第二节 石油烃类的催化裂化反应PPT课件
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第一章 石油烃热裂解PPT课件
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第一章 石油烃热裂解
第一节 乙烯的生产方法 第二节 石油烃热裂解的原料 第三节 石油烃热裂解的生产原理 第四节 石油烃热裂解的生产工艺条件 第五节 石油烃热裂解的生产工艺流程 第六节 生产中异常现象的处理 第七节 化工生产中开、停车的一般要求
的水平，没有或很少有常年运行的工业化生产装置。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
10
第二节 石油烃热裂解原料
一、裂解原料来源和 种类
一是天然气加工厂的轻烃， 如乙烷、丙烷、丁烷等;
二是炼油厂的加工产品， 如炼厂气、石脑油、柴油、 重油、渣油等，以及炼油厂 二次加工油，如焦化加氢油、 加氢裂化油等。
1、石油和天然气的供应状况 和价格
乙烯能力都是采用石脑油和柴油。
但当石油输出国大幅度提高油价后，绝大多数乙烯装置
又转向以天然气为原料。
90年代，提高了汽油质量要求，使原来用于催化重整的
石脑油又成为乙烯裂解的原料。
12
2.原料对能耗的影响
使用重质原料的乙烯装置能耗远远大于 轻质原料，以乙烷为原料的乙烯装置生产 成本最低。
若乙烷原料的能耗为1，则丙烷、石脑油 和柴油的能耗分别是1.23、1.52、1.84。
虽然我国乙烯工业发展较快，但远不能满足经济社会 快速发展的要求，不仅乙烯自给率下降，而且产品档次低、 品种牌号少，一半的乙烯来自进口。
根据2000～2020年我国GDP增长率7.2%为基准的弹性 系数测算，乙烯需求预测可见表1－1。
从表1－1可以看出，我国乙烯自给率还不高，一方 面需要进口乙烯产品，另一方面需要加大国内乙烯的生产， 因此，无论从乙烯在有机化工中的地位，还是从乙烯的需 求量预测，都可以看出，以生产乙烯为主要目的的石油烃 热裂解装置在有机化工中具有举足轻重的地位。
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第一章 石油烃热裂解
第一节 乙烯的生产方法 第二节 石油烃热裂解的原料 第三节 石油烃热裂解的生产原理 第四节 石油烃热裂解的生产工艺条件 第五节 石油烃热裂解的生产工艺流程 第六节 生产中异常现象的处理 第七节 化工生产中开、停车的一般要求
的水平，没有或很少有常年运行的工业化生产装置。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
10
第二节 石油烃热裂解原料
一、裂解原料来源和 种类
一是天然气加工厂的轻烃， 如乙烷、丙烷、丁烷等;
二是炼油厂的加工产品， 如炼厂气、石脑油、柴油、 重油、渣油等，以及炼油厂 二次加工油，如焦化加氢油、 加氢裂化油等。
1、石油和天然气的供应状况 和价格
乙烯能力都是采用石脑油和柴油。
但当石油输出国大幅度提高油价后，绝大多数乙烯装置
又转向以天然气为原料。
90年代，提高了汽油质量要求，使原来用于催化重整的
石脑油又成为乙烯裂解的原料。
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2.原料对能耗的影响
使用重质原料的乙烯装置能耗远远大于 轻质原料，以乙烷为原料的乙烯装置生产 成本最低。
若乙烷原料的能耗为1，则丙烷、石脑油 和柴油的能耗分别是1.23、1.52、1.84。
虽然我国乙烯工业发展较快，但远不能满足经济社会 快速发展的要求，不仅乙烯自给率下降，而且产品档次低、 品种牌号少，一半的乙烯来自进口。
根据2000～2020年我国GDP增长率7.2%为基准的弹性 系数测算，乙烯需求预测可见表1－1。
