第9章 催化裂化
高考化学 第9章(常见的有机化合物)第1节 烃、化石燃料的综合利用 考点(3)煤、石油和天然气的综合
常见的有机化合物李仕才第一节烃、化石燃料的综合利用考点三煤、石油和天然气的综合利用1．煤的综合利用(1)煤的组成煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，主要含有碳元素，还含有少量氢、氧、氮、硫等元素。
(2)煤的加工2．石油的综合利用(1)石油的成分：多种烷烃、环烷烃和芳香烃组成的混合物。
(2)石油的综合利用天然气的主要成分是CH4，它是一种清洁的化石燃料，更是一种重要的化工原料。
天然气与水蒸气反应制取H 2的原理为CH 4＋H 2O(g)――→高温催化剂CO ＋3H 2。
4．三大合成材料三大合成材料是指塑料、合成橡胶和合成纤维。
合成聚乙烯的化学方程式：nCH 2===CH 2――→引发剂2—CH 2，单体为CH 2===CH 2，链节为—CH 2—CH 2—，聚合度为n 。
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)1．煤中含有苯、甲苯、二甲苯等有机化合物。
( × ) 2．焦炭是煤干馏的一种重要产品。
( √ )3．常压分馏得到的汽油是混合物，没有固定的沸点。
( √ )4．裂化的目的是得到轻质油，裂解的目的是得到乙烯、丙烯等化工原料。
( √ ) 5．煤的干馏是化学变化，煤的气化和液化是物理变化。
( × ) 6．汽油与水互不相溶，可以用裂化汽油萃取溴水中的溴。
( × ) 7．聚乙烯、聚氯乙烯塑料制品可用于食品包装。
( × )一、煤、石油和天然气的综合利用1．下列关于煤、石油、天然气等资源的说法正确的是( ) A ．石油裂化得到的汽油是纯净物 B ．石油产品都可发生聚合反应 C ．天然气是一种清洁的化石燃料 D ．水煤气是通过煤的液化得到的气体燃料解析：石油裂化得到的汽油是混合物，A 项错误；烷烃不能发生聚合反应，B 项错误；水煤气是煤气化的产物，D 项错误。
答案：C2．下列关于煤、石油和天然气的说法正确的是( ) A ．煤的干馏是将煤在空气中加强热使之分解的过程 B ．煤的气化是将其通过物理变化转化为气态的过程 C ．天然气除了作燃料之外，还可用于合成氨和生产甲醇等 D ．石油分馏可获得乙酸、苯及其衍生物解析：煤的干馏是在隔绝空气的条件下加强热分解的过程，A 项错误；煤的气化是碳与水蒸气发生化学反应，生成水煤气的过程，B 项错误；石油分馏不可能得到乙酸，D 项错误。
催化裂化原理
4
4.1 概述
二、催化裂化的发展历程 催化裂化自1936年实现工业化至今经历了四个阶段： 固定床、移动床、流化床和提升管。
Fixed Bed
Moving Bed
5
4.1 概述
Fluid Bed
Lift Pipe
在全世界催化裂化装置的总加工能力中，提升管催化
裂化已占绝大多数。
6
4.1 概述
三、催化裂化主要发展方向 1、加工重质原料
25
4.3 烃类的催化裂化反应
H C H 3CC H 3
+
H + (C at.)+C H 3C HC H 3
思考1：为什么催化裂化产物中少C1、C2，多C3、C4？ 正碳离子分解时不生成＜C3、C4的更小正碳离子。 思考2：为什么催化裂化产物中多异构烃？
伯、仲正碳离子稳定性差，易转化为叔正碳离子。
20
4.3 烃类的催化裂化反应
2、正碳离子机理
以正n-C16H32来说明。 (1)生成正碳离子
正n-C16H32得到一个H＋，生成正碳离子。如
H
H
n -C 5 H 1 1CC 1 0 H 2 0+H + n -C 5 H 1 1CC 1 0 H 2 1
+
(2)β断裂
大正碳离子不稳定，容易在β位置上断裂，生成一个烯
若正碳离子为伯正碳离子，易变成仲碳离子，再进行β 断裂，甚至异构化为叔正碳离子，再进行β断裂。
22
4.3 烃类的催化裂化反应
C H 2C 8H 17 +
C H 3C HC 7H 16 +
C H 3C HC H 2+C H 2C 5H 11 +
石油化学与石油炼制习题
第二章思考题1. 为什么H/C原子比可以作为表征石油化学组成的一个基本参数？2. 按照馏分组成，石油可以分为哪几个馏分？各个馏分分别有什么用途？3. 石油的烃类组成有哪几种表示方法？各自的含义是什么？4. 不同类型的石油，其烃族组成与结构族组成有何规律？5. 石油中的含硫化合物主要有哪些？它们各自有何特点？6. 石油中的含硫、含氮、含氧化合物以及微量金属元素对石油加工过程有何危害？7. 判断陆相成油与海相成油的标准是什么？陆相与海相形成的石油从组成上各自有什么特点？8. 胶质与沥青质各自的结构特征是什么？第三章思考题1. 石油的恩氏蒸馏曲线与实沸点蒸馏曲线有何差别？2. 石油的平均沸点有哪几种表示方法？3. 石油馏分的分子量分布有何规律？4. 烃类的相对密度与其化学结构有何关系？5. 烃类分子的折射率与其化学结构之间有何关系？6. 烃类的粘度与其化学组成结构的有何关系7. 粘度与温度之间有什么关系？粘温性质的表示方法是什么？8. 表示石油及其产品低温流动性的质量指标是什么？9. 石油产品的粘温凝固与构造凝固之间有何差别？10. 石油产品的闪点、燃点以及自燃点之间有何关系？第四章思考题1、石油产品可以分为哪几大类？2、简述汽油机、柴油机的工作过程，它们有什么本质区别？