遼寧石油化工大學職業(yè)技術(shù)學院

1、化學工藝學電子教案第六章加氫與脫氫過程1第六章 加氫與脫氫過程內(nèi)容提要: 加氫與脫氫反應(yīng)的一般規(guī)律；乙苯和苯乙烯的性質(zhì)、用途、主要生產(chǎn)方法和工藝流程；乙苯脫氫制苯乙烯的主副反應(yīng)、操作參數(shù)等。2第一節(jié) 概 述通常催化加氫系指有機化合物中一個或幾個不炮和的官能團在催化劑的作用下與氫氣加成。H2和N2反應(yīng)生成合成氨以及CO和H2反應(yīng)合成甲醇及烴類亦為加氫反應(yīng)。而在催化劑作用下，烴類脫氫生成兩種或兩種以上的新物質(zhì)稱為催化脫氫。催化加氫和催化脫氫在有機化工生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。如合成氨、合成甲醇、丁二烯的制取，苯乙烯的制取等都是極為重要的化工產(chǎn)品。催化加氫反應(yīng)分為多相催化加氫和均相催化加氫兩種，相比之下，

2、多相催化加氫的選擇性較低，反應(yīng)方向不易控制，而均相催化加氫采用可溶性催化劑，選擇性較高，反應(yīng)條件較溫和。3一、加氫反應(yīng)的類型1 不飽和炔烴、烯烴重鍵的加氫2 芳烴加氫 4一、加氫反應(yīng)的類型3 含氧化合物加氫 4 含氮化合物的加氫 5一、加氫反應(yīng)的類型5 氫解 6二、脫氫反應(yīng)的類型1 烷烴脫氫，生成烯烴、二烯烴及芳烴2 烯烴脫氫生成二烯烴7二、脫氫反應(yīng)的類型3 烷基芳烴脫氫生成烯基芳烴 4 醇類脫氫可制得醛和酮類8第二節(jié) 加氫、脫氫反應(yīng)的一般規(guī)律 一、催化加氫反應(yīng)的一般規(guī)律1 熱力學分析 催化加氫反應(yīng)是可逆放熱反應(yīng)，由于有機化合物的官能團結(jié)構(gòu)不同，加氫時放出的熱量也不盡相同。 溫度影響 壓力影響

3、 氫用量比影響9一、催化加氫反應(yīng)的一般規(guī)律2 動力學分析 苯氣相加氫生成環(huán)己烷的反應(yīng)步驟就有兩種不同的看法，一種認為是在催化劑表面活 性中心進行多位吸附，使得苯分子的6個碳原子被活化，并同時加氫生成了環(huán)己烷；另一種認為在催化劑表面有兩另一類活牲中心只吸附氫，氫被一步一步地加入到苯環(huán)上，直至生成環(huán)己烷為止。10一、催化加氫反應(yīng)的一般規(guī)律3 催化劑 加氫催化劑種類很多，其活性組分的元素分布主要是第和第族的過渡元素，這些元素對氫有較強的親合力。 金屬催化劑 骨架催化劑金屬氧化物催化劑 金屬硫化物催化劑金屬絡(luò)合物催化劑 11二、催化脫氫反應(yīng)的一般規(guī)律 1 熱力學分析溫度影響 壓力影響 12二、催化脫氫

4、反應(yīng)的一般規(guī)律2 催化劑 脫氫催化劑應(yīng)滿足下列要求：首先是具有良好的活性和選擇性，能夠盡量在較低的溫度條件下進行反應(yīng)。其次催化劑的熱穩(wěn)定性好，能耐較高的操作溫度而不失活。第三是化學穩(wěn)定性好，金屬氧化物在氫氣的存在下不被還原成金屬態(tài)，同時在大量的水蒸氣下催化劑顆粒能長期運轉(zhuǎn)而不粉碎，保持足夠的機械強度。第四是有良好的抗結(jié)焦性能和易再生性能。 13二、催化脫氫反應(yīng)的一般規(guī)律3 脫氫反應(yīng)動力學 脫氫反應(yīng)的速率控制步驟是表面化學反應(yīng)，都可按雙位吸附理論來描述其動力學方程，其速率方程可用雙曲模型來表示。 鐵系催化劑脫氫反應(yīng)時催化劑顆粒大小對反應(yīng)速率和選擇性都有影響，圖6-2是催化劑顆粒度反應(yīng)速率的影響，