从表1－1可以看出，我国乙烯自给率还不高，一方 面需要进口乙烯产品，另一方面需要加大国内乙烯的生产， 因此，无论从乙烯在有机化工中的地位，还是从乙烯的需 求量预测，都可以看出，以生产乙烯为主要目的的石油烃 热裂解装置在有机化工中具有举足轻重的地位。
催化裂化
胜利
0.23 0.29 <0.02 0.2～0.4 4.7 8.5 4.8 39.2
2.以重油为裂化原料时会遇到以下技术困难： ①焦炭产率高 原因是：
重油的H/C比较低，含稠环芳烃多，胶质沥青质含量高；
重金属污染催化剂 引起一系列的问题，主要有： 再生器烧焦负荷大 焦炭产率过高，会大大破坏装置的热平衡 装置能耗增大
5～10
6～8
二：催化裂化的发展过程
分解等反应生成气体、汽油等小分子产物
催化裂化反应
缩合反应生成焦炭
反应：吸热过程
催化裂化 再生：放热过程
催化裂化的发展可以分成以下几个阶段：
1．天然白土和固定床催化裂化 2．合成硅铝催化剂和移动床催化裂化
①移动床催化裂化
②流化床催化裂化
3．分子筛催化剂和提升管催化裂化
次反应
二次反应并非对我 们的生产都有利，应 适当加以控制
为了获得较高轻质油收率，不追求反应深度过大，而是在
适当反应深度的基础上对未反应原料进行回炼 “未反应原料”是指反应产物中沸点范围与原料相当的那 一部分，称回炼油或循环油 目前我国的催化裂化装置采用的反应温度一般比国外低
三：渣油催化裂化
芳香基原料油、催化裂化循环油或油浆(其中含有较多的稠
环芳烃)较难裂化，要选择合适的反应条件或者先通过预处理
来减少其中的稠环芳烃而使其成为优质的裂化原料，如循环 油可作如下处理： 加氢→含环烷烃较多→优质裂化原料 溶剂抽提分理出芳烃(化工原料)→裂化
2．复杂的平行—顺序反应
重质石油馏分
中间馏分
烷烃
烯烃
①反应速度比烷烃快得多； ②氢转移显著，产物中烯烃、尤其 是二烯烃较少。
①反应速度与异构烷烃相似； ②氢转移显著，同时生成芳烃。 ①反应速度比烷烃快得多； ②在烷基侧链与苯环连接的键上断 裂。
催化裂化工艺流程与设备ppt
吸收塔
脱硫塔
用于吸收和分离气体中的有油中的硫化物，减少对环境的 污染。
造气炉
过滤器
为催化裂化工艺提供所需热源，将原料油加 热到适宜的反应温度。
过滤催化剂粉尘，保护设备和管道不受磨损 。
04
安全与环保
催化裂化过程中的安全隐患及预防措施
安全隐患
在催化裂化过程中，存在火灾、爆炸、中毒、触电等安全隐 患。
预防措施
采取有效的防火防爆措施，使用安全电压和防爆电器，加强 设备维护和巡检，提高员工安全意识等。
三废排放及其降低和回收方法
三废排放
催化裂化过程中产生废气、废 水和固体废弃物。
降低排放
采用高效催化剂和优化工艺流 程，提高三废处理效率，减少
排放。
回收方法
对废气采用催化氧化、吸附等 方法回收，对废水采用生化处 理、物理化学处理等方法回收 ，对固体废弃物采用焚烧、填
埋等方法回收。
安全与环保法规和标准
国家法规
01
企业标准
02
03
事故应急预案
遵守国家和地方的安全生产和环 保法规，执行相关标准。
建立和完善企业安全和环保标准 体系，加强管理和监督。
制定事故应急预案，组织演练， 提高应对突发事件的能力。
05
能耗与节能技术
催化裂化工艺的能耗分析
原料和产品的运输和存储能耗
加强设备设计和操作的研究和改进，提高设备的 处理能力和效率，降低能耗和物耗。
加强与国外先进企业的交流和合作，引进先进技 术和管理经验，推动我国催化裂化工艺和设备的 创新发展。
THANKS
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催化裂化反应机理
通过自由基反应机理和正碳离子反应机理，在催化剂的活性中心上形成正碳离子 ，再与反应介质发生裂解反应。
催化裂化工艺流程与设备ppt
是石油化工的重要产品之一 ，可用于生产溶剂油、芳烃
等其他化学品。
柴油
十六烷值高，燃烧性能好。
是优质的柴油组分，能够满足发动机对柴油的多 种性能要求，如燃烧稳定性、润滑性等。
