1,4-부탄디올이라고도 알려진 BDO는 중요한 기초 유기 및 정밀 화학 원료입니다. BDO는 아세틸렌 알데히드법, 말레산 무수물법, 프로필렌 알코올법, 그리고 부타디엔법을 통해 제조할 수 있습니다. 아세틸렌 알데히드법은 비용과 공정상의 이점 때문에 BDO를 제조하는 주요 산업적 방법입니다. 아세틸렌과 포름알데히드를 먼저 축합하여 1,4-부틴디올(BYD)을 생성하고, 이를 다시 수소화하여 BDO를 얻습니다.
고압(13.8~27.6 MPa) 및 250~350℃의 온도 조건에서, 아세틸렌은 촉매(일반적으로 실리카 담체 상의 아세틸렌 1구리와 비스무트) 존재 하에 포름알데히드와 반응합니다. 이후 중간체인 1,4-부틴디올은 라니 니켈 촉매를 사용하여 BDO로 수소화됩니다. 고전적 방법의 특징은 촉매와 생성물을 분리할 필요가 없고 운영 비용이 낮다는 것입니다. 그러나 아세틸렌은 분압이 높고 폭발 위험이 있습니다. 반응기 설계의 안전 계수는 12~20배에 달하고 장비가 크고 고가이므로 투자 비용이 높습니다. 아세틸렌은 중합되어 폴리아세틸렌을 생성하는데, 이는 촉매를 비활성화시키고 파이프라인을 막아 생산 주기를 단축시키고 생산량을 감소시킵니다.
기존 방법의 단점과 한계를 극복하기 위해, 반응 시스템의 반응 장비와 촉매를 최적화하여 반응 시스템 내 아세틸렌 분압을 낮추었습니다. 이 방법은 국내외에서 널리 사용되고 있습니다. BYD 합성은 슬러지층 또는 현탁층을 사용하여 수행됩니다. BYD의 아세틸렌 알데히드 수소화 공정은 BDO를 생산하며, 현재 중국에서는 ISP와 INVISTA 공정이 가장 널리 사용되고 있습니다.
① 탄산구리 촉매를 이용한 아세틸렌과 포름알데히드로부터 부틴디올 합성
INVIDIA의 BDO 공정 중 아세틸렌 화학 공정에 적용되는 이 촉매는 포름알데히드를 아세틸렌과 반응시켜 탄산구리 촉매의 작용 하에 1,4-부틴디올을 생성합니다. 반응 온도는 83~94℃, 압력은 25~40kPa입니다. 촉매는 녹색 분말 형태를 보입니다.
② 부틴디올의 BDO로의 수소화 반응 촉매
이 공정의 수소화 부분은 직렬로 연결된 두 대의 고압 고정층 반응기로 구성되며, 수소화 반응의 99%는 첫 번째 반응기에서 완료됩니다. 첫 번째 및 두 번째 수소화 촉매는 활성화된 니켈 알루미늄 합금입니다.
고정층 레네 니켈은 입자 크기가 2~10mm 범위에 있는 니켈 알루미늄 합금 블록으로, 강도가 높고, 내마모성이 우수하며, 비표면적이 크고, 촉매 안정성이 우수하며, 사용 수명이 깁니다.
활성화되지 않은 고정층 라니 니켈 입자는 회백색이며, 일정 농도의 액상 알칼리 침출 후 검은색 또는 흑회색 입자가 되며, 주로 고정층 반응기에 사용됩니다.
① 아세틸렌과 포름알데히드로부터 부틴디올 합성을 위한 구리 담지 촉매
담지된 구리 비스무트 촉매의 작용으로, 포름알데히드는 아세틸렌과 반응하여 1,4-부틴디올을 생성하며, 반응 온도는 92~100℃, 압력은 85~106 kPa이다. 촉매는 검은색 분말 형태로 나타난다.
② 부틴디올의 BDO로의 수소화 반응 촉매
ISP 공정은 두 단계의 수소화 공정을 채택합니다. 첫 번째 단계는 분말 니켈 알루미늄 합금을 촉매로 사용하여 저압 수소화 공정을 통해 BYD를 BED와 BDO로 전환하는 것입니다. 분리 후, 두 번째 단계는 니켈을 촉매로 사용하여 고압 수소화 공정을 통해 BED를 BDO로 전환하는 것입니다.
1차 수소화 촉매: 분말형 라니 니켈 촉매
1차 수소화 촉매: 분말 레이니 니켈 촉매. 이 촉매는 ISP 공정의 저압 수소화 단계에서 BDO 제품 제조에 주로 사용됩니다. 높은 활성, 우수한 선택성, 전환율, 그리고 빠른 침전 속도를 특징으로 합니다. 주요 성분은 니켈, 알루미늄, 몰리브덴입니다.
1차 수소화 촉매: 분말 니켈 알루미늄 합금 수소화 촉매
촉매는 높은 활성, 높은 강도, 1,4-부틴디올의 높은 전환율, 그리고 더 적은 부산물을 필요로 합니다.
2차 수소화 촉매
알루미나를 담체로 하고 니켈과 구리를 활성 성분으로 하는 담지 촉매입니다. 환원된 상태는 물에 저장됩니다. 이 촉매는 기계적 강도가 높고 마찰 손실이 적으며 화학적 안정성이 우수하고 활성화가 용이합니다. 외관은 검은 클로버 모양의 입자입니다.
촉매의 응용 사례
BYD가 촉매 수소화를 통해 BDO를 생성하는 데 사용되며, 10만 톤 BDO 생산 시설에 적용됩니다. 고정층 반응기 두 세트가 동시에 가동되며, 하나는 JHG-20308이고 다른 하나는 수입 촉매입니다.
스크리닝: 미세분말 스크리닝 과정에서 JHG-20308 고정층 촉매는 수입 촉매보다 미세분말이 적게 생성된다는 사실이 발견되었습니다.
활성화: 촉매 활성화 결론: 두 촉매의 활성화 조건은 동일합니다. 데이터를 통해, 각 활성화 단계에서 합금의 탈알루미늄화 속도, 입구 및 출구 온도 차이, 그리고 활성화 반응 열 방출이 매우 일관됨을 알 수 있습니다.
온도: JHG-20308 촉매의 반응 온도는 수입 촉매와 유의미한 차이가 없으나, 온도 측정점에 따르면 JHG-20308 촉매는 수입 촉매보다 활성이 더 좋습니다.
불순물: 반응 초기 단계의 BDO 조용액 검출 데이터를 통해 JHG-20308은 수입 촉매에 비해 완제품의 불순물이 약간 적었으며, 이는 주로 n-부탄올과 HBA의 함량에 반영되었습니다.
전반적으로 JHG-20308 촉매의 성능은 안정적이며, 눈에 띄는 부산물이 없고, 그 성능은 기본적으로 수입 촉매와 동일하거나 심지어 더 좋습니다.
고정층 니켈 알루미늄 촉매의 생산 공정
(1) 제련 : 니켈알루미늄합금을 고온에서 녹인 후 주조하여 형상을 만든다.
(2) 분쇄 : 합금 블록은 분쇄 장비를 통해 작은 입자로 분쇄됩니다.
(3) 선별 : 입자크기가 적합한 입자를 선별하는 것.
(4) 활성화 : 액상알칼리의 일정 농도와 유량을 조절하여 반응탑 내의 입자를 활성화시킨다.
(5) 검사지표 : 금속함량, 입도분포, 압축파쇄강도, 겉보기밀도 등
게시 시간: 2023년 9월 11일
