書名: 稀土材料的催化應(yīng)用作者名: 羅一丹 薛名山本章字?jǐn)?shù): 1295字更新時(shí)間: 2021-12-24 13:11:56
2.1.4 催化裂化各種烴的反應(yīng)過程
與按自由基反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行的熱裂化不同,催化裂化是按碳正離子機(jī)理進(jìn)行的,催化劑促進(jìn)了裂化、異構(gòu)化和芳構(gòu)化反應(yīng),催化裂化產(chǎn)物比熱裂化產(chǎn)物具有更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,氣體中C3和C4較多;產(chǎn)物汽油中異構(gòu)烴多,二烯烴極少,芳烴較多。其主要反應(yīng)包括:
(1)烷烴
烷烴主要是發(fā)生分解反應(yīng),分解成較小分子的烷烴和烯烴。例如式(2-9):

(2)烯烴
烯烴的主要反應(yīng)有分解反應(yīng)、異構(gòu)化反應(yīng)、氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)以及芳構(gòu)化反應(yīng)等。
①分解反應(yīng):
分解反應(yīng)使重質(zhì)烴轉(zhuǎn)變?yōu)檩p質(zhì)烴,是烴分子中C—C鍵斷裂的反應(yīng),幾乎所有的烴類化合物都可進(jìn)行催化裂化,特別是烷烴和烯烴。
烷烴的分解,見式(2-10):

烯烴的分解,見式(2-11):

②異構(gòu)化反應(yīng):
分子量不變只改變分子結(jié)構(gòu)的反應(yīng)叫異構(gòu)化反應(yīng)。異構(gòu)化反應(yīng)是催化裂化反應(yīng)的一個(gè)重要反應(yīng)。在催化裂化的條件下烴類的異構(gòu)化反應(yīng)也是較多的,其主要的反應(yīng)方式有骨架異構(gòu)和雙鍵位置異構(gòu)。
骨架異構(gòu),見式(2-12):

雙鍵位置異構(gòu),見式(2-13):

③氫轉(zhuǎn)移反應(yīng):
環(huán)烷烴或環(huán)烷一芳烴(如四氫萘、十氫萘等)放出氫使烯烴飽和而自身逐漸變成稠環(huán)芳烴。兩個(gè)烯烴分子之間也可以發(fā)生氫轉(zhuǎn)移反應(yīng),例如兩個(gè)己烯分子之間發(fā)生氫轉(zhuǎn)移反應(yīng),一個(gè)變成己烷而另一個(gè)則變成己二烯。可見,氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)的結(jié)果是一方面某些烯烴轉(zhuǎn)化為烷烴,另一方面,給出氫的化合物轉(zhuǎn)化為多烯烴及芳烴或縮合程度更高的分子,直至縮合至焦炭。氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)是造成催化裂化汽油飽和度較高的主要原因。氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)的速率較低,需要活性較高的催化劑。在高溫下(500℃左右),氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)速率比分解反應(yīng)速率低得多,所以在高溫時(shí),裂化汽油的烯烴含量高;在較低溫度下(400~450℃),氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)速率降低的程度不如分解反應(yīng)速率降低的程度大(因分解反應(yīng)速率常數(shù)的溫度系數(shù)較大),于是在低溫反應(yīng)時(shí)所得汽油的烯烴含量就會(huì)低些。了解這些規(guī)律對(duì)指導(dǎo)生產(chǎn)是有實(shí)際意義的,例如提高反應(yīng)溫度可以提高汽油的辛烷值。
④芳構(gòu)化反應(yīng):
烯烴環(huán)化并脫氫生成芳烴。在催化裂化反應(yīng)中所有能生成芳烴的反應(yīng)都屬于芳構(gòu)化反應(yīng),如烯烴環(huán)化并脫氫生成芳烴。如式(2-14):

(3)環(huán)烷烴
環(huán)烷烴的環(huán)可斷裂生成烯烴,烯烴再繼續(xù)進(jìn)行上述各項(xiàng)反應(yīng)。如式(2-15):

與異構(gòu)烷烴相似,環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)中有叔碳原子,因而分解反應(yīng)速率較快。如果環(huán)烷烴帶有較長(zhǎng)的側(cè)鏈,則側(cè)鏈本身也會(huì)斷裂。環(huán)烷烴也能通過氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)轉(zhuǎn)化為芳烴。帶側(cè)鏈的五元環(huán)烷烴也可以異構(gòu)化成六元環(huán)烷烴,再進(jìn)一步脫氫生成芳烴。
(4)芳香烴
芳香烴的芳核在催化裂化條件下十分穩(wěn)定,例如苯、萘就難以進(jìn)行反應(yīng)。但是連接在苯環(huán)上的烷基側(cè)鏈則很容易斷裂生成較小分子的烯烴,而斷裂的位置主要是發(fā)生在側(cè)鏈和苯環(huán)連接的鍵上。多環(huán)芳香烴的裂化反應(yīng)速率很低,它們的主要反應(yīng)是縮合成稠環(huán)芳烴,最后成為焦炭,同時(shí)放出氫使烯烴飽和。
由以上列舉的化學(xué)反應(yīng)可以看到:在催化裂化條件下,烴類進(jìn)行的反應(yīng)不僅僅是分解這一種反應(yīng),既有大分子分解為小分子的反應(yīng),而且又有小分子縮合成大分子的反應(yīng)(甚至縮合至焦炭)。與此同時(shí),還進(jìn)行異構(gòu)化、氫轉(zhuǎn)移和芳構(gòu)化等反應(yīng)。在這些反應(yīng)中分解反應(yīng)是最主要的反應(yīng),催化裂化這一名稱就是因此而得。
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