制氢知识问答

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？

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0.3—0.5%，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 + H2 = RH + H2S RSR/ + 2H2 = RH + R/H + H2S RSSR/+3H2 = RH+R/H2H2S C4H4S+4H2 = C4H10+H2S

COS+H2 = CO+H2S CS2+4H2 = CH4+2H2S

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、H2／油等将直接影响脱硫精度，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350—400℃范围内，当温度低于320℃，加氢效果明显下降，温度高于420℃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，通常控制在3．5—4MPa。 （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CCI公司的C49型和TOPSφE公司CMK一2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200一250℃的低温型钴钼催化剂．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JT—1G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是一种吸收过程

ZnO十H2S＝ZnS十H2O

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＝CO2十ZnS C2H5SH十ZnO＝C2H5OH十ZnS CS2十2ZnO＝CO2十2ZnS 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420℃，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1—6h-1。 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（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400℃)，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？

液态油体积的50％左右)，会阻止结碳和聚合物生成．

（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剂．由于在运输过程中会产生粉尘，故装填之前必须过筛。装填催化剂落高不得大于0.5米，装填后再以氮气吹除，到无粉尘为止。装填工作要求十分认真和细致，尽量避免在反应器内再次产生粉尘，要求装填均匀平整，防止粉碎，受潮．勿在催化剂上直接踩踏，造成运转时气流分布不均匀，形成沟流，使脱硫剂使用效率降低。

（2）开车时要严格遵守操作规程

系统以氮气或其它惰性气体吹净置换后，开始升温，升温时，可用氮气、氢氮气、合成气或天然气进行。升温速度在120℃以前为30—60℃／h，120℃恒温1小时后继续升至220℃。按钴钼催化剂预硫化条件进行边升温边预硫化，至需要温度，速率为20—30℃／h，恒温1小时．在恒温过程中即可逐步升压，每10分钟升0.5MPa，直至所需操作压力．升温、升压结束后，先进行4小时左右半负荷生产，以调整温度、压力、空速、氢油比，逐步加到满负荷，并转入正常操作。 若先加压后升温亦需严格按上述要求进行控制．因为升压过猛，会造成应力作用而使脱硫剂粉化。脱硫系统使用后期，可适当提高操作温度，以提高脱硫 剂的活性．

12、脱硫系统如何停车?

正常停车程序是这样进行的，先将负荷减至30％左右，以50℃／h速度降温至250℃以下，以0.5MPa／h降压至1.5MPa，不能过快，以免损坏催化剂，此时停止进料，以氮气吹扫系统1小时关闭进、出口阀，维持系统正压不低0.1MPaI．让其自然降温。或者随着转化等后工序系统减量，降温直至停车切出系统。

13、如果大检修或长期停工，对加氢催化剂和氧化锌脱硫剂如何保护? 首先以氮气吹扫，置换系统中的油气，然后在反应器进出口打上盲板，并以氮气维持系统正压使其不低于0.1MPa；催化剂反应器可降至室温并避免水或蒸汽的进入，防止催化剂粉化。

14、短期停工或临时停工，如何保护加氢催化剂和脱硫剂? 如果是短期或临时停车，可切断原料气用氮气保温、保压，注意防止

水和水蒸汽的进入，以防脱硫剂粉化。

15、如果转化突然停工，脱硫系统应采取哪些紧急措施，以便保护设备和催化剂？

如果转化突然停工，处理事故的原则是为了防止转化催化剂的结炭，需将脱硫系统的油气，清除干净．

（1）应将原料油泵停止运转，去转化炉的阀门关闭，将脱硫系统切出系统，防止原料继续进入转化炉造成催化剂结炭。

（2）脱硫系统向火炬卸压后，用氮气吹除反应器中的油气，置换合格后后对系统保压，保温，待命开工。

（3）停工后再开工，可按正常开工步骤进行。为了防止加氢催化 剂的还原而失硫，可在转化配氢、配气前将加氢反应器床层温度升至正常操作温度，待转化催化剂还原完毕，进料后方可切入系统。 （4）事故停工注意事项：

事故停车原因很多。因此不可能给出一个统一停工程序，为催化剂和设备不受损坏，在 操作上需注意如下几点：

A．反应器内温度高于200℃时，降温速度超过50℃/h，不但对催化剂强度和活性有害，而且对设备的寿命也是不利的。

B．反应器温度高于200℃时，加氢脱硫反应器可承受氢气的短时间中断(只限几分钟)，如断氢时间延长将会引起催化剂结碳，甚至可严重到需要对催化剂进行再生或更换的地步。

C．钴钼加氢催化剂与无硫氢气长期接触，在病于250℃时，可能被还原而失硫，导致活性丧失。

16、钴钼加氢反应在什么情况下会发生超温?应如何处？

钻相加氢反应的适宜温度控制在350—400℃之间，只要转化率能达到要求，催化剂使用初期温度一般不宜控制太高，这样有利于抑制催化剂的初期结炭。钴钼加氢催化剂在加氢反应中应严格控制配氢气体中的C0和C02的含量，因为CO和C02能与氢在该催化剂上进行甲烷化反应，放出大量的热．另外，原料中如含有一定量的烯烃时，烯烃加氢也是放热反应，也会使床层温度升高．因此，在实际操作中，床层最高温度通常控制在420℃以下，同时要严格控制配氢气体中C0

和C02的浓度以及烯烃的浓度，以避免超温烧坏设备和造成催化剂严重结炭而失活。如果发生超温事故，应立即减负荷或切换惰性原料，以30℃／小时的降温速度降温．

17、为什么要对加氢催化剂进行预硫化?其反应机理如何? 对钴—钼—氧化铝催化剂而言，A1203和单一活性组份的金属氧化物是不显活性或仅能显示较小活性。催化剂的最佳活性组份被认为是由不可还原的钴所促进的MoS2，故

催化剂在投入正常使用前，需将氧化态的活性组份先变成硫化态的金屑硫化物。通常称做预硫化，我国曾进行了以高沸点经油为原料的钴钼催化剂预硫化与不预硫化的活性比较试验，发现二者的活性差异很大，未经预硫化的钴钼催化剂转化出口有机硫高达6ppm以上，而经过预硫化的钴钼催化剂转化出口有机硫小于1ppm以下。

某些以含硫低，硫形态简单的天然气和低沸点轻质石脑油为原料的合成氨装置，因原料烃分子虽小，硫化合物随原料烃易于扩散到催化剂多孔结构的内表面，致使内表面利用率提高。因此，在此情况下钴钼催化剂使用时，为简化操作，有的工厂不经预硫化直接投入使用，仍能将此有机硫基本转化完全，满足工艺要求。

绝大多数情况下，由于钻钥催化剂活性组份经硫化后，能增强催化剂的加氢转化能力，这对沸点较高，硫含量较高，形态硫较复杂的轻油加氢尤为重要，经硫化后的催化剂还能抑制催化剂结炭速度。故通常认为催化剂不经硫化过程直接投入使用是不合理的使用方法，因为它将影响催化剂的使用寿命和最佳初活性的发挥。

18、钴钼催化剂的硫化如何进行？常用的硫化剂是什么？采用的操作条件如何?

新鲜的钴钼催化剂活性组分均以氧化态存在。在硫化过程中，并不是所有的钴钼氧化物都立即变成MoS2和Co9S8，实际上钴钼氧化物中的氧随着硫化反应的进行而逐渐地为硫所取代．一般可分为三个阶段，第一阶段硫化合物与催化剂上的活性组分反应十分迅速，尾气中含硫较低；随后尾气中硫含量逐渐升高。此时，视为第二阶段开始，在这个过程，金属组分进一步被硫化．当尾气中H2S达到稳定值，并不继续升高，可视为第三阶段，则硫化过程结束。硫化剂硫化的程度，通

常以“硫化度。这一概念描述催化剂硫化进行的深度。如知道催化剂实际吸硫量，再根据理论吸硫量计算出硫化度，根据用硫化氢对钴钼催化剂进行不同硫化度试验证明，硫化度愈高，催化剂活性众大．通常硫化结束时，催化剂吸硫量约为本身重量的5％左右。

常用的硫化剂有硫化氢，CS2或其它有机硫化合物．但选用H2S或CS2等硫化物，其硫化后催化剂活性最佳．一般选用CS2进行硫化，这种硫化物便宜且容易控制硫化过程。 预硫化可以在下面两种情况下进行： （1）氢氮气或氢气中配人硫化剂 预硫化条件推荐如下：

催化剂床层温度升至220℃后，向原料气(氢氮气或氢气)中配人硫化剂，气体中含硫量为0.5—1.0％(体积)，空速：400-600h-1，压力：常压或低压（＜0.5MPa），边升温边预硫化(升温速度20℃／h )至正常操作温度，按催化剂理论吸硫量将含硫气体加完为止，可认为预硫化结束。

（2）在轻油(最好是轻质石脑油)中配人硫化剂 预硫化条件推荐如下：

硫化剂浓度为硫含量0.5—1.0％(重量) H2／油(体积比) 600 压力 0.5MPa 液空速 1.0h-1

当催化剂床层温度升至220℃时，开始通人硫化剂，边升温，边预硫化至正常操作温度(升温速度为20℃／h)，直至按理论吸流量加完硫化剂为止，预硫化结束后，系统压力逐步升到正常操作压力，然后切换原料烃并调节温度、液空速、氢油比，逐步加到满负范，并转入正常操作．

有的制氢装置在原始开车时，也采用中变催化剂升温还原放硫时放出的H2S进行预硫化。

19、加氢催化剂失活的主要原因是什么7

钴钼加氢脱硫催化剂失活的主要原因有三种情况，首先当有某种气体存在时会造成催化剂暂时的失活，当把该气体除去后又可恢复到最初

活性．其次是在催化剂上碳的生成，致使催化剂表面积减少或者堵死催化剂细孔而使活性下降．另外，催化剂再生过程中因比表面的减少，局部过热还会引起活性物质钼的损失以及由于某种物质的存在(例如砷)生成了对氢解反应无活性的化合物，将造成催化剂永久性失活．在永久性失活的情况下，则需要更换催化剂。

