加氢裂化反应机理
加氢反应的分类及应用
加氢反应的分类及应用加氢反应是指物质与氢气发生化学反应，生成加氢产物的过程。
根据反应的具体机理、条件和应用领域的不同，可将加氢反应分为氢化反应、还原反应、加氢裂化反应以及氢化加成反应。
下面将对这四种加氢反应的分类和应用进行详细论述。
一、氢化反应：氢化反应是指物质与氢气发生直接结合反应，生成相应的氢化物的过程。
根据反应物的性质和结构，氢化反应可分为饱和氢化反应和不饱和氢化反应。
1.饱和氢化反应：饱和氢化反应是指物质中的多重键与氢气反应，生成相应的饱和化合物。
这种反应一般需要较高的反应温度和压力，并在催化剂的作用下才能进行。
常见的饱和氢化反应包括烯烃的氢化反应、硝基化合物的氢化反应等。
应用方面，饱和氢化反应在制备饱和烃类化合物和某些药物中具有重要作用。
2.不饱和氢化反应：不饱和氢化反应是指物质中的饱和键与氢气反应，生成相应的不饱和化合物。
这种反应常常需要高温、高压和催化剂的条件，反应机理复杂。
例如，炔烃与氢气反应，可以生成烯烃；芳香化合物与氢气反应，可以生成环烷化合物。
不饱和氢化反应在石油加工、化工合成和有机合成中应用广泛。
二、还原反应：还原反应是指物质中的氧化物或其他氧化性官能团经过加氢反应，被氢还原为相应的还原产物的过程。
根据反应物的性质和结构，还原反应可分为氧还原反应、硝酸还原反应、亚硝酸还原反应等。
1.氧还原反应：氧还原反应是指物质中存在的氧化物或氧化性官能团经过加氢反应，被氢气还原为相应的还原产物。
常见的氧还原反应包括醛和酮的还原反应、羧酸的还原反应等。
氧还原反应广泛应用于有机合成、催化剂的制备和环境保护等领域。
2.硝酸还原反应：硝酸还原反应是指硝酸盐或硝基化合物经过加氢反应，被氢气还原为相应的胺或氨的过程。
硝酸还原反应主要应用于有机合成、药物制造和化肥生产等领域。
3.亚硝酸还原反应：亚硝酸还原反应是指亚硝酸盐经过加氢反应，被氢气还原为相应的胺或氨的过程。
亚硝酸还原反应广泛应用于染料制造、涂料工业和农药合成等领域。
第六章 加氢裂化
第六章加氢裂化一、概述1.加氢裂化的基本原理及特点2.加氢裂化原料油二、加氢裂化工艺流程2.1 两段法加氢裂化2.2 单段加氢裂化2.3 一段串联（单程一次通过，未转化油全循、部分循环及单段加氢裂化）三、加氢裂化的工艺参数3.1 加氢裂化的基本原理及特点VGO是加氢裂化的典型进料包含大分子链烷烃、单、双、多环环烷烃及芳烃的复杂混合物；含有一定数量的含硫、氮、氧非烃化合物，少量金属有机化合物；VGO固定床加氢裂化使用具有裂化功能的酸性载体及加氢活性金属组元的催化剂从化学反应角度看，加氢裂化反应可视为催化裂化与加氢反应的叠加。
3.2 加氢裂化的化学反应⒈非烃化合物的加氢反应加氢脱硫（HDS）、加氢脱氮（HDN）、加氢脱氧（HDO）、加氢脱金属（HDM）、C-S、C-N、C-O的断裂及烃类的加氢饱和⒉烃类的加氢反应烯烃加氢、芳烃饱和、烃类的异构化各种烃类的加氢裂化3.3 烃类的加氢裂化反应↗泛指烃类C-C键的裂解及加氢；↗裂化过程遵循正碳离子机理，通过正碳离子，在酸性位上异构化；↗裂化反应则是在正电荷正碳离子 位C-C键上进行裂解。
3.4 烷烃的加氢裂化↗图2-2-14表明，双功能催化剂上烷烃，加氢裂化反应历程；↗反应步骤可按如下描述：•正构烷在M上吸附；•脱氢→烯烃（1）•正烯从M→A•正烯在A上获得质子→仲正碳离子（2）•仲正碳离子→叔正碳离子→发生异构化（反应3）叔正碳离子通过β裂解→异构烯+新的正碳离子（反应4）叔正碳离子不裂解 -H+ 异构烯（反应5）烯从A →M加氢（反应6、7）新正碳离子继续裂化或异构反应，直到生成不能再进行β裂解的C3和iC4，所以催化加氢裂化不生成C1、C2因（3）、（4）反应占优，因此，产物中异构物占优。
