加氢

加氢反应

氢与其他化合物相互作用的反应过程，通常是在催化剂存在下进行的。加氢反应属还原的范畴。

沿革

1897年，法国人P.萨巴蒂埃首先研究了不饱和有机化合物在镍催化剂存在下的加氢反应。1902年，在德国建成了第一套加氢工业装置，把具有不饱和碳碳双键的液态油脂，在镍催化剂存在下，经过加氢过程生产饱和的固态脂。1904年，俄国的Β.Н.伊帕季耶夫提出在加压下进行加氢过程。此后，加氢过程的应用获得迅速的发展。1913年,用哈伯-博施法由氢气和氮气合成氨。1923年，先后开发了用费托法由氢和一氧化碳合成液体燃料，和由一氧化碳高压加氢合成甲醇等方法。1926年，用柏吉斯法由煤加氢液化制取液体燃料。60年代以后，炼油厂广泛采用加氢精制工艺，以提高油品质量。加氢过程已是化学工业和石油炼制工业中最重要的反应过程之一。

反应类型

加氢过程可分为两大类：

①氢与一氧化碳或有机化合物直接加氢，例如一氧化碳加氢合成甲醇： CO+2H2─→CH3OH ；己二腈加氢制己二胺：NC(CH2)4CN+4H2─→H2N(CH2)6NH2

②氢与有机化合物反应的同时,伴随着化学键的断裂,这类加氢反应又称氢解反应，包括加氢脱烷基、加氢裂化、加氢脱硫等。例如烷烃加氢裂化，甲苯加氢脱烷基制苯，硝基苯加氢还原制苯胺，油品加氢精制中非烃类的氢解：RSH+H2─→RH+H2S 非烃类含氮化合物最难氢解；在同类非烃中分子结构越复杂越难氢解。

加氢催化剂

主要有四类：①金属催化剂，常用的是第八族过渡元素，如骨架镍、镍-硅藻土、铂-氧化铝、钯-氧化铝等。这类催化剂活性高,几乎可用于所有官能团的加氢。②金属氧化物催化剂，如氧化铜－亚铬酸铜、氧化铜-氧化锌、氧化铜-氧化锌-氧化铬、氧化铜-氧化锌-氧化铝等,主要用于醛、酮、酯、酸以及一氧化碳等化合物的加氢。③金属硫化物催化剂，如镍－钼硫化物、钴-钼硫化物、硫化钨、硫化钼等，通常以γ-氧化铝为载体，主要用于含硫、含氮化合物的氢解反应，部分硫化的氧化钴-氧化钼-氧化铝催化剂常用于油品的加氢精制。④络合催化剂，如RhCl[P(C6H5)3]3,主要用于均相液相加氢。

过程条件

加氢反应是可逆、放热和分子数减少的反应，根据吕·查德里原理，低温、高压有利于化学平衡向加氢反应方向移动。加氢过程所需的温度决定于所用催化剂的活性，活性高者温度可较低。对于在反应温度条件下平衡常数较小的加氢反应（如由一氧化碳加氢合成甲醇），为了提高平衡转化率，反应过程需要在高压下进行，并且也有利于提高反应速度。采用过量的氢，不仅可加快反应速度和提高被加氢物质的转化率，而且有利于导出反应热。过量的氢可循环使用。

常用的加氢反应器有两类：一类用于高沸点液体或固体（固体需先溶于溶剂或加热熔融）原料的液相加氢过程，如油脂加氢、重质油品的加氢裂解等。液相加氢常在加压下进行，过程可以是间歇式的，也可以是连续的。间歇液相加氢常采用具有搅拌装置的压力釜或鼓泡反应器。连续液相加氢可采用涓流床反应器或气、液、固三相同向连续流动的管式反应器。另一类反应器用于气相连续加氢过程，如苯常压气相加氢制环己烷、一氧化碳高压气相加氢合成甲醇等，反应器的类型可以是列管式或塔式。

在高温、高压下，氢与钢材中的碳原子能化合生成甲烷，使钢材变脆,称为氢蚀。故高压加氢的反应器,必须采用合金钢材。氢是易燃、易爆物质，加氢过程必须考虑安全措施。

工业应用

加氢过程在石油炼制工业中，除用于加氢裂化外,还广泛用于加氢精制,以脱除油品中存在的含氧、硫、氮等杂质，并使烯烃全部饱和、芳烃部分饱和，以提高油品的质量。在煤化工中用于煤加氢液化制取液体燃料。在有机化工中则用于制备各种有机产品，例如一氧化碳加氢合成甲醇、苯加氢制环己烷、苯酚加氢制环己醇、醛加氢制醇、萘加氢制四氢萘和十氢萘（用作溶剂）、硝基苯加氢还原制苯胺等。此外，加氢过程还作为化学工业的一种精制手段，用于除去有机原料或产品中所含少量有害而不易分离的杂质，例如乙烯精制时使其中杂质乙炔加氢而成乙烯；丙烯精制时使其中杂质丙炔和丙二烯加氢而成丙烯；以及利用一氧化碳加氢转化为甲烷的反应，以除去氢气中少量的一氧化碳等.缺点是加氢反应需要氢的成本高，所以很难大批量生产。

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