3、为什么汽油机的压缩比不能设计太高，而柴油机的压缩比可以设计很高？4、什么是辛烷值？其测定方法有几种？提高辛烷值的方法有那些？5、车用汽油的主要质量指标有那些？它们的使用意义是什么？6、反映航空汽油的抗爆性用什么指标？航空汽油的组成有那些、理想组分是什么？7、反映航空汽油燃烧性能优劣的二项质量指标是什么？各有何实用意义？8、为什么航空汽油的芳烃含量要加以控制？9、什么是十六烷值？提高十六烷值的方法是什么？10、为什么含烷烃多的馏分是轻柴油的良好组分？但为什么在柴油中又要含有适量的芳烃？11、轻柴油的十六烷值是否越高越好？为什么？12、为什么对轻柴油的馏程要有一定的要求？13、汽油、轻柴油、重质燃料油、石蜡、地蜡、沥青的商品牌号分别依据哪种质量指标来划分？第五章1、原油分类的目的是什么？分类的方法有哪些？2、原油评价的目的是什么？评价的类型有几种？3、原油综合评价包括哪些内容？4、什么是实沸点蒸馏及平衡蒸发？5、什么是原油的性质曲线？它有什么特性？它是如何绘制的？有何用途？换算为平衡汽化数据7、什么叫特性因数分类法？8、什么叫石蜡基原油？9、什么叫中间基原油？10、什么叫环烷基原油？11、什么叫关键馏分特性分类法？第6章1、大庆原油的特性及其加工流程（1）大庆原油属于什么原油？（2）大庆原油的一次加工产品有什么特点？（3）大庆原油是什么石油产品的理想原料？（4）大庆原油的典型加工流程是什么？2、胜利原油评价及其加工流程（1）胜利原油属于什么原油？（2）胜利原油的一次加工产品有什么特点？（3）胜利原油的典型加工流程是什么？（4）孤岛原油有什么特点？（5）单家寺原油有什么特点？第7章石油蒸馏1、什么叫恩氏蒸馏、什么是恩氏蒸馏曲线？2、什么是实沸点蒸馏曲线？3、什么是平衡汽化曲线？4、三种曲线有什么关系、有什么特点？5、把表7-13中的恩氏蒸馏曲线进行换算。
催化裂化技术.
①.散式流化态: 颗粒均匀地分布在整个流化床内且随着 流速的增加床层均匀膨胀，床内孔隙率均匀 增加，床层上界面平稳，压降稳定、波动很 小。因此，散式流化态是较理想的流化状态。 一般流-固两相密度差较小的体系呈现散式流 态化特征，如液-固流化床。 ②.聚式流化态: 颗粒在床层的分布不均匀，床层呈现两 相结构：一相是颗粒浓度与空隙率分布较为 均匀且接近初始流态化状态的连续相，称为 乳化相；另一相则是以气泡形式夹带少量颗 粒穿过床层向上运动的不连续的气泡相，因 此又称为鼓泡流态化。
四、催化裂化的方法 1、固定床： 反应和再生过程是在同一设备中交替进行， 属于间歇式操作。为了使整个装置能连续生产， 就要用几个反应器轮流的进行反应和再生。因 此这种装置的设备结构复杂，生产能力小，钢 材耗量大，操作麻烦，工业上早已被淘汰。 2、移动床： 移动床催化裂化，使用直径约3mm的小 球催化剂，起初是用机械提升的方法在两器间 运送催化剂，后来改为空气提升，生产能力较 固定床大为提高，产品质量也得到改善。由于 催化剂在反应器和再生器内靠重力向下移动， 速度缓慢，所以对设备磨损较小，不过移动床 的设备结构仍比较复杂，钢材耗量比较大。
催化裂化技术
第一章 概述
一、催化裂化技术 二、催化裂化技术发展状况 三、催化裂化反应类型 四、催化裂化的方法 五、催化裂化的目的及意义
第二章 工艺叙述
一、反应-再生系统 二、分馏系统
三、吸收—稳定系统
四、余热锅炉系统 五、反应系统主要设备
第一章
概述
一、催化裂化技术 催化裂化（Fluid Catalytic Cracking）是石油炼制 过程之一，是在热和催化剂的作用下使重质油发生裂 化反应，转变为裂化气、汽油和柴油等的过程。催化 裂化原料是原油通过原油蒸馏（或其他石油炼制过程） 分馏所得的重质馏分油;或在重质馏分油中掺入少量渣 油,或经溶剂脱沥青后的脱沥青渣油；或全部用常压渣 油或减压渣油。在反应过程中由于不挥发的类碳物质 沉积在催化剂上，缩合为焦炭，使催化剂活性下降， 需要用空气烧去（见催化剂再生），以恢复催化活性， 并提供裂化反应所需热量。催化裂化是石油炼厂从重 质油生产汽油的主要过程之一。所产汽油辛烷值高 （马达法80左右），裂化气（一种炼厂气）含丙烯、 丁烯、异构烃多。
9烷烃
Br CH3CHCH3 + Br2 CH3 127 oC hv CH3CHCH2Br + CH3CCH3 CH3 < 1% CH3 > 99%
97%
溴化
V1oH : V2oH: V3oH = 1 : 82 : 1600
推论：3oH最易被取代，2oH次之，1oH最难被取代。
第9章有机化学 第二章 烷烃 烷烃的化学性质
解释下列实验现象
⑴ 为什么甲烷光照后与氯气在黑暗中混合，不发生反应？ ⑵ 为什么第二步不能生成一氯甲烷和氢自由基？ ⑶为什么反应不能停留在一氯代烷，而生成多氯代烷？
画出反应的能线图
位能
+HCl E活 CH3 ·
指导实验
从烷烃与卤素的反应可以看出，化学工作者应建 立起以实验为依据的思维方式。
第9章有机化学 第二章 烷烃 烷烃的化学性质
五 烷烃的天然来源 (1) 石油(分馏产物); (2) 天然气 干天然气--甲烷86%~99%(体积) 湿天然气--甲烷60%~70%,还含有一定的乙烷, 丙烷,丁烷等气体. (3) 油田气--低级烷烃,如甲烷,乙烷,丙烷,丁烷和戊烷等; (4) 煤层气,沼气--甲烷等; (5) 甲烷冰.