20、加氢催化剂怎样进行再生?再生反应有哪些?再生条件如何? 加氢催化剂经长期使用后，随着催化剂表面结炭量的增加，活性格逐步下降，以致不能满足生产上的要求，此时便需要对催化剂进行再生。再生可采用氧化燃烧法，使催化剂恢复其活性，其方法是在惰性气体(如氮气)或蒸汽中配人适量空气或氧气，通过催化剂床层时，要严格防止温度的急骤上升，床层温度不要超过550℃，以避免催化剂超温或钼的迁移流失，要使再生过程所引起的表面积减少降至最小程度． 再生过程中“碳”的燃烧反应如下：

C+O2=C02+Q?????????????????????.（1） 2C+ O2=2CO十Q ??????????????????.（2） 反应主要按(1)式进行，同时催化剂中硫化态的活性组份生成应的氧化物。其反应如下：

2MoS2+5O2＝4SO2+2MoO十Q?????????????.（3） 2Co9S8+25O2=18 CoO+16SO2+Q?????????????.（4） 上述反应可知，催化剂进行再生时，将释放出大量的热．因此，严格控制好再生温度，防止温度剧烈上升，是催化剂再生效果好坏的关键。 再生时先按长期停车而不打开反应器的方法处理，使反应器降温至250℃，系统压力降为常压，停止进料，进行催化剂上的脱油，并用惰性气体或过热蒸汽置换及进一步吹净反应器中原料烃，然后通人配有空气的水蒸气(氧含量为0.5—1.0%)。在再生的中后期，在不超温的情况下可逐步提高水蒸汽中的空气含量，直至全部通人空气。此时，床层无温升，进出口氧含量相等，在450℃下维持四小时(不超过475℃)即认为再生结束。

再生结束后，继续通入空气，以40一50℃／h 的速度，降温至220℃，然后切换氮气置换系统，再按预硫化步骤处理并转入正常操作。 21、钴钼催化剂从反应器中卸出之前应如何处理?为什么？

钴钼催化剂在正常使用中以硫化态的钴钼形式存在，硫化态的钴钼催化剂在高温下与空气接触会引起激烈氧化燃烧，因此，该催化剂从反应器中卸出之前，则需用氮气降温，直至降到常温附近，才能暴露于空气中，卸出后，注意用水喷淋，防止催化剂中硫化物在空气中燃烧． 22、原料带水对氧化锌脱硫剂有什么影响?如何防止?

氧化锌脱硫剂在操作中要避免脱硫反应器进水或使用纯蒸汽，因为水份的冷凝会导致脱硫剂破裂或强度下降。另外，在一定条件下(如水蒸汽分压较高，而温度又较低)可能发生如下反应： ZnO十H2O= Zn(0H)2

反应产物会降低孔的容积并使脱硫剂强度减弱，在以后的操作中又可能分解而使脱硫剂强度下降甚至破裂．一般在氧化锌脱硫剂使用时，应注意不能在正常压力下用蒸汽或含蒸汽的工艺气体冷却，这种操作只允许在低压(仅几个大气压)下进行，而且温度降至130℃以前先用氮气或氢氮气吹扫．

23、加氢脱硫配氢为什么要对CO、CO2含量进行限制?限制的指标一般为多少?

脱硫配氢中的CO、CO2能与氢在钻钥催化剂上进行甲烷化反应，放出大量的热。通常对氢气中的CO和CO2之和的含量要求不超过5％．据计算每1％CO可使气体温升72℃，每1％CO2可使气体温升61℃。若钴钼催化剂入口温度为380℃，每0.5％CO预计使气体温升36℃，则因甲院化反应会使床层升至416℃。因此，一般加氢气中CO加CO2含量通常不超过5％，如原料气加氢量10％，则进入钼酸钴催化剂中C0加C02量可小于0.5％。

24、加氢脱硫与汽提法脱硫(脱硫化氢)工艺各适用于哪种情况？其优缺点如何？

加氢脱硫与汽提法脱硫工艺的设计是以原料油中总有机硫含量的高低而定．一般总有机硫含量在100ppm左右，可直接采用钴钼加氢转化，将各种有机硫化合物转化成硫化氢，然后用氧化锌脱硫剂除去。而对于总有机硫含量高于200ppm左右的原料石脑油，则先经预脱硫，即将加氢转化生成的硫化氢用汽提法除去。再经一个加氢转化反应将剩余的有机硫化物转化成硫化氢，然后用氧化锌脱硫剂脱除干净．而

其优缺点是根据设计需要而定。也就是根据原料油和钴钼催化剂、氧化锌脱硫剂的价格以及所需设备的投资，按其经济技术指标来确定． 25、什么叫饱和硫容?什么叫穿透硫容？

饱和硫容：即单位体积脱硫剂所能吸收硫的最大容量．换言之，即进脱硫剂和出脱硫剂的原料气中硫含量相等，氧化锌脱硫剂全部转变为硫化锌，脱硫剂再不能吸硫。此时卸下脱硫剂所测定的硫容量叫饱和硫容．一般产品说明书均提供有重量饱和硫容．

穿适硫容：即单位体积脱硫剂在确保工艺净化度指标时所能吸收硫的容量．换言之，即当出口气中硫含量出现大于工艺净化度指标时，卸下全部废脱硫剂取平均代表样测定的硫容量叫穿透硫容。一般产品说明书上提供有重量穿透硫容。

26、什么叫硫穿透?硫穿透后应如何处理?

一般氧化锌脱硫剂在脱硫过程中将逐渐形成三个区，即上层为饱和区，中层为吸收区，下层为清净区．在脱硫过程中，饱和区是在不断地增大，吸收区则基本不变，但位置却是逐渐向床层出口移动，直至清净区消失，吸收区移至出口处．这时，出口气中开始出现可以准确检出的硫化氢(如0.1ppm左右)，并且出口气中硫化氢含量将迅速增高，直至大于工艺要求的净化度指标(如0.2或0.5ppm)，这时通常称为‘硫穿透”。

硫穿透之后，如果是单反应器使用，就立即更换脱硫剂．如果是双反应器串联使用，即可将第二反应器脱硫剂做为“把关”使用。故第一反应器脱硫剂可使用到出口总硫含量接近进口才予以切换，并在不停产的情况下更换脱硫剂。第一反应器切换下来后用第二反应器单独操作，直至出现硫穿透时，再将第一反应器更换的新脱硫剂做为“把关”使用。第二反应器继续脱硫至饱和硫容后再更换脱硫剂．这样进行脱硫剂的使用和更换，对原料中硫含量较高的工厂，可大大提高脱硫剂的使用效果，同时又能确保生产的正常进行。 27、氧化锌脱硫剂所能脱除的硫量如何计算?

一个生产规模已定的工厂可根据每小时的投料量，氧化锌脱硫剂装填量，进出口原料气中硫含量和运转周期，计算出氧化锌脱硫剂所能脱除的硫量。

设进口气硫的平均浓度C，体积ppm 气体流量V气,m3／h 脱硫剂装填体积V剂，m3 脱硫剂堆比重为P ，kg／m3 有效运转周期为t，h

则：在脱硫剂中硫的积累重量为： S=C×10-6×32／22.4×V气×t kg 根据产品说明书提供的穿透硫容S％(重)， 预计可脱硫量：

S0＝S％×V剂×P×1000 kg 显然S＝So 故脱硫剂装填量

V剂=（C×10-6×32／22.4×V气×t）÷（S%×P） 米3 28、目前国内制氢针对不同原料采用哪几种净化工艺?

（1）目前国内制氢净化工艺有三种，对含有硫醚、噻吩复杂有机硫化物的天然气、油田气和轻油，通常先用钴钼加氢转化催化剂将有机硫化物转化为硫化氢，然后用氧化锌吸收脱除。

（2）对有机硫含量高，总硫在200ppm以上的轻油，要先经预脱硫，即将加氢转化生成的硫化氢用汽提法提出，然后再经另一个钴钼加氢反应器将剩余的有机硫转化为硫化氢，最后用氧化锌脱除。 （3）对总硫高的天然气、石油加工气、焦炉气，先用乙醇胺等溶液在洗涤塔中将酸性气体(如H2S、CO2等)脱除，然后用钴钼加氢转化，氧化锌吸收，得到合格的净化气。

采用哪种工艺要结合本厂原料中含硫的多少，硫的形态，各种经济指标综合情况制定。

制氢转化部分的基本知识

1、轻油转化工段的主要任务是什么?

轻油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用的气体H2和CO，同时伴生CO2和少量的残余CH4，其中H2已是我们的目的产物，而CO再通过变换工段从H2O中又产生一部分H2。根

据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，即可分别生产出工业氢气、冶金还原气、氨和醇的合成气。 2、轻油蒸汽转化反应过程如何?

与甲烷为主的气态烃原料相比，液态的各种轻油组成比较复杂，有烷烃、环烷烃。转化过程中，一方面这些烃类与水蒸汽发生催化转化反应，另一方面烃类还会发生催化裂解反应和均相热裂解反应。大量裂解产物经过进一步的聚合，芳构化和氢转移等反应都会导致结炭。结炭反应是轻油蒸汽转化过程中必然发生的副反应，这正是轻油蒸汽转化过程和以甲烷为主的气态烃(例如天然气和油田气)蒸汽转化过程的最基本的差别．

由于轻油原料的组成比较复杂，反应又处于450一800℃的列管式变温催化床层内．因此轻油加压水蒸汽转化制取氢气或合成气过程是一种包含多种平行反应和串联反应的复杂反应体系．由于床层温差较大，不同部位的反应情况变化较大，包括高级烃的热裂解、催化裂解、脱氢、加氢、积炭、氧化、变换、甲烷化等反应。 3、如何理解“热力学结炭”? 一般发生在什么条件下?

