催化加氫試題和答案

一、概念題催化加氫：催化加氫是在氫氣存在下對石油餾分進行催化加工過程的通稱。加氫處理：指在加氫反應(yīng)過程中，只有＜10%勺原料油分子變小的加氫技術(shù)。加氫裂化：指在加氫反應(yīng)過程中，原料油分子中有10%以上變小的加氫技術(shù)。加氫脫硫（HDS）反應(yīng)：石油餾分中的含硫化合物在催化劑和氫氣的作用下，進行氫解反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為不含硫的相應(yīng)烴類和H2S。加氫脫氮（HDN）反應(yīng)：石油餾分中的含氮化合物在催化劑和氫氣的作用下，進行氫解反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為不含氮的相應(yīng)烴類和 NH3。加氫脫氧（HDO）反應(yīng)：含氧化合物通過氫解反應(yīng)生成相應(yīng)的烴類及水?？账伲褐竼挝粫r間里通過單位催化劑的原料油的量，有兩種表達形式，一種為體積空速（LHSV），另一種為重量空速（WHSV）。氫油比：單位時間里進入反應(yīng)器的氣體流量與原料油量的比值。石腦油加氫精制：指對高硫原油的直餾石腦油和二次熱加工石腦油（如焦化石腦油）進行加氫精制，脫除其中硫、氮等雜質(zhì)及烯烴飽和，從而獲得乙烯裂解原料。潤滑油催化脫蠟技術(shù)：在氫氣和擇形分子篩的存在下，將高凝點的正構(gòu)烷烴選擇性地裂化成氣體和較小的烴分子，從而降低潤滑油凝點的過程。潤滑油異構(gòu)脫蠟技術(shù)：指在專用分子篩催化劑的作用下，將高傾點的正構(gòu)烷烴經(jīng)異構(gòu)化反應(yīng)生成低傾點的支鏈烷輕。氫脆：由于氫殘留在鋼中所引起的脆化現(xiàn)象。高溫氫腐蝕：在高溫高壓條件下擴散侵入鋼中的氫與不穩(wěn)定的碳化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成甲烷氣泡（它包含甲烷的成核過程和成長），即Fe3C+2H2一CH4+3Fe,并在晶間空穴和非金屬夾雜部位聚集，弓］起鋼的強度、延性和韌性下降與劣化，同時發(fā)生晶間斷裂。設(shè)備漏損量：即管道或高壓設(shè)備法蘭連接處及循環(huán)氫壓縮機運動部位等處的漏損。溶解損失量：指在高壓下溶于生成油中的氣體在生成油減壓時這部分氣體排出時而造成的損失。二、簡答題加氫精制的目的和優(yōu)點。答：⑴加氫精制的目的在于脫除油品中的硫、氮、氧雜原子及金屬雜質(zhì)，同時還使烯烴、二烯烴、芳烴和稠環(huán)芳烴選擇加氫飽和，從而改善油品的使用性能。⑵加氫精制的優(yōu)點是，原料油的范圍寬，產(chǎn)品靈活性大，液體產(chǎn)品收率高（＞100%（體）），產(chǎn)品質(zhì)量好。而且與其它產(chǎn)生廢渣的化學(xué)精制方法相比還有利于保護環(huán)境和改善工人勞動條件。因此無論是加工高硫原油還是加工低硫原油的煉廠，都廣泛采用這種方法來改善油品的質(zhì)量。為什么說熱裂解反應(yīng)在渣油加氫裂化過程中有重要作用？答：餾分油加氫裂化的原料主要有減壓蠟油、焦化蠟油、裂化循環(huán)油及脫瀝青油等，其目的是生產(chǎn)高質(zhì)量的輕質(zhì)油品，如柴油、航空煤油、汽油等。其特點是具有較大的生產(chǎn)靈活性，可根據(jù)市場需要，及時調(diào)整生產(chǎn)方案。渣油加氫裂化與餾分油加氫裂化有本質(zhì)的不同，由于渣油中富集了大量硫化物、氯化物、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)大分子及金屬化合物，使催化劑的作用大大降低。