第9章有机化学 第二章 烷烃 烷烃的化学性质
二 烷烃的氧化 1 部分氧化
2 燃烧
CH4 O2, 460
20ptm
CH3OH + HCHO
CnH2n+2 + O2
nCO2 + (n+1) H2O + Q
烷烃完全燃烧生成二氧化碳和水，同时放出大量的热。
第09章 天然气制合成油
Syntroleum公司的工艺
水蒸汽
低能值尾气 去能量回收
7 5
3
未处理水
4
6
高压蒸汽 H2
重质石蜡烃 9
8
石脑油 煤油 柴油
石蜡
Syntroleum GTL工艺流程
1－空气压缩机；2－天然气压缩机；3－自热转化器；4－加热器； 5－F-T 反应器；6－热分离器；7－冷分离器； 8－加氢裂化器；9－分馏塔
mn 1 a an1
a rp rp rt
mn- 具有n个碳原子的 烃类产物的摩尔分数
a- 碳链增长概率
rp- 链增长速率 rr- 链终止增长速率
F-T合成烃的ASF分布
9.2.5 费-托合成催化
剂
GTL 最为关键的技术就是F-T催化剂的开发和利用。 从已开发并使用的催化剂来看，大多为铁基或钴基催化剂， 并且钴基催化剂更具发展规律前途 。
浆态床反应器和钴基催 化剂
采用Shell公司茂催化剂， 浆态床反应器或固定床反应器， 由改进型费托工艺合成重 钴基催化剂 质烷烃
炼制过程由分馏、异 构化、烷基化、齐聚、 加氢处理和铂重整组 成．产品为汽油、车用 柴油、煤油、轻、重工 业甲醇和燃料油．
F-T合成热力学分析结论
（1）在正常F-T合成条件下，CO与H2的反应，在热力学上 大多数为强放热反应，温度过高不利于反应的进行。
（2）从热力学上来说，在温度为50～350℃的范围内，F-T 合成反应产物形成的概率按顺序CH4＞饱和烃＞烯烃＞含氧 化合物而降低，即反应更容易生成甲烷和饱和烃。
（3）在正常F-T合成条件下，CO与H2的反应，在热力学 上大多数为强放热反应，温度过高不利于反应的进行。
大量实验已表明，烯烃做为F-T合成中间产 物会重新在催化剂表面吸附，并再次参与F-T合成反 应，可能的二次反应包括：加氢生成烷烃、异构化、 裂解反应、插入反应等。
重油催化裂化基础知识
重油催化裂化基础知识广州石化总厂炼油厂重油催化裂化车间编一九八八年十二月第一章概述第一节催化裂化在炼油工业生产中的作用催化裂化是炼油工业中使重质原料变成有价值产品的重要加工方法之一。
它不仅能将廉价的重质原料变成高价、优质、市场需要的产品，而且现代化的催化裂化装置具有结构简单，原料广泛（从瓦斯油到常压重油），运转周期长、操作灵活（可按多产汽油、多产柴油，多产气体等多种生产方法操作），催化剂多种多样，（可按原料性质和产品需要选择合适的催化剂），操作简便和操作费用低等优点，因此，它在炼油工业中得到广泛的应用。
第二节催化裂化生产发展概况早在1936年美国纽约美孚真空油公司（SoCony vacu um co）正式建立了工业规模的固定床催化裂化装置。
由于所产汽油的产率及辛烷值均比热裂化高得多，因而一开始就受到人们的重视，并促进了汽车工业发展。
如图所示，片状催化剂放在反应器内不动，反应和再生过程交替地在同一设备中进行、属于间歇式操作，为了使整个装置能连续生产，就需要用几个反应器轮流地进行反应和再生，而且再生时放出大量热量还要有复杂的取热设施。
由于固定床催化裂化的设备结构复杂，钢材用量多、生产连续性差、产品收率及性质不稳定，后为移动床和流化床催化裂化所代替。
第一套移动床催化裂化装置和第一套流化床催化裂化（简称FCC 装置都是1942年在美国投产的固定床反应器移动床催化裂化的优点是使反应连续化。
它们的反应和再生过程分别在不同的两个设备中进行，催化裂化在反应器和再生器之间循环流动，实现了生产连续化。
它使用直径约为3毫米的小球型催化剂。
起初是用机械提升的方法在两器间运送催化剂，后来改为空气提升，生产能力较固定床大为提高、产品质量也得到了改善。
由于催化剂在反应器和再生器内靠重力向下移动、速度很缓慢，所以对设备磨损很小，但移动床的设备仍较复杂，耗钢量仍较大，特别是处理量在80 万吨/年以上的大型装置、移动床远不如流化床优越。
第9章稀土元素-习题答案
第九章稀土元素【习题答案】9.1 什么叫内过渡元素？什么叫镧系元素？什么叫稀土元素？解：内过渡元素：指镧系和锕系元素，位于f区，也称为内过渡元素。
镧系元素：从57号元素镧到第71号元素镥，共15种元素，用Ln表示。
稀土元素：是15个镧系元素加上钪（Sc）和钇（Y），共计17个元素。
9.2 从稀土元素的发现史，你能得到何种启示？解：请阅读“9.1.1 稀土元素的发现”一节的内容，体会科学研究的精神。
9.3 稀土元素在地壳中的丰度如何？主要的稀土矿物有哪些？世界和我国的稀土矿藏分布情况如何？解：稀土元素在地壳中的丰度如下表所示：元素名称Sc Y La Ce Pr Nd Pm Sm 丰度/g·t－1 5 28.1 18.3 64.1 5.53 23.9 4.5×10－20 6.47元素名称Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 丰度/g·t－1 1.06 6.36 0.91 4.47 1.15 2.47 0.20 2.66 0.75主要的稀土矿物有独居石、氟碳铈矿、磷酸钇矿等。
我国稀土资源极其丰富，其特点可概括为：储量大、品种全、有价值的元素含量高、分布广。
已在18个省市发现蕴藏各类稀土矿，储量占世界已探明稀土矿藏的55％左右。
南方以重稀土为主，内蒙古以轻稀土为主。
