Анотація
В повідомленні представлено результати по парофазній конденсації етанолу до н-бутанолу 2СН5ОН=С4Н9ОН+Н2О на мідьвмісних каталізаторах. Застосовано послідовну двореакторну схему з використанням розробленого нанесеного каталізатора для реакції Гербе в першому реакторі (245 °С/0.6 МПа) і промислового Cu-вмісного каталізатора для гідрування продуктової суміші в другому реакторі (160 °С/0.6 МПа). Раніше, в 2014 році, процес було протестовано нами на пілотній установці з переробкою 5 л біоетанолу за годину. Зараз ми розробили новий нанесений Гербе каталізатор і замінили каталізатор гідрування. Головним продуктом є н-бутанол, вміст якого в гідрованій продуктовій суміші досягає 19 мас. % при конверсії етанолу у 30 % за один прохід при навантаженні на каталізатор у 12 ммоль С2Н5ОН/гкат/год. При підвищення навантаження на каталізатор в два рази, вміст бутанолу зменшується до 11 %, але утворюється менше домішок.
Проведено моделювання процесів розділення продуктової суміші з використанням програми Aspen HYSYS v12 та прораховано матеріальні та теплові баланси пропонуємого процесу етанол → бутанол. Блок-схема процесу включає реакторний блок та 4 секції розділення: попередня сепарація, виділення легких продуктів (етилацетат, метилетилкетон), зневоднення рециклового етанолу та секція виділення важких продуктів, яка працює під вакуумом. Сумарно застосовано 15 ректифікаційних колон, які можуть забезпечити виділення таких товарних продуктів, як бутанол-1, бутанол-2, етилацетат, бутилацетат, метилетилкетон, бутилбутират та 2-етилгексанол з чистотою 99.9 мас. %. Установка з виробництва бутанолу потребує сумарну витрату водяної пари 8.4 т/т етанолу, що еквівалентно 630 Нм3/т природнього газу, та електроенергії 171 кВт-год/т етанолу.
Посилання
Hahn H.-D., Dämbkes G., Rupprich N. Butanols. Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KgaA, Weinheim, 2005. 452.
n-Butanol market demand, capacity, trade, pricing and market outlook report till 2034 // https://prismaneconsulting.com/report-details/n-butanol-market-size-price-demand-and-forecast
Choi H., Han J., Lee J. Renewable butanol production via catalytic routes. Int. J. Environ. Res. Public Health, 2021, 18, 11749.
Scalbert J., Thibault-Starzyk F., Jacquot R., Morvan D., Meunier F. Ethanol condensation to butanol at high temperatures over a basic heterogeneous catalyst: How relevant is acetaldehyde self-aldolization? J. Catal., 2014, 311, 28–32.
Larina O.V., Valihura K.V., Kyriienko P.I., Vlasenko N.V., Balakin D.Y., Khalakhan I., Čendak T., Soloviev S.O., Orlyk S.M. Successive vapour phase Guerbet condensation of ethanol and 1-butanol over Mg-Al oxide catalysts in a flow reactor. Appl. Catal. A, 2019, 588, 117265.
Kozlowski J.T., Davis R.J. Sodium modification of zirconia catalysts for ethanol coupling to 1-butanol. J. Energy Chem., 2013, 22, 58–64.
Patent US 1992480. Fuchs O., Querfurth W. Process for the production of higher alcohols, particularly butyl alcohol from ethyl alcohol. 1935.
Патент № 96403, Україна. Брей В.В., Шуцький І.В., Шаранда М.Є., Прудіус С.В., Галузинський О.Г. Селективний спосіб одержання бутанолу з етанолу. 2015.
Chen H., Cai D., Chen C., Wang J., Qin P., Tan T. Novel distillation process for effective and stable separation of high-concentration acetone-butanol-ethanol mixture from fermentation-pervaporation integration process. Biotechnol. Biofuels, 2018, 11, 286–299.