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。兩個烯烴分子之間也可以發(fā)生氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)，例如兩個己烯分子之間發(fā)生氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)，一個變成己烷而另一個則變成己二烯。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，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)時所得汽油的烯烴含量就會低些。了解這些規(guī)律對指導(dǎo)生產(chǎn)是有實際意義的，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)烷烴帶有較長的側(cè)鏈，則側(cè)鏈本身也會斷裂。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，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。