在内蒙古包头市北边白云鄂博，称为“世界稀土之都”，储量占全国储量70％以上。
国外稀土资源集中在美国、印度、巴西、澳大利亚和俄罗斯等国。
9.4 如何从稀土矿物中提取稀土元素？解：从稀土矿物中提取稀土元素主要包括三个阶段：（1）精矿的分解：利用化学试剂与精矿作用使稀土元素富集在溶液或沉淀中，与伴生元素分离开来。
方法可分为干法和湿法。
（2）化合物的分离与纯化：从混合稀土氧化物或混合稀土盐中分离出单一的稀土元素。
方法有分级结晶法、分级沉淀法、选择性氧化还原法、离子交换法、溶剂萃取法等。
（3）稀土金属的制备：通常采用熔融盐电解和热还原法。
炼油工艺基础知识--最全
炼油工艺基础
➢恩氏粘度 恩氏粘度是条件性粘度，常用于表示油品的粘度。
含有大量甲烷和少量乙烷、丙烷的天然气称为干气，除含 有较多的甲烷、乙烷外，还含有少量易挥发的液化烃（如戊烷、 己烷、辛烷）的天然气称为湿气。
烷烃的密度最小，粘温性最好，是燃料与润滑油的良好组 分。正构烷烃是压燃式内燃机燃料的良好组分，但正构烷烃的 含量也不能过多,否则凝点高,低温流动性差。异构烷烃是点燃 式内燃机的良好组分。
➢ 冰点：是在规定条件下冷却油品到出现结晶后，再使其升温， 使原来形成的结晶消失时的最低温度。同一油品的冰点比结 晶点高1～3℃。 同一油品：浊点>冰点>结晶点。
炼油工艺基础
3、 凝点、倾点和冷滤点 ➢ 是原油、柴油、润滑油和燃料油的重要使用性能指标。目
前国内正逐步采用以倾点代替凝点、用冷滤点代替柴油凝 点。 ➢ 对于石油产品，没有固定的“冰点”，也没有固定的“溶 点”。所谓油品的“凝点”是在严格的仪器、操作条件下 测 得 油 品 刚 失 去 流 动 时 的 最 高 温 度 。 (Condensation Point) ➢ 倾点：是指油品能从规定仪器中流出的最低温度，也称为 流动极限，它比凝点能更好地反映油品的低温性能，被规 定作为ISO标准。(Pour Point) ➢ 冷滤点：是在规定的压力和冷却速度下，测得20ml试油开 始不能全部通过363目/in2的过滤网时的最高温度。冷滤点 能较好地反映柴油的泵送和过滤性能，与实际使用情况有
催化加氢、裂化及重整
催化加氢、裂化及重整目录第一章催化加氢 (2)一、加氢处理反应 (2)二、烃类加氢反应 (3)三、加氢处理工艺流程 (8)四、加氢裂化工艺流程 (8)五、影响加氢的因素 (9)第二章催化裂化 (9)一、催化裂化 (10)二、催化裂化的化学反应 (10)三、原料、产品 (12)四、装置类型 (18)第三章催化重整编辑 (19)一、催化重整 (19)二、化学反应 (19)三、催化剂 (19)四、过程条件 (19)五、工艺流程 (20)六、应用和发展 (20)第四章加氢反应器和催化裂化反应器 (21)一、加氢反应器 (21)二、催化裂化反应器 (26)第一章催化加氢一、加氢处理反应1.加氢脱硫反应（HDS）石油馏分中的硫化物主要有硫醇、硫醚、二硫化合物及杂环硫化物，在加氢条件下发生氢解反应，生成烃和H2S，主要反应如：RSH +H2RH+H2SR S R+2H2+H2S(RS)2+3H22RH+2H2SS +4H2R C4H9+H2SRS +2H2+H2S各种硫化物在加氢条件下反应活性因分子大小和结构不同存在差异，其活性大小的顺序为：硫醇＞二硫化物＞硫醚≈四氢噻吩＞噻吩。
噻吩类的杂环硫化物活性最低。
并且随着其分子中的环烷环和芳香环的数目增加，加氢反应活性下降。
2.加氢脱氮反应（HDN）石油馏分中的氮化物主要是杂环氮化物和少量的脂肪胺或芳香胺。
在加氢条件下，反应生成烃和NH3主要反应如下：R CH2NH2+H2R CH3+NH3N+5H2C5H12+NH3N+7H2C3H7+NH3NH+4H24H10+NH3加氢脱氮反应包括两种不同类型的反应，即C=N 的加氢和C－N键断裂反应，因此，加氢脱氮反应较脱硫困难。
加氢脱氮反应中存在受热力学平衡影响的情况。
馏分越重，加氢脱氮越困难。
主要因为馏分越重，氮含量越高；另外重馏分氮化物结构也越复杂，空间位阻效应增强，且氮化物中芳香杂环氮化物最多。
3.加氢脱氧反应（HDO ）石油馏分中的含氧化合物主要是环烷酸及少量的酚、脂肪酸、醛、醚及酮。
高中化学选修5有机化学基础第九章重要有机化合物知识点难点重点考点汇总高考复习必备
第9章 重要的有机化合物 第1节 认识有机化合物 石油和煤 重要的烃考纲 考情三年20考 高考指数：★★★★★1.了解有机化合物中碳的成键特征，了解有机化合物的同分异构现象。
2.了解甲烷、乙烯、苯等有机化合物的主要性质。
【知识梳理】一、有机化合物、甲烷及烷烃的结构和性质。
1.有机化合物：有机化合物是指含_______的化合物，仅含有_____两种元素的有机物称为烃。
2.甲烷的结构和性质： (1)组成和结构。
分子式电子式结构式空间构型CH 4(2)物理性质。
颜色 状态 溶解性 密度 _____ 气态___溶于水比空气(3)化学性质。
①稳定性：及强酸、强碱和强氧化剂等一般不发生化学反应。
②燃烧反应：化学方程式为_____________________。
③取代反应：在光照条件下及Cl2发生取代反应，第一步反应的方程式为_________________________，继续反应依次又生成了二氯甲烷、三氯甲烷和四氯甲烷。
3.取代反应的概念：取代反应是指有机物分子里的某些原子或原子团被其他原子或原子团所_____的反应。
4.烷烃：(1)通式：______(n≥1)。
