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文檔簡介

對乙酰氨基酚的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)剖析

對乙酰氨基酚是一種常用的解熱鎮(zhèn)痛藥,其解熱作用緩慢而持久,與阿司匹林相比,具有刺激性小、極少有過敏反應等優(yōu)點,特別適合于不能應用羧酸類藥物的病人;此外,它還可用于藥物撲炎痛的合成,作為有機合成中間體、照相用化學藥品和過氧化氫的穩(wěn)定劑等。目前,對乙酰氨基酚已成為全世界應用最廣泛的藥物之一,是國際醫(yī)藥市場上頭號解熱鎮(zhèn)痛藥,同時也是我國原料藥中產(chǎn)量最大的品種之一。一、理化性質(zhì)

名稱:對乙酰氨基酚名稱:對乙酰氨基酚(簡稱:APAP)分子式:C8H9NO2分子量:151.170結(jié)構(gòu):性狀:棱柱體結(jié)晶或白色結(jié)晶性粉末。無臭,味微苦熔點:168-172℃溶解情況:能溶于乙醇、丙酮和熱水,微溶于水,不溶于石油醚及苯其它性質(zhì):飽和水溶液pH值5.5-6.5。二、結(jié)構(gòu)剖析1.酰胺鍵易水解成苯胺2.酚羥基呈弱酸性,能與氫氧化鈉成鹽3.酚羥基與三氯化鐵發(fā)生特征顯色反應危險原輔料性質(zhì)及防護藥品名稱危險描述防護救治

對硝基苯酚鈉對眼睛、皮膚、粘膜和上呼吸道有刺激作用。本品可燃,具有腐蝕性,可致人體灼傷工作場所禁止吸煙、進食和飲水,飯前要洗手。工作完畢,淋浴更衣。保持良好的衛(wèi)生習慣。食入:飲足量溫水,催吐。并及時就醫(yī)

鹽酸接觸其蒸氣或煙霧,可引起急性中毒,出現(xiàn)眼結(jié)膜炎,鼻及口腔粘膜有燒灼感,鼻衄、齒齦出血,氣管炎等。眼和皮膚接觸可致灼傷。慢性影響:長期接觸,引起慢性鼻炎、慢性支氣管炎、牙齒酸蝕癥及皮膚損害。呼吸系統(tǒng)防護:可能接觸其煙霧時,佩戴自吸過濾式防毒面具(全面罩)或空氣呼吸器。緊急事態(tài)搶救或撤離時,建議佩戴氧氣呼吸器。眼睛防護:呼吸系統(tǒng)防護中已作防護。身體防護:穿橡膠耐酸堿服。手防護:戴橡膠耐酸堿手套

皮膚接觸:立即脫去污染的衣著,用大量流動清水沖洗至少15分鐘。就醫(yī)。眼睛接觸:立即提起眼瞼,用大量流動清水或生理鹽水徹底沖洗至少15分鐘。就醫(yī)。藥品名稱危險描述防護救治

氫氣重氫無毒,有窒息性。呼吸系統(tǒng)防護:空氣中深度濃度超標時,應佩戴防毒面具。

吸入:迅速脫離現(xiàn)場至空氣新鮮處,保持呼吸道通暢,如呼吸困難,給輸氧,如呼吸停止,立即進行人工呼吸。就醫(yī)。

亞硫酸氫鈉對皮膚、眼、呼吸道有刺激性,可引起過敏反應。可引起角膜損害,導致失明。可引起哮喘;大量口服引起惡心、腹痛、腹瀉、循環(huán)衰竭、中樞神經(jīng)抑制。呼吸系統(tǒng)防護:空氣中粉塵濃度超標時,必須佩戴自吸過濾式防塵口罩。緊急事態(tài)搶救或撤離時,應該佩戴空氣呼吸器。眼睛防護:戴化學安全防護眼鏡。皮膚接觸:立即脫去污染的衣著,用大量流動清水沖洗。就醫(yī)。眼睛接觸:立即提起眼瞼,用大量流動清水或生理鹽水徹底沖洗至少15分鐘。就醫(yī)。消化反應事故案例

綜合新華社長春2005年11月13日13時40分左右,地處吉林省吉林市的中石油吉林石化公司雙苯廠連續(xù)發(fā)生爆炸。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場有6名工人失蹤。同時,受傷人員增至近70人,他們已被送到當?shù)貎伤t(yī)院進行治療,其中兩名重傷者正在接受手術(shù)。

硝化反應事故案例據(jù)了解,13時40分左右,中國石油吉林石化公司雙苯廠(又稱101廠)一裝置發(fā)生第一次爆炸,后來又發(fā)生連續(xù)爆炸,附近居民聽到五六次爆炸聲,很多居民樓的玻璃被震碎,有的人家墻皮都被震了下來。在相隔數(shù)公里之外的吉林市區(qū)都可看到松花江北的化工區(qū)濃煙滾滾這是爆炸現(xiàn)場(11月13日攝)。

工廠爆炸工廠第4次爆炸時騰起黃色云團

記者從吉林石化公司13日深夜召開的新聞發(fā)布會上獲悉,當天下午雙苯廠發(fā)生的爆炸事故原因已初步查明,該廠苯胺裝置硝化單元發(fā)生著火爆炸是P-102塔發(fā)生堵塞,循環(huán)不暢,因處理不當造成的。硝化反應

硝化(Nitration)系指有機化合物分子中的氫原子或基團為硝基取代的反應。硝化是極為重要的單元反應之一,硝基化合物在燃料、溶劑、炸藥、染料、香料、醫(yī)藥、殺蟲劑等許多化工領域廣泛應用。應用還原的方法可將硝基化合物還原為亞硝基化合物、胺、氧化偶氮化合物、偶氮化合物、氫化偶氮化合物及氨基化合物,芳伯胺經(jīng)重氮化生成的重氮鹽可發(fā)生一系列反應。因此,它是有機合成的重要中間體。多硝基化合物為最重要的一類炸藥,例如TNT、高級軍用烈性炸藥特屈兒(Tetryl,2,4,6,N—四硝基—N—甲苯胺)、黑索金(Hexagon,環(huán)三亞甲基三硝胺)等。某些硝基化合物還具有藥理作用,從而成為具有醫(yī)療價值的藥物,如氯霉素(Chloromycetin)為含硝基的抗菌素。1概述許多藥物除去硝基后,其抗菌效力急劇降低。作為表面消毒藥的呋喃西啉(Furacine)、口服抗血吸蟲病藥物的呋喃丙胺(Furapzomidonum)以及治療細菌性痢疾和腸炎的痢特靈(學名呋喃唑酮Furazolidonum)等均為含有硝基的藥物。若干硝基化合物還兼具揮發(fā)性與香味的特點而成為香料,例如人造麝香(3-叔丁基-2,4,6-三硝基甲苯)。在染料方面,例如紅色冰染染料系由納夫妥As(3-羥基-2-苯胺基甲酰萘)與硝基化合物——硝基苯胺的重氮鹽偶聯(lián)而得。雙偶氮染料酸性藍黑為先由對硝基苯胺的重氮鹽與H-酸(1-氨基-8-萘酚-3,6-二磺酸)偶聯(lián),繼而再與氯化重氮苯偶聯(lián)而得。它們均為含硝基的染料。二苦胺(六硝基二苯胺)為重量法測定鉀或由海水中提取鉀的重要試劑,它也是硝基化合物。

硝化的方法很多,主要為下列兩類:

(1)直接硝化法即化合物中的氫原子用硝基直接取代的方法。

(2)間接硝化法即化合物中的原子或基團(如一R、一SO3H、一COOH、一N=N一等)用硝基置換的方法。不同反應物硝化有難易之別。芳烴,尤其芳環(huán)上有鄰、對位取代基的芳烴容易發(fā)生硝化反應,因而常用直接硝化法,脂肪烴較難直接進行硝化,因而脂肪族硝基化合物大多經(jīng)由間接硝化法制備。

直接硝化法所用的硝化劑主要有:硝酸(稀、濃、發(fā)煙),硝硫混酸,氮的氧化物(N2O4,N2O5),堿金屬硝酸鹽與硫酸,有機硝化劑(如有機硝酸酯EtONO2、AcONO2有機硝酸鹽)。根據(jù)需要亦使用較為昂貴的硝化劑,如硝酸在惰性溶劑(如CHCl3、CCl4、Et2O、MeNO2等)中的溶液,或硝酸在H3PO4、HOAc或Ac2O中的溶液。

間接硝化法常用亞硝酸鹽(如NaNO2、KNO2、AgNO2、HgNO2等)、硝酸等為硝化劑前者用于鹵化物中鹵素的置換后者用于磺酸基化合物中磺酸基的置換。

芳烴硝化是最重要的一類硝化反應。它又是研究最多的親電取代反應,這一方面由于它是完全不可逆的反應,另一方面是由于硝基使苯環(huán)鈍化,因而可防止苯環(huán)上進一步取代反應的發(fā)生。本世紀初Eule提出+NO2為有效硝化劑的見解,此后有關(guān)芳烴硝化反應的機理,許多工作者相繼進行過大量富有成效的研究。反應動力學、同位素效應和結(jié)構(gòu)與反應性能關(guān)系方面的大量數(shù)據(jù),以及Raman光譜等物理學方法所提供的一系列信息,使人們對這類反應機理有了相當完善的了解。應用硝硫混酸硝化時,濃硫酸的作用曾被解釋為吸收硝化過程中生成的水,然而,實驗證明硫酸不僅起脫水劑的作用,更重要的是與硝酸作用產(chǎn)生有效的硝化劑—硝酰陽離子:2硝化反應機理2.1芳烴硝化反應的機理