多环芳烃加氢裂化示意图3.5 多环芳烃的加氢裂化反应↗反应十分复杂,包括逐环加氢、开环、环异构、脱烷基等一系列平行、顺序反应↗多环芳烃，第一环加氢饱和速率很快、生成多环环烷芳烃↗多环芳烃中的环烷环很易开环，并相继发生异构、脱烷基等反应↗多环芳烃中最后，次环芳烃的加氢饱和速度则递减↗环烷环的开环、断侧链反应则较快↗单环环烷烃较难开环↗多环芳烃的加氢裂化产品分布主要为苯类、单环环烷类及较小分子烷烃所构成四、加氢裂化工艺流程1、两段法加氢裂化采用两个独立反应器，上世纪初曾用于煤液化油加氢裂化；原料油进一段精制段，进行HDS、HDN、HDA、烯烃饱和及部分转化；进入高分气液分离，高分氢气进行循环，高分底部与二反高分底部物流混合进分馏塔。
加氢裂化催化剂反应机理
加氢裂化过程是在较高压力下，烃类分子与氢气在催化剂表面进行裂解和加氢反应生成较小分子的转化过程，同时也发生加氢脱硫、脱氮和不饱和烃的加氢反应。
其化学反应包括饱和、还原、裂化和异构化。
加氢裂化的反应机理是正碳离子机理，遵循β-断裂法则。
在双功能催化剂上，正碳离子的生成主要是通过不饱和烃在催化剂的酸性位获取质子而生成正碳离子；烷烃失去负离子生成正碳离子，当烷烃与正碳离子反应时，发生负氢离子转移，生成新的正碳离子。
此外，加氢裂化催化剂上的反应主要包括活性金属和酸性载体上的化学反应。
具体来说，活性金属表面上的硫化物和氮化物的氢解、芳烃加氢饱和、烯烃加氢饱和，以及在酸性载体上的环状化合物的开环、裂化、脱烷基、异构化反应。
至于具体的反应细节和步骤，建议查阅化学专业书籍或咨询化学专家，以获取更深入的了解。
同时，也应注意，在进行加氢裂化反应时，应严格遵守相关安全规定，确保人员安全和设备稳定。
加氢裂化反应原理
加氢裂化反应原理油品的低温流动性与组分的分子结构有关，同碳数正构烷烃的同分异构体以正构烷烃的凝点最高。
同分异构体则随支链化程度、支链的位置不同对凝点和粘度指数的影响十分明显，支链位于链中央的异构烷烃的凝点低于支链位于端位异构烷烃。
例如：n-C20的凝点为37℃， 2M-C19的凝点为18℃，5M-C19的凝点为-7℃。
11n-P-C26的粘度指数为20，凝点为19℃，而11i-P-C26的粘度指数为125，凝点为-40℃。
从降低倾点的角度来讲，不希望生成多支链异构体，蜡分子异构化反应希望生成少支链的异构体，特别是在烷烃的链中央处有一个支链会有较低的倾点。
因此，最理想的情况是叔正碳离子能够从酸性中心上快速脱附，并加氢饱和生成少支链的异构烷烃。
异构烷烃的支链数愈多，运动粘度愈大，而其粘度指数愈小。
同碳数支链烷烃的粘度大于支链芳烃。
一、加氢异构脱蜡反应原理白油馏分中的蜡组分主要由正构的和终端有轻度分支的C20-C40长链烷烃组成，一般认为，异构化反应遵循正碳离子机理，即在由金属中心和酸性中心构成的具有加氢功能和酸功能的双功能催化剂上发生典型的双功能烷烃异构化和裂化反应机理。
在反应中，长直链正构烷烃首先通过催化剂的强金属功能脱氢变为长直链正构烯烃，这些长直链正构烯烃扩散到酸性中心被质子化形成正碳离子，然后正碳离子在沸石的孔道中很快发生骨架异构化反应。
其支化程度和支链达到长度完全受沸石孔道的几何形状所控制。
异构化的正碳离子放出质子返回到沸石，通过β位断裂变为低分子量产物，或者变为另一种烯烃，由正碳离子生成的烯烃然后通过与脱氢反应一样的强金属功能的作用被加氢。
随着对大分子异构化反应认识的深入，最近提出了一种新的理论叫锁匙机理(Key-Lock)，该机理认为长链的正构烷烃可以同时进入两个或以上孔口，异构化反应是在分子筛孔嘴处发生的反应而不是以前理论认为是进入孔道内部发生反应的，这样就可以很容易的解释多支链异构体形成的原因。
加氢裂化
引入氢气进行后序的催化剂硫化操作。
硫化剂选择的考虑
