1-第三章热裂解过程的化学反应.
化工工艺学-第三章ppt课件

表观停留时间
tR
包括惰性稀释别)的实际体积流量, L,反应管长度; S,反应管截面积, VR,反应器容积。
平均停留时间:
t A
VR dV 0 VV
tA
VR V V
V╹,原料气(包括水蒸气)在平均反应温 度和平均反应压力下的体积流. 量
3.烃分压和稀释剂的影响 烃分压是指进入裂解反应管的物料中气相碳氢化合物
的分压。 热力学: a降低压力有利于抑制二次反应。裂解反应的一次反应是 摩尔数增加的反应,所以压力降低有利于提高一次反应的 平衡转化率。二次反应,尤其是聚合、缩合、结焦等二次 反应是摩尔数减少的反应 b压力对反应速度和反应选择性的影响:
脱氢反应反应式为:
.
烃类裂解过程的二次反应
(1)烯烃裂解 如大分子烯烃裂解为小分子烯烃 2)烯烃聚合、环化、缩合反应
.
(3)烯烃加氢和脱氢反应,如 (4)烯烃分解生碳反应,如
.
烃类裂解反应机理
(1)链引发:烷烃引发主要是断裂C—C键,而对C一H键的引发较小。 链引发反应的活化能较大,290~330KJ/mol范围。 (2)链的增长反应:自由基的分解反应和自由基的夺氢反应。分 解反应的活化能在120~178KJ/mol范围内,夺氢反应的活化能在29 ~45KJ/mol的范围内。两种链传递反应的活化能都比链引发的活化 能小,而反应是生成烯烃的反应,能使小分子烯烃的收率增多,还 可提高裂解反应的转化率。 (3)链终止反应:自由基与自由基结合成分子的反应。
a提高温度有利于—次反应。 b温度升高,二次反应速度也加快,所以升高温度也能使 焦的量增加。因此,当采用高温时必须相应减少停留时间, 以减少结焦的量和生成乙炔的量。
.
2.停留断间的影响 (1) 停留时间的选择
化学工艺学米镇涛答案

化学工艺学米镇涛答案【篇一:科研论文(合成氨工艺综述)】t>(题目:合成氨工艺综述学生姓名:学号:学院:化工学院班级:二〇一四年三月合成氨工艺综述摘要:本文总结了全国合成氨的主要生产方法,从工艺选择、合成氨原料来源、原料及组成、工艺流程,以及合成氨当今的技术结构进行了重点的分析介绍。
关键词:合成氨;工艺技术;原料;流程合成氨是由氮和氢在高温高压下并在催化剂的作用下合成的,世界上除少量从焦炉气中回收外,工业上绝大多数合成氨是由合成法制得。
生产合成氨的主要原料有天然气、石脑油、重油、煤炭等等。
其合成的工艺技术也有多种,其中以天然气蒸汽转化法和水煤浆气化法制取合成气最为常见。
一合成氨原料及组成(一)气态烃原料合成氨的气态原料主要包括天然气、油田气、炼厂气和焦炉气等等,其中天然气的主要组份为:90%以上的甲烷和少量氮气、氢气。
焦炉气的主要成分是:50%多的氢气和25%的甲烷,还有一些其他碳氢化合物。
炼厂干气的主要成分是:气体碳氢化合物为主,以及氮气和氧气,还有一氧化碳和二氧化氮。
(二)液态烃原料合成氨的液态烃原料有:重油、渣油。
其不同厂的渣油成分有些细微的差别,但其主要成分碳含量86%以上,氢含量基本在11%以上还有一些别的物质。
(三)固态原料固态原料主要是煤,有有烟煤、无烟煤、褐煤等等。
物质不同其燃烧值也不同,无烟煤热值最高,烟煤其次。
这也就说明无烟煤的碳含量最高,为89%-98%。
二合成氨工艺技术(一)以天然气为原料制造合成氨工艺技术以天然气为原料制造合成氨的生产过程采用的是蒸汽转化法和加氧催化法,其中以蒸汽转化法为主。
主要流程是天然气和蒸汽在一段转化炉中在催化剂的作用下将天然气中的烷烃转化为以氢气和一氧化碳为主的合成气。
合成气在经过二段转化炉,同时在加入空气,这样一方面使得残余的甲烷进一步燃烧,另一方面配入合成氨所需要的氮气,使得原料气中的氢氮比达到3:1;从二段转化炉出来的转化气中含有一定的一氧化碳,在经过变换工段把一氧化碳变化成二氧化碳,由于二氧化碳对合成氨是无用且有害的气体,会使得合成氨的催化剂中毒,所以必须进行脱除,分别进入低温甲醇洗和液氮洗;脱碳后的气体经过压缩机送往合成塔进行氨的合成。
化学反应中的裂解反应机理

化学反应中的裂解反应机理化学反应是物质发生变化的过程,其中裂解反应是一种常见的反应类型。
裂解反应是指化合物解体成两个或多个较简单的分子或离子的过程。
