加氢催化反应慢？从底物结构和催化剂活性找原因

加氢催化反应慢？从底物结构和催化剂活性找原因

加氢催化最常见的问题是反应缓慢甚至停止，必须将催化剂滤出，并在滤液中加入新的催化剂，反应才能继续。

总结经验，催化反应慢的原因主要有三点

基板结构

● 底物结构加氢的难易程度是影响反应速率的内在因素。底物结构中，加氢的难易程度主要受功能团的影响。常见的功能团中，酰氯还原为醛、硝基还原为氨基最容易发生，其次是炔烃还原为烯烃、酮还原为醇和腈还原为甲胺，而苯环还原为环己烷、酸还原为醇是最困难的。对于同一功能团，底物结构的其他部分也会影响反应的难易程度，如酮还原为醇时，酮附近碳上分支较少的底物更容易还原。在工艺研究中，底物的结构取决于反应路线，一般不是工艺优化的重点。

催化剂活性

● 不同的催化剂在反应中表现出不同的活性。催化加氢中最常用的催化剂是钯碳和雷尼镍，这两种催化剂的活性相对较好，适用于大多数底物。醋酸钯和铂碳在实验室中应用较多，活性较高。工业化批量生产中常用的铜铬等催化剂一般活性较差，对反应条件要求较高。常用的、有应用价值的催化剂有限，选用范围不大，一般不是工艺优化的重点，但也有例外。例如在加氢苯乙酮类化合物时，同样的10%钯碳，不同型号之间差别很大，反应速率往往相差2-20倍之间。至于各个钯碳型号之间的差别，应该与钯碳的生产工艺有关，同样含量的不同型号，对有的化合物催化效果较好，对有的化合物催化效果较差。选择的依据除了咨询供应商外，主要还是通过实验筛选，选出最合适的催化剂。

反应条件

●反应条件对反应速率的影响比较简单，高温、高压、高速搅拌均可加快反应进程，由于设备和安全限制，反应条件不能无限提高。温度一般不能超过溶剂的沸点，适宜范围在25-80度之间；压力一般越低越好，保持在1-30atm比较合适；搅拌不宜过快，越慢越稳定，一般保持在150-300转/分比较合适；溶剂多为甲醇、乙醇、四氢呋喃、乙酸、乙酸乙酯和水，主要保证产品和原料尽可能完全溶解在溶剂中。溶剂对反应速率的影响仅次于温度、压力和搅拌速度，主要考虑溶剂的可操作性、安全性和回收率；催化剂是催化加氢反应中成本控制的重点，要求催化剂价格便宜、用量少。雷尼镍价格便宜，一般用量在10-30%之间，可以回收应用；钯碳价格昂贵，一般用量在3-10%之间，必须回收应用。回收的催化剂每次使用前可能需要活化，使用时需加入一些新的催化剂。

● 以上三点是影响反应速度的常规因素，所谓催化加氢反应速度过慢的问题，一般是指将以上因素调整到极限附近，反应速度仍然较慢的问题，这是本问题的关键点，这时候单靠理论推论是很难解决问题的，通过实验总结，主要影响因素包括：

“迅凯催化”-1000B粉状雷尼镍催化剂

优化pH值

● PH值是优化催化加氢工艺时容易被忽视的一个关键点，PH值通过影响催化剂的活性来影响反应速率。雷尼镍在碱性条件下活性较大，在酸性条件下活性较小，可通过加入胺类来增加反应溶液的碱度；钯碳在酸性条件下活性较大，在碱性条件下活性较小，可通过加入乙酸来增加反应溶液的酸性。以上酸碱度不能过高，不能使用强酸、强碱，需要考虑设备的稳定性及对后处理的影响。

杂质含量

● 指毒物、不溶物、金属离子和焦油，不包括低分子量的杂质、异构体和溶剂残留物。雷尼镍一般抗中毒能力较强，中毒主要针对钯碳。毒物主要是硫和磷化物，包括含硫、磷元素的各种形态的物质。毒物的引入包括原料、溶剂、反应器和气体等；不溶物主要是无机物质和聚合物，主要沉积在催化剂表面，阻碍反应部位，使反应减慢；金属离子​​主要是重金属、铜离子、汞离子、铅离子和镉离子，它们和催化剂发生反应，使反应减慢；焦油的作用机理与不溶物相似，在反应过程中也可能产生，因此反应条件不能太高；杂质因素很难通过仪器分析，必须通过实验验证才知道，这是催化加氢中最容易被忽视的。

混合类型

● 主要是搅拌对底部催化剂的混合作用。由于氢气在溶剂中溶解度较小，所以在反应体系中多以气态存在；原料溶解在溶剂中，为液态；催化剂为固态。微观上，反应发生在催化剂表面。良好的搅拌可以使气态氢气与原料迅速透过催化剂表面而发生反应，同时带走产物。实验室试验中常采用磁力搅拌，由于用量少，磁力又有研磨催化剂的作用，所以一般反应最快；在中试中，推式搅拌桨有下压混合反应体系，效果较好。雷尼镍较重，所以受搅拌作用影响最大；钯碳由于钯金属吸附在活性炭上，所以影响相对较小；在工业生产中，规模较大，搅拌效果较差，反应一般比中试慢；传统锚式搅拌没有方向，两个方向均可正常搅拌；推拉式搅拌桨有方向，方向正确搅拌效果好，方向反之效果不佳。