制氢技术问答.docx
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制氢技术问答
Ⅱ套制氢题库
1．适用于蒸汽转化制氢的烃类原料有哪些？
答：
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、液化石油气和各类炼厂气
天然气一般包括油田伴生气和气田气。
天然气的主要成份是甲烷，和少量乙烷、丙烷等低级烃类，含有必然量的氮、二氧化碳等惰性气体和有害杂质硫化氢。
其中气田天然气是以甲烷为主，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，一种是油田和天然气田伴生出来的天然液化气，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进程中副产的各类尾气，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。
各类炼厂气的组成转变较大，其中含有烯烃的炼厂气，不宜直接用作蒸汽转化制氢。
但通过完全的烯烃脱除或加氢饱和处置，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、拨头油和二次加工油
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～，含硫量小于%，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，即重整抽提芳烃以后剩下的部份。
抽余油干点一般在130～150℃，芳烃含量很少。
拨头油一般也是重整拨头油，一般都是C5以下的烃类。
二次加工油指经裂化、焦化、减粘等一系列二次加工处置重油取得的轻油。
这一类轻油一般不能直接用做制氢原料。
但经加氢处置后不含烯烃，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，但一般需要通过实验评价才能肯定。
2.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。
因为同碳数烃类积炭偏向为：
烯烃＞芳烃＞环烷烃＞烷烃；同碳数烃类的C/H值也大体是这个规律。
为减少积炭偏向，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。
因为同族烃类积炭偏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，采用钴钼加氢――ZnO脱硫就可以达到硫含量小于；硫含量大于150ppm，就要先进行预脱硫后再进行钴钼加氢――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、砷对催化剂迫害较大，一般不宜选用含氯、砷原料。
若是选用，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。
这种情况下应按照上述原则优先选用平均分子量小，含硫低的饱和烃类。
不足时补以分子量稍大的原料。
例如宽馏分重束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。
若是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/kg）
H/C
2
理论产氢量
3.为何不能轻易选用炼厂二次加工油做转化原料？
答：
二次加工油是重油或渣油通过裂化、焦化、减粘等进程产生的轻油。
通过加氢处置后，比重、馏程、烯烃含量等性能指标与直馏轻油相近，可用作燃料油或石油化工的原料油，但是，要用做制氢原料则必需慎重。
许多厂家因利用二次油而造成转化催化剂损坏。
原因在于：
（1）二次油中侧链烷烃所占比重较大。
（2）环烷烃较多。
（3）芳烃尤其是重芳烃较多。
（4）含有较多的胶质和重金属等杂质。
（5）加氢装置的加氢深度不够，硫、氮和烯烃等脱除不完全。
