Теоретические основы процесса

Большое число важнейших химических соединений (циклогексан, циклогексанол, высшие спирты, амины, стирол, изобутилен, бутадиен-1,3 и др.) в промышленности получают при помощи про­цессов гидрирования и дегидрирования.

Реакции гидрирования и дегидрирования тесно связаны друг с другом, протекают в противоположных направлениях и в большин­стве случаев находятся в термодинамическом равновесии:

 

АН₂ А + Н₂

 

Реакция гидрирования сопровождается уменьшением объема реакционной массы и выделением тепла, а реакция дегидрирова­ния — увеличением объема реакционной массы и поглощением теп­ла. Поэтому сдвиг равновесия в сторону гидрирования или дегид­рирования зависит от условий процесса. Так, низкие температуры и высокие давления благоприятствуют реакции гидрирования, а высокие температуры и низкие давления — реакции дегидрирова­ния.

Процессы гидрирования и дегидрирования, как правило, про­водят в присутствии катализаторов, которые значительно повыша­ют скорость процесса и его селективность. В качестве катализато­ров применяют металлы и их сплавы (Pt, Pd, Ni, Cu, Zn и др.), оксиды металлов и их смеси (Fe₂O₃, Сr₃О₃,ZnO, MgO и др.), сульфиды металлов и их смеси (NiSi, WS₃, MoS₃ и др.).

Металлы являются наиболее активными катализаторами, поэто­му их чаще всего используют в процессах гидрирования, которые проводят при температурах до 220 °С и давлении до 6 МПа. В про­цессах дегидрирования применяют преимущественно оксидные ка­тализаторы, которые по сравнению с металлами хотя и менее ак­тивны, но при 500—650 °С обладают большей селективностью, стабильностью и легко регенерируются.

Циклогексан и циклогексанол являются важными промежуточ­ными продуктами в процессе получения циклогексанона, капролактама и адипиновой кислоты. Кроме того, они широко используются как растворители.

В промышленности циклогексан и циклогексанол получают гидрированием бензола и фенола соответственно. Процесс прово­дят под давлением при мольном отношении гидрируемого веще­ства к водороду, равном 1: (10÷30). Например, бензол гидриру­ют на никелевом катализаторе при 180—200 °С и 1,5—2,0 МПа или на сульфидных катализаторах при л;300°С и 20—30 МПа:

 

 

При гидрировании бензола на никелевом катализаторе повы­шение температуры выше 220 °С приводит к частичному распаду циклогексана на углерод, метан и другие побочные продукты и к. быстрой дезактивации катализатора.

Фенол гидрируют на никелевом катализаторе при температурах не выше 150°С и давлении 1,5—2,0 МПа в газовой фазе. При более высокой температуре значительная часть фенола гидрируется до циклогексанона и расходуется на образование других побочных продуктов:

 

 

Циклогексанон можно гидрировать в циклогексанол, но условия гидрирования более жесткие. Селективность гидрирования бензола и фенола составляет 98% и выше.