概述

加氫精制催化劑是由活性組分、助劑和載體組成的。其作用是加氫脫除硫、氮、氧和重金屬以及多環(huán)芳烴加氫飽和。該過程原料的分子結(jié)構(gòu)變化不大，，根據(jù)各種需要，伴隨有加氫裂化反應(yīng)，但轉(zhuǎn)化深度不深，轉(zhuǎn)化率一般在10%左右。加氫精制催化劑需要加氫和氫解雙功能，而氫解所需的酸度要求不高。

工作原理

催化加氫的機(jī)理(改變反應(yīng)途徑，降低活化能)：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。

(1)雙鍵碳原子上烷基越多，氫化熱越低，烯烴越穩(wěn)定：R2C=CR2 > R2C=CHR > R2C=CH2 > RCH=CH2 > CH2=CH2

(2)反式異構(gòu)體比順式穩(wěn)定

(3)乙炔氫化熱為-313.8kJ·mol－1，比乙烯的兩倍（-274.4kJ·mol－1）大，故乙炔穩(wěn)定性小于乙烯。

應(yīng)用

在Pt、Pd、Ni等催化劑存在下，烯烴和炔烴與氫進(jìn)行加成反應(yīng)，生成相應(yīng)的烷烴，并放出熱量，稱為氫化熱(heat of hydrogenation，1mol不飽和烴氫化時(shí)放出熱量)。催化加氫的機(jī)理（改變反應(yīng)途徑，降低活化能）：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。

分類

1、加氫裂化催化劑

加氫裂化催化劑（hydrocracking catalyst）是石油煉制過程中，重油在360~450℃高溫，15~18MPa高壓下進(jìn)行加氫裂化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成氣體、汽油、噴氣燃料、柴油等產(chǎn)品的加氫裂化過程使用的催化劑。加氫裂化過程在石油煉制過程屬于二次加工過程，加工原料為重質(zhì)餾分油，也可以是常壓渣油和減壓渣油，加氫裂化過程的主要特點(diǎn)是生產(chǎn)靈活性大，產(chǎn)品的分布可由操作條件來控制，可以生產(chǎn)汽油、低凝固點(diǎn)的噴氣燃料和柴油，也可以大量生產(chǎn)尾油用作裂解原料或生產(chǎn)潤(rùn)滑油。所得的產(chǎn)品穩(wěn)定性好，但汽油的辛烷值不高，。由于操作條件苛刻，設(shè)備投資和操作費(fèi)用高，應(yīng)用不如催化裂化廣泛。但加氫裂化過程可以處理含硫等雜質(zhì)和芳烴含量較高的原料，原料在進(jìn)裂化反應(yīng)器前先進(jìn)加氫精制反應(yīng)器經(jīng)嚴(yán)格精致。裂化反應(yīng)器進(jìn)料因目的產(chǎn)品不同，可進(jìn)循環(huán)油，或不進(jìn)循環(huán)油。循環(huán)油的范圍很寬，可以是汽油以下的所有餾分油，也可以是柴油以下的(>350℃)重餾分油。多數(shù)原料可以采用固定床反應(yīng)器，但渣油加氫裂化必須采用沸騰床反應(yīng)器，加氫裂化催化劑必須適應(yīng)相應(yīng)的原料和反應(yīng)條件及設(shè)備。

2、加氫精制催化劑

加氫精制催化劑去除油品中的硫、氮的化合物，并使芳烴轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)烷烴所采用的催化劑。活性組分為鑰、鉆、鎢、磷等金屬的復(fù)合氧化物或硫化物。

選型指南

需要考慮以下因素：

（1）活性

（2）選擇性

（3）穩(wěn)定性

（4）機(jī)械強(qiáng)度

（5）再生性能

（6）安全性

（7）性價(jià)比

另外，還需要考慮原料藥的種類和構(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(jí)，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(shí)，最大限度控制和減少副反應(yīng)發(fā)生，減少氫氣的消耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。

注意事項(xiàng)