芳烴的硝化反應符合芳環(huán)上親電取代反應的一般規(guī)律。當芳環(huán)上已有某種活化基團時,苯環(huán)上的電子云密度較大,反應形成的σ-絡合物將較穩(wěn)定而易于形成,于是將加速整個硝化反應的進行。反之,當某種鈍化基團與苯環(huán)相連時,絡合物將難以形成,從而使硝化反應減緩。

對于如苯酚一類具有高度反應性能的芳烴衍生物,即使稀硝酸亦可實現(xiàn)硝化的過程。其硝化已被證實系先經(jīng)由亞硝酰陽離子+NO對芳環(huán)進行亞硝化繼而亞硝化產(chǎn)物迅速為硝酸所氧化得到硝化產(chǎn)物:

在酚類的硝化中,HNO2在這里實際上起催化劑的作用,設法除去反應體系中的HNO2、則難以實現(xiàn)上述反應。2.2芳烴硝化反應級數(shù)(略)2.3芳烴硝化反應中底物選擇性和位置選擇性(略)3

影響硝化反應的因素

芳烴的硝化反應不僅與反應物的化學結(jié)構(gòu)、反應介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)而且還與反應的溫度、催化劑有關(guān)。對于非均相硝化,還要考慮攪拌因素的影響。硝化反應中還常常伴有副反應,于是還需注意控制反應條件以抑制副反應的發(fā)生。3.1

被硝化物的結(jié)構(gòu)取代基相對速度取代基相對速度-N(CH3)2-OCH3-CH3-C(CH3)3-CH2CO2C2H5-H2×10(E+11)2×10(E+5)24.515.53.81.0-I-F-Cl-Br-NO2-N(CH3)30.180.150.0330.0306×10(E-8)1.2×10(E-8)苯的各種取代衍生物在混酸中一硝化的相對速度:

不同的硝化對象往往需要采用不同的硝化方法。相同的硝化對象如果采用不同的硝化方法則常常得到不同的產(chǎn)物組成。因此硝化劑的選擇是硝化反應必須考慮的。例如乙酰苯胺在采用不同的硝化劑硝化時所得到的產(chǎn)物組成出入很大,見下表。3.2

硝化劑硝化劑溫度鄰位%間位%對位%鄰/對位HNO3+H2SO490%HNO380%HNO3HNO3在醋酐中20-20-202019.423.540.767.82.1--2.578.576.559.329.70.250.310.692.28不同硝化劑對于乙酰苯胺一硝化產(chǎn)物的影響此外采用不同的硝化介質(zhì),常常能夠改變異構(gòu)體組成的比例。

在混酸中硝化時,混酸的組成是重要的影響因素,硫酸越多,硝化能力越強。在多相系統(tǒng)中硝化溫度對乳化液的粘度、界面張力、芳烴在酸相中的溶解度以及反應速度常數(shù)等都有影響,正因為如此,硝化速度隨溫度的變化是不規(guī)則的。對于易硝化和易被氧化的活潑芳烴(酚、酚醚、乙酰芳胺)可在低溫硝化;而對于含有硝基或磺基的芳烴因比較穩(wěn)定,較難硝化,所以應當在較高溫下硝化。硝化反應是強烈的放熱反應。同時,混酸中的硫酸被反應生成的水所稀釋時,還將產(chǎn)生稀釋熱,所以產(chǎn)生的熱量應及時移走。3.3

溫度

大多數(shù)硝化過程是非均相的,為了保證反應能順利進行,以及提高傳熱效率,必須具有良好的攪拌裝置。在硝化過程中,尤其是在間歇硝化反應的加料階段,停止攪拌或攪拌失效,會有大量活潑的硝化劑在酸相積累,一旦攪拌再次開動,就會突然發(fā)生激烈反應,在瞬間放出大量的熱,使溫度失去控制,而導致發(fā)生事故,因此必須十分注意并采取必要的安全措施。3.4

攪拌

相比也稱酸油比,是指混酸與被硝化物的質(zhì)量比。在固定相比的條件下,劇烈的攪拌最多只能使被硝化物在酸相中達到飽和溶解。增加相比能使更多量的被硝化物溶解在酸相中,這對于加快反應速度常常是有利的。

生產(chǎn)上常用的方法是向硝化鍋中加入一定量上批硝化的廢酸(也稱為循環(huán)酸),其優(yōu)點不僅是可以增加相比,也有利于反應熱的分散和傳遞。3.5

相比和硝酸比

硝酸比是指硝酸和被硝化物的摩爾比。理論上這兩者應當是符合化學計算量的,但實際生產(chǎn)中硝酸的用量常常高于理論量。通常采用混酸為硝化劑時,對于易硝化的物質(zhì)硝酸過量1%~5%,對于難硝化的物質(zhì),則需要過量10%~20%。

在所有副反應中,影響最大的是氧化副反應,它常常表現(xiàn)為生成一定量的硝基酚,例如在甲苯硝化中可檢出副產(chǎn)物有硝基甲酚等。再如烷基苯在硝化時,硝化液顏色常常會發(fā)黑變暗,實驗證明,這是由于烷基苯與亞硝基硫酸及硫酸形成絡合物的緣故。以甲苯為例,所生成的絡合物結(jié)構(gòu)如下:3.6

硝化副反應

出現(xiàn)這種有色絡合物,往往是由于硝化過程中硝酸的用量不足,一旦形成,在45℃~55℃下,及時補加一些硝酸就很易將其破壞,但是當溫度大于65℃時,絡合物會自動產(chǎn)生聚合,使溫度上升到85℃~90℃,此時即使再補加硝酸,也難于挽救,而生成深褐色的樹脂狀物。硝酸兼具硝化劑與氧化劑的雙重功能,其氧化能力隨著硝酸濃度的降低而增強(直至某一極限),硝化能力則隨其濃度的降低而減弱。稀硝酸是較弱的硝化劑,硝化過程中生成水又使其硝化能力不斷減弱,因而用其為硝化劑時必須過量。稀硝酸只適用于活潑芳烴的硝化。例如含-OH、-NH2的化合物可用20%的稀硝酸硝化,易被氧化的-NH2化合物往往于硝化前預先保護,即將其與羧酸、酸酐或酰氯作用使氨基轉(zhuǎn)變?yōu)轷0被缓笤傩邢趸?。低級烷基取代苯也可用稀硝酸進行硝化,但濃度相當稀時,亦將導致側(cè)鏈氧化。烷烴較難硝化,在加熱加壓條件下可由稀硝酸硝化,此為液相硝化。較為重要的是烷烴的氣相硝化,將烷烴與硝酸的混合蒸汽,在400-500oC時進行反應。氣相硝化伴有碳鏈的斷裂及氧化反應,因而除一系列異構(gòu)物外,尚生成含碳原子較少的硝基烷烴及—些含氧化合物(醇、醛、酮、羧酸、CO、CO2等)。4

直接硝化法4.1

稀硝酸硝化法簡單的烷烴只生成硝基化合物,分子量高的烷烴亦生成多硝基化合物。氣相硝化在實驗室中無制備價值,但工業(yè)上可將所得硝基烷烴不經(jīng)分離直接作為溶劑使用。1.以苯為原料合成苯甲胺濃硝酸硝化法主要適用于芳香族化合物的硝化。實際上以濃硝酸為硝化劑有許多缺點,主要為.

(1)反應中生成的水使硝酸濃度降低,以致硝化反應速度不斷下降或終止。

(2)硝酸濃度降低,不僅減緩硝化反應速度,而且使氧化反應顯著增加,有時會發(fā)生側(cè)鏈氧化反應。

(3)硝酸濃度降低到一定濃度時,則無硝化能力,加之濃硝酸生成的+NO2少,因而硝酸的利用率較低。4.2濃硝酸硝化法1.以苯為原料合成對硝基苯乙酸。硝酸和硫酸的混合物是最常用的有效硝化劑(混酸硝化劑)混酸能克服單用濃硝酸法中的部分缺點,在工業(yè)上廣為應用:

(1)濃硫酸吸收反應中生成的水,使硝酸保持必須的濃度。

(2)硝酸濃度無顯著降低,因此硝酸的氧化現(xiàn)象亦不明顯。

(3)混酸中硝酸的比例一般為1.01~1.10,這些硝酸幾乎可全部被利用,其利用率幾乎達100%?;焖嵯趸€具有如下優(yōu)點:

(1)產(chǎn)生較單用硝酸更多的+NO2因而硝化能力更強;

(2)濃硫酸能溶解多數(shù)有機化合物(尤其芳香族化合物),增加了底物與硝酸的接觸面,使硝化易于進行。

(3)硫酸比熱大(0.999J/g),能吸收硝化反應中放出的熱量,避免硝化時的局部過熱現(xiàn)象,使反應容易控制,有利于完全生產(chǎn);4.3混酸硝化法(4)混酸對鐵不起腐蝕作用,因而可使用鐵質(zhì)反應器,使用方便,可降低生產(chǎn)成本。為提高經(jīng)濟效益,混酸硝化中廢酸的利用是一個重要的問題。一般說來,硝化過程的廢酸通常再用于硝化。