所谓热力学结炭可理解为轻油蒸汽转化过程中，结碳反应的不可避免性。在高于烃类分解的温度下，又有酸性或金属催化作用的存在，烃类的裂解是必然要发生的。然而在一般的设计工艺条件下，热力学结碳不会大量产生，只有当水碳比失调造成水碳比急剧下降或大幅度波动时，才会发生热力学结碳。

4、如何理解“动力学积炭”，一般发生在什么条件下?

在轻油蒸汽转化过程中，一方面有多种反应引起结碳，另一方面还存在着碱性催化消碳反应，即碳的水煤气反应，当水蒸汽分压提高，消碳反应就可以加速。在固定的反应温度、空速和水碳比条件下，催化剂上是否产生积碳，则取决于积碳和消碳的动力学平衡，即结碳和消碳两种反应的相对速度。当结碳速度大于消碳速度时，就会在催化剂上产生动力学积碳。 5、加何判断催化剂的积炭？

催化剂表面轻微积碳时，因积碳掩盖活性中心，活性下降吸热减少而出现花斑、热带。出口尾气中芳烃增加。但有时催化剂中毒或被钝化

活性下降时也会出现类似的现象，因此要结合对容易造成结碳的工艺条件变化和分析做出判断。催化剂床层严重积碳时，表现为床层阻力迅速增加，转化炉管表面温度很快升高，直至出现红管。 6、催化剂积碳的原因有哪些?如果防止?

积碳的发生一般是由于催化剂装填不均匀，水碳比失调，负荷增加，原料油重质化，催化剂中毒或被钝化，活性或抗积碳性能下降，转化温度和压力的大幅度波动等原因引起。消除上述可能引起积碳的因素就可以防止积碳。应该严格按照设计的正常操作条件操作，防止因设备、仪表、操作等事故引起的水碳比失调和温度、压力的大幅度波动，严格选用符合催化剂要求的原料，严格控制原料净化工段的工艺条件，保证催化剂始终处于还原态，防止水和原料的脉冲进料 (脉冲进料的实质是水碳比瞬时失调)，保证催化剂装填均匀和转化炉炉膛温度的均匀等等即可防止大量产生积碳。 7、转化催化剂常用的烧碳再生条件是什么?

催化剂轻微积碳时，可采用缓和的烧碳方法，例如降低负荷，增大水碳比，配入一定的还原气等条件下运转数小时，以达到除碳的目的． 积碳严重时，必须切除原料油用水蒸汽烧碳，蒸汽量为正常操作汽量30一40％，压力为0.98MPa左右。严格控制温度，不高于运转时的温度，出口尾气中CO2下降并稳定到一个较低数值时(每隔半小时分折一次)，则脱碳结束。

空气烧碳热效应大，反应激烈，对催化剂危害大，不宜采用。但必要时，可在水蒸汽中配人少量空气，但要严格控制氧含量，防止超温。 烧炭结束后，重新还原方可投油，经烧碳后不能恢发正常操作时，则停车更换催化剂。

8、为什么把抗积碳性能当做轻油蒸汽转化催化剂的主要性能? 在比较经济的运行工艺条件下，轻油蒸汽转化催化剂上积碳往往是难以避免的，而积碳危害又很大，大量积碳是导致催化剂寿命减少的最主要原因，积碳使催化剂活性剂活性下降，大量积碳又使催化剂床层阻力增加。虽可以消碳，但消碳再生会使催化剂表面剥蚀。积碳的形态各不相同，床层低温段的聚合碳和高温段的石墨化碳对催化剂的表面活性影响最大。因此，良好的抗积碳性能是经油蒸汽转化催化剂的

最主要的性能。

9、转化炉管压差增大的原因有哪些?

催化剂装填过程中因高空跌落而引起部分炉管内催化剂粉碎。催化剂的机械强度或热稳定性不好在使用过程中粉碎。事故状态下引起催化剂床层热力学积碳，催化剂长期运行中积碳增加，压力急剧下降或烧碳反应激烈引起催化剂粉碎。催化剂水合引起的粉化等，都是造成转化炉管压差增大的原因。

10、何谓转化催化剂的毒物?中毒的过程以及如何再生?

转化催化剂的毒物主要有硫、氯、砷等非金属以及铅、铜、钒、铁锈等。

硫中毒：主要由原料脱硫不合格引起的，中毒后催化剂活性下降，上部温度升高，出口甲烷偏高，芳烃穿透，严重时炉管上部出现花斑，并逐渐向下扩展。在正常操作条件下Z402、Z409、Z405催化剂要求原料中硫含量小于0.58ppm。Z403H催化剂要求小于0.2ppm，当然原料中的实际硫含量愈小愈好，只要严格控制进入转化炉的硫含量，一般不会出现明显的硫中毒的情况，而目前的脱硫技术和工艺一般都能将原料中的硫含量降至规定的指标以下。

当操作波动，脱硫不合格时会引起硫中毒，中毒首先发生在上部低温段的转化催化剂上，经验表明，在排除了发生积碳的可能性以后，当上部转化管出现温度升高，出口甲烷也升高就可判断是催化剂中毒了。

硫中毒的发生和床层温度有关，在转化炉出口800℃的温度下，原料中的硫含量大约在5ppm才会引起催化剂中毒。而在床层入口 500℃时，0.01ppm的硫就会引起催化剂的中毒．这是因为硫中毒的过程是一种简单的放热吸附过程。温度低时有利于硫的吸附反应。在实际生产中，目前的脱硫技术还无法使原料轻油中的硫达到0.01ppm，但一般催化剂活性有余地。所以轻油脱硫指标要求小于0.5ppm即可。 轻微的硫中毒，可以改换干净的原料在高水碳比下运行使催化剂恢复活性。也可以切除原料，改为还原操作条件，使催化剂逐渐放硫，以恢复活性。

当硫中毒比较严重时，可采用氧化还原的办法再生，具体程序如下：

（1）在接近常压下用蒸汽氧化催化剂，控制床层温度稍低于正常操作温度，蒸汽量控制在正常操作时的10—20％，时间6—8小时。 （2）在蒸汽中配入氢气，使H2O／H2逐渐从20降到3左右，维持2—4小时。

（3）按(1)的方法用蒸汽氧化4一6小时。

（4）按(2)的方法操作，然后建立正常还原条件，最后再建立正常操作条件。

再生过程中定期分析出口H2S含量以判断除硫效果。

当催化剂硫中毒很严重时，就会引起催化剂积碳。因此，必须将积碳和硫同时除去。此时应先进行烧碳，然后按上述方法消除催化剂上的硫，使催化剂再生。

砷中毒：砷中毒是水久性的，表现与硫中毒相似，一旦砷中毒，必须更换催化剂并用酸清洗炉管 。因砷可以渗透到炉管内壁，对新装入的催化剂造成污染．催化剂上的砷达到50ppm活继就明显下降，达到150ppm就会引起积碳。转化原料中的砷一般要求小于5ppb。 氯中毒：氯中毒也是可逆的，表现与硫中毒相似。可用还原法除氯，但再生要比硫中毒困难。一般氯由于锅炉水水质不好，原科轻油含氯较高和换热设备清洗时带入。严重氯中毒时，更换催化剂往往比长时间再生更经济。

有些金属也会使镍催化剂活性下降，其中铜和铅含于原料之中，就象砷一样，它们积累在催化剂上不能除去。钒的作用和铜、铅相似。 工艺管道中的铁锈也常被带到转化催化剂上，覆盖在催化剂表面上引起活性下降。停车期间应将工艺管线用氮气吹扫干净，防止生锈。 ·

11、转化炉炉出现热斑、热带、热管的原因及处理方法？

形成热斑的原因有：催化剂装填不当引起“架桥”，或局部积炭。上段床层热带可能由催化剂还原不充分或硫中毒失活，进科量和水碳比大幅度波动，烧嘴不均匀或偏挠等原因造成

局部过热积碳引起的。下段床层热带可能由于下段催化剂活性衰减，进料分布不匀，重质烃穿透到下段催化剂积碳，催化剂粉碎等原因引起。当催化剂严重积炭或粉碎时，造成管子堵塞，形成热管．有时进

出口尾管或导气筛孔堵塞也会形成热管。

上述现象最主要的原因来自积碳，轻微热斑和热带可用调节烧嘴，改善操作条件方法消除。出现热管时，则需进行烧碳处理，烧碳后若热管不消失，则应停车更换催化剂，以防止烧坏炉管。为了防止热管产生，要首先保证催化剂装填均匀，床层阻力偏差小，还原充分。要保证原料净化彻底，炉膛火嘴调节均匀，防止局部过热，还要尽量避免进料量、水碳比和压力的波动，防止催化剂的水合。 12、影响转化催化剂使用寿命的因素有哪些？

催化剂装填不均匀引起偏流，反复多次的开停车，反复多次的氧化还原，反复多次的中毒再生，压力、温度、空速、水碳比等工艺条件的波动和原料重质化引起的多次积碳以及随之而来的多次烧炭再生，都会减少催化剂的实际使用寿命。催化剂的产品质量不符合标准要求是减少实际寿命的主观因素。

13、转化催化剂床层温度分布对转化反应有何影响？

转化催化剂床层温度分布应根据不同催化剂的性能有所不同，由于转化反应是一种强吸热的反应过程，提高上部床层的温度有利于转化反应的进行，但同时也加快了吸热的裂解反应的速度，从而使结碳增加，对于低温活性和抗结碳性能不同的催化剂，床层上部的温度应有所不同。例如Z403H催化剂，床层三米处的温度应不高于630℃。而对于Z402、Z409催化剂床层三米处的温度可控制得较高一些。 实际上床层温度的分布和空速、水碳比是互相联系的，在床层出口的残余甲烷含量符合工艺要求的前提下，可根据具体的空速和水碳比进行调节。但在较高空速下，出口温度不宜降得太低，否则会引起整个床层温度偏低，从而导致上部床层转化不好，高级烃穿透至下部床层引起结碳。

14、水碳比变化对转化反应有何影响?