運(yùn)送催化劑不要在地上滾動(dòng)，防止催化劑粉碎

催化劑開桶，每桶留樣品10ml，混合后作催化劑分析。

開桶后根據(jù)催化劑情況決定是否過篩。

必須按設(shè)計(jì)高度裝填催化劑。

催化劑倒入裝填斗裝入反應(yīng)器，必須是用帆布袋，搬運(yùn)催化劑要輕拿輕放，不能滾動(dòng)鐵桶。

參加裝劑人員嚴(yán)防把其他物品帶入反應(yīng)器，如鑰匙，小刀，鐵絲和鉛絲等物品。

進(jìn)入反應(yīng)器人員必須辦 證，佩戴防塵面具。

進(jìn)入反應(yīng)器前，對(duì)反應(yīng)器內(nèi)氣體采樣分析，合格允許進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)。反應(yīng)器必須與系統(tǒng)隔絕加盲板。

加氫反應(yīng)器的基本原理及結(jié)構(gòu)

加氫反應(yīng)器操作于高溫高壓臨氫環(huán)境下，并且進(jìn)入反應(yīng)器的物料往往都含有硫和氮等雜質(zhì)，和氫反應(yīng)生成具有腐蝕性的硫化氫和氨。另外，加氫反應(yīng)是放熱反應(yīng)，會(huì)使床層溫度升高，但又不能出現(xiàn)局部過熱現(xiàn)象。

加氫反應(yīng)器的分類

依據(jù)催化加氫過程進(jìn)料原料油性質(zhì)的不同，相應(yīng)地所采用的工藝流程和催化劑是不相同的，其反應(yīng)的形式也有各異，一般有三種類型：固定床反應(yīng)器、移動(dòng)床反應(yīng)器和流化床反應(yīng)器。

根據(jù)反應(yīng)器使用狀態(tài)下，高溫介質(zhì)是否與器壁接觸，可以分為冷壁結(jié)構(gòu)及熱壁結(jié)構(gòu)。

冷壁式反應(yīng)器

冷壁式反應(yīng)器是在設(shè)備內(nèi)壁設(shè)置非金屬隔熱層，有些還在隔熱層內(nèi)襯不銹鋼套，使反應(yīng)器的設(shè)計(jì)壁溫降至300℃以下，因而就可以選用15CrMoR或碳鋼，內(nèi)壁也不用堆焊不銹鋼，從而大大降低了制造難度。

但由于冷壁式反應(yīng)器的隔熱層占據(jù)內(nèi)殼空間，減少了反應(yīng)器容積的利用率，浪費(fèi)了材料，而且冷壁式反應(yīng)器內(nèi)的非金屬隔熱層在介質(zhì)的沖刷下，或在溫度的變化中易損壞，操作一段時(shí)間后可能就需要修理或更換，且施工和修理費(fèi)用較高。如果操作時(shí)襯里脫落，襯里脫落處附近的反應(yīng)器壁會(huì)超過設(shè)計(jì)溫度，從外觀看，該處油漆會(huì)變色。因此反應(yīng)器的不安全隱患大大增加，嚴(yán)重時(shí)甚至造成裝置的被迫停車。

熱壁式反應(yīng)器

熱壁式反應(yīng)器的器壁直接與介質(zhì)接觸，器壁溫度與操作溫度基本一致，所以被稱為熱壁式反應(yīng)器。雖然熱壁反應(yīng)器的制造難度較大，一次性投資較高，但它可以保證長(zhǎng)周期安全運(yùn)行，目前已在國(guó)際上普遍采用。

加氫反應(yīng)器的內(nèi)構(gòu)件

加氫過程由于存在有氣、液、固三相的放熱反應(yīng)，欲使反應(yīng)進(jìn)料（氣、液兩相）與催化劑（固相）充分、均勻、有效地接觸，加氫反應(yīng)器設(shè)計(jì)有多個(gè)催化劑床層，在每個(gè)床層的頂部都設(shè)置有分配盤，并在兩個(gè)床層之間設(shè)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(zhǎng)催化劑的使用壽命。

反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置有入口擴(kuò)散器、分配盤、積垢籃、催化劑支撐盤、催化劑卸料管、冷氫管、冷氫箱、出口收集器、熱電偶等反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件。

入口擴(kuò)散器

分配盤

頂部分配盤由塔盤板和在該板上均布的分配器組成。頂部分配盤在催化劑床層上面，目的是為了均布反應(yīng)介質(zhì)，改善其流動(dòng)狀況，實(shí)現(xiàn)與催化劑的良好接觸，進(jìn)而達(dá)到徑向和軸向的均勻分布。分配器種類比較多，我國(guó)自行設(shè)計(jì)制造的加氫反應(yīng)器多采用泡帽型分配器。

