استخدام المحفزات في إنتاج BDO

يُعدّ BDO، المعروف أيضًا باسم 1،4-بيوتانيديول، مادة خام عضوية أساسية وكيميائية دقيقة مهمة. يمكن تحضير BDO باستخدام طريقة ألدهيد الأسيتيلين، وطريقة أنهيدريد الماليك، وطريقة كحول البروبيلين، وطريقة البيوتاديين. تُعد طريقة ألدهيد الأسيتيلين الطريقة الصناعية الرئيسية لتحضير BDO نظرًا لانخفاض تكلفتها ومزاياها العملية. يُكثّف الأسيتيلين والفورمالديهايد أولًا لإنتاج 1،4-بيوتانيديول (BYD)، والذي يُهدرج لاحقًا للحصول على BDO.

تحت ضغط عالٍ (13.8~27.6 ميجا باسكال) ودرجة حرارة تتراوح بين 250~350 درجة مئوية، يتفاعل الأسيتيلين مع الفورمالديهايد بوجود محفز (عادةً ما يكون الأسيتيلين النحاسي والبزموت على دعامة سيليكا)، ثم يُهدرج المركب الوسيط 1،4-بيوتين ديول إلى BDO باستخدام محفز راني نيكل. تتميز الطريقة التقليدية بعدم الحاجة إلى فصل المحفز عن المنتج، وانخفاض تكلفة التشغيل. ومع ذلك، يتميز الأسيتيلين بضغط جزئي مرتفع وخطر انفجار. يصل عامل الأمان في تصميم المفاعل إلى 12-20 ضعفًا، كما أن المعدات كبيرة ومكلفة، مما يؤدي إلى استثمار مرتفع؛ سيتبلمر الأسيتيلين لإنتاج البولي أسيتيلين، مما يُعطل المحفز ويسد خط الأنابيب، مما يؤدي إلى تقصير دورة الإنتاج وانخفاض الإنتاج.

لمعالجة عيوب الطرق التقليدية، تم تحسين معدات التفاعل ومحفزاته لتقليل الضغط الجزئي للأسيتيلين في نظام التفاعل. وقد استُخدمت هذه الطريقة على نطاق واسع محليًا ودوليًا. في الوقت نفسه، يتم تصنيع BYD باستخدام طبقة من الحمأة أو طبقة معلقة. تُنتج طريقة هدرجة ألدهيد الأسيتيلين في BYD BDO، وتُعدّ عمليتا ISP وINVISTA حاليًا الأكثر استخدامًا في الصين.

① تخليق البيوتين ديول من الأسيتيلين والفورمالديهايد باستخدام حفاز كربونات النحاس

عند تطبيقه على القسم الكيميائي للأسيتيلين في عملية BDO في شركة INVIDIA، يتفاعل الفورمالديهايد مع الأسيتيلين لإنتاج 1،4-بيوتين ديول تحت تأثير محفز كربونات النحاس. تتراوح درجة حرارة التفاعل بين 83 و94 درجة مئوية، ويتراوح الضغط بين 25 و40 كيلو باسكال. يتميز المحفز بمسحوق أخضر اللون.

② محفز لهدرجة البيوتينيديول إلى BDO

يتكون قسم الهدرجة من العملية من مفاعلين ثابتين عاليي الضغط متصلين على التوالي، حيث تُنجز 99% من تفاعلات الهدرجة في المفاعل الأول. أما حافزا الهدرجة الأول والثاني فهما من سبائك النيكل والألومنيوم المنشطة.

سرير ثابت Renee nickel هو عبارة عن كتلة من سبائك النيكل والألومنيوم ذات أحجام جزيئات تتراوح من 2-10 مم، وقوة عالية، ومقاومة جيدة للتآكل، ومساحة سطح كبيرة محددة، واستقرار أفضل للمحفز، وعمر خدمة طويل.

تكون جزيئات نيكل راني غير النشطة ذات السرير الثابت بيضاء رمادية اللون، وبعد تركيز معين من الاستخلاص بالقلويات السائلة، تصبح جزيئات سوداء أو رمادية سوداء، وتستخدم بشكل رئيسي في مفاعلات السرير الثابت.

① محفز مدعوم بالنحاس لتخليق البيوتينيديول من الأسيتيلين والفورمالديهايد

تحت تأثير محفز بزموت النحاس المدعوم، يتفاعل الفورمالديهايد مع الأسيتيلين لتكوين 1،4-بيوتينيديول، عند درجة حرارة تفاعل تتراوح بين 92 و100 درجة مئوية وضغط يتراوح بين 85 و106 كيلو باسكال. يظهر المحفز على شكل مسحوق أسود.

