欧世盛氢气发生器应用案例：间-硝基(三氟甲基)苯连续加氢工艺研究

2023年发表于《染料与染色》的文献《间－硝基(三氟甲基)苯连续加氢工艺研究》,以活性炭为载体制备了一款 3%Pt /C 催化剂，并对间－硝基( 三氟甲基) 苯连续加氢工艺进行了深入研究。欧世盛为该研究提供了氢气发生器，确保了连续流催化反应过程中可靠的高纯度的氢气供应。

欧世盛氢气发生器

TH 系列氢气发生器是一款紧凑型高压氢气发生器，采用改性质子交换膜高压电解技术，直接电解纯水，无需增压泵，经过多级净化，得到高压高纯氢气。发生器内置多个高灵敏度压力、温度、液位、氢气传感器结合嵌入式操作系统，使维护更简便，使用更安全，操作更友好。

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纯度高：

电解水制氢，随用随产，氢气纯度达到99.999%

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取代钢瓶:

7MPa工作压力，取代实验室高压氢气钢瓶，plus型号可达9.9MPa

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安全保护:

三重压力安全保护措施，确保高压氢气发生器运行绝对安全

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按需设置压力上限:

根据使用需要，可设置压力上限值，延长电解池使用寿命

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干燥剂寿命提醒:

避免由于干燥剂失效，导致水汽流入后续系统

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缺水报警:

非接触式高灵敏度液位检测，实现缺水报警，避免水位低导致电解池损坏

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氢气泄露报警:

内置高灵敏度氢气传感器，若氢气泄露，软件提示并蜂鸣报警

导图

实验方法

实验材料

研究中用到多种原料与试剂。包括作为原料的间 - 硝基 (三氟甲基) 苯、作为溶剂的甲醇 / 乙醇 / 异丙醇、以及催化剂前驱体氯铂酸，还包括自制的 3% Pt/C 催化剂、99.9% 工业氮气及超纯水。

实验仪器

研究中用到的仪器包括分析天平、砂芯过滤器、真空泵、恒流泵、微通道连续加氢装置、100mL 高压反应釜、超纯水机、氢气发生器、Agilent 1260 Infinti II 液相色谱仪。其中，氢气发生器作为微通道连续加氢装置的主要组件之一，由欧世盛公司提供。

实验流程

催化剂制备与还原：通过浸渍法制备 3% Pt/C 催化剂。活性炭与水混合加热后，加入氯铂酸溶液搅拌浸渍，过滤润洗得未还原催化剂；填充反应床后，经氮气 - 氢气置换，140℃下氢气吹扫 2h 完成还原。

连续催化加氢：将背压阀压力设置为 0. 5 MPa 对反应器进行氮气置换、氢气置换，设置所需背压阀压力，设置氢气流量为使用值，设置反应温度后，将间－硝基( 三氟甲基) 苯溶液按照设置好的流速排除管路内空气并缓慢打入反应床内，每间隔 1h 通过取样阀进行取样。

产物分析：采用高效液相色谱法，以甲醇与 0.5% 磷酸水溶液为流动相，对产物、原料及副产物进行定性定量分析。

实验条件筛选

实验考察了不同因素对反应的影响。包括溶剂类型（甲醇、乙醇、异丙醇、无溶剂）、反应温度（60-140℃）、反应压力（0.5-2.5MPa）、气体流量（60-100mL/min）、液体流量（0.3-1.0mL/min）。分别研究了这几个变量对反应的影响，筛选出最佳反应条件，最后通过连续化实验对催化剂稳定性进行验证。

实验结果

反应影响因素

在溶剂研究中发现，甲醇和异丙醇反应的选择性和转化率较高，溶剂为异丙醇时反应存在少量原料 ( 0. 53%) 未转化，因此后续的条件筛选使用甲醇为溶剂。在温度研究中发现，60-100℃时，60 ～ 100 ℃ 升高温度能够提高转化率和选择性，当温度高于 100 ℃ 时反应选择性下降。压力研究中发现，升高压力会提高反应的转化率和选择性，当压力达到 1. 5 MPa 时反应效果最佳，继续升压力所提升的反应效果并不明显，可能由于反应液中加氢需要的氢气量已经足够。气液流量过低会导致反应效率较低，研发发现，当气体流量达到100 mL /min ( 仪器最大值) 时，转化率达到 100%；而液体流量保持在 0. 5 mL /min 是较优条件。

催化剂性能

在上述筛选出的最优条件下进行连续催化反应，可实现原料完全转化，转化率可达到100%、目标产物选择性性可达到 97. 75%，催化效率优秀。稳定性方面，连续运行 440min 内性能稳定，但450min 之后产物的选择性明显降低，这是由催化剂活性降低所致。

对连续运行的反应液进行液质分析发现，存在分子量分别为 176、318 及 900 的副产物，推测分子量为 176 的副产物为不完全加氢产生的亚硝基物，结构可能为间－亚硝基( 三氟甲基)苯; 分子量为 318 的副产物主要为偶氮化合物。

研究结论

成功制备了 3% Pt/C 催化剂，活性优，适用于间 - 硝基 (三氟甲基) 苯连续加氢反应。确定微填充床反应器中该反应的最佳工艺条件：温度 100℃、压力 1.5MPa、气体流量 100mL/min、液体流量 0.5mL/min，在此条件下连续运行 440min时，反应转化率 100%，产物选择性 97.75%。

研究亮点及意义

研究采用微填充床装置进行间 - 硝基 (三氟甲基) 苯连续加氢，解决传统间歇工艺气液固混合不均、传质传热效率低的问题，提升反应稳定性与安全性。自制 3% Pt/C 催化剂表现出高活性与稳定性，具备实际应用潜力。明确反应副产物类型及可能结构，为后续工艺优化（抑制副反应、延长催化剂寿命）提供理论依据。

间－( 三氟甲基) 苯胺是一种重要的化工中间体，主要用于合成染料、医药。该研究为间 -(三氟甲基) 苯胺生产的工业化升级提供了理论支持和技术支撑，助力染料、医药等传统行业的高效绿色生产。

主要图表

图 2 反应机理

图 3 微通道连续加氢反应器

图 4 不同溶剂的筛选

图 5 不同温度的筛选

图 6 不同压力的筛选

图 7 不同液体流量的筛选

图 8 催化剂活性随时间变化曲线

表 2 不同副产物结构

参考文献

安亭旺，纪璐，明卫星，俞鸿博，魏微，鄢冬茂．间－硝基( 三氟甲基) 苯连续加氢工艺研究［J］．染料与染色，2023，60( 5) : 38－41．