Le BDO, également connu sous le nom de 1,4-butanediol, est une matière première essentielle en chimie organique et en chimie fine. Il peut être préparé par les procédés à l'acétylène-aldéhyde, à l'anhydride maléique, au propylène-alcool et au butadiène. Ce procédé est la principale méthode industrielle de préparation du BDO en raison de son coût et de ses avantages. L'acétylène et le formaldéhyde sont d'abord condensés pour produire du 1,4-butynediol (BYD), qui est ensuite hydrogéné pour obtenir du BDO.
Sous haute pression (13,8 à 27,6 MPa) et à une température de 250 à 350 °C, l'acétylène réagit avec le formaldéhyde en présence d'un catalyseur (généralement de l'acétylène cuivreux et du bismuth sur un support de silice), puis le 1,4-butynediol intermédiaire est hydrogéné en BDO à l'aide d'un catalyseur au nickel de Raney. La méthode classique se caractérise par l'absence de séparation du catalyseur et du produit, ainsi que par un faible coût d'exploitation. Cependant, l'acétylène présente une pression partielle élevée et un risque d'explosion. Le facteur de sécurité du réacteur est de 12 à 20 fois supérieur, et l'équipement est volumineux et coûteux, ce qui entraîne des investissements importants. L'acétylène se polymérise pour produire du polyacétylène, ce qui désactive le catalyseur et obstrue la canalisation, ce qui raccourcit le cycle de production et réduit la production.
Pour pallier les inconvénients des méthodes traditionnelles, l'équipement et les catalyseurs du système réactionnel ont été optimisés afin de réduire la pression partielle d'acétylène. Cette méthode est largement utilisée en Chine et à l'international. Parallèlement, la synthèse du BYD est réalisée en lit de boues ou en lit suspendu. L'hydrogénation BYD par acétylène-aldéhyde produit du BDO, et les procédés ISP et INVISTA sont actuellement les plus répandus en Chine.
1 Synthèse de butynediol à partir d'acétylène et de formaldéhyde en utilisant un catalyseur au carbonate de cuivre
Appliqué à la section chimique de l'acétylène du procédé BDO d'INVIDIA, le formaldéhyde réagit avec l'acétylène pour produire du 1,4-butynediol sous l'action d'un catalyseur au carbonate de cuivre. La température de réaction est de 83-94 °C et la pression de 25-40 kPa. Le catalyseur se présente sous forme de poudre verte.
2 Catalyseur pour l'hydrogénation du butynediol en BDO
La section d'hydrogénation du procédé comprend deux réacteurs à lit fixe haute pression connectés en série, le premier réalisant 99 % des réactions d'hydrogénation. Les premier et deuxième catalyseurs d'hydrogénation sont des alliages nickel-aluminium activés.
Le nickel Renee à lit fixe est un bloc d'alliage d'aluminium et de nickel avec des tailles de particules allant de 2 à 10 mm, une résistance élevée, une bonne résistance à l'usure, une grande surface spécifique, une meilleure stabilité du catalyseur et une longue durée de vie.
Les particules de nickel Raney à lit fixe non activées sont blanc grisâtre et, après une certaine concentration de lixiviation alcaline liquide, elles deviennent des particules noires ou gris noir, principalement utilisées dans les réacteurs à lit fixe.
1 Catalyseur supporté par du cuivre pour la synthèse du butynediol à partir d'acétylène et de formaldéhyde
Sous l'action d'un catalyseur cuivre-bismuth supporté, le formaldéhyde réagit avec l'acétylène pour former du 1,4-butynediol, à une température de réaction de 92 à 100 °C et une pression de 85 à 106 kPa. Le catalyseur se présente sous la forme d'une poudre noire.
2 Catalyseur pour l'hydrogénation du butynediol en BDO
Le procédé ISP comporte deux étapes d'hydrogénation. La première utilise un alliage nickel-aluminium en poudre comme catalyseur, et l'hydrogénation basse pression convertit le BYD en BED et BDO. Après séparation, la deuxième étape est une hydrogénation haute pression utilisant du nickel chargé comme catalyseur pour convertir le BED en BDO.
Catalyseur d'hydrogénation primaire : catalyseur au nickel de Raney en poudre
Catalyseur d'hydrogénation primaire : catalyseur au nickel de Raney en poudre. Ce catalyseur est principalement utilisé dans la section d'hydrogénation basse pression du procédé ISP, pour la préparation de produits BDO. Il se caractérise par une activité élevée, une bonne sélectivité, un taux de conversion élevé et une vitesse de décantation rapide. Ses principaux composants sont le nickel, l'aluminium et le molybdène.
Catalyseur d'hydrogénation primaire : catalyseur d'hydrogénation en alliage de nickel et d'aluminium en poudre
Le catalyseur nécessite une activité élevée, une résistance élevée, un taux de conversion élevé du 1,4-butynediol et moins de sous-produits.
Catalyseur d'hydrogénation secondaire
Il s'agit d'un catalyseur supporté dont le support est l'alumine et les composants actifs sont le nickel et le cuivre. L'état réduit est stocké dans l'eau. Ce catalyseur présente une résistance mécanique élevée, de faibles pertes par frottement, une bonne stabilité chimique et est facile à activer. Il présente des particules en forme de trèfle noir.
Cas d'application des catalyseurs
Utilisé par BYD pour produire du BDO par hydrogénation catalytique, appliqué à une unité de BDO de 100 000 tonnes. Deux groupes de réacteurs à lit fixe fonctionnent simultanément : le JHG-20308 et le catalyseur importé.
Criblage : Lors du criblage de la poudre fine, il a été constaté que le catalyseur à lit fixe JHG-20308 produisait moins de poudre fine que le catalyseur importé.
Activation : Conclusion de l'activation du catalyseur : Les conditions d'activation des deux catalyseurs sont les mêmes. D'après les données, le taux de désalumination, la différence de température d'entrée et de sortie et le dégagement de chaleur de réaction d'activation de l'alliage à chaque étape de l'activation sont très cohérents.
Température : La température de réaction du catalyseur JHG-20308 n'est pas significativement différente de celle du catalyseur importé, mais selon les points de mesure de température, le catalyseur JHG-20308 a une meilleure activité que le catalyseur importé.
Impuretés : D'après les données de détection de la solution brute de BDO au début de la réaction, le JHG-20308 présente légèrement moins d'impuretés dans le produit fini par rapport aux catalyseurs importés, principalement reflétées dans la teneur en n-butanol et HBA.
Dans l’ensemble, les performances du catalyseur JHG-20308 sont stables, sans sous-produits élevés évidents, et ses performances sont fondamentalement les mêmes, voire meilleures, que celles des catalyseurs importés.
Procédé de production d'un catalyseur nickel-aluminium à lit fixe
(1) Fusion : L'alliage nickel-aluminium est fondu à haute température puis coulé en forme.
(2) Concassage : Les blocs d'alliage sont broyés en petites particules à l'aide d'un équipement de concassage.
(3) Criblage : Criblage des particules ayant une granulométrie qualifiée.
(4) Activation : Contrôler une certaine concentration et un certain débit d'alcali liquide pour activer les particules dans la tour de réaction.
(5) Indicateurs d'inspection : teneur en métal, distribution granulométrique, résistance à la compression, masse volumique apparente, etc.
Date de publication : 11 septembre 2023
