制氢装置原料部分技术问答重点讲义资料.docx

制氢装置原料局部技术问答1. 什么是催化剂？催化作用及特征？在化学反响中能转变反响速度而本身的组成和重量在反响前后保持不变的物质为催化剂。催化作用是转变化学反响的途径，反响过程催化剂参与反响，本身不发生质的变化。催化作用不能转变化学平衡状态，可缩短到达平衡的时间。催化剂能转变反响温度、提高催化作用的选择性。催化剂可以使一样的反响物朝不同的方向反响42生成不同产物。一种催化剂在确定的条件下只能加速一种反响。例如CO 和 H2 分别使用铜和镍两种催化剂，在相应的条件下分别生成 CH3OH 和 CH H O。2. 什么是催化剂活性？活性的表示方法衡量一个催化剂的催化效能承受催化剂活性表示。催化活性是催化剂对反响速度的影响程度，是推断催化剂效能凹凸的标准。催化剂的活性,工业上常用转化率来表示。表示方法为：在确定反响条件下，已转化掉的反响物的量n 占原料量no的百分比AA公式 XA(转化率)n /n o× 100%AA例题 原料气量：1500NM3/h转化炉出口甲烷含量 4.5% 转化气量：6000Nm3/h 求：转化率6000NM3/h×4.5%270Nm3/h1500NM3/h 270NM3/h1230NM3/h1230NM3/h÷1500NM3/h×100%82%3. 什么是催化剂的选择性？当化学反响在热力学上可能有几个反响方向时，一种催化剂在确定的条件下只对其中的一个反响起加速作用，这种特地对某一个化学反响起加速作用的性能， 称为催化剂的选择性。催化剂的选择性取决于本身组分 构造和反响条件。4. 什么是催化剂失活？催化剂在运行中，积炭 中毒 热老化而引起的活性 选择性下降的过程就为催化剂失活。原料中的毒物影响，催化剂超温引起的热老化，积炭，进料比例失调，工艺条件波动以及长期使用过程中由于催化剂的固体构造状态发生变化或遭到破坏等缘由都会引起的催化剂的活性、选择性衰减。5. 催化剂的化学构造及作用？催化剂大多数不是单一的化合物，而是由较简洁的多种化合物组成。催化剂组成按作用可分为主活性组分，助剂和载体三局部。主活性组分是催化剂中起主要催化作用的组分。助剂添加到催化剂中用来提高主活性组分的催化性能，提高催化剂的选择性或热稳定性。助剂可分为构造性助剂和调变性助剂。构造性助剂作用是增大比外表积，提高催化剂热稳定性及主活性组分的构造稳定性。调变助剂作用是转变主活性组分的电子构造、外表性质或晶型构造，从而提高主活性组分的活性和选择性。载体是负载活性组分并有足够的机械强度的多孔性物质。其作用是：作担载主活性组分的骨架，增大活性比外表积，改善催化剂的导热性能以及增加催化剂的抗毒性。载体还可以负载不同功能的活性组分制取多功能催化剂。6. 气固相催化反响的步骤是什么？反响物分子由气体相向催化剂的外外表集中。外集中反响物分子由催化剂外外表对内外表集中。(内集中)反响物吸附在催化剂外表上。反响物在外表上进展化学反响，生成产物。反响产物从催化剂外表上解吸。产物从催化剂内外表对外外表集中内集中产物从催化剂外外表对气体相集中外集中7. 催化剂中毒分那几种？催化剂中毒分为可逆中毒，不行逆中毒，和选择中毒。可逆中毒：毒物在活性中心上吸附或化合时，生成较弱的化合键，可以承受适当的方法破坏化学键除去毒物，使催化剂活性恢复，而不影响催化剂的性质。2这种中毒称可逆中毒或临时中毒。