第二章 烃类热裂解PPT课件
烃类热裂解
沸点在200 ℃以上的重组分,其中沸程在200-360 ℃的馏 分叫裂解轻质燃料油,相当于柴油馏分,可制萘。360 ℃ 以上的馏分叫裂解重质燃料油,相当于常压重油馏分。可 作燃料,可生产炭黑。
裂解气的净化
• 气体杂质:H2S、 CO2、 H2O、 C2H2、 CO等 • 杂质来源:裂解原料、裂解反应、裂解气处理
烯收率较低。 (4)带烷基的芳烃裂解主要是烷基发生断键和脱氢反应。
裂解过程中的结焦生碳反应
(1)烯烃经过炔烃中间阶段而生碳
CH2 CH2 -H CH2 CH -H CH CH -H CH C -H C C -H Cn
• 生碳与结焦 • 碳的析出有两种可能:
一种可能是在气相中析出,一般约需900~1000oC以上 温度,它经过两步:一是碳核的形成(核晶过程),二是碳 核增长为碳粒。
环芳烃,进而转变为稠环芳烃,由液体焦油转变为固体沥 青质进而转变为碳青质再进一步可转变为高分子焦碳。
烃类裂解的反应机理
①自由基如分解出H·生成碳原子数与该自由基相同的烯烃 分子,这种反应活化能是较大;而自由基分解为碳原子数较 少的烯烃的反应活化能较小。
②自由基中带有未配对电子的那个碳原子,如果连的氢较 少,就主要是分解出H·生成同碳原子数的烯烃分子。
4.2裂解过程的影响因素
表2 评价参数对比表
参数 名称 PONA 氢含量 K
烃类热裂解
7.1烃类热裂解的反应原理
➢裂解是制备低级烯烃的主要方法,如乙烯、丙烯、 丁二烯等。 ➢原料: 石油系烃类 ➢内容 原料烃的热裂解
裂解产物分离
7.1.1 烃类热裂解的化学反应
7.1.1 烃类热裂解的化学反应
• 烃类裂解的反应规律 • 脱氢和断链的难易与C-H和C-C键能大小有关 • 一次反应和二次反应
7.1.1 热裂解过程的化学反应
• 结论:在二次反应中,除了较大分子量的烯烃裂解, 可增加乙烯收率外,其余的二次反应均消耗乙烯, 降低乙烯收率,导致结焦和生碳。
7.1.2 烃类热裂解反应的特点与规律
烃类裂解反应的特点
➢ 无论断链还是脱氢反应,都是热效应很高的吸热反应
➢ 断链反应可以视为不可逆反应,脱氢反应则为可逆反应 ➢ 存在复杂的二次反应 ➢ 反应产物是复杂的混合物
7.1.3烃类热裂解的主要工艺因素
(4)原料烃组成
气态烃:天然气、油田气及其凝析油、炼厂气等 液态烃:各种液态石油产品,如清油、柴油和重油等
原料中烷烃含量越高,乙烯收率越高。环烷烃和芳烃含量越 高,乙烯收率下降。
轻柴油是理想的裂解原料。
再见!
