催化裂化化学反应原理教学课件PPT 27页

'催化裂化化学反应原理一、单体烃催化裂化的化学反应二、烃类催化裂化反应机理三、石油馏分的催化裂化反应特点返回本章 石油馏分在固体催化剂上进行的催化反应是一个复杂的物理化学过程1、石油馏分是由各族烃类组成，各种单体烃分别进行多种反应，并且互相影响你知道吗？2、烃类在固体催化剂上的反应不仅与化学过程有关，而且还与原料分子与产物分子在催化剂上的吸附、扩散等传递过程有关。 一、单体烃催化裂化的化学反应（一）烷烃（二）烯烃（三）环烷烃（四）芳香烃返回本节 （一）烷烃烷烃主要发生分解反应，例如：烷烃分解时多从中间的C—C键处断裂，分子越大越容易断裂异构烷烃的反应速度比正构烷烃快 （二）烯烃烯烃是一次分解反应的产物，很活泼，反应速度快，在催化裂化过程中是一个重要的中间产物和最终产物分解反应烯烃发生的主要反应烯烃的分解反应速度比烷烃分解速度快得多遵循以下规律：(与烷烃相似）大分子的烯烃分解反应速度比小分子快；异构烯烃的分解速度比正构烯烃快 烯烃的异构化反应双键异构分子骨架异构烯烃空间结构的变化 烯烃的氢转移反应供氢剂受氢剂1、氢转移反应是放热反应你知道吗？2、氢转移反应是催化裂化反应所特有的反应，是造成催化裂化汽油饱和程度高的主要原因 烯烃的环化反应和芳构化反应烯烃可环化成环烷烃并脱氢成为芳烃 （三）环烷烃断环异构芳构化 （四）芳香烃连接在苯核上的烷基侧链易断裂成小分子的烯烃，而且断裂位置主要位于侧链同苯核连接的键上多环芳烃的裂化反应速度很低，它们的主要反应是缩合成稠环芳烃，最后生成焦炭 单体烃反应总结裂化反应是最主要、最重要的反应，对整个反应的热力学和动力学起决定作用，催化裂化由此得名氢转移反应是特征反应，反应速度不快，较低温度有利。氢转移反应的结果是使生成物中的一部分烯烃饱和，这是FCC产品饱和度较高的根本原因！芳构化反应的反应能力较弱，汽油ON的提高主要靠裂化和异构化反应 二、烃类催化裂化反应机理一组试验数据：C16烷烃热裂化与催化裂化产物中C数分布反应温度：500℃单位：mol/100mol十六烷产物C1C2C3C4C5C6C7C8C9热裂化531306023924161310催化裂化512971026450883返回本节 为什么裂化气体中为什么C3、C4烃比较多？正碳离子学说被公认为是解释催化裂化反应机理的比较好的一种学说 正碳离子学说所谓正碳离子是指缺少一对价电子的碳所形成的烃离子正碳离子是由烃分子上的C-H键异裂而生成的，或者说是由一个烯烃分子获得一个氢离子H+而生成的 ①在裂化催化剂上的Lewis酸可以引发烷烃生成正碳离子②烯烃可以由裂化催化剂的Brönsted酸引发生成正碳离子③芳烃亦能作为质子的受体，在Brönsted酸上形成正碳离子(1)正碳离子的引发 (2)下面我们通过对正十六烯的催化裂化反应来说明正碳离子学说①正十六烯从催化剂表面或已生成的正碳离子上获得一个H+而形成正碳离子；②大的正碳离子不稳定，由于正碳离子的吸引，极大的削弱了β处的C-C键，引起β键的断裂 ③生成的正碳离子是伯碳离子，不稳定，易于形成仲碳离子，然后接着在β位上断裂④正碳离子的稳定程度依次是叔碳离子>仲碳离子>伯碳离子，因此，生成的正碳离子趋于异构成稳定的叔碳离子⑤正碳离子将H+还给催化剂，本身变成烯烃，反应终止 (3)关于带烷基侧链的芳烃的反应历程(4)烷烃的反应历程烷烃分子与已生成的正碳离子作用而生成一个新的正碳离子 裂化类型催化裂化热裂化反应机理正碳离子机理自由基机理烷烃①异构烷烃的反应速度比正构烷烃高得多；②产物中C3、C4多，异构物多，≥C4的分子中含α-烯少。①异构烷烃的反应速度比正构烷烃快的不多；②产物中C1、C2多，异构物少，≥C4的分子中含α-烯多。烯烃①反应速度比烷烃快得多；②氢转移显著，产物中烯烃、尤其是二烯烃较少。①反应速度与烷烃相似；②氢转移很少，产物的不饱和度较高。环烷烃①反应速度与异构烷烃相似；②氢转移显著，同时生成芳烃。①反应速度比正构烷烃还要低；②氢转移反应不显著。带烷基侧链(≥C3)的芳烃①反应速度比烷烃快得多；②在烷基侧链与苯环连接的键上断裂。①反应速度比烷烃慢；②烷基侧链断裂时，苯环上留有1～2个碳的短侧链。烃类的催化裂化同热裂化的比较 从单体烃角度，讨论了催化裂化过程中发生的主要化学反应和反应机理，但这些研究还不能解决一些生产实际问题（如原料生焦）。在FCC反应过程中，石油馏分中的各种烃类相互之间究竟会发生什么影响？影响的结果又如何？ 三、石油馏分催化裂化反应特点（一）各烃类之间的竞争吸附和反应的阻滞作用（二）石油馏分的催化裂化反应是复杂的平行—顺序反应返回本节 气-固非均相催化反应过程外扩散原料分子由主气流扩散到催化剂外表面内扩散原料分子由催化剂外表面扩散到内表面吸附原料分子在催化剂内表面吸附反应原料分子反应生成产物脱附产物分子从催化剂内表面脱附内扩散产物分子从催化剂内表面扩散到外表面外扩散产物分子由催化剂外表面扩散到主气流反应先决条件构成表面化学反应FCC反应的控制步骤（一） 各种烃类在催化剂表面上的吸附能力：稠环芳烃>稠环环烷烃>烯烃>带烷基侧链的单环芳烃>环烷烃>烷烃化学反应速度的高低：烯烃>大分子单烷基侧链的单环芳烃>异构烷烃及环烷烃>小分子单烷基侧链的单环芳烃>正构烷烃>稠环芳烃 稠环芳烃占据了催化剂表面，但是它们反应速度慢，且不易脱附，甚至缩合生焦，干脆不离开催化剂表面了。这样大大妨碍了其它烃被吸附到催化剂表面上进行反应，从而使整个石油馏分的反应速度都降低 芳香基原料油、催化裂化循环油或油浆(其中含有较多的稠环芳烃)较难裂化，要选择合适的反应条件或者先通过预处理来减少其中的稠环芳烃而使其成为优质的裂化原料，如循环油可作如下处理：加氢→含环烷烃较多→优质裂化原料溶剂抽提分离出芳烃(化工原料)→裂化 （二）复杂的平行—顺序反应1、汽油、柴油并不是最终产物而是中间产物2、初次反应产物再继续进行的反应叫做二次反应。二次反应并非对我们的生产都有利，应适当加以控制 汽油产率有一最高点，应选择对柴油来说其产率也有一最高点，只是最高点出现在转化率较低的时候转化率并不是越高越好，应定为目的产率最高点的数值。'