由于活潑一NH2的影響,能發(fā)生氧化或縮合等副反應,因而硝化前宜經(jīng)?;Wo。

可先使苯胺與H2S04作用,再行硝化與中和得到一NO2處于一NH2間位的硝化產(chǎn)物.例如:4.4苯胺的硝化思考題1.以苯為原料合成對硝基苯胺。2.以苯為原料合成4-硝基-2-胺基甲苯3.以苯為原料合成4-硝基-2-氰基甲苯

苯酚用混酸硝化制備苦味酸時,由于苯酚極易氧化,因而應先經(jīng)磺化。

混酸雖為良好的硝化劑,在有些場合仍不能使用。例如,有些化合物用混酸硝化時易發(fā)生磺化生成磺酸等。因此有時采用下列硝化劑進行硝化:HNO3-HF;Cu(NO3)2-Ac2O;HN03-冰醋酸;N2O5-Ac2O;EtONO2-H2SO4;N2O4-H2SO4;N2O5-H2SO4等。4.5苯酚的硝化1.以苯為原料合成2.4.6-三硝基苯酚。

濃硝酸或發(fā)煙硝酸與醋酐混合即生成硝酸乙酰,勿需經(jīng)過分離即可用于硝化反應。硝酸乙酰為強硝化劑,反應速度快且無水生成,反應條件緩和,可在較低溫度下進行反應。硝化時一NO2主要進入第一類取代基的鄰位,為鄰位硝化劑。其硝化產(chǎn)物幾乎全為一硝基化物,多硝基化物甚少。

4.6

硝酸乙酰法此為以硝酸為硝化劑、醋酸為溶劑的硝化法。HNO3-HOAc為鄰位硝化劑,硝化反應中-NO2亦主要進入第一類取代基的鄰位。4.7硝酸醋酸法1.以苯為原料合成3-氯-2-硝基苯胺。

脂肪族化合物較難直接硝化,其鹵化物經(jīng)由一NO2置換則可得到相應的硝基化合物。例如脂肪族鹵代物(MeI、EtI、n-C3H7I、i-C3H7I)與AgNO3、NaNO2(KNO2)或HgNO2等作用,鹵素即被-NO2所置換。側(cè)鏈鹵代物亦可發(fā)生同樣的變化。5簡直硝化法5.1鹵素置換硝化法1.用C2以下的有機物為原料合成硝基丙烷。

本法生成的硝基化合物與亞硝酸酯兩種異構(gòu)物間沸點懸殊可容易地將兩者分離。但本法只有實驗室制備的價值并無工業(yè)意義。它僅適于制備伯硝基烷烴,以仲、叔鹵代物為反應物時產(chǎn)率很低,前者約15%,后者僅O~5%。并且所用的鹵代物宜為碘代物或溴代物,后者則需較高的溫度。據(jù)載,反應體系中加入尿素可抑制生成亞硝酸酯的副反應。1.設計硝基甲烷、硝基乙烷的合成路線

芳香族化合物(雜環(huán)化合物)上的-SO3H在經(jīng)由HNO3處理時,可為—N02置換生成硝基化合物。硝化酚類時,為避免反應物氧化,廣泛應用這一方法。前述由苯酚硝化制備苦味酸過程中的磺化和繼之進行的硝化是為其例。本法主要適于萘系或蒽系的化合物。5.2磺酸基置換硝化法1.設計以荼為原料合成2,4-二硝基荼酚的合成路線。5.3重氮基置換硝化法

芳伯胺在硝酸中重氮化生成的重氮鹽,用Cu2O處理可得硝基化合物。1.設計以苯和C1有機物為原料合成4-硝基-4‘-甲基偶氮苯的合成路線還原反應1概述為精細有機合成化學中最廣泛應用的單元反應之一。與氧化反應相反:氧原子減少,氫原子增加,兩者兼有。特點:較氧化反應易于控制。類型:(1)活潑金屬Fe/HCl,Zn/HOAc,Na/ROH,Zn-Hg/HCl,Na-Hg/EtOH等(2)低價元素的化合物Na2S2O4,NaS,FeCl2,SnCl2,TiCl3,TiCl2等(3)金屬氫化物NaBH4,LiAlH4,(4)催化加氫Pd,Pt,Ni,/H2.(5)有機金屬還原劑:異丙醇鋁,叔丁醇鋁,甲醛,葡萄糖。(6)非金屬:Me2S,Ph3P二、催化氫化(加氫反應)(一)概念:屬間接還原,通過催化劑的協(xié)助還原底物(烯烴,炔烴,羰基化合物等)多相催化劑過渡金屬吸附在催化劑的表面催化劑:Pd,Pt,Ni,RaneyNi,PtO2,Rh等,活性:Pd>Rh>Pt>Ni>Ru載體:活性炭,氧化鋁,氧化硅溶劑:EtOH,EtOAc,Et2O,hexanes,etc.底物在金屬表面的吸附能力:炔烴〉雙烯烴〉烯烴〉烷烴均相催化劑

(R3P)3RhCl催化氫化Hydrogenation類型催化氫解Hydrogenolysis

均相催化Heterogenous多相催化Homogenous氫化(Hydrogenation):使碳-碳,碳-氧,碳-氮等重鍵加氫。

氫解(Hydrogenolysis):在催化氫化的條件下,底物分子被化驗裂解成兩個或兩個以上的小分子的反應。使一些單鍵發(fā)生裂解:如鹵代物,芐醇類,芐胺類,酰鹵類的氫解和脫硫、酯的酯解等.立體化學:在環(huán)狀烯烴化合物中,主要生產(chǎn)順式產(chǎn)物。因為不飽和化合物分子以空間效益較小的一面吸附到催化劑表面,與吸附在催化劑表面的清進行順式加成。高RCOClRCHORCH2NO2RCH2NH2

RCH=CHR’(Z,cis)氫化

RCH=CHR’RCH2CH2R’RCHORCH2OHRCOR’RCHOHR’ArCH2XArCH3氫解低

RCO2R’RCH2OH+R’OHRCONHR’RCH2NHR’

RCH2NH2

(二)加氫反應活性炔烴的加氫

順式加氫Lindlar催化劑:Pd/CaCO3,喹啉

反式加氫Na,液氨

炔烴+H2LindlarCatalyst(Pd/BaSO4/quinoline)烯烴部分毒化用于還原反應活性高的官能團cisolefins(LindlarReduction)酰氯+H2,Pd/BaSO4

醛(RosemundReduction)Org.Rxn.1948,4,362

烯,炔同時存在,還原到停留在烯的一步。(三)不同催化劑催化氫化反應1.裝置:(1)常壓或低壓氫化反應裝置(2)低壓或高壓加氫反應裝置:?;磻攀?定義:有機物分子中O、N、C原子上導入?;姆磻?分類:

根據(jù)接受?;拥牟煌煞譃椋貉貂;?、氮酰化、碳?;?意義:藥物本身有?;?;合成手段概述-常用的?;噭;瘷C理:加成-消除機理

L:加成階段反應是否易于進行決定于羰基的活性:若L的電子效應是吸電子的,不僅有利于親核試劑的進攻,而且使中間體穩(wěn)定;若是給電子的作用相反。誘導效應:共軛效應:

概述-?;瘷C理

在消除階段反應是否易于進行主要取決于L的離去傾向。L-堿性越強,越不容易離去,CI-是很弱的堿,-OCOR的堿性較強些,OH-、OR-是相當強的堿,NH2-是更強的堿。∴RCOCI>(RCO)2O>RCOOH、RCOOR′>RCONH2

>RCONR2′

R:R帶吸電子基團利于進行反應;R帶給電子不利于反應

R的體積若龐大,則親核試劑對羰基的進攻有位阻,不利于反應進行概述-?;瘷C理酸堿催化堿催化作用是可以使較弱的親核試劑H-Nu轉(zhuǎn)化成親核性較強的親核試劑Nu-,從而加速反應。酸催化的作用是它可以使羰基質(zhì)子化,轉(zhuǎn)化成羰基碳上帶有更大正電性、更容易受親核試劑進攻的基團,從而加速反應進行。例:概述-催化第一節(jié)氧原子的?;磻?/p>

是一類形成羧酸酯的反應是羧酸的酯化反應是羧酸衍生物的醇解反應1)羧酸為?;瘎┨岣呤章?