是石油化工的重要产品之一，可用于生产润滑油 、沥青等其他化学品。
重油
密度大，黏度较高。
主要用作燃料油和沥青的生 产原料。
由于其高黏度和高碳氢比， 重油还可以用于生产炭黑、
再生器是用于烧焦催化剂的设备，通常采用流化床反 应器，由耐高温、高压的优质材料制成。
催化剂输送系统通常采用螺旋输送机或气流输送系统 ，以确保催化剂的均匀分布和循环。
烟气处理系统用于处理再生器产生的烟气，以保护环 境并回收有价值的物质。
04
催化裂化操作条件
温度
温度对反应速度和 产品分布有重要影 响。
催化裂化工艺流程与设备ppt
xx年xx月xx日
contents
目录
• 催化裂化概述 • 催化裂化工艺流程 • 催化裂化设备 • 催化裂化操作条件 • 催化裂化产品性质与用途 • 催化裂化技术发展与趋势 • 结论与展望
01
催化裂化概述
催化裂化定义
催化裂化是一种将重质烃类转化为轻质烃类和石油焦的石油 加工工艺。
产品吸收和稳定
吸收塔
吸收分馏出的轻质油中的汽油组分，提高汽油产品质量。
稳定塔
进一步分离吸收塔底部的汽油，获得更稳定的汽油产品。
03
催化裂化设备
反应器
反应器是催化裂化的核心设备，主要作用是完成裂 化反应，将重质烃类转化为轻质烃类。
反应器通常采用固定床反应器，由耐高温、高压的 优质材料制成。
反应器内部装有催化剂，以提高反应速率和选择 性。
裂化反应
催化裂化反应
• 裂化反应。裂化反应是C-C键断裂反应，反 应速度较快。2）异构化反应。它是在分子 量大小不变的情况下，烃类分子发生结构 和空间位置的变化。3）氢转移反应。即某 一烃分子上的氢脱下来，立即加到另一烯 烃分子上，使这一烯烃得到饱和的反应。4） 芳构化反应。芳构化反应是烷烃、烯烃环 化后进一步氢转移反应，反应过程不断放 出氢原子，最后生成芳烃。
• １、原料范围加宽，单程乙烯收率高，炉 子热效率不断提高。 • ２、工艺条件：停留时间不断缩短，反应 温度逐渐提高；催化裂解(KTI)。 • ３、技术要求： • ①研究、制造抗高温管材。 • ②研究、制造性能更优的保温耐火材料。 • ③提高自动控制水平。 • ４、生产规模大型化；单套装值大型化； 公用工程岛。
本次主要讲烃类热裂化
• 热裂化原理： • 烃类（乙烷、石脑油、轻柴油等） 乙烯、丙烯。 • 反应类型：脱氢、断链、异构化、叠合， 焦化。 • 一次反应：由烃类裂化生成乙烯和丙烯的 反应。（有利） • 二次反应：乙烯、丙烯继续反应生成炔烃、 二 烯烃、芳烃直至 生成焦或碳的反应。 （不利）
烃类热裂化的一次反应包括：
（二）管式裂解炉
• • • • • • • 1、鲁姆斯SRT-X型炉 2、凯洛格毫秒裂解炉（MSF） 3、斯通-韦勃斯特超选择裂解炉（USC） 4、倒梯台下吹式裂解炉（M-TCF） 5、顺梯台裂解炉（IFP） 6、荷兰KTI裂解炉（GK） 7、德国Linde裂解炉（LSCC）
（三）裂解气的急冷
• １、目的：①回收高温热能，产生高压蒸 汽 • ②终止二次反应 • ２、方法：①直接急冷（用油或水） • ②间接急冷 • ３、急冷换热器：双套管式 • USX式 • 是裂解装置五大关键设备之一
烷烃热裂化的一次反应；
催化裂化课件
2.5~5:1
Mordenite 0.6x0.7
Na8[(AlO2)8(SiO2)40]·264H2O
5:1
目前，工业上所使用的FCC催化剂 主要是Y型分子筛。
工业用分子筛裂化催化剂种类
z 种类 ¾ 稀土Y（REY）
优点：活性高、水热稳定性好、汽油收率高 缺点：焦炭和干气的产率高，汽油RON低
¾ 超稳Y（USY） 优点：汽油RON高、焦炭产率低、热稳定性高 缺点：剂油比高、再生剂碳含量<0.05%
n=m + p
2、烯烃裂化成两个较小分子的烯烃
CnH2n
CmH2m + CpH2p
n=m + p
3、烷基芳烃脱烷基生成芳烃和烯烃
ArCnH2n+1
ArH + CnH2n
