BDO有多種生產(chǎn)技術(shù),目前工業(yè)化生產(chǎn)工藝主要有5種:雷珀(Reppe)法、丁二烯/乙酸法、環(huán)氧丙烷法、正丁烷/順酐直接加氫法和正丁烷/順酐酯化加氫法。
1.雷珀(Reppe)法
又稱炔醛法,該工藝是生產(chǎn)BDO的傳統(tǒng)方法,又分為經(jīng)典法和改良法。
(1)經(jīng)典法
在高壓(13.8~27.6 MPa)和250~350℃的條件下,乙炔與甲醛在催化劑(通常為乙炔亞銅和鉍在二氧化硅載體上)存在下反應(yīng),然后用拉尼鎳催化劑將中間體l,4-丁炔二醇加氫制BDO,全工藝的典型理論產(chǎn)率(以乙炔計)為91%。經(jīng)典法的特點(diǎn)是催化劑和產(chǎn)品無需分離,操作費(fèi)用低。但乙炔分壓較高,有爆炸危險,反應(yīng)器設(shè)計安全系數(shù)高達(dá)12~20倍,設(shè)備大而貴,投資高;乙炔會聚合生成使催化劑失活的聚乙炔,并且堵塞管道,從而造成生產(chǎn)周期縮短、產(chǎn)量降低。
(2)改良法
步將乙炔和甲醛放在由若干介淤漿床反應(yīng)器串聯(lián)成的反應(yīng)器中,采用改良的Cu催化劑,在79~90℃和0.12~0.13MPa條件下反應(yīng)生成丁炔二醇,經(jīng)過濾后,催化劑與反應(yīng)物分離后留在反應(yīng)器內(nèi),液相物料流出反應(yīng)器凈化后進(jìn)入下一個反應(yīng)器。此反應(yīng)甲醛的轉(zhuǎn)化率為98%,1,4-丁炔二醇收率為95%。
第二步在淤漿床內(nèi)采用改良的Pd/C催化劑,丁炔二醇在60~70℃和2.O~2.5 MPa下加氫生成丁烯二醇和BDO,然后在填充反應(yīng)器中,以Ni為催化劑,在120~150℃條件下丁烯二醇加氫生成BDO,最后通過蒸餾和薄膜蒸發(fā)提純BDO,BDO純度≥99%。改良法的技術(shù)特點(diǎn)是:
a.采用改良的Cu催化劑,低壓操作,乙炔自身的分解壓力不超過0.14MPa,簡化了外加安全設(shè)施,省去了高壓容器和壓縮機(jī);
b.反應(yīng)器配有專門的過濾系統(tǒng),便于催化劑和反應(yīng)物在反應(yīng)器內(nèi)分離;
c.丁炔二醇采用改良的Pd/C催化劑,加氫生成丁烯二醇和BDO,丁烯二醇以Ni為催化劑,加氫轉(zhuǎn)化成BDO;
d.進(jìn)料組成較靈活,甲醛水溶液中甲醛含量可為2~10%,乙炔進(jìn)料時不需惰性氣體稀釋。據(jù)測算,操作費(fèi)用和投資比經(jīng)典法減少10~20%。
2.丁二烯/乙酸法
該工藝于20世紀(jì)70年代由日本三菱化學(xué)公司開發(fā)成功。分3個步驟進(jìn)行:
(1)在溫度60℃、壓力6.9 MPa條件下以Pd-Te/活性炭為催化劑,丁二烯與乙酸和氧氣發(fā)生乙酰基氧化反應(yīng),在固定床反應(yīng)器中生成1,4-乙二乙酰氧基-2-丁烯;
(2)脫去乙酸后的反應(yīng)液在同樣的溫度、壓力下,在固定床反應(yīng)器中催化加氫生成1,4-乙二乙酰氧基丁烷;
(3)用陽離子交換樹脂水解制得BDO和1-乙酰氧基-4-羥基丁烷,后者用離子交換樹脂脫乙酰氧基環(huán)化成THF。典型的理論產(chǎn)率(以丁二烯計)為80%~85%。該方法工藝特點(diǎn)是所用原料資源豐富,無安全隱患,中間產(chǎn)物和產(chǎn)品收率較高;改變水解條件,可調(diào)節(jié)BDO和THF兩種產(chǎn)物生成比例。
3.環(huán)氧丙烷法
該工藝由日本可樂利公司開發(fā),以生產(chǎn)環(huán)氧丙烷為主的萊昂德爾獲得了該技術(shù)的專利許可,并在美國德州建廠。該工藝路線為:環(huán)氧丙烷催化異構(gòu)成烯丙醇,在銠催化劑存在下烯丙醇加氫甲?;?,產(chǎn)物在拉尼鎳催化劑存在下加氫生成BDO,典型的理論產(chǎn)率為93%。該工藝投資低、流程簡單,副產(chǎn)物利用價值高,銠系催化劑可循環(huán)使用,壽命長,1,4-丁二醇收率較高、蒸汽消耗低,氫甲?;凹託錇橐合喾磻?yīng),改變工藝負(fù)荷容易,可根據(jù)市場調(diào)整1,4一丁二醇產(chǎn)量等特點(diǎn)。該工藝經(jīng)濟(jì)性在很大程度上取決于原料環(huán)氧丙烷的價格。
4.正丁烷/順酐直接加氫法
該工藝是將正丁烷制順酐的氣相氧化法和順酐加氫技術(shù)結(jié)合起來的生產(chǎn)方法。將正丁烷在釩和磷混合氧化物催化劑下氧化生成順酐,再加水急冷制得馬來酸,然后在固定床反應(yīng)器中催化加氫生成BDO。該工藝省去了順酐脫水、提純和酯化工序,將主要工序從8道減為4道,從而縮短了整個流程,減少了設(shè)備臺數(shù),投資費(fèi)用可減少20%,生產(chǎn)成本可節(jié)省25~40%。該工藝副產(chǎn)物少,幾乎能將順酐全部轉(zhuǎn)化為BDO。在加氫、回收和提純工序中,適當(dāng)調(diào)整工藝條件,也可生產(chǎn)THF。
5.正丁烷/順酐酯化加氫法
該丁藝有三個步驟:
(1)正丁烷在催化劑作用下,被空氣氧化成順酐,順酐再在催化劑作用下與乙醇發(fā)生酯化反應(yīng)生成順酐二乙酯;
(2)順酐二乙酯在催化劑作用下加氫生成BDO、γ-丁內(nèi)酯和THF;
(3)反應(yīng)產(chǎn)物分離、精制。通過調(diào)節(jié)工藝條件,可以改變BDO、γ-丁內(nèi)酯與THF的比例。
該工藝的BDO生產(chǎn)具有成本優(yōu)勢,所以近幾年采用該工藝建設(shè)的新裝置較多,也是BDO生產(chǎn)工藝主要發(fā)展趨勢。