水碳比是轻油转化过程中最敏感的工艺参数．水碳比提高可以减少催化剂的结碳，降低床层出口的残余甲烷。对转化反应是非常有利的。在没有二段转化炉的制氢工业装置上，一般采用较高的水碳比，以尽量减少出口残余甲烷，提高氢气产率和纯度。当采用重质石脑油作转化原料时，亦应适当提高水碳比以减少积碳。然而水碳比的提高相应

增加了能耗，所以只能根据具体的工艺装置确定合适的水碳比。 15、空速对转化反应有何影响?

一般用液体体积空速或碳空速来表示转化负荷。空速越大，停留时间越短，在其它工艺条件固定的情况下，空速增加，出口残余甲烷升高，催化剂结碳增加。在实际的工业装置上，空速的大小是和原料轻油的干点、芳烃含量、床层出口温度互相关联的。当轻油原料干点升高，芳烃含量增加时，则应相应降低空速，以达到满意的转化工艺要求，上述工艺指标的确定又和所选用的转化催化剂的性能有关，因此只能根据具体情况来确定。

16、反应压力对转化反应有何影响？

轻油转化反应过程是体积增大的一种反应过程，由组成为CnHm的轻油或其它烃类原料。在同水蒸汽反应后变成CO、CO2、H2和少量残余CH4，体积膨胀很大。显然增大反应压力对反应过程是不利的，然而由于转化工艺过程的最终产物一般都是用作高压化工过程，所以从总体节能效果考虑，转化工艺一般都在加压下进行。 17、影响转化出口残余甲烷含量的因素有哪些?

较高的水碳比和床层出口温度，较低的空速，使用含芳烃少、干点低的轻质石脑油原料，选用活性好、抗结炭性能高而又还原充分的催化剂，采用净化脱毒比较彻底的原料都会相对降低床层出口的残余甲烷。反之则会导致出口残余甲烷上升。压力的波动会引起瞬时空速增加，床层温度和水碳比的波动会引起催化剂表面结炭，原料中硫含量、砷含量的增加和原料净化工段工艺条件的波动等等操作条件的恶化也往往会导致出口残余甲烷的升高。

18、简述转化催化剂升温工艺条件，不同类型催化剂有何不同? 转化催化剂的升温过程，一般采用的有两种方法，一种为还原气氛下升温，另一种为非还原气氛下升温。

还原气氛下升温过程为从常温升至床层入口200℃阶段以氮气循环升温．在保证床层各点温度均在水蒸汽配点温度以上20℃时，切人蒸汽 (当中变与转化串联升温时，还要考虑中变床温在水蒸汽露点以上)，并同时配人还原性气体(H2或氨裂解气)，一般控制H2O／H2(体积比)为7以下，继续升温至还原或进油条件，升温速度一般为30—

40℃／h。

非还原气氛下升温过程为从常温升至床层入口200℃阶段用氮气循环，在保证床层各点温度均在水蒸汽露点温度以上20℃时，切入蒸汽继续升温到还原条件。

新转化催化剂分为还原态和氧化态两种，所谓还原态催化剂是指催化剂出厂前预先进行还原，要保证还原态催化剂在升温过路中不被氧化，必须采用还原气氛升温。氧化态催化剂使用前要在装置中进行还原操作。升温阶段可采用还原气氛升温，也可采用非还原气氛升温，对催化剂的正常使用没有影响。 19、转化催化剂还原介质有哪些？

凡是能使NiO在一定条件下还原成Ni的介质都可以作为还原介质．对制氢装置及合成氨装置来讲，常用的还原性气体有工业氢、氨合成气、氨裂解气、重整氢、富氢气等，这些还原性气体配人一定量的水蒸汽作为催化剂的还原介质。

当重整氢或富氢气作为还原气体时，由于其中可能含有硫、氯等毒物，为此必须净化后才能进转化系统。另外还原气体中烃类含量(甲烷为主，少量乙烷)一定耍少于15％，同时考虑H2O／H2和H2O／C，防止在还原过程中结碳。

还原介质中，氢气与氧化镍反应还原成镍微晶作为主活性组分。水蒸汽的作用，一是增大气流量，保证还原介质在每根转化炉管内分配均匀；二是防止还原介质中少量烃类裂解积碳；三是当串联中变升温还原时，水蒸汽的存在可防止中变催化剂的过度还原。

还原介质中，氮气等惰性气体，除了可以增大气流量，有利于气流均匀分布外，无其它作用。

20、转化催化剂还原反应的条件是什么?

影响转化催化剂还原的因素有：还原温度、氢空速、还原介质中氢浓度、H2O／H2以及还原时间等。还原温度是催化剂还原的主要条件，对不同的催化剂所要求的还原温度是不同的，这主要决定于活性组分与裁体的相互作用以及其分散程度．例如RKN催化剂中活性组分NiO与MgO形成镍一镁固溶体，还原温度要求在800℃以上，由于催化剂床层上部温度达不到要求，所以RKN催化剂都是以还原态形式出厂，在

使用过程中也要始终保持还原气氛。Z402／Z405、Z409/Z405G催化剂还原温度比较低，一般在人口分别控制500℃和450℃以上，出口800℃情况下可以被还原，所以可以以氧化态形式装入转化炉管，在炉内部还原。

对轻油转化催化剂(Z02／Z405、Z409／Z405G)来讲，还原的氢空速应大于300h-1，H2O／H2应小于7.0，还原时间为6—12小时。 21、转化催化剂还原为什么要维持H2O／H2值小于7.0？

转化催化剂还原所需蒸汽对氢的比值随温度而改变，氧化镍的还原反应平衡常数很大，在500一800℃的范围内还原是容易的，但实际还原过程中，要求H2O／H2远远低于理论值，这是因为催化剂中的氧化镍处于高度分散状态并和催化剂裁体间存在不同程度的相互作用，为提高还原反应速度，必须降低H2O／H2才能在工业装置上对催化剂进行有效的还原。

转化催化剂在炉管中的还原温度一般在450℃一820℃ 之间，温度到820℃时PH2O／PH2在7以下才能保证处于还原区，为此，转化催化剂还原时，H2O／H2值应小于7.0。

22、反复氧化还原对转化催化剂性能有什么影响?

氧化还原过程中，催化剂的活性组分的形态不断发生变化。在高温条件下，镍晶粒随着反复氧化还原次数增多而发生熔结，引起镍晶粒长大，使活性位减少，造成催化活性下降。反复氧化还原过程中，对催化剂的体相结构性能影响也较明显，由于气氛的不断改变，温度的改变，容易引起催化剂烧结，比表面下降。另外在此过程中，活性组分与载体组分发生较为剧烈的相互作用引起催化剂活性下降。转化催化剂在使用过程中应尽量减少氧化还原次数，这对保障催化剂长期稳定使用是有利的。

23、转化催化剂还原不充分或在使用中被氧化会造成什么危害？如何防止和处理?

转化催化剂还原不充分或在使用中被氧化造成催化剂的活性下降，这种情况一般发生在温度较低的反应管上部。上部催化剂还原不充分对经油蒸汽转化反应来讲，造成重质烃在上部转化不完全引起重烃下移。由于下部温度较高，重烃移至下部后裂解、脱氢聚合等反应加剧

引起催化剂大量积碳．反映在转化气中则表现为残余甲烷升高，芳烃含量增加．转化炉管局部红管，红管部位随时间延长而下移和加长，直至整个炉管发红，造成催化剂损坏．为此一旦确认为还原不充分或被氧化，应及时做处理。

为使催化剂充分还原，在还原时必须严格按还原条件进行，保证足够的还原氢浓度、还原温度和还原时间，确保还原彻底。

一旦发生断油、单独通蒸汽或有计划的烧炭之后。应配入还原气体重新还原。还原温度应略高于氧化温度。

24、为什么要求转化催化剂具有良好的低温还原性能?

受转化炉工艺条件的限制，床层上部温度只能升到450—500℃。为此，催化剂在转化炉内还原时，上部催化剂必须有良好的低温还原性能，才能在450—500℃下还原。

目前，转化催化剂大多以氧化态形式出厂，例如Z402／Z405，Z409/Z405G等催化剂，开工进油前，首先在装置中进行还原。另外，转化催化剂在使用过程中不可避免发生析炭反应，工况波动积碳成长期运行积碳。进行水蒸汽烧碳处理后，催化剂被氧化，重新开工时，必须进行还原。正常停车或事故停车过程中，催化剂也将被氧化，重新开工也需重新还原。在上述情况下还原催化剂，就必须要求催化剂具有良好的低温还原性能。

25、转化停车时，采用还原气氛保护催化剂有何好处?

