石油炼制工程09 催化裂化
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干气 液化气
汽油
主要成分
C1～C2 C3～C4
C6～C12
主要加工利用
燃料、制氢、乙 烯 产品，叠合，烷 基化生产汽油组 分 高辛烷值汽油组 分，MON=84-89
•少量油浆（可考虑作为炭材料原料） •焦炭CmHn烧焦产生热，作为热源
6、反应-再生系统的发展
第9章 催化裂化
第9章 催化裂化
催化剂技术发展示意图
第九章 催化裂化
第九章 催化裂化
中国石油大学（北京）
第9章 催化裂化
第一节 概述 第二节 催化裂化的主要反应 第三节 催化剂及其再生 第四节 反再系统分析
第9章 催化裂化
第一节 概述
第9章 催化裂化
流化催化裂化：Fluid Catalytic Cracking (FCC)
原料（重质 馏分油）
1-3atm, 480-530℃
31.7
CC
反应条件：Cat：SiO2-Al2O3-ZnO2， 温度500 ℃，反应时间相同
第9章 催化裂化
2、烯烃：分解反应为主—具有与烷烃相同的规律 异构化反应：
➢ a) 分子骨架发生变化，即n 变 i。 ➢ b) 双键位置发生变化
氢转移反应 芳构化反应
第9章 催化裂化
3、环烷烃
主要也是分解反应：
主要反应： β断裂
认识FCC反应与热裂化反应的区别
第9章 催化裂化
正十六烷热裂化及催化裂化反应产物（1） （500℃）mol/100mol原料
产物组分
C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7
热裂化 53 129 60 23 9 24 16
FCC 5 12 97 102 64 50 8
正十六烷热裂化及催化裂化反应产物（2） （500℃）mol/100mol原料
➢ 断环——生成环烷烃与烯烃； ➢ 断链——生成两个烯烃。
五员环烷烃也可以异构化成六员环，再环化生 成芳烃。
4、芳烃
芳烃缩合反应
主要也是分解反应，断侧链生成芳烃和烯烃。
环烷烃
芳烃＋H2
第9章 催化裂化
环化
裂解
烷烃
烯化烃＋烷烃
氢转移
支链烯烃 氢转移 支链烷烃
环烷烃 芳香烃
烷烃
断侧链 裂化 脱氢
辛烷值助剂
V 钝化剂
技
工业助剂
术
铂基助剂，超稳分子筛
进
提升管 FCC，Y 型分子筛
展
1960
第一套移动床 FCC
第一套流化床 FCC
1930 第一套固定床 FCC
2000
7、 FCC技术的发展方向
第9章 催化裂化
发展重残渣油的FCC技术，拓宽原料来源。 调整产品结构及产品质量 催化剂的发展 （加工重质油，具备专门特性的） 降低能耗 减少环境污染 过程模拟和计算机应用
第9章 催化裂化
nCO 链长对转化率的影响 正构烷烃 转化率，wt%
NC5H12
1
NC7H16
3
NC12H26
18
NC16H34
42
第9章 催化裂化
己烷异构程度对转化率的影响
C6 异构体
转化率，wt%
C-C-C-C-C-C
13.8
C-C-C-C-C
24.9
C
C-C-C-C-C
25.7
C
C-C-C-C
催化裂化轻油收率提高1个百分点，20亿效益
工程装备
催化剂
原料： VGO AR VR DAO CGO
催化裂化装置原则流程
第9章 催化裂化
产品： 干气 液化气 汽油 柴油 焦炭等
4、催化裂化的原料
第9章 催化裂化
类别
原料来源
特点
馏分油FCC： 减压馏分油 含芳烃不多，易
（减二、三线、 裂化，轻油收率高，
反应，缩合生焦反应。
第9章 催化裂化
二、催化裂化反应机理：正碳离子学说
定义：正碳离子——是指缺少一对价电子的碳所
形成的烃离子。
H. .
R:+C:H
