化工工艺学 教学课件 作者 朱志庆 主编8课件第4章加氢脱氢甲醇苯乙烯课件.ppt

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1、4.3加氢与脱氢4.3.1加氢反应4.3.1.4一氧化碳加氢合成甲醇4.3.2脱氢反应4.3.2.2乙苯脱氢制苯乙烯第4章基本有机化工产品典型生产工艺①合成有机化工产品催化加氢反应的目的CO+H2→CH3OH(CH3)2C=O+H2→(CH3)2CH-OH（丙酮）（异丙醇）RCOOH+2H2→R-CH2OH+H2O（羧酸）（伯醇）4.3.1加氢反应(C6H5)-NO2+3H2→(C6H5)-NH2+2H2O（硝基苯）（苯胺）合成氨基化合物合成其它化合物精制乙烯、丙烯、裂解汽油等脱炔：C2H2+H2→C2H

2、4脱S、Cl、N、O等有害物质：S、Cl、N、O+H2→H2S、HCl、NH3、H2O②加氢精制有机化工原料或产品脱CO：甲烷化反应—适用于氢气中含有少量的COCO+3H2→CH4+H2O当有大量CO存在时：CO+H2O→CO2+H2CO2+2NaOH→Na2CO3+H2O与空气混合：4.10—74.20%与氧气混合：4.65—73.90%氢气的性质和来源氢气的性质氢气的爆炸极限氢气是无色无味气体，沸点-252.8℃，熔点-259.14℃气体密度0.0899g/L，约为空气的1/14温度越高，碳钢所能承受

3、的氢压越低加氢反应器不能使用碳钢，而应采用合金钢氢蚀现象在高温高压下，氢气侵入钢的晶格中，与碳原子反应生成甲烷，此甲烷向外扩散逸去，在晶格中留下气孔，使晶格结构发生变形，钢材脆化。这一现象称为氢蚀。Fe3C+2H2→Fe+CH4↑温度/℃0100200300400500碳钢,压力/MPa2605028158.03.01%Cr0.5Mo，压力/MPa＜7060155.0氢气的来源（1）电解水—将水电解为氢气和氧气获得氢气纯度高耗电量大（2）电解食盐水在氯碱工业中，为制取氯气通过电解NaCl水溶液而副产氢（3

4、）水蒸气转化法在高温及Ni催化剂的作用下，烃类原料与水蒸气反应生成H2、CO和CO2（4）部分氧化法将甲烷部分氧化即不完全燃烧可得氢气（5）水煤气化法以煤（焦炭）为原料的合成氨厂制氢方法（6）烃类裂解生产乙烯装置可副产氢气石油炼厂铂重整装置也可副产氢气4.3.1.2加氢反应的一般规律绝大多数加氢反应的平衡常数值都非常大，可视为不可逆反应。因为加氢是放热反应，所以随着反应温度的升高，平衡常数减小。反应类型温度/℃Kp乙炔加氢生成乙烯1277.63×10162271.65×10124276.5×106苯加氢合

5、成环己烷1277×1072271.86×102一氧化碳加氢合成甲醇06.773×10510012.922001.909×10-23002.4×10-44001.079×10-5可逆放热反应最佳温度分布曲线加氢反应多数为0~1级反应，少数是分数级液相加氢反应特点：由于有液相存在，反应热的移走比较方便为了使反应物系保持液相，操作压力比气相法要高增加氢分压，有利于氢的溶解，减小扩散阻力，加快反应速度为满足在反应温度下呈液相，需要加溶剂，选择适宜溶剂对液相加氢反应相当重要。一般常用的溶剂有醇、酸、醚、酯类等。加氢

6、反应气相固定床和流化床反应器液相鼓泡床和移动床反应器反应热可通过器外冷却或器内设置冷却构件移走因加氢反应热小，可采用分段冷激法来降低温度4.3.1.3加氢反应催化剂（1）金属催化剂将Ni、Pd、Pt等金属负载于载体如Al2O3、SiO2、硅藻土等惰性物质上，用以分散金属组分，提高比表面积，增加机械强度和耐热性，提高催化效率。主要是第八族过渡金属元素。这些元素对氢有较强的亲和力。Ni、Pd、Pt、Fe、Co、RhCu、Mo、Zn、Cr、W特点是活性高，反应条件温和，可用于大多数的官能团加氢缺点是容易中毒，毒

7、物如含S、N、As、P、Cl等化合物Ni(40~50%)-Al(合金)+NaOH+H2O→R-Ni+NaAlO2+3/2H2↑熔铁催化剂是由Fe-Al-K等组成的合金，制成后经破碎筛分即可使用，主要用作合成氨催化剂。（2）合金催化剂骨架催化剂熔铁催化剂由Ni、Co、Fe等具有催化活性的金属与金属铝制成合金，再用碱液除去铝，制得多孔、高比表面的催化剂。这类催化活性很高，在空气中会自燃，必须保存在溶剂中（3）金属氧化物常用的金属氧化物催化剂有MoO3、Cr2O3、ZnO、CuO、NiO等，可单独使用也可以是混

8、合氧化物，如ZnO-Cr2O3、Co-Mo-O、Ni-Co-Cr-O、Fe-Mn-O等。该类催化剂的活性比金属催化剂差，但抗毒性较强，所需反应温度较高。为提高其耐高温性能，常在氧化物催化剂中加入高熔点组分（如Cr2O3、MoO3）这类催化剂活性相对较差，反应温度和压力要求高但抗毒性和耐高温性都较强（4）金属硫化物主要是MoS2、WS2、Co-Mo-S、Fe-Mo-S等，因其有抗毒性可用于含硫化物的加氢，即用于加氢精制。这类催化