יישום זרזים בייצור BDO

BDO, הידוע גם בשם 1,4-בוטנדיול, הוא חומר גלם אורגני וכימי עדין בסיסי חשוב. ניתן להכין BDO באמצעות שיטת אצטילן אלדהיד, שיטת אנהידריד מאלי, שיטת פרופילן אלכוהול ושיטת בוטאדיאן. שיטת אצטילן אלדהיד היא השיטה התעשייתית העיקרית להכנת BDO בשל יתרונותיה מבחינת עלות ותהליך. אצטילן ופורמלדהיד עוברים תחילה עיבוי לייצור 1,4-בוטנדיול (BYD), אשר עובר הידרוגנציה נוספת לקבלת BDO.

תחת לחץ גבוה (13.8~27.6 מגה פסקל) ותנאים של 250~350 מעלות צלזיוס, אצטילן מגיב עם פורמלדהיד בנוכחות זרז (בדרך כלל אצטילן נחושתי וביסמוט על גבי תמיכת סיליקה), ולאחר מכן התוצר הביניים 1,4-בוטינדיול עובר הידרוגנציה ל-BDO באמצעות זרז ניקל רייני. המאפיין של השיטה הקלאסית הוא שאין צורך להפריד בין הזרז לתוצר, ועלות התפעול נמוכה. עם זאת, לאצטילן לחץ חלקי גבוה וסיכון לפיצוץ. מקדם הבטיחות של תכנון הכור גבוה פי 12-20, והציוד גדול ויקר, מה שמצריך השקעה גבוהה; אצטילן יפעל לפילומור לייצור פוליאצטילן, מה שמנטרל את הזרז וחוסם את הצינור, וכתוצאה מכך מחזור הייצור מקוצר והתפוקה מופחתת.

בתגובה לחסרונות ולחסרונות של השיטות המסורתיות, ציוד התגובה והזרזים של מערכת התגובה עברו אופטימיזציה כדי להפחית את הלחץ החלקי של אצטילן במערכת התגובה. שיטה זו נמצאת בשימוש נרחב הן בארץ והן בעולם. במקביל, הסינתזה של BYD מתבצעת באמצעות מצע בוצה או מצע תלוי. שיטת האצטילן אלדהיד, הידרוגנציה של BYD, מייצרת BDO, וכיום תהליכי ISP ו-INVISTA הם הנפוצים ביותר בסין.

① סינתזה של בוטינדיול מאצטילן ופורמלדהיד באמצעות זרז נחושת פחמתי

כאשר מיושם בחלק הכימי של אצטילן בתהליך BDO ב-INVIDIA, פורמלדהיד מגיב עם אצטילן ליצירת 1,4-בוטינדיול תחת פעולת זרז נחושת פחמתי. טמפרטורת התגובה היא 83-94 ℃, והלחץ הוא 25-40 kPa. לזרז מראה אבקה ירוקה.

② זרז להידרוגנציה של בוטינדיול ל-BDO

מקטע ההידרוגנציה של התהליך מורכב משני כורים בעלי מצע קבוע בלחץ גבוה המחוברים בטור, כאשר 99% מתגובות ההידרוגנציה מושלמות בכור הראשון. זרזי ההידרוגנציה הראשון והשני הם סגסוגות ניקל-אלומיניום מופעלות.

ניקל רנה מצע קבוע הוא בלוק מסגסוגת אלומיניום ניקל עם גודל חלקיקים הנעים בין 2 ל-10 מ"מ, חוזק גבוה, עמידות טובה בפני שחיקה, שטח פנים ספציפי גדול, יציבות זרז טובה יותר וחיי שירות ארוכים.

חלקיקי ניקל ראני במיטה קבועה שלא מופעלים הם לבנים אפרפרים, ולאחר ריכוז מסוים של שטיפת אלקלית נוזלית, הם הופכים לחלקיקים שחורים או אפורים שחורים, המשמשים בעיקר בכורים במיטה קבועה.

① זרז נתמך נחושת לסינתזה של בוטינדיול מאצטילן ופורמלדהיד

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

② זרז להידרוגנציה של בוטינדיול ל-BDO

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

זרז הידרוגנציה ראשוני: זרז ניקל רייני אבקה

זרז הידרוגנציה ראשוני: זרז ניקל רני אבקתי. זרז זה משמש בעיקר בחלק ההידרוגנציה בלחץ נמוך של תהליך ISP, להכנת מוצרי BDO. יש לו מאפיינים של פעילות גבוהה, סלקטיביות טובה, שיעור המרה ומהירות שקיעת יתר. המרכיבים העיקריים הם ניקל, אלומיניום ומוליבדן.

זרז הידרוגנציה ראשוני: זרז הידרוגנציה מסגסוגת אלומיניום ניקל אבקה

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

זרז הידרוגנציה משני

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

מקרי יישום של זרזים

משמש עבור BYD לייצור BDO באמצעות הידרוגנציה של זרז, מיושם על יחידת BDO של 100,000 טון. שתי קבוצות של כורים בעלי מצע קבוע פועלות בו זמנית, אחת היא JHG-20308, והשנייה היא זרז מיובא.

סינון: במהלך סינון האבקה הדקה, נמצא כי הזרז בעל המיטה הקבועה JHG-20308 ייצר פחות אבקה דקה בהשוואה לזרז המיובא.

הפעלה: הפעלת זרז מסקנה: תנאי ההפעלה של שני הזרזים זהים. מהנתונים, קצב הדה-לומינציה, הפרש טמפרטורות הכניסה והיציאה ושחרור חום תגובת ההפעלה של הסגסוגת בכל שלב של ההפעלה עקביים מאוד.

טמפרטורה: טמפרטורת התגובה של הזרז JHG-20308 אינה שונה באופן משמעותי מזו של הזרז המיובא, אך לפי נקודות מדידת הטמפרטורה, לזרז JHG-20308 יש פעילות טובה יותר מזו של הזרז המיובא.

זיהומים: מנתוני הגילוי של תמיסת BDO גולמית בשלב המוקדם של התגובה, ל-JHG-20308 יש מעט פחות זיהומים במוצר המוגמר בהשוואה לזרזים מיובאים, דבר המשתקף בעיקר בתכולת ה-n-בוטנול וה-HBA.

בסך הכל, ביצועי הזרז JHG-20308 יציבים, ללא תוצרי לוואי גבוהים ברורים, וביצועיו זהים או אפילו טובים יותר מאלה של זרזים מיובאים.

תהליך ייצור של זרז ניקל אלומיניום במיטה קבועה

(1) התכה: סגסוגת ניקל אלומיניום מותכת בטמפרטורה גבוהה ולאחר מכן יצוקה לצורתה.

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

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

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

(5) מדדי בדיקה: תכולת מתכת, פיזור גודל החלקיקים, חוזק ריסוק דחיסה, צפיפות נפח וכו'.