因此，熱裂解反應(yīng)在渣油加氫裂化過程中有重要作用。一般來說，渣油加氫裂化的產(chǎn)品尚需進彳行加氫精制。3.加氫技術(shù)快速增長的主要原因是什么？答：⑴隨著原油變重、變差，原油中硫、釩、鎳、鐵等含量呈上升趨勢，煉廠加工含硫原油和重質(zhì)原油的比例逐年增大，不大量采用加氫技術(shù)已經(jīng)無法滿足生產(chǎn)需要。⑵世界經(jīng)濟的快速發(fā)展，對輕質(zhì)油品的需求持續(xù)增長，特別是中間餾分油——噴氣燃料和柴油，因此需對原油進行深度加工，加氫技術(shù)是煉油廠深度加工的有效手段。⑶環(huán)境保護的需求。為了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展要使用清潔燃料。加氫裂化催化劑的加氫活性與酸性活性為什么要很好地配合？答：改變催化劑的加氫活性和酸性活性的比例關(guān)系，可改變裂化和異構(gòu)化反應(yīng)進行的程度，也就改變了烷烴加氫裂化的產(chǎn)品組成。如果催化劑的酸性活性相對較高，則產(chǎn)物的異構(gòu)化程度也較高，并會使二次裂化反應(yīng)過于強烈，反應(yīng)產(chǎn)物中的較小分子及不飽和烴增多，嚴重時還會造成生焦；如果催化劑的加氫活性相對較高，則產(chǎn)物的異構(gòu)化程度較低，異構(gòu)產(chǎn)物與正構(gòu)產(chǎn)物的比值將低于催化裂化產(chǎn)品中的相應(yīng)比值，且在加氫裂化過程中形成的烯烴會很快加氫飽和(所得產(chǎn)品的飽和程度較大)，而來不及再進一步裂化或吸附于催化劑表面而脫氫縮合生成焦炭。因此加氫裂化催化劑的加氫活性與酸性活性要很好地配合。5.氫分壓對加氫過程的影響。答：氫分壓對加氫過程的影響可以得出以下幾點基本結(jié)論：氫分壓與物料組成和性質(zhì)、反應(yīng)條件、過程氫耗和總壓等因素有關(guān)；隨著氫分壓的提高，脫硫率、脫氮率、芳烴加氫飽和轉(zhuǎn)化率也隨之增加；對于VGO原料而言，在其他參數(shù)相對不變的條件下，氫分壓對裂化轉(zhuǎn)化深度產(chǎn)生正的影響；重質(zhì)餾分油的加氫裂化，當(dāng)轉(zhuǎn)化率相同時，其產(chǎn)品的分布基本與壓力無關(guān)；反應(yīng)氫分壓是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要參數(shù)，特別是產(chǎn)品中的芳烴含量與反應(yīng)氫分壓有很大的關(guān)系；反應(yīng)氫分壓對催化劑失活速度也有很大影響，過低的壓力將導(dǎo)致催化劑快速失活而不能長期運轉(zhuǎn)；目前工業(yè)上裝置的操作壓力一般在7.0MPa~20.0MPa之間。為什么說氫油比的變化其實質(zhì)是影響反應(yīng)過程的氫分壓？答：僅就反應(yīng)而言，氫油比的變化其實質(zhì)是影響反應(yīng)過程的氫分壓。氫油比對氫分壓的主要影響：一是當(dāng)過程的氫油比較低時，隨著反應(yīng)過程的氫耗的產(chǎn)生，反應(yīng)生成物中分子量的減少而使汽化率增加；由反應(yīng)熱引起的床層溫升，這些都導(dǎo)致反應(yīng)器催化劑床層到反應(yīng)器出口的氫分壓與入口相比有相當(dāng)大的降低。二是在其他參數(shù)不變時，如果增加氫油比，則從入口到出口的氫分壓的下降將顯著減少。這就是說，氫油比的增加實質(zhì)上是增加了反應(yīng)過程的氫分壓。