转化催化剂的硫中毒、氯中毒就是此类中毒。不行逆中毒：毒物与催化剂活性组分相互作用形成很强的化学键，难以用一般的方法将毒物出去，使催化剂恢复活性。这种中毒就是不行逆中毒或永久中毒。例如转化催化剂砷铅中毒就是永久中毒。选择中毒:一个催化剂中毒之后可以失去某一种反响的催化力气，但对别的反响仍具有催化活性，这种现象称为选择中毒。8. 适用于蒸汽转化制氢的烃类原料有哪些？适用于蒸汽转化的烃类原料大体分为气态烃和液态烃。（1） 气态烃包括自然气、液化石油气和各种炼厂气自然气一般包括油田伴生气和气田气。自然气的主要成份是甲烷，以及少量乙烷、丙烷等低级烃类，含有确定量的氮、二氧化碳等惰性气体和有害杂质硫化氢。其中气田自然气是以甲烷为主，含微量杂质的气体。液化石油气是由丙烷、丁烷为主要成份组成的烃类，来源有两种，一种是油田和自然气田伴生出来的自然液化气，另一种是炼油厂和石油化工厂产生的液化石油气。炼厂气是指原油加工过程中副产的各种尾气，包括催化裂化气、焦化干气、催化重整气、热裂解气、高压加氢裂解尾气等。各种炼厂气的组成变化较大，其中含有烯烃的炼厂气，不宜直接用作蒸汽转化制氢。但经过彻底的烯烃脱除或加氢饱和处理，可以和不含烯烃的加氢干气一样，是很好的蒸汽转化制氢原料。（2） 液态烃包括直馏石脑油、抽余油、拨头油以及二次加工油直馏石脑油是原油常压蒸馏所得 210以下的馏份。比重一般为 0.630.77， 含硫量小于 0.05%，石蜡烃含量较高，芳烃含量小于 13%，烯烃含量小于 1%。用作制氢原料的抽余油一般是重整抽余油，即重整抽提芳烃之后剩下的局部。抽余油干点一般在 130150，芳烃含量很少。拨头油一般也是重整拨头油，一般都是 C 以下的烃类。5二次加工油指经裂化、焦化、减粘等一系列二次加工处理重油得到的轻油。这一类轻油一般不能直接用做制氢原料。但经加氢处理后不含烯烃，干点小于100，比重较小的油，可以掺入直馏轻油做制氢原料或单独作为制氢原料，但一般需要经过试验评价才能确定。9. 蒸汽转化制氢原料选择原则有哪些？答：1首先选用不含烯烃、芳烃和环烷烃含量低的原料。由于同碳数烃类积炭倾向为：烯烃芳烃环烷烃烷烃；同碳数烃类的 C/H 值也根本是这个规律。为削减积炭倾向，提高原料的单位产氢量而遵循这项原则。一般要求原料中烯烃含量小于 1%，芳烃含量小于 13%，环烷烃含量小于 36%。（2） 优先选用较轻的原料。由于同族烃类积炭倾向随分子量增大而增大，C/H也随分子量增大而增大，为此，选用气态烃优于液态烃，轻组分液态烃优于重组分液态烃。（3） 优先选用低毒原料。就脱硫而言，一般硫含量小于 150ppm 时，承受钴钼加氢ZnO 脱硫就能到达硫含量小于 0.5ppm；硫含量大于 150ppm，就要先进展预脱硫后再进展钴钼加氢ZnO 脱硫，但这相应增加能耗、本钱和投资。所以， 应优先选用低硫原料。氯、砷对催化剂毒害较大，一般不宜选用含氯、砷原料。假设选用，则应设置脱氯、脱砷装置。（4） 就炼厂气制氢而言，往往可供选择的原料有几种，但数量都不多。这种状况下应依据上述原则优先选用平均分子量小，含硫低的饱和烃类。缺乏时补以分子量稍大的原料。例如宽馏分重整装置稳定塔顶的液态烃数量很少，但却是很好的制氢原料。又如炼油厂加氢干气也是很好的制氢原料。假设将上述两种原料做燃料烧掉，而选用直馏轻油或抽余油做制氢原料则是极不合理的。