制氢知识问答

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1、催化剂基本知识1、什么是催化剂？催化作用的基本特征是什么？ 答：在化学反应中能改变能改变反应速度而本身的组成和重量在 反应前后保持不变的物质叫催化剂。加快反应速度的叫正催化剂；减 慢的叫负催化剂。通常所说的催化剂是指正催化剂。催化作用改变了化学反应的途径。在反应终了，相对于始态，催 化剂虽不发生变化，但却参与了反应，例如形成了活化吸附态、中间 产物等，因而使反应所需的活化能降低。催化作用不能改变化学平衡状态，但却缩短了达到平衡的时间， 在可逆反应中能以同样的倍率提高正、逆反应的速度。催化剂只能加 速在热力学上可能发生的反应，而不能加速在热力学上不可能发生的 反应。2、什么是活化能？答：催化过程

2、之所以能加快反应速度，一般来说是由于催化剂降 低了活化能。从一般意义上来说，反应物分子有了较高的能量，才能 处于活化状态发生化学反应。这个能量一般一般远较分子的平均能量 为高，两者之间的差值就是活化能。在一定温度下，活化能越大，反 应越慢，活化能越小，反应越快。也可以说，在化学反应中使普通分 子变成活化分子所必须提供的最小能量就是活化能。其单位通常用千 卡/克分子或千焦/摩尔表示。3、什么是催化剂的活性？具体有哪些表示方法？ 衡量一种催化剂的催化效能采用催化活性来表示。催化活性是催 化剂对反应速度的影响程度，是判断催化剂效能高低的标准。对于固体催化剂的催化活性，多采用以下几种表示方法：（1）催

3、化剂的比活性（2）反应速率表示法（3）工业上常用转化率来表示催化活性（4）用每小时每升催化剂所得到的产物重量的数值来表示活性。4、什么是催化剂失活？失活的原因有哪些？ 对大多数工业催化剂来说，它的物理性质和化学性质随催化反应 的进行发生微小的变化，短期之间很难察觉。然而，长期运行过程中， 这些变化累积起来，造成催化剂活性、选择性的显著下降，这就是催 化剂的失活过程。另外，反应物中存在的毒物和杂质，上游工艺带来 的粉尘、反应过程中原料结碳等外部原因也会引起催化剂活性、选择 性的下降。催化剂失活的主要原因有：原料中的毒物，催化剂超温引起热老 化，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

4、剂的 固体结构状态发生变化或遭到破坏而引起的活性、选择性衰减。5、什么是催化剂的选择性？当化学反应在热力学上可能有几个反应方向时，一种催化剂在一 定条件下只对其中的一个反应起加速作用，这种专门对某一个化学反 应起加速作用的性能，称为催化剂的选择性。催化剂的选择性主要取决于催化剂的组分、结构及催化反应过程 中的工艺条件，如压力、温度、介质等。6、催化剂中毒分哪几种？催化剂中毒分为可逆中毒、不可逆中毒和选择中毒。可逆中毒：毒物在活性中心上吸附或化合时，生成的键强度相对 较弱，可以采取适当的方法除去毒物，使催化剂活性恢复，而不会影 响催化剂的性质，这种中毒称可逆中毒或暂时中毒。不可逆中毒：毒物与催化

5、剂作用形成很强的化学键，难以用一般 的方法将毒物除去，使催化剂活性恢复，这种中毒叫不可逆中毒或永 久中毒。选择中毒：一个催化剂中毒之后可能失去对某一反应的催化能力， 但对别的反应仍具有催化活性，这种现象称为选择中毒。7、催化剂的化学结构按其催化作用分哪几类？ 工业催化剂大多不是单一的化合物，而是由多种化合物组成，按 其在催化反应中所起的作用可分为主活性组分、助剂和载体三部分。（1）主活性组分是催化剂中起主要催化作用的组分。（2）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 催化剂的选择性和热稳定性。（3）载体是负载活性组分兵具有足够的机械强度的多孔性物质。8、什么是催化剂的比表面？简述