它在许多领域都有重要的应用,包括能源领域和有机合成等。
本文将探讨化学反应中的裂解反应机理。
一、裂解反应的概念裂解反应是指在反应中某个化合物被分解成两个或多个较简单的物质。
在裂解反应中,化合物的化学键被断裂,形成新的化学键。
根据裂解反应发生的方式和条件,裂解反应可以分为热裂解、光裂解、电解和催化剂裂解等。
二、裂解反应的分类1. 热裂解:热裂解是指通过加热将化合物进行分解的过程。
热裂解通常需要高温条件,以提供足够的能量来克服化学键的吸热过程。
例如,热裂解甲烷可以产生一氧化碳和氢气的反应。
2. 光裂解:光裂解是指通过吸收光能将化合物分解的过程。
在光裂解中,光能被化合物吸收后,激发态的化合物分子发生裂解反应。
例如,光裂解二氧化氮可以产生氮氧化物和氧气的反应。
3. 电解:电解是指通过电流将化合物分解的过程。
在电解过程中,电流的通过使得化合物分解成离子。
例如,电解水可以产生氢气和氧气的反应。
4. 催化剂裂解:催化剂裂解是指在存在催化剂的条件下进行化合物分解的过程。
催化剂可以降低反应的活化能,促进裂解反应的进行。
催化剂裂解常用于有机合成中,以提高反应的效率和选择性。
三、裂解反应的机理裂解反应的机理取决于化合物的结构和反应条件。
在裂解反应中,化学键被断裂产生自由基或离子,然后形成新的化学键。
裂解反应的机理可以通过实验和理论计算进行研究。
1. 自由基裂解机理:在热裂解和光裂解中,常见的机理是自由基裂解机理。
在自由基裂解中,化合物的某个化学键被断裂,形成自由基。
自由基在反应中与其他分子发生反应,生成稳定的产物。
例如,在乙烷的热裂解中,乙烷分解成甲烷和乙烯。
2. 离子裂解机理:在电解中,化合物通常以离子的形式进行裂解。
正离子和负离子在电解过程中向电极移动,并发生化学反应。
热裂解过程的化学反应与反应机理

热裂解过程的化学反应与反应机理热裂解(pyrolysis)是指在高温条件下,将有机物分解为烃类、气体、液体和固体等碳氢化合物的过程。
热裂解是一种重要的化学反应,广泛应用于能源获取(如石油炼制、生物质能源转化)和有机物合成(如塑料、橡胶的制备)等领域。
本文将探讨热裂解过程的化学反应和反应机理。
热裂解反应的化学反应可以分为主要反应和副反应两类。
主要反应是指裂解过程中一步生成烃类和气体等产物的主要化学反应。
副反应是指在主要反应之外,还会发生其他的次要反应。
热裂解的主要反应之一是炭氢键的裂解。
有机物分子中的碳氢键在高温下会断裂,生成自由基和烃类物质,并释放出能量。
自由基在接触其他有机物分子时可能引发连锁反应,形成更多的烃类产物。
裂解的产物主要有烷烃、烯烃和芳烃等不同类型的碳氢化合物。
例如,甲烷的热裂解反应可以描述为:CH4→CH3•+H•自由基CH3•和H•可以进一步参与以下反应:CH3•+CH4→CH3CH3CH3•+H•→CH4从以上反应可见,烷烃分子在高温下经过碳氢键的断裂生成自由基,自由基再与其他烷烃分子进行反应,生成更大分子的烷烃产物。
除了炭氢键的裂解,热裂解还包括其他一些重要的反应,如重排反应和芳烃形成反应等。
重排反应是指有机物分子在高温下发生结构改变,重新排列生成新的化合物。
芳烃形成反应是指非芳烃物质在热裂解过程中发生芳香烃的形成。
在热裂解过程中,除了主要反应,还会同时发生一些副反应。
副反应的产物通常是一些不稳定的化合物,如自由基或芳烃类物质。
这些副反应的产物可能会继续参与主要反应或其他副反应,形成更多的产物。
副反应的产物往往难以控制,可能对热裂解的产率和选择性造成一定的影响。
热裂解的反应机理可以通过实验、计算和模拟等方法进行研究。
实验通常使用高温反应器和质谱仪等仪器对反应过程中的产物进行表征和分析。
计算和模拟则利用量子化学计算和动力学模拟等方法,通过计算分子间的能量和反应速率常数等参数,来理解和预测热裂解反应的机理。
裂解过程的工艺参数和操作指标

KSF=1~2.3为中度裂解区
C5+含量继续下降,乙烯含 量 ↑减慢,丙烯、丁烯在 KSF=1.7左右达到峰值。
KSF>2.3为深度裂解区
一次反应停止,产物组成由 于二次反应而发生变化。 C5+ 以上馏分中原有的饱和烃经过 裂解反应达到最低值,丙烯↓、 丁烯↓,乙烯量达峰值。
