催化加氫在石油煉制中的應(yīng)用

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1、催化加氫在石油煉制中的應(yīng)用摘要：本文主要介紹了催化加氫技術(shù)在石油煉制中的應(yīng)用，與石油餾分中的各種化合物的反應(yīng)，除去其中的雜質(zhì)成分。簡(jiǎn)單介紹了幾種加氫催化劑以及催化加氫流程。關(guān)鍵字：催化加氫；加氫催化劑；催化加氫工藝石油加工過程實(shí)際上就是碳和氫的重新分配過程，早期的煉油技術(shù)煉油技術(shù)主要通過脫碳過程提高產(chǎn)品氫含量，如催化裂解、焦化過程。如今隨著產(chǎn)品收率和質(zhì)量要求提高，需要加氫技術(shù)提高產(chǎn)品氫含量，并同時(shí)脫去對(duì)大氣污染嚴(yán)重的硫、氮和芳烴等雜質(zhì)。我國(guó)20世紀(jì)50年代開始對(duì)催化加氫技術(shù)進(jìn)行研究，1978年成功開發(fā)了硝基苯氣相催化加氫制成苯胺技術(shù)，自此催化加工技術(shù)在化工生產(chǎn)中有了長(zhǎng)足的

2、發(fā)展。在現(xiàn)代煉油工業(yè)中，催化加氫技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用較晚，但其工業(yè)應(yīng)用的速度和規(guī)模都很快超過熱加工、催化裂解、鉑重整等煉油工藝，無論從時(shí)間上，還是空間上催化加氫工藝已經(jīng)成為煉油工業(yè)的重要組成部分。石油煉制工業(yè)發(fā)展目標(biāo)是提高輕質(zhì)油收率和提高產(chǎn)品質(zhì)量，一般的石油加工過程產(chǎn)品收率和質(zhì)量往往是矛盾的，而催化加氫過程幾乎能同時(shí)滿足這個(gè)要求。1.催化加氫概述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，催化加氫技術(shù)包括加氫處理和加氫裂化兩類。加氫處理是指在加氫反應(yīng)過程中，只有≤10%的原料油分子變小的加氫技術(shù)。加氫處理的目的在于脫除油品中的硫、氮、氧及金屬等雜質(zhì)，同時(shí)還使烯烴、二

3、烯烴、芳烴和稠環(huán)芳烴選擇加氫飽和，從而改善原料的品質(zhì)和產(chǎn)品的使用性能。加氫處理具有原料油的范圍寬，產(chǎn)品靈活性大，液體產(chǎn)品收率高，產(chǎn)品質(zhì)量高，對(duì)環(huán)境友好，勞動(dòng)強(qiáng)度小等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛用于原料預(yù)處理和產(chǎn)品精制。加氫裂化是指在加氫反應(yīng)過程中，原料油分子中有10%以上變小的加氫技術(shù)。加氫裂化的目的在于將大分子裂化為小分子以提高輕質(zhì)油收率，同時(shí)還除去一些雜質(zhì)。其特點(diǎn)是輕質(zhì)油收率高，產(chǎn)品飽和度高，雜質(zhì)含量少。2.催化加氫反應(yīng)催化加氫反應(yīng)主要涉及兩個(gè)類型反應(yīng)過程，一是除去氧、硫、氮及金屬等少量雜質(zhì)的加氫處理過程反應(yīng)，二是涉及烴類加氫反應(yīng)。這兩類反應(yīng)在加氫處理和加氫裂化過程中都存在，只是側(cè)

