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乙烯多相氢甲酰化及其加氢制正丙醇工业装置投产
来源:山西省煤化工发展促进中心
时间:2020/9/14

       近日,乙烯多相氢甲酰化及其加氢技术生产正丙醇工业化装置在宁波巨化新材料有限公司全流程一次投产成功,该装置的核心技术由中国科学院大连化学物理研究所丁云杰研究员、严丽研究员团队自主研发,创造性地采用了单原子催化的烯烃多相氢甲酰化技术。产品丙醛和正丙醇的质量均达到国际优级品标准,生产的醛可以进一步转化成为醇、酸和酯等化学品。

      单原子催化的概念由我国科学家、大连化物所张涛院士等于2011年提出,近年来已成为催化领域研究的前沿热点。此次投产的乙烯氢甲酰化工业装置的核心催化剂采用具有的单原子催化剂,让一个实验室中的概念,在短短的9年里就实现了工业生产的实际应用。该装置的成功投产,不仅为单原子催化剂的广泛工业应用提供了范例,也进一步丰富了单原子催化理论。同时,该多相氢甲酰化技术可以拓展到其它烯烃的氢甲酰化生产醛的过程中。

     均相烯烃氢甲酰化催化过程中存在诸如催化剂与产物分离困难、贵金属和配体的流失、大量低品位反应热没能得到有效利用、大量使用溶剂等问题。虽然很多学术文章已报道了利用其研发的多相催化剂能够实现烯烃氢甲酰化过程,但迄今为止,烯烃氢甲酰化工业生产还都只能采用均相催化过程来实现。

     丁云杰、严丽研究团队多年来致力于氢甲酰化均相催化多相化技术的研究,成功研发了在负载金属纳米晶粒上通过有机配体的修饰来原位生成均相催化活性位点的多相催化技术,但该技术存在贵金属利用率低的问题。2012年,该团队从分子水平上设计并合成出乙烯基官能团化的含磷或氮原子的有机配体单体,制备出以高度裸露的磷或氮原子的骨架为结构单元、具有大比表面积和多级孔结构特点的有机聚合物材料,此类聚合物材料具有载体和配体的双重功能,与氢甲酰化活性金属组分形成具有多重配位结构和高稳定性的单原子催化剂。2017年乙烯多相氢甲酰化制丙醛/正丙醇中试技术通过了中国石油和化学工业联合会组织的技术鉴定。2018年底,5万吨/年乙烯氢甲酰化制备丙醛/正丙醇工业装置开始建设,并于近日成功投产。

      该装置采用多相催化技术,解决了80多年来均相催化多相化一直没有解决的配体和活性金属组分的流失等难题。装置采用径向固定床反应工艺进行氢甲酰化反应,不仅实现了无溶剂工业化生产,而且实现了催化剂核心技术和工艺关键技术的有机集成,解决了有效利用大量低品位反应热等难题。

      烯烃氢甲酰化反应是将烯烃、氢气和一氧化碳转化为醛类化合物的反应,该过程的原材料利用率接近100%,在优化利用资源方面具有重要意义。目前,全球每年单是通过烯烃氢甲酰化及其加氢技术生产的醛和醇的总产能已经达到了2400万吨左右,其中丙烯氢甲酰化生产丁辛醇的产量就已经达到1600万吨左右,其中我国的消费量就达500万吨的规模。

      目前已经实现工业化的乙烯氢甲酰化技术,主要是由DP(Davy Power)和陶氏化学(Dow Chemical)及JM (Johnson Matthey)三家公司共同研发,催化剂为油溶性的铑-膦配体络合物,采用的是均相催化工艺。此次投产的乙烯多相氢甲酰化及其加氢生产正丙醇工业装置是由大连化物所提供核心技术、上海寰球工程有限公司设计、宁波巨化新材料有限公司投资建设的,具有完全的自主知识产权的多相催化工艺,可满足我国对醛类产品生产自主化的需求。

      与国内外现有烯烃氢甲酰化技术相比,该烯烃多相氢甲酰化技术采用新型催化剂,催化剂上的贵金属利用率接近100%,即催化剂上的所有贵金属都起到了催化作用,且催化剂活性组分的流失量可以忽略不计。该技术还有较好的经济性,催化剂与反应体系无需分离,大大降低反应成本;通过在工程化过程中巧妙的节能设计,使得氢甲酰化反应和加氢反应中大量的低品位热量可以得到高效利用,反应热重复利用率达到90%以上。此外,该反应体系中采用无溶剂化的绿色环保过程,不用额外添加溶剂,因此更加环保。

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