7.1.3烃类热裂解的主要工艺因素
➢压力不能改变反应速率常数,但降低压力能降低 反应物浓度。 ➢压力对高于一级的反应比一级反应的影响要大, 即降低压力可增大一次反应对于二次反应的相对速 率,提高一次反应选择性。 ➢降低压力可减少结焦的程度
第二章烃类热裂解
一些正构烷烃在727℃下进行脱氢或断链反应的ΔG0值和ΔH0值
脱氢或断链反应程度比较
环烷烃类热裂解
环烷烃热裂解:断链和脱氢反应,生成乙烯、丁烯、丁二烯和芳烃等烃类。 例如环己烷裂解:环己烷脱氢生成芳烃的可能性最大。
长侧链的单环环烷烃,裂解时首先进行脱烷基,脱出的烷基可以是烯烃或烷 烃。烷基支链的热稳定性大致和碳原子数相同的饱和烃相仿,而大大低于 环烷基的热稳定性。脱烷基反应一般在长侧链的中部开始断裂,一直进行 到侧链为甲基或乙基,然后再进一步裂解。
芳香烃热裂解
芳香烃的热稳定性很高,在一般的裂解温度下不易发生芳环开裂的反应,但 可发生下列二类反应:一类是芳烃脱氢缩合反应(多环、稠环芳烃继续脱 氢缩合生成焦油直至结焦),另一类是烷基芳烃的侧链发生断链生成苯、 甲苯、二甲苯等反应和侧链的脱氢反应。
烯烃热裂解:
天然石油中不含烯烃,但石油加工所得的各种油品中则可能含有烯烃。烯 烃在热裂解温度下也能发生断链反应和脱氢反应,生成乙烯、丙烯等低级烯 烃和二烯烃。
烃类热裂解制乙烯的工艺主要有两个重要部分:原料烃的热裂 解和裂解产物的分离。
2.1 热裂解过程的化学反应与反应机理
化学反应:脱氢、断链、二烯合成、异构化、脱氢环化、脱烷基、叠合、歧 化、聚合、脱氢交联和焦化等一系列十分复杂的反应,裂解产物中已鉴 别出的化合物已达数十种乃至百余种。烃类裂解过程中一些主要产物变 化示意图如下:
07-第二章-烃类热裂解
P
O N
异构烷烃 烯烃 环烷烃 烷基芳烃
A 环烷基芳烃
芳烃
不宜作为裂解原料
www.themegallery.com
一次反应和二次反应
乙烯、丙烯
P -H2 O 裂解 断链 小分子 -H2 液态烃 焦、炭 原料 -H2 气态烃 N A
一次反应
二次反应
一次反应: 生成目的产物乙烯、丙烯的反应; √ 二次反应: 乙烯、丙烯消失,生成分子量较大的液 体产物以至结焦生炭的反应。 ×
表2.不同温度下乙烷裂解系统的平衡组成
y ( C2 H4 ) * y ( H 2)
*
很小 很大
如果裂解反应进行到平衡, 所得烯烃很少,最后生成大 量的氢和碳。
裂解反应需控制一定的裂解深度, 以保证乙烯收率。 ——短停留时间
www.themegallery.com
T、τ——动力学分析
简化的动力学图示: K2
(随着烷烃链的增长,在分子中央断裂的可能性有所加强)
4、断链所得的分子,一般较小的是烷烃,较大的是烯烃;
5、乙烷不发生断链反应,只发生脱氢反应。甲烷不发生 裂解反应。
www.themegallery.com
烯烃的裂解
二、烯烃的裂解 C nH2n+ C mH2m 1、断链反应 C n+mH2(n+m) 例:C5H10 C 3H 6 + C 2 H 4 C4H6+ H2 C2H2+ H2 C2H4
第2章 烃类热裂解
链增长:
得到两个自由基 的传递 途径A: 和 ,通过两个途径进行链
正丙基自由基
生成的正丙基自由基进一步分解为乙烯分子和自由基:
反应结果是: 途径B:
生成的异丙基自由基进一步分解为丙烯 分子和氢自由基 反应结果是:
丙烷裂解的产物乙烯、 丙烯比例计算
计算800℃丙烷裂解的产物比例:
一次反应和二次反应
m+k=n
正构烷烃裂解规律
相同烷烃断链比脱氢容易 碳链越长越易裂解 断链是不可逆过程,脱氢是可逆过程 在分子两端断链的优势大 乙烷不发生断链反应,只发生脱氢反应生成 乙烯,甲烷在一般裂解温度下不发生变化 主要产物: 氢、甲烷、乙烯、丙烯 特点: 生产乙烯、丙烯的理想原料
