氫化反應(yīng)是有機合成中的一類重要反應(yīng)。目前，氫化反應(yīng)大多是在高壓反應(yīng)釜中間歇進行，有存在爆炸風險、轉(zhuǎn)化率和選擇性低等缺點，因此，開發(fā)新的、安全、高效的氫化工藝是必要的。微通道反應(yīng)器能精確控制溫度和反應(yīng)時間，并且混合均勻，傳質(zhì)性能高，能極大提高反應(yīng)選擇性和生產(chǎn)產(chǎn)量，減少催化劑損耗，連續(xù)流微反應(yīng)加氫技術(shù)受到廣泛關(guān)注，具有很高的發(fā)展前景，是未來化工合成的研究方向之一。
在微反應(yīng)器中進行的連續(xù)流動過程比分批間歇反應(yīng)更有效，反應(yīng)物連續(xù)引入,在更小的反應(yīng)空間內(nèi)進行接觸反應(yīng)，傳質(zhì)傳熱效果高，并不斷地從反應(yīng)空間中移除，降低了副反應(yīng)的風險。
對于非均相催化加氫反應(yīng)而言，流動處理的額外優(yōu)勢來自于高比表面積。該技術(shù)在氣一液一固三相反應(yīng)中尤其明顯，由于在非常窄的微通道空間中分子擴散所需的界面面積大、路徑短，因此會發(fā)生非常高效的氣一液一固相互作用。
氫化反應(yīng)在微反應(yīng)器中的另一個優(yōu)點是,易燃氣體的體積顯著減少，小滯留量降低了爆炸的潛在危害,具有明顯的安全優(yōu)勢。
以下為大家分享烯烴、烘烴、醛酮以及硝基化合物的加氫反應(yīng)實例，展示使用微通道反應(yīng)器在加氫反應(yīng)方面的優(yōu)勢。更多實例請聯(lián)系我們。
烯烴的氫化
烯烴催化氫化為烯烴向烷烴的轉(zhuǎn)化提供了具有原子經(jīng)濟性的途徑，高效與高選擇性地進行烯烴的催化加氫具有巨大的價值。
通過濺射和氣相沉積技術(shù)制備鉑負載的熱解石墨催化劑，并將其裝載在微通道反應(yīng)器中(見圖4),用于乙烯加氫催化測試，乙烯的氫化見圖5%在250f下，乙烯和氫氣流量都為1mL/min時，乙烯轉(zhuǎn)化率達到95%,完全沒有聚合產(chǎn)物生成，這是目前乙烯制乙烷研究中應(yīng)用的最高溫度。
圖：乙烯氫化微反應(yīng)器示意
炔烴的氫化
炔烴既可以半氫化成烯烴，也可以完全氫化為烷烴。炔烴半氫化成烯烴是許多精細合成中關(guān)鍵步驟，為提高半氫化的轉(zhuǎn)化率和選擇性，對反應(yīng)工藝的要求更加嚴格。
以玻璃微通道反應(yīng)器用于4-苯基3-丁烯2酮的加氫測試。在150°C下，液體的流速為0.8mL/h,H2的流速為0.15mL/min時，產(chǎn)率為93%;在間歇系統(tǒng)中進行了烯烴加氫實驗，產(chǎn)率是63%，比微通道反應(yīng)器得到的結(jié)果要低得多。作者還計算了時空產(chǎn)率，空時產(chǎn)率比普通燒瓶高14萬倍。同時，在設(shè)備上進行了30次反應(yīng)，大約連續(xù)100h的反應(yīng)時間，沒有明顯的催化劑失活。
圖：4-苯基3-丁烯2-酮的加氫微反應(yīng)器
醛酮的氫化
醇是合成有機化學中的一類重要的化合物，也是藥物、農(nóng)用化學品、精細化學品、聚合物、染料和塑化劑等產(chǎn)品重要的中間體，具有很大的經(jīng)濟價值。醛酮加氫得到目標醇一直是化學化工中常用的方法之一。
采用毛細管微通道反應(yīng)器研究環(huán)己酮的氫化，在摩爾分數(shù)為0.3%的低催化劑負載下，轉(zhuǎn)化率在90%?100%之間。催化毛細管的長期穩(wěn)定性，微型反應(yīng)器可重復使用200次以上，而轉(zhuǎn)化率無明顯損失,相當于周轉(zhuǎn)數(shù)(t)>60000。
