3.2氢化和脱氢_1（课件）-《化学工艺学(第2版) 》同步教学（高教版）

第三章 通用反应单元工艺 3.1 氧化 3.2 氢化和脱氢 3.3 电解 3.2氢化和脱氢 引言 (1)氢化 是指氢气和化合物之间的化学反应。 分类： 氢化：1.加氢－氢气进入分子中，使化合物还原或提 高化合物饱和度。 2.氢解－加氢的同时使有机物分子发生分解。 返回 (2)脱氢 从化合物中除去氢原子的过程。 (3)加氢和脱氢的关系 是一对可逆反应。 (4)工业应用 加氢：H2和N2合成氨，CO与H2合成甲醇，苯酚(或苯)加氢合成环己醇(或环己烷)、硝基苯加氢合成苯胺，煤粉和重质油加氢分解得轻质油料。 脱氢：是制造烯烃或二烯烃的主要途径，重要产品有乙烯、丙烯、丁烯和丁二醇此外还有甲醇脱氢制甲醛，异丙醇制丙酮等。 通用反应单元工艺 ——氢化和脱氢 3.2.1概述 1.氢化 (1)一般规律 在加压下进行，氢化难易可用氢化热判断， 即消耗1mol氢放出的热量越多，则氢化反应越容易 进行。表3-2-01列出了某些化合物的氢化热 通用反应单元工艺 ——氢化和脱氢 (2)氢化催化剂 金属催化剂，例如Pt，Pd，Ru，Ni，Co，Fe和Cu等，通常负载于载体上，常用载体有SiO2，Al2O3，活性炭，硅藻土及沸石等 合金催化剂 可分为骨架催化剂和熔铁催化剂两类常见的有骨架钴催化剂；熔铁催化剂是由Fe-Al-K等组成合金，经破碎和筛分即可使用，主要用作合成氨催化。 通用反应单元工艺 ——氢化和脱氢 金属氧化物和硫化物催化剂 例如CuCrO2，CaO-MoO3-Al2O3 ， WS2和NiS等 均相络合催化剂 例如RhCl(PPh3)3 ，RuCl(PPh3)3等 (3)氢化反应器 气相氢化采用固定床和流化床。 液相氢化反应器有鼓泡床、移动床和流化床。 通用反应单元工艺 ——氢化和脱氢 2.脱氢 (1)一般规律 升温和降压对脱氢有利。脱氢难易与反应物分子中C-H键断裂能有关，断裂能小者容易脱氢。表3-2-02示出了C-C和C-H键的断裂能数据 通用反应单元工艺 ——氢化和脱氢 (2) 大分子结焦物的生成 C-C键和C-H键断裂形成的中间体还会在催化剂强酸中心上因吸附强，脱附困难因而停滞过久就会发生聚合结焦反应。 解决上述问题的办法有： 在催化剂中添加K2O，K2CO3或MgO等助催化剂 添加水蒸气稀释原料气。 通用反应单元工艺 ——氢化和脱氢 (3)催化剂 金属催化剂 以Pt活性最大，其次是Pd、Rh、 Cu、Cr、Fe、Ni和V等。 金属氧化物催化剂 ZnO,NiO,Al2O3，Fe2O3， Cr2O3，CaO，V2O5，Mo2O3，CoMoO4等。 金属盐类 碳酸钾、碱土金属磷酸盐等。 通用反应单元工艺 ——氢化和脱氢 3.2.2氢气的来源 氢气的工业来源 (1)水电解制氢 (2)副产氢气的回收 焦炉煤气中含氢ψ(H2)=60%左右，石油热裂解气经深冷分离可得纯度极高的氢气。 (3)由煤制氢 在历史上曾是主要的制氢方法。 通用反应单元工艺 ——氢化和脱氢 (4)由气态烃和轻油转化制氢，是目前最重要的制氢方法 水蒸气转化法 在高温和催化剂作用下，以甲烷为例 CH4+H2O=CO+3H2 CH4+2H2O=CO2+4H2 CO+H2O=CO2+H2 制得的混合气组成见表3-2-03 通用反应单元工艺 ——氢化和脱氢 部分燃烧法 要求n(C):n (O)=1:1。 表3-2-04列出不同原料烃用部分氧化法所得合成气组成。 通用反应单元工艺 ——氢化和脱氢 混合气的化工利用 由上述两法制得的混合气，经过内部组分调整可配成各种原料气，合成多种化工产品 通用反应单元工艺 ——氢化和脱氢 纯氢的制造 通用反应单元工艺 ——氢化和脱氢 图3-2-01 烃类水蒸气转化制纯氢的工艺流程图 1-转化炉 2-废热锅炉 3-CO中温变换器 4-CO低温变换器 5-CO2吸收塔 6-水洗塔 7-甲烷化反应器 3.2.3氮加氢制合成氨 氨主要用来生产化肥，其他的还有：硝酸、纯碱、含氮无机盐、制药、氨基塑料、丁腈橡胶等产品的制造，亦广泛用作冷冻剂。 1.反应原理 （1）反应 （2）化学平衡 （