异构烷烃裂解规律
油则为53、43、4。
PONA不同的原料裂解产物的收率
我国常压轻柴油馏分族组成
氢含量
可判断原料可能达到的裂解深 度,及C4及C4以下轻烃的收 率
用元素分析法测得,是用于各种原料,用以
关联烃原料的乙烯潜在产率。氢含量高则乙
烯产率越高。烷烃氢含量最高,芳烃则较低。
乙烷的氢含量20%,丙烷18.2%,石脑油为
各族烃裂解生成乙烯、丙烯能力的规律
正构烷烃在各族烃中最利于乙烯、丙烯的生成。 大分子烯烃裂解为乙烯和丙烯
环烷烃生成芳烃的反应优于生成单烯烃的反应。
乙烯裂解PPT
乙烯、丙烯和丁烯等低级烯烃分子化学性质活泼 丙烯和丁烯等低级烯烃分子化学性质活泼, 自然界中没有烯烃存在, ,工业上获得低级烯烃的 方法是烃类热裂解。
一、乙烯裂解的工艺原理 乙烯裂解的工艺原理
烃类热裂解是将石油系烃类原料(天然气、炼 烃类热裂解是将石油系烃类原料 厂气、轻油、柴油 柴油、重油等)经高温作用,使 烃分子发生碳链断裂或脱氢反应,生成分子量 烃分子发生碳链断裂或脱氢反应 较小的烯烃、和其它分子量不同的轻质和重质 和其它分子量不同的轻质和重质 烃类。在不饱和烃中 在不饱和烃中,乙烯最重要,产量也最 大。
四、工艺参数
Biblioteka Baidu
二、烃类热裂解过程工艺图 烃类热裂解过程工艺图(馏分油为原料)
进料
裂解炉 废热锅炉 急冷器 油洗塔 水洗塔
裂解气
冷 却 器 稀释蒸 气发生
冷 却 器
油水 分离器
裂解气油
气提、冷却
燃料油
三、主要设备
管式裂解炉,急冷锅炉,急冷器,油洗塔,水洗塔, 管式裂解炉,急冷锅炉,急冷器,油洗塔,水洗塔, 提塔
第二章烃类热裂解反应
:
,Dβ=289.8k J/m o l,而烷的容易程度按下列顺序递增:烷烃的C-C键
和反应过程的标准吉布斯函准吉布斯函数变,简称标衡常数。
——化合物i 在化学反应中的化学计量系数;
化合物i 的标准生成吉布斯函数,k J /m o l ;度的函数:=A +B T +C T 2+D T 3
、C 、D 为计算系数。几种烃的计算系数见教材52页表2-1。
得,
示反应达到平衡时成物愈占率越高,反应可能向向进行而若是正值,并负值的情若
时就可以
第二节裂解反应机理和动力学规律
•§2-1自由基链反应机理
一.乙烷的自由基链反应机理
•首先从裂解过程最简单的乙烷脱氢生成乙烯的反应谈起。
C2H6→C2H4+H2
•该反应式只是说明了从什么反应物分子,按什么计量关系,
最后生成什么产物分子。但这个反应式仅给出了总的反应结
果,并不说明反应进行的途径。说道这里我们不禁要问:是
不是乙烷分子中两个C-H键断裂而脱下就生成乙烯分子哪?还
是通过生成其他的中间物质,经过几步才生成乙烯哪?
乙烷的裂解反应的三个阶段:
如表中数据所示,乙烷中C-C键的解离能是88.0k c a l/
l,而C-H键的解离能是98.0k c a l/m o l,所以乙烷的
引发是C-C键的断裂引起的。
第二阶段是链增长反应,又称链传递反应或链转移反应
就是自由基与分子反应,生成目的产物及新的自由基的
程。
第三阶段是链终止反应。如果链增长阶段不受阻碍的继
链反应长度L c h
在乙烷裂解中:
随着温度的上升链长度是减小的,但乙烯的生成对于乙烷的分解的相对速度
仍是一个很大的数值。
分析烃类热裂解的操作影响因素ppt课件
832
832
停留时间,秒
0.0278
0.0805
乙烷单程转化率,%
14.8
60.2
按分解乙烷计的乙烯收 率,%
89.4
精选ppt课件
76.5
8
停乙不烯留同的的时峰裂值间解收温的率度越选,高所择,对相主应对的要应峰的取值最收决适率宜于不的同裂停,留解温时度温间越越度高短,,
