1.3.2 石油及其加工炼制(课件）-《化学工艺》同步教学（化学工业出版社）

第三节 石油化工 1.3.1 石油化工简介 1.3.2 石油及其加工炼制 1.3.3 天然气及其净化分离 二次加工（重质油轻质化）——催化裂化 1、简介 常减压蒸馏所分离出的馏分中轻质馏分油只占10～40％,如何获取更多的轻质馏分油？ 对重质馏分和残渣油进行二次加工催化裂化 催化裂化—在一定的温度和催化剂的作用下，使沸点较高的馏分油经过分解、异构化、氢转移、芳构化、叠合和烷基化等一系列化学反应，裂化为沸点较低的轻质油 注意：催化裂化过程中催化剂会因积炭而失活 催化裂化必须包括反应和再生两个过程 1.3.2 石油及其加工炼制 催化裂化的发展 固定床的方法 反应和再生在同一设备中交替进行，间歇式操作 为实现连续生产，要采用几个反应器轮流进行反应和再生 设备结构复杂，生产能力小，钢材耗量大，操作麻烦 工业生产上已淘汰 移动床的方法 反应和再生分别在两个设备进行 催化剂为3mm的小球 两器间的提升：机械力→空气 两器内的移动：靠重力向下（速度缓慢，磨损较小） 生产能力大为提高，产品质量得到改善 设备结构仍比较复杂，大型化的装置在经济上不够优越 二次加工（重质油轻质化）——催化裂化 二次加工（重质油轻质化）——催化裂化 催化裂化的发展 流化床的方法 反应和再生分别在两个设备进行，采用了流化技术 催化剂是20～100μm的微球，与油气或空气形成流化状态，在两器间的输送像流体一样方便。 处理量大（大型装置年处理能力达到6Mt），设备结构简单，操作灵活 存在床层返混现象，产品质量和产率不如移动床 提升管反应器 以高温短接触时间的活塞流反应代替原来的床层反应 克服了返混现象，生产能力大幅提高，产品质量和产率得到显著改善 二次加工（重质油轻质化）——催化裂化 2、化学反应 分解反应 各种烃类都能进行C－C键断裂的分解反应 分解时多从中间的C－C键处断裂（C－C键的键能随分子从两端向中间移动而减弱），分子越大越容易断裂 碳原子数相同的链状烃中，异构烃比正构烃容易分解 二次加工（重质油轻质化）——催化裂化 2、化学反应 异构化反应 分子量不变只改变分子结构的反应 包括：骨架异构、双键移位异构和几何异构 二次加工（重质油轻质化）——催化裂化 2、化学反应 氢转移反应 烃分子上的氢转移到另一个烯烃分子上使之饱和的反应 供氢：烷烃→烯烃，环烷烃→环烯烃→芳烃 受氢：烯烃→烷烃，二烯烃→单烯烃 二次加工（重质油轻质化）——催化裂化 2、化学反应 芳构化反应 指能生成芳烃的反应 叠合反应 烯烃与烯烃合成大分子烯烃的反应 烷基化反应 烯烃与芳烃或烷烃发生的加合反应 二次加工（重质油轻质化）——催化裂化 2、化学反应 反应机理 催化裂化反应实际上是各种正碳离子的反应 正碳离子是烃分子中有一个碳原子的外围缺少一对电子形成带正电荷的离子，如： 由中性分子最初形成正碳离子必须有烯烃和质子 烯烃：裂化原料或饱和烃热反应产物 质子：由催化剂的酸中心提供 烯烃 质子 正碳离子 2、化学反应 反应热效应 分解类型的反应都是吸热反应 如：断裂、开环、脱氢等反应 合成类型的反应都是放热反应 如:氢转移、缩合等反应 分解反应是主要的，且热效应比较大 催化裂化总的热效应表现为吸热反应 二次加工（重质油轻质化）——催化裂化 3、催化剂 天然白土 无定型硅酸铝催化剂 制造成本低，但性能差 现已很少单独使用，而是作为催化剂载体 合成硅酸铝 无定型硅酸铝催化剂 依铝含量的不同分为低铝和高铝两种 基本结构单元是硅（铝）氧四面体，硅（铝）处于四面体的中心，四个顶角位置是氧原子 具有活性是由于其具有酸性，能给烃分子提供质子 二次加工（重质油轻质化）——催化裂化 3、催化剂 分子筛 结晶型硅酸铝催化剂 化学组成： 具有酸性，是一种固体酸催化剂 硅氧或铝氧四面体→氧环→具有三维空间的各种多面体 具有排列着整齐均匀、大小一定的孔穴（选择性） 有多种类型，包括：方钠型、八面型、丝光型、高硅型 二次加工（重质油轻质化）——催化裂化 一般分散在无定型的硅酸铝载体上使用 大于分子筛孔径的较大分子先在载体上进行初步反应 反应产生的较小分子再进入分子筛内进行反应 催化剂使用量可增大，便于解决热量传递问题，降低成本 可提高分子筛对热、蒸汽、机械磨损的稳定性 典型分子筛：ZSM-5、Y型、β沸石、MCM-22等。目前，催化剂的研究重点在重油转化能力、水热稳定性不好、力学强度等 3、催化剂 催化剂颗粒的选择 易于流化，表面积大小 气流夹带损失小大 抗磨性不能太小 热量传递不能太大 流化床所用的催化