4、烷基芳烃的烷基侧链断裂成烷烃和带烯烃侧链的芳烃
ArCnH2n+1
ArCmH2m-1 + CpH2p+2
n=m + p
5、环烷烃裂化生成烯烃
Solid
Solution
四、催化裂化的化学
z催化裂化的化学反应 主要反应: ¾ 催化反应（裂化、异构化、烷基转移、
歧化、氢转移、环化、缩合、叠合、烷基化）
次要反应: ¾ 非催化反应（热裂化）
（一）裂化（C-C键断裂）
1、烷烃裂化成烯烃及较小分子的烷烃
CnH2nห้องสมุดไป่ตู้2
CmH2m + CpH2p+2
典型氢转移反应：烯烃与烷烃、烯烃之间、环烯之间
烯烃与焦炭前体的反应。
3CnH2n + CmH2m （烯烃） （环烷）
3CnH2n+2 + CmH2m-6 （烷烃） （芳烃）
石油烃类催化裂化反应介绍
反应条件
01
温度： 400500℃
02
压力：12MPa
03
催化剂：金 属氧化物或 金属硫化物
04
反应时间： 数秒至数分
钟
反应产物
汽油：主要产物， 包括直链烷烃、 环烷烃和芳香烃
柴油：主要产物， 包括直链烷烃、 环烷烃和芳香烃
液化石油气：副 产物，包括丙烷、
丁烷和戊烷
焦炭：副产物， 包括碳氢化合物
作用
催化裂化反应可以提 高石油的轻质油收率
催化裂化反应可以降 低石油的硫含量，提
高油品质量
催化裂化反应可以降 低石油的烯烃含量，
提高油品的稳定性
化学品生产
石油烃类催化裂化反 应是生产化学品的重 要方法之一。
催化裂化反应在化学 品生产中具有高效、 节能、环保等优点。
催化裂化反应可以生 产各种化学品，如烯 烃、芳烃、烷烃等。
石油烃类催化裂化反应介绍
演讲人
目录
01. 催化裂化反应原理 02. 催化裂化反应技术 03. 催化裂化反应的应用 04. 催化裂化反应的发展趋势
催化裂化反应原理
反应过程
原料：石油烃类 催化剂：金属或金属氧化物 反应条件：高温、高压 反应产物：轻质油、气体和焦炭 反应机理：自由基链反应和离子型反应 反应特点：转化率高、选择性好、能耗低
复合催化剂：由两种或 两种以上催化剂组成的 复合催化剂，用于提高 催化裂化反应的效率和
选择性。
两性催化剂：如氧化 铝、氧化硅等，用于 催化裂化反应中的两
性催化裂化过程
反应器设计
反应器类型：固 定床反应器、流 化床反应器、移 动床反应器等
反应器结构：包 括反应区、加热 区、冷却区等
反应器尺寸：根 据反应规模和效 率要求确定
《催化裂化浅析》课件
催化剂与原料比例
催化剂与原料的比例影响催化反 应的速率、选择性和裂化产物的 产率。
设备与工艺流程
反应器设计
催化裂化反应器的设计应考虑热力学、动力学和工艺流程等因素，以实现高效的裂化反应。
分离装置
分离装置对裂化反应产物的分离和提纯起到重要作用，包括分馏塔、冷凝器等设备。
废气处理
催化裂化过程中产生大量废气，需经过净化设备处理，以减少对环境的影响。
催化裂化催化剂按组成和形态可以分为 多种类型，如酸性催化剂和热稳定剂等。
剂量优化
通过调整催化剂的添加量和用量，优化 催化剂的使用效果，提高催化裂化的产 物选择性和产率。
工艺参数的影响因素
温度
温度的控制对裂化反应的转化率 和产物分布具有重要影响。
压力
压力的调节对裂解反应的平衡、 催化剂填充和产物选择性等方面 起到关键作用。
2 裂化反应
催化裂化是一种将重质石油烃转化为轻质石油烃的技术，通过裂解长链分子，产生更多 的汽油和其他高附加值产品。
3 影响因素
催化裂化的效果受到催化剂选择、工艺参数、设备设计等多个因素的影响。
原理与反应机理
裂化原理
催化裂化是通过催化剂引发的 裂化反应，将长链石油分子分 解为短链石油产品。
反应机理
《催化裂化浅析》PPT课 件
本课件将从催化裂化的简介、原理与反应机理、催化剂的选择与优化、工艺 参数的影响因素、设备与工艺流程、催化裂化的应用与发展等方面进行深入 剖析，最后总结与展望。
催化裂化的简介
1 历史&发展
催化裂化是炼油行业中一项重要的工艺，经过多年的发展与改进，已成为炼油生产中不 可或缺的环节。