加快反應速率:(1)提高溫度

(2)催化劑(降低活化能)(1)增加反應物濃度(2)不斷蒸出反應產(chǎn)物之一(3)添加脫水劑或分子篩除水。(無水CuSO4,無水AI2(SO4)3,(CF3CO)2O,DCC。)第一節(jié)氧原子的酰化反應一醇的氧?;?/p>

1)羧酸為酰化劑醇的結(jié)構(gòu)對?;磻挠绊懥Ⅲw影響因素:伯醇>仲醇>叔醇第一節(jié)氧原子的?;磻淮嫉难貂;?/p>

催化劑(1)質(zhì)子酸催化法:濃硫酸,氯化氫氣體,磺酸等第一節(jié)氧原子的酰化反應一醇的氧?;人釣轷;瘎?/p>

(2)Lewis酸催化法:(AlCl3,SnCl4,FeCl3,等)(3)酸性樹脂(Vesley)催化法:

采用強酸型離子交換樹脂加硫酸鈣法第一節(jié)氧原子的?;磻淮嫉难貂;人釣轷;瘎?/p>

例:第一節(jié)氧原子的酰化反應一醇的氧?;人釣轷;瘎?/p>

(4)DCC二環(huán)己基碳二亞胺第一節(jié)氧原子的?;磻淮嫉难貂;人釣轷;瘎?/p>

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(5)偶氮二羧酸二乙酯法(活化醇制備羧酸酯)第一節(jié)氧原子的?;磻淮嫉难貂;人釣轷;瘎?/p>

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例:鎮(zhèn)痛藥鹽酸呱替啶的合成例:局部麻醉藥鹽酸普魯卡因的合成第一節(jié)氧原子的酰化反應一醇的氧?;人釣轷;瘎?/p>

2)羧酸酯為?;瘎┧岽呋瘷C理:堿催化機理:第一節(jié)氧原子的酰化反應一醇的氧?;人狨轷;瘎?/p>

例:酯交換完成某些特殊的合成第一節(jié)氧原子的?;磻淮嫉难貂;人狨轷;瘎?/p>

例:局麻藥丁卡因

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例:抗膽堿藥溴美噴酯(寧胃適)的合成

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例:抗膽堿藥格隆溴胺(胃長寧)的合成

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活性酯的應用⑴羧酸硫醇酯第一節(jié)氧原子的?;磻淮嫉难貂;人狨轷;瘎?/p>

活性酯的應用⑴羧酸硫醇酯第一節(jié)氧原子的?;磻淮嫉难貂;人狨轷;瘎?/p>

催化加氫催化劑目錄加氫裂化工藝流程5

概述1催化加氫反應2催化加氫催化劑3加氫精制工藝流程4

催化加氫主要設備6催化加氫操作技術(shù)7催化加氫新技術(shù)8裝卸再生干燥催化劑“飛溫”及事故處理硫化鈍化

加氫裂化裝置生產(chǎn)操作的核心是圍繞催化劑展開的。催化加氫催化劑加氫裂化催化劑均以固體或固態(tài)漿狀形式存在。反應屬多相催化反應.裝置開工時,溫度升高引起反應器膨脹,催化劑下沉;在停工時,反應器由于冷卻而收縮,由于催化劑不能足夠地流動,催化劑就受到嚴重的側(cè)向應力;正常操作時,流體流動產(chǎn)生的應力雖可忽略,但緊急泄壓會造成催化劑下沉;催化劑顆粒孔結(jié)構(gòu)內(nèi)反應流體的快速蒸發(fā),也會造成顆粒的爆裂;保護劑加氫精制劑加氫裂化劑加氫裂化裝置所用的催化劑加氫裂化裝置可能上述3種催化劑都用,此時每l種(或每1類)催化劑的作用如上所述;也可能只用加氫精制劑和加氫裂化劑,此時加氫精制劑將起如上所述的保護劑和加氫精制劑的作用;加氫裂化裝置也可只用加氫裂化劑,此時的加氫裂化劑將集所有功能于一劑。保護劑保護劑是一個廣義上的名詞,包括一般意義上的保護劑、脫金屬劑,目的是改善被保護催化劑的進料條件,抑制雜質(zhì)對被保護催化劑孔道堵塞與活性中心被覆蓋,即脫除機械雜質(zhì)、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)及金屬化合物,保護被保護催化劑的活性和穩(wěn)定性,延長催化劑的運轉(zhuǎn)周期。保護劑一般由惰性物質(zhì)、具有微量或少量加氫活性的催化劑組成,采用分級技術(shù)裝填于反應器頂部.保護劑的形狀有球形、圓柱形、三葉草形、車輪形、拉西環(huán)形、蜂窩形保護劑問答反應器第一層保護劑起什么作用,裝填有何特點?保護劑的作用在于改善加氫進料質(zhì)量,抑制雜質(zhì)對主催化劑孔道的堵塞與活性中心被覆蓋,保護主催化劑活性和穩(wěn)定性,延長催化劑運行周期。在加氫裂化裝置第一精制反應器催化劑床層頂部,裝填不同粒度、形狀、不同空隙率和反應活性低的催化劑,實行分級裝填,對克服頂部催化劑床層結(jié)焦和使沉積金屬較均勻地分布在整個脫金屬催化劑床層十分有效。目前,國內(nèi)大型加氫裂化裝置一般都放置具有較大空隙率和較低活性的大顆粒催化劑。加氫精制劑加氫精制劑分前加氫精制劑和后加氫精制劑。前加氫精制劑的作用是脫除硫、氮、氧等雜原子化合物、殘余的金屬有機化合物、飽和多環(huán)芳烴,降低加氫裂化催化劑的反應溫度、減緩加氫裂化催化劑的失活,從而延長加氫裂化催化劑的運轉(zhuǎn)周期。后加氫精制劑的作用是飽和烯烴、脫除硫醇、提高產(chǎn)品的質(zhì)量。加氫精制劑一般由金屬組分、載體和助劑3部分組成。金屬組分主要提供加氫活性及能夠加速C-N鍵氫解的弱酸性,由VlB族或Ⅷ族的金屬。加氫精制劑載體的作用是提供適宜反應與擴散所需的孔結(jié)構(gòu),擔載分散金屬均勻的有效表面積和一定的酸性,同時改善催化劑的壓碎、耐磨強度與熱穩(wěn)定性;加氫精制劑的載體主要為Al2O3。金屬組分主要提供加氫活性及能夠加速C-N鍵氫解的弱酸性,由VlB族或Ⅷ族的金屬。助劑的作用是調(diào)節(jié)載體性質(zhì)及金屬組分結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、催化劑的活性、選擇性、氫耗和壽命的目的。常用的助劑是P2O5。金屬組分載體助劑用于加氫精制劑的貴金屬組分有:Pt,Pd,Ru.IRh,I,Os,Re等,由于貴金屬催化劑容易被硫、氮組分中毒而失活,故只能用于無硫、無氮或微量硫、微量氮的原料中。加氫裂化劑