停车时对转化催化剂进行还原气氛保护的主要目的是防止催化剂氧化，对催化剂有如下好处：

（1）减少催化剂的反复氧化—还原的次数，有利于催化剂结构性能及活性的稳定。

（2）缩短开工时间，还原气氛保护停车后再开车时，不需要重新还原，只要求在还原气氛下升温到进油条件进油即可。

还原气氛停车，对延长催化剂使用寿命以及节能降耗是有利的，有条件的单位应采用这个方法停车。

26、工业上转化催化剂的还原为什么不用干氢，一般都配入水蒸汽还原？

还原气氛对轻油转化催化剂的还原率及其活性影响较大。一般干氢还

原比湿氢还原的还原率高，相同还原率时，湿氢还原的活性比干氢还原时低，因为水蒸汽加速催化剂的镍晶粒长大。然而实际还原过程中，一般不用干氢还原，都是水蒸汽—氢气气氛下还原。配入水蒸汽的目的在于：

（1）有利于提高催化剂床层入口的温度，以保障催化剂 还原所需要的最低温度。

（2）配人水蒸汽可增大气流量，有利于还原介质在每根 炉管均匀分布。

（3）防止还原过程中在催化剂上析碳。当使用炼厂的富氢 气体作还原介质时，例如用重整氢，其中含有一定的烃类， 这些烃类在较高的还原温度下容易裂解析碳，使催化剂在还 原过程中就积碳而毁坏，采用湿氢还原，可以防止烃类裂解 析碳，使少量烃类逐渐转化生成氢气。

（4）如果转化和变换串联进行还原时，采用湿氢还原可以避免中变催化剂发生过度还原而失去活性。

27、脱硫配氢和转化入口配氢对转化催化剂有什么影响?

脱硫配氢的作用主要是原料油中有机硫加氢的需要，一般要求H2／油(体积)为80—100，另外一个作用是增加原料在预热炉中的线速度。脱硫配氢对转化系统来讲也是必要的，我们知道，还原好的转化催化剂，在一定的还原气氛下才能较好的维持还原态。脱硫配入的氢气有利于催化剂入口段处于还原气氛中，使入口段催化剂维持良好的还原态。

转化入口配氢主要是指合成氨装置中的驰放气部分返回转化入口，对转化催化剂来讲，不但能够使入口段催化剂始终处于还原气氛中，而且可减少上部催化剂上的结碳。

脱硫配氢或转化入口配氢对转化催化剂长期安全使用是非常必要的。 原料油突然中断，其蒸汽转化吸热反应停止，所以反应床层温度会较大幅度的升高。为了防止催化剂床层严重超温，一旦发生原料油中断，应以最快的速度熄灭火咀，继续通入蒸汽。为了保护催化剂不被钝化，同时切入还原性气体，在还原气氛下循环保护催化剂。如没有还原性

28、原料油突然中断如何防止转化催化剂床层被高温钝化(氧化)?

气体切入，再进油之前，催化剂需要重新还原。

29、蒸汽转化催化剂入口段高温氧化对正常开工造成什么危害? 大量实践表明，对转化催化剂而言，高温氧化之后还原时温度必须高于氧化温度，才能使催化剂充分还原。实际生产中往往由于突然断油，火咀不能及时熄灭等原因造成上部催化剂高温氧化，但受工艺条件的限制，重新还原时入口段达不到相应的温度，就会造成入口段催化剂还原不充分，重新进油时，入口段转化活性下降，造成重烃下移，严重时重烃穿透到下段催化剂，造成下段催化剂严重积碳引起下段催化剂破碎。这对装置正常生产带来巨大的危害。 30、正确装填转化催化剂的目的是什么?

目的是要保证工艺气流均匀地分配到全部转化管中去，而且在每根炉管中都无堵塞或架空现象，要求炉管压降偏差不大于土5％，充分发挥转化催化剂的整体效能，延长催化剂和炉管使用寿命。 31、装填转化催化剂前要做哪些准备工作？ （1）准备专用工具

小磅秤、催化剂量筒(约7升)、漏斗、细布袋、尼龙绳、铜锤或木槌、15m长皮卷尺、卷扬机、编织袋和测阻力降设备等。 （2）检查转化炉管

测量空高并记录；用干净布擦净转化管内表面；检查催化剂托盘和多孔板；确认孔隙清晰无杂物堵塞；测量空管阻力降并记录。 （3）准备催化剂

将催化剂运至现场；混合取样并测取标准堆密度；将混合好的同种催化剂装满标准量筒称取同一重量，装人塑料编织袋堆存备用。在装简称重时只选整粒的，弃去有裂纹的。 32、怎样装填转化催化剂?

（1）将早已称量好的定量催化剂通过漏斗装入细布袋中，布袋的一端系以长尼龙绳，另一端开口处折起10厘米，提着绳轻轻将袋子放人管底，然后提起袋子，使催化剂落人管内。注意①绳要系牢，不要把布袋掉人管内。②散落催化剂时布袋提起高度应小于1m。③中途袋口自动开了时要注意检查床层总高度，如偏差太大时该管要卸出重装。

（2）全部炉管都装完一袋后，要适当振动炉管，然后测量床层高度，与平均高度相差在5厘米内者为正常；相差超过7厘米者或者再振动，或者卸出重装。

（3）以相同的方法装第二袋、第三袋．．．．每一袋都要重复（2）的过程，并遵循（2）的要求。

（4）全部下段催化剂都装完并且床高合格后，要对全部炉管测一次阻力降，阻力基本均匀合格时，再以相同的方法、步骤装填上段催化剂。上段催化剂全部装完后再对各管测一次阻力降，算出全炉各管平均阻力降。单管阻力降与平均值相差在土5％以内者为合格，如果大于5％就要考虑卸出该管重装。

注意：①装转化催化剂时，上、下段不同种类或不同规格的要分清，不可混装；②考虑到催化剂使用中有一定的下沉，床层高度要高于炉管的有效加热长度。③在暂停装填时要盖上上法兰。再开始装前要检查管内催化剂上有无杂物。

33、护管床层阻力降的偏差为何越小越好?

测床层阻力的两个压力表指示值的差越大，说明床层阻力越小。相反，两个压力表差值越小，则床层阻力降越大。在相同气源压力下阻力降小的通过气体的流量就大。各管阻力降越接近平均阻力降，即偏差越小，各管进料气流的分配就越均匀，这就更能充分发挥全炉催化剂的效能，从而延长催化剂的寿命和转化炉的运转周期。

34、烃类蒸汽转化催化剂为何要分为上下两段不同尺寸的颗粒装填? 一般在转化管中上段装小颗粒催化剂下段装大颗粒催化剂，这是根据转化反应和工艺上的需要来决定的．大量的转化反应是在上段完成的，所以要求上段有较多的催化活性中心，而转化反应又主要在催化剂颗粒的外表面的薄层内进行，所以催化剂的外表面积相对越大，则越有利于转化反应，而小颗粒催化剂提供了相对较大的外表面积；小颗粒的可以装得较密实，空隙率低，气流所受扰动大，也有利于传热和扩散，有利于反应；另外，转化管上段温度较

低，总气流量较少，通过空隙率较小的床层时不至于形成太大的压降。 处于高温的下段催化剂主要承担进一步完成转化反应，使达到平衡组成的任务。活性表面可以少一些，要求强度较高，大颗粒催化剂正好

可满足其要求；再者，下段温度高，气体膨胀率大，总气量也多，大颗粒催化剂空隙率较高，也使得气体流过下段时不会形成很大的压降。

35、常用的几种轻油转化催化剂对原料中毒物的含量有何要求? 对于Z402／Z405和Z409／Z405G而言，要求原料中硫含量小于0.5ppm，氯含量不大于1ppm、铅含量不大于20ppb、砷含量不大于5ppb。Z403催化剂要求硫含量要小于0.2ppm，其余要求与Z402／Z405相同。

36、转化投油的条件是什么? 转化投油前必须具备的条件： (1)确认转化催化剂已还原良好。

(2)确认脱硫系统运行正常，加氢、脱硫反应器已达正常操作温度。 (3)中变反应器床层已接近操作温度，PSA调整到备用状态。 (4)将系统压力缓慢提至接近操作压力，然后适当减少循环氢流量至接近配氢量水平。

(5)有关仪表已启动，确认自控系统设备无问题。

(6)原料油引入装置，油泵循环无问题且原料油分析数据合格。 (7)将工艺蒸汽流量提到正常值的60％左右。 37、转化投油加负荷应注意哪些问题?

（1）缓慢开启进油调节阀，用手动控制进油流量不超过正常值的25％，要耐心等待原料通过脱硫系统，才能看出转化炉温的变化。 （2）调节炉温至接近正常值，确认H2O／C大于5.0，及时取样分析。 （3）注意系统压力、冷换设备温度、分水器液位、放空系统自控是否正常，发现异常时及时调节。

（4）投油阶段无问题后即可提量，总是先提蒸汽量、后提油量，接着便调节炉温。再次提量幅度应不超过满负荷的20％。每次提量后要稳定一小时左右，以便观察全系统相应发生的变化，从容调整及等待各气样的分析结果。

（5）及时校核原料油和水蒸汽的流量及流控仪表，观察炉膛情况、尾气分析结果，除非一切无问题，否则不得提至满负荷运行。 38、什么叫蒸汽的露点温度?操作中工艺气体的温度为什么必须高于

露点温度?

水蒸汽的露点就是它在一定压力下，因温度降低而达到饱和的温度，即其开始凝结出水滴的温度。转化、中变的进料工艺气体中都含有大量水蒸汽，这些工艺气体的露点，是指在工艺气体中的水蒸汽在其分压下的饱和温度。

在操作中工艺气体的温度必须高于其露点温度以避免由于水蒸汽在系统中凝结而造成的催化剂粉碎。

39、转化催化剂水合粉化是怎样造成的?如何避免?

有的转化催化剂是以氧化镁为载体的，其中的MgO在某些条件下会和水蒸汽发生反应：

MgO+H20 =Mg(0H)2 即所谓水合反应，它使催化剂损坏，严重时会使催化剂粉碎而无法操作。所以在开车时，催化剂必须被加热到。“临界”温度以上，方可通入蒸汽，同样，在停车时，亦应在到达临界温度之前切除蒸汽，就可避免发生水合反应。 40为什么转化床层对二、三米的温度有一定要求?