裂化过程中，催化剂与石油分 子发生物理和化学相互作用， 导致分子断裂和重排，生成轻 质石油产品。
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③ 芳烃亦能作为质子的受体，在 Brönsted 酸上形成正碳离子
2 H
+H+
+
11.08.2020
炼油工艺学
17
(2) 下面我们通过对正十六烯的催化裂化反应来说明正碳离 子学说 ① 正十六烯从催化剂表面或已生成的正碳离子上获得一 个H+而形成正碳离子；
n 1 H C 6 3 2 H C 5 H 1 1 C H C 1 H 0 21
C
CC
CC
CC C
11.08.2020
炼油工艺学
7
③ 氢转移反应
受氢剂
供氢剂
烯烃 环烷 烃 烷烃 芳香
放热
烯 烃 烯 烃 烷 烃 二烯烃
氢转移反应是催化裂化反应所特有的反应，是造成催化
裂化汽油饱和程度高的主要原因
④ 环化反应和芳构化反应
烯烃可环化成环烷烃并脱氢成为芳烃
C
C
CCCCC= CC
C nH 2 n 2 C m H 2 m C P H 2P 2
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炼油工艺学
5
(2).烯烃
烯烃是一次分解反应的产物，很活泼，反应速度快，在
催化裂化过程中是一个重要的中间产物和最终产物
① 分解反应
➢ 烯烃发生的主要反应
➢ 烯烃的分解反应速度比烷烃分解速度快得多
➢ 遵循以下规律：(与烷烃相似）
石油馏分是由各族烃类组成，各种单体烃分别进行多种
反应，并且互相影响；
烃类在固体催化剂上的反应不仅与化学过程有关，而且
还与原料分子与产物分子在催化剂上的吸附、扩散等传 递过程有关。
11.08.2020
炼油工艺学
3
一、单体烃的催化裂化反应
1．各类单体烃的裂化反应
(1).烷烃 烷烃主要发生分解反应，例如 ：
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炼油工艺学
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一组试验数据：
C16烷烃热裂化与催化裂化产物中C数分布
反应温度：500℃
单位： mol/ 100mol 十六烷
产 物 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9
热裂化 53 130 60 23 9 24 16 13 10
催化裂化 5 12 97 102 64 50 8 8 3
12
3) 芳构化反应 反应能力较弱，汽油 ON 的提高主要靠裂
化和异构化反应
辛烷值大小顺序： 芳烃、异构烯烃>异构烷烃、烯烃>环烷烃>正构烷烃
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炼油工艺学
13
2．烃类的催化裂化反应机理
以上分析了催化裂化过程中几种主要的化学 反应，但只描述了反应的最终结果，并未涉及反 应进行的历程。因此，仍无法解释裂化气体中为 什么C3、C4烃比较多？这就需要从反应机理中去 寻求答案
第二节 石油烃类的催化裂化反应
11.08.2020
炼油工艺学
1
整体概况
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概况2
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概况3
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石油馏分在固体催化剂上进行的催化反应 是一个复杂的物理化学过程，这种复杂性表现 在两个方面：
n 1 H 3 6 C C 2 3 H 7 C 5 H 1 C 1 H C 1 H 2 0 C 1 3 H 6
