十氢萘

十氢萘

【概述】
十氢萘是一种微带薄荷脑气味的有毒的高沸点的无色有机液体，是柴油中典型的多环烷烃组分，主要用作油脂、树脂、橡胶等的溶剂和除漆剂，润滑剂，例如，十氢萘作为溶剂可以运用其分散作用提高沥青质加氢转化。然而，十氢萘在不同温度、压力条件下的热裂解过程中，容易发生氢转移反应生成芳烃，会降低原油催化裂化过程中的转化率，降低汽油、柴油等高附加值产品的产率和质量，因此如何选择合适催化剂控制十氢萘裂解和探究其裂解规律成为研究热点。另外，在储氢材料方面，十氢萘具有很好的发展前景，一般作为燃料电池储氢材料。
【基本信息】
中文名称:十氢化萘；             英文名：Decahydronaphthalene；naphthane；
别称:萘烷；十氢萘；            化学式:C10H18
分子量：138.25                 CAS登录号：91-17-8
外观：无色液体，微带薄荷脑气味
 
图：十氢萘分子结构图
【制备】
  工业上由萘在镍催化剂存在下进行催化加氢得到两种异构体的等量混合物。如果需要较纯的异构体，可将工业级十氢萘用浓硫酸洗至酸层无色。然后碱洗、水洗，分去水层，用干燥剂干燥。减压精馏，在130块理论塔板的塔中，回流比接近145:1，可得纯度达99.93%(重量)的顺式异构体;在200块理论塔板的塔中，回流比为160:1，可得纯度达99.97%的反式异构体。十氢萘也可以通过Diels-Alder和双Michale环加成、电环化二烯等来合成，但目前研究较多的，仍是通过萘加氢合成十氢萘，主要集中在催化剂的研制开发及改性、反应工艺条件的优化等方面。目前硫化态非负载NiMoW催化剂是萘加氢合成十氢萘的优良催化剂，萘的转化率达到100%，十氢萘的选择性最高可达99.1%.
【催化裂化研究】
近年来，随着国际原油消耗需求不断飙升，油砂沥青在国际原油市场中的地位越来越重要，其中沥青合成原油中含有大量芳香烃和环烷烃，远高于常规原油.原油中芳烃的存在会降低催化裂化过程中的转化率，降低汽油、柴油等高附加值产品的产率和质量，并且多环芳烃容易在催化剂上结焦，使催化剂失活，最终影响催化裂化装置的正常运行。虽然十氢萘在催化裂化过程中没有这样的负面影响，但容易发生氢转移反应，生成芳烃，若操作不当极易引起生焦反应.因此，对裂化反应中环烷烃反应规律的研究是非常有必要的十氢萘存在顺式十氢萘与反式十氢萘两种异构体。在催化裂化过程中，十氢萘的反应非常复杂，主要涉及异构化、裂化、氢转移、烷基转移等竞争反应。其中，开环反应遵循正碳离子机理，是特殊的裂化反应。环收缩反应遵循质子化环丙烷机制，裂化反应分为质子化裂化和β裂化。根据目前研究结果，十氢萘在催化裂化过程中的简易反应网络如下。
 
图：简化的十氢萘催化裂化反应网络
 

十氢萘的转化率随温度的升高而升高。随催化剂孔径的增加而升高，且催化剂的B酸位对十氢萘的异构和开环反应起着至关重要的作用。Y型分子筛表现出良好的对十氢萘催化裂解的择型效应，目前，对十氢萘催化裂化反应的研究还相对较少，研究的广度和深度都有待提高。计算化学的广泛应用有助于更好的认识十氢萘催化裂化反应的规律，从而更好的指导相应催化剂的开发和工艺条件的优化.
【应用：储氢材料】
  由于十氢萘的脱氢反应提供相当量的H2，在280 ℃下，该反应的供氢能力完全可满足一般车辆燃料电池的需求。此外，在实验条件下，该反应的有效质量供氢量为7.3%（w），单位体积供氢量高达64.8kg/m3，高于美国能源部提出的有效质量供氢量（6.5%（w））和单位体积供氢量（62.0 kg/m3）的标准要求。作为储氢材料，氢萘的供氢能力最强。另外，从高能效、低能耗以及经济、安全、便携的角度看，十氢萘脱氢仍是燃料电池氢源的选择。
 
图：十氢萘作为燃料电池车辆储氢材料的基础设施建设模型
【参考文献】
1.孙伟等，十氢萘催化裂化研究进展，炼油技术与工程，2015,45(8).
2.殷长龙等，非负载型NiMoW催化剂催化萘一步加氢合成十氢萘 ,石油炼制与化工，2013,44（10).
3.李贺等，萘、四氢萘和十氢萘的加氢或脱氢反应与催化剂的研究进展，石油炼制与化工,2014,43(8）.
4.殷长龙等，本体型Ni-Mo催化剂用于萘加氢合成十氢萘[A],石油化工，2015,44（7）.