第二节 裂解过程的工艺参数和操作指标
一、裂解原料 ➢原料选择:
氢含量越高,获得C4以下烯烃收率越高,低碳烷 烃是首选原料。 ➢裂解原料:
国外:以轻烃C4(以下)和石脑油为主,几乎占 90%左右。
国内:重柴油、重质油的比例高达20%以上,有 待优化。
2020/3/30
二、裂解温度和停留时间 1、裂解温度 温度对产品分布的影响:
2020/3/30
(1)原料转化率X 反应裂解原料的转化程度。 单一烃裂解 → 用转化率“X”表示 对于多组分烃裂解 → 分别计算各组分的X 重质馏裂解 → 选某一当量组分计算X,表征裂解
深度。
(2)甲烷收率y(C10) 裂解所得甲烷收率随裂解深度增加而提高。由
于甲烷较稳定,基本不发生二次反应,可以用来衡 量反应的深度。
(7)裂解深度函数
S=Tθm
T—裂解温度 θ—停留时间; m—0.06或0.027。
2020/3/30
(8)动力学裂解深度函数 KSF
原料性质
裂解深度的内因
反应条件
裂解深度的外因
内外因 的统一 KSF
KSF综合考虑了原料性质、停留时间和裂解温 度影响。
2020/3/30
① KSF定义
将原料裂解反应作为一级反应处理,原料转化率x和
烃类热裂解

7.1.1 热裂解过程的化学反应
• 结论:在二次反应中,除了较大分子量的烯烃裂解, 可增加乙烯收率外,其余的二次反应均消耗乙烯, 降低乙烯收率,导致结焦和生碳。
7.1.2 烃类热裂解反应的特点与规律
烃类裂解反应的特点
➢ 无论断链还是脱氢反应,都是热效应很高的吸热反应
➢ 断链反应可以视为不可逆反应,脱氢反应则为可逆反应 ➢ 存在复杂的二次反应 ➢ 反应产物是复杂的混合物
7.1.3烃类热裂解的主要工艺因素
➢压力不能改变反应速率常数,但降低压力能降低 反应物浓度。 ➢压力对高于一级的反应比一级反应的影响要大, 即降低压力可增大一次反应对于二次反应的相对速 率,提高一次反应选择性。 ➢降低压力可减少结焦的程度
7.1.3烃类热裂解的主要工艺因素
稀释剂
为什么要加稀释剂? 在高温下裂解,不宜用抽真空减压的方法降低烃分 压,因为高温密封不易,一旦空气漏入负压操作的裂 解系统,与烃气体形成爆炸混合物就有爆炸的危险。 稀释剂可用水蒸气、氢或任一种惰性气体,但常用 水蒸气作稀释剂。
7.1.2 烃类热裂解反应的特点与规律 烃类裂解的反应特点
7.1.2 烃类热裂解反应的特点与规律
烷烃的裂解反应规律: 同碳原子数的烷烃,C-H键能大于C-C键能,断链比脱氢容易
碳链的增长,分子热稳定性下降,碳链越长裂解反应越易进 行
脱氢能力与分子结构有关: 由易到难:叔碳氢>仲碳氢>伯碳氢
含有支链的烷烃容易发生裂解反应。乙烷生成乙烯。
④烯烃 大分子烯烃裂解为乙烯和丙烯; 脱氢生成炔烃、二烯烃,进而生成芳烃。
各类烃的热裂解反应的难易顺序: 正构烷烃>异构烷烃>环烷烃>芳烃
7.1.3烃类热裂解的主要工艺因素
裂解温度和停留时间 ➢裂解温度:温度高,有利生成乙烯。 ➢ 停留时间:指裂解原料经过辐射盘管的时间。 ➢裂解深度(转化率)取决于裂解温度和停留时间。 ➢相同裂解原料在相同转化率下,由于温度和停留时间
第三章烃类裂解

3、裂解与裂化区别 共同点均符合广义定义。 不同点 ①、T不同 T裂解> 600℃ T裂化< 600℃ ②、目的不同 裂解产物---乙烯、丙烯、乙炔,联产 为丁二烯、苯、甲苯、二甲苯等。 裂化产物---汽油等燃料产品。
第一节
裂解反应和反应机理
烃类热裂解,简称烃类裂解,就是利用烃类在高 温下不稳定、易分解的特性,在高温下将含碳原 子数较多,即分子量较高的烃类 ——石油系原料 断裂分解成含碳原子数较少,即分子量较低的烃 类,以制取低级烯烃——乙烯、丙烯、丁二烯和 芳烃等基本有机化工原料的化学过程。
二次反应:
是指一次反应产物(乙烯、丙烯)继续反应,并转化为炔烃、二烯烃、芳烃以 至结焦生炭的反应,千方百计抑制其进行
一、烃类裂解的一次反应
1.烷烃裂解的一次反应
(1)脱氢反应 C-H键的断裂 (2)环化脱氢反应
(3)断链反应 C-C键的断裂 碳原子数(m+n)越大,断裂反应越容易进行。
从分子结构中的键能数据分析