② محفز لهدرجة البيوتينيديول إلى BDO

تعتمد عملية ISP على مرحلتين من الهدرجة. المرحلة الأولى هي استخدام سبائك النيكل والألومنيوم المسحوقة كمحفز، وتُحوّل الهدرجة منخفضة الضغط BYD إلى BED وBDO. بعد الفصل، تُجرى المرحلة الثانية وهي الهدرجة عالية الضغط باستخدام النيكل المحمّل كمحفز لتحويل BED إلى BDO.

محفز الهدرجة الأساسي: محفز نيكل راني المسحوق

محفز الهدرجة الأساسي: محفز نيكل راني مسحوق. يُستخدم هذا المحفز بشكل رئيسي في قسم الهدرجة منخفضة الضغط ضمن عملية ISP، لتحضير منتجات BDO. يتميز بنشاط عالٍ، وانتقائية عالية، ومعدل تحويل، وسرعة ترسيب عالية. مكوناته الرئيسية هي النيكل، والألمنيوم، والموليبدينوم.

محفز الهدرجة الأساسي: محفز الهدرجة المصنوع من سبائك النيكل والألومنيوم المسحوق

يتطلب المحفز نشاطًا عاليًا وقوة عالية ومعدل تحويل مرتفع لـ 1،4-بيوتينيديول ومنتجات ثانوية أقل.

محفز الهدرجة الثانوي

هو محفز مُدعّم، يتكون من الألومينا كحامل، والنيكل والنحاس كمكونين فعالين. تُخزّن الحالة المختزلة في الماء. يتميز المحفز بقوة ميكانيكية عالية، وخسارة احتكاك منخفضة، وثبات كيميائي جيد، وسهولة في التنشيط. له جسيمات على شكل نبات البرسيم الأسود.

حالات تطبيقية للمحفزات

يُستخدم في شركة BYD لتوليد BDO من خلال هدرجة المحفز، ويُطبّق على وحدة BDO بسعة 100,000 طن. يعمل مفاعلان ثابتان في آنٍ واحد، أحدهما JHG-20308 والآخر محفز مستورد.

الفحص: أثناء فحص المسحوق الناعم، وجد أن محفز السرير الثابت JHG-20308 أنتج مسحوقًا ناعمًا أقل من المحفز المستورد.

التنشيط: تنشيط المحفز. الاستنتاج: ظروف تنشيط المحفزين متماثلة. تشير البيانات إلى ثبات معدل إزالة الألومينيوم، واختلاف درجة حرارة المدخل والمخرج، وحرارة تفاعل التنشيط المُطلقة للسبائك في كل مرحلة من مراحل التنشيط.

درجة الحرارة: لا تختلف درجة حرارة تفاعل محفز JHG-20308 بشكل كبير عن درجة حرارة المحفز المستورد، ولكن وفقًا لنقاط قياس درجة الحرارة، فإن محفز JHG-20308 يتمتع بنشاط أفضل من المحفز المستورد.

الشوائب: من بيانات الكشف عن محلول BDO الخام في المرحلة المبكرة من التفاعل، يحتوي JHG-20308 على شوائب أقل قليلاً في المنتج النهائي مقارنة بالحفازات المستوردة، وهو ما ينعكس بشكل أساسي في محتوى n-butanol وHBA.

بشكل عام، فإن أداء محفز JHG-20308 مستقر، ولا يحتوي على منتجات ثانوية عالية واضحة، كما أن أداءه هو نفسه بشكل أساسي أو حتى أفضل من أداء المحفزات المستوردة.

عملية إنتاج محفز النيكل والألومنيوم ذو السرير الثابت

(1) الصهر: يتم صهر سبائك النيكل والألومنيوم في درجة حرارة عالية ثم صبها في الشكل.

(2) التكسير: يتم سحق كتل السبائك إلى جزيئات صغيرة من خلال معدات التكسير.

(3) الفرز: فرز الجسيمات ذات حجم الجسيمات المؤهل.

(4) التنشيط: التحكم في تركيز معين ومعدل تدفق القلوي السائل لتنشيط الجسيمات في برج التفاعل.

(5) مؤشرات التفتيش: محتوى المعدن، وتوزيع حجم الجسيمات، وقوة السحق الانضغاطي، والكثافة الظاهرية، وما إلى ذلك.