必須選催化脫氫主要使用催化劑使有機物中碳-氫鏈斷裂，達到脫氫的目的，同時還要維持更容易斷裂的碳-碳鏈，不使其斷裂，因此必須選擇合適的催化劑。
基本介紹
- 中文名：催化脫氫
- 外文名：catalytic dehydrogenation
- 學科：化學
- 屬性：化學反應
- 關鍵：催化劑
- 套用：有機合成，石油化工
簡介,催化脫氫和氧化脫氫的概念,催化劑,脫氫反應器,熔鹽供熱的工藝流程,乙苯脫氫制苯乙烯,反應工藝條件,工藝流程,與氧化脫氫比較,
簡介
催化脫氫和氧化脫氫的概念
（1）脫氫反應是加氫反應的逆反應；吸熱反應；
（2）分子數增加的反應； 隨著脫氫反應的進行，生成物和氫氣逐漸增多，平衡不利於脫氫；
（3）脫氫反應受到化學平衡的限制，轉化率不可能很高；
（4）要使平衡向有利於脫氫方向進行，可以採取將生成的氫氣除去的辦法—氧化脫氫；
（5）氧化脫氫
氧是氫“接受體”；放出大量反應熱可補充熱量消耗。 氫接受體有：O2（空氣）、鹵素和含硫、氮化合物等，這類反應稱之為氧化脫氫反應。
催化劑
脫氫反應受熱力學限制需在高溫下進行，應使用能耐高溫催化劑，一般採用金屬氧化物Cat。常見的脫氫催化劑：
Cr2O3-Al2O3、Fe2O3-Cr2O3-K2O、Ca8Ni(PO4)6-Cr2O3
脫氫反應器
列管等溫式 — 反應物料走管內，管間走載熱體；
絕熱式—過熱水蒸汽直接帶入反應系統以提供熱量；
多段式—在段間設定中間加熱器以保證反應所需溫度。
熔鹽供熱的工藝流程
熔點142℃，沸點>1000℃
供熱的最佳範圍為150℃ ~ 600℃
熔鹽的組成（wt%）KNO3 53%；NaNO2 40 %；NaNO3 7 %；
熔鹽供熱系統優點：（1）給熱係數大（2） 加熱溫差小（3） 不易局部過熱等優點
乙苯脫氫制苯乙烯
苯乙烯，無色液體，難溶於水，用途很廣，主要用於生產樹脂、塑膠和橡膠。烴類裂解制乙烯副產裂解汽油中含 4 ~ 6%。 工業上苯乙烯主要由乙苯脫氫製得。
反應工藝條件
1. 反應溫度：580-620℃
提高溫度有利於脫氫平衡；加快脫氫反應速度。裂解等副反應活化能高，比脫氫反應加快更多。
產物聚合生焦加速，催化劑的失活加快，再生周期縮短。
2. 反應壓力，常壓或稍高於常壓
熱力學分析，降低操作壓力，對脫氫反應有利；
減壓操作對反應設備要求高，影響生產安全；
一般常壓下操作：加入水蒸汽減小烴分壓。
3. 水蒸汽和烴的用量比：
水蒸汽的用量與脫氫反應器形式有關，一般水蒸汽：反應物（摩爾比）：
管式反應器 6 ~ 9 ：1，絕熱反應器 14：1。
4. 空速小，轉化率高連串副反應的競爭，使選擇性下降，催化劑表面的結焦量增加，再生周期縮短。但空速過大時，轉化率太小，產物收率低，原料的回收循環量大，能耗增加。
必須綜合考慮原料單耗、能耗和催化劑的再生周期，一般 0.4 ~ 0.6m3
5. 催化劑：常用氧化鐵系催化劑
活性組分： Fe2O3-Cr2O3-K2O-CeO，FeO（或Fe3O4）使用前需將三氧化二鐵還原，加上能提高熱穩定性的Cr2O3，能減少裂解副反應、促進清焦清碳助催化劑： 氧化鎂、氧化鈰、氧化銅。
工藝流程
1. 管式等溫型反應器
以煙道氣為載熱體，或熔鹽為載熱體，將反應所需熱量通過管壁傳給催化劑床層。
特點：（1） 多管式反應器，水蒸汽僅作為稀釋劑（2） “等溫”的概念，傳給催化劑床層的熱量基本上是衡定的。隨反應的進行，轉化率↑反應速度↓反應所需熱量↓ 。傳給催化劑床層的熱量 > 反應所需吸收的熱量。所以，反應器的溫度分布是沿催化劑床層逐漸增高。
2. 反應器脫氫工藝流程
（1）單段絕熱反應器 ，過熱水蒸汽（720℃）直接加入反應系統。反應器的進口溫度比出口溫度高，溫差可達65℃。溫度分布對脫氫反應速度和選擇性不利：進口處乙苯濃度最高，高溫有利平行副反應發生，而使選擇性下降；出口溫度低，對平衡不利，使反應速度減慢，限制了轉化率的提高。單段絕熱反應器：轉化率低（35～40%），選擇性低（～90%）。
（2） 二段絕熱反應器
第一段使用高選擇性催化劑，以減少副反應，提高選擇性，第二段使用高活性催化劑以克服溫度下降對反應速度下降的影響。
3. 脫氫產物粗苯乙烯的分離與精製
各組分沸點差較大，可用精餾方法分離。 減壓精餾的目的：苯乙烯在高溫時易自聚；聚合速度隨溫度的升高而加快；為了減少聚合反應的發生，除加阻聚劑外，塔釜溫度控制<90℃，必須採用減壓精餾 粗苯乙烯的分離和精製流程。
4. 烴類的氧化脫氫脫氫反應受到化學平衡的限制，轉化率不可能很高，可採用氧化脫氫的方法。氧是氫“接受體”；放出大量反應熱補充熱量消耗。 這類反應稱之為氧化脫氫反應氫接受體：O2（空氣）、鹵素和含硫、氮化合物等。
與氧化脫氫比較
烴類脫氫在石油化工中套用很廣，如乙苯脫氫制苯乙烯、環己醇脫氫制環己酮、丁烯脫氫制丁二烯和異戍烯脫氫制異戍二烯等。但是脫氫法存在以下幾個缺點：受熱力學平衡的限制，溫度高和烴分壓低對平衡有利。高溫意味著能耗大，低烴分壓可能在操作時加入大量的惰性氣體，這些均使工藝流程複雜，經濟效益低。一般說來，催化脫氫法的單程轉化率較低。脫氫反應在熱力學上為吸熱反應。一般工業生產均採用大量的高溫過熱蒸汽提供反應熱量，因此能耗和投資都增大。脫氫反應的催化劑容易積炭，從而降低活性，因此必須進行周期性的清炭。
氧化脫氫可以避免上面的缺點，但催化劑的選擇性一定要好，特別是不能生成或少生成含氧有機化合物。否則不僅消耗原料，而且生成的廢水和廢氣造成環境污染。氧化脫氯中的氧對不同的反應和催化劑可以起不同的作用。氧和水蒸氣可以與催化劑上的積炭發生反應,，從而使催化劑保持活性。由於有水蒸氣生成，使吸熱的脫氫反應變為放熱反應。實際中氧化脫氫反應可看成不可逆過程，可以不考慮化學平衡的影響，而主要集中在催化劑和反應條件的研究上，使催化劑具有良好的選擇性和合適的活性。
