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将加氢反应从小时级缩短到几十秒，并同时兼顾工艺改进、效率与放大潜力，正是连续流技术带来的工艺机会。催化加氢广泛应用于制药、精细化工和农化领域，但传统间歇釜加氢仍常受制于气/液传质与混合不均、放热移除效率不足以及放大困难等问题。近期，University College Dublin研究团队与康宁欧洲技术中心团队合作完成的一项连续流加氢研究成果发表于Journal of Flow Chemistry。该研究以康宁Advanced-Flow® Reactor（AFR）为平台，系统考察了均相Pd(OAc)₂催化连续加氢工艺，并通过实验数据展示了康宁AFR在快速传质、高效热管理、系统化工艺优化和连续放大方面的技术价值。
1.
AFR：面向多相加氢反应打造的连续流平台
图1 康宁G1Low Flow Reactor连续加氢反应装置工艺流程图
康宁AFR采用HEART（“心"形）微通道结构，在微尺度通道内形成高效径向混合和稳定的气液接触界面，使氢气能够快速分散并与液相中的底物及催化剂充分接触。反应器玻璃模块采用“三明治"结构，反应通道两侧为换热层，可快速移除加氢反应放热并维持稳定温度窗口，降低局部过热和热失控风险。相比传统釜式体系，康宁AFR可实现约100倍传质强化和1000倍传热强化，同时通过小持液量连续操作减少系统瞬时氢气和可燃物料积累，为快速、本质更安全且可放大的连续加氢工艺开发提供坚实平台。
2.
30秒完成加氢，收率超过99%
研究以肉桂酸乙酯加氢制备氢化肉桂酸乙酯为模板反应，用于验证康宁AFR在Pd催化气液多相加氢中的反应能力。
图2 肉桂酸乙酯加氢反应路径
连续进料方式：底物和Pd(OAc)₂预催化剂溶解于甲醇形成均一进料液，氢气通过质量流量控制器连续引入反应体系。
典型操作条件：反应器温度和背压分别控制在约60℃和5 barg，液体流量约0.5 mL/min，氢气流量约4-5 mL/min。
反应效率突出：在上述连续操作条件下，理论停留时间仅约30-36秒，即可实现>99%转化率和>99%收率。
如此短的反应时间说明，康宁AFR能够在微通道内快速完成氢气分散、气液传质和催化反应耦合，显著缩短反应时间，并为高通量筛选、工艺窗口建立和连续放大提供实验基础。
3.
工艺优化发现：温度才是真正的关键
DOE优化采用Box-Behnken Design（BBD）实验设计，用于系统识别连续加氢过程中的关键控制参数，并为后续放大建立可重复的操作窗口。
图3 本研究所采用的 Box-Behnken 实验设计（BBD）
考察因素明确：实验系统考察温度、背压和氢气流量三个操作参数对肉桂酸乙酯连续加氢收率的影响，范围覆盖温度30-90℃、背压4-7 barg以及氢气流量3-5 mL/min，同时保持液体流量、底物浓度、催化剂用量和溶剂体系不变。
图4 DOE响应面图：a)收率与温度、氢气流量关系；b)收率与温度、背压关系
4.
“如何解决连续流中的钯黑问题？"
在均相Pd(OAc)₂催化连续加氢过程中，研究团队观察到反应通道内可能出现轻微钯沉积，主要与还原条件下Pd(0)物种聚集并形成钯黑有关。钯沉积可能带来催化剂失活、通道污染和长周期运行稳定性下降等风险。
表1 有机溶剂/水混合体系（3:2，v/v）中底物（1）的加氢反应
为缓解连续加氢过程中可能出现的钯沉积问题，研究团队围绕溶剂体系进行了系统筛选，重点比较了单一有机溶剂与有机/水混合体系对收率和运行稳定性的影响。
单一溶剂收率高：甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇和甲苯等单一有机溶剂中，模型反应均可获得>99%收率，说明在AFR强化传质条件下，不同溶剂均可支持高效加氢。
有机/水体系更利于稳定运行：与单一有机溶剂相比，有机/水体系在减少钯沉积方面表现更优。其中甲醇/水(3:2 v/v)在保持>99%收率的同时，可显著降低肉眼可见的钯沉积。
水相作用关键：研究团队认为，水有助于促进钯乙酸盐物种解聚，并稳定Pd(II)及小尺寸Pd(0)物种，从而减少金属钯无控聚集及其在反应器内壁上的沉积。
这一结果说明，溶剂体系不仅影响反应收率，更直接关系到连续流加氢过程的通道洁净度、运行稳定性和后续可放大性。
5.
不仅能做烯烃，还能做硝基还原
图5 底物适用性研究结果
在完成模型反应和工艺窗口建立后，研究团队进一步将该连续流加氢体系拓展至多类官能团底物，以验证AFR平台的通用性、选择性和工艺开发潜力。
底物范围广：底物覆盖端位和内位烯烃、炔烃、醛类以及多种硝基芳烃。
烯烃加氢效率高：多数烯烃底物在温和连续流条件下可实现接近定量转化，并以较高选择性生成对应饱和产物。
硝基还原选择性好：多种硝基芳烃可选择性还原为对应苯胺类产物，通常达到98%-99%收率；苯甲醛也可高效还原为苄醇，收率约98%。
复杂底物仍具兼容性：对于取代基位阻较大或电子效应较强的底物，反应收率有所下降，但整体仍表现出良好的官能团兼容性和化学选择性。
这些结果说明，康宁AFR不仅适用于单一模板反应的验证，也可作为连续流加氢平台拓展至多类型底物筛选、反应条件优化和后续工艺开发。
6.
长周期运行验证工业化潜力
核心数据
• 停留时间：30-36秒
• 转化率：>99%
• 收率：>99%
• 模型R²：99.81%
• 稳定运行：2小时
AFR成功实现了均相Pd催化连续加氢的快速反应、高选择性和稳定运行。该结果表明，康宁AFR不仅适合实验室阶段的快速工艺筛选和参数优化，也具备支持长周期运行验证、连续放大和产业化开发的潜力，为加氢反应从小试研究走向连续流工业化提供了可靠路径。声明：本文由英文原文翻译为中文，并基于原始发表版本进行了改编。相关内容已根据中文读者的阅读习惯进行调整。文章作者署名及版权归属以原始发表版本为准
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