(2)结构特点：每个碳原子都达到价键饱和。
①碳原子之间以碳碳_____结合成链状。
②剩余价键全部及_______结合。
(3)物理性质：随分子中碳原子数的增加，呈规律性的变化。
①常温下的状态由气态到液态到固态。
②熔沸点逐渐_____。
③密度逐渐_____。
(4)化学性质：类似甲烷，通常较稳定，在空气中能燃烧，光照下及氯气发生取代反应。
如烷烃完全燃烧的通式为____________________________________。
【微点拨】(1)甲烷及氯气的取代反应是逐步进行的，反应过程中往往4步反应同时进行，得到的有机产物是混合物；所有有机产物都不溶于水，常温下，一氯甲烷是气体，其他三种均为液体。
(2)烷烃及Cl2的取代反应，每取代1 mol氢原子，需要消耗1 mol Cl2。
《石油炼制工程2》综合复习资料
《石油炼制工程2》综合复习资料第八章热加工过程一．判断题1．在热裂化条件下，大分子的裂解速度比小分子慢。
2．芳香烃在受热条件下容易开环形成烷烃或烯烃。
3．热裂化的主要生产目的是低粘度燃料油。
4．烃类分子中的C-H键能大于C-C键能。
5．胶质沥青质在热加工过程中只发生缩合反应。
二．填空题1．在热反应条件下，石油重馏分及重残油在高温下主要发生两类反应，即和。
2．烃类热反应的机理是。
3．在所有二次加工工艺中，焦炭能作为产品的工艺是。
4．焦化气体中以为主。
5．焦化过程的产物有，，，和。
三．简答题简述焦化过程的影响因素。
第九章催化裂化（FCC）一．判断题1．催化剂的颗粒密度小于堆积密度。
2．正碳离子的稳定性为：甲基>叔碳>仲碳>伯碳。
3．各种烃类在裂化催化剂上的吸附能力与反应速度是一致的。
4．随着催化剂表面积炭的增加，其活性降低。
5．辛烷值助剂最常用的活性组分是ZSM-5分子筛。
6．催化裂化气体中的C1、C2含量比热裂化气体高7．催化裂化的反应速度是由内扩散控制的。
8．在催化裂化的吸收稳定系统中，稳定塔的塔底出脱乙烷油。
9．催化剂的活性取决于它的结构和组成。
10．催化裂化是复杂的平行-顺序反应，反应深度对产品的分布和质量有重要影响。
11．催化裂化中反应油气在提升管反应器中的停留时间一般小于1秒。
12．催化裂化分馏塔与常规分馏塔没有很大区别。
13．催化裂化装置中剂油比是指催化剂藏量与新鲜原料量之比。
14．催化裂化反应中，正构烷烃的反应速度比异构烷烃要快。
15．烯烃在催化裂化过程中可发生环化反应。
16．提高再生器中的过剩氧浓度有利于催化剂的烧焦。
二．填空题1．催化裂化装置的吸收-稳定系统主要有、、和四个塔组成。
2．反应是造成催化裂化汽油饱和度较高的主要原因。
3．气-固输送可以根据密度不同而分为稀相和密相输送，通常以为划分界限，根据这一原则，提升管内属输送范围，待生斜管内属于输送范围。
4．重油催化裂化再生器的取热方式主要有和。
化工-第九章 多相反应过程
则A的吸附为控制步骤。
③脱附控制：
当反应 R R+ 为控制步骤： 脱附速率rA： k[ p A pB / ps pR / K )] rA 1 K A p A K B pB K s ps ( K R K )( p A pB / ps ) 一般形式： （推动力项） k r= n （吸附项）
法国国家科学研究中心近日发布的材料介绍说， 根据双方刚刚签署的协议，法日两国的多所研究 机构和大学将共同参加“催化与环境”国际研究 小组。在未来4年里，研究小组的主攻课题是减 少氮氧化物、开发燃料电池以及发展绿色化工等。 法日两国科学家在环境催化领域的合作已有10多 年历史，并取得了可喜成果。法国国家科学研究 中心称，国际社会目前面临着保护环境和节约能 源的严峻挑战，双方组建新的联合研究小组，目 的以加强双方在环境催化领域的研究与合作，促 进绿色化工的进步。 大大提高环境催化技术的 水平，进一步推动新型化工的可持续发展。
内扩散过程对整个反应的影响： ①内扩散效率因子与内表面利用率： 研究内表面上的实际反应量和理论反应量的关系，两 者之比为内扩散效率因子η2（内部效率因子）。
le 0 2 n l kc0 l
l
kc n dl
le :内孔有效长度；c0 :气流主体浓度；
表示存在内扩散阻力时，微孔表面上有一部分被利用 了，另一部分没有被用于反应。所以内扩散效率因子 也可以理解为内表面利用率。
内扩散阻力大小的判断： 表观活化能和反应级数： 内扩散阻力较大时，表观活化能趋于：1/2（E反+E扩）； 反应级数趋于：1/2（n+1）。 反应速率和选择率减少催化剂颗粒直径：若反应速率和选择 率随催化剂颗粒直径减小而提高，则内扩散阻力影响不能忽 视。
7催化裂化
14
催化裂化的主要化学反应类型
1、分解反应
分解反应是主要反应，是烃类的C—C键断裂。易 从中间断裂，分子越大越易断裂。 正十六烷反应速度是正十二烷的2.5倍 异构烷比正构烷易断裂，异构烷多在β位断裂。 烯烃分解反应规律与烷烃相似，速度比烷烃高 环烷烃分解反应：断环和断侧链 芳烃环不易打开，易断侧链，侧链越长越易断裂
2
第一节 概述
一、催化裂化在炼油工业中的作用
催化裂化是使重质馏分油或重油、渣油在催化剂 存在下，在温度为460~530℃和压力为0.1~0.3MPa 条件下, 经过以裂解为主的一系列化学反应, 转化 成气体、汽油、柴油以及焦炭等的过程。
3
