加氫

1897年，法國人P.薩巴蒂埃首先研究了不飽和有機化合物在鎳催化劑存在下 的加氫反應。1902年，在德國建成了第一套加氫工業裝置，把具有不飽和碳碳雙鍵的液態油脂，在鎳催化劑存在下，經過加氫過程生產飽和的固態脂。1904年，俄國的Β.Н.伊帕季耶夫提出在加壓下進行加氫過程。此後，加氫過程的應用獲得迅速的發展。1913年，用哈伯-博施法由氫氣和氮氣合成氨。1923年，先後開發了用費托法由氫和一氧化碳合成液體燃料，和由一氧化碳高壓加氫合成甲醇等方法。1926年，用柏吉斯法由煤加氫液化製取液體燃料。60年代以後，煉油廠廣泛採用加氫精製工藝，以提高油品質量。加氫過程已是化學工業和石油煉製工業中最重要的反應過程之一。

加氫過程可分為兩大類：

①氫與一氧化碳或有機化合物直接加氫，例如一氧化碳加氫合成甲醇： CO+2H 2─→CH3OH ；己二腈加氫制己二胺：NC(CH2)4CN+4H2─→H2N(CH2)6NH2

②氫與有機化合物反應的同時，伴隨著化學鍵的斷裂，這類加氫反應又稱氫解反應，包括加氫脫烷基、加氫裂化、加氫脫硫等。例如烷烴加氫裂化，甲苯加氫脫烷基制苯，硝基苯加氫還原制苯胺，油品加氫精製中非烴類的氫解：RSH+H2─→RH+H2S 非烴類含氮化合物最難氫解；在同類非烴中分子結構越複雜越難氫解。

主要有四類：①金屬催化劑，常用的是第八族過渡元素，如 骨架鎳、鎳-硅藻土、鉑-氧化鋁、鈀-氧化鋁等。這類催化劑活性高，幾乎可用於所有官能團的加氫。②金屬氧化物催化劑，如氧化銅－亞鉻酸銅、氧化銅-氧化鋅、氧化銅-氧化鋅-氧化鉻、氧化銅-氧化鋅-氧化鋁等，主要用於醛、酮、酯、酸以及一氧化碳等化合物的加氫。③金屬硫化物催化劑，如鎳－鉬硫化物、鈷-鉬硫化物、硫化鎢、硫化鉬等，通常以γ-氧化鋁為載體，主要用於含硫、含氮化合物的氫解反應，部分硫化的氧化鈷-氧化鉬-氧化鋁催化劑常用於油品的加氫精製。④絡合催化劑，如RhCl[P(C6H5)3]3,主要用於均相液相加氫。

加氫反應是可逆、放熱和分子數減少的反應，根據呂·查德里原理，低溫、高壓有利 於化學平衡向加氫反應方向移動。加氫過程所需的溫度決定於所用催化劑的活性，活性高者溫度可較低。對於在反應溫度條件下平衡常數較小的加氫反應（如由一氧化碳加氫合成甲醇），為了提高平衡轉化率，反應過程需要在高壓下進行，並且也有利於提高反應速度。採用過量的氫，不僅可加快反應速度和提高被加氫物質的轉化率，而且有利於導出反應熱。過量的氫可循環使用。

常用的加氫反應器有兩類：一類用於高沸點液體或固體（固體需先溶於溶劑或加熱熔融）原料的液相加氫過程，如油脂加氫、重質油品的加氫裂解等。液相加氫常在加壓下進行，過程可以是間歇式的，也可以是連續的。間歇液相加氫常採用具有攪拌裝置的壓力釜或鼓泡反應器。連續液相加氫可採用涓流床反應器或氣、液、固三相同向連續流動的管式反應器。另一類反應器用於氣相連續加氫過程，如苯常壓氣相加氫制環己烷、一氧化碳高壓氣相加氫合成甲醇等，反應器的類型可以是列管式或塔式。

在高溫、高壓下，氫與鋼材中的碳原子能化合生成甲烷，使鋼材變脆，稱為氫蝕。故高壓加氫的反應器，必須採用合金鋼材。氫是易燃、易爆物質，加氫過程必須考慮安全措施。

加氫過程在石油煉製工業中，除用於加氫裂化外，還廣泛用於加氫精製，以脫除油品中存 在的含氧、硫、氮等雜質，並使烯烴全部飽和、芳烴部分飽和，以提高油品的質量。在煤化工中用於煤加氫液化製取液體燃料。在有機化工中則用於製備各種有機產品，例如一氧化碳加氫合成甲醇、苯加氫制環己烷、苯酚加氫制環己醇、醛加氫制醇、萘加氫制四氫萘和十氫萘（用作溶劑）、硝基苯加氫還原制苯胺等。此外，加氫過程還作為化學工業的一種精製手段，用於除去有機原料或產品中所含少量有害而不易分離的雜質，例如乙烯精製時使其中雜質乙炔加氫而成乙烯；丙烯精製時使其中雜質丙炔和丙二烯加氫而成丙烯；以及利用一氧化碳加氫轉化為甲烷的反應，以除去氫氣中少量的一氧化碳等。缺點是加氫反應需要氫的成本高，所以很難大批量生產。