基本有机化工讲义课件

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1、第三章基本有机化工3.1烃类裂解3.2芳烃转化及生产3.3催化加氢与脱氢3.1烃类裂解烃类热裂解是使石油烃原料在高温下发生一系列复杂的反应，生成相对分子量小的烯烃、烷烃和其他相对分子量不同的轻质重质烃类。乙烯、丙烯等低级烯烃的化学性质活泼，是基本有机化工原料，工业上获得低级烯烃的主要方法就是烃类热裂解。烃类裂解生产乙烯工艺主要有：原料烃类裂解和裂解产物的分离3.1.1热裂解反应与反应机理裂解过程十分复杂主要反应产物及变化关系如下图所示：裂解反应过程分为一次反应和二次反应一次反应：由原料烃类经热裂解生

2、成乙烯和丙烯的反应二次反应：由一次反应所得烯烃进一步反应生成的产物裂解工艺要尽量减少二次反应一、裂解一次反应一、烷烃裂解脱氢反应、断链反应烷烃裂解规律：断链比脱氢容易；碳链越长的烃分子越易断链；烷烃脱氢能力与分子结构有关；带支链的烃比直链烃更易断裂无论脱氢还是断链反应，都是强吸热反应二、环烷烃裂解可发生脱氢、断链反应，产物主要有乙烯、丁烯、丁二烯、芳烃等环烷烃裂解规律：侧链比烃环易裂解；环烷脱氢生成芳烃比开环生成烯烃容易，五碳环比六碳环较难裂解三、芳香烃裂解裂解规律：芳烃脱氢缩合反应；烷基芳烃的侧链

3、断链生成苯、甲苯、二甲苯和脱氢反应四、烯烃热裂解烯烃脱氢和断链，得到乙烯、丙烯等低级烯烃二、烃类管式炉裂解生产乙烯烃类裂解特点：强吸热，需在高温下进行，在750℃以上；为避免二次反应，停留时间短，烃分压要低；反应产物复杂。供热方式和裂解设备是工艺的关键供热方式：间接供热和直接供热。间接供热的管式裂解法是工业主流生产方法。（1）裂解原料与特性参数原料有：气态烃和液态烃。特性参数有A、族组成—PONA值用于判断原料是否适宜做裂解原料的重要依据B、原料氢含量—w以目前技术，气态产物含氢量w控制在18%，液

4、态产物含氢量w控制在7~8%C、芳烃指数—BMCI用于表征柴油等重质馏分油中烃组分的结构特性。BMCI↗，乙烯收率↓D、特性因数—K反映石脑油、轻柴油等油品的化学组成特性的一种因数。K↗，乙烯收率↗（2）衡量裂解结果的指标转化率（有代表性的组分的转化率），产气率（一般小于C4的产物为气体）选择性收率和质量收率（3）操作条件对裂解的影响裂解温度停留时间温度——停留时间效应稀释剂和烃分压裂解温度影响在一定温度范围，温度↗，乙烯收率↗，但反应速率↗，采用高温，必须减少停留时间停留时间影响停留时间减少，乙烯

5、收率↗温度——停留时间效应正构烷烃裂解，乙烯收率高，丙烯以上单烯烃下降，可利用此效应调整乙烯丙烯比例。稀释剂和烃分压水蒸气做稀释剂、管式炉裂解工艺流程1、管式裂解炉由炉体和裂解管两部分组成分为对流式和辐射室。常见炉型有：2、裂解气急冷与急冷换热器为减少二次反应，裂解气从反应器出来，必须急冷终止反应。急冷方法：直接急冷、间接急冷工业上都是先间接急冷，后直接急冷，最后洗涤。急冷换热器必须在0.1s以下将裂解气从800℃降至350~600℃，管外热水320~330℃，换热器的热强度高，承受很大的温差和压力

6、差，因此要求很高。3、裂解炉的结焦和清焦结焦危害：焦的积累导致管子内径变小，阻力增大，管壁温度升高，破坏裂解优化工艺清焦方法：停炉清焦法、不停炉清焦法4、裂解工艺流程、裂解气净化与分离裂解气净化分离的目的是出去有害杂质。分离方法有：深冷分离法、油吸收精馏法、吸附分离法、络合分离法。分离流程，由三大系统组成，包括：气体净化系统、压缩和冷冻系统、精馏分离系统裂解气预分馏与净化裂解出口气急冷后再降至常温，分馏出重组分（燃料油、裂解汽油、水分）即为预分馏。预分馏作用：A经预分馏降低裂解气温度，保证裂解气压缩

7、机正常运作，并降低压缩功耗B尽可能分馏出裂解气重组分，减少压缩分离系统负荷C裂解气中的稀释蒸汽以冷凝水方式回收，再用来发生稀释蒸汽，减少污水排放D预分馏中可继续回收低品位能量预分馏工艺过程裂解气净化裂解气含有H2S、CO2、H2O、C2H2、CO等气体杂质。杂质来源：原料气带入、裂解过程产生、裂解气处理过程引入。杂质对深冷分离有害，而且还能进入乙烯丙烯产品，产品不达标，尤其是生产聚合级的乙烯丙烯。酸性组分与水分脱除酸性气体主要是CO2和H2S，危害：前者在低温下结成干冰固体，后者引起加氢和甲烷化催化

8、剂中毒。脱除方法：采用化学吸收法脱除。常用碱洗法、乙醇胺法等脱酸脱水危害：水在低温下结冰，并与轻质烃形成结晶水合物脱除方法：吸附法。用分子筛等吸附剂脱炔危害：炔类的存在影响乙烯和丙烯后续加工。处理方法：溶剂吸收和催化加氢催化加氢，由加氢脱炔在分离中位置不同有前加氢脱炔和后加氢脱炔两种。CO的脱除通过甲烷化法脱除压缩和制冷压缩：提高分离压力，可提高分离温度，降低冷量的消耗。采用多级压缩可节约压缩功耗，降低出口温度，减少分离净化负荷制冷：制冷剂：选用乙烯、丙烯做制冷剂制冷