氢碳比与理论产气量的关系m3/kgH/C22.22.42.62.83.03.23.43.63.84.04.84.894.985.065.155.235.315.385.465.535.6010. 自然气用做制氢原料对转化催化剂有什么要求？答：自然气主要由甲烷和少量乙烷、丙烷等组成，不含较高级的烃类，也不含烯烃。在转化条件下，不发生裂解、聚合等一系列的积炭反响，在反响管内进展的主要是甲烷蒸汽转化反响和变换反响。所以要求自然气转化催化剂具有较高的转化活性、稳定性和强度，以获得较长的使用寿命。为此，必需保持催化剂具有较大的稳定性的活性外表。自然气转化催化剂目前根本上承受预烧结型载体负载镍的形式，一是保持物理构造的稳定，二是保证镍组分的均匀分布，此外还承受各种优化外形的催化剂除拉西环外，有车轮状、多孔型、齿轮型来提高催化剂几何外表积，增大活性外表的利用率来到达提高 活性的目的答：自然气主要由甲烷和少量乙烷、丙烷等组成，不含较高级的烃类， 也不含烯烃。在转化条件下，不发生裂解、聚合等一系列的积炭反响，在反响管 内进展的主要是甲烷蒸汽转化反响和变换反响。所以要求自然气转化催化剂具有 较高的转化活性、稳定性和强度，以获得较长的使用寿命。为此，必需保持催化剂具有较大的稳定性的活性外表。自然气转化催化剂目前根本上承受预烧结型载体负载镍的形式，一是保持物理构造的稳定，二是保证 镍组分的均匀分布，此外还承受各种优化外形的催化剂除拉西环外，有车轮状、多孔型、齿轮型来提高催化剂几何外表积，增大活性外表的利用率来到达提高 活性的目的。11. 自然气有机硫的加氢转化，其配氢量为多少？自然气中有机硫的加氢转化，其配氢量取决于自然气中的有机硫含量。目前， 国内作为制氢原料的自然气，一般有机硫的含量较低，大局部约为 2-15ppm。在这种状况下，其配氢量把握在 5-10V即可。12. 石油化工厂各种干气的特点如何？C23.218.2311.18C2=2.5114.58石油化工厂依据装置状况不同，干气主要有：来自加氢精制或裂化装置的加氢干气、来自焦扮装置的焦化干气、来自催化裂扮装置的催化干气、来自重整装置的重整干气以及乙苯装置的烃化尾气等等。加氢干气、焦化干气和催化干气的典型组成见下表：组成 v%加氢干气焦化干气催化干气温度404040压力 Mpa0.70.70.7H2O1.110.05H245.513.5933.65C135.459.1824.49C37.12.840.20C = 31.250.70iC45.21.120.09nC42.50.17C = 40.11C51.1N +Ar213.90O21.05加氢干气、重整干气、焦化干气和烃化尾气由于氢气含量较高，而且烯烃含量较低，因此，是格外好的制氢原料。而催化干气尽管氢气含量较高，但由于氮气含量较高，在系统跑“龙套”，造成燃料和公用工程消耗增加；同时烯烃含量也较高，则必需增加烯烃饱和设施，造成装置投资增加。因此，催化干气与其它干气相比，装置投资和消耗均较高，一般不作为制氢装置的原料。在承受干气水蒸汽转化工艺制氢时，一般原料选择挨次为：首选加氢干气、重整干气，其次焦化干气，最终选择催化干气。在焦化干气作为制氢装置的原料时，应尽可能的通过焦化富气的吸取稳定将烯烃含量降至 6-8%以下；同时应留意焦扮装置焦炭塔的切换操作，避开大量氧气进入干气中。上述各种干气在作为制氢装置原料之前，应将干气中的总硫通过湿法脱硫工艺脱至 100ppm 以下，可以有效的削减氧化锌脱硫剂的耗量，装置操作也较为经济。