為了更好的將進(jìn)入下降管的液體破碎成液滴，并將液體的流動(dòng)方向由垂直改變?yōu)樾毕蛳拢斐蛇M(jìn)一步的擴(kuò)散，還可在泡帽下面增加破碎器。

在催化劑床層上面，采用分配盤是為了均布反應(yīng)介質(zhì)，改善其流動(dòng)狀況，實(shí)現(xiàn)與催化劑的良好接觸，進(jìn)而達(dá)到徑向和軸向的均勻分布。

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(yīng)器上部催化劑床層的頂部，可為反應(yīng)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(jī)械雜質(zhì)的沉積物，而又不致引起反應(yīng)器壓力降過快地增長(zhǎng)。

積垢籃框在反應(yīng)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(zhǎng)度裕量（按床層高度下沉5％考慮），以便能適應(yīng)催化劑床層的下沉。 

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(yīng)器器壁的凸臺(tái)上，而格柵則放在大梁和凸臺(tái)上。格柵上平鋪一層粗不銹鋼絲網(wǎng)，和一層細(xì)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(qiáng)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(shè)計(jì)中應(yīng)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(jì)算得出支撐大梁和格柵的結(jié)構(gòu)尺寸。

催化劑卸料管

固定床反應(yīng)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(yīng)器停工卸除催化劑的卸劑通道。

冷氫管

烴類加氫反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)，對(duì)多床層的加氫反應(yīng)器來說，油氣和氫氣在上一床層反應(yīng)后溫度將升高，為了下一床層繼續(xù)有效反應(yīng)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(yīng)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：   

1. 均勻、穩(wěn)定地供給足夠的冷氫量。 
2. 必須使冷氫與熱反應(yīng)物充分混合，在進(jìn)入下一床層時(shí)有一均勻的溫度和物料分布。
3. 冷氫管按形式分直插式、樹枝狀形式和環(huán)形結(jié)構(gòu)。  
4. 對(duì)于直徑較小的反應(yīng)器，采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于安裝的直插式結(jié)構(gòu)即可。  
5. 對(duì)于直徑較大的反應(yīng)器，直插式冷氫管打入的冷氫與上層反應(yīng)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(shí)就應(yīng)采用樹枝狀或環(huán)形結(jié)構(gòu)。

冷氫箱

冷氫箱實(shí)為混合箱和預(yù)分配盤的組合體。它是加氫反應(yīng)器內(nèi)的熱反應(yīng)物與冷氫氣進(jìn)行混合及熱量交換的場(chǎng)所。其作用是將上層流下來的反應(yīng)產(chǎn)物與冷氫管注入的冷氫在箱內(nèi)進(jìn)行充分混合，以吸收反應(yīng)熱，降低反應(yīng)物溫度，滿足下一催化劑床層的反應(yīng)要求，避免反應(yīng)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(yīng)后的油氣在擋板盤上先預(yù)混合，然后由節(jié)流孔進(jìn)入冷氫箱。進(jìn)入冷氫箱的冷氫氣和上層下來的熱油氣經(jīng)過反復(fù)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(qiáng)化混合效果，然后在作分配。篩板盤下有時(shí)還有一層泡帽分配盤對(duì)預(yù)分配后的油氣再作最終的分配。

出口收集器

出口收集器是個(gè)帽狀部件，頂部有圓孔，側(cè)壁有長(zhǎng)孔，覆蓋不銹鋼網(wǎng)。其作用主要是阻止反應(yīng)器底部的瓷球從出口漏出，并導(dǎo)出流體。

反應(yīng)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(yīng)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(gè)缺口，供停工時(shí)排液用。

熱電偶

為監(jiān)視加氫放熱反應(yīng)引起床層溫度升高及床層截面溫度分布狀況而對(duì)操作溫度進(jìn)行監(jiān)控。

加氫反應(yīng)器的損傷形式

1. 高溫氫腐蝕
2. 氫脆
3. 高溫硫化氫的腐蝕
4. 連多硫酸引起的應(yīng)力腐蝕開裂
5. 鉻—鉬鋼的回火脆性
6. 奧氏體不銹鋼堆焊層的氫致剝離

來源：網(wǎng)絡(luò)