• 硫化剂在临氢和催化剂存在的条件下，能在较低反应温度 下分解生成 H2S ，以有利于催化剂硫化的顺利进行，提高
硫化效果；
• 硫化剂硫含量应较高，以减少硫化剂的用量，避免其它元 素对硫化过程的不利影响； • 硫化剂价格便宜，毒性小，使用安全。
催化剂湿法硫化的典型步骤
催化剂装填工具
• 反应器催化剂普通装填的工具，通常由一个金属料斗、一根金属立管 和一段帆布软管所组成。在料斗和金属立管之间装有一个闸板阀，在 金属立管和帆布软管之间装有第二个闸板阀。催化剂装填时，第一个
闸板阀全开，用第二个闸板阀的开度来控制催化剂的装填速度。装填
间断时应关闭顶部的第一个闸板阀。金属立管内设有斜挡板，用于减 少催化剂自由降落的高度。随着催化剂床层界面高度的上升，帆布软 管应逐渐缩短，通常每次去掉1m左右。
催化剂的干燥脱水，对于催化剂湿法硫化是十分必要和至关重要的。催化剂采
取用氮气循环升温中温干燥负压脱水，在确认催化剂干燥结束后，停蒸汽喷 射真空泵，引氮气破真空，再引氢气置换合格后升压至操作压力，启动循环
压缩机，加热炉重新点火，使反应温度维持在 150℃，然后按下述步骤进行
催化剂湿法硫化。 (1) (2) 氢气全量循环，将反应器入口温度控制在150160℃； 以≤设计体积空速向反应系统进硫化油，并根据循环氢流率、催化剂装量、
• 一般以氧化铝、含硅氧化铝和无定型硅铝为载体的加氢催 化剂，多采用湿法硫化方法进行催化剂硫化。湿法硫化之 前，必须对催化剂进行充分干燥脱水，否则含水催化剂在 与高温硫化油接触时，会引起催化剂破损，并影响催化剂 硫化效果；湿法硫化的硫化油用量较大，尚存在含硫污油 进一步处理的问题。
渣油加氢裂化反应特性及反应机理初探
第27卷第2期燃 料 化 学 学 报V ol127 N o12 1999年4 月JOURNA L OF FUE L CHE MISTRY AND TECH NO LOGY Apr1 1999渣油加氢裂化反应特性及反应机理初探Ξ杨朝合 郑 海 徐春明 林世雄(石油大学重质油加工国家重点实验室 山东东营 257062)摘 要 在100ml高压釜反应器内,用ICR130H催化剂,于氢初压815MPa、搅拌转速850r/min,反应温度390～420℃和不同的反应时间下,进行了孤岛渣油(G DVR)的加氢裂化反应实验。
研究表明,渣油加氢裂化反应具有明显的连串反应特征;焦的产率随转化率的变化与热裂化和临氢热裂化有明显的不同,开始增加较快,逐渐趋于缓和;催化剂和氢气的存在可以有力地抑制生焦反应,同时在一定程度上也抑制了裂化反应。
对孤岛渣油加氢裂化反应的简单动力学研究表明,其裂化反应属于一级不可逆反应,反应表观活化能稍大于热反应的活化能,认为渣油催化加氢裂化反应以热活化过程为主。
关键词 重质油,加氢裂化,反应机理,动力学对于渣油加氢裂化反应,无论从反应的复杂性还是产物的多样性来看,其所涉及的反应和物料组成都是很复杂的,以致对其进行分离和分析都十分困难。
由于重油分子结构的复杂性,目前对重油催化加氢裂化的认识仅限于半理论性的。
对反应机理和催化剂及活化氢原子的作用的认识还不尽一致。
例如,活化氢原子对裂化反应速率的影响,终止大分子自由基,抑制裂化反应,则有助于提高馏分油收率,而中止小分子或中分子自由基,抑制裂化反应,则影响轻油收率,最终结果将因反应体系的具有情况和数据处理方法而异。
本文通过孤岛渣油(G DVR)的加氢裂化反应实验,研究了渣油加氢裂化反应的特征,并对裂化反应机理进行了探讨。
1 实 验以孤岛渣油(G DVR)为原料,利用工业Ni-M o/Al2O3催化剂,在100ml高压釜反应器内,于氢初压815MPa、搅拌转速850r/min,在390～420℃温度范围和不同的反应时间下,进行了加氢裂化反应实验。
加氢裂化工艺[1]
