柴油加氢催化剂浅谈

2020年03

月化工教研

柴油加氢催化剂浅谈

李恺翔(延安职业技术学院石油和化学工程系，陕西延安716000)

摘要：随着现代社会对柴油质量标准的提高，积极改进柴油生产技术工艺的工作也在逐步推进。加氢过程是清洁柴油生产的最

有效方法，可以通过某些高活性、高选择性的催化剂与加氢技术来实现高效化工作，以生产清洁能源。文章将围绕柴油加氢催化剂相关内容展开论述。关键词：柴油；加氢催化剂；加氢脱硫

利用加氢的方法将烃类物质中的某些杂原子进行加氢反

应后，可以转化为无机成分，油品的氧化安定性得到显著提高，

不仅改善了燃烧性能，且腐蚀性降低，能够得到更加优质与环

保的石油产品。[1]加氢催化剂是效果好坏的核心与关键，且加

氢技术的核心本身也是围绕加氢催化剂的开发说进行。目前

加氢催化剂的活性组分基本由三种类型组成，即Co-Mo、Ni-Mo

与Ni-W三个系列的催化剂。1柴油加氢催化剂的技术要点与加氢处理

按照加氢的目的差异，可以划分为加氢脱氮反应（HDN）、

加氢脱硫反应（HDS）、加氢脱金属反应（HDM）与加氢脱氧反应

（HDO）等类型，而本文所涉及到的柴油加氢催化剂研究主要偏

重于HDS和HDN两个方面的范畴，从而确定加氢反应选用的

催化剂性能与操作条件，从原料组成、性能方面研究催化剂对

脱硫、脱氮的影响。1.1技术要点

以石化产品中的柴油为例，柴油中的硫在高温燃烧时会生

成硫相关的氧化物，以二氧化硫为主，不仅会导致空气污染，同

时也会影响到发动机的零部件质量。尾气中的可溶性有机物、

颗粒物对环境和人类健康都会产生不利影响。含氮化合物和

油品中的非烃类化合物促使这些物质产生反应生成胶质沉淀，

柴油的安定性变差，油品的正常燃烧和使用也受到了干扰。1.2加氢处理

据分析目前柴油中的主要杂质为含硫化合物，所以现阶段

柴油产品中需要进行HDS加氢脱硫工作。从反应模式来看，石

油馏分中的硫醇主要集中于低沸点的馏分当中，在300℃以上

的馏分中几乎没有硫醇的存在。加氢反应时产生C-S断裂情

况，硫醇中的硫转化为硫化氢被脱除，即：RSR+H2→RH+H2S

而石油馏分中含有的硫醚则主要存在于300℃-500℃的石

油组分当中，硫醚含量甚至可以超过50%。石油馏分中的硫醚

反应如下：RSR、+H2→R、SH+H2S

综合来看在不同类型的含硫化合物加氢反应过程中，典型

含硫化合物的反应活性情况与脱硫对象之间的反应与化合物

分子大小、结构之间有着密切联系。如果化合物分支大小相同

时，加氢反应的活性顺序从小到大分别为硫醚、二硫化物、硫

醇。目前烃类中的氮化合物含量会对加氢脱硫反应产生较大

程度的影响，且含氮化合物还会影响到加氢脱硫反应的产生。[2]如果在催化剂表面增加一些硫化合物，就可以提升反应

的转化率。但考虑到一直以来的柴油产品中硫含量普遍较高，

有关加氢脱硫反应的研究一直普遍开展。但是氮化物的存在

同样会产生一定的影响，例如减少汽车尾气中的氮含量排放，

可以通过深度脱氮的方式来进行。为了提升今后柴油生产过

程中的稳定性与品质，含氮化合物对于柴油的安定性影响也应

该纳入到研究范围内。2各种催化剂的作用与工艺处理

2.1贵金属基催化剂

贵金属Pd、Pt负载的SiO2和Al2O3催化油脂加氢的研究一直

有所展开，贵金属基催化剂的应用也相对广泛。相关研究表

明，这两种原料的催化加氢产物中，烃类得率都超过了85%，且Pd催化剂的活性要比Pt催化剂更高。[3]同等反应条件下，炭基