為什么石腦油加氫精制一般都采用兩段加氫精制工藝過程？答：石油二次熱加工中的焦化石腦油餾分質(zhì)量較差，一般含有20%左右的二烯烴，總烯烴含量可高達40%，同時還含有大量的硫、氮化合物，所以一般都采用兩段加氫精制工藝過程。第一段在低溫下加氫，飽和易結(jié)焦的二烯烴；二段再采用較苛刻的操作條件，進行脫硫、脫氮和烯烴飽和。焦化石腦油采用一段法是可以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)石腦油的。但是由于烯烴含量高，床層溫升很大，可達 125C。如此大的溫升不僅不好操作，而且會縮短催化劑使用周期。在兩段加氫精中，適當(dāng)降低第一反應(yīng)器入口溫度，使部分烯烴飽和轉(zhuǎn)移到第二反應(yīng)器來進行反應(yīng)，總溫升合理的分配在兩個反應(yīng)器的床層中，既易操作，又有利于延長催化劑使用周期，因此焦化石腦油制取合格的乙烯裂解料，應(yīng)采用兩段加氫精制為宜。反應(yīng)壓力對柴油加氫精制深度的影響。答：壓力對柴油加氫精制深度的影響，與汽油、煤油加氫精制相比要復(fù)雜些，因為柴油在加氫精制條件下，可能是氣相，也可能是氣、液混合相。處于氣相時，提高反應(yīng)的壓力，導(dǎo)致反應(yīng)時間的延長，從而增加了加氫精制的深度，特別是氮的脫除率有較明顯的提高，而對硫沒有什么影響。當(dāng)加氫精制壓力逐漸提高到反應(yīng)系統(tǒng)出現(xiàn)液相時，再繼續(xù)提高壓力，則加氫精制的效果反而變壞。因此，在出現(xiàn)液相后，提高反應(yīng)壓力會使催化劑表面上的液層加厚，降低了反應(yīng)速率。由此可見，為了使柴油加氫精制達到最佳效果，應(yīng)當(dāng)選擇剛好使原料油完全汽化的氫分壓。9.簡述單段加氫裂化工藝優(yōu)缺點。答：單段加氫裂化工藝具有如下特點：（1） 采用裂化活性相對較弱的無定形或含少量分子篩的無定形催化劑，其優(yōu)點是：具有較強的抗原料油中有機硫、氮的能力，催化劑對溫度的敏感性低，操作中不易發(fā)生飛溫。（2） 中餾分選擇性好且產(chǎn)品分布穩(wěn)定，初末期變化小。（3） 流程簡單，投資相對較少且操作容易。（4） 床層反應(yīng)溫度偏高，末期氣體產(chǎn)率較高。（5） 原料適應(yīng)性差，不宜加工干點及氮含量過高的VGO原料。（6） 裝置的運轉(zhuǎn)周期相對較短。10、 與單段工藝相比，單段串聯(lián)工藝的優(yōu)點。答：產(chǎn)品方案靈活，僅通過改變操作方式及工藝條件或者更換催化劑，可以根據(jù)市場需求對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)在相當(dāng)大范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)。原料適應(yīng)性強，可以加工更重的原料，其中包括高干點的重質(zhì)VGO及溶劑脫瀝青油。可在相對較低的溫度下操作，因而熱裂化被有效抑制，可大大降低干氣產(chǎn)率。11、 與單段工藝相比，兩段工藝的優(yōu)點答：（1）氣體產(chǎn)率低，干氣少，目的產(chǎn)品收率高，液體總收率高（2） 產(chǎn)品質(zhì)量好，特別是產(chǎn)品中芳烴含量非常低。（3） 氫耗較低。（4） 產(chǎn)品方案靈活大。（5） 原料適應(yīng)性強，可加工更重質(zhì)、更劣質(zhì)原料。12、 與其他石油二次加工產(chǎn)品比較，加氫裂化產(chǎn)品的特點。