对轻质油的需求量大，质量要求高 原油常减压蒸馏轻质油10~40%，MON40~60 我国车用汽油中催化裂化汽油占80%以上，催 化汽油RON可达~90 催化裂化是重质油轻质的主要手段 2001年底，中国的实际原油加工能力为 280Mt/a， 催化裂化加工能力约为 100 Mt/a ，催化裂化占 原油加工能力之比为35.7%。 催化裂化是提高炼厂经济效益的重要加工过程
4
二、催化裂化发展简介
催化裂化包括反应和再生过程。 1936年：固定床 特点：设备结构复杂，生产能力小，钢材耗量 大，操作麻烦 40年代：移动床、流化床 移动床：3mm小球催化剂，设备复杂，经济上 不及流化床。 流化床：20~100μm微球催化剂。设备结构简单， 操作灵活，床层返混，产品质量和产率不如移 动床。
《化学工艺学》习题集
《化学工艺学》习题集《化学工艺学》习题集目录第一部分每章重点 (1)第二章化工资源及其初步加工 (1)第三章通用反应单元工艺 (1)第四章无机化工反应单元工艺 (2)第五章有机化工反应单元工艺 (2)第一节烃类热裂解 (2)第二节氯化 (3)第三节烷基化 (3)第四节水解和水合 (3)第五节羰基合成 (3)第六章煤化工反应单元工艺 (4)第一节煤的干馏 (4)第二节煤的气化 (4)第四节煤的液化 (4)第二部分各章习题及模拟试题 (5)第二章化工资源及其初步加工 (5)第三章通用反应单元工艺 (7)第一节氧化 (7)第二节氢化和脱氢 (10)第三节电解 (12)第四章无机化工反应单元工艺 (14)第五章有机化工反应单元工艺 (15)第一节烃类热裂解 (15)第二节氯化 (16)第三节烷基化 (17)第四节水解和水合第五节羰基合成 (19)第六章煤化工反应单元工艺 (20)第一节煤的干馏 (20)第二节煤的气化第三节煤的液化 (21)模拟试题一 (22)模拟试题二 (25)第一部分每章重点第二章化工资源及其初步加工1. 化学矿的资源特点和分布状况2. 煤的种类和特征3. 煤的化学组成和分子结构4. 腐植煤的生成过程5. 煤的风化和煤的存储方法6. 原油预处理原理和过程7. 原油常减压蒸馏工艺过程8. 汽油的质量指标9. 催化裂化和加氢裂化原理、催化剂和工艺过程10. 催化重整和芳烃抽提原理和工艺流程11. 天然气的分类及其组成12. 天然气的初步加工处理流程第三章通用反应单元工艺1. 烃类的分子结构与氧化难易程度的关系2. 各氧化工艺的反应原理、工艺流程及工艺过程分析3. 氧化反应的安全生产技术和技术进展2. 氢化和加氢的反应原理3. 各氢化和加氢反应的工艺流程及工艺条件的选择4. 氢化和加氢反应器5. 电解的概念和基本原理6. 食盐水电解制氯气和烧碱工艺及设备第四章无机化工反应单元工艺1. 焙烧、煅烧和烧结的相同点和不同点2. 焙烧、煅烧和烧结工艺的应用3. 浸取的原理及典型的浸取过程4. 浸取器的结构5. 湿法磷酸的工艺原理、工艺流程及优化6. 复分解生产硝酸钾、硫酸钾的原理和工艺过程第五章有机化工反应单元工艺第一节烃类热裂解1. 烃类热裂解反应、原理及其规律2. 裂解的工艺流程和工艺条件的选择3. 裂解炉的结构及其发展4. 裂解气预分馏流程5. 工业清焦方法6. 裂解气净化原理、方法及工艺过程7. 精馏分离流程的组织第二节氯化1. 氯化反应机理2. 乙烯氧氯化制氯乙烯原理、催化剂、工艺流程及其优化3. 环氧氯丙烷的生产方法及其工艺流程第三节烷基化1. 烷基化基本原理2. 烷基化汽油、甲基叔丁基醚和乙苯合成的原理、工艺条件及工艺流程第四节水解和水合1. 水解和水合的基本原理2. 油脂水解制甘油和脂肪酸的原理及工艺流程3. 乙烯气相水合制乙醇、环氧乙烷水合制乙二醇的工艺原理、工艺条件及工艺流程第五节羰基合成1. 羰基化原理2. 丁、辛醇的合成原理、工艺条件及工艺流程3. 甲醇低压羰基化制醋酸原理及工艺流程第六章煤化工反应单元工艺第一节煤的干馏1. 煤的低温干馏产品性质及其影响因素2. 不同的煤低温干馏炉及其工艺3. 炼焦配煤的质量要求4. 焦炉设备5. 各种焦化产品的回收和加工原理及过程第二节煤的气化1. 煤的气化原理2. 煤的气化过程及设备第四节煤的液化1. 煤加氢液化原理、工艺条件及工艺过程2. 煤间接液化工艺流程3. 甲醇转化制汽油原理及工艺流程第二部分各章习题及模拟试题第二章化工资源及其初步加工一、填空1. 中国化学矿资源的分布的三个特点是：资源比较丰富，但分布不均衡；高品位矿储量较少；选矿比较困难，利用较为复杂。
石油化学_下篇5_第09章_催化裂化
CH3C=CH2 CH3
-819.3
24/68
2 催化裂化反应 2.1 催化裂化反应机理 2.1.1 正碳离子链反应的引发
烯烃与质子结合∶
烯烃分子越大，与质子结合越容易 生成正碳离子趋势，叔碳 > 仲碳 > 伯碳
烯烃与正碳离子结合
正碳离子与—烯烃结合的通式∶ R+
+ 1-CnH2n RCH2—+CH—(CH2)n-
3CH3
25/68
2 催化裂化反应 2.1 催化裂化反应机理 2.1.1 正碳离子链反应的引发
（2）芳香烃与质子酸作用
H
H
+
H+
+
（3）由烷烃生成正碳离子
烷烃在非质子酸（L酸）中心处脱去H-
RCH2CH3 + L R—+CH—CH3 + LH-
26/68
2 催化裂化反应 2.1 催化裂化反应机理 2.1.1 正碳离子链反应的引发
916 KJ/mol 869 KJ/mol
CH3 CHCH3 CH3— +C —CH3 + HCH3 CH3
706 KJ/mol
27/68
2 催化裂化反应 2.1 催化裂化反应机理 2.1.1 正碳离子链反应的引发