贵金属催化剂的催化性能要比一般金属氧化物更高。当前，SiO2用作改性催化剂载体成为了重要的研究内容，且贵金属负

载的沸石分子筛催化剂在柴油领域的应用也非常广泛。2.2钼基催化剂

贵金属催化剂虽然性能良好，但是需要耗费大量的成本，

且副反应较多（反向水气转移反应等）。因此，这种催化剂对原

材料中的杂质比较敏感，活性可能会因此而降低。对此，如何

开发一种更加廉价的可替代催化剂产品就显得至关重要。有

研究表明硫化后的钼基催化剂在催化效果上可以与贵金属催

化剂保持同一水平。在临氢环境下，相比于传统的硫化方法，

钼基催化剂可以在使用前使用H2S等进行预硫化，也能控制常

规硫化剂对环境产生的污染问题。2.3FDS催化剂FDS催化剂获得了发明专项授权，证实了技术的有效性和

先进性。柴油加氢精制催化剂的活性组分以Mo或是W为主催

化剂制备而成，而FDS催化剂实现了柴油加氢催化剂活性的进

一步提升，综合应用了氧化铝和分子筛的均匀分散复合技术来

让制备产品的活性更高。针对我国劣质柴油品的相关问题，当

前的研究工作也围绕活性金属含量的增加、金属组分调整等方

面来进行。2.4催化剂的干燥与预硫化

催化剂作为一种强吸水剂，应该避免其接触到水分而吸

潮。而催化剂难免会吸收一定的水分，因此也要进行干燥处理

来保障其活性与强度。催化剂进行硫化活化后可以保障催化

性能达到最优水平。预硫化有气相预硫化和液相预硫化两种

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方法。气相预硫化也称干法预硫化，即在循环氢气存在条件

下，注入硫化剂进行硫化。[4]而催化剂的湿法硫化过程会使用

到硫化剂，一般以二甲基二硫（DMDS）为主，在硫化条件下分解

生成甲烷，且蒸汽压比较低易于处理，硫化过程也可以在比较

低的温度下进行。催化剂硫化过程使用器内湿法预硫化，建立

氢循环后展开硫化剂硫化。2.5催化剂失活控制

催化剂在正常情况下出现结焦，因此会产生连续失活情

况。在整个反应过程中，要做好的就是避免快速失活现象的产

生。原料中所包含的多环芳烃、烯烃及大分子物质在正常反应

下容易结焦，而有机金属化合物在分解后可能会滞留于催化剂

之上产生金属中毒，使得催化剂出现不可再生性的性能损坏。

原料中的有机氮化合物经过处理后也需要避免过度反应现象。

防止催化剂的中毒失活，从而提高催化剂的使用周期。3催化剂制备与应用的发展趋势

环境保护问题引起了生产经营方的广泛关注，而我国也不

断地制定日益严格的规章制度，颁布了清洁油品标准。生产清

洁柴油已经成为当务之急。柴油加氢催化剂的制备和应用突

破了现有的技术，将有效地解决当前国内柴油加氢技术方面的

某些问题，对我国石油市场的发展具有明确的现实意义。而我

国原油加工量本身也处于逐渐增长的趋势，含硫原油加工量的

增加趋势与我国不断更新的清洁柴油标准实施，也让清洁柴油

生产的需求更加紧迫。[5]柴油加氢催化剂的需求程度将比以前

更加突出，因此以FDS催化剂为主的产品具有良好的发展空

间，整个加氢脱硫、加氢脱氮过程具备出色的稳定性和活性，满

足更高标准的清洁柴油生产要求。今后的工业试验过程中也

能够让催化剂保持稳定性的同时，活性趋于不变状态，让低硫

化、高活性的催化剂生产规模不断加大。4结语

未来的柴油生产将把重点放在技术改进与工艺调整方面，

加氢过程作为清洁柴油生产的主要方法，也具有重要的研究价

值。选择高活性、高选择性的催化剂必然成为今后的研究重

点，这对于我国石油工业也提出了新的要求。柴油加氢催化剂

