超临界反应原理

超临界化学反应是指反应物处于超临界状态或者反应在超临界介质中进行的工艺过程。

超临界反应的介质应选择对装置无腐蚀性,临界温度应接近反应操作温度,临界压力要低,对反应物成份具有较高的选择性和溶解度的介质。由于超临界流体兼具有液、气体的性质,所以通过压力调节,可使介质的溶解度在较大范围内变化。因此在化学反应中多应用超临界流体的溶解性将非均相反应转化为均相反应,提高传质速率,从而提高反应速率并简化产物分离。

超临界化学反应技术的特点:

  1. 在超临界状态下,压力对反应速度常数有强烈的影响,微小的压力变化可使反应速度常数发生几个数量级的变化;
  2. 在超临界状态下进行化学反应,可使传统的多相反应变成均相反应,即将反应物甚至催化剂都溶解在超临界流体中,有利于消除反应物和催化剂之间的扩散限制,从而增大了反应速度;
  3. 在超临界状态下进行化学反应,可以一定程度降低反应温度,抑制或减轻热解反应中常见的积碳现象,同时还可以显著改善产物的选择性和收率。
  4. 利用超临界流体的溶解性能对温度和压力的敏感性这一特点,可以通过选择合适的温度和压力条件的方法将不溶于超临界的反应相的产物及时移去,也可通过逐步调节体系的温度和压力的方法,将产物和反应物依次从超临界流体中分别移去,从而简便地完成产物、反应物、催化剂和副产物之间的分离;
  5. 超临界流体能溶解某些导致固体催化剂失活的物质,从而有可能使超临界流体-固体催化反应长时间保持催化剂的活性,同时,通过调节温度和压力,使反应混合物处于超临界状态,从而使失活的催化剂逐步恢复其催化活性。

CO2具有化学惰性以及临界状态易于实现的特点,因而近几年以超临界CO2为反应介质的研究发展迅速。目前常见的研究类型主要有选择性氧化、加氢、加氢醛化、烷基化、聚合、酯化、酯交换和酶促反映等。

由于具有有效地降低反应温度,提高反应物的转化率和产物的选择性,提高反应速度,并能大幅度提高催化剂的稳定性等多方面优点,近年来超临界CO2化学反应中正逐步受到广泛地重视,相关的应用研究和产业化成果转化也在逐年快速增加。