而是∶ RCH2CH3 CH2=CH2 + RH 热裂解 CH2=CH2 + H+[Cat]- CH3—+CH2 + [Cat]RCH2CH3 + CH3—+CH2 CH3—CH3
催化裂化过程∶
原料油与循环油混合，从提升 管反应器下部喷入，与再生后 的高温催化剂接触，随即升温、 气化并发生反应。
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以及旋风分离器中与催化剂迅速分离。
石油化学备课
催化裂化装臵由三个部分组成：
反应－再生系统，反应生成的焦炭沉积在
催化剂的表面，含焦炭的催化剂（待生催
化剂）分离出油气后从待生斜管进入催化
剂再生器，在700℃左右的温度下用空气
烧焦，除去表面的积炭 ，使催化剂的活性
得以恢复。再生后的催化剂经过再生斜管
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第九章 催化裂化
本章的主要内容： 烃类的催化裂化反应 催化裂化催化剂 催化裂化反应的影响因素 催化裂化反应及再生动力学模型 其它催化裂化工艺
石油化学备课
第一节 概述
一、催化裂化原料与产品
催化裂化（Catalytic cracking）是在热和催 化剂的作用下使重质油发生裂化反应，并 转化为裂化气、辛烷值较高的汽油、柴油 等产品的加工过程。
产品 收率 m%
产品 质量
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二、催化裂化催化剂
催化裂化催化剂： 天然白土。 无定形的合成硅酸铝。
以无定形的合成硅酸铝为基质并含有适
量的结晶型硅酸盐的沸石分子筛，其形
状为20～100微米的微球。
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三、催化裂化技术的发展状况
发展催化裂化技术的缘由： 一方面由于直馏汽油和柴油在数量上不 能满足需要。 另一方面直馏汽油的辛烷值太低，也不 能直接作为汽油机的燃料。
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1936年，催化裂化技术实现了工业化，经
过近70年的的发展，无论是从规模还是从
技术上催化裂化技术都有了巨大的发展。
催化裂化工艺最初发展时采用的是固定床
反应器和移动床反应器，现已全部采用流 化床反应器，故催化裂化又称为流化催化 裂化（Fluid Catalytic Cracking，简称 FCC工艺）。
催化裂化是一个脱碳的过程，原料在裂化时
一方面要生成氢碳原子比较高、分子量较小
（相对于原料而言）轻质油和气体，同时也
要缩合生成一部分氢碳原子比较低的产物，
甚至是焦炭，这样催化剂在反应过程中很快
就会被焦炭所覆盖而失去其活性。
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因而只有将催化剂表面的焦炭脱除，才 能使催化剂恢复活性、循环使用，一般 采用烧焦的方式脱除催化剂表面的焦炭。 因此催化裂化装臵必须包括反应和催化 剂再生两个部分。
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正构烷烃的碳链越长，其内部的碳原子越
容易形成正碳离子，其反应速度也就越快，
转化率越高。
石油化学备课 表9-2-3 己烷异构化程度对催化裂化转化率的影响
己烷异构体
C
C C C
转化率，m%
13.8
C
C
C
C
C
C C C
C
C C
C
C C C C C C C
C C C C C
24.9 25.4
送回反应器循环使用。
石油化学备课
分馏系统，由反应器来的反应产物油气 从分馏塔的底部进入，在分馏塔中分成 几个馏分，塔顶为汽油与富气，侧线为 轻、重柴油以及回炼油，塔底为油浆。
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吸收－稳定系统，主要由吸收塔、再吸
收塔、解吸塔以及稳定塔组成，从分馏
塔顶油气分离器出来的富气中含有汽油
石油化学备课
图9-2-1 仲丙基正碳离子结构
典型的正碳离子是含有一个三价碳原子和 带一个正电荷的离子，它们都有一个空轨
道，例外一种正碳离子则是通过配价键结
合形成的八电子层，这些正碳离子都是非
常活泼的活性中间体。
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1、正碳离子的形成 裂化催化剂都属于固体酸类物质，其表面 既有质子酸（Bronsted 酸，简称B酸）中心， 又有非质子酸（Lewis 酸，简称L酸）中心， 这些酸中心的存在，都会导致正碳离子的 形成。
已基正碳离子>甲基正碳离子。
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2、正碳离子的反应
（1）异构化反应 正碳离子可以发生氢或烷基转移的异构化 反应，趋于成为更加稳定的正碳离子。
+ RCH2CH2CH2
+ RCHCH2CH3
+ RCH2CHCH3
+ RC CH3 CH3
石油化学备课
对于正碳离子的骨架结构，有人提出了以 质子化环丙烷为中间物的历程。
0.8593 1.4625 >105
胜利蜡油 辽河蜡油
0.8996 1.4803 91.0 0.9140 ---78.2
13.3
12.5 490
12.7
12.0 473
11.7
11.8 508
682 3.3
0.40
676 4.1
0.76
738 3.6