![加氢裂化工艺[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/97315e7ebb4cf7ec4afed0b8.png)
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2020/11/11
加氢裂化工艺[1]
FRIPP
大庆工业装置主要技术指标
• 装置规模：40万吨/年
• 工艺流程：单段一次通过
• 目的产品：以生产中间馏分油为主
• 原料：大庆VGO
• 主要操作条件：P:15MPa
SV:1.0h-1
SOR反应温度：425℃
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多环芳烃逐环加氢/开环，生成小分子烷烃 及环烷-芳烃；
非烃化合物几乎完全转化，烯烃基本饱和， 产品质量好。
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加氢裂化工艺[1]
1.4 加氢裂化原料油
❖ 原料油的族组成、分子结构，对其工艺过程、产 品组成及质量，影响很大； ❖ 作为原料，直馏VGO干点可允许高达530550℃， 过高易引起大分子芳烃的缩合反应，增加生焦倾向； ❖ 当使用CGO、FCC循环油作为加氢裂化原料时，其 干点应低5080℃。
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加氢裂化工艺[1]
加氢裂化的化学反应
❖ 非烃化合物的加氢反应
加氢脱硫（HDS）、 加氢脱氮（HDN）、 加氢脱氧（HDO）、 加氢脱金属（HDM）、 C-S、C-N、C-O的断裂及烃类的加氢饱和
❖ 烃类的加氢反应
烯烃加氢、芳烃饱和、烃类的异构化 各种烃类的加氢裂化
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加氢裂化工艺[1]
多环芳烃加氢裂化示意图
多环芳烃 菲类 芴类
四氢菲类
萘类
加
k1=0.9～1.0
k5=1.1
氢
多环环 烷芳烃
k3=2.0
四氢萘类 和二氢茚
柴油催化加氢裂化机理及反应动力学的研究
柴油催化加氢裂化机理及反应动力学的研究随着车辆排放标准的不断提高，发动机的燃烧效率和排放性能愈发受到关注，同时，汽车行业也在致力于解决环境污染问题。
柴油催化加氢裂化技术因其可以有效降低柴油排放中的污染物而备受关注。
本文将就柴油催化加氢裂化的机理及反应动力学进行阐述和探讨。
一、柴油催化加氢裂化机理柴油催化加氢裂化是一种通过对柴油分子进行加氢变性来降低其点火时期弱性和改善燃烧性能的技术。
该技术的核心在于利用催化剂使柴油分子中的碳链得到断裂和加氢反应。
在催化剂的作用下，高碳重分子可裂解为低碳重分子，且其中的不饱和链会被氢气加氢，形成一些烷基化合物。
柴油催化加氢裂化的催化剂分为两类：常见的为黄金催化剂和铁基催化剂。
黄金催化剂在现代柴油机中被广泛应用，尤其是在催化氧化还原（CO和NOx）的领域。
而铁基催化剂则使用在含硫柴油的处理过程中。
柴油催化加氢裂化的整个催化反应流程大致可分为5个步骤：环烷烃的吸附、裂解过渡态的形成、大分子烃的裂解、氢的遍历和脱附。
其中，环烷烃的吸附是整个反应过程的开始，高效的吸附和催化剂活性以及对各种反应性质的选择，是决定整个反应性能的关键因素。
二、柴油催化加氢裂化反应动力学柴油催化加氢裂化反应动力学是研究反应速率和反应机理的科学领域。
柴油催化加氢裂化反应反应速率主要受催化剂性能和反应条件（温度、压力等）的影响。
反应条件：实验结果表明，催化加氢裂化反应中，反应温度是影响柴油分子裂解和加氢反应的主要因素之一。
当反应温度从200℃增加到400℃时，反应速率也大大增加。