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
自由基分解反应的规律
自由基分解为碳原子数较少的烯烃的反应活化 能较小 自由基中带有未配对电子的碳原子,若所连的 氢较少,就主要分解为氢自由基和同碳原子数 的烯烃分子 链增长反应中生成的自由基碳原子数大于 3 , 还可继续发生分解反应 自由基分解反应直到生成氢自由基、甲基自由 基为止
所以,高含量的烷烃,低含量的芳烃和烯烃是理想的裂解 原料。
二、裂解过程的动力学分析
1.反应机理
自由基反应机理
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
第3章烃类热裂解《化学工艺学(第二版)》米镇涛 主编

(5)芳构化反应 六个或更多碳原子数的烯烃,可以发生芳构化反
应生成芳烃,通式如下
3.1.1.3 环烷烃的裂解反应
环烷烃较相应的链烷烃稳定,在一般裂解条件下可发生断链开环
反应、脱氢反应、侧链断裂及开环脱氢反应,由此生成乙烯、丙
烯、丁二烯、丁烯、芳烃、环烷烃、单环烯烃、单环二烯烃和氢 气等产物。
来看,属于比较典型的连串反应。
图 3-2 轻柴油裂解一次和二次反应 ——表示发生反应生成的;┄┄表示未发生反应而1.3.1 族组成
裂解原料油中各种烃,按其结构可以分为四大族,即链烷烃族、烯 烃族、环烷烃族和芳香族。
图 3-3 原料氢含量与乙烯收率的关系
② 自由基中带有未配对电子的那个碳原子,如果连的氢较少,这种
自由基就主要是分解出H· 生成同碳原子数的烯烃分子,如表中异
丙基和叔丁基的分解反应。 ③ 从分解反应或从夺氢反应中所生成的自由基,只要其碳原子数 大于3,则可以继续发生分解反应,生成碳原子数较少的烯烃。
由此可知,自由基的分解反应,一直会进行下去,直到生成H· ,CH3
3.1.3.2 氢含量
氢含量可以用裂解原料中所含氢的质量分数w(H2)表示,也可以用
值更高,这是由于C—H键能高于C—C键能所致。
④ 断链反应的Δ 有较大负值,是不可逆过程,而脱氢反应的Δ
是正值或为绝对值较小的负值,是可逆过程,受化学平衡限制。
⑤ 断链反应,从热力学分析C—C键断裂在分子两端的优势比断裂
在分子中央要大;断链所得的分子,较小的是烷烃,较大的是烯烃
占
优势。随着烷烃链的增长,在分子中央断裂的可能性有所加强。
链的增长反应包括自由基夺氢反应、自由基分解反应、自由基加 成反应和自由基异构化反应,但以前两种为主。链增长反应的夺 氢反应通式如下。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
CH3CH2CH2-CH3
341.8
CH3CH2CH2CH2H
393.2
H3C-C(CH3)3
314.6
CH3CH2CH(CH3) H
376异.6构比CH正3C构H2烷CH烃2-更CH易2C裂H2解CH或3 脱氢325.1
CH3-C(CH3)2H
364
CH3CH(CH3)CH(CH3)CH3
Chemistry and chemical engineering institute
断链反应 Cm+nH2(m+n)
CmH2m+CnH2n
脱氢反应
C4H8 C4H6 H 2
歧化反应
2C3 H 6 C2 H 4 C4 H8 2C3 H 6 C2 H 6 C4 H 6
Chemistry and chemical engineering institute
双烯合成反应
+
芳构化反应
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。
Chemistry and chemical engineering institute
➢ 异构烷烃裂解规律 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
第一节 热裂解过程的化学反应
1 热裂解过程的化学反应
本节 讲授 内容
2 烃类裂解的反应机理 3 裂解原料性质及评价
4 裂解反应的热力学和动力学
2020/8/18
Chemistry and chemical engineering institute