加氫裂化劑屬雙功能催化劑,主要由提供加氫/脫氫功能的金屬組分和提供裂化功能的酸性組分組成,其作用是將進料轉(zhuǎn)化成希望的目的產(chǎn)品,并盡量提高目的產(chǎn)品的收率和質(zhì)量。加氫裂化催化劑的分類按金屬分類:貴金屬Pt、Pd;非貴金屬Mo-Ni、W-Ni、Mo-Co、W-Mo-Ni、Mo-Ni-Co等按酸性載體分類:無定型、無定型硅鋁、無定型硅鎂、改性氧化鋁等按工藝過程分類:單段催化劑、兩段催化劑按壓力分類:高壓(10MPa以上)、中壓(5-10MPa)按目的產(chǎn)品分類:輕油型、中油型、中高油型、重油型加氫裂化催化劑1、加氫裂化催化劑組成上有何特點?加氫裂化催化劑是雙功能催化劑,是具有加氫活性和裂解活性的雙功能催化劑,加氫活性由活性組分提供,裂解活性則由載體提供。加氫活性組分主要包括ⅥB族和Ⅷ族的幾種金屬如Mo、W、Ni、Co、Fe、Cr等的硫化物,或貴金屬Pt、Pd元素等。裂解功能一般由無定形硅鋁、分子篩等酸性載體提供。具有大面積的無定型或晶型硅鋁稱為載體。通常,人們以無定型硅鋁載體或晶型硅鋁載體作為劃分加氫裂化催化劑類別的基礎。2、加氫裂化催化劑的作用是什么?加氫裂化是在氫壓下把低質(zhì)量大分子的原料油轉(zhuǎn)化為潔凈的小分子產(chǎn)品。大分子的原料油較之小分子的產(chǎn)品有較高的能位,為了使轉(zhuǎn)化反應過程順利進行,必須克服能障,即所謂活化能(Ea)。催化劑的作用是可以減少或降低能障,加快反應速度。但催化劑不能改變反應和原料油與產(chǎn)品之間的平衡。3、催化劑載體的作用?單獨存在的高度分散的催化劑活性組分,受降低表面自由能的熱力學趨勢的推動,存在著強烈的聚集傾向,很容易因溫度的升高而產(chǎn)生燒結(jié),使活性迅速降低。如果將活性組分載到載體上,由于載體本身具有好的熱穩(wěn)定性,而且對高度分散的活性組分顆粒的移動和彼此接近起到阻隔作用,會提高活性組分產(chǎn)生燒結(jié)的溫度,從而提高了催化劑的熱穩(wěn)定性。不同的載體因表面性質(zhì)不同,會不同程度地提高活性組分的燒結(jié)溫度。此外,活性組分分散到載體上后,增加了催化劑的體積和散熱面積,從而改善了催化劑的散熱性能,同時載體又增加了催化劑的熱容,這些都能減小因反應放熱所引起的催化劑床層的溫度提高,特別是在強放熱反應中,良好的導熱性能有利于避免因反應熱的積蓄使催化劑床層超溫而引起催化劑活性組分燒結(jié)。4、助劑的作用①有利于金屬分散,(加入Si、B),使之更好的轉(zhuǎn)化為Ni-Mo-S(Co-Mo-S)活性相。②加入P、Ti抑制尖晶石的生成。③加入F、Si提高酸性。5、中壓加氫裂化與高壓加氫裂化的催化劑有無不同?中壓加氫裂化裝置與高壓加氫裂化裝置操作條件相比,其系統(tǒng)操作壓力較低,因此氫分壓偏低,對催化劑的產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率要求低一些,但對催化劑的耐氮、耐氧、容炭、芳烴飽和性能要求更高一些。6、高中油型加氫裂化催化劑有何特點?高中油型加氫裂化催化劑是以最大量生產(chǎn)中間餾分油產(chǎn)品為目的的,這就要求高中油型催化劑有盡可能多的加氫活性和適中的酸性。為了開發(fā)出活性穩(wěn)定的、中間餾分油選擇性好的高中油型催化劑,在設計上應從下面幾方面考慮:①合適的載體和催化劑孔結(jié)構(gòu),減少反應物、生成物的擴散阻力,提高反應速度,并盡可能避免過度裂解;②合適的催化劑表面強酸中心密度,改善催化劑活性,并減少二次裂解的概率;③足夠高的加氫金屬濃度及加氫金屬與載體的相互作用程度,改善加氫金屬的分散,提高催化劑加氫活性。7、催化劑初期和末期相比較有什么變化,為什么?催化劑在使用過程中,會產(chǎn)生催化劑表面生焦積炭、催化劑上金屬和灰分沉積、金屬聚集及晶體大小和形態(tài)的變化等現(xiàn)象,因生焦積炭等因素其活性、選擇性會逐步下降,為了達到預期的精制要求和裂解轉(zhuǎn)化深度,必須通過逐步提高相應的操作溫度來補償其活性、選擇性的下降。8、催化劑表征包括哪些內(nèi)容?①孔結(jié)構(gòu),由于反應是在催化劑固體表面上進行的,而且主要是內(nèi)表面,所以孔結(jié)構(gòu)是十分重要的因素。②表面積,因為催化反應是在催化劑表面上進行,表面積對分散催化劑活性組分起重要作用,它與催化劑活性密切相關(guān)。③孔徑,用來表示催化劑平均孔徑的大小。④孔體積,是單位質(zhì)量催化劑所有細孔體積的總和。⑤孔體積對孔徑的分布,即不同孔徑的孔體積占催化劑總孔體積的比例。⑥酸性,酸性是加氫裂化催化劑的重要性質(zhì),它關(guān)系到催化劑的裂解活性,是決定催化劑反應溫度的關(guān)鍵因素,還影響產(chǎn)品分布。⑦金屬分散和活性相結(jié)構(gòu),要使較少的金屬發(fā)揮更高的活性,使催化劑上的金屬組分盡量分散得好,促使多生成加氫活性相。⑧其它表征,對加氫裂化催化劑還要測定其它化學組成和雜質(zhì)的含量,通常采用化學分析、X光衍射、X光熒光、原子吸收光譜等。9、貴金屬催化劑的適用范圍是什么?由于貴金屬催化劑容易被有機硫和硫化氫中毒而失活,只能適用于不含硫的原料中。在兩段加氫裂化工藝中,由于第二段進料經(jīng)過脫硫和脫氨,也可使用貴金屬催化劑。10、催化劑的外形有哪些,為什么選擇異形催化劑?催化劑外形有球形、圓柱形、三葉草形、碟形等多種形狀的催化劑。制造異形催化劑的目的主要是為了增大空隙率,降低床層壓降,延長裝置的運行周期。同時,異形催化劑對于加工重質(zhì)原料更利于擴散的進行,加快了反應速度。11、對于催化劑應要求具備哪幾種穩(wěn)定性?①化學穩(wěn)定性——保持穩(wěn)定的化學組成和化合狀態(tài)。②熱穩(wěn)定性——能在反應條件下,不因受熱而破壞其物理—化學狀態(tài),同時,在一定的溫度變化范圍能保持良好的穩(wěn)定性。③機械穩(wěn)定性——具有足夠的機械強度,保證反應器處于適宜的流體力學條件。④對于毒物有足夠的抵抗力。12、催化劑中毒分為幾類?具有高度活性的催化劑經(jīng)過短時間工作后就喪失了催化劑能力,這種現(xiàn)象往往是由于在反應原料中存在著微量能使催化劑失掉活性的物質(zhì)所引起的,這種物質(zhì)稱為催化毒物,這種現(xiàn)象叫做催化劑的中毒。催化劑中毒分為可逆中毒、不可逆中毒和選擇性中毒??赡嬷卸臼嵌疚镌诨钚灾行纳衔交蚧蠒r,生成的鍵強度相對較弱,可以采取適當?shù)姆椒ㄈコ?,使催化劑活性恢復,而不影響催化劑的性質(zhì)。如注氨鈍化,氨使裂化催化劑暫時中毒活性受到抑制,隨著氨的脫附,催化劑的活性恢復。不可逆中毒是毒物與催化劑活性組分相互形成很強的化學鍵,難于用一般方法將毒物去除,催化劑活性降低。如堿性氮使裂化催化劑中毒就屬于這一種。選擇性中毒是一個催化劑中毒之后可能失去對某一反應的催化能力,但對別的反應仍具有催化活性。選擇中毒有可以利用的一面,如在串聯(lián)反應中,如果毒物僅使催化后繼反應的活性中心中毒,可以使反應停留在中間產(chǎn)物上,獲得所希望的高產(chǎn)率中間產(chǎn)物。13、水對催化劑有何危害?少量的水在反應系統(tǒng)中絕大部分為氣態(tài),濃度較低使對催化劑的活性、穩(wěn)定性基本沒影響,但液態(tài)水或高濃度水蒸氣與催化劑接觸時,會造成催化劑上的金屬聚結(jié)、晶體變形及催化劑外形改變,從而破壞催化劑的機械強度及活性、穩(wěn)定性。14、導致催化劑失活的因素有哪些?主要有:催化劑表面生焦積炭;催化劑上金屬和灰分沉積;金屬聚集及晶體大小和形態(tài)的變化。①在加氫過程中,原料油中烴類的裂解和不穩(wěn)定化合物的縮合,都會在催化劑的表面生焦積炭,導致其金屬活性中心被覆蓋和微孔被堵塞封閉,是催化劑失活的重要原因。②原料油中的金屬特別是Fe、Ni、V、Ca等,以可溶性有機金屬化合物的形式存在,它們在加氫過程中分解后會沉積在催化劑表面,堵塞催化劑微孔;As、Pb、Na等與催化劑活性中心反應,導致沸石結(jié)構(gòu)破壞。另外,石墨、氧化鋁、硫酸鋁、硅凝膠等灰分物質(zhì),它們堵塞催化劑孔口,覆蓋活性中心,并且當再生溫度過高時與載體發(fā)生固相反應,這些屬于永久失活。③非貴金屬的加氫催化劑,在長期的運轉(zhuǎn)過程中存在金屬聚集、晶體長大、形態(tài)變化及沸石結(jié)構(gòu)破壞等問題。以上三種失活機理中,只有因生焦積炭引起的催化劑失活,才能通過含氧氣體進行燒焦的方法來恢復其活性。15、加氫催化劑為什么需要硫化,硫化前對催化劑的操作溫度有何要求?初始裝入反應器內(nèi)的加氫催化劑都以氧化態(tài)存在,不具有反應活性,只有以硫化物狀態(tài)存在時才具有加氫活性和穩(wěn)定性、選擇性。所以對新鮮的或再生后的加氫催化劑在使用前都應進行硫化。濕法硫化的起始溫度通??刂圃?50~160℃;一般國內(nèi)裝置根據(jù)硫化劑確定干法硫化的起始溫度:二硫化碳注硫溫度為150℃,DMDS注硫溫度為175℃。16、催化劑注氨鈍化的目的何在,對催化劑有何影響?含分子篩的加氫裂化催化劑硫化后,具有很高的活性,所以在進原料油之前,須采取相應的措施對催化劑進行鈍化,以抑制其過高的初活性,防止和避免進油過程中可能出現(xiàn)的溫度飛升現(xiàn)象,確保催化劑、設備及人身安全。注氨可使裂化催化劑鈍化。氨分子可以被吸附在催化劑的微孔中,并在一段時間內(nèi)占據(jù)其中,使得油品暫時無法與部分催化劑接觸而起反應。加氫催化劑的類別與選擇加氫催化劑加氫技術(shù)包括催化劑技術(shù)、工藝技術(shù)、工程技術(shù)和運行操作技術(shù)。加氫催化劑作為加氫技術(shù)的核心,受到人們的普遍關(guān)注。加氫催化劑為固體催化劑,主要由活性金屬加氫組分和載體組分構(gòu)成,并加有少量助劑。主要活性金屬加氫組分:

Mo-CoMo-NiMo-Ni-CoW-NiW-Mo-NiW-Mo-Ni–CoPtPdNi加氫催化劑主要載體組分:氧化鋁改性氧化鋁無定型硅鋁結(jié)晶硅鋁沸石/分子篩Y、β、ZSM-5、ZSM-22、ZSM-23結(jié)晶硅磷鋁分子篩SAPO-11加氫催化劑主要助劑組分:PSiBZrTiZnF有機表面活性劑/絡合劑加氫催化劑主要助劑組分:PSiBZrTiZnF有機表面活性劑/絡合劑改善孔結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)表面酸性質(zhì)抑制鎳鋁尖晶石生成配制穩(wěn)定Mo-Ni-P浸漬液加氫催化劑主要助劑組分:PSiBZrTiZnF有機表面活性劑/絡合劑加氫催化劑調(diào)節(jié)表面酸性質(zhì)改善金屬與載體表面相互作用促進生成更多II類活性中心主要助劑組分:PSiBZrTiZnF有機表面活性劑/絡合劑加氫催化劑改善金屬分布調(diào)節(jié)表面酸性質(zhì)調(diào)節(jié)金屬與載體表面相互作用促進生成更多活性中心主要助劑組分:PSiBZrTiZnF有機表面活性劑/絡合劑加氫催化劑改善金屬分布調(diào)節(jié)金屬與載體表面相互作用調(diào)節(jié)活性相結(jié)構(gòu)改善催化劑再生性能主要助劑組分:PSiBZrTiZnF有機表面活性劑/絡合劑加氫催化劑改善載體表面性質(zhì)調(diào)節(jié)金屬與載體表面相互作用提高脫硫選擇性主要助劑組分:PSiBZrTiZnF有機表面活性劑/絡合劑加氫催化劑抑制催化劑表面焦碳生成提高對含硫化合物的吸附能力提高加氫脫硫選擇性吸附反應生成的硫化氫主要助劑組分:PSiBZrTiZnF有機表面活性劑/絡合劑加氫催化劑強電負性元素增強表面酸性質(zhì)調(diào)節(jié)金屬與載體表面相互作用改善催化劑脫硫/脫氮及芳烴飽和能力主要助劑組分:PSiBZrTiZnF有機表面活性劑/絡合劑加氫催化劑但F在裝置開工硫化、生產(chǎn)運行和催化劑再生過程中流失嚴重,不僅影響催化劑活性穩(wěn)定性和再生性能,而且對反應器內(nèi)構(gòu)件、反應流出物換熱器、空冷器以及催化劑再生設備等會產(chǎn)生嚴重腐蝕,威脅裝置安穩(wěn)長滿優(yōu)運行。主要助劑組分:PSiBZrTiZnF有機表面活性劑/絡合劑加氫催化劑含F(xiàn)催化劑吸水會產(chǎn)生很大的內(nèi)部應力,容易引起催化劑破碎/粉化。另外,F(xiàn)的存在還會大幅度降低載體氧化鋁的熔點溫度。裝置一旦超溫,極易引起催化劑燒結(jié)失活。主要助劑組分:PSiBZrTiZnF有機表面活性劑/絡合劑加氫催化劑與活性金屬形成絡合物削弱金屬與載體表面相互作用促進生成更多高活性II類活性中心主要助劑組分:PSiBZrTiZnF有機表面活性劑/絡合劑加氫催化劑但要注意選擇合適的有機表面活性劑/絡合劑,避免在開工硫化過程中出現(xiàn)集中放熱,避免因催化劑內(nèi)部應力變化引起催化劑破碎/粉化?;钚越饘俳M分擔載方法:混捏共沉打漿浸漬加氫催化劑加氫催化劑通常以固體顆粒形態(tài)提供,其外觀形狀主要有:球形片形擠條(圓柱、三葉草、四葉草等)拉西環(huán)齒球蜂窩/鳥巢加氫催化劑加氫催化劑通常以固體顆粒形態(tài)提供,其外觀形狀主要有:球形片形擠條(圓柱、三葉草、四葉草等)拉西環(huán)齒球蜂窩/鳥巢加氫催化劑加氫催化劑通常以固體顆粒形態(tài)提供,其外觀形狀主要有:球形片形擠條(圓柱、三葉草、四葉草等)拉西環(huán)齒球蜂窩/鳥巢加氫催化劑加氫催化劑通常以固體顆粒形態(tài)提供,其外觀形狀主要有:球形片形擠條(圓柱、三葉草、四葉草等)拉西環(huán)齒球蜂窩/鳥巢加氫催化劑加氫催化劑通常以固體顆粒形態(tài)提供,其外觀形狀主要有:球形片形擠條(圓柱、三葉草、四葉草等)拉西環(huán)齒球蜂窩/鳥巢加氫催化劑加氫催化劑通常以固體顆粒形態(tài)提供,其外觀形狀主要有:球形片形擠條(圓柱、三葉草、四葉草等)拉西環(huán)齒球蜂窩/鳥巢加氫催化劑加氫催化劑通常以固體顆粒形態(tài)提供,其外觀形狀主要有:球形片形擠條(圓柱、三葉草、四葉草等)拉西環(huán)齒球蜂窩/鳥巢加氫催化劑加氫催化劑通常以固體顆粒形態(tài)提供,其外觀形狀主要有:球形片形擠條(圓柱、三葉草、四葉草等)拉西環(huán)齒球蜂窩/鳥巢加氫催化劑形狀當量直徑Ds球形D圓柱條形1.364D三葉草形0.91D齒球形0.645D加氫催化劑通常以固體顆粒形態(tài)提供,其外觀形狀主要有:球形片形擠條(圓柱、三葉草、四葉草等)拉西環(huán)齒球蜂窩/鳥巢加氫催化劑加氫催化劑通常以固體顆粒形態(tài)提供,其外觀形狀主要有:球形片形擠條(圓柱、三葉草、四葉草等)拉西環(huán)齒球蜂窩/鳥巢加氫催化劑主要物化性質(zhì)指標:金屬組成載體組成雜質(zhì)含量堆積密度壓碎強度孔容、表面積、孔分布、平均孔徑和可幾孔徑外形、尺寸和粒度分布灼燒減重加氫催化劑主要使用性能指標:活性選擇性穩(wěn)定性機械強度再生性能安全性性能價格比加氫催化劑催化劑選用需考慮的主要因素:活性選擇性穩(wěn)定性機械強度再生性能安全性性能價格比-原料油種類和構(gòu)成性質(zhì)

-目的產(chǎn)品質(zhì)量和分布要求

-加氫工藝過程

-壓力等級

-氫油體積比

-體積空速----確定合適的催化劑、最佳的工藝條件,在滿足產(chǎn)品質(zhì)量和分布要求的同時,最大限度控制和減少副反應發(fā)生,減少氫氣消耗,提高經(jīng)濟效益。加氫催化劑選用原則重整預加氫工藝:加工原料:直餾石腦油,或直餾石腦油摻煉少量焦化石腦油/催化中汽油加工目的:深度脫硫、脫氮和烯烴飽和,并脫除微量As、Cu、Hg、Si等雜質(zhì),供做催化重整裝置進料工藝特點:操作壓力:1.5~4.0MPa氫油體積比:50~200:1體積空速:3.0~12.0h-1加氫催化劑選用重整預加氫工藝:對催化劑要求加工高硫、低氮原料油高脫硫活性Mo-Co型催化劑FH-40B加工低硫、高氮原料油高脫氮和較高脫硫活性Mo-Ni(-Co)型催化劑FH-40A加工高硫、高氮原料油高脫硫和脫氮活性(W-)Mo-Ni-Co型催化劑FH-40C加氫催化劑選用催化重整生成油選擇性加氫脫烯烴工藝:加工原料:催化重整生成油苯餾分、BTX餾分、C8以上餾分、全餾分加工目的:烯烴選擇性加氫飽和,供做芳烴抽提進料,生產(chǎn)芳烴和溶劑油產(chǎn)品工藝特點:操作壓力:1.0~2.0MPa氫油體積比:100~300:1體積空速:2.0~5.0h-1加氫催化劑選用催化重整生成油選擇性加氫脫烯烴工藝:對催化劑要求高烯烴飽和選擇性、低芳烴飽和能力Pt-Pd、Pd型催化劑HDO-18產(chǎn)品質(zhì)量溴指數(shù)<50mgBr/100g芳烴損失<0.5個百分點催化劑周期壽命>4年加氫催化劑選用焦化石腦油加氫工藝:加工原料:焦化石腦油-高硫、高氮、高烯烴、含硅加工目的:深度脫硫、脫氮和烯烴飽和,并脫除微量Si等雜質(zhì),供做蒸汽裂解制乙烯、重整預加氫、制氫等裝置進料。工藝難點:催化劑床層壓降上升快、催化劑失活快。工藝特點:操作壓力:3.0~4.0MPa氫油體積比:350~600:1體積空速:1.0~3.0h-1加氫催化劑選用加氫催化劑選用焦化石腦油加氫工藝:對催化劑要求選用高脫硫、脫氮及烯烴飽和活性的主催化劑W-Mo-Ni、Mo-Ni-Co或W-Mo-Ni-Co型催化劑