以上这些因素易造成催化剂中毒和积炭，使催化剂失去活性，所以不能轻易选用于次加工油作为转化制氢原料。
4.是不是有可用做制氢原料的二次加工油？
答：
二次加工油不能轻易用于制氢原料，可是通过深度加氢脱硫的轻质油是可以考虑选用的。
例如通过左右高压加氢裂化的轻质油品，反映温度和氢油比均高于普通加氢精制工艺，虽然仍属于二次加工油，可是加氢反映较完全，油品中的硫、氯、氮化合物和胶质脱除比较干净。
芳烃和环烷烃也较少，其物化性能和直馏轻石脑油差不多。
一般情况下，选用干点小于70℃高压加氢二次油做制氢原料是没有问题的。
到目前为止，多家制氢都有成功利用加氢裂化轻石脑油作为制氢原料的先例。
若是轻油的干点和比重较高，则必需通过油品评价实验，选择相应的工艺条件来肯定可否用作制氢原料。
选用二次加工油必然要采取谨慎的态度。
目前国内有几个厂选用二次加工油作制氢原料，一般都通过中石化齐鲁分公司研究院的严格测试和评价后才采用的。
由于各厂的二次加工工艺和基础原料油性能各不相同，其轻质油物化性质不同也很大，所以具体选用哪一种油品作原料要通过有针对性的测试评价来肯定。
一般情况下，即便采用二次加工油也不宜单独利用，而是和直馏轻油按必然比例混用，以保证制氢原料中的单体烃品种有一个合理的散布，避免同种烃类的过度集中致使转化反映负荷在催化剂床层内的不均匀散布。
5.轻油的族组成对转化进程产生哪些影响？
答：
轻油的族组成越复杂，转化催化剂上的反映就复杂。
对甲烷转化来讲，转化催化剂主如果增进蒸汽转化反映的进行。
但是对于轻油转化来讲，由于族组成很复杂，在蒸汽转化反映的同时包括高级烃的热裂解、催化裂解、脱氢加氢、结炭、消炭等一系列的反映，要求催化剂必需具有适应这种复杂反映体系的综合性能。
最突出的表现是积炭的趋势较大，为此，轻油转化催化剂必需具有较强的抗积炭性能。
不同的烃类在利用条件下结炭的速度是不同的，下表是几种烃类的相对结炭速度。
原料
丁烷
正己烷
环己烷
正庚烷
苯
乙烯
结炭速度
2
95
64
135
532
17500
诱导期
/
107
219
213
44
<1
上表可见，碳链越长，结炭速度越大。
苯的结炭速度高于直链烷烃，烯烃的结炭速度是烷烃的上百倍。
另外，由于环烷烃和芳烃难于转化，当轻油中的环烷轻和芳烃增加时，转化反映往往向高温区移动，致使床层下部催化剂结炭和出口尾气中残留芳烃增加。
6.天然气用做制氢原料对转化催化剂有什么要求？
答：
天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映，在反映管内进行的主如果甲烷蒸汽转化反映和变换反映，在反映管内进行的主如果甲烷蒸汽转化反映和变换反映。
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，以取得较长的利用寿命。
为此，必需维持催化剂具有较大的稳定性的活性表面。
天然气转化催化剂目前大体上采用预烧结型载体负载镍的形式，一是维持物理结构的稳定，二是保证镍组分的均匀散布，另外还采用各类优化形状的催化剂（除拉西环外，有车轮状、多孔型、齿轮型）来提高催化剂几何表面积，增大活性表面的利用率来达到提高活性的目的。
7.不含烯烃的各类炼厂气对转化催化剂有什么要求？
答：
不含烯烃的原油加工副产气中主要含有C1～C4烷烃、氢气和惰性气体。
与天然气相较，石油加工气中C2～C4的烷烃含量高。
在蒸汽转化条件下，有必然的积炭趋势，为此要求催化剂不仅具有高转化活性、稳定性好、高强度的性能，还应具有必然抗积炭能力，这样才能保证催化剂具有较长利用寿命。
8.用炼厂干气做制氢原料时如何进行预处置？
答：
炼厂干气是廉价的制氢原料，但由于其中的烯烃含量高、硫含量高，不能直接用做制氢原料，必需通过加氢饱和和加氢脱硫处置，使干气中烯烃含量小于1%，硫含量小于m3后方可用做制氢原料。
随着烯烃加氢饱和技术和加氢脱硫技术的不断发展成熟，目前各类炼厂气都可作为制氢原料。
下面别离对不同炼厂气的预处置技术进行简单叙述。
