精细化工中催化加氢技术的运用

魏雅娜

（新疆应用职业技术学院，新疆伊犁 833200）

随社会经济飞速发展，我国社会民众日常生活质量水平始终处于稳步提升趋势，随之而来的是对于各种能源资源整体需求、消耗的提升。石油资源作为世界范围重要战略资源，如何提升石油资源利用率始终为我国化工领域重点发展方向。就目前我国化工领域情况而言，精细化工已在我国化工生产中占据重要生产地位，而精细化工生产效果、生产技术的发展与国家经济水平具有紧密的关联，故开展精细化工领域中催化加氢技术的运用研究，不论是对于该项技术的深度掌握，亦或是对未来精细化工领域下催化加氢技术的良性发展均具有至关重要的研究意义。

1 催化加氢技术概述

对比其他类型化工技术，催化加氢技术有着较大差别，该项技术制备产品多数为产物与水，通常生产过程不会带来较多废弃物，故催化加氢技术有着较强的环保特性。目前，我国在加氢催化技术研究中，加氢催化剂方面应用较多的类型为Pd/Pct/骨架镍。

1.1 镍系催化剂

镍系催化剂可划分为两大类，即二氧化硅催化剂、硅藻土催化剂，在应用期间会采取沉淀形式实现硝酸镍沉淀处理，将其放置于载体之上。实际使用阶段，需对其利用氢催化形式保证催化剂温度维持在400℃±50℃，从而规避出现自烧等一系列反应。骨架镍隶属强碱腐蚀处理物质，呈现状态类似于多孔海绵，故制备阶段，会在钛内加入各种元素以实现合金性能的改良。催化剂应用期间，酸碱度、腐蚀度均一定程度会对催化剂性能造成影响。综合分析，镍系催化剂具备较强经济型特征，且实际应用较为便捷，应用领域广泛，故目前镍系催化剂为我国催化加氢技术中常用材料。

1.2 铂系催化剂

铂系催化剂在制备阶段，其主要过程是将氯铂酸于水中放置，随后将过量硝酸钠添加至水中并进行烘干处理，烘干阶段温度控制于35℃确保其快速熔融产生分解反应，继而产生二氧化氮气体。同时，制备阶段会出现褐色沉淀物质，在化学反应产生后，将温度提升至500℃，通过分解之后产生二氧化铂加氢催化剂。

1.3 活性炭/载体物质

对比其他类型催化剂，活性炭/载体物质具备较强催化能力，因此此类催化剂对于活性炭自身有着极高性能要求。同时，活性炭不可同其他机械类杂质相互混合，故通常活性炭/载体催化剂制备阶段会选择果核类材料。

1.4 钯系催化剂

钯系催化剂对比其他类型催化剂制备过程相对便捷。制备阶段首先是氯化钯溶解，将氯化钯溶解至盐酸溶液内，随后添加一定量活性炭提升钯的作用。完成浸染后，干燥处理活性炭还原其氢气，在还原反应阶段实现温度控制便可实现钯系催化剂制备。通常，此种制备方式，可实现活性物质组成迁移频率的良好控制[1]。

2 加氢技术影响因素分析

2.1 氢气分析

近年来，我国工业化生产领域中加氢产品发展速度不断加快，而催化加氢工艺范畴下，氢气生产当属最重要影响因素。通常，氢气生产有多种，化工人员可基于电解食盐水、电解水等形式实现氢气制造，催化加氢产品成本、质量均会受到氢气制造源头的影响。在当下氢气制造领域中，煤制氢可产生质量较高氢气，且具有成本较低特点，同时我国地域广阔，煤矿资源丰富，加之在制造氢气阶段充分运用工业炉，可实现氢气稳定制造，同时再运用氢气处理技术进一步实现氢气提纯，便可达到良好煤制氢生产效率。目前，我国一部分精细化工企业内实现氯碱装置的引入，氯碱装置可通过对食盐水的电解实现氢气制造，且氢气产品具有纯度与质量较高特点。氯气装置制造氢气，对比煤制氢优势在于生产期间不会产生硫，所应用的催化剂亦不会对化工生产人员带来较为严重的健康影响。

2.2 催化加氯反应条件

在实际应用催化加氢技术期间，另一项较为重要的影响因素为反应条件。在反应过程中，涉及变量包括介质、压力、反应速度，例如水溶性硝基物可作为水-醇或水的主要溶剂，在实际操作期间，基于对反应情况的分析，适当加入DMF、DMSO 等溶剂可实现反应条件的控制。通常，催化加氢反应会被安排于高压条件下，反应过程对于生产、实验机械设备有着较高要求。硝基还原的本质实际上为强放热过程，充分运用反应热去除法，让反应达到良好效果，并实现整个反应过程有效监控。与此同时，通常会将碳钢作为主要材质，然而站在远景发展角度分析，部分情况下会选择不锈钢作为设备主要材质。此外，倘若在反应过程中涉及到一系列不稳定化合物，可基于对玻璃内胆的充分运用实现产量的有效保护。

