[科普中国]-催化脱氢

必须选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。1

简介催化脱氢和氧化脱氢的概念（1）脱氢反应是加氢反应的逆反应；吸热反应；

（2）分子数增加的反应； 随着脱氢反应的进行，生成物和氢气逐渐增多，平衡不利于脱氢；

（3）脱氢反应受到化学平衡的限制，转化率不可能很高；

（4）要使平衡向有利于脱氢方向进行，可以采取将生成的氢气除去的办法—氧化脱氢；

（5）氧化脱氢

氧是氢“接受体”；放出大量反应热可补充热量消耗。 氢接受体有：O2（空气）、卤素和含硫、氮化合物等，这类反应称之为氧化脱氢反应。1

催化剂脱氢反应受热力学限制需在高温下进行，应使用能耐高温催化剂，一般采用金属氧化物Cat。常见的脱氢催化剂：

Cr2O3-Al2O3、Fe2O3-Cr2O3-K2O、Ca8Ni(PO4)6-Cr2O32

脱氢反应器列管等温式 — 反应物料走管内，管间走载热体；

绝热式—过热水蒸汽直接带入反应系统以提供热量；

多段式—在段间设置中间加热器以保证反应所需温度。2

熔盐供热的工艺流程熔点142℃，沸点>1000℃

供热的最佳范围为150℃ ~ 600℃

熔盐的组成（wt%）KNO3 53%；NaNO2 40 %；NaNO3 7 %；

熔盐供热系统优点：（1）给热系数大（2） 加热温差小（3） 不易局部过热等优点2

乙苯脱氢制苯乙烯苯乙烯，无色液体，难溶于水，用途很广，主要用于生产树脂、塑料和橡胶。烃类裂解制乙烯副产裂解汽油中含 4 ~ 6%。 工业上苯乙烯主要由乙苯脱氢制得。

反应工艺条件1. 反应温度：580-620℃

提高温度有利于脱氢平衡；加快脱氢反应速度。裂解等副反应活化能高，比脱氢反应加快更多。

产物聚合生焦加速，催化剂的失活加快，再生周期缩短。

2. 反应压力，常压或稍高于常压

热力学分析，降低操作压力，对脱氢反应有利；

减压操作对反应设备要求高，影响生产安全；

一般常压下操作：加入水蒸汽减小烃分压。

3. 水蒸汽和烃的用量比：

水蒸汽的用量与脱氢反应器形式有关，一般水蒸汽：反应物（摩尔比）：

管式反应器 6 ~ 9 ：1，绝热反应器 14：1。

4. 空速小，转化率高连串副反应的竞争，使选择性下降，催化剂表面的结焦量增加，再生周期缩短。但空速过大时，转化率太小，产物收率低，原料的回收循环量大，能耗增加。

必须综合考虑原料单耗、能耗和催化剂的再生周期，一般 0.4 ~ 0.6m3

5. 催化剂：常用氧化铁系催化剂

活性组分： Fe2O3-Cr2O3-K2O-CeO，FeO（或Fe3O4）使用前需将三氧化二铁还原，加上能提高热稳定性的Cr2O3，能减少裂解副反应、促进清焦清碳助催化剂： 氧化镁、氧化铈、氧化铜。2

工艺流程1. 管式等温型反应器

以烟道气为载热体，或熔盐为载热体，将反应所需热量通过管壁传给催化剂床层。

特点：（1） 多管式反应器，水蒸汽仅作为稀释剂（2） “等温”的概念，传给催化剂床层的热量基本上是衡定的。随反应的进行，转化率↑反应速度↓反应所需热量↓ 。传给催化剂床层的热量 > 反应所需吸收的热量。所以，反应器的温度分布是沿催化剂床层逐渐增高。

2. 反应器脱氢工艺流程

（1）单段绝热反应器 ，过热水蒸汽（720℃）直接加入反应系统。反应器的进口温度比出口温度高，温差可达65℃。温度分布对脱氢反应速度和选择性不利：进口处乙苯浓度最高，高温有利平行副反应发生，而使选择性下降；出口温度低，对平衡不利，使反应速度减慢，限制了转化率的提高。单段绝热反应器：转化率低（35～40%），选择性低（～90%）。

（2） 二段绝热反应器

第一段使用高选择性催化剂，以减少副反应，提高选择性，第二段使用高活性催化剂以克服温度下降对反应速度下降的影响。

3. 脱氢产物粗苯乙烯的分离与精制

各组分沸点差较大，可用精馏方法分离。 减压精馏的目的：苯乙烯在高温时易自聚；聚合速度随温度的升高而加快；为了减少聚合反应的发生，除加阻聚剂外，塔釜温度控制