4、重點(diǎn)不同。催化加氫的反應(yīng)機(jī)理是：吸附在催化劑上的氫分子生成活潑的氫原子與被催化劑削弱了鍵的烯、炔加成，即改變反應(yīng)途徑，降低活化能。(1)加氫處理反應(yīng)石油餾分中的硫化物主要有硫醇、硫醚、二硫化合物及雜環(huán)硫化物，在加氫條件下發(fā)生氫解反應(yīng)，生成烴和H2S.主要反應(yīng)如下：石油餾分中的氮化物主要是雜環(huán)氮化物和少量的脂肪胺或芳香胺，在加氫條件下反應(yīng)生成烴和NH3.主要反應(yīng)如下：石油餾分中的含氧化合物主要是環(huán)烷酸及少量的酚、脂肪酸、醛、醚及酮，含氧化合物在加氫條件下通過氫解生成烴和H2O.主要反應(yīng)如下：石油餾分中的金屬主要有鎳、釩、鐵、鈣等，主要存在于重質(zhì)餾分中，尤其是渣油中。這些金屬

5、對(duì)石油煉制過程，尤其對(duì)各種催化劑參與的反應(yīng)影響較大，必須除去。渣油中的金屬可分為卟啉化合物(如鎳和釩的絡(luò)合物)和非卟啉化合物(如環(huán)烷酸鐵、鈣、鎳)。以非卟啉化合物存在的金屬反應(yīng)活性高，很容易在H2／H2S存在條件下，轉(zhuǎn)化為金屬硫化物沉積在催化劑表面上。而以卟啉型存在的金屬化合物先可逆地生成中間產(chǎn)物，然后中間產(chǎn)物進(jìn)一步氫解，生成的硫化態(tài)鎳以固體形式沉積在催化劑上。加氫脫金屬反應(yīng)如下：由上可知，加氫處理脫除氧、氮、硫及金屬雜質(zhì)進(jìn)行不同類型的反應(yīng)，這些反應(yīng)一般是在同一催化劑床層進(jìn)行，此時(shí)要考慮各反應(yīng)之間的相互影響。如含氮化合物的吸附會(huì)使催化劑表面中毒，氮化物的存在會(huì)導(dǎo)致活化氫從

6、催化劑表面活性中心脫除，而使加氫脫氧反應(yīng)速度下降。也可以在不同的反應(yīng)器中采用不同的催化劑分別進(jìn)行反應(yīng)，以減小反應(yīng)之間的相互影響和優(yōu)化反應(yīng)過程。(2)烴類加氫反應(yīng)烴類加氫反應(yīng)主要涉及兩類反應(yīng)：一是有氫氣直接參與的化學(xué)反應(yīng)，如加氫裂化和不飽和鍵的加氫飽和反應(yīng)，此過程表現(xiàn)為耗氫；二是在臨氫條件下的化學(xué)反應(yīng)，如異構(gòu)化反應(yīng)，此過程表現(xiàn)為雖然有氫氣存在但過程不消耗氫氣，實(shí)際過程中的臨氫降凝是其應(yīng)用之一。下面以烯烴為例簡(jiǎn)單介紹兩類反應(yīng)。烯烴在加氫條件下主要發(fā)生加氫飽和及異構(gòu)化反應(yīng)。烯烴飽和是將烯烴通過加氫轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的烷烴；烯烴異構(gòu)化包括雙鍵位置的變動(dòng)和烯烴鏈的空間形態(tài)發(fā)生變動(dòng)。這兩類反

7、應(yīng)都有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量。其反應(yīng)描述如下：R－CH=CH2＋H2→R－CH2－CH3R－CH=CH－CH=CH2＋2H2→R－CH2－CH2－CH2－CH3nCnH2n→iCnH2n(異構(gòu)化)iCnH2n＋H2→iCnH2n＋2值得注意的是，烯烴加氫飽和反應(yīng)是放熱效應(yīng)，且熱效應(yīng)較大，因此對(duì)不飽和烴含量高油品加氫時(shí)，要注意控制反應(yīng)溫度，避免反應(yīng)床層超溫。3.催化加氫催化劑催化加氫催化劑的性能取決于其組成和結(jié)構(gòu)，根據(jù)加氫反應(yīng)側(cè)重點(diǎn)不同，加氫催化劑可分為加氫飽和(烯烴、炔烴和芳烴中不飽和鍵加氫)、加氫脫硫、加氫脫氮、加氫脫金屬及加氫