的研究工作可以按照反应条件与生产目的的差异选择不同的

催化剂类型，开发更加高效化的加氢催化剂。

参考文献：[1]胡俊利,王高杰.催化柴油加氢改质技术研究进展[J].石

化技术与应用,2016(04):346-348.[2]郝靓,熊光,刘丽萍,龙化云,靳凤英,王祥生.高分散加氢

脱硫催化剂制备及其对二苯并噻吩的催化性能（英文）[J].催化

学报,2016(03):412-419.[3]陈姣,张爱民,李建伟,吴波.国产催化剂在柴油加氢装置

中的应用[J].化工管理,2016(03):116.[4]冯保杰.高标准柴油加氢技术进展[J].当代化工,2015

(02):343-346.

[5]陈小川,钟读乐,于海斌,赵训志,臧甲忠,曲晓龙.提高重

整预加氢催化剂活性的研究[J].无机盐工业,2017(09):82-84.作者简介:李恺翔(1979-)，男，副教授，

河南平顶山人，硕士研究生，研究方向:石油化工和化工分析。含杂质管道冲刷腐蚀数

值模拟

孟悦赵赛妮王鹏徐锦涛（中国民航大学机场学

院，天津300300）

摘要：冲刷腐蚀又称磨损腐蚀，是金属表面与腐蚀流体之间由于高速相对运动而因引起的金属损坏现象，是材料受冲刷和腐蚀交互作用的结果，是一种危害较大的局部腐蚀，管道冲刷腐蚀在过程工业中广泛存在，压力管道的直管，特别是弯头都会受到冲刷腐蚀而导致壁厚变薄，最终导致穿孔或者破裂，管道中输送流体中含有杂质，为了减少管道在含杂质流体下的冲刷腐蚀，有必要研究含杂质管道中的影响因素，并对其进行数值模拟。采用Comsol软件对管道中对不同弯管尺寸进行不同的模拟对比。1数值模拟

1.1模型的建立

本文研究的对象分为不同尺寸和形状的弯管，几何尺寸如下：1)两种直管段的几何尺寸均为L1=L2=1m,r1=r2=r3=0.1m，R3=1m,弯管角度30°。2)两种直管段的几何尺寸均为L1=L2=1m,r1=r2=r3=0.1m，R3=0.5m弯管角度90°。3)两种直管段的几何尺寸均为L1=L2=1m，r1=r2=r3=0.2m，R3=0.5m，弯管角度90°。4)两种直管段的几何尺寸均为L1=L2=4m，r1=r2=r3=0.1m，R3=0.5m，弯管角度90°。

1.2网格划分

使用网格划分对所有模型进行结构体划分，保证模型的网格分布均匀，并对网格进行细化处理。1.3湍流模型设置

基于管径的高雷诺数要求采用含壁函数的湍流模型。湍流模型采用的是k-ω（spf）增强壁面函数的湍流模型进行数值模拟，由于对于强流线曲率的流动，采用此模型进行计算是能够得到较为精准的模拟结果。1.4边界条件和起始条件

进行数值模拟时，流场分析时假定流场稳定，计算时各参数不随时间进行变化，在该模拟过程中，流体为不可压缩流体，流体的密度，粘度等物理因素不随时间进行变化，在该过程中，不涉及传热问题，流场视为等温场。在设置入口条件时，入口边界处设定为充分发展的流动，保证管道内置材料的充分稳定流动。2结果分析

模型结果分析模型采用以下三种不同的冲蚀模型来计算管道弯头表面的冲蚀磨损率，分别为：Finnie、DNV和E/CRC。这些冲蚀模型可以内置在专用“冲蚀”的节点中，并且可以在同一组的边界壁上使用以上多个冲蚀模型来分析解决管道的冲蚀磨损率。除以上三个计算模型外，本报告中还采用管道弯头处的速度流线分析，管道弯头处的压力等值线分析，管道内的粒子轨迹对模型进行更完整的冲蚀磨损分析。

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