第十章 催化裂化概述

催化裂化Catalytic Cracking

绪 论

燃料生产中一个重要的问题：如何将原油中的重 质馏分油甚至渣油转化成轻质燃料产品？ 重质油转化为轻质油

从大分子分解为较小的分子主要依靠分解反应(热反应和催化反应)

从低H/C的组成转化成较高H/C的组成脱碳(溶剂脱沥青、催化裂化、焦炭化等) 加氢(加氢裂化)

Catalytic Cracking Process

原油二次加工中最重要的一个加工过程最重要的重质油轻质化过程之一，在汽油和柴油

等轻质油品的生产中占有很重要的地位。

原料: 重质馏分油，主要是直馏减压馏分油

(VGO),焦化重馏分油(CGO,通常须经加氢精制);还有减压渣油、脱沥青的减压渣油、加氢 处理重油等

Catalytic Cracking

原料油在500℃左右、2~4atm及与裂化催化剂接触的条件下，经裂化反应生成气体、汽油、柴油、

重质油及焦炭。

反应产物的产率与原料性质、反应条件及催化剂 性能有密切的关系。 主要目的是生产高辛烷值汽油；在大量生产汽油 的同时，提高柴油产率。

产品产率分布及特点

气体产率约10%~20%,主要是C3、C4

汽油产率约30%~60%,其RON约80~90,安 定性也较好；柴油产率约0~40%,其十六烷值较直馏柴油 低，安定性也较差； 焦炭产率约5%~7%,掺渣时的焦炭产率更高 可达8%~10%。

Catalytic Cracking

技术发展：反应-再生型式和催化剂性能两个方面 一个工业催化裂化装置必须包括反应和再生 两个部分。 催化裂化：固定床fixed-bed 、移动床moving-

bed 、流化床fluidized-bed和提升管riser催化裂化四个阶段

一、单体烃的催化裂化反应

烷烃：主要发生分解反应，分解成较小分子的烷烃和烯烃。 多从中间的C-C键处断裂，分子越大越易断裂 烯烃：主要反应也是分解反应，同时还有异构化，氢转移 和芳构化反应 。

环烷烃：主要反应有分解、脱氢和异构化芳香烃：芳环十分稳定，但芳环上的烷基侧链很容易断裂 生成较小分子的烯烃；多环芳烃主要发生缩合反应。

烃类的催化裂化同热裂化的比较裂化类型 反应机理 催化裂化 正碳离子机理 热裂化 自由基机理

烷烃

① 异构烷烃的反应速度比正构烷烃 ① 异构烷烃的反应速度比正构烷烃快 的不多； 高得多； ② 产物中C1、C2多，异构物少，≥C4 ② 产物中C3、C4多，异构物多， 的分子中含α-烯多。 ≥C4的分子中含α-烯少。

烯烃

① 反应速度比烷烃快得多； ① 反应速度与烷烃相似； ② 氢转移显著，产物中烯烃、尤其 ② 氢转移很少，产物的不饱和度较高。 是二烯烃较少。

环烷烃 带烷基

侧 链(≥C3) 的芳烃

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 反应速度比正构烷烃还要低； ② 氢转移反应不显著。

① 反应速度比烷烃快得多； ① 反应速度比烷烃慢； ② 在烷基侧链与苯环连接的键上断 ② 烷基侧链断裂时，苯环上留有1~2 个碳的短侧链。 裂。

二、石油馏分的催化裂化反应

烃类进行催化裂化反应的先决条件是在催化剂表面上的吸 附 碳原子数相同的各族烃类在催化剂上吸附能力的强弱顺序 为：稠环芳烃>稠环环烷烃>烯烃>单烷基侧链的单环芳 烃>环烷烃>烷烃

对同族烃，大分子的吸附能力比小分子的强化学反应速率的高低顺序大致为： 烯烃>大分子单烷基侧链的单环芳烃>异构烷烃及环烷烃 >小分子单烷基侧链的单环芳烃>正构烷烃>稠环芳烃

石油馏分的催化裂化反应

是一种复杂的平行-顺序反应 重要特点是反应深度对各产品产率的分布有重要

影响

随反应时间的延长，转化率提高，最终产物气体 和焦炭的产率一直增大。汽油的产率开始增加， 经过一最高点后则又下降。对于柴油也有一最高 点，只是这个最高点出现在转化率较低的时候。

二次反应：适当控制

三、影响催化裂化反应的因素 基本概念转化率：两种表示方法

基本概念

空速和反应时间

空速的单位是h-1,空速越高，表明催化剂与油的接触时 间越短，装置处理能力越大。空速的大小反映了反应时 间的长短，人们常用空速的倒数相对地表示反应时间， 称为假反应时间。

剂油比催化剂在两器之间的循环量与总进料量之比

影响催化裂化反应的主要因素1、催化剂活性：

提高催化剂活性有利于提高反应速度，得到较高的转化率， 可提高反应器处理能力；并有利于促进氢转移和异构化反 应，裂化产品饱和度较高、含异构烃较多。

催化剂上焦炭的沉积量主要与催化剂在反应器内的停留时间有关，同时与剂油比亦有关。剂油比大时，单位催化剂 上的积炭量较少，催化剂活性下降的程度相应地要少些， 并且原料与催化剂的接触机会也更充分。这有利于提高反 应速度 。 剂油比的大小受装置总热平衡特别是反应温度控制

影响催化裂化反应的主要因素2 反应温度：提升管出口温度

提高反应温度可使反应速度加快，转化率提高； 气体中C1和C2增多，产品的不饱和度增大； 在转化率不变的情况下，汽油产率降低，气体产率增加， 焦炭产率降低；并且汽油中烯烃和芳烃含量增加，汽油的 辛烷值提高。 反应温度是调节反应速度和转化率的主要工艺参数，不同 的产

品方案选择不同的反应温度。 反应温度靠催化剂循环量来调节。

影响催化裂化反应的主要因素3 原料性质

沸点范围相似时，含芳烃多的原料则较难裂化 K>12的原料属高裂化性能的烷烃类；K=11.3~ 12.0的原料，属中等裂化性能的环烷烃类；K< 11.3的原料，则属难裂化的芳烃类 碱性氮化物会引起催化剂中毒而使其活性下降。

裂化原料中的含硫化合物对催化裂化反应速度影响不大。