这是为了满足催化剂性能要求规定的条件。如Z403转化催化剂，其低温活性较好，在人口段500—600℃ 已有较好的转化活性。温度太高时则会因析碳反应过于剧烈而结碳，所以规定三米处温度应不大于630℃。

而Z402／Z405和Z409/Z405G组合催化剂，其上段Z402或Z409的低温活性稍差，需要较高的温度才能发挥出足够的活性满足转化要求，但它本身含钾，具有良好的抗结碳性能，在较高的温度下也不至于结碳，所以允许在三米处达670℃的温度。

41、转化炉燃料品质和火咀分布对转化过程有何影响？

燃料气的品质好应该意味着气中硫含量要少、单位体积的发热值要高，燃料油的品质除要求干点尽量低，杂质含量少外，还要求油的胶质含量要低。

硫含量少可减轻腐蚀；燃料气单位体积发热值高还意味着H2含量要少，减少回火的趋势燃料油的干点低和胶质含量少就减少了火嘴结焦的麻烦。

火嘴分相应尽可能均匀，靠炉侧墙的两排火咀应较小，因此处只有一

面有炉管吸收热量。火咀分布均匀还意味着在正常运转中要尽量全部点燃顶烧火嘴。

燃料的品质好，在正常运转中燃烧良好，便能调节到全炉火馅分布均匀、供热均匀，满足转化反应对热量的要求，从而保证转化炉满负荷和高质量地运行。

42、转化炉管排温差和单管管壁温差应控制多少?为什么?

转化炉膛内各管之壁温在同一水平面上应当大体相等，温差应该是越小越好；但是由于转化催化剂装填之差异、运行过程中结碳多少不同或转化炉火嘴供热多少的差别，各管壁温差总是较大，应当通过对火嘴的调节使单管壁温与全炉平均管壁温度之差在土20℃之内．因为控制温差较才会充分发挥催化剂的整体效能，延长鲁管和催化剂的使用寿命。

43、如何判断火嘴燃烧状况的好坏? 这因转化炉型不同而异：

(1)顶烧转化炉主要从火焰的颜色和外形来判断：

当烧燃料气时，火焰应该是兰色的，或在兰色中带黄色小斑点，后一种颜色往往表示更有效地燃烧。火焰的外形应刚直有力，不飘忽，更不能扑到炉管上。火焰太长也意味着燃烧不良(一次风太少)。 (2)侧烧转化炉：

侧烧转化炉的炉管和炉墙的距离较近，多用无焰、辐射式燃烧器，它一般用瓦斯或气化的液态烃作燃料。由于燃烧器的特殊设计，火焰宜烧炉墙，主要靠炉墙的辐射热来加热炉管。火焰没有完整的外形，火焰在火咀周围均匀分布，将整面炉壁均匀加热。火苗兰色或无色，以不扑向炉管为良好。

44、什么叫二次燃烧？对转化炉有何影响？应如何避免？

所谓“二次燃您”即指燃料气在火嘴前方未完全燃烧，随烟气前进在氧气充足的地方又开始燃烧的现象。它使转化炉温变得难以控制，并且有可能在某处发生爆燃的危险。二次燃烧是由于火嘴的一次风和二次风总量偏低引起的，靠增大对火嘴的供风量就可以避免二次燃烧。 45、转化炉膛负压一般控制多少? 负压大小对转化炉有何影响? 转化炉膛负压(上部)一般控制3—5mm水柱(约30—50Pa)。炉膛负压

太小时会发生燃烧不良情况，负压太大时会增大炉子的漏风量，增大了过剩空气系数，都会降低转化炉的热效率。负压太大时甚至会引起灭火。

46、什么叫回火?怎样避免或处理回火？ 一般常说的“回火”大约包括三种情况： (1)

火焰回火：这是由于燃料气中含氧浓度太高或燃料气压力过低、燃烧器喷嘴处流速过低造成的一种火焰由燃烧室缩回到混合室燃烧的现象，这时燃烧器壳体会被烧红，而且响声异常。 处理办法有：a、关闭一次风门；b、停掉部分火嘴以增加其余火嘴的燃烧率；c、增大燃料气压力或缩小火嘴的开口尺寸以增加流速或内压。

(2)由于燃料中含氧将火焰回火引至燃料气管线中燃烧，一般炉前的阻火器会制止这种现象，置换燃料气就可解决。

(3)点炉时的炉膛回火：这实际上是一种爆燃，是十分危险的。要避免这种现象：a、炉子点火前要用蒸汽彻底吹扫炉膛；b、确认燃气阀门不漏；c、在火咀前多处采样作爆炸气分折；d、点火时不要正对点火孔；e、调整炉膛负压及一、二次风门；f、所有火咀均需点燃，不要用邻近火咀引燃；g、一次点火失败后，要关死瓦斯阀门经蒸汽彻底吹扫后再点火。

47、阻火器的作用是什么?为何有此作用？

阻火器的作用是制止火焰进入燃料气管网，避免回火事故的扩大。阻火器通常安装在炉前的燃料气主管线上，它通常是一段直径比燃料气管线粗、两头带法兰的短管。在管内与气流垂直安放着十片左右的铜丝网，一般用一定厚度的铸铝环将网片周边压紧并形成一定间隔．由于铜网的散热性能极好，当火焰通到铜网后因温度剧降而熄灭，从而起到阻火的作用。

48、转化炉紧急停工时应注意什么？

（1）立即停进转化炉的原料油气，脱硫系统紧急放空卸压、熄火； （2）转化炉蒸汽减半、熄火、令其自然降温；

（3）对z402、Z405、Z409催化剂应在半小时内将N2引入转 化炉，吹扫转化床层和变换系统。继续开引风机、打开看火

孔、降低转化炉膛温度；

（4）对Z403要在停油后5分钟内引氮气吹扫置换转化系统并引入还原性气体。

49、什么叫碳空速？怎样计算?

碳空速是用来描述制氢转化炉生产强度的一个专用术语，即流过单位催化剂体积的碳流量．碳空速简写为Vc，碳空速的计算通式： Vc=碳流量（Nm3/h）/催化剂（m3） 50、什么叫水碳比?怎祥计算？

水碳比是用来表示制氢转化炉操作条件的一个术语，是指转化进料中水(蒸汽)分子的总数和碳原子总数的比值，写为H2O／C。 最简计算式为：

H2O/C=水蒸气流量（Nm3/h）/碳流量（Nm3/h）=QH2O/Qc 水蒸汽的流量如以kg／h表示时，则乘以22.4／18变成Nm3/h，再代入上式。

51、什么叫水烃比？它和水碳比有何关系？

我国个别引进的制氢装置用水烃比作为控制指标。即将转化进科中水蒸汽和烃的重量比代替水碳比作为控制指标，来实现转化炉的正常操作。所谓水烃比即水烃重量比。 水烃重量比和水碳比的关系为：

（1）作为一个需要控制的指标，水烃重量比较之水碳比浅显易懂、直观，人人会算，容易控制，这是它的优点。

（2）作为一个控制指标，提出的根据不足。因为尽人皆知，烃类在转化催化剂上结炭和水碳比大小有直接而明确的关系，所以设计上规定了最小水碳比，而人们无法从水烃重量比判断出水碳比到底是多少，这对避免因H2O／C过小而结碳是不利的。

（3）水烃重量比与水碳比的关系不确定。只有当所用原料是一种而且组成不变时，一定的水烃重量比才能代表一定的水碳比，如果原料换了，尽管仍控制原来的水烃重量比，水碳比却不同了。这是因为不同的进料中，碳含量不同的缘故。

制氢中变部分的基本知识

1、中变催化剂怎样进行还原放硫？

中变催化剂是以Fe2O3的形态提供的，故在使用前必须进行还原，将活性组分用H2或CO还原为具有活性的Fe3O4。同时除去在制造催化剂时带入的硫化物，还原反应式： 3 Fe2O3+H2 = +H2O+9.614KJ／mol 3 Fe2O3+C0 = 2 Fe3O4+CO2+50.83KJ／mol

一般中变催化剂还原与转化升温串联进行，在中变催化剂120℃恒温脱水以后，中变床层温度以30℃／h升至露点温度以上20℃。一般制氢装置还原压力在0.6—1.0MPa，可将床层温度提到250℃，即可同时引蒸汽和氢气入系统开始进行中变催化剂还原放硫。如果转化新装

Z402／Z405与Z403H等催化剂可同时进行还原。控制床层温升不能超过30℃。

（1）引入蒸汽时要及时调节转化炉火咀和中变入口温控，使床层温度平稳，配汽为正常汽量的30—50％。配氢从0.5％起，然后逐渐加大配汽量和配氢量。

（2）提高配氢量的同时要慢慢增加配汽量，注意保持H2O／H2比在7.5以下。当氢浓度达到10％以后每次增加氢浓度可为5％直至达到60％。入口温度可在温升不明显时逐渐提至300℃。当转化还原结束后，可将原料引入系统，加大空速使中变催化剂迅速放硫。 （3）引入原料气后，中变气改在出口放空，蒸汽加入量应以转化水碳比保持在6—7为好。对B—110催化剂，进原料后应将温度提至400℃进一步放硫。为加快放硫速度和使放硫彻底，可逐渐增加原料量至满负荷的70％，将中变床层温度提至450℃，直至连续三个中变出口气分析H2S＜1ppm放硫结束。

（4）对B—113催化剂，进原料以后保持中变入口温度在370℃，进料调节到满负荷的70％，待分析中变出口气H2S＜1ppm时为放硫结束。放硫合格后应将中变入口温度降至使用温度。

2、中变催化剂还原为什么要配入水蒸汽?配入多少才能保证催化剂不还原过度?