这是因为二次反应主要发生在转化率较高的裂解后期,
精选ppt课件
28
裂解炉基本结构
• l-辐射段;2-垂直辐射管;3-侧壁燃烧器;4-底部燃烧器﹔5-
对流段;6-对流管
精选ppt课件
29
1.炉体
• 由两部分组成,即对 流段和辐射段。
• 裂解炉管垂直放置在辐射 室中央。为放置炉管,还 有一些附件如管架、吊钩 等。
精选ppt课件
30
2.炉管:对流管、辐射管
精选ppt课件
14
稀释剂的作用
• 稀释剂不仅起到降低烃分压的明显作用, 而且还可提高管内裂解气体的速度,减少 生焦反应的发生,有利于炉管传热和保护 炉管的寿命。
精选ppt课件
15
水蒸汽作为稀释剂的优点
• (1)易于从裂解气中分离 水蒸汽在急冷 时可以冷凝,很容易就实现了稀释剂与裂 解气的分离。
• (2)可以抑制原料中的硫对合金钢管的腐 蚀
烃类热裂解
编号:No.4课题:石油烃裂解生产低分子烯烃原理
授课内容:
●石油烃裂解主要原料及来源
●石油烃裂解生产低分子烯烃原理
知识目标:
●了解国内外乙烯生产现状及主要生产方法
●了解石油烃裂解的主要原料、来源及特点
●掌握石油烃热裂解反应类型和特点
能力目标:
●分析和判断石油烃裂解主要反应类型及特点
●分析和判断石油烃裂解产物分布及规律
思考与练习:
●什么是一次反应、二次反应?
●如何对石油烃裂解生产低分子烯烃原料进行选择
授课班级:
授课时间:年月日
第一章石油烃热裂解
石油系原料包括天然气、炼厂气、石脑油、柴油、重油等,它们都是由烃类化合物组成。烃类化合物在高温下不稳定,容易发生碳链断裂和脱氢等反应。
石油烃热裂解就是以石油烃为原料,利用石油烃在高温下不稳定、易分解的性质,在隔绝空气和高温条件下,使大分子的烃类发生断链和脱氢等反应,以制取低级烯烃的过程。
石油烃热裂解的主要目的是生产乙烯,同时可得丙烯、丁二烯以及苯、甲苯和二甲苯等产品。它们都是重要的基本有机原料,所以石油烃热裂解是有机化学工业获取基本有机原料的主要手段,因而乙烯装置能力的大小实际反映了一个国家有机化学工业的发展水平。
裂解能力的大小往往以乙烯的产量来衡量。乙烯在世界大多数国家几乎都有生产。2004 年世界乙烯的总生产能力已突破1 亿吨达到了11290.5万吨/年,产量10387 万吨,主要集中在欧美发达国家。随着世界经济的复苏,乙烯需求增速逐渐加快,年均增速达到4.3%,预计2010年需求量上升到13346万吨,增量主要在亚洲地区。
我国乙烯工业已有40多年的发展历史,60年代初我国第一套乙烯装置在兰州化工厂建成投产,多年来,我国乙烯工业发展很快,乙烯产量逐年上升,2005年乙烯生产能力达到773万吨/年,居世界第三位。随着国家新建和改扩建乙烯装置的投产,预计到2010年我国乙烯生产能力将超过1600万吨。
第二章 烃类热裂解
②、裂解乙烯收率,只有20~30%。
所以联产重油、乙烯、乙炔的方向发展。副产
品的综合利用,可以减少乙烯成本1/3还多。
3、向深度裂解方向发展,这样可以增大乙烯收率。
以前乙烯收率15%,目前28%。 ∵ 优制耐高温钢材研制成功,保证了高T、短 停留时间、低烃分压的裂解工艺条件 ==> 实现 深度裂解。
第一节
热裂解过程的化学反应与反应 机理
烃类热裂解反应很复杂,产物也很多。如图1-1 所示。
按反应先后顺序分:
一次反应:原料烃
目的产物,即C2H4、C3H6、
丁烯、异丁烯、戊烯等低级 烯烃和苯、甲苯、二甲苯等。
二次反应:一次反应产物,进一步反应生成多种产物 → 最后成为焦,碳。 显然, 一次反应需要; 二次反应则减少乙烯收率,且生成的焦、碳,堵
3、烃的分解生碳
①、由P27页,低级烃的一组△G01000k值数据(分
