורה.

② זרז להידרוגנציה של בוטינידיול ל-BDO

תהליך ISP מאמץ שני שלבים של הידרוגנציה. השלב הראשון הוא שימוש בסגסוגת אלומיניום ניקל אבקת כזרז, והידרוגנציה בלחץ נמוך ממירה את BYD ל-BED ו-BDO. לאחר ההפרדה, השלב השני הוא הידרוגנציה בלחץ גבוה באמצעות ניקל טעון כזרז להמרת BED ל-BDO.

זרז הידרוגנציה ראשוני: זרז ניקל Raney אבקת

זרז הידרוגנציה ראשוני: זרז ניקל פודר רני. זרז זה משמש בעיקר בקטע הידרוגנציה בלחץ נמוך של תהליך ISP, להכנת מוצרי BDO. יש לו את המאפיינים של פעילות גבוהה, סלקטיביות טובה, שיעור המרה ומהירות שיקוע מהירה. המרכיבים העיקריים הם ניקל, אלומיניום ומוליבדן.

זרז הידרוגנציה ראשוני: זרז הידרוגנציה אבקת סגסוגת אלומיניום ניקל

הזרז דורש פעילות גבוהה, חוזק גבוה, שיעור המרה גבוה של 1,4-בוטינידיול ופחות תוצרי לוואי.

זרז הידרוגנציה משני

זהו זרז נתמך עם אלומינה כנשא וניקל ונחושת כרכיבים הפעילים. המצב המופחת מאוחסן במים. לזרז חוזק מכני גבוה, אובדן חיכוך נמוך, יציבות כימית טובה וקל להפעלה. חלקיקים בצורת תלתן שחור במראה.

מקרי יישום של זרזים

משמש עבור BYD ליצירת BDO באמצעות הידרוגנציה זרז, המיושמת על יחידת BDO של 100000 טון. שני סטים של כורי מיטה קבועה פועלים בו זמנית, האחד הוא JHG-20308, והשני הוא זרז מיובא.

הקרנה: במהלך ההקרנה של אבקה עדינה, נמצא שהזרז JHG-20308 המיטה הקבועה הפיק פחות אבקה עדינה מהזרז המיובא.

הפעלה: הפעלת זרז מסקנה: תנאי ההפעלה של שני הזרזים זהים. מהנתונים, קצב ההתפלה, הפרש טמפרטורת הכניסה והיציאה ושחרור החום של תגובת ההפעלה של הסגסוגת בכל שלב של הפעלה עקביים מאוד.

טמפרטורה: טמפרטורת התגובה של זרז JHG-20308 אינה שונה משמעותית מזו של זרז מיובא, אך לפי נקודות מדידת הטמפרטורה, לזרז JHG-20308 יש פעילות טובה יותר מזו של זרז מיובא.

זיהומים: מנתוני הזיהוי של תמיסת BDO גולמית בשלב מוקדם של התגובה, ל-JHG-20308 יש מעט פחות זיהומים במוצר המוגמר בהשוואה לזרזים מיובאים, המתבטאים בעיקר בתכולת n-butanol ו-HBA.

בסך הכל, הביצועים של זרז JHG-20308 יציבים, ללא תוצרי לוואי גבוהים ברורים, והביצועים שלו זהים או אפילו טובים יותר מאלו של זרזים מיובאים.

תהליך ייצור של זרז ניקל אלומיניום במיטה קבועה

(1) התכה: סגסוגת אלומיניום ניקל מומסת בטמפרטורה גבוהה ולאחר מכן יצוקה לצורה.

(2) ריסוק: גושי הסגסוגת נמחצים לחלקיקים קטנים באמצעות ציוד ריסוק.

(3) סינון: סינון חלקיקים בעלי גודל חלקיקים מתאים.

(4) הפעלה: בקרת ריכוז וקצב זרימה מסוימים של אלקלי נוזלי כדי להפעיל את החלקיקים במגדל התגובה.

(5) אינדיקטורים לבדיקה: תכולת מתכת, חלוקת גודל החלקיקים, חוזק ריסוק דחיסה, צפיפות בתפזורת וכו'.