在中变催化剂还原过程中配入水蒸汽是为防止Fe3O4进一步被还原成为金属铁，而失去变换活性。只要控制H2O／H2比在0.2以上就可保证中变催化剂不被还原过度。

3、中变催化剂还原为什么会放硫？影响放硫时间的因素有哪些？怎样判断放硫结束?

中变催化剂在制造时有一些不溶解的硫酸盐生成，它们成为催化剂的有害杂质。在有氢气还原的情况下，催化剂中的硫酸盐会分解成硫化氢放出，催化剂本体含硫多，放硫时间可能长些。提高中变床层温度，加大干气空速，保持合适的水氢比都可缩短放硫时间。当中变床层温度已经提到最高的使用温度或最高的放硫温度(如B—110提到450℃，B一113提到370℃)，进料负荷提到全负荷的70％，中变气出口分析含硫化氢连续三个样小于1ppm，可判定放硫结束。 4、影响中变催化剂正常使用的因素有哪些?如何延长催化剂的使用寿命?

影响中变催化剂正常使用的主要因素和延长使用寿命的方法有： （1）原料中的有毒物质如砷、硫、磷等其含量应严格控制。如砷要小于5ppb，硫要小于0.5ppm，氯要小于1ppm。

（2）水气比一般要控制在0.8—1.0。任何时候都不能用还原性干气通过催化剂。

（3）反应温度要采用保持CO合格的最低反应温度，当发现CO含量上升时，再适当提高入口温度。应控制温度平稳，防止超温使催化剂晶粒长大降低活性。

（4）停工检修尽量采用氮气保护，而不能使催化剂接触空气以免燃烧或钝化，并应防止被水泡。

（5）开、停工或正常生产时应注意压力平稳，不能急剧变化，防止催化剂破碎。

（6）转化部分要精心操作，减少水蒸汽带盐，避免转化气携带硅、钾、镍等杂质覆盖中变催化剂表面，导致催化剂失去活性，并增加系统阻力。

5、中变催化剂如何钝化？

还原态的中变催化剂与空气接触会自燃放出大量热，使催化剂烧结成

块或烧坏设备，催化剂卸出时，可引起火灾。因此当催化剂需要卸出时，先要进行钝化。

4Fe3O4+O2=6Fe2O3+464.735KJ／mol

上式每1％的O2可造成160℃的温升，即使在常温下氧化反应也能进行。钝化可以在配入蒸汽的情况下，在床层200℃时，通入少量空气来进行。即有控制地缓慢氧化，氧含量要从0.5％开始慢慢增加，控制床层温升不超过30℃，直到床层无温升、进出口氧含量基本相同为止。然后用空气取代蒸汽使催化剂冷却至常温。卸出时应只拆开卸料口，并用水喷淋没有钝化好的催化剂以防止燃烧。 6、什么叫水气比？H2O／CO比？如何计算?

转化气进人中变反应器中的水蒸汽体积数与干气体积数之比叫水气比。

水气比=水蒸气量（Nm3/h）/干气量（Nm3/h） H2O／CO比是水蒸汽量与干气中CO量的体积比。 H2O／CO=水蒸气量（Nm3/h）/CO量（Nm3/h） 例：转化气总干气量为25000 Nm3/h ，总湿气量为 51000 Nm3/h ，其中CO量为5.38％(湿基)，求水气比和 H2O／CO比。

解：水蒸汽量＝51000—25000＝26000Nm3／h CO量＝51000×0.0538＝2744Nm3／h 水气比＝26000／25000=1.04 H2O／CO=26000／2744＝9.48 7、什么叫变换率?如何计算?

一氧化碳在变换反应器中变换反应掉的一氧化碳的百分数叫变换率。变换率用下式计算：

X%=（Y1－Y2）/Y1（1＋Y2）

式中Y1和Y2分别是变换前和变换后气体中的CO％浓度(干基)。 例：某厂转化气中CO含量为9％，经中变后，CO含量降为2.5％，计算中变反应变换率。

解：中变变换率X中＝（0.09－0.025）/0.09×（1＋0.025）＝70.5%。 8、什么叫化学平衡？什么是化学平衡常数？什么叫平衡变换率？

在一定的温度、压力下，反应体系的正反应速度与逆反应速度相等时，体系中各组分浓度不再改变，这种情况称为化学平衡。

处于化学反应平衡状态的体系中，产物浓度的乘积和反应物浓度的乘积的比值是一个常数，称为平衡常数，以Kp表示。

平衡时的最大转化率称为理论转化率。变换反应平衡时的最大变换率叫平衡变换率。

变压吸附部分基本知识

1、什么是吸附分离?

吸附是化工生产中对流体混合物进行分离的一种方式，是利用混合物中各组分在多孔性固体吸附剂中被吸附力的不同，使其中的一种或数种组分被吸附于吸附剂表面上，从而达到分离的目的。 2、什么是变压吸附?

变压吸附简称PSA，是对气体混合物进行提纯的工艺过程，该工艺是以多孔性固体物质(吸附剂)内部表面对气体分子的物理吸附为基础，在两种压力状态之间工作的可逆的物理吸附过程。它是根据混合气体中杂质组分在高压下具有较大的吸附能力、在低压下又具有较小的吸附能力，而理想的组份H2则无论是高压或是低压都具有较小的吸附能力的原理。在高压下，增加杂质分压以便将其尽量多的吸附于吸附剂上，从而达到高的产品纯度。吸附剂的解吸或再生在低压下进行，尽量减少吸附剂上杂质的残余量，以便于在下个循环再次吸附杂质。 3、制氢装置采用PSA净化工艺有何特点？ 制氢装配采用PSA净化工艺后有如下特点：

（1）产品氢纯度高，可达99.9％以上，用于加氢可降低操作压力和减少排放损失。

（2）工艺流程短，自动化程度高、可靠性和灵活性好，开停车方便。 （3）动设备减少，消耗低，易于管理与维修。

（4）由于排放的废气可作为转化炉的燃料使用，可降低生产综合费用。

（5）不足之处是装置的H2产率较湿法脱碳的同类装置低，氢产量相同时原料消耗较高。

4、什么样的混合气体才能用PSA进行分离？ 适于采用PSA进行分离的混合气体应具备如下特点：

混合气体中各组分必须是在相同的吸附压力下具有不同的吸附能力，不希望的组分应当是在较高的压力下具有较大的吸附能力，而在较低的压力下，又具有较小的吸附能力。吸附能力相差越大便越容易分离。而希望的组分应当是非吸附性的，或吸附能力很小，且随压力变化吸附能力变化不大。

5、制氢装置中PSA最常用的吸附剂是什么?它们对一般气体的吸附顺序如何?

PSA最常用的吸附剂是分予筛和活性碳，通常两种吸附剂组合使用。 分子筛对一般气体的吸附顺序是： H2＜＜N2＜CH4＜CO＜CO2 活性碳对一般气体的吸附顺序是： H2＜＜N2＜CO＜CH4＜C02

6、简述活性氧化铝和硅胶在PSA装置中的作用？

活性氧化铝是一种在物理和化学上都很稳定的高纯度多孔氧化铝，其特点是耐磨，对所有腐蚀性气体和液体都是惰性的，并且有极好的热稳定性。在PSA工艺上活性化铝可作为一种辅助的吸附剂装填在吸附器的底部，先接触进科用于脱除进料中的水蒸汽和芳烃；硅胶是一种无定型二氧化硅，呈化学惰性无腐蚀的特点，在PSA工艺上一般是装填在吸附器的底部，用来净化重烃类和酸性气。 7、为什么说PSA运行效果的好坏关键是吸附剂?

PSA工艺是以吸附剂内部表面对气体分子的物理吸附为基础的可逆的循环工艺过程，而实现这一循环工艺过程，最基本要求就是吸附剂具有良好的吸附性能、再生性能以及具有较长的使用寿命。但在装置运行过程中，吸附剂极易受到如进料带水、升降压速度过快、杂质过载等多种因素的损害，从而使吸附剂失去上述性能能。由此导致PSA装置失去对PSA原料气的提纯作用，所以说PSA装置运行效果的好坏关键是保护好吸附剂。

8、怎样延长吸附剂的使用寿命寿命？

（1）吸附器压力的快速变化能引起吸附剂床层的松动或压碎从而危

害吸附剂。所以，在操作过程中要防止使吸附器的压力发生快速变化。 （2）进料带水是危害吸附剂使用寿命的一大因素，所以进料气要经过严格脱水，避免发生液体夹带。

（3）进科组分不在设计规格的范围内也会造成对吸附剂的损害，严重时可能导致吸附剂永久性的损坏。所以当进料气出现高的杂质浓度时，应缩短吸附时间，以防止杂质超载。

（4）进料温度过高影响吸附剂的吸附能力，易造成杂质超截。温度过低影响再生，所以要保证进科温度在要求的范围内。

（5）合理调整吸附时间，及时处理故降报警，防止发生杂质超载。杂质超载严重时，可导致吸附剂水久性损坏。 9、筒述吸附剂对水的吸附特性？

分于筛对大小相近的分子优先吸附极性分子，尤其是水分子。分子筛一旦吸附了水分子后，对其它分子的吸附能力明显下降，而且难于脱附。所以如果进料中带水易造成分于筛的致命损害。

活性碳对水分子的吸附能力很大，而且容易脱附，所以在PSA中总是将活性碳置于分子筛下面，使进科中的微量水和绝大多数的CO2被吸附分离。

10、PSA进科中为什么要充分脱水?怎样防止进料带水?