解生碳过程)可知,其△G01000k值为很大的负值(除
CH4)。即:单从热力学角度看,低级烃的分解生碳
可能性很大。 ②、其中,最重要的是乙烯的分解生碳反应。
(因为,裂解的主要产物是乙烯,且乙烯往往是烃类一次反 应的最终产物乙烯的行为研究是最重要的。)
烷烃的热裂解过程,相对简单,而且是其他热
裂解的基础,故研究得相对较深入。 ∵ 研究反应过程中,必须考虑以下两个方面, 即: 热力学: 可能性 --- 平衡问题 反应程度
第二章烃类热裂解反应
:
,Dβ=289.8k J/m o l,而烷的容易程度按下列顺序递增:烷烃的C-C键<双键β位置的C-
和反应过程的标准吉布斯函准吉布斯函数变,简称标衡常数。
——化合物i 在化学反应中的化学计量系数;
化合物i 的标准生成吉布斯函数,k J /m o l ;度的函数:=A +B T +C T 2+D T 3
、C 、D 为计算系数。几种烃的计算系数见教材52页表2-1。
得,
示反应达到平衡时成物愈占率越高,反应可能向向进行而若是正值,并负值的情若
时就可以
第二节裂解反应机理和动力学规律
•§2-1自由基链反应机理
一.乙烷的自由基链反应机理
•首先从裂解过程最简单的乙烷脱氢生成乙烯的反应谈起。
C2H6→C2H4+H2
•该反应式只是说明了从什么反应物分子,按什么计量关系,
最后生成什么产物分子。但这个反应式仅给出了总的反应结
果,并不说明反应进行的途径。说道这里我们不禁要问:是
不是乙烷分子中两个C-H键断裂而脱下就生成乙烯分子哪?还
是通过生成其他的中间物质,经过几步才生成乙烯哪?
乙烷的裂解反应的三个阶段:
如表中数据所示,乙烷中C-C键的解离能是88.0k c a l/
l,而C-H键的解离能是98.0k c a l/m o l,所以乙烷的
引发是C-C键的断裂引起的。
第二阶段是链增长反应,又称链传递反应或链转移反应
就是自由基与分子反应,生成目的产物及新的自由基的
程。
第三阶段是链终止反应。如果链增长阶段不受阻碍的继
链反应长度L c h
在乙烷裂解中:
随着温度的上升链长度是减小的,但乙烯的生成对于乙烷的分解的相对速度
第2章 烃类热裂解
2.1.3 环烷烃的裂解反应及反应规律
裂解反应包括: 断链开环反应 脱氢反应 侧链断裂 开环脱氢
环烷烃的裂解反应
主要产物: 单环烷烃生成 乙烯、丁二烯、单环芳烃 多环烷烃生成 C4以上烯烃、单环芳烃
环烷烃的裂解反应规律
C4以上烯烃收率较高
2.1.2 烯烃的裂解反应及反应规律
断链反应
脱氢反应
在β位生成烯烃 无β位难裂解
生成二烯烃和炔烃
岐化反应 烃、炔烃)
生成不同烃分子(烷烃、烯
双烯合成反应 二烯烃与烯烃生成环烯烃, 再脱氢生成芳烃 芳构化反应 C6以上烯烃脱氢生成芳烃
烯烃裂解
主要产物:乙烯、丙烯、丁二烯;环烯烃
常用氢含量或摩尔质量与生成
热的关系估算生成热,计算裂
解反应的热效应(计算公式P95)
自由基反应举例(丙烷裂解)
链引发:
链增长:
得到两个自由基 的传递 途径A: 和 ,通过两个途径进行链
正丙基自由基
生成的正丙基自由基进一步分解为乙烯分子和自由基:
反应结果是: 途径B:
生成的异丙基自由基进一步分解为丙烯 分子和氢自由基 反应结果是:
丙烷裂解的产物乙烯、 丙烯比例计算
计算800℃丙烷裂解的产物比例:
烃类热裂解
3.1.4.2 裂解反应系统的化学平衡组成
乙烷裂解主要反应的化学平衡