圖：環(huán)己酮氫化微反應(yīng)器示意
硝基的氫化
氨基化合物廣泛應(yīng)用于染料、醫(yī)藥、化工等行業(yè)，通過硝基化合物催化加氫還原獲得胺類化合物是工業(yè)上的常用方法，具有廣闊的應(yīng)用前景。
以硝基苯加氫為研究對象研制了一種具有超薄獨立支撐膜的催化超薄膜微反應(yīng)器。在測量過程中，將5mL硝基苯溶液以2μL/min的流速泵入微通道，同時以0.6μL/min的流速向另一個微通道提供高純度氫氣，每30min收集一次廢水。測定的硝基苯轉(zhuǎn)化率保持在90%以上，在90%到96%之間有小波動。比較了催化超薄膜微反應(yīng)器和其他報道的催化膜微反應(yīng)器的加氫性能(轉(zhuǎn)化率為80%)，結(jié)果表明，催化超薄膜微反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率相當好，催化超薄膜微反應(yīng)器在240min的運行中表現(xiàn)出良好的催化活性，說明了其可行性和*性。
圖：硝基苯的氫化
與間歇反應(yīng)器相比，大多數(shù)使用微通道反應(yīng)器的反應(yīng)具有更高的效率和選擇性。傳統(tǒng)反應(yīng)器中的放大，特別是工業(yè)生產(chǎn)水平，需要在設(shè)備上進行大量投資，以建造和安裝大型反應(yīng)器；但微通道反應(yīng)器可以很容易地用于放大反應(yīng)，放大效應(yīng)較小。在催化劑開發(fā)方面，微通道反應(yīng)器的進一步發(fā)展將滿足更好的選擇性和更高的周轉(zhuǎn)次數(shù)以及提高穩(wěn)定性的需要。
H-Flow微反應(yīng)加氫平臺基于清華大學微反應(yīng)加氫技術(shù)，具有過程安全性高、反應(yīng)時間短和催化劑成本低等特點，經(jīng)過不斷的迭代升級，已經(jīng)實現(xiàn)了加氫反應(yīng)全流程自動控制、在線實時檢測、樣品自動采集等自動化控制及時、準確地監(jiān)測反應(yīng)信息。通過反應(yīng)進程的監(jiān)控，利用收集到的數(shù)據(jù)進行連續(xù)反饋與調(diào)控，實現(xiàn)反應(yīng)過程的不斷優(yōu)化，這將顯著提高工藝開發(fā)的整體效率。
H-Flow微反應(yīng)加氫平臺不僅實現(xiàn)了在實驗室內(nèi)高效進行加氫工藝開發(fā)及催化劑快速篩選，其高通量版已經(jīng)實現(xiàn)在通風櫥內(nèi)進行加氫公斤級產(chǎn)品的定制生產(chǎn)。
H-Flow微反應(yīng)加氫平臺具有高可控性、高產(chǎn)率、高效、安全和節(jié)能的內(nèi)在屬性，使氫化反應(yīng)工藝向著綠色、安全、高效和可持續(xù)化方向發(fā)展，歐世盛可提供從小試到放大生產(chǎn)全套工藝和設(shè)備，在連續(xù)化加氫領(lǐng)域裝備創(chuàng)新方面較為領(lǐng)先。
應(yīng)用領(lǐng)域
參考文獻
趙啟莽等，微反應(yīng)技術(shù)在氫化反應(yīng)中的應(yīng)用進展 化肥設(shè)計[J].2022 - 02
010-82439598
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