由吸附剂对水的吸附特性可知，吸附剂极易吸水，而且脱附困难，同时吸附剂吸水之后，对其它分子的吸附能力下降。所以必须对进料气进行严格脱水，以防止损害吸附剂。

为了防止进料带水，通常在进料线上增设进料气水分离罐。同时，为防止冬季饱和气体在管线中发生冷凝，而将水分离罐后的PSA进料线全部进行伴热并保温。

11、吸附床充分吸附杂质后，各杂质在吸附剂上如何分布？为什么? 当吸附床充分地吸附了杂质以后，杂质界面最前沿为CO，其次是CH4，再次是CO2，最底层是微量的水。

杂质在吸附剂中的分布规律与吸附剂对各杂质组分的吸附能力以及吸附剂分布状况有关。在吸附床中，活性碳作为主要的吸附剂装填在下部，分于筛作为辅助吸附剂装填在上部。进料气由吸附床底部进入床层，首先接触活性碳，而活性碳对杂质的吸附能力大小次序为：

H2O＞CO2＞CH4＞CO

所以吸附过程中H2O、CO2、CH4、CO被依次吸附下来。剩余的CO杂质又被上部分子筛吸附，从而获得高纯度的氢气。 12、简述均压过程和意义。

被吹扫后的吸附器内吸附剂再生完成，但吸附器内压力很低，与进料压力的压差太大，不能直接进行吸附，需要先升压。而完成吸附步骤的吸附器压力较高，同时吸附剂颗粒之间，存留一部分氢气应当回收。均压过程即是吸附之后的高压吸附器与再生之后的低压吸附器进行压力均衡，高压吸附器内部的氢气流入低压吸附器。均压过程中，高压吸附器压力降低，部分杂质脱附，并随物流上移，又被上部吸附剂重新吸附，故杂质界面上移。

所以均压过程使得再生后低压吸附器的压力升高，并充分利用高压吸附器内部存留氢气，提高氢回收率。

13、为什么顺流泄压过程中吸附器内的杂质界面上移? 变压吸附是物理吸附，压力降低时，被吸附的杂质可以脱附。所以当吸附器顺流泄压时，随着压力的降低，部分杂质逐渐脱附，并随物流上移。同时又被床层上部尚未吸附杂质的吸附剂重新吸附下来。因而顺流泄压过程中吸附器内杂质界面逐渐上移。 14、简述排放和被吹扫过程及其应用。

排放是吸附器从供吹扫终止压力下降到废气压力的逆流泄压过程，排放位置在吸附器底部。随着压力的不断降低，杂质不断脱附并排入废气系统；杂质前沿界面逐渐下移，所以排放过程使吸附器内大部分杂质脱附排出。排放结束，用供吹扫吸附器提供的纯氢从上部进入进行逆流吹扫使残留杂质不断脱附并随物流排人废气系统，从而使绝大多数的吸附剂实现再生。所以排放和被吹扫的作用就是排除吸附器内的杂质使吸附剂实现再生。 15、废气缓冲罐有什么作用？

PSA运转过程中产生的废气，其压力、流量和组成都发生周期性的变化。而作为转化炉的燃料气应当具有稳定的压力、流量和热值。故PSA装置设置了废气缓冲罐，其作用就是为转化炉提供流量、压力和组成接近均匀一致的燃料气。

16、进料组成变化对PSA有何影响？

进料中氢含量增加时，产氢量和氢收率提高。当氢含量低于设计值时，进料中杂质增加，产氢量和氢收率降低。如进料中杂质浓度增高而未能及时缩短吸附时间(或者降低进科流量)，则能造成杂质超载，使产品纯度下降，影响PSA的操作性能。 17、进料流速变化对PSA有何影响?

进料流速降低时，因减少了传质区的长度而改善了分离效果，应延长吸附时间以充分利用吸附剂，获得较高的氢收率。当进料流速提高时，加长了传质区的长度，分离效果变坏，应缩短吸附时间，保证产品纯度，保护吸附剂。虽然氢收率下降(或产品纯度下降)，但因处理量增加产氢量还是提高了。当进料量为设计能力的105％到30％时氢收率基本不变。

18、进料温度变化对PSA有何影响？

变压吸附是物理吸附过程，进料温度的高低直接影响吸附剂的吸附性能，进料温度太高，吸附剂的吸附能力下降，因而造成氢收率下降，同时还影响产品纯度和吸附剂的使用寿命。而温度太低了再生困难，如果因此造成吸附剂再生不完全，则恶性循环的后果将导致杂质超载的现象而损害吸附剂。由联碳公司提供的资料可知，常温下（10—30℃范围内），几乎有相等的氢收率，进料温度太高或太低，氢收率都有所下降。

19、吸附压力是否越低越好?为什么?

变压吸附是物理吸附过程，其吸附量随压力的增加而增加。开始近乎直线增加，而后增加变慢，当压力增加到一定值时，吸附量趋于一稳定的极大值。在较高压力下，氢气的吸附量也增加，所以损失加大。加上再生工艺的特点，使得氢收率有所下降，如图所示．由此可见在一定的压力范围内，随压力的升高杂质的吸附量增加、氢收率提高。

而吸附压力过高氢收率反而下降。所以吸附压力并非越高超好。制氢

装置中PSA的吸附压力一般设计值为2.3MPa左右。 20、吹扫压力是否越低越好?为什么？

吹扫压力即废气压力。吹扫压力越低氢回收率越高，吸附剂再生得越好。反之，吹扫压力越高，氢收率越低，如图所示。但考虑到废汽要能直接送到转化炉做燃料，故废气缓冲罐出口压力最低保持0.03MPa(表)。

21、什么是杂质超载？有哪些危害？

在一定的工艺条件下，每个循环中被吸附剂吸附的杂质量超出最大设计允许吸附量时称为杂质超载。杂质超载的发生不仅使产品纯度下降，而且还损害吸附剂。

22、造成杂质超载的原因有哪些？如何防范？

（1）每周期循环时间过长，使每周期吸附的杂质量超出允许值，造成杂质超载。所以应根据实际进料流量的大小及时调整吸附时间。 （2）不适当的使用“手动步进”方式，人为的延长了每周期的循环时间，也能造成杂质超载。因此在使用“手动步进”方式时要避免装置停留在手动步进方式的周期时间超长。

（3）阀门泄漏也能引起杂质超载。所以应及时发现阀门故障并及时切换到替换运行程序。

（4）进料杂质超出规格要求。如果杂质浓度高则应及时降低进料量并缩短吸附时间，若杂质的成分特殊则应及时切除PSA。

（5）液体夹带不仅降低了吸附剂对正常杂质的吸附能力，造成杂质超载，而且脱附困难，严重损害吸附剂。所以进料气要经过严格的脱水分离。

（6）进料温度过高吸附剂的吸附能力下降，也能造成杂质超载，所以应控制进料温度在要求范围内。

23、吸附器压力的快速变化对吸附剂造成什么危害？

吸附器压力的快速变化将引起吸附器床层的松动或压碎。使经过吸附器的压降增加。由于吸附剂的压碎而产生的粉尘将通过吸附器中的拦

截筛网漏出，并且还可能损坏工艺阀门阀座，堵塞仪表管线，而使装置的操作性能变坏，甚至会导致停车。 24、为什么要根据进料量的大小调整吸附时间？

每个吸附器在一定的产品规格要求和一定量吸附剂的条件下，吸附剂对杂质的允许吸附量是一定的。所以每个吸附步骤只能提纯一定量的进料气。在一定的进料流速下，如果吸附时间过长，则吸附剂过多的吸附了杂质造成杂质超载，不仅使产品纯度下降，而且使PSA操作性能变坏。若吸附时间太短，则不能充分利用吸附剂，达不到应有的氢收率，造成浪费。所以应根据实际进料流量的大小合理地调整吸附时间，充分利用吸附剂，在保证产品纯度和保护好吸附剂的前提下，获得高的氢收率。

25、如何是低的产品纯度恢复正常？

要使低的产品纯度恢复正常，通常采用缩短吸附时间的方法来实现。首先要找出使产品纯度下降的原因，并给予纠正。如果需要切换则应及时切换到相应的替换运行程序，然后缩短吸附时间。可通过局部控制方式人为的输入一个较小的吸附时间。也可以在能力控制方式下通过减小控制系数来缩短吸附时间。如果吸附时间设置到最小而产品纯度仍未恢复时，则有必要降低进料流量，使每循环周期的处理量更少，以便尽快的恢复产品纯度。产品纯度恢复正常后，应缓慢的增加吸附时间以提高氢回收率，并根据实际需要调整进料量。

截筛网漏出，并且还可能损坏工艺阀门阀座，堵塞仪表管线，而使装置的操作性能变坏，甚至会导致停车。 24、为什么要根据进料量的大小调整吸附时间？

每个吸附器在一定的产品规格要求和一定量吸附剂的条件下，吸附剂对杂质的允许吸附量是一定的。所以每个吸附步骤只能提纯一定量的进料气。在一定的进料流速下，如果吸附时间过长，则吸附剂过多的吸附了杂质造成杂质超载，不仅使产品纯度下降，而且使PSA操作性能变坏。若吸附时间太短，则不能充分利用吸附剂，达不到应有的氢收率，造成浪费。所以应根据实际进料流量的大小合理地调整吸附时间，充分利用吸附剂，在保证产品纯度和保护好吸附剂的前提下，获得高的氢收率。

25、如何是低的产品纯度恢复正常？

要使低的产品纯度恢复正常，通常采用缩短吸附时间的方法来实现。首先要找出使产品纯度下降的原因，并给予纠正。如果需要切换则应及时切换到相应的替换运行程序，然后缩短吸附时间。可通过局部控制方式人为的输入一个较小的吸附时间。也可以在能力控制方式下通过减小控制系数来缩短吸附时间。如果吸附时间设置到最小而产品纯度仍未恢复时，则有必要降低进料流量，使每循环周期的处理量更少，以便尽快的恢复产品纯度。产品纯度恢复正常后，应缓慢的增加吸附时间以提高氢回收率，并根据实际需要调整进料量。

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