加氢与脱氢过程

2 催化剂
脱氢催化剂应满足下列要求：首先是具有良 好的活性和选择性，能够尽量在较低的温度条 件下进行反应。其次催化剂的热稳定性好，能 耐较高的操作温度而不失活。第三是化学稳定 性好，金属氧化物在氢气的存在下不被还原成 金属态，同时在大量的水蒸气下催化剂颗粒能 长期运转而不粉碎，保持足够的机械强度。第 四是有良好的抗结焦性能和易再生性能。
二、催化脱氢反应的一般规律
3 脱氢反应动力学 脱氢反应的速率控制步骤是表面化学反应，都可按双位吸附理 论来描述其动力学方程，其速率方程可用双曲模型来表示。
铁系催化剂脱氢反应时催化剂颗粒大小对反应速率和选择性都 有影响，图6-2是催化剂颗粒度反应速率的影响，而图6-3是催化剂 颗粒度对选择性的影响。
化学工艺学电子教案——第六章
加氢与脱氢过程
第六章 加氢与脱氢过程
内容提要:
加氢与脱氢反应的一般规律；乙苯和苯乙烯 的性质、用途、主要生产方法和工艺流程； 乙苯脱氢制苯乙烯的主副反应、操作参数 等。
第一节 概 述
通常催化加氢系指有机化合物中一个或几个不炮和的 官能团在催化剂的作用下与氢气加成。H2和N2反应生成 合成氨以及CO和H2反应合成甲醇及烃类亦为加氢反应。 而在催化剂作用下，烃类脱氢生成两种或两种以上的新物 质称为催化脱氢。催化加氢和催化脱氢在有机化工生产中 得到广泛应用。如合成氨、合成甲醇、丁二烯的制取，苯 乙烯的制取等都是极为重要的化工产品。催化加氢反应分 为多相催化加氢和均相催化加氢两种，相比之下，多相催 化加氢的选择性较低，反应方向不易控制，而均相催化加 氢采用可溶性催化剂，选择性较高，反应条件较温和。
一、加氢反应的类型
1 不饱和炔烃、烯烃重键的加氢
2 芳烃加氢
一、加氢反应的类型
3 含氧化合物加氢
4 含氮化合物的加氢
一、加氢反应的类型
5 氢解
二、脱氢反应的类型
1 烷烃脱氢，生成烯烃、二烯烃及芳烃
2 烯烃脱氢生成二烯烃
二、脱氢反应的类型
3 烷基芳烃脱氢生成烯基芳烃
4 醇类脱氢可制得醛和酮类
苯乙烯，C8H8，相对分子质量104.14。 苯乙烯是不饱和芳烃，无色液体，沸点145℃，难溶于水， 能溶于甲醇、乙醇、四氯化碳及乙醚等溶剂中。 苯乙烯是高分子合成材料的一种重要单体，自身均聚可制 得聚苯乙烯树脂，其用途十分广泛，与其他单体共聚可得 到多种有价值的共聚物，如与丙烯腈共聚制得色泽光亮的 SAN树脂，与丙烯腈、丁二烯共聚得ABS树脂，与丁二烯 共聚可得丁苯橡胶及SBS塑性橡胶等。此外，苯乙烯还广 泛用于制药、涂料、纺织等工业。
一、制取苯乙烯的方法简介
1 乙苯脱氢法
2 乙苯共氧化法
一、制取苯乙烯的方法简介
3 甲苯为原料合成苯乙烯
4 乙烯和苯直接合成苯乙烯
5 乙苯氧化脱氢
二、乙苯催化脱氢的基本原理
1 乙苯催化脱氢的主、副反应 主反应 副反应
二、乙苯催化脱氢的基本原理
2 乙苯脱氢催化剂 脱氢催化剂的活性组分是氧化铁，助催化剂有钾、钒、 铂、钨、铈等氧化物。如Fe2O3：K2O：Cr2O3＝87：10： 3组成的催化剂，乙苯的转化率可达60％，选择性为87％。 在有氢和水蒸气存在下，氧化铁体系可能有四价铁、三 价铁、二价铁和金属铁之间平衡。据研究，Fe3O4可能 起催化作用。在氢作用下，高价铁会还原成低价铁，甚 至是金属铁。低价铁会促使烃类的完全分解反应，而水 蒸气的存在有阻止低价铁的出现。
一、催化加氢反应的一般规律
3 催化剂
加氢催化剂种类很多，其活性组分的元素分 布主要是第Ⅵ和第Ⅷ族的过渡元素，这些元素 对氢有较强的亲合力。
金属催化剂 骨架催化剂 金属氧化物催化剂 金属硫化物催化剂
金属络合物催化剂
二、催化脱氢反应的一般规律
1 热力学分析 温度影响 压力影响
二、催化脱氢反应的一般规律
二、催化脱氢反应的一般规律
第三节 合成氨和尿素
氨的用途很广，除氨本身可用作化肥外，还可 以加工成各种氮肥和含氮复合肥料，如氨与二氧 化碳合成尿素，与多种无机酸反应制得硫酸胺、 硝酸胺、磷酸胺等。氨还可用来制造硝酸、纯碱、 氨基塑料、聚酰氨纤维、丁腈橡胶、磺胺类药物 及其他含氮的无机和有机化合物。 （自学）
第四节 甲醇的合成
甲醇是十分重要的基本有机化工原料之一，由 它可以合成甲醇蛋白、汽油添加剂及甲醇燃料等， 具有广泛的用途。合成甲醇的工艺流程有低压法 合成甲醇和三相流化床反应器合成甲醇的工艺流 程。由于低压法技术指标先进，现在世界各国合
成甲醇已广泛采用了低压合成法。（自学）
第五节 乙苯脱氢制苯乙烯
四、乙苯脱氢工艺流程和反应器ห้องสมุดไป่ตู้
三、乙苯脱氢反应条件选择
1 温度
2 压力 3 空速 4 催化剂颗粒度的影响 5 水蒸气用量
四、乙苯脱氢工艺流程和反应器
1 外加热列管式乙苯脱氢工艺 该流程主要由脱氢反应，尾气产物分离及最终产品苯乙烯的精 制三部分组成。 原料乙苯和水蒸气（H2O/C8＝6～9）经预热后进人脱氢反应器， 反应器由许多耐热合金管组成，管径100～185 mm，管长3 m，管内 装填催化剂，管间是加热烟道气，反应温度为550～600℃，乙苯的 转化率为40％～45％，选择性可达92％～95％，副反应较少。由于 温度沿反应管轴向变化不大，又称为等温反应器。反应尾气经热交 换器后进入冷凝器冷却冷凝，冷凝液分离水分后进入粗苯乙烯贮罐。 不冷凝的气体中含有大量的H2及少量CO2，一般可作燃料使用，也 可将其提纯作氢气来源。冷凝液经蒸馏分离出苯、甲苯、乙苯后， 再经精馏塔馏出合格的苯乙烯产品。
第二节 加氢、脱氢反应的一般规律
一、催化加氢反应的一般规律
1 热力学分析 催化加氢反应是可逆放热反应，由于有机 化合物的官能团结构不同，加氢时放出的热量 也不尽相同。 温度影响 压力影响 氢用量比影响
一、催化加氢反应的一般规律
2 动力学分析
苯气相加氢生成环己烷的反应步骤就有两种 不同的看法，一种认为是在催化剂表面活 性中 心进行多位吸附，使得苯分子的6个碳原子被活 化，并同时加氢生成了环己烷；另一种认为在 催化剂表面有两另一类活牲中心只吸附氢，氢 被一步一步地加入到苯环上，直至生成环己烷 为止。