* * y ( C H ) y (H2 ) K P1 2 4 C2 H 6 C2 H 4 H 2 , K P 1 y * (C2 H 6 ) * 1 y ( C H ) y (CH 4 ) K P 1a 2 4 C2 H 6 C2 H 4 CH 4 , K P1a 2 y * ( C2 H 6 ) * * * y ( C H ) y (H2 ) KP 2 2 2 C2 H 4 C2 H 2 H 2 , K P 2 y * ( C2 H 4 ) * y (H2 ) KP3 C2 H 2 2C H 2 , K P 3 * y (C2 H 2 ) 1 2
3.1.1.1 烷烃的裂解反应
一、正构烷烃的裂解
甲烷的裂解反应
CH4=0.5C2H4+H2 G 1000Kº =9.545 Kcal/mol
K P ,1000K G exp( ) 0.0082 RT
结论:甲烷在一般裂解条件下不发生任何反应
烷烃裂解反应是强吸热反应,脱氢反应比断链反应吸
各种烃类分解为碳和氢的G 1000Kº 都是很大 的负值,在高温下都有分解为碳和氢的趋 势; 结焦生碳反应都为不可逆反应; 在900-1000º C主要是通过生成乙炔的中间 阶段,在500-900º C主要是通过生成芳烃的 中间阶段 结焦生碳反应为典型的连串反应
第二章烃类热裂解过程
H
t
)
产物
-
(
H
t
) 反应物
故以298K或1100K为基准,通过生成热计算反应热
a. 生成热数据 原料及组成复杂,难以计算
b. 用烃(液体)的含氢量Hr估算生成热
H1100K
(
H
1100
)
p
-
(
H1100 )f
2 .3 2 6 2 ( 2 5 0 0 . 2 5 - 2 8 8 .5 9 H r p) - 2 .3 2 6 2 (1 4 0 0 - 1 5 0 H r f) kJ / k g
(2)环烷烃热裂解
环己烷
C2H4 + C4H8 C2H4 + C4H6 + H2 C4H6 + C2H6 3/2C4H6 + 3/2H2
+ 3H2
2C3H6
C10H21
CH2CH2CH CH2 + C6H12
C10H21
C5H11 + C5H10
R
R1
R1
R1
反应规律:
☆ 烷基侧链较烃环易于裂解,故长链环烷烃较
2.单体烃的二次反应
H2、CH4在裂解温度下稳定,而C2H4、C3H6 等小分子烯烃可继续发生二次反应
a)烯烃脱氢转化为炔烃或二烯烃,加氢为烷烃
第二章 烃类热裂解
一 裂 解 温 度 的 影 响
裂解产 物组份 H2 CH4 C 2H 4 C 2H 6 其他
温度对一次裂解反应的影响
收率(以质量计) 正戊烷 600 ℃ 1.2% 12.3% 43.2% 26.0% 17.3% 1000 ℃ 1.1% 13.1% 46.0% 23.9% 15.9% 异戊烷 600 ℃ 0.7% 16.4% 10.1% 15.2% 57.6% 1000 ℃ 1.0% 14.5% 12.6% 20.3% 50.6%
一 烃 类 热 裂 解 的 一 次 反 应
2.环烷烃(naphtene)热裂解
(1)侧链烷基比烃环易于裂解,长侧链先 在中央的C-C键断裂,有侧链的环烷烃比 无侧链的环烷烃裂解是得到较多的烯烃
C10H21 CH2CH2CH2 CH2 +C5H12
(2)烷脱氢生成芳烃比开环生成烯烃容易
+3H2 C2H4+C4H8
23 22
MS FO GO F 16 2 MS
33
17
CW
18 19
LS
LS
24
裂 解 工 艺 流 程
F1
10 11
15
21
20
25
工艺加热用户
29 28
汽油产品
4 3
QO
QO
1 31
27CW 32
烃类裂解过程一些主要产物变化示意图
第二章烃类热裂解
(1)强吸热反应,且需在高温下进行,反应温度一般在750℃以上。 (2)存在二次反应。为避免二次反应的发生,停留时间应短,烃的分压要低。 (3)反应产物是一复杂的混合物(氢、气态烃和液态轻以及固态焦)。 热裂解工艺上要满足上述特别是第(1)、(2)两个条件,须在短停留时间内迅