来源：是由一个烯烃获得一个氢离子H+而生成。
氢离子来源于催化剂的表面。
CnH2n+H+→CnH2n+1+
正碳离子的稳定性：叔位 > 仲位 > 伯位 > C2H5+ > CH3+
有催化剂存在下
产品(气体、 液化气、汽 油、柴油、 焦炭)
1、非均相催化示意图
第9章 催化裂化
micropore
Large molecule Macro- and mesopore
催化剂剖面示意图
2、非均相催化七步骤
程 外扩散 过 理 物 内扩散
活性吸附
程 过 学 表面反应 化
脱附
流体体相
第9章 催化裂化
催化剂颗粒表面 催化剂微孔活性表面
在活性表面吸附 … …吸附的反应物分子
活性表面活性反应 … … 吸附的产物分 子
活性表面脱附
程 内扩散 过 理 物 外扩散
催化剂颗粒外表面 流体体相 … … 产物
3、催化裂化的重要性
第9章 催化裂化
提
产
升
品
管
再
反
生
应
器
器
分馏塔
催化裂化流程示意图
• 年加工能力1.2亿吨 • 提供80%汽油 • 35%柴油 • 灵活多变 • 经济效益好
第9章 催化裂化
产物组分
C8 C9 C10 C11 C12 C13 C14
热裂化
13 10 11 9 7 7 5
FCC
8 3 3 2 2 2 1
反应条件：Cat：SiO2-Al2O3-ZnO2， 温度500℃，反应时间相同
第9章 催化裂化
第二节 催化裂化的主要反应
单体烃的FCC反应 催化裂化反应机理 石油馏分的催化裂化反应特点 重油的催化裂化反应特点 催化裂化反应的热力学特征 催化裂化反应动力学
一、单体的FCC反应
1、烷烃 主要是分解反应
分解反应 烷烃
烯烃+烷烃 烯烃+烯烃+烷烃
烷烃 烷烃
烯烃+烯烃+H2 异构烷烃 环烷烃 + 芳烃
环烷烃＋烷烃（或烯烃）（反应同上）
烯烃（反应同上）
环烯烃＋H2
脱氢
芳烃＋H2
断侧链
芳环＋烷烃或烯烃（反应同上）
开环裂化 非常困难，只有个别特殊结构的芳烃可裂化
脱氢
结焦或复杂环芳烃
FCC反应——第一要点
第9章 催化裂化
主要反应——分解反应。 特有反应——氢转移反应； FCC其它反应包括：异构化反应，芳构化
原料
常四线）
优质催化料
350～500℃， 焦化馏分油
含芳较多，较难
C20～C36
（焦化汽、柴油） 裂化，不单独使用 溶剂精制抽出 含芳更多，更难
油
裂化，只能掺兑用
4、催化裂化的原料
第9章 催化裂化
类别
原料来源
Baidu Nhomakorabea
重油FCC：
常压重油
减压渣油
（原料>350℃或
>500℃,
C20～C36或更重 的部分）
特点
最重的部分，除 了多环、稠环芳 烃外，含有胶质 与沥青质，必须 使用专门的催化 剂与相应的工艺 设备与条件。
5、催化裂化的主要产品
40
40
35
30
25
20
15
16
10
54
0 干气 液化气 汽油
30 柴油
10 焦炭
第9章 催化裂化
干气 液化气 汽油 柴油 焦炭
产品的加工利用
第9章 催化裂化
产品名称
汽油
主要成分
C1～C2 C3～C4
C6～C12
主要加工利用
燃料、制氢、乙 烯 产品，叠合，烷 基化生产汽油组 分 高辛烷值汽油组 分，MON=84-89
•少量油浆（可考虑作为炭材料原料） •焦炭CmHn烧焦产生热，作为热源
6、反应-再生系统的发展
第9章 催化裂化
第9章 催化裂化
催化剂技术发展示意图
第九章 催化裂化
第九章 催化裂化
中国石油大学（北京）
第9章 催化裂化
第一节 概述 第二节 催化裂化的主要反应 第三节 催化剂及其再生 第四节 反再系统分析
第9章 催化裂化
第一节 概述
第9章 催化裂化
流化催化裂化：Fluid Catalytic Cracking (FCC)
