5.1 烃类热裂解（课件）-《化学工艺学(第2版) 》同步教学（高教版）

第五章 有机化工反应单元工艺 5.1 烃类热裂解 5.2 氯化 5.3 烷基化 5.4 水解和水合 5.5 羰基合成 5.1 烃类热裂解 一、概述 1. 定义：裂解又称裂化，指有机化合物受热分解和缩合生成相对分子质量不同的产品的过程。 2. 分类： （1）有否使用催化剂：可分为热裂化和催化裂化两大类; （2）存在介质不同：可分为加氢裂化、氧化裂化、加氨裂化和蒸汽裂化。 返回 3. 应用 （1）烃类热裂化用来产生低级烯烃 ； （2）氧化裂化用于甲烷制乙烷，以及重质烃制取混合 烯烃、汽油、柴油和合成气等； （3）加氢裂化用于重质油制轻质燃料油、以及煤气制造人造天然气； （4）加氨裂化，如酯类加氨生成腈； （5）有机酸酯经裂解生成酸、酮和醇； （6）由卤烷经热裂解可制得卤代烯烃。 有机化工反应单元工艺 ——烃类热裂解 4.烃类热裂解工艺综述 （1）原料 轻质烃：如天然气、油田伴生气和炼厂气 重质烃：如轻油、柴油、重油、原油闪蒸馏分油和 原油 （2）裂解 99%以上采用管式炉 （3）分离 a.净化：除去对后续分离工序有害杂质，如酸性气体（H2S和CO2）、炔烃和水分等。 b.分离:首先将C5以下各种烷烃和烯烃分出，然后采用深冷分离方法在-100℃以下将低级烯烃用精馏方法逐个分离，这种分离方法能耗相当大，需考虑节能问题。 有机化工反应单元工艺 ——烃类热裂解 （4）其他裂解方法和分离方法 a.裂解 裂解重质油的蓄热炉法和砂子炉法、规模不大。 b.分离 除采用深冷分离方法外，还有吸收（精馏）法、吸附法和络合分离法等。 （5）管式炉热裂解的技术进步 a.随着催化裂化技术的进步，原料逐步向重质化方向延 伸、扩大原料来源； b.裂解方式多样化，如：通常的热裂解法除外，还发展了过热水蒸气法、部分氧化法、加氢裂化法和催化裂化法，提高了原料的转化率和选择性； c. 裂解炉炉型不断更新。为提高裂解温度，缩短停留时间以提高低级烯烃产率，已发展5种比较先进的裂解炉炉型； 有机化工反应单元工艺 ——烃类热裂解 烃类热裂解的过程十分复杂，按反应进行的先后顺 序，分为一次反应和二次反应。 一次反应：由原料烃类热裂解生成乙烯和丙烯等低级烯烃的反应。 二次反应：由一次反应生成的低级烯烃进一步反应生 成多种产物，直至最后生成焦或炭的反应。 在烃类热裂解中应设法加以控制。 d.废热锅炉多样化、高效化； e.能量回收更趋合理。 二、烃类热裂解原理 1.烃类的热裂解反应 有机化工反应单元工艺 ——烃类热裂解 有机化工反应单元工艺 ——烃类热裂解 （1） 烷烃热裂解的一次反应 脱氢反应： 断链反应： 断键规律 a.同碳原子数的烷烃， C－H键能大于C－C键能，故断 键比脱氢容易； b.烷烃的相对稳定性随碳原子数的增大而降，因此相对 分子质量大的烷烃比分子质量小的容易裂解； c.烷烃中叔氢最易脱去，仲氢次之，伯氢最难； d.带支链C－C键或C－H键，较直链的键能小，因此支 链烃容易断链或脱氢； e.低分子烷烃的C－C键在分子两端断裂比在中央断裂容 易。 有机化工反应单元工艺 ——烃类热裂解 （2） 环烷烃热裂解的一次反应 发生断链和脱氢反应，生成乙烯、丁烯、丁二烯和芳烃等烃类。 断键规律 a. 带有侧链的环烷烃，首先进行脱烷基反应，若为长链，则先在侧链中央的C-C链断裂，并一直进行到侧链全部与环断裂为止，然后残存的环再进一步裂解，裂解产物是烷烃和烯烃等。 b. 五元碳环比六元碳环稳定，较难断裂。 c. 由于伴有脱氢反应，有些碳环（如六元碳环）可转化为芳烃。 有机化工反应单元工艺 ——烃类热裂解 （3）芳烃热裂解的一次反应 在一般的裂解温度下不易发生芳烃开环反应，但 会发生芳烃脱氢缩合、侧链断裂和脱氢反应。 脱氢缩合 断侧链反应 脱氢反应 有机化工反应单元工艺 ——烃类热裂解 （4） 烯烃