速供给大量热量和达到裂解所需的高温,因此供热方式和裂解设备至关 重要。
由反应速度常数k与温度的关系(阿累尼乌斯公式):k = Aexp(-E/RT)
而k = (k3 k1 k4 / k5 )1/2 = (A3 A1 A4 / A5 )1/2 exp{(-1/2) (E3 + E1 + E4 - E5 ) /RT} 乙烷热裂解反应的活化能E:
E = (1/2) (E3 + E1 + E4 - E5 ) = (1/2) (170.7 + 359.8 + 29.3 - 0 ) = 279.9kJ/mol 而据测定,乙烷裂解反应的活化能E=263.6~ 293.7 9kJ/mol,因而可反证自 由基反应机理的正确性。
烃类热裂解制乙烯的工艺主要有两个重要部分:原料烃的热裂 解和裂解产物的分离。
2.1 热裂解过程的化学反应与反应机理
化学反应:脱氢、断链、二烯合成、异构化、脱氢环化、脱烷基、叠合、歧 化、聚合、脱氢交联和焦化等一系列十分复杂的反应,裂解产物中已鉴 别出的化合物已达数十种乃至百余种。烃类裂解过程中一些主要产物变 化示意图如下:
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
要阐述以下几个问题: ①、什么叫裂解? ②、为什么要进行裂解? ③、如何裂解?(原理、工艺技术) ④、在裂解过程中如何解决收率及能量的有效
等问题? ⑤、裂解工业发展情况。
1
标题添加
点击此处输入相 关文本内容
标题添加
点击此处输入相 关文本内容
总体概述
点击此处输入 相关文本内容
点击此处输入 相关文本内容
15
一、烃类热裂解的一次反应 四个反应: ①、烷烃热裂解 ②、环烷烃热裂解 ③、芳香烃热裂解 ④、烯烃(石油中没有,但其加工 产品中可能有)热裂解。
16
(一)、烷烃热裂解
有两种情况:
①、脱氢反应(C─H 断裂)
CnH2n+2
CnH2n + H2
②、断链反应(C─C 断裂)
Cm+nH2(m+n)+2
14
按反应先后顺序分:
一次反应:原料烃 裂 解目的产物,即C2H4、C3H6、
丁烯、异丁烯、戊烯等低级 烯烃和苯、甲苯、二甲苯等。 二次反应:一次反应产物,进一步反应生成多种产物
→ 最后成为焦,碳。
显然, 一次反应需要; 二次反应则减少乙烯收率,且生成的焦、碳,堵 塞管道,影响操作稳定性。所以应该抑制。
2
一、裂解概述 1、定义 石油化工中,裂解---将石油系烃类原料(天然
气、油田气、炼厂气、轻油、柴油、重油)在隔绝 空气和高温下,使烃类发生碳链断裂和脱氢反应, 生成分子量较小的烯烃或炔烃、烷烃和其他分子量 不同的轻质、重质烃类的过程。
3
2、分类 裂解,据裂解条件
热裂解 ct裂解 加氢裂解 水蒸气裂解--最广泛,习惯
25
(二)环烷烃热裂解
品的综合利用,可以减少乙烯成本1/3还多。
12
3、向深度裂解方向发展,这样可以增大乙烯收率。
以前乙烯收率15%,目前28%。
∵ 优制耐高温钢材研制成功,保证了高T、短 停留时间、低烃分压的裂解工艺条件 ==> 实现 深度裂解。
13
第一节 热裂解过程的化学反应与反应 机理
烃类热裂解反应很复杂,产物也很多。如图1-1 所示。
CmH2m + CnH2n+2
17
烷烃的热裂解过程,相对简单,而且是其他热 裂解的基础,故研究得相对较深入。
∵ 研究反应过程中,必须考虑以下两个方面, 即:
热力学: 可能性 --- 平衡问题 反应程度
动力学:速度问题(后续<三> P29页)
18
1、反应(脱氢、断链)的难易度 (可能性) 表1-2是表示各种烃的键能 (与能量的大小):
称为“裂解”。
4
3、裂解与裂化区别
➢ 共同点