FH-98FH-40AFH-40C級配裝填高容垢能力的加氫保護劑FZC系列級配裝填高容硅能力的加氫捕硅催化劑FHRS-1強化原料油管理原料氮氣保護縮短原料儲存時間原料過濾加氫催化劑選用催化汽油選擇性加氫脫硫工藝:加工原料:催化汽油-含硫、含烯烴,并含少量二烯烴加工目的:選擇性深度加氫脫硫,控制烯烴飽和,減少辛烷值損失,生產(chǎn)清潔車用汽油。工藝技術(shù):OCT-M系列、RSDS系列、S-Zorb工藝特點:操作壓力:1.0~3.0MPa0.7~2.8MPa氫油體積比:250~400:170~80:1體積空速:2.0~5.0h-14.0~10.0h-1催化劑:Mo-Co型催化劑Ni-Zn型脫硫吸附劑加氫催化劑選用催化汽油選擇性加氫脫硫工藝:對催化劑要求選用高脫硫活性、低烯烴飽和活性的主催化劑Mo-Co型催化劑FGH-21和FGH-31級配裝填高、低兩種不同活性的加氫主催化劑級配裝填高容垢能力的加氫保護劑強化原料油管理提高輕、重汽油餾分分離精度強化重汽油加氫單元生產(chǎn)運行工藝管理控制適宜脫硫深度確保循環(huán)氫脫硫系統(tǒng)正常運行強化產(chǎn)品氣提分餾操作脫除微量硫化氫,保證產(chǎn)品腐蝕指標合格加氫催化劑選用加氫反應器介紹加氫反應器是各類加氫工藝(HydrogenCrackingUnit)的關(guān)鍵設備加氫是在催化劑存在的條件下從外界補入氫氣以提高油品的氫碳比。加氫裂化實質(zhì)上是加氫和催化裂化過程的有機結(jié)合,一方面能使重質(zhì)油品通過裂化反應轉(zhuǎn)化為汽油、煤油和柴油等輕質(zhì)油品,另一方面又可防止像催化裂化那樣生成大量焦炭,而且還可將原料中的硫、氯、氧化合物雜質(zhì)通過加氫除去,使烯烴飽和。因此,加氫裂化具有輕質(zhì)油收率高、產(chǎn)品質(zhì)量好的突出優(yōu)點。加氫過程分類:1.加氫處理(進料分子基本無變化,使烯烴飽和及脫硫)2.加氫精制(約≤10%原料分子降低分子量)3.加氫裂化(有≥10%原料分子轉(zhuǎn)化為小分子)一.加氫反應器

加氫裂化裝置流程示意圖加氫裂化裝置流程簡圖加氫裂化裝置的工藝流程

原料油經(jīng)過濾、脫水后進入緩沖罐,由高壓泵升壓后與氫氣(包括循環(huán)氫與新氫氣)混合后一起進入換熱器與反應生成物換熱至300℃左右,然后進加熱爐預熱(另一種流程是原料油不進加熱爐而只有循環(huán)氫進加熱爐預熱,在爐出口與換熱后的原料油混合,這種流程可以減少爐管結(jié)焦),預熱后從反應器頂部進入,在反應器內(nèi)反應后由底部排出,經(jīng)與新鮮原料、循環(huán)氫換熱后再進入空冷器冷卻,冷凝下來的油和不冷凝的油氣和氫氣進入高壓分離器,油氣分離,氫氣從高壓分離器頂部排出,大部分進循環(huán)氫壓縮機,反應生成油由底部排出,降壓后送至低壓分離器,油、氣再次分離,氣體送燃料氣管網(wǎng),生成油送至分餾系統(tǒng)經(jīng)分餾塔、汽提塔、脫丁烷塔等分餾后得到汽油、航空煤油、柴油等產(chǎn)品。第三種流程中分餾塔底的尾油再全部循環(huán)回到加氫裂化反應器進行裂化反應。加氫裂化裝置的操作范圍如下:操作溫度380~450℃,操作壓力8~20MPa,采用的催化劑含有Pt、Pd、W、Mo、Ni、Co等金屬氧化物作為加氫組分,以硅酸鋁、氟化氧化鋁或結(jié)晶硅鋁酸鹽為擔體。原料油經(jīng)加氫、裂化、異構(gòu)化等反應轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)油品,收率一般達100%(體積),可得到優(yōu)質(zhì)重整原料及高辛烷值汽油;航空煤油和低傾點柴油。同時產(chǎn)品含硫、氮、烯烴低,安定性好。固定床反應器:床層內(nèi)固體催化劑處于靜止狀態(tài)。特點:催化劑不宜磨損,催化劑在不失活情況下可長期使用。主要適于加工固體雜質(zhì)、油溶性金屬含量少的油品加氫反應器分類(按照工藝流程及結(jié)構(gòu)分類)固定床反應器2.移動床反應器3.流化床反應器固定床反應器使用最為廣泛(氣液并流下流式)冷熱壁結(jié)構(gòu)反應器特征及應用按反應器本體結(jié)構(gòu)分類:分為單層結(jié)構(gòu)、多層結(jié)構(gòu)。單層結(jié)構(gòu)包括鋼板卷焊及鍛焊結(jié)構(gòu);多層結(jié)構(gòu)一般有繞帶式及熱套式。煅焊結(jié)構(gòu)反應器制造過程加氫過程由于存在有氣、液、固三相的放熱反應,欲使反應進料(氣、液兩相)與催化劑(固相)充分、均勻、有效地接觸,加氫反應器設計有多個催化劑床層,在每個床層的頂部都設置有分配盤,并在兩個床層之間設有溫控結(jié)構(gòu)(冷氫箱),以確保加氫裝置的安全平穩(wěn)生產(chǎn)和延長催化劑的使用壽命。反應器內(nèi)設置有入口擴散器、積垢籃、卸料管、催化劑支撐盤、出口捕集器、氣液反應物流分配盤、冷氫箱、熱電偶保護管和出口收集器等反應器內(nèi)構(gòu)件。入口擴散器來自反應器入口的介質(zhì)首先經(jīng)過入口擴散器,在上部錐形體整流后,經(jīng)上下兩擋板的兩層孔的節(jié)流、碰撞后被擴散到整個反應器截面上。其主要作用為:一是將進入的介質(zhì)擴散到反應器的整個截面上;二是消除氣、液介質(zhì)對頂分配盤的垂直沖擊,為分配盤的穩(wěn)定工作創(chuàng)造條件;三是通過擾動,促使氣液兩相混合2.分配盤目前,國內(nèi)加氫反應器所使用的反應物流分配器,按其作用原理大致可分為溢流式和抽吸噴射式兩類;反應物流分配盤應不漏液,安裝后須進行測漏試驗,即在分配盤上充水至100mm高,在5分鐘內(nèi)其液位下降高度,以不大于5mm為合格;分配盤安裝的水平度要求,對于噴射式的分配器,包括制造公差和在載荷作用下的繞度在內(nèi),其分配盤的水平度應控制為±5mm~±6mm;對于溢流式的分配器,其分配盤安裝的水平度要求更嚴格一些。在催化劑床層上面,采用分配盤是為了均布反應介質(zhì),改善其流動狀況,實現(xiàn)與催化劑的良好接觸,進而達到徑向和軸向的均勻分布。反應器頂部分配盤3.積垢籃由不同規(guī)格的不銹鋼金屬網(wǎng)和骨架構(gòu)成的籃框,置于反應器上部催化劑床層的頂部,可為反應物流提供更大的流通面積,在上部催化劑床層的頂部撲集更多的機械雜質(zhì)的沉積物,而又不致引起反應器壓力降過快地增長;積垢籃框在反應器內(nèi)截面上呈等邊三角形均勻排列,其內(nèi)是空的(不裝填催化劑或瓷球),安裝好后要須用不銹鋼鏈將其穿連在一起,并牢固地拴在其上部分配盤地支撐梁上,不銹鋼金屬鏈條要有足夠地長度裕量(按床層高度下沉5%考慮),以便能適應催化劑床層的下沉。

4.催化劑支撐盤催化劑支撐盤由T形大梁、格柵和絲網(wǎng)組成。大梁的兩邊搭在反應器器壁的凸臺上,而格柵則放在大梁和凸臺上。格柵上平鋪一層粗不銹鋼絲網(wǎng),和一層細不銹鋼絲網(wǎng),上面就可以裝填磁球和催化劑了。

催化劑支撐大梁和格柵要有足夠的高溫強度和剛度。即在420℃高溫下彎曲變形也很小,且具有一定的抗腐蝕性能。因此,大梁、格柵和絲網(wǎng)的材質(zhì)均為不銹鋼。在設計中應考慮催化劑支撐盤上催化劑和磁球的重量、催化劑支撐盤本身的重量、床層壓力降和操作液重等載荷,經(jīng)過計算得出支撐大梁和格柵的結(jié)構(gòu)尺寸。4.催化劑卸料管固定床反應器每一催化劑床層下部均安裝有若干根卸料管,跨過催化劑支撐盤、物料分配盤及冷氫箱,通向下一床層,作為在反應器停工卸除催化劑的卸劑通道。5.冷氫管烴類加氫反應屬于放熱反應,對多床層的加氫反應器來說,油氣和氫氣在上一床層反應后溫度將升高,為了下一床層繼續(xù)有效反應的需要,必須在兩床層間引入冷氫氣來控制溫度。將冷氫氣引入反應器內(nèi)部并加以散布的管子被稱為冷氫管。冷氫加入系統(tǒng)的作用和要求是:

均勻、穩(wěn)定地供給足夠的冷氫量;

