什么是脱氢剂?

发布日期:
2019年4月23日
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脱氢(Dehydrogenation)有机化合物在高温及催化剂氧化铬氧化铁等)或脱氢剂(硫或硒等)存在下脱去氢的反应。是氧化反应的一种形式。

简介

催化脱氢 - 主要使用催化剂使有机物中碳-氢链断裂,达到脱氢的目的,同时还要维持更容易断裂的碳-碳链,不使其断裂,因此必须选择合适的催化剂

氧化脱氢 - 氧非常容易和氢原子结合成水分子,因此在脱氢过程中通入氧能使氢原子更容易脱离其结合的有机物分子,这种方法主要用于有机物及其脱氢产物不和水反应的情况下。

反应过程

有机化合物的分子中脱除氢原子的反应过程。脱氢时化合物分子中的碳-氢、氧-氢或氮-氢键断裂,氢被解离生成氢分子(H2)。若氢原子同时被氧化而生成水,则称氧化脱氢。脱氢的结果是

增大反应物的不饱和度,使产物具有较高的反应活性,是广泛应用于有机合成中的重要过程。

沿革

早在1889年就实现了由甲醇脱氢制甲醛的工业生产。20世纪20年代起,先后实现了异丙醇脱氢制丙酮、乙苯脱氢制苯乙烯、丁烷脱氢制丁烯、丁烯脱氢制丁二烯、正丁烯氧化脱氢制丁二烯等的工业生产。

反应类型

脱氢有热脱氢和催化脱氢两种,工业上主要以催化脱氢为主

。催化脱氢可分为:①碳-氢键催化脱氢,如烷烃、烯烃、芳烃和环烷烃等的脱氢:

CH3CH2CH2CH3─→CH2=CH-CH=CH2 2H2

CH3CH2CH=CH2─→CH2=CH-CH=CH2 H2

②氧-氢和氮-氢等键的催化脱氢,如醇(直链醇、环烷醇)和胺的脱氢:

③有氧化反应参加的脱氢反应(氧化脱氢),例如丁烯转化成丁二烯

CH2=CHCH2CH3 1/2O2─→CH2=CH-CH=CH2 H2O

催化剂

选用适宜的催化剂,是提高脱氢反应速度和选择性的关键。脱氢是加氢的逆过程,原则上加氢催化剂也能作为脱

催化剂使用。但是,由于脱氢和加氢反应条件不同,在选择催化剂时,除催化活性外,还应注意以下几点:①耐热性好,保证在脱氢高温环境中不被烧结;②化学稳定性好,在较高温度下具有抗氢气还原和抗水蒸气侵蚀的能力;③脱氢比加氢易使催化剂表面结焦,应易于进行催化剂再生。常用的催化剂为各种金属氧化物(如氧化铁氧化铬氧化锌氧化镁)和各种金属(如铜、银、镍、铂)等。氧化脱氢催化剂除具有脱氢催化剂的性能外,还应具有催化氧化性能,常用的是混合氧化物催化剂(如钼、铋的氧化物,铁、锑的氧化物等),也可用金属催化剂

反应速率

催化剂的脱氢活性外,也与反应物的分子结构有关。要使反应得以顺利进行,首先反应分子必须较好地吸附在催化剂表面,而脱氢产物和

又能顺利地脱附。分子中若含有双键、苯环和羟基等,则在催化剂表面具有较大的吸附能力而产生较强的吸附。分子间随反应分子的增大而增加,故长链的高级烃类的吸附比短链的烃类吸附强得多。还必须考虑分子间引力和催化剂表面的结构适应性。若分子大小相近,物理吸附的难易程度次序为:烷烃<烯烃<烷基苯。一般来说,脱氢反应的控制步骤是脱去第一个氢。随着分子量的增大,饱和烃的脱氢趋势一般增大,但副反应有时也将增加。[2]

过程条件

脱氢是可逆、吸热、分子数增加的反应,高温和低压有利于反应的进行。脱氢一般在较高的温度(300~800°C)下才具有一定的反应速度,但相应地裂解副反应速度也会加快。为此,必须采用选择性良好的催化剂,并用减压操作以尽量降低反应温度。但低压操作有漏入空气引起爆炸的危险,工业上一般是向反应系统通入水蒸气,以降低反应物的分压,并能提供反应所需的热量,消除及减轻催化剂的结焦。采取氧化脱氢,可使生成的氢被氧化成水而除去,促使反应移向脱氢方向,以提高转化率;同时氧化放出大量的热,可供给脱氢吸热的需要。以甲醇为例:甲醇脱氢反应

反应由脱氢吸热转变为氧化脱氢放热,不仅反应转化率高,而且反应温度可降低,催化剂积炭减少,寿命延长。氧化脱氢的缺点是易引起氧化副反应。

催化脱氢反应器有固定床反应器,如列管式、圆柱型绝热床单段或多段反应器和径向反应器,以及流化床反应器反应器的材质要有耐高温和抗氢蚀的能力。

应用

脱氢主要用于将丁烷脱氢形成丁二烯作为合成腈纶或合成橡胶的原料;将异戊烯脱氢形成异戊二烯作为合成橡胶原料;将乙苯脱氢成为苯乙烯做合成树脂、合成纤维的原料等;将甲醇直接氧化成甲醛也是一种脱氢过程。

在工业上用于从简单的脂链化合物生产乙烯、丙烯等不饱和的化合物,在实验室里通常用以从指环化合物,合成芳香族化合物,在制药工业中有用霉菌脱氢的,如氢化考的松脱氢生产氢化泼尼松等。

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