加氢脱硫（HDS）是一种催化化学过程，广泛用于从天然气和精炼石油产品（如汽油或汽油，喷气燃料，煤油，柴油和燃料油）中去除硫（S）。 去除硫磺，制造超低硫柴油等产品的目的是减少二氧化硫（SO）
2），其从汽车使用这些燃料导致排放车辆，飞机，铁路机车，船舶，气体或燃油发电厂，住宅和工业炉，和其它形式的燃料的燃烧。
在石油精炼厂中从石脑油流中除去硫的另一个重要原因是硫，即使在极低浓度下，也会使催化重整装置中的贵金属催化剂（铂和铼）中毒，随后用于提高辛烷值等级。石脑油流。
工业加氢脱硫工艺包括用于捕获和除去所得硫化氢（H
2 S）气体。在石油精炼厂中，随后将硫化氢气体转化为副产物元素硫或硫酸（H
2 SO
4）。事实上，2005年全球生产的64,000,000吨硫的绝大部分是来自炼油厂和其他碳氢加工厂的副产品硫。[
虽然已经知道一些涉及有机物催化加氢的反应，但法国化学家保罗萨巴蒂尔于1897 年发现了细碎镍催化氢气固定在碳氢化合物（乙烯，苯）双键上的性质。[5] [6 ] ] 通过这样的工作，他发现，不饱和烃在蒸气相中可以转换为饱和烃通过使用氢气和催化金属，奠定了现代催化氢化过程的基础。
在Sabatier工作后不久，德国化学家Wilhelm Normann发现催化加氢可用于将液相中的不饱和脂肪酸或甘油酯转化为饱和脂肪酸。他于1902年在德国获得专利[7]，1903年在英国获得专利[8]，这是现在全球工业的开端。
在20世纪50年代中期，第一个贵金属催化重整过程（Platformer过程）被商业化。同时，石脑油原料的催化加氢脱硫也已经商业化。在随后的几十年中，各种专有的催化加氢脱硫方法，例如下面流程图中描述的方法，已经商业化。目前，全世界几乎所有的炼油厂都有一个或多个HDS装置。
到2006年，已经实施了微型微流体 HDS装置，用于处理JP-8喷气燃料，以生产用于燃料电池 氢重整器的清洁原料。 到2007年，它已被整合到运行的5千瓦燃料电池发电系统中。
过程化学
氢化是一类化学反应，其中最终结果是加入氢（H）。氢解是一种氢化并导致CX 化学键的裂解，其中C是碳原子，X是硫（S），氮（N）或氧（O）原子。氢解反应的最终结果是形成CH和HX化学键。因此，加氢脱硫是氢解反应。使用乙硫醇（C.
2 H.
5 SH），一些石油产品中存在的硫化合物，例如，加氢脱硫反应可以简单地表示为
对于该反应中使用的机械方面和催化剂，参见催化剂和机理部分。
流程说明
在工业加氢脱硫装置，如在炼油厂中，加氢脱硫反应在固定床地方反应器在升高的温度范围为300至400℃和升高的压力范围从30到130 个大气压的绝对压力，通常在存在一的催化剂选自由的氧化铝浸渍碱钴和钼（通常称为的CoMo催化剂）。偶尔，镍和钼的组合 除CoMo催化剂外，还使用（称为NiMo）特定的难以处理的原料，例如含有高水平化学键合氮的原料。
下图是典型炼油厂HDS装置中设备和工艺流程的示意图。
将液体进料（在图中的左下方）泵送至所需的高压并通过富氢循环气体流连接。通过流过热交换器预热所得的液体 - 气体。然后，预热的进料流过火焰加热器，在该加热器中进料混合物完全蒸发并加热到所需的高温，然后进入反应器并流过催化剂的固定床，在那里进行加氢脱硫反应。
热反应产物通过流过热交换器而部分冷却，其中反应器进料被预热，然后在其流过压力控制器（PC）之前流过水冷热交换器并经历压力降低至约3至5。气氛。所得到的液体和气体的混合物在约35℃和3至5个绝对压力的大气压下进入气体分离器容器。
来自气体分离器容器的大部分富氢气体是循环气体，其通过胺接触器输送以除去反应产物H.