必須使冷氫與熱反應物充分混合,在進入下一床層時有一均勻的溫度和物料分布。

冷氫管按形式分直插式、樹枝狀形式和環(huán)形結(jié)構(gòu)。

對于直徑較小的反應器,采用結(jié)構(gòu)簡單便于安裝的直插式結(jié)構(gòu)即可。

對于直徑較大的反應器,直插式冷氫管打入的冷氫與上層反應后的油氣混合效果就不好,直接影響了冷氫箱的再混合效果。這時就應采用樹枝狀或環(huán)形結(jié)構(gòu)。6.冷氫箱冷氫箱實為混合箱和預分配盤的組合體。它是加氫反應器內(nèi)的熱反應物與冷氫氣進行混合及熱量交換的場所。其作用是將上層流下來的反應產(chǎn)物與冷氫管注入的冷氫在箱內(nèi)進行充分混合,以吸收反應熱,降低反應物溫度,滿足下一催化劑床層的反應要求,避免反應器超溫。冷氫箱的第一層為擋板盤,擋板上開有節(jié)流孔。由冷氫管出來的冷氫與上一床層反應后的油氣在擋板盤上先預混合,然后由節(jié)流孔進入冷氫箱。進入冷氫箱的冷氫氣和上層下來的熱油氣經(jīng)過反復折流混合,就流向冷氫箱的第二層——篩板盤,篩板盤,在篩板盤上再次折流強化混合效果,然后在作分配。篩板盤下有時還有一層泡帽分配盤對預分配后的油氣再作最終的分配。冷氫管催化劑卸料管冷氫箱上擋板盤冷氫箱下?lián)醢灞P冷氫箱篩板盤7.出口收集器出口收集器是個帽狀部件,頂部有圓孔,側(cè)壁有長孔,覆蓋不銹鋼網(wǎng)。其作用主要是阻止反應器底部的瓷球從出口漏出,并導出流體。反應器底部的出口收集器,用于支撐下部的催化劑床層,減小床層的壓降和改善反應物料的分配。出口收集器與下端封頭接觸的下沿開有數(shù)個缺口,供停工時排液用。8.熱電偶為監(jiān)視加氫放熱反應引起床層溫度升高及床層截面溫度分布狀況而對操作溫度進行監(jiān)控。加氫反應器常見損傷與對策高溫氫腐蝕

高溫氫腐蝕是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)生化學反應,生成甲烷氣泡(它包含甲烷的成核過程和成長),即FeC+2H2一CH4+3Fe,并在晶間空穴和非金屬夾雜部位聚集,引起鋼的強度、延性和韌性下降與劣化,同時發(fā)生晶間斷裂。由于這種脆化現(xiàn)象是發(fā)生化學反應的結(jié)果,所以它具有不可逆的性質(zhì),也稱永久脆化現(xiàn)象。高溫氫腐蝕有兩種形式:一是表面脫碳;二是內(nèi)部脫碳。表面脫碳不產(chǎn)生裂紋,在這點上與鋼材暴露在空氣、氧氣或二氧化碳等一些氣體中所產(chǎn)生的脫碳相似,表面脫碳的影響—般很輕,其鋼材的強度和硬度局部有所下降而延性提高。內(nèi)部脫碳是由于氫擴散侵入到鋼中發(fā)生反應生成了甲烷,而甲烷又不能擴散出鋼外,就聚集于晶界空穴和夾雜物附近,形成了很高的局部應力,使鋼產(chǎn)生龜裂、裂紋或鼓包,其力學性能發(fā)生顯著的劣化。影響高溫氫腐蝕的主要因素1)溫度、壓力和暴露時間的影響溫度和壓力對氫腐蝕的影響很大,溫度越高或者壓力越大發(fā)生高溫腐蝕的起始時間就越早。2)合金元素和雜質(zhì)元素的影響在鋼中凡是添加能形成很穩(wěn)定碳化物的元素(如鉻、鉬、釩、鈦、鎢等),就可使碳的活性降低,從而提高鋼材抗高溫氫腐蝕的能力。在合金元素對抗氫腐蝕性能的影響中,元素的復合添加和各自添加的效果不同。例如鉻、鉬的復合添加比兩個兒素單獨添加時可使抗氫腐蝕性能進一步提高。在加氫高壓設備中廣泛地使用著鉻-鉬鋼系,其原因之一也在于此。3)熱處理的影響鋼的抗氫腐蝕性能,與鋼的顯微組織也有密切關(guān)系。對于淬火狀態(tài),只需經(jīng)很短時間加熱就出現(xiàn)了氫腐蝕。但是一施行回火,且回火溫度越高,由于可形成穩(wěn)定的碳化物,抗氫腐蝕性能就得到改善。另外,對于在氫環(huán)境下使用的鉻-鉬鋼設備,施行了焊后熱處理同樣具有可提高抗氫腐蝕能力的效果。4)應力的影響在高溫氫腐蝕中,應力的存在肯定會產(chǎn)生不利的影響。在高溫氫氣中蠕變強度會下降。特別是由于二次應力(如熱應力或由冷作加工所引起的應力)的存在會加速高溫氫腐蝕。高溫氫腐蝕的防止措施

高溫高壓氫環(huán)境下高溫氫腐蝕的防止措施主要是選用耐高溫氫腐蝕的材料,工程設計上都是按照原稱為“納爾遜(Nelson)曲線”來選擇的。

盡量減少鋼材中對高溫氫腐蝕不利影響的雜質(zhì)元素(Sn、Sb)。制造及在役中返修補焊后必須進行焊后熱處理。操作中嚴防設備超溫??刂仆饧討λ健?/p>

2.氫脆

所謂氫脆,就是由于氫殘留在鋼中所引起的脆化現(xiàn)象。產(chǎn)生了氫脆的鋼材,其延伸率和斷面收縮率顯著下降。這是由于侵人鋼中的原子氫,使結(jié)晶的原子結(jié)合力變?nèi)?,或者作為分子狀在晶界或夾雜物周邊上析出的結(jié)果。但是,在一定條件下,若能使氫較徹底地釋放出來,鋼材的力學性能仍可得到恢復。這一特性與前面介紹的氫腐蝕截然不同,所以氫脆是可逆的,也稱作一次脆化現(xiàn)象。氫脆的敏感性一般是隨鋼材的強度的提高而增加,鋼的顯微組織對氫脆也有影響。鋼材氫脆化的程度還與鋼中的氫含量密切相關(guān)。強度越高,只要吸收少量的氫,就可引起很嚴重的脆化。對于操作在高溫高壓氫環(huán)境下的設備,在操作狀態(tài)下,器壁中會吸收一定量的氫。在停工的過程中,由于冷卻速度太快,鋼中的氫來不及擴散出來,造成過飽和氫殘留在器壁內(nèi),就可能在溫度低于150℃時引起亞臨界裂紋擴展,對設備的安全使用帶來威脅。在高溫高壓臨氫設備中,特別是內(nèi)表面堆焊有奧氏體不銹鋼堆焊層的加氧反應器曾發(fā)生過一些氫脆損傷的實例。其部位多發(fā)生在反應器支持圈角焊縫上以及堆焊奧氏體小銹鋼的梯形槽法蘭密封面的槽底拐角處。防止氫脆的若干對策

要防止氫脆損傷發(fā)生,主要應從結(jié)構(gòu)設計上、制造過程中和生產(chǎn)操作方面采取如下措施:(1)盡量減少應變幅度,這對于改善使用壽命很有幫助。(2)盡量保持TP347堆焊金屬或焊接金屬有較高的延性。為此,一是要控制TP347中δ—鐵素體含量,以避免含量過多時在焊后最終熱處理過程轉(zhuǎn)變成較多的相而產(chǎn)生脆性;二是對于前述那些易發(fā)生氫脆的部位,應盡量省略TP347堆焊金屬或焊接金屬的焊后最終熱處理,以提高其延性。(3)裝置停工時冷卻速度不應過快,且停工過程中應有使鋼中吸藏的氫能盡量釋放出去的工藝過程,以減少器壁中的殘留氫含量。(4)盡量避免非計劃緊急停工(緊急放空)。3.高溫硫化氫的腐蝕

在加氫裝置中,一般都會有硫化氫腐蝕介質(zhì)存在。對于以碳鋼或低鉻鋼制的設備,在操作溫度高于204℃,其腐蝕速度將隨著溫度的升高而增加。特別是當硫化氫和氫共存的條件下,它比硫化氫單獨存在時產(chǎn)生的腐蝕還要更為劇烈和嚴重。氫在這種腐蝕過程中起著催化劑的作用,加速了腐蝕的進展。對于在硫化氫和氫共存條件下的材料選擇,一是參考相似條件的經(jīng)驗數(shù)據(jù)來預計材料的腐蝕率后確定;二是在無經(jīng)驗數(shù)據(jù)依據(jù)時,可根據(jù)柯珀(Couper)曲線來估算材料的腐蝕率。該曲線是美國腐蝕工程師學會的一個專門小組通過大量的試驗和生產(chǎn)數(shù)據(jù)經(jīng)電子計算機反復回歸處理、關(guān)聯(lián)后整理出來的。據(jù)驗證按此曲線估算出來的腐蝕率與工業(yè)裝置的經(jīng)驗比較接近。對于不同鉻含量(O%-9%)的鉻鋼的腐蝕率,先按給定的硫化氫濃度和溫度從圖上求出碳鋼的腐蝕率,然后再乘以相應鉻含量的系數(shù)Fcr。加以修正后的值即是。

4.連多硫酸引起的應力腐蝕開裂

應力腐蝕開裂是某一金屬(鋼材)在拉應力和特定的腐蝕介質(zhì)共同作用下所發(fā)生的脆性開裂現(xiàn)象。奧氏體不銹鋼對于硫化物應力腐蝕開裂是比較敏感的。連多硫酸(H2Sx06,x=3-6)引起的應力腐蝕開裂也屬于硫化物應力腐蝕開裂,一般為晶間裂紋。這種開裂與在高溫運轉(zhuǎn)時由于碳化鉻析出在晶界上,使晶界附近的鉻濃度減少,形成貧鉻區(qū)有關(guān)。連多硫酸的形成是由于設備在含有高溫硫化氫的氣氛下操作時生成了硫化亞鐵,而當設備停止運轉(zhuǎn)或停工檢修時,它與出現(xiàn)的水分和進入設備內(nèi)的空氣中的氧發(fā)生反應的結(jié)果。即:

3FeS+502---

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