6、比表面性。单位重量催化剂所具有的表面叫做比表面，单位是m2/g。多相催 化反应发生在催化剂表面，所以催化剂比表面的大小会影响到催化剂 活性的高低。但是比表面的大小一般并不与催化剂的活性直接成比 例。因为比表面是催化剂的总表面，具有催化活性的面积(活性表面) 只站总面积的一部分。为此催化剂的活性还与活性组分在表面上的分 散有关。另外催化剂的比表面绝大部分是颗粒的内表面，孔结构不同， 传质过程也不同。为此催化剂的活性还与表面利用率有关。总之比表 面虽不能直接表征催化剂的活性，却能相对反应催化剂活性的高低， 是催化剂的基本性质之一。制氢原料及预处理部分的基本知识1、适用于蒸汽转化制氢的烃类原料有哪些

7、？ 适用于蒸汽转化的烃类原料大体分为气态烃和液态烃。(1) 气态烃包括天然气、液化石油气和各种炼厂气。(2) 液态烃包括直馏石脑油、抽余油、拔头油以及二次加工油。2、天然气用做制氢原料对转化催化剂有什么要求？ 天然气主要由甲烷和少量乙烷、丙烷等组成，不含有较高级的烃类， 也不含有烯烃。在转化条件下不发生裂解、聚合等一系列积碳反应， 在反应管内主要进行的是甲烷蒸汽转化反应和变换反应，所以要求天 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。为此必须保持催化剂具有较大的稳定的活性表面。天然气 转化催化剂目前基本上采用预烧结型载体负载镍的形式，保持物理结 构的稳定和镍组分的

8、分布均匀。此外还采用各种形状的催化剂来提高 催化剂的几何表面积，增加活性表面的利用率来达到高活性的目的。3、制氢原料为什么要脱硫？ 制氢原料中的硫化物对制氢过程中使用的一系列催化剂都有毒害作 用。尤其对转化催化剂毒害较明显，其硫容极限为 0.30.5%，超过 这个极限将造成催化剂的失活。因此在原料进转化炉之前要先对其进 行预硫化。4、钴钼加氢催化剂对脱硫有什么作用？其反应式如何？ 原料中的有机硫化物进入加氢反应器后，在钴钼加氢催化剂的作用下 与氢气反应，转化为硫化氢和烃。其主要反应式为：RSH + H= RH + HS22RSR/ + 2H = RH + R/H + HS22RSSR/+3H

9、= RH+R/H H S2 2 2CHS+4H = CH +HS4 4 2 4 10 2COS+H = CO+HS CS+4H = CH+2HS2 2 2 2 4 2 这些反应都是放热反应，平衡常数很大。因此只要反应速度足够快， 有机硫的转化是完全的。钴钼催化剂还能使烯烃加氢成饱和烃。5、一般加氢脱硫的氢油比为多少？氢油比的高低对反应及设备有何 影响?一般加氢脱硫的氢油比(H2 /油)为80 一 100(体积)。加氢转化速度 与氢分压有关， 增加氢油比，即提高氢分压，不但能抑制催化剂的 积炭，还有利于氢解过程的进行相反，烃类的分压增加，由于烃类 在催化剂表面被吸附，从而减少了催化剂表面积，抑制

10、氢解反应所 以通常氢油比高，有利于氢解反应进行，但动力消耗增大，对于汽提 流程如氢不考虑循环使用，则脱硫费用加大。氢油比过低，脱硫达不 到要求，不能满足后工序的工艺要求6、加氢反应的反应温度、压力、空速对反应有哪些影响？不同的使用条件如温度、压力、空速、H /油等将直接影响脱硫精度，2 故选择合适的操作条件，对提高有机硫化物的加氢转化极为重要(1) 钻钼硫化剂进行加氢脱硫时，操作温度通常控制在350400C 范围内，当温度低于320C，加氢效果明显下降，温度高于420C以 上催化剂表面聚合结碳现象增加(2) 由于有机硫化物在轻油中含量不高，故压力对氢解反应影响不 大，考虑到整个工艺流程的要求，

11、通常控制在3. 54MPa。(3) 空速对加氢反应有较大的影响，在工厂使用条件下该反应属于 扩散控制。如增加空速，则原料氢在催化剂床层中停留时间缩短，含 有机硫化物的原料未进入内表面，既穿过催化剂床层，使反应不完全， 同时降低了催化剂内表面利用率。所以欲使原料中有机硫达到一定加 氢程度，要在一定的低空速下进行。但考虑到设备生产能力，在保证 出口硫含量满足工艺要求的条件下，通常均采用尽可能高的空速。7、加氢催化剂主要有哪些型号?其主要成分、性能如何? 目前国内使用的钴钼加氢催化剂，有国产的，如化肥工业研究所开发 生产的T201型和辽河化肥厂催化剂分厂生产的T203型.在原始开车 阶段采用的有CC