原料（重质 馏分油）
1-3atm, 480-530℃
31.7
CC
反应条件：Cat：SiO2-Al2O3-ZnO2， 温度500 ℃，反应时间相同
第9章 催化裂化
2、烯烃：分解反应为主—具有与烷烃相同的规律 异构化反应：
➢ a) 分子骨架发生变化，即n 变 i。 ➢ b) 双键位置发生变化
氢转移反应 芳构化反应
第9章 催化裂化
3、环烷烃
主要也是分解反应：
主要反应： β断裂
认识FCC反应与热裂化反应的区别
第9章 催化裂化
正十六烷热裂化及催化裂化反应产物（1） （500℃）mol/100mol原料
产物组分
C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7
热裂化 53 129 60 23 9 24 16
FCC 5 12 97 102 64 50 8
正十六烷热裂化及催化裂化反应产物（2） （500℃）mol/100mol原料
➢ 断环——生成环烷烃与烯烃； ➢ 断链——生成两个烯烃。
五员环烷烃也可以异构化成六员环，再环化生 成芳烃。
4、芳烃
芳烃缩合反应
主要也是分解反应，断侧链生成芳烃和烯烃。
环烷烃
芳烃＋H2
第9章 催化裂化
环化
裂解
烷烃
烯化烃＋烷烃
氢转移
支链烯烃 氢转移 支链烷烃
环烷烃 芳香烃
烷烃
断侧链 裂化 脱氢
辛烷值助剂
V 钝化剂
技
工业助剂
术
铂基助剂，超稳分子筛
进
提升管 FCC，Y 型分子筛
展
1960
第一套移动床 FCC
第一套流化床 FCC
1930 第一套固定床 FCC
2000
7、 FCC技术的发展方向
第9章 催化裂化
发展重残渣油的FCC技术，拓宽原料来源。 调整产品结构及产品质量 催化剂的发展 （加工重质油，具备专门特性的） 降低能耗 减少环境污染 过程模拟和计算机应用
第9章 催化裂化
nCO 链长对转化率的影响 正构烷烃 转化率，wt%
NC5H12
1
NC7H16
3
NC12H26
18
NC16H34
42
第9章 催化裂化
己烷异构程度对转化率的影响
C6 异构体
转化率，wt%
C-C-C-C-C-C
13.8
C-C-C-C-C
24.9
C
C-C-C-C-C
25.7
C
C-C-C-C
催化裂化轻油收率提高1个百分点，20亿效益
工程装备
催化剂
原料： VGO AR VR DAO CGO
催化裂化装置原则流程
第9章 催化裂化
产品： 干气 液化气 汽油 柴油 焦炭等
4、催化裂化的原料
第9章 催化裂化
类别
原料来源
特点
馏分油FCC： 减压馏分油 含芳烃不多，易
（减二、三线、 裂化，轻油收率高，
反应，缩合生焦反应。
第9章 催化裂化
二、催化裂化反应机理：正碳离子学说
定义：正碳离子——是指缺少一对价电子的碳所
形成的烃离子。
H. .
R:+C:H
来源：是由一个烯烃获得一个氢离子H+而生成。
氢离子来源于催化剂的表面。
CnH2n+H+→CnH2n+1+
正碳离子的稳定性：叔位 > 仲位 > 伯位 > C2H5+ > CH3+
有催化剂存在下
产品(气体、 液化气、汽 油、柴油、 焦炭)
1、非均相催化示意图
第9章 催化裂化
micropore
Large molecule Macro- and mesopore
催化剂剖面示意图
2、非均相催化七步骤
程 外扩散 过 理 物 内扩散
活性吸附
程 过 学 表面反应 化
脱附
流体体相
第9章 催化裂化
催化剂颗粒表面 催化剂微孔活性表面
在活性表面吸附 … …吸附的反应物分子
活性表面活性反应 … … 吸附的产物分 子
活性表面脱附
程 内扩散 过 理 物 外扩散
催化剂颗粒外表面 流体体相 … … 产物
3、催化裂化的重要性
第9章 催化裂化
提
产
升
品
管
再
反
生
应
器
器
分馏塔
催化裂化流程示意图
• 年加工能力1.2亿吨 • 提供80%汽油 • 35%柴油 • 灵活多变 • 经济效益好
第9章 催化裂化
产物组分
C8 C9 C10 C11 C12 C13 C14
热裂化
13 10 11 9 7 7 5
FCC
8 3 3 2 2 2 1
反应条件：Cat：SiO2-Al2O3-ZnO2， 温度500℃，反应时间相同
第9章 催化裂化
第二节 催化裂化的主要反应
单体烃的FCC反应 催化裂化反应机理 石油馏分的催化裂化反应特点 重油的催化裂化反应特点 催化裂化反应的热力学特征 催化裂化反应动力学
一、单体的FCC反应
1、烷烃 主要是分解反应
分解反应 烷烃
烯烃+烷烃 烯烃+烯烃+烷烃
烷烃 烷烃
烯烃+烯烃+H2 异构烷烃 环烷烃 + 芳烃
环烷烃＋烷烃（或烯烃）（反应同上）
烯烃（反应同上）
环烯烃＋H2
脱氢
芳烃＋H2
断侧链
芳环＋烷烃或烯烃（反应同上）
开环裂化 非常困难，只有个别特殊结构的芳烃可裂化
脱氢
结焦或复杂环芳烃
FCC反应——第一要点
第9章 催化裂化
主要反应——分解反应。 特有反应——氢转移反应； FCC其它反应包括：异构化反应，芳构化
原料
常四线）
优质催化料
350～500℃， 焦化馏分油
含芳较多，较难
C20～C36
（焦化汽、柴油） 裂化，不单独使用 溶剂精制抽出 含芳更多，更难
油
裂化，只能掺兑用
4、催化裂化的原料
第9章 催化裂化
类别
原料来源
Baidu Nhomakorabea
重油FCC：
常压重油
减压渣油
（原料>350℃或
>500℃,
C20～C36或更重 的部分）
特点
最重的部分，除 了多环、稠环芳 烃外，含有胶质 与沥青质，必须 使用专门的催化 剂与相应的工艺 设备与条件。
5、催化裂化的主要产品
40
40
35
30
25
20
15
16
10
54
0 干气 液化气 汽油
30 柴油
10 焦炭
第9章 催化裂化
干气 液化气 汽油 柴油 焦炭
产品的加工利用
第9章 催化裂化
产品名称