它包含2 S。该^ h
2小号然后-free富含氢的气体再循环回用于在反应器中部分再利用。来自气体分离器容器的任何过量气体与来自反应产物液体的汽提的酸性气体连接。
来自气体分离器容器的液体通过再沸腾汽提塔蒸馏塔。来自汽提器的塔底产物是来自加氢脱硫装置的最终脱硫液体产物。
来自汽提器的塔顶酸性气体含有氢气，甲烷，乙烷，硫化氢，丙烷，以及可能还有一些丁烷和较重的组分。这种酸性气体被送到炼油厂的中央天然气处理厂，用于去除炼油厂主要的胺气处理装置中的硫化氢，并通过一系列蒸馏塔来回收丙烷，丁烷和戊烷或更重的组分。残余的氢气，甲烷，乙烷和一些丙烷用作炼油厂燃料气体。由胺气处理单元除去并回收的硫化氢随后在克劳斯法中转化为元素硫在湿硫酸工艺或常规接触工艺中的单元或硫酸。
注意，以上描述假定HDS单元进料不含烯烃。如果进料确实含有烯烃（例如，进料是来自炼油厂催化裂化器（FCC）装置的石脑油），那么来自HDS汽提塔的塔顶气体也可含有一些乙烯，丙烯，丁烯和戊烯，或更重组件。
还应注意，进出循环气体接触器的胺溶液来自炼油厂的主要胺气处理装置并返回到炼油厂的主要胺气处理装置。
炼油厂HDS原料中的硫化合物
炼油厂HDS原料（石脑油，煤油，柴油和重油）含有多种有机硫化合物，包括硫醇，噻吩，有机硫化物和二硫化物等。这些有机硫化合物是在化石燃料，石油原油的天然形成过程中存在的含硫生物组分的降解产物。
当HDS方法用于炼油厂石脑油的脱硫时，必须将总硫去除至百万分之一或更低的范围，以防止在随后的石脑油催化重整中使贵金属催化剂中毒。
当该方法用于柴油脱硫时，美国和欧洲的最新环境法规要求所谓的超低硫柴油（ULSD），则需要非常深的加氢脱硫。在21世纪初，公路车辆柴油的政府监管限制在总硫重量的300至500ppm的范围内。截至2006年，公路柴油的总硫含量限制在15至30ppm（重量）范围内。[11]
噻吩
在石油中特别常见的一族底物是称为噻吩的芳族含硫杂环。从噻吩本身到称为苯并噻吩和二苯并噻吩的更浓缩的衍生物，石油中存在多种噻吩类。 噻吩本身及其烷基衍生物更容易氢解，而二苯并噻吩，尤其是其4,6-二取代衍生物，被认为是最具挑战性的底物。苯并噻吩在简单的噻吩和二苯并噻吩之间处于对HDS易感性的中间位置。
催化剂和机制
主要的HDS催化剂基于二硫化钼（MoS
2）与少量其他金属一起使用。[12] 催化活性位点的性质仍然是一个活跃的研究领域，但它通常被认为是MoS的基面
2结构与催化作用无关，而与这些片材的边缘或边缘无关。[13] 在MoS的边缘
在2个微晶中，钼中心可以稳定配位不饱和位点（CUS），也称为阴离子空位。诸如噻吩的底物与该位点结合并经历一系列反应，导致CS断裂和C = C氢化。因此，氢通过去除硫化物，氢化和氢解作用产生多种作用 - 产生阴离子空位。显示了该循环的简化图：
催化剂
大多数金属催化HDS，但它是过渡金属系列中间最活跃的那些。虽然不实用，但二硫化钌似乎是单一最活跃的催化剂，但钴和钼的二元组合也是高活性的。[14] 除了基本的钴改性的MoS 2催化剂，镍和钨也被使用，这取决于进料的性质。例如，Ni-W催化剂对加氢脱氮更有效。
支持
金属硫化物负载在具有高表面积的材料上。HDS催化剂的典型载体是γ- 氧化铝。该载体允许更昂贵的催化剂更广泛地分布，产生更大比例的MoS
2具有催化活性。载体和催化剂之间的相互作用是一个非常令人感兴趣的领域，因为载体通常不是完全惰性的，而是参与催化作用。
其他用途
碱性氢解反应除加氢脱硫外还有许多用途。
加氢脱氮
氢解反应也用于在称为加氢脱氮（HDN）的过程中降低石油物流的氮含量。处理流程与HDS单元的处理流程相同。
使用吡啶（C.
5 H.
5 N），一些石油分馏产物中存在的氮化合物，例如，加氢脱氮反应假定分三步进行： [15] [16]
整体反应可简单表达为：
许多用于石油精炼厂内石脑油脱硫的HDS装置实际上也在一定程度上同时脱氮。
烯烃饱和度
氢解反应也可用于使烯烃（烯烃）饱和或转化成链烷烃（烷烃）。使用的过程与HDS单元相同。
例如，烯烃戊烯的饱和度可以简单地表示为：
石油精炼厂或石化厂内的一些氢解装置可以仅用于烯烃的饱和，或者它们可以在一定程度上用于同时脱硫以及脱氮和饱和的烯烃。
食品工业中的加氢
食品工业使用氢化来使液体植物脂肪和油中的不饱和 脂肪酸完全或部分饱和，以将它们转化成固体或半固体脂肪，例如人造黄油和起酥油中的那些。
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最后编辑时间为: 2020-04-17 09:28 Friday
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