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(duì)石油餾分進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(shí)間里通過單位催化劑的原料油的量，有兩種表達(dá)形式，一種為體積空速（LHSV），另一種為重量空速（WHSV）。氫油比：?jiǎn)挝粫r(shí)間里進(jìn)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(duì)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(jìn)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(rùn)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(diǎn)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(rùn)滑油凝點(diǎn)的過程。潤(rùn)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(diǎn)的正構(gòu)烷烴經(jīng)異構(gòu)化反應(yīng)生成低傾點(diǎn)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(kuò)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(zhǎng)），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(qiáng)度、延性和韌性下降與劣化，同時(shí)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(jī)運(yùn)動(dòng)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(shí)這部分氣體排出時(shí)而造成的損失。二、簡(jiǎn)答題加氫精制的目的和優(yōu)點(diǎn)。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(shí)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(diǎn)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(hù)環(huán)境和改善工人勞動(dòng)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(diǎn)是具有較大的生產(chǎn)靈活性，可根據(jù)市場(chǎng)需要，及時(shí)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(jìn)彳行加氫精制。3.加氫技術(shù)快速增長(zhǎng)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(shì)，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(jì)的快速發(fā)展，對(duì)輕質(zhì)油品的需求持續(xù)增長(zhǎng)，特別是中間餾分油——噴氣燃料和柴油，因此需對(duì)原油進(jìn)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(hù)的需求。為了實(shí)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(jìn)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(duì)較高，則產(chǎn)物的異構(gòu)化程度也較高，并會(huì)使二次裂化反應(yīng)過于強(qiáng)烈，反應(yīng)產(chǎn)物中的較小分子及不飽和烴增多，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成生焦；如果催化劑的加氫活性相對(duì)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(huì)很快加氫飽和(所得產(chǎn)品的飽和程度較大)，而來不及再進(jìn)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(duì)加氫過程的影響。答：氫分壓對(duì)加氫過程的影響可以得出以下幾點(diǎn)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(duì)于VGO原料而言，在其他參數(shù)相對(duì)不變的條件下，氫分壓對(duì)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(shí)，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(duì)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(zhǎng)期運(yùn)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(shí)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(shí)質(zhì)是影響反應(yīng)過程的氫分壓。氫油比對(duì)氫分壓的主要影響：一是當(dāng)過程的氫油比較低時(shí)，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(shí)，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(shí)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(dá)40%，同時(shí)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(jìn)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(dá) 125C。如此大的溫升不僅不好操作，而且會(huì)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(jìn)行反應(yīng)，總溫升合理的分配在兩個(gè)反應(yīng)器的床層中，既易操作，又有利于延長(zhǎng)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(duì)柴油加氫精制深度的影響。答：壓力對(duì)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?yàn)椴裼驮诩託渚茥l件下，可能是氣相，也可能是氣、液混合相。處于氣相時(shí)，提高反應(yīng)的壓力，導(dǎo)致反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，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(duì)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(shí)，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(huì)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(dá)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(jiǎn)述單段加氫裂化工藝優(yōu)缺點(diǎn)。答：?jiǎn)味渭託淞鸦に嚲哂腥缦绿攸c(diǎn)：（1） 采用裂化活性相對(duì)較弱的無定形或含少量分子篩的無定形催化劑，其優(yōu)點(diǎn)是：具有較強(qiáng)的抗原料油中有機(jī)硫、氮的能力，催化劑對(duì)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(jiǎn)單，投資相對(duì)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(diǎn)及氮含量過高的VGO原料。（6） 裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)周期相對(duì)較短。10、 與單段工藝相比，單段串聯(lián)工藝的優(yōu)點(diǎn)。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(chǎng)需求對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)在相當(dāng)大范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。原料適應(yīng)性強(qiáng)，可以加工更重的原料，其中包括高干點(diǎn)的重質(zhì)VGO及溶劑脫瀝青油?？稍谙鄬?duì)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(diǎn)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(qiáng)，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(diǎn)。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(jìn)行加氫裂化反應(yīng)時(shí)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(qiáng)，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(jìn)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(huì)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(shí)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(shí)補(bǔ)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?yàn)榧饶芙档托職浜牧浚帜芙档拖到y(tǒng)的總壓。三、判斷題潤(rùn)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(dá)到脫除雜原子、使部分芳烴飽和并改善潤(rùn)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(shí)際的加氫過程中，對(duì)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(gè)氮原子的六元雜環(huán)氮化物一般比只含一個(gè)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(jìn)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(jìn)行，加快反應(yīng)速度。（V）對(duì)于給定的加氫裝置，進(jìn)料量增加時(shí)，空速增大，意味著單位時(shí)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(shí)間短，反應(yīng)深度淺；反之亦然。（V）對(duì)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(duì)減緩催化劑的失活速度、延長(zhǎng)裝置運(yùn)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(shí)，氫氣由制氫裝置提供。（V）加氫預(yù)處理工藝用作潤(rùn)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(yùn)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?xì)浔?，是生產(chǎn)輕質(zhì)油品的基本原理。（V）改變?cè)嫌吞細(xì)浔鹊耐緩接忻撎己吞須?。（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(jìn)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(jī)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(huì)更多地促進(jìn)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(duì)原料油的適應(yīng)性沒有一段加氫裂化工藝強(qiáng)。 （X）反應(yīng)壓力對(duì)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(huì)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(dá)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(rùn)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(gè)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(jī)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)