石油工业
常减压精馏
❖石油炼制
催化裂化 催化加氢
催化重整
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。
第三章 烃类热裂解
本章 内容
1.1 热裂解过程的化学反应
1.2 工艺参数和操作指标 1.3 管式裂解炉及工艺过程
1.4 裂解气的预分馏及净化 1.5 压缩和制冷系统 1.6 裂解气的精馏分离系统
Chemistry and chemical engineering institute
本章学习要求 1、熟练掌握的内容 ✓烃类热裂解反应规律; ✓原料烃组成对裂解结果的影响; ✓裂解过程工艺参数; ✓动力学裂解深度函数KSF对产物分布的影响; ✓裂解气所含杂质的各种净化方法; ✓裂解气顺序分离流程; ✓深冷分离过程中,影响乙烯收率的因素分析; ✓甲烷塔、乙烯塔的作用和特点。
烃类裂解
❖石油化工 C4馏分
芳烃
原油加工得到各 种油品的过程
利用石油生产有 机化工原料产品
Chemistry and chemical engineering institute
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)。
310.9
正构烷烃一次反应的ΔGθ和ΔHθ(1000K)
趋向两端断裂,生成分子量较大的烯烃
Chemistry and chemical engineering institute
正构烷烃裂解规律 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;
碳氢键
键能 kJ/mol
碳碳键
同CH正3C构-H烷烃断链42比6.脱8 氢容易 CH3-CH3
键能 kJ/mol
346
CH3CH2-H
405.8
CH3-CH2-CH3
343.1
CH3CH2CH2-H 397.5 碳链越C长H3裂CH解2-反CH应2C越H3容易 338.9
CH3-CH(CH3)H 384.9
(1)烷烃 ➢正构烷烃的裂解
脱氢反应: CnH2n+2
断链反应:
CnH2n+H2 (C—H键断裂 )
CnH2n+2
CmH2m+ CkH2k+2 m+k=n
环化反应(C5以上)
CH3(CH2)4CH3
+ H2
Chemistry and chemical engineering institute
各种键能比较
主要产品: 三烯 (乙烯、丙烯、丁二烯); 三苯 (苯、甲苯、二甲苯)。
Chemistry and chemical engineering institute
热裂解工艺总流程
原 料 热裂解
净
预 分
裂解气
化 (
深分 冷离
馏
(
反应部分
急 冷
脱 酸 、 脱
压精 缩馏
三 烯水制分来自)、冷离
芳烃
汽裂 油解
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。
Chemistry and chemical engineering institute
(2)烯烃的裂解反应及反应规律
R
R
特点:除了大分子烯烃裂解能增加乙烯外,其余的 反应都消耗乙烯,并结焦。
Chemistry and chemical engineering institute
➢烯烃的裂解反应规律 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,
脱 炔 )
系系 统统
分离部分
Chemistry and chemical engineering institute
一、热裂解过程的化学反应
1、烃类裂解反应规律
热裂解 烃类
氢、甲烷、乙烯、丙 烯、丁烯、丁二烯、 芳烃和碳五以上组分
Chemistry and chemical engineering institute
Chemistry and chemical engineering institute
2、理解的内容 ✓烃类热裂解的特点; ✓管式裂解炉的主要炉型及其特点; ✓热裂解工艺流程; ✓压缩的目的; ✓前脱氢(前冷)工艺流程。
Chemistry and chemical engineering institute