91-17-8/十氫萘

十氫萘

【概述】
十氫萘是一種微帶薄荷腦氣味的有毒的高沸點(diǎn)的無色有機(jī)液體，是柴油中典型的多環(huán)烷烴組分，主要用作油脂、樹脂、橡膠等的溶劑和除漆劑，潤(rùn)滑劑，例如，十氫萘作為溶劑可以運(yùn)用其分散作用提高瀝青質(zhì)加氫轉(zhuǎn)化。然而，十氫萘在不同溫度、壓力條件下的熱裂解過程中，容易發(fā)生氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)生成芳烴，會(huì)降低原油催化裂化過程中的轉(zhuǎn)化率，降低汽油、柴油等高附加值產(chǎn)品的產(chǎn)率和質(zhì)量，因此如何選擇合適催化劑控制十氫萘裂解和探究其裂解規(guī)律成為研究熱點(diǎn)。另外，在儲(chǔ)氫材料方面，十氫萘具有很好的發(fā)展前景，一般作為燃料電池儲(chǔ)氫材料。
【基本信息】
中文名稱:十氫化萘； 英文名：Decahydronaphthalene；naphthane；
別稱:萘烷；十氫萘； 化學(xué)式:C10H18
分子量：138.25 CAS登錄號(hào)：91-17-8
外觀：無色液體，微帶薄荷腦氣味

圖：十氫萘分子結(jié)構(gòu)圖
【制備】
工業(yè)上由萘在鎳催化劑存在下進(jìn)行催化加氫得到兩種異構(gòu)體的等量混合物。如果需要較純的異構(gòu)體，可將工業(yè)級(jí)十氫萘用濃硫酸洗至酸層無色。然后堿洗、水洗，分去水層，用干燥劑干燥。減壓精餾，在130塊理論塔板的塔中，回流比接近145:1，可得純度達(dá)99.93%(重量)的順式異構(gòu)體;在200塊理論塔板的塔中，回流比為160:1，可得純度達(dá)99.97%的反式異構(gòu)體。十氫萘也可以通過Diels-Alder和雙Michale環(huán)加成、電環(huán)化二烯等來合成，但目前研究較多的，仍是通過萘加氫合成十氫萘，主要集中在催化劑的研制開發(fā)及改性、反應(yīng)工藝條件的優(yōu)化等方面。目前硫化態(tài)非負(fù)載NiMoW催化劑是萘加氫合成十氫萘的優(yōu)良催化劑，萘的轉(zhuǎn)化率達(dá)到100%，十氫萘的選擇性最高可達(dá)99.1%.
【催化裂化研究】
近年來，隨著國(guó)際原油消耗需求不斷飆升，油砂瀝青在國(guó)際原油市場(chǎng)中的地位越來越重要，其中瀝青合成原油中含有大量芳香烴和環(huán)烷烴，遠(yuǎn)高于常規(guī)原油.原油中芳烴的存在會(huì)降低催化裂化過程中的轉(zhuǎn)化率，降低汽油、柴油等高附加值產(chǎn)品的產(chǎn)率和質(zhì)量，并且多環(huán)芳烴容易在催化劑上結(jié)焦，使催化劑失活，最終影響催化裂化裝置的正常運(yùn)行。雖然十氫萘在催化裂化過程中沒有這樣的負(fù)面影響，但容易發(fā)生氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)，生成芳烴，若操作不當(dāng)極易引起生焦反應(yīng).因此，對(duì)裂化反應(yīng)中環(huán)烷烴反應(yīng)規(guī)律的研究是非常有必要的十氫萘存在順式十氫萘與反式十氫萘兩種異構(gòu)體。在催化裂化過程中，十氫萘的反應(yīng)非常復(fù)雜，主要涉及異構(gòu)化、裂化、氫轉(zhuǎn)移、烷基轉(zhuǎn)移等競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)。其中，開環(huán)反應(yīng)遵循正碳離子機(jī)理，是特殊的裂化反應(yīng)。環(huán)收縮反應(yīng)遵循質(zhì)子化環(huán)丙烷機(jī)制，裂化反應(yīng)分為質(zhì)子化裂化和β裂化。根據(jù)目前研究結(jié)果，十氫萘在催化裂化過程中的簡(jiǎn)易反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)如下。

圖：簡(jiǎn)化的十氫萘催化裂化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)
 

十氫萘的轉(zhuǎn)化率隨溫度的升高而升高。隨催化劑孔徑的增加而升高，且催化劑的B酸位對(duì)十氫萘的異構(gòu)和開環(huán)反應(yīng)起著至關(guān)重要的作用。Y型分子篩表現(xiàn)出良好的對(duì)十氫萘催化裂解的擇型效應(yīng)，目前，對(duì)十氫萘催化裂化反應(yīng)的研究還相對(duì)較少，研究的廣度和深度都有待提高。計(jì)算化學(xué)的廣泛應(yīng)用有助于更好的認(rèn)識(shí)十氫萘催化裂化反應(yīng)的規(guī)律，從而更好的指導(dǎo)相應(yīng)催化劑的開發(fā)和工藝條件的優(yōu)化.
【應(yīng)用：儲(chǔ)氫材料】
由于十氫萘的脫氫反應(yīng)提供相當(dāng)量的H2，在280 ℃下，該反應(yīng)的供氫能力完全可滿足一般車輛燃料電池的需求。此外，在實(shí)驗(yàn)條件下，該反應(yīng)的有效質(zhì)量供氫量為7.3%（w），單位體積供氫量高達(dá)64.8kg/m3，高于美國(guó)能源部提出的有效質(zhì)量供氫量（6.5%（w））和單位體積供氫量（62.0 kg/m3）的標(biāo)準(zhǔn)要求。作為儲(chǔ)氫材料，氫萘的供氫能力最強(qiáng)。另外，從高能效、低能耗以及經(jīng)濟(jì)、安全、便攜的角度看，十氫萘脫氫仍是燃料電池氫源的最佳選擇。

圖：十氫萘作為燃料電池車輛儲(chǔ)氫材料的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)模型
【參考文獻(xiàn)】
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