0.47
石油化学备课
表9-1-1 催化裂化反应的典型数据 原料油 大庆蜡油 胜利蜡油 辽河蜡油 13.5 9.7 15.2 气体 52.6 46.9 40.5 汽油 25.3 36.8 33.7 轻柴油 4.5 1.7 2.3 重柴油 0 0 3.4 油浆 4.1 4.4 5.0 焦炭 0 0.5 0.3 损失 77.9 83.7 74.2 轻质油收率 78.1 79.0 80.1 辛烷值（MON) 665 765 825 诱导期，min 42 34.7 24.8 柴油十六烷值
石油化学备课
催化裂化的原料：
最初是减压馏分油（VGO）。
近年来以常压渣油和减压渣油脱沥青油为
原料的重油催化裂化工艺（简称RFCC）
发展较快。
石油化学备课
催化裂化的产物：
气体10～20％，主要是C3和C4，器中烯
烃含量可达50％以上。
汽油产率30～60%，其RON约为80～90，
安定性较好。
再生所放出的热量一般能够满足原料反应
所需要的热量，RFCC工艺往往还有富余
的热量需要取出，再加以利用。催化剂在
循环过程有一定的跑损，需要不断地进行
补充。
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第二节 催化裂化反应
在催化剂的作用下，石油的裂化反应活化能
显著降低，在相同的反应温度下反应速度比
热裂化速度要快得多，其反应产物与热裂化 也明显不同。这表明催化裂化与热裂化在反 应历程上有本质的差别。 石油的催化裂化反应极其复杂，既有催化反 应，又有热裂化反应，既有一级反应，又有 二级反应。
石油化学备课
图9-1-1 提升管催化裂化原理流程图
石油化学备课
催化裂化装臵由三个部分组成：
反应－再生系统，原料油经过换热与循环
油混合后从提升管反应器下部进入，再与
再生催化剂混合升温气化并发生反应，反
应温度一般为480～530℃，原料在提升管
反应器中的停留时间为1～4秒，反应压力
为0.1～0.3MPa+ CH3CH2CHCH3
+ ( CH3 ) 3C
生成热 kJ/mol 765 706 1105 897
+ CH3CH2
+ CH3CH2CH2
+ CH3CH2CH2CH2
+ C6H5
+ C6H5CH2
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由于结构的差别，正碳离子稳定性不同。
稳定性强弱顺序为：
叔正碳离子>仲正碳离子>伯正碳离子>
石油化学备课
一、催化裂化反应的正碳离子历程
在裂化催化剂的作用下，烃类的反应不象
热裂化反应那样遵循自由基链反应历程， 而是遵循正碳离子反应历程。
石油化学备课
其根据就是液态酸催化反应已确证是属于 正碳离子历程，而所有的裂化催化剂均具 有酸性，并已检验出固体酸表面上的烃分 子与酸中心所形成的正碳离子。
组分，而粗汽油中也含有C3和C4组分。
吸收－稳定的作用就是利用吸收和精馏
的方法将粗汽油和富气分离成干气（C1
与C2组分）、液化气（C3与C4组分）和
稳定汽油。
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催化裂化反应是吸热反应，其反应热一般
为400～700kJ/kg原料，而催化剂再生所放
出的热量为34000 kJ/kg焦炭，所以催化剂
H + CH3CHCH2CH2CH3 C CH3 C H H+ CH2 + CH3CHCHCH3 CH3
碳骨架结构的异构化是催化裂化特有的反 应，这导致催化裂化产物中异构烷烃的含 量较多，有利于汽油辛烷值的提高。
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（2）β－断裂反应 正碳离子能够裂解生成烯烃以及含碳数较 少的正碳离子，这种断裂发生在正电荷所 在碳的β位的C－C键上 。
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为了实现反应过程和催化剂的再生过程
连续进行，同时高活性的沸石分子筛催
化剂的应用，在二十世纪60年代提升管
反应器催化裂化工艺被开发出来。
在众多的石油加工工艺中，催化裂化工
艺是应用最为广泛，其加工能力占原油
加工量的30%，已成为最重要的石油二
次加工手段。
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四、催化裂化工艺流程简述
石油化学备课
烯烃除了可以异构化和裂解成分子量更小的 烯烃外，还可以发生环化和氢转移反应。烯 烃的氢转移反应是催化裂化的重要特征反应， 包括：
烷烃＋二烯烃 烯烃＋芳烃 烷烃＋缩合芳烃 烯烃＋环烷 烃烷烃＋芳烃
烯烃＋烯烃
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以正辛烯为例，其生成正辛烷和正辛二 烯的反应历程如下：
CH2=CHCH2CH2CH2CH2CH2CH3 + CH3CHCH2CH2CH2CH2CH2CH3 + CH2=CHCH2CH2CH2CH2CH2CH3 + CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3 + CH2=CHCHCH2CH2CH2CH2CH3 + CH2=CHCHCH2CH2CH2CH2CH3 CH2=CHCH=CHCH2CH2CH2CH3 + H+ + H+ + CH3CHCH2CH2CH2CH2CH2CH3