答；（1）加氫裂化的液體產(chǎn)率高；（2）加氫裂化的氣體產(chǎn)率很低；（3） 加氫裂化產(chǎn)品的飽和度高，烯烴極少，非烴含量也很低，故產(chǎn)品的安定性好。柴油的十六烷值高，膠質(zhì)低；（4） 原料中多環(huán)芳烴在進行加氫裂化反應(yīng)時經(jīng)選擇斷環(huán)后，主要集中在石腦油餾分和中間餾分中，使石腦油餾分的芳烴潛含量較高，中間餾分中的環(huán)烷烴也保持較好的燃燒性能和較高的熱值。而尾油則因環(huán)狀烴的減少，BMCI值降低，適合作為裂解制乙烯的原料；（5） 加氫裂化過程異構(gòu)能力很強，無論加工何種原料，產(chǎn)品中的異構(gòu)烴都較多。（6） 通過催化劑和工藝的改變可大幅度調(diào)整加氫裂化產(chǎn)品的產(chǎn)率分布。13、 加氫反應(yīng)器的設(shè)備要求。答：加氫反應(yīng)器是加氫過程的核心設(shè)備。它操作于高溫高壓臨氫環(huán)境下，且進入到反應(yīng)器內(nèi)的物料中往往含有硫和氮等雜質(zhì)，將與氫反應(yīng)分別形成具有腐蝕性的硫化氫和氨。另外，由于加氫過程是放熱過程，且反應(yīng)熱較大，會使床層溫度升高，但又不應(yīng)出現(xiàn)局部過熱現(xiàn)象。因此，反應(yīng)器在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上應(yīng)保證：氣、液流體的均勻分布；及時排除過程的反應(yīng)熱；反應(yīng)器容積的有效利用；催化劑的裝卸方便；反應(yīng)溫度的正確指示和精密控制。14、 為什么生產(chǎn)中總希望新氫純度越高越好？答：如果新氫純度低，其中必含有較多的其他組分（N2、CH4等），這些組分不能溶解于生成油中，而是有相當(dāng)大部分積存在循環(huán)氣中，降低了氫氣純度。為了維持循環(huán)氫的純度，需要釋放一部分循環(huán)氫，并同時補充一部分新氫，這樣就增大了新氫耗量。所以，生產(chǎn)中總希望新氫純度越高越好，因為既能降低新氫耗量，又能降低系統(tǒng)的總壓。三、判斷題潤滑油加氫是使?jié)櫥偷慕M分發(fā)生加氫精制和加氫裂化反應(yīng)，使一些非理想組分結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，以達到脫除雜原子、使部分芳烴飽和并改善潤滑油的使用性能的目的。（V）加氫處理多用于渣油和脫瀝青油。（V）在實際的加氫過程中，對大多數(shù)含硫化合物來說，決定脫硫率高低的因素是化學(xué)平衡而不是反應(yīng)速率。（X）在加氫精制過程中，各種類型硫化物的氫解反應(yīng)都是放熱反應(yīng)。（V）石油餾分中各類含硫化合物的C-S鍵的鍵能比C-C或C-N鍵的鍵能要小，因此，在加氫過程中，含硫化合物中的C-S鍵先行斷開而生成相應(yīng)的烴類和卷。（V）餾分越重，加氫脫氮越容易。（X）含有兩個氮原子的六元雜環(huán)氮化物一般比只含一個氮原子的六元雜環(huán)氮化物更容易加氫脫氮。（V）芳烴加氫反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)隨溫度的升高而增大。（X）要使芳烴深度轉(zhuǎn)化，必須在較高壓力下進行。壓力提高，在較低溫度下，平衡右移，有利于提高加氫產(chǎn)物的平衡濃度。（V）總的來說，提高氫分壓有利于加氫過程反應(yīng)的進行，加快反應(yīng)速度。（V）對于給定的加氫裝置，進料量增加時，空速增大，意味著單位時間里通過催化劑的原料油量多，原料油在催化劑上的停留時間短，反應(yīng)深度淺；反之亦然。