加氢催化剂、加氢反应器基础知识

概述

加氢精制催化剂是由活性组分、助剂和载体组成的。其作用是加氢脱除硫、氮、氧和重金属以及多环芳烃加氢饱和。该过程原料的分子结构变化不大，，根据各种需要，伴随有加氢裂化反应，但转化深度不深，转化率一般在10%左右。加氢精制催化剂需要加氢和氢解双功能，而氢解所需的酸度要求不高。

工作原理

催化加氢的机理(改变反应途径，降低活化能)：吸附在催化剂上的氢分子生成活泼的氢原子与被催化剂削弱了键的烯、炔加成。

(1)双键碳原子上烷基越多，氢化热越低，烯烃越稳定：R2C=CR2 > R2C=CHR > R2C=CH2 > RCH=CH2 > CH2=CH2

(2)反式异构体比顺式稳定

(3)乙炔氢化热为-313.8kJ·mol－1，比乙烯的两倍（-274.4kJ·mol－1）大，故乙炔稳定性小于乙烯。

应用

在Pt、Pd、Ni等催化剂存在下，烯烃和炔烃与氢进行加成反应，生成相应的烷烃，并放出热量，称为氢化热(heat of hydrogenation，1mol不饱和烃氢化时放出热量)。催化加氢的机理（改变反应途径，降低活化能）：吸附在催化剂上的氢分子生成活泼的氢原子与被催化剂削弱了键的烯、炔加成。

分类

1、加氢裂化催化剂

加氢裂化催化剂（hydrocracking catalyst）是石油炼制过程中，重油在360~450℃高温，15~18MPa高压下进行加氢裂化反应，转化成气体、汽油、喷气燃料、柴油等产品的加氢裂化过程使用的催化剂。加氢裂化过程在石油炼制过程属于二次加工过程，加工原料为重质馏分油，也可以是常压渣油和减压渣油，加氢裂化过程的主要特点是生产灵活性大，产品的分布可由操作条件来控制，可以生产汽油、低凝固点的喷气燃料和柴油，也可以大量生产尾油用作裂解原料或生产润滑油。所得的产品稳定性好，但汽油的辛烷值不高，。由于操作条件苛刻，设备投资和操作费用高，应用不如催化裂化广泛。但加氢裂化过程可以处理含硫等杂质和芳烃含量较高的原料，原料在进裂化反应器前先进加氢精制反应器经严格精致。裂化反应器进料因目的产品不同，可进循环油，或不进循环油。循环油的范围很宽，可以是汽油以下的所有馏分油，也可以是柴油以下的(>350℃)重馏分油。多数原料可以采用固定床反应器，但渣油加氢裂化必须采用沸腾床反应器，加氢裂化催化剂必须适应相应的原料和反应条件及设备。

2、加氢精制催化剂

加氢精制催化剂去除油品中的硫、氮的化合物，并使芳烃转变为环烷烃所采用的催化剂。活性组分为钥、钻、钨、磷等金属的复合氧化物或硫化物。

选型指南

需要考虑以下因素：

（1）活性

（2）选择性

（3）稳定性

（4）机械强度

（5）再生性能

（6）安全性

（7）性价比

另外，还需要考虑原料药的种类和构成性质，目的产品质量和分布要求，加氢工艺过程，压力等级，氢油体积比，体积空速。

确定合适的催化剂，最佳的工艺条件，在满足产品质量和分布要求的同时，最大限度控制和减少副反应发生，减少氢气的消耗，提高经济效益。

注意事项

运送催化剂不要在地上滚动，防止催化剂粉碎

催化剂开桶，每桶留样品10ml，混合后作催化剂分析。

开桶后根据催化剂情况决定是否过筛。

必须按设计高度装填催化剂。

催化剂倒入装填斗装入反应器，必须是用帆布袋，搬运催化剂要轻拿轻放，不能滚动铁桶。

参加装剂人员严防把其他物品带入反应器，如钥匙，小刀，铁丝和铅丝等物品。

进入反应器人员必须办证，佩戴防尘面具。

进入反应器前，对反应器内气体采样分析，合格允许进入反应器内。反应器必须与系统隔绝加盲板。

加氢反应器操作于高温高压临氢环境下，并且进入反应器的物料往往都含有硫和氮等杂质，和氢反应生成具有腐蚀性的硫化氢和氨。另外，加氢反应是放热反应，会使床层温度升高，但又不能出现局部过热现象。

加氢反应器的分类

依据催化加氢过程进料原料油性质的不同，相应地所采用的工艺流程和催化剂是不相同的，其反应的形式也有各异，一般有三种类型：固定床反应器、移动床反应器和流化床反应器。

根据反应器使用状态下，高温介质是否与器壁接触，可以分为冷壁结构及热壁结构。

冷壁式反应器是在设备内壁设置非金属隔热层，有些还在隔热层内衬不锈钢套，使反应器的设计壁温降至300℃以下，因而就可以选用15CrMoR或碳钢，内壁也不用堆焊不锈钢，从而大大降低了制造难度。

但由于冷壁式反应器的隔热层占据内壳空间，减少了反应器容积的利用率，浪费了材料，而且冷壁式反应器内的非金属隔热层在介质的冲刷下，或在温度的变化中易损坏，操作一段时间后可能就需要修理或更换，且施工和修理费用较高。如果操作时衬里脱落，衬里脱落处附近的反应器壁会超过设计温度，从外观看，该处油漆会变色。因此反应器的不安全隐患大大增加，严重时甚至造成装置的被迫停车。

热壁式反应器的器壁直接与介质接触，器壁温度与操作温度基本一致，所以被称为热壁式反应器。虽然热壁反应器的制造难度较大，一次性投资较高，但它可以保证长周期安全运行，目前已在国际上普遍采用。

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