（1）对于不含烯烃的加氢裂化干气，其中不含烯烃，其中的硫形态也十分简单，因此，通过脱硫合格后即可作为制氢原料。
但加氢干气一般具有较高的氢含量，单独使历时单位体积进料的产氢率较低，若与富含烃类组分的气体混合利用，效果会更好。
（2）对于烯烃含量低于6%（v/v）的炼厂气，如焦化干气，可以通过利用低温高活性加氢催化剂，在绝热反映器内进行烯烃加氢饱和。
由于入口温度控制较低，保证加氢反映器床层温度在允许的范围之内。
在烯烃加氢饱和的同时，其中的有机硫化合物也发生加氢反映转化成硫化氢，再经氧化锌脱硫合格后，作为制氢原料。
利用焦化干气做原料的装置很多，有沧州分公司、济南炼油厂、锦州石化、锦西石化等十多套装置。
（3）对于烯烃含量高于6%的炼厂气，如催化干气，其中的烯烃含量有时高达20%左右，单独采用绝热加氢技术会产生庞大的温升，烧毁催化剂。
这时，需要采用两步加氢工艺进行催化干气的预处置。
目前成熟的技术有等温－绝热加氢工艺和变温－绝热加氢工艺。
所谓等温－绝热加氢工艺就是干气先通过列管式等温加氢反映器，烯烃饱和产生的热量由壳程内的水汽化带走，副产中压蒸汽。
从等温加氢反映器出来的干气再进入绝热反映器，完成烯烃的饱和和有机硫的氢解。
清江石化、辽河油田炼油厂制氢装置采用该工艺。
变温－绝热加氢工艺则是干气先进入导热油取热的列管式加氢反映器，该反映器与等温反映器相较，操作温度高一些，充分利用加氢催化剂的高温活性。
从变温加氢反映器出来的干气再进入绝热加氢反映器，完成剩余烯烃的饱和和有机硫的氢解。
目前，Ⅰ套制氢装置采用该工艺。
9.各类轻油对转化催化剂有什么要求？
答：
目前用做蒸汽转化原料的轻油比较复杂，种类繁多。
从性质上看，干点从60℃到210℃，比重从到，芳烃含量从0～15%，对催化剂的要求也不尽相同。
总的特征是在转化进程中都存在析炭反映，都需要催化剂具有较好的抗积炭性能。
对于干点较低、比重较小、芳烃含量较少的原料，选择抗积炭性较好的催化剂，在长期利用进程中可以保证催化剂表面没有大量炭沉积，不会影响活性及其它应用性能。
因此要求催化剂具有高活性、高强度、稳定性好、还原性好、抗积炭性能好。
对于干点高、比重大、芳烃含量较多的原料，选择抗积炭性能较好的催化剂往往也不能保证长期利用中催化剂表面没有炭沉积，尤其是工艺条件波动，原料组成波动的情况下，析炭速度大于消炭速度就会有炭沉积在催化剂表面。
碰到这种情况，就要进行催化剂烧炭再生。
烧炭再生以后，催化剂性能应恢复到原来的水平。
这就不仅需要催化剂具有高活性、高强度、稳定性好和良好的抗积炭性，而且具有良好的再生性能。
再生性能主要指能经受反复氧化还原和反复结炭烧炭的能力。
催化剂通过反复的氧化还原和结炭烧炭以后，其低温还原性、活性、结构稳定性和机械强度都有不同程度的损失。
所以轻油蒸汽转化催化剂必需具有较好的低温还原性能，较高的活性稳定性，良好的结构稳定性和机械强度，才能保证具有较强的再生性能。
10.轻油转化工段的主要任务是什么？
答：
轻油蒸汽转化的目的是使组成为CnHm的轻油和水蒸汽通过催化剂转化为有效的气体，H2和CO，同时伴生CO2和少量的残余CH4。
对于工业制氢装置来讲，其中的H2是咱们的目的产物，而每一个CO分子再经变换工段从水中夺取一分子的氢，再产生一部份H2。
按照工厂最终产品的需要，适当调节转化工段的工艺条件，合理设置下游工艺，即可别离生产出工业氢气、冶金还原气、氨或醇的合成气。
11.轻油蒸汽转化反映进程如何？
答：
与甲烷为主的气态烃原料相较，液态烃的各类轻油组成比较复杂，有烷烃、环烷烃、芳烃。
转化进程中，一方面这些烃类与水蒸汽发生催化转化反映，另一方面，烃类还会发生催化裂解反映和均相热裂解反映。
大量裂解产物通过进一步的聚合、芳构化和氢转移等反映都会致使结炭，结炭反映是轻油蒸汽转化进程中必然发生的副反映，这正是轻油蒸汽转化进程和以甲烷为主的气态烃（如天然气和油田气）蒸汽转化进程的最大体的不同。
由于轻油原
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