5、而圖6-3是催化劑顆粒度對選擇性的影響。 14二、催化脫氫反應(yīng)的一般規(guī)律15第三節(jié) 合成氨和尿素 氨的用途很廣，除氨本身可用作化肥外，還可以加工成各種氮肥和含氮復(fù)合肥料，如氨與二氧化碳合成尿素，與多種無機酸反應(yīng)制得硫酸胺、硝酸胺、磷酸胺等。氨還可用來制造硝酸、純堿、氨基塑料、聚酰氨纖維、丁腈橡膠、磺胺類藥物及其他含氮的無機和有機化合物。 （自學） 16第四節(jié) 甲醇的合成 甲醇是十分重要的基本有機化工原料之一，由它可以合成甲醇蛋白、汽油添加劑及甲醇燃料等，具有廣泛的用途。合成甲醇的工藝流程有低壓法合成甲醇和三相流化床反應(yīng)器合成甲醇的工藝流程。由于低壓法技術(shù)指標先進，現(xiàn)在世界各國合成甲醇已廣泛采用

6、了低壓合成法。（自學） 17第五節(jié) 乙苯脫氫制苯乙烯苯乙烯，C8H8，相對分子質(zhì)量104.14。苯乙烯是不飽和芳烴，無色液體，沸點145，難溶于水，能溶于甲醇、乙醇、四氯化碳及乙醚等溶劑中。苯乙烯是高分子合成材料的一種重要單體，自身均聚可制得聚苯乙烯樹脂，其用途十分廣泛，與其他單體共聚可得到多種有價值的共聚物，如與丙烯腈共聚制得色澤光亮的SAN樹脂，與丙烯腈、丁二烯共聚得ABS樹脂，與丁二烯共聚可得丁苯橡膠及SBS塑性橡膠等。此外，苯乙烯還廣泛用于制藥、涂料、紡織等工業(yè)。18一、制取苯乙烯的方法簡介1 乙苯脫氫法 2 乙苯共氧化法 19一、制取苯乙烯的方法簡介3 甲苯為原料合成苯乙烯 4 乙烯

7、和苯直接合成苯乙烯 5 乙苯氧化脫氫 20二、乙苯催化脫氫的基本原理1 乙苯催化脫氫的主、副反應(yīng)主反應(yīng)副反應(yīng) 21二、乙苯催化脫氫的基本原理2 乙苯脫氫催化劑脫氫催化劑的活性組分是氧化鐵，助催化劑有鉀、釩、鉑、鎢、鈰等氧化物。如Fe2O3：K2O：Cr2O387：10：3組成的催化劑，乙苯的轉(zhuǎn)化率可達60，選擇性為87。在有氫和水蒸氣存在下，氧化鐵體系可能有四價鐵、三價鐵、二價鐵和金屬鐵之間平衡。據(jù)研究，F(xiàn)e3O4可能起催化作用。在氫作用下，高價鐵會還原成低價鐵，甚至是金屬鐵。低價鐵會促使烴類的完全分解反應(yīng)，而水蒸氣的存在有阻止低價鐵的出現(xiàn)。22三、乙苯脫氫反應(yīng)條件選擇1 溫度 2 壓力 3 空速 4 催化劑顆粒度的影響 5 水蒸氣用量23四、乙苯脫氫工藝流程和反應(yīng)器1 外加熱列管式乙苯脫氫工藝 該流程主要由脫氫反應(yīng)，尾氣產(chǎn)物分離及最終產(chǎn)品苯乙烯的精制三部分組成。 原料乙苯和水蒸氣（H2O/C869）經(jīng)預(yù)熱后進人脫氫反應(yīng)器，反應(yīng)器由許多耐熱合金管組成，管徑100185 mm，管長3 m，管內(nèi)裝填催化劑，管間是加熱煙道氣，反應(yīng)溫度為550600，乙苯的轉(zhuǎn)化率為4045，選擇性可達9295，副反應(yīng)較少。由于溫度沿反應(yīng)管軸向變化不大，又稱為等溫反應(yīng)器。反應(yīng)尾氣經(jīng)熱交換器后進入冷凝器冷卻冷凝，冷凝