C nH 2nH C nH 2 n 1
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炼油工艺学
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(1) 正碳离子的引发
① 在裂化催化剂上的 Lewis 酸可以引发烷烃生成正碳离子
A R H A H R
② 烯烃可以由裂化催化剂的 Brönsted 酸引发生成正 C H C H 2 C H 3
★ 大分子的烯烃分解反应速度比小分子快；
★ 异构烯烃的分解速度比正构烯烃快
11.08.2020
炼油工艺学
6
②异构化反应
Ⅰ.分子骨架结构改变，正构烯烃变成异构烯烃
C
C-C-C=C
C-C=C
Ⅱ.分子中的双键向中间方向移动
C C C C C C C C C C C C
Ⅲ.烯烃空间结构的变化
paraffin
H-transfer
Cracking olefin
Cracking
naphthene
olefins
Cracking
Aromatic
Condensation
Isomerization iso-olefin Aromatization aromatic
Polymerization
coke
断裂位置主要位于侧链同苯核连接的键上 ➢ 多环芳烃的裂化反应速度很低，它们的主要反应是缩合
成稠环芳烃，最后生成焦炭
+ CH= CH2 R1 CH= CH2
R1
R2+H 22
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炼油工艺学
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Feed component
Intermediate
products
Paraffin & side chains Cracking
两种裂化产物分布的差别反映了反应机理的截然不同
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炼油工艺学
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正碳离子学说被公认为是解释催化裂化反应机理的比较好
的一种学说
所谓正碳离子是指缺少一对价电子的碳所形成的烃离子，
如：
R C+ H 2
正碳离子是由烃分子上的C-H键异裂而生成的，或者说是
由一个烯烃分子获得一个氢离子H+而生成的，如：
+ C16 H34 C8 H16 C8 H18
C130C2216C3276C4246C5226C6226C7226C8246C9370C110
11.08.2020
炼油工艺学
4
➢ 烷烃的分解多从中间的C-C键断裂，而且分子量越大
越易断裂，反应速度也越快
➢ n-C7H16:n-C12H26:n-C16H34=1:6:11 ➢ 异构烷烃的反应速度比正构烷烃快 ➢ 烷烃分解时，分子中碳链两端的碳碳键很少发生分解 ➢ 烷烃的裂化可写成通式：
各种烃类催化裂化反应网络示意图
说明三点：
1) 裂化反应
最主要、最重要的反应，对整个反应的热力 学和动力学起决定作用，催化裂化由此得名
2) 氢转移反应
特征反应，反应速度不快，较低温度有利。 氢转移反应的结果是使生成物中的一部分烯烃饱 和，这是FCC产品饱和度较高的根本原因！
11.08.2020
炼油工艺学
11.08.2020
炼油工艺学
8
(3).环烷烃 ① 环烷烃的环可以断裂成烯烃，烯烃再继续上述的各反应
CCC
CCC CC =CCC
环烷烃的结构中有叔碳原子，分解反应速度较快 ② 环烷烃也可以通过氢转移反应转化成芳烃
11.08.2020
炼油工艺学
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(4）芳香烃 ➢ 连接在苯核上的烷基侧链易断裂成小分子的烯烃，而且