2.3 抑制脱氯

在催化剂发生还原反应期间，倘若存在氯化合物，则整个反应过程难度会大幅度提升，加氢过程中容易出现脱氯反应，而在这一过程中，通过适当应用抑制剂，方可有效发挥抑制剂防脱氯作用。目前催化加氢反应领域，存在较多生产影响因素，化工人员可结合自身专业技术与操作经验开展实际情况分析，合理减少催化剂用量，并于反应过程中合理降低甲醇溶剂用量，亦或是加入脱卤氢解抑制剂降温等方法实现副反应效果有效抑制，如此方可减弱反应体系内的强度。此外，副反应中抑制会造成中间产物增加继而导致反应不彻底，且反应时间成本亦随之增加，化工人员若在催化反应阶段加强控制，合理提升反应温度或是加入催化剂，便可使反应更加充分，且一定程度实现反应时间成本的降低，但仍有一定概率产生副反应。故要会充分考量实际情况，于合理条件之下开展催化加氢，以有效提升反应产物收率，提升产物质量[2]。

3 加氢技术在精细化工中的运用

精细化工中，加氢技术主要应用领域为制备对氨基酚、2，2-二氯氢化偶氮苯、邻氯苯胺以及邻苯二胺与环丁烯砜。

3.1 制备对氨基酚

精细化工企业制备对氨基酚阶段，会于生产过程中向含有硝基苯的稀硫酸溶液内加入氢气，如此便可实现基于硝基苯的本氢羟胺还原制备。在这一过程中，主要使用5%Pt/C，5%Pt/C 能够将贵金属各硝基物重量比例在合理范围之内有效控制。与此同时，在这一生产过程中，会严格控制温度，使反应温度维持在80℃左右，同时压力控制在11～12MPa，充分运用过氧化氢，将10%稀硫酸作为主要反应介质。对比传统对氨基酚制备方法，该方法优势在于实际生产中化工人员无需消耗大量时间成本即可获得对氨基酚，且对氨基酚产品整体质量亦会在该制备方法下得到显著提升。

3.2 制备2，2-二氯氢化偶氮苯

精细化工企业在制备2，2-二氯氢化偶氮苯期间，经常使用催化剂，在常用催化剂中，重要性最高的催化剂当属0.8%Pd/C 催化剂。制备2，2-二氯氢化偶氮苯期间，整个过程中会以甲苯作为主要溶剂，整个反应过程下，化工人员会结合实际反应情况适当加入定量助催化剂以及表面活性剂，确保邻硝基氯化苯在55～57℃内以及0.6MPa 压力下保持正产活性。在2，2-二氯氢化偶氮苯制备期间，对精细化工企业生产人员个人专业水平与综合素质有着较高的要求，即生产人员实际操作阶段能够充分运用催化加精技术，继而充分发挥该技术效果，同时确保整个反应过程的科学性与有效性[3]。

3.3 制备邻氯苯胺

在精细化工企业制备邻氯苯胺期间，会将氢气加入邻硝基苯中以实现邻硝苯胺的还原。在这一过程中，主要催化剂为0.8Pt/C，主要助催化剂采用亚磷酸钠。制备阶段，会将温度控制在60～80℃，并严格控制氢气压力。该方法所的邻氯苯胺产品具有较高浓度，同时具有较高收率，并在生产过程中加入亚磷酸钠，可实现有效的抑制脱氯，确保邻硝基氯苯加氢期间不会出现脱氯现象。在采取该方法制备邻氯苯胺期间，要充分分析相关机械，在实际反应期间合理运用、调整相关机械以确保反应过程不会出现不良问题，保障反应质量与效率。同时，作为精细化工领域重要产品，以催化加氢技术实现邻氯苯胺制造，对比传统邻氯苯胺制造方法不仅可有效降低三废产生量。具体操作方面，首先以（0.0001～0.0005）∶1的质量比在甲苯溶剂内加入相应重量的硝基氯苯、贵金属，同时将其分别放入0.8Pd/C 亚磷酸钠助催化剂与0.8Pd/C 助催化剂，维持60～80℃反应温度，加氢操作期间，压力控制于0.6～2.0MPa。基于大量实践生产经验以及相关文献分析，采用催化加氢方法制备邻氯苯胺，产品收率可满足≥92%，产品纯度可满足≥99.7%。

