催化加氢反应存在的问题及解决方法

催化加氢反应存在的问题及解决方法

催化加氢反应的问题

催化加氢最常见的问题是反应缓慢甚至停止反应，必须将催化剂滤出，并在滤液中加入新的催化剂才能继续反应。根据经验，主要有以下三个原因：

1. 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、腈还原为甲胺，而苯环还原为环己烷、酸还原为醇的难度最大。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，例如酮还原为醇时，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。

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2. 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。常用且有价值的催化剂有限，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，应该和生产钯碳时的工艺有关，同样含量的不同型号，对有的化合物催化效果好，对有的效果差。选用的依据除了咨询供应商外，主要是实验筛选，选出最合适的催化剂。

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3. 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：

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。上述酸碱度不能过高，不能使用强酸强碱，需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，使反应速度减慢；金属离子​​主要是重金属、铜离子、汞离子、铅离子和镉离子等，它们与催化剂发生反应，使反应速度减慢；焦油的作用机理与不溶物类似，在反应过程中也可能产生，所以反应条件不能太高；杂质的因素很难通过仪器分析，必须通过实验验证才能知道，这是催化加氢中最容易被忽略的。

混合类型

搅拌对底部催化剂混合的主要影响。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并发生反应，同时将产物带走。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，螺旋桨式搅拌桨有下压混合反应体系，效果较好。雷尼镍较重，所以受搅拌效果影响最大；钯碳由于钯金属吸附在活性炭上，所以影响相对小；在工业生产中，规模较大，搅拌效果较差，一般比中试反应慢；传统锚式搅拌无方向性，双向均可正常搅拌； 螺旋桨搅拌桨是有方向的，方向正确搅拌效果好，方向反了效果就差。

▲完▼

迅凯催化（）成立于2005年，16年来专注于加氢、脱氢催化剂的研发、生产和销售，是中国化工催化剂行业科技创新的典范之一。公司拥有独立的研发中心和完备的评价设备。秉承让客户快速成功的使命，承诺只输出高品质的催化剂产品和服务，努力成为中国高端化工催化剂的代表。

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