12、I公司的C49型和TOPScpE公司CMK 2型。目前 T201 型催化剂的各项性能已赶上或超过了国外同类产品 最近化肥 工业研究所已经开发出适用于200 一 250C的低温型钻钼催化剂.另 外用在不同温域和不同油品的钴钼加氢催化剂系列产品也会出现此 外有些制氢过程还采用镍钴钼加氢，主要型号有化肥工业研究所研制 的 JT1G 焦化于气加氢脱硫催化剂，抚顺石油三厂的 3665 等。在一 些焦炉气制氢上也采用铁钼催化剂加氢脱硫8、氧化锌脱硫剂的脱硫机理如何? 氧化锌之所以是一种高效脱硫剂是由于它和硫有很强的亲和力，生成 的硫化锌十分稳定。一种是吸收机理，氧化锌与硫化氢和简单的低分子有机硫化物的反应

13、 是一种吸收过程ZnO 十 HS = ZnS 十 H2O2 该反应的热力学平衡常数很大。所以实际上反应是不可逆的。COS 十 ZnO = CO 十 ZnS2CHSH 十 ZnO = CHOH 十 ZnS2 52 5CS 十 2ZnO = CO 十 2ZnS22这些反应都是吸收了硫化物中的硫。 另一种是转化机理，即一些有机硫化物在一定温度下由于氧化锌和硫 化锌的催化作用而分解成烯烃和硫此氢，这个过程基本上是个催化分 解反应。在实际操作中究竞氧化锌和有机硫化物的反应依何种机理进 行，不能轻易断定，因为随着反应条件和原料气的组成以及有机硫化 物类型不同会出现不同的情况。9、影响氧化锌脱硫的主要因素有

14、四些? 在反应器已经确定的情况下，影响氧化锌脱硫的主要因素有三个方 面，分别叙述如下：（1）脱硫剂自身的特性氧化锌脱硫剂本身的化学组成、物理结构对脱硫剂的活性有很大的影 响.具体体现在ZnO含量、强度、磨耗、孔径、孔容、孔的分布及比 表面上。但这些质量指标是相互制约的。因此要全面、均衡去考虑选 择理想的脱硫剂。化肥研究所研制的T305型氧化锌脱硫剂，即考虑 到脱硫剂的活性，又考感到其强度在技术上的突破点是采用了具有 高活性的原料，优化的工艺设备。产品具有较大的比表面，最佳的孔 容、孔径和孔分布。因而显示了良好的性能。（2）操作条件的影响 温度：在单独使用氧化锌时，为了提高对有机硫化物的转化吸收

15、能力， 可以适当的提高使用温度在使用后期提高一点反应温度，对提高硫 容量，延长更换周期都是有好处的，但不要超过420C，以防烃类热 裂解而造成结碳压力：提高压力可降低线速度，有利于提高反应速度，一般在常压一 4MPa 范围内使用。空速：在保证有足够的线速度，不存在气膜效应的前提下，采用较低 的空速对提高脱硫效率是有利的但同时也要考虑到设备的体积和利 用率.一般空速范围为1000 一 2000h-1,液空速为16h-i。加氢量：当单独使用 ZnO 脱硫剂脱除有机硫化物时。会出现结碳和一 些聚合物残存在表面上，从而降低了硫容。如果加些氢气（氢通常是 液态油体积的 50左右），会阻止结碳和聚合物生成

16、（3）硫化物的类型和浓度影响 总的来说，硫化氢比有机硫化物反应速度快，简单的有机硫比复杂的 反应速度快。另外，原料中含硫化合物的浓度超过一定的范围对反应 有明显的影响10、氧化锌脱硫剂主要有哪些型号?其主要成分是什么？性能如何? 目前在制氢工业中所用的氧化锌脱硫剂已经国产化了经常使用的氧 化锌脱硫剂型号有T302Q、T303、T304、T305。近年来，化肥工业研 究所对氧化锌脱硫剂进行了深入广泛的研究，提高脱硫剂的强度，扩 大使用温区（从常温、低温到400C），提高转化有机硫的能力等几 方面做了大量工作，氧化锌脱硫剂已经系列化了。11 、脱硫系统如何开车？（1）开车之前的脱硫剂过筛和装填 氧化锌脱硫剂是强度较差的催化