此外，建议相关部门进一步加强催化加氢技术类型的分析与了解，在生产期间充分结合实际情况开展分析，如此方可在制备不同产品期间，选择合理技术类型，发挥技术既定效果。

3.4 制备邻苯二胺与环丁烯砜

在催化加氢作用之下，邻硝基苯胺可以产生邻苯二胺。具体生产期间，以邻硝基苯胺质量2%的RANEY 作为催化剂，采用甲醇作为溶剂，加氢压力设置为1.5MPa，反应温度控制在70～80℃。上述反应条件下，可获取收率82%左右，纯度99.5%左右的邻苯二胺产品。环丁烯砜方面，可利用1，3-丁二烯与二氧化硫反应而产生环丁烯砜，在制备环丁烯砜基础上，给予催化加氢技术获得环丁砜。具体操作阶段，将催化加氢压力控制于2.3～2.4MPa 范围内，反应温度控制在40～70℃范围下，同时设置催化剂活性≥220m L/cat，需要量设置为5%。时间操作阶段，氢气进料方法为自底部开始，嘴喷向上并缩径，通常设置反应时间为2.5h 左右[4]。

4 碳碳双键，三键加氢应用实例

4.1 碳碳双键催化加氢

精细化工领域中，碳碳双键加氢为十分常见化学反应。碳碳双键催化加氢易于实现，且具有较高收率，同时基于耗费较少的催化剂用量可实现有效成本节约，同时反应比较充分。碳碳双键加氢期间，不同分子存在一定程度的收率差异，但通常情况下各种分子收率均≥90%，部分分子理想收率情况可达到99%。以碳碳双键加氢下蒎烯加氢制备蒎焕为例，在标准大气压生产环境下，开展蒎烯催化反应阶段，采取催化加氢技术，控制120℃发硬温度方可快速得到蒎焕，且反应收率可以达到98%左右。

4.2 碳碳三键催化加氢

碳碳三键加氢方面，该技术同样为目前我国精细化工催化加氢领域主要发展与应用方向。在不同化学反应过程视角下，可以将碳碳三键加氢划分为选择性加氢、完全加氢。当下我国精细化工领域下选择性加氢应用较广领域。开展碳碳三键加氢反应操作阶段，会以林德拉催化剂作为主要催化剂，而碳碳三键空间结构，为生产效率主要影响因素，不同的空间结汇会导致反应选择性出现差异。在分子内部基团之间不存在相互排斥情况时，可获取较高反应选择性，理想反应结果可超过95%。反之若分子内部集团之间相互排斥，通常反应选择性仅会达到80%左右。目前，已知碳碳三键加氢反应选择性最高可达到99%左右[5]。

5 催化加氢技术发展趋势分析

基于当下催化加氢技术在我国的发展与实际应用，未来催化加氢技术主要发展方向为加氢处理技术、芳烃深度加氢以及加氢裂化技术。加氢处理技术方面，未来我国将重点开发直馏馏分油与重原料油深度加氢处理催化剂的全新金属组分配方，即结合市场不同行业产品需求，量身打造催化剂载体。同时，基于我国各行业发展需求，未来将会在加氢处理技术领域下加强研究废催化剂金属回收、重原料油加氢技术、多床层加氢反应技术的研发，从而让催化加氢技术良好迎合脱硫、脱金属等不同需求，促进催化剂的孔分布于表面可更好适应不同原料生产需要，合理延长催化剂使用寿命，降低催化剂生产阶段对金属组分应用的成本。芳烃深度加氢技术方面，未来我国将重点开发新金属组分配方，如非贵金属、新催化加氢工艺以及新催化剂载体等，从而有效提升低压力操作环境下芳烃的活性与饱和性，进一步实现催化剂成本的控制。加氢裂化技术方面，未来将重点针对全新双功能金属-酸性组分配方不断加深研究层次，目的为有效提升中馏分油收率，提升柴油产品十六烷值，在提高抗结焦失活能力同时，降低催化加氢技术应用阶段的氢气消耗量与操作压力要求[6]。

6 结语

我国精细化工生产过程中，催化加氢技术占据重要地位。为充分发挥催化加氢技术优势与功效，在深度了解该项技术基础理论与运用要点同时，还应不断提升自身专业水平与综合素质，严格遵循相关规程与要求开展技术应用，才可有效提升催化加氢技术下的产品质量，实现催化加氢技术产品高质量、高环保性生产目标。同时为促进未来精细化工产业发展，相关单位还应抓准未来产业发展趋势，结合市场需求加强技术研发，在提升我国精细化工领域国际竞争力同时，一并获取经济效益与社会效益，为我国精细化工产业发展贡献推动力。