（V）對于含氮量高的重質(zhì)油加氫處理，考慮加氫脫氮反應(yīng)深度的要求，在高壓下，宜采用較高的空速。（X）高的氫油比對減緩催化劑的失活速度、延長裝置運轉(zhuǎn)周期是十分有益的。（V）加氫精制裝置所用氫氣多數(shù)來自催化重整的副產(chǎn)氫氣。當(dāng)重整的副產(chǎn)氫氣不能滿足需要，或者沒有催化重整裝置時，氫氣由制氫裝置提供。（V）加氫預(yù)處理工藝用作潤滑油常規(guī)加工流程的初始加工工序，其目的是脫除原料油中的雜原子化合物，改善后續(xù)溶劑精制的運行性能。（V）加氫反應(yīng)器是加氫過程的核心設(shè)備。（V）通過化學(xué)反應(yīng)改變重質(zhì)原料油的碳氫比，是生產(chǎn)輕質(zhì)油品的基本原理。（V）改變原料油碳氫比的途徑有脫碳和添氫。（V）加氫裂化屬于脫碳過程。（X）加氫裂化反應(yīng)在兩種活性中心上進行。（V）加氫裂化產(chǎn)品中異構(gòu)物特別多，是由于加氫裂化反應(yīng)機理決定了的。（V）加氫裂化反應(yīng)過程不遵循正碳離子反應(yīng)歷程。（X）加氫裂化反應(yīng)綜合起來是吸熱反應(yīng)。（X）加氫裂化反應(yīng)主要有裂化、加氫、異構(gòu)化、加氫分解和疊合等反應(yīng)。（V）加氫裂化過程中的所有化學(xué)反應(yīng)，包括疊合反應(yīng)，都是我們希望的反應(yīng)。（X）加氫裂化反應(yīng)中的加氫分解反應(yīng)，主要是脫去化合物中的 S、N、O的反應(yīng)。（V）加氫裂化催化劑載體是無定形硅酸和分子篩，本身沒有催化活性。（X）選擇性好的加氫裂化催化劑會更多地促進我們所希望的反應(yīng)，抑制不希望的副反應(yīng)。（V）加氫裂化催化劑的再生是燒去催化劑表面上的焦炭。（V）二段加氫裂化工藝對原料油的適應(yīng)性沒有一段加氫裂化工藝強。 （X）反應(yīng)壓力對加氫裂化的影響主要表現(xiàn)在氫分壓和氫油比的影響。 （X）反應(yīng)壓力高有利于裂化反應(yīng)和異構(gòu)化反應(yīng)。（X）反應(yīng)溫度過高會使汽油、噴氣燃料等液體產(chǎn)品產(chǎn)率下降。（V）提高空速或降低反應(yīng)溫度可以達到相同的轉(zhuǎn)化率。（V）反應(yīng)溫度是控制加氫裂化反應(yīng)最有效的手段。（V）四、填空題催化加氫技術(shù)包括加氫處理和加氫裂化兩類。加氫處理依照其所加工的原料油的不同，它包括催化重整原料油加氫精制、催化汽油加氫、柴油加氫精制、渣油加氫處理、潤滑油加氫、石蠟和凡士林加氫精制等。加氫裂化它包括傳統(tǒng)意義上的高壓加氫裂化（反應(yīng)壓力＞14.5MPa）和緩和與中壓加氫裂化（反應(yīng)壓力w12.0MPa技術(shù)。依照其所加工的原料油不同，可分為餾分油加氫裂化、渣油加氫裂化和餾分油加氫脫蠟等。加氫處理是通過加氫精制反應(yīng)和部分加氫裂化使原料油質(zhì)量符合下一個工序要求。從化學(xué)的角度來看，加氫處理過程的主要反應(yīng)可分為兩大類：一類是氫直—參與的化學(xué)反應(yīng)，如加氫飽和、氫解；另一類是臨氫條件下的化學(xué)反應(yīng)，如異構(gòu)化反應(yīng)等。各種有機含硫化合物在加氫脫硫反應(yīng)中的反應(yīng)活性， 因分子結(jié)構(gòu)和分子大小不同而異。按以下順序遞增：噻吩＜四氫噻吩_%硫迷二硫化物硫醇烯烴加氫飽和反應(yīng)是放熱效應(yīng)