BDO製造における触媒の応用

1,4-ブタンジオールとしても知られる BDO は、重要な基本的な有機およびファインケミカル原料です。BDOは、アセチレンアルデヒド法、無水マレイン酸法、プロピレンアルコール法、ブタジエン法などにより製造できます。アセチレンアルデヒド法は、コストとプロセスの利点により、BDO を製造するための主要な工業的方法です。アセチレンとホルムアルデヒドはまず縮合して 1,4-ブチンジオール (BYD) を生成し、これをさらに水素化して BDO が得られます。

高圧（13.8～27.6 MPa）および250～350℃の条件下で、触媒（通常はシリカ担体上の第一銅アセチレンとビスマス）の存在下でアセチレンとホルムアルデヒドを反応させ、中間体1,4-ブチンジオールを水素化します。ラネーニッケル触媒を使用して BDO に変換します。古典的方法の特徴は、触媒と生成物を分離する必要がなく、運転コストが低いことです。しかし、アセチレンは分圧が高く、爆発の危険性があります。原子炉設計の安全率は 12 ～ 20 倍と高く、装置は大型で高価であるため、多額の投資が必要です。アセチレンが重合してポリアセチレンが生成されると、触媒が失活してパイプラインが詰まり、その結果、生産サイクルが短縮され、生産量が減少します。

従来法の欠点や欠点を解決するため、反応装置や反応系の触媒を最適化し、反応系内のアセチレン分圧を低減しました。この方法は国内外で広く使用されています。同時に、BYDの合成は汚泥床または懸濁床を使用して実行されます。アセチレンアルデヒド法 BYD 水素化により BDO が生成され、現在中国では ISP および INVISTA プロセスが最も広く使用されています。

① 炭酸銅触媒を用いたアセチレンとホルムアルデヒドからのブチンジオールの合成

INVIDIA の BDO プロセスのアセチレン化学セクションに適用すると、炭酸銅触媒の作用下でホルムアルデヒドがアセチレンと反応して 1,4-ブチンジオールが生成されます。反応温度は83～94℃、圧力は25～40kPaです。触媒は緑色の粉末の外観をしています。

② ブチンジオールを BDO に水素化するための触媒

プロセスの水素化セクションは、直列に接続された 2 つの高圧固定床反応器で構成され、水素化反応の 99% が最初の反応器で完了します。第１および第２の水素化触媒は、活性化されたニッケルアルミニウム合金である。

固定床 Renee ニッケルは、粒子サイズが 2 ～ 10 mm の範囲で、高強度、優れた耐摩耗性、大きな比表面積、優れた触媒安定性、および長い耐用年数を備えたニッケル アルミニウム合金ブロックです。

非活性化固定床ラネーニッケル粒子は灰白色で、一定濃度の液体アルカリ浸出後は黒色または黒灰色の粒子となり、主に固定床反応器で使用されます。

① アセチレンとホルムアルデヒドからブチンジオールを合成するための銅担持触媒

担持された銅ビスマス触媒の作用下、反応温度92～100℃、圧力85～106 kPaで、ホルムアルデヒドとアセチレンが反応して1,4-ブチンジオールが生成されます。触媒は黒い粉末として現れます。

② ブチンジオールを BDO に水素化するための触媒

ISP プロセスでは 2 段階の水素化が採用されています。第 1 段階では、粉末状のニッケル アルミニウム合金を触媒として使用し、低圧水素化により BYD を BED と BDO に変換します。分離後の第 2 段階では、担持ニッケルを触媒として使用し、BED を BDO に変換する高圧水素化が行われます。

一次水素化触媒：粉末ラネーニッケル触媒

一次水素化触媒：粉末ラネーニッケル触媒。この触媒は主に、BDO 製品を調製するための ISP プロセスの低圧水素化セクションで使用されます。活性が高く、選択性が良く、変換率が高く、沈降速度が速いという特徴があります。主成分はニッケル、アルミニウム、モリブデンです。

一次水素化触媒：粉末ニッケルアルミニウム合金水素化触媒

触媒には、高活性、高強度、1,4-ブチンジオールの高い転化率、およびより少ない副生成物が必要です。

二次水素化触媒

アルミナを担体とし、ニッケルと銅を活性成分とした担持触媒です。還元された状態は水中に保存される。触媒は機械的強度が高く、摩擦損失が少なく、化学的安定性が良く、活性化が容易です。ブラッククローバーの形をした粒子の外観。

触媒の応用事例

触媒水素化によりBDOを生成するBYDに使用され、100,000トンBDOユニットに適用されます。2 セットの固定床反応器、1 つは JHG-20308、もう 1 つは輸入触媒を同時に運転しています。

スクリーニング: 微粉末のスクリーニング中に、JHG-20308 固定床触媒は輸入触媒よりも微粉末の生成が少ないことが判明しました。

活性化: 触媒の活性化 結論: 2 つの触媒の活性化条件は同じです。データから、脱アルミニウム速度、入口と出口の温度差、および活性化の各段階での合金の活性化反応熱放出は非常に一貫しています。

温度：JHG-20308触媒の反応温度は輸入触媒と大きく変わりませんが、温度測定点によると、JHG-20308触媒は輸入触媒よりも活性が優れています。

不純物: 反応初期段階の BDO 粗溶液の検出データから、JHG-20308 は輸入触媒と比較して最終製品中の不純物がわずかに少なく、主に n-ブタノールと HBA の含有量に反映されています。

全体として、JHG-20308 触媒の性能は安定しており、明らかな高い副生成物はなく、その性能は基本的に輸入触媒と同等か、それよりも優れています。

固定床ニッケルアルミニウム触媒の製造工程

(1) 溶解：ニッケルアルミニウム合金を高温で溶解し、鋳造します。

(2) 粉砕：合金ブロックを粉砕装置で細かく粉砕します。

(3) スクリーニング: 適格な粒径を持つ粒子を選別します。

(4) 活性化：液体アルカリを一定の濃度と流量に制御し、反応塔内の粒子を活性化します。

(5) 検査指標：金属含有量、粒度分布、圧縮圧壊強度、かさ密度など。