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