然而，当反应温度超过400℃时，反应速率反而降低。
因此，反应温度不同于其他催化反应，具有“温度优化区”的特点。
催化剂性能：柴油催化加氢裂化反应的催化剂主要是均质氢化催化剂和金属催化剂。
这两种催化剂在催化裂解反应中的作用机理是不同的。
在均质氢化反应过程中，反应动力学在反应物和催化剂之间产生的化学吸附物表面上发生。
这种表面吸附和反应动力学是由化学反应动力学决定的。
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加氢裂化反应机理
加氢裂化反应机理，主要是加氢脱硫、脱氮、不饱和烃加氢饱和、杂环、稠环烃的加氢饱和、开裂，最终达到脱硫脱氮、不饱和烃饱和，以及根据目的产品的需要大分子烃的断裂、加氢饱和等。
上述过程均是强放热过程。
在此过程中，催化剂起到触媒和加速反应速度作用。
一、加氢精制
1、在较高的H2分压下，HDN反应由反应动力学平衡控制，是不可逆的。
2、HDN与HDS很相似，但C-S键断裂直接生成H2S，而C-N 键断裂，则：N杂环加氢饱和、C-N键断裂生成胺、胺氢解生成NH3和烃类。
HDN从易到难：喹啉—吡啶—吲哚—吡咯
3、五元N杂环化合物：吲哚、吡咯等，属非碱性氮化合物，占总N 2/3。
六元N杂环化合物：吡啶、喹啉等，属碱性氮化合物，占总N 1/3。
4、H2S对加氢反应有抑制作用，但对C-N键断裂有促进作用。
说明担载Ni、Mo硫化物催化剂有两类活性中心：加氢中心和氢解中心（酸性中心）。
5、N杂环化合物加氢相对容易，但C-N键断裂困难，原因是前者活化能低。
6、C-N键能比C-S键能大12—38KJ/mol，所以脱S比脱N得多。
7、CoMo/Al2O3催化剂对HDS非常有效，NiMo/Al2O3催化剂
对HDN比CoMo/Al2O3更有效。
P的加入对NiMo/Al2O3催化剂活性有显著促进作用。
（MoO3/NiO 24/4m%，P 0.9m%）
二、加氢裂化
1、催化剂要具有较好的加氢活性和抗N性。
2、催化剂具有双功能：加氢组份和酸性组份。
3、氮化物对酸性中心和毒害（屏蔽）作用，酸性中心对进料N 化物有强烈的吸附作用。
4、一般要求进料N含量在10μg/g以下，但可以通过提温来补偿进料N含量增加。
5、无定型加氢裂化催化剂具有中油选择性高、液体收率高特点，而且在催化剂使用初期及末期，产品的分布和质量变化小，但无定型催化剂活性低、起始反应温度高。
为了提高催化剂裂解活性，而又不过多损害其中油选择性，则必须在无定型硅铝载体中，添加一定量的分子筛，而且是抗N性能好的分子筛。
所以，一般以无定型硅铝为主载体，添加一定量抗N性能好的分子筛，以增加催化剂的裂解和异构化活性。
6、加氢裂化催化剂使用性能关键控制因素是加氢活性和酸性（裂解活性）的匹配和催化剂的孔结构特性。
7、加氢活性强而酸性相对弱的催化剂，其裂化活性相对低些，能得到较高液收，抗氮性也相对好些；反之，裂化活性高，液收低，对石脑油馏分选择性高。
8、由于烃类加氢裂化反应属于扩散控制的多相催化反应，因此，
催化剂的孔径要适当大些和集中些，将具有较高的活性、中油选择性和稳定性。
9、加氢活性四组份排列顺序：W-Ni＞Mo-Ni＞Mo-Co＞W-Co（主剂：W/Mo，助剂：Ni/ Co）
10、加氢裂化催化剂裂解活性来源于载体的酸性。
11、进料N含量每增加10μg/g，约需提高1℃反应温度。
12、分子筛与无定型硅铝：无定型硅铝属于凝胶类多孔性固体，分子筛是由许多硅氧和铝氧四面体排成的各种构型的结晶硅铝酸盐，这种三维网状结构布满了均匀的微孔，具有很大的内表面，其酸性比无定型硅铝高许多。
在催化剂中添加分子筛，可大幅提高催化剂的裂解活性。
13、反应压力主要影响航煤烟点、柴油十六烷值、和产品芳烃含量。
忽略此处..。