均符合广义定义。
➢ 不同点
①、T不同 T裂解 > 600℃ T裂化 < 600℃
②、目的不同
裂解产物---乙烯、丙烯、乙炔,联产为
丁二烯、苯、甲苯、二甲苯等。
裂化产物---汽油等燃料产品。
5
二、为什么要裂解 天然气、油田气是以CH4为主的低级饱和烷烃。
键。比只含有单键的饱和烷烃分子有更强的反应活 性和选择性。可进行烷烃分子所不能进行的加成、 氧化、聚合等反应。从而制取各种化工产品,这是 物质本性决定的。
②、乙烯、丙烯、乙炔为基础原料的生产领域, 已有雄厚的工业基础和丰硕的技术成果。
7
==> 因此,乙烯、丙烯、乙炔作为基础原料,居领
先地位。其中,乙烯最重要,产量也最大,其产量 代表一个国家基本有机化学工业发展水平。
(指-能量的多少,与反应程度有一定关系: ΔG0 = ΔH0 − TΔS0 )
表1-3是表示正构烷烃在1000K裂解时,一次反应 的△G0和△H0。
22
一般芳香烃的抗震性最大,
23
由表1-3可以得出以下结论: ①、△H01000k 均大,且△H0C-H > △H0C-C ∴ 均为强吸热反应,且脱氢比断链所需的热
量更多。(水的热熔≈4.2 KJ/Kg.℃≈7.56*10-2 KJ/mol.℃)
②、│△G0│C-H 较小。 ∴ 脱氢可逆反应,转化率小。
│△G0│C-C 大。 ∴ 断链定向反应,转化率大。
24
③、乙烷只发生脱氢反应,生成C2H4和 H2 。 可以从热力学、动力学角度分析。(后续<三>)
④、在断链反应中 低分子烷烃,两端断裂比中央断裂多。 ∵(2)│△G0│>(3)│△G0│ 随着C数增加,两端断裂可能性下降。 ∵(④-⑤)│△G0│<(②-③)│△G0│
8
几个国家的乙烯年产量表示在表1-1。
9
三、裂解生产发展情况
1、扩大原料
①、早期使用油田气、炼厂气等。
其中富含甲烷的油田气裂解得不到乙烯,而是
乙炔;含烯烃较多的炼厂气,在裂解中容易结焦,
一般不宜直接作裂解原料,必须先分离烯烃后,才
可裂解。
②、后来,主要用石脑油(即轻汽油)裂解。
③、现在,扩大至轻柴油、重油。而且已经开始
而石油是由较大分子的饱和烃,如烷烃、环烷烃、 芳烃组成。
若这些大分子饱和烃,裂解为小分子不饱和烃, 并分别分离获取不同的小分子不饱和烃,则可以由 这些小分子不饱和烃,合成为分子大小不同乃至高 分子化工产品。 ==>
即,先分解、后聚合。
6
为什么先分解,后聚合? ①、物质结构看,烯烃、炔烃分子中有双,叁
研究原油的直接裂解。
10
2、装置大型化、自动化和企业联合化方向发展
①、生产线:
70年
78年(70年代情况)
万吨/年 30 45 54 68 72.5
如今,大于100万吨/年的超大型装置也出现。 如,美国壳牌公司的鹿园厂,年产131.5万吨的乙 烯生产线已投产。
11
②、裂解乙烯收率,只有20~30%。 所以联产重油、乙烯、乙炔的方向发展。副产
19
百度文库
可由表1-2的键能的比较得出: ①、C数相等时,EC-H >EC-C
氢容易;
==> 断链比脱
②、EC2H6> EC3H8 >EC4H10 … … > E高碳烷烃 ∴碳链越长,越易断裂。(断链、断链比脱氢)
③、EC-H :伯氢 > 仲氢 > 叔氢 ∴ 脱氢能力:叔氢 > 仲氢 > 伯氢
20
2、反应的程度
由Kp(平衡常数)分析衡量:
∵ △G0T = -RT•lnKp
其中,
n
n
G 0T[ i G 0f.i.T]生成 [物i G 0f.i.T]反应
i 1
i 1
如果:
-△G0大,则Kp大,反应不可逆,即完全; -△G0小,则Kp小,反应接近可逆,此时转化率
受平衡限制。
21
另外,若 △H0>0,则吸热反应; △H0值↑↑,则强吸热反应。