化学工艺学_米镇涛_烃类热裂解.ppt

有机化学工业 石油炼制工业 汽油、煤油、柴油、润滑油 石油化学工业 有机原料、三大合成材料 有机精细化工 食品工业 油脂工业 石油工业 石油炼制 石油化工 各种石油产品的沸点及其用途 燃料-化工型炼油厂加工流程 烃类热裂解 石油二次加工过程，石油化工的基础 不用催化剂，将烃类加热到750-900℃发生热裂解 原料： 石油系烃类原料（天然气、炼厂气、轻油、柴油、重油等） 低分子烷烃（乙烷、丙烷） 主要产品： 三烯 （乙烯、丙烯、丁二烯） 三苯 （苯、甲苯、二甲苯） 世界石化工业最重要的基础原料之一 75%的石油化工产品由乙烯生产 2003年底，世界乙烯生产能力达到110.8Mt 2003年底，我国乙烯生产能力达到5.65Mt，居世界第三位 单裂解炉生产能力由20kt/a发展到100-120kt/a,最大达210kt/a 中东、亚洲是新建、扩建裂解装置的重点地域 化学反应 ： 反应规律、反应机理、热力学与动力学分析 工艺参数和操作指标： 原料性质及评价、裂解温度、烃分压、停留时间、裂解深度 工艺过程： 管式裂解炉 脱氢反应 ： CnH2n+2 CnH2n+H2 （C—H键断裂 ） 断链反应 ： CnH2n+2 CmH2m+ CkH2k+2 m＋k=n 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 比正构烷烃容易裂解或脱氢 脱氢能力与分子结构有关，难易顺序为叔氢＞仲氢＞伯氢 随着碳原子数的增加，异构烷烃与正构烷烃裂解所得乙烯和丙烯收率的差异减小 主要产物：氢、甲烷、乙烯、丙烯、C4烯烃 特点: 异构烷烃裂解所得乙烯、丙烯收率远较正构烷裂解所得收率低，而氢、甲烷、C4及C4以上烯烃收率较高 断链反应 在β位生成烯烃 无β位难裂解 脱氢反应 生成二烯烃和炔烃 岐化反应 生成不同烃分子（烷烃、烯 烃、炔烃） 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 主要产物：乙烯、丙烯、丁二烯；环烯烃 特点： 烯烃在反应中生成 小分子烯烃的裂解是不希望发生的，需要控制 裂解反应包括： 断链开环反应 脱氢反应 侧链断裂 开环脱氢 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 侧链烷基断裂比开环容易 脱氢生成芳烃优于开环生成烯烃 五环比六环烷烃难裂解 比链烷烃更易于生成焦油，产生结焦 烷基芳烃的侧链脱烷基反应或断键反应 环烷基芳烃的脱氢和异构脱氢反应 芳烃缩合反应 产物：多环芳烃，结焦 特点：不宜做裂解原料 各种烃在高温下不稳定 900-1000℃以上经过炔烃中间阶段而生碳； 500-900℃经过芳烃中间阶段而结焦。 生碳结焦是典型的连串反应 单环或少环芳烃 形成过程不同:烯烃经过炔烃中间阶段而生碳；经过芳烃中间阶段而结焦 氢含量不同:碳几乎不含氢，焦含有微量氢（0.1-0.3％） 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。 无烷基的芳烃基本上不易裂解为烯烃，有烷基的芳烃，主要是烷基发生断碳键和脱氢反应，有结焦的倾向 正烷烃异烷烃环烷烃（六碳环五碳环）芳烃 3.1 热裂解过程的化学反应 3.1.2 烃类裂解的反应机理 链引发反应是自由基的产生过程 链增长反应是自由基的转变过程 链终止是自由基消亡生成分子的过程 链引发 断裂C---C键产生一对自由基 活化能高 链增长 自由基夺氢 自由基分解,活化能不大 被夺走氢的容易顺序：伯氢仲氢叔氢 自由基分解反应是生成烯烃的反应 链终止 两个自由基形成稳定分子的过程 活化能一般较低 链引发： 生成的异丙基自由基进一步分解为丙烯分子和氢自由