加氢裂化过程

加氢裂化过程

重油轻质化基本原理是改变油品的相对分子质量和氢碳比，而改变相对分子质量和氢碳比往往是同时进行的。改变油品的氢碳比有两条途径，一是脱碳，二是加氢。热加工过程，如热裂化，焦化和催化裂化都属于脱碳过程，它们的共同特点是要减小一部分油料的氢碳比，因此不可避免地要产生一部分气体烃和氢碳比较小的缩合产物——焦炭和渣油，从而使脱碳过程的轻质油收率不会太高。

加氢裂化属于石油加工过程的加氢路线，是在催化刑存在下从外界补入氢气以提高油品的氢碳比。加氢裂化实质上是加氢和摧化裂化过程的有机结合，—方面能使重质油品通过裂化反应转化为汽油、煤油和柴油等轻质油品，另一方面又可防止像催化裂化那样生成大量焦炭，而且还可将原料中的硫、氯、氧化合物杂质通过加氢除去，使烯烃饱和。因此，加氢裂化具有轻质油收率高、产品质邑好的突出优点。

较高的压力的温度下[10-15兆帕（100-150大气压），400℃左右]，氢气经催化剂作用使重质油发生加氢、裂化和异构化反应，转化为轻质油（汽油、煤油、柴油或催化裂化、裂解制烯烃的原料）的加工过程。它与催化裂化不同的是在进行催化裂化反应时，同时伴随有烃类加氢反应。加氢裂化的液体产品收率达98％以上，其质量也远较催化裂化高。虽然加氢裂化有许多优点，但由于它是在高压下操作，条件较苛刻，需较多的合金钢材，耗氢较多，投资较高，故没有像催化裂化那样普遍应用。

加氢裂化实质上是加氢和催化裂化过程的有机结合，一方面能够使重质油品通过催化裂化反应生成汽油、煤油和柴油等轻质油品，另一方面又可以防止生成大量的焦炭，而且还可以将原料中的硫、氮、氧等杂质脱除，并使烯烃饱和。加氢裂化具有轻质油收率高、产品质量好的突出特点。

(1) 加氢裂化的化学反应

烃类在加氢裂化条件下的反应方向和深度，取决于烃的组成、催化剂性能以及操作条件，主要发生的反应类型包括裂化、加氢、异构化、环化、脱硫、脱氮、脱氧以及脱金属等。

①烷烃的加氢裂化反应。在加氢裂化条件下，烷烃主要发生C-C键的断裂反应，以及生成的不饱和分子碎片的加氢反应，此外还可以发生异构化反应。

②环烷烃的加氢裂化反应。加氢裂化过程中，环烷烃发生的反应受环数的多少、侧链的长度以及催化剂性质等因素的影响。单环环烷烃一般发生异构化、断链和脱烷基侧链等反应；双环环烷烃和多环环烷烃首先异构化成五元环衍生物，然后再断链。

③烯烃的加氢裂化反应。加氢裂化条件下，烯烃很容易加氢变成饱和烃，此外还会进行聚合和环化等反应。

④芳香烃的加氢裂化反应。对于侧链有三个以上碳原子的芳香烃，首先会发生断侧链生成相应的芳香烃和烷烃，少部分芳香烃也可能加氢饱和生成环烷烃。双环、多环芳香烃加氢裂化是分步进行的，首先是一个芳香环加氢成为环烷芳香烃，接着环烷环断裂生成烷基芳香烃，然后再继续反应。

⑤非烃化合物的加氢裂化反应。在加氢裂化条件下，含硫、氮、氧杂原子的非烃化合物进行加氢反应生成相应的烃类以及硫化氢、氨和水。

(2) 加氢裂化催化剂

加氢裂化催化剂是由金属加氢组分和酸性担体组成的双功能催化剂。该类催化剂不但要求具有加氢活性，而且要求具

有裂解活性和异构化活性。

①B族和Ⅶ族中的几种金属元素（如Fe、Co、Ni、Cr、Mo、W）的氧化物或硫化物，以及贵金属元素Pt、Pd等。催化剂的加氢活性组分。与加氢精制催化剂相同，加氢裂化催化剂的加氢活性组分也主要是Ⅵ

②催化剂的担体。加氢裂化催化剂的担体有酸性和弱酸性两种。酸性担体为硅酸铝、硅酸镁、分子筛等，弱酸性担体为氧化铝及活性炭等。催化剂的担体具有如下几方面的作用：增加催化剂的有效表面积；提供合适的孔结构；提供酸性中心；提高催化剂的机械强度；提高催化剂的热稳定性；增加催化剂的抗毒能力；节省金属组分的用量，降低成本。

③催化剂的预硫化。加氢裂化催化剂的活性组分是以氧化物的形态存在的，而其活性只有呈硫化物的形态时才较高，因此加氢裂化催化剂使用之前需要将其预硫化。预硫化就是使其活性组分在一定温度下与H2S反应，由氧化物转变为硫化物。预硫化的效果取决于预硫化的条件，一般的温度范围为280～300℃。

(3) 石油馏分加氢的影响因素

影响石油馏分加氢过程（加氢精制和加氢裂化）的主要因素包括：反应压力、反应温度、原料性质和催化剂性能等。

①反应压力。反应压力的影响是通过氢分压来体现的，而系统中氢分压决定于操作压力、氢油比、循环氢纯度以及原料的气化率。含硫化合物加氢脱硫和烯烃加氢饱和的反应速度较快，在压力不高时就有较高的转化率；而含氮化合物的加氢脱氮反应速度较低，需要提高反应压力（即延长反应时间）和降低空速来保证一定的脱氮率。对于芳香烃加氢反应，提高反应压力不仅能够提高转化率，而且能够提高反应速度。

②反应温度。提高反应温度会使加氢精制和加氢裂化的反应速度加快。在通常的反应压力范围内，加氢精制的反应温度一般不超过420℃，加氢裂化的反应温度一般为260～400℃。当然，具体的加氢反应温度需要根据原料性质、产品要求以及催化剂性能进行合理确定。

③空速。空速反映了装置的处理能力。工业上希望采用较高的空速，但是空速会受到反应温度的制约。根据催化剂活性、原料油性质和反应深度的不同，空速在较大的范围内（0.5～10h-1）波动。重质油料和二次加工得到的油料一般采用较低的空速，加氢精制过程中，降低空速可使脱硫率、脱氮率以及烯烃饱和率上升。

④氢油比。提高氢油比可以增大氢分压，这不仅有利于加氢反应，而且能够抑制生成积炭的缩合反应，但是却增加了动力消耗和操作费用。此外，加氢过程是放热反应，大量的循环氢可以提高反应系统的热容量，减小反应温度变化的幅度。在加氢精制过程中，反应的热效应不大，可采用较低的氢油比；在加氢裂化过程中，热效应较大，氢耗量较大，可采用较高的氢油比。

(4) 加氢裂化工艺流程

目前的加氢裂化工艺绝大多数都采用固定床反应器，根据原料性质、产品要求和处理量的大小，加氢裂化装置一般按照两种流程操作：一段加氢裂化和两段加氢裂化。除固定床加氢裂化外，还有沸腾床加氢裂化和悬浮床加氢裂化等工艺。

①固定床一段加氢裂化工艺。

一段加氢裂化主要用于由粗汽油生产液化气，由减压蜡油和脱沥青油生产航空煤油和柴油等。一段加氢裂化只有一个反应器，原料油的加氢精制和加氢裂化在同一个反应器内进行，反应器上部为精制段，下部为裂化段。

一段加氢裂化工艺流程示意图