13. 石油化工厂各种干气作为制氢原料时应作如何处理？依据转化催化剂对于原料中的烯烃、杂志含量的要求，各种干气应作如下预处理：1) 烯烃1%：依据干气中不同的烯烃含量，可以承受不同的烯烃饱和工艺， 将干气中的烯烃含量降至 1<%以下。2) 总硫0.5ppm：可以通过“干法”脱硫，即有机硫的加氢转化氧化锌脱硫工艺使干气中的总硫0.5ppm。在干气中的总硫含量 100ppm 以下时，“干法”脱硫才较为经济。3) 氯0.5ppm：一般状况下干气中是不含氯的，可以不设置脱氯剂。但目前国内已经发生过转化催化剂氯中毒的现象。因此，即使干气的分析化验数据中不含氯，也应设计脱硫剂，避开转化催化剂氯中毒。4) 砷1ppb：一般状况下干气中是不含砷的，可以不设置脱砷剂。即使干气中含有微量的砷，由于钴钼加氢催化剂具有微量砷的脱除力气，因此，一般不特地设置脱砷剂。14. 烯烃饱和的根本原理是什么？含烯烃的制氢原料如焦化干气和催化干气在烯烃饱和过程中，还同时进展有机硫的加氢转化反响。其根本反响式如下：烯烃：RC=CR+H RC-CR+Q2硫醇:RSH+H RH+H s22硫醚:R SR +2H R H+R H+H S122122二硫醚:R SSR +3H R H+R H+2H S122122噻吩:C H S+4H C H +H S4 424 102氧硫化碳:COS+H CO+H S22二硫化碳:CS +4H CH +2H S2242上述反响均为强放热反响，但由于烯烃含量较高，而有机硫含量很低，因此， 主要表现为烯烃加氢反响放出的热量。从理论上来看，1mol 的烯烃加氢需要 1mol 的氢气，但考虑到原料中有机硫的完全加氢转化以及降低烯烃含量<1%mol，因此，应尽量提高氢气分压。通常氢气的过剩量高于烯烃含量的 5-10%，即可到达上述要求。针对焦化干气和催化干气而言，由于其本身的氢气含量远远高于烯烃含 量，因此，在烯烃加氢饱和反响中，仅仅依靠自身的氢气，而不需要另外配氢。理论计算说明，1%mol的烯烃加氢反响放出的热量可以使焦化干气或催化干气的气体温度上升 2030。在实际生产过程中，考虑到加氢反响器的热损失， 实际温升约为 1822。值得留意的是，在焦化干气作为制氢的原料时，应亲热留意焦化干气中的氧气含量。由于在烯烃饱和反响过程中，干气中氧气会与氢气发生反响，放出大量的热。1%mol的氧气反响放出的热量可以使焦化干气或催化干气的气体温度上升 90左右。当焦化干气中的氧气含量到达1%时，承受绝热加氢工艺时，加氢反响器很简洁超温。15. 烯烃加氢工艺的方案有几种？焦化干气或催化干气作为制氢原料需要解决的主要问题是烯烃饱和问题。由于烯烃的加氢反响是一个强放热反响，从催化剂的耐热性能来说，加氢过程的操作温度就有确定的限制小于 400。因此要使烯烃加氢转化反响顺当进展，就必需合理选择烯烃加氢工艺以及与此相配套的低温性能良好的加氢催化剂，以维持加氢反响的正常进展。目前国内承受的烯烃加氢工艺主要有以下几种：绝热加氢工艺、绝热循环加氢工艺、等温绝热加氢工艺、变温加氢工艺以及分段加氢工艺。16. 绝热加氢工艺的特点？烯烃绝热加氢工艺是国内目前处理低烯烃制氢原料的主要工艺，是在固定床反响器中进展，其工艺路线与制氢装置传统的加氢工艺一样见图 1，只是操作温度和使用的催化剂不同。