催化裂化反应机理

1、催化裂化反应机理一、催化裂化反应机理（一）、催化裂化反应机理催化裂化反应机理常用碳离子学说来说明 碳离子又称正碳离子，是烃分子中有一个碳原子外围缺少一对电子而形成的带正电的离子，例如这种离 子不能在溶液中离解出来自由存在，只能吸附在催化剂表面上参加化学反应，不能脱离催化剂自由存在。中性分子最初形成碳离子，首先要有烯烃，烯烃来自于催化裂化的原料油或一次产物中，其中要有质子，质子由催化 剂的活性部分提供，可以是由于失去电子后带正电的氢质 子，用H+表示。烯烃双键断开其中一个键，并与质子（H）结合，就形成碳离子，如：H H H HH H H H HH：C：CC = C：C：CH + II"

2、 H：C：C：C：C CZC = HH H H H H HH H H H ' H碳离子外层电子缺少一对电子，是不完全的外层电子结 构，所以很不稳定，不能单独存在，总想索取个别碳原子中 的电子对，转化成稳定的有完全外层结构的碳原子，与此同 时又生成别的碳离子，所以碳离子又很不稳定，也要继续反 应下去，实现这种转化需要活化能很低，从而加快了整个反 应速度，直到碳离子放出一个质子还原成中性分子为止，才 能使反应中断。今以十六烯-6的催化裂化反应为例，说明碳离子的若干 规则。第一步：十六烯-6从催化剂表面获得质子，生成碳离子：HH IIGHl c =C10H3o + H+ * QHlt- C+

3、第二步：十六烯-6遇见已经存在的碳离子，又再生成别 的碳离子：GHm C = Cl0H20 + H3C- c, -CHj 一- C” GoH岔+CH3- c =ch2别的碳离子又要索取其他稀烃的电子对，使反应链锁下 去。第三步：大分子的碳离子，还可以夺取自身分子相隔位置(B位)上的碳原子发生所谓B裂解。I(H C+ R)R(H C+ R)H1 (R C+ R)第四步：各种碳离子中以伯碳离子最不稳定，容易异构化为仲碳离子，甚至叔碳离子如果这些异构碳离子中碳原子数还在五以上，则可继续进 行B裂解：HIH SGHit - CHl CH -CjH15;（伯）（仲）HICHj-CH CH2 GH$= 十

4、 H G 日小 （仲HIH C+ CjHu * CH3C+HC4H9i（伯）.（仲CH3CH SH2 GH? * CHjCH = CH2 + CH3C4 CHCH 尹 （仲）或者转化成叔碳离子或者转化为叔碳离子（最后一步，各种反应最后都是碳离子放出一个质子，还给催化剂，使自己变成中性分子，使链锁反应中断：CH3C + HCH3 * CH,CH = CH3 + H 卜CH3iCH C = CHCH3 + H对于带叔碳烷基的芳香烃按上述碳离子反应规则，其裂化步骤可表如下:综上可见催化裂化反应易异构化，容易生成C3 C4的烯烃，正是按碳离子的反应规则进行反应的结果。碳离子反应还可说明烯烃迭合，氢转移

5、的机理，目前凡是能够提供质子的酸性催化剂的催化作用，都用碳离子学说来 说明，但是碳离子学说也不能说明相同的反应物用不同催化 剂为什么会得到不同的产物，某个反应为什么只能用某一种 酸或催化剂才能起催化作用等问题。（二）、催化裂化的化学反应类型催化裂化原料油的组成非常复杂，含有各种烃类。因此化学反应也是多种多样，且反应速度也各异。1. 裂化反应它是催化裂化的主要反应，几乎几种烃类都能进行， 特别是烷烃和烯烃。裂化反应是烃分子中C-C键断裂的反应，烷烃分解时多从中间的 C-C键处断裂，且分子越大越易断裂， 碳原子数相同的链状烃中，异构烃比正构烃容易分解。烯烃的裂化反应规律与烷烃相似，而且烯烃裂化速度

6、比烷 烃高得多，虽然直馏原料不含烯烃，但其它烃类一次分解都产生烯烃，所以在催化裂化过程中，烯烃的分解反应占有重 要地位。环烷烃的分解反应，可以自环上断开生成异构烯烃，如:乙基坏戊烷CC一=C裂晰np2一乙基一1戊烯如果环烷烃所带侧链较长时，则可能断侧链，如:戊基环戊基甲基环戊烷1 一丁烯芳烃的环很稳定不易打开， 但烷基芳烃很容易断侧链。且有断链是发生在芳烃与侧链相连的C-C键上，生成较小的芳烃和烯烃，如:4C异丁基苯苯 2 甲基丁烯这种裂化反应又称为脱烷基反应。侧链越长，异构程度越大时，越易脱落。而且至少要有3个碳的侧链才易脱落，脱乙基比较困难，单环芳烃不能脱甲基，而只能进行甲基转移 反应，只

7、有稠环芳烃才能脱掉一部分甲基。2. 异构化反应在催化裂化过程中异构化反应较多，其反应方式有3种（(1) 骨架异构：分子中碳链重新排列，包括直链变为支链，支链位置发生变化，五元环变为六元环，都属于骨架异构。如:邻二甲基环戊烷C甲基环己烷如:它不(2) 双键移位异构：烯烃的双键位置由两端移向中间，C-C-C-C=C-C C-C-C=C-C-C2-己烯3-已烯(3) 几何异构：烯烃分子空间结构的改变，如顺烯变为反 烯，称为几何异构，如：C CC、HC= 'J H H C = HC2顺丁烯2反丁烯3. 氢转移反应某烃分子上的氢脱下来立即加到另一烯烃分子上使之饱 和的反应称为氢转移反应。氢转移是

8、催化裂化特有的反应，反应速度也比较快，同于一般的氢分子参加的脱氢和加氢反应，而是活泼的氢原 子的转移过程，在氢转移过程中，供氢的如果是烷烃则会变 成烯烃，是环烷烃则变成环烯烃，进一步成为芳烃，而烯烃 接受氢又会转成烷烃，二烯烃变成单烯烃。如：CJ-C 十 GYYY *+cc甲基环己烷 2丁烯甲基环己烯 正丁烷若是分子较大的烯烃或芳烃则将会在环化与缩合的同时 放出氢原子，使烯烃和二烯烃得到饱和，而其本身最后变成 焦碳。所有可能供氢的烃分子中， 带侧链的环烷烃上的脱氢是主 要的氢来源，而烯烃最易接受氢转化为单烯烃。催化裂化产 品中二烯烃很少，就是因为氢转移反应所造成的。温度和催化剂活性对氢转移反应影响很大，如果要生产碳值低的轻燃油，则可采用较低的反应温度和活性较高的催化 剂，以便促进氢转移反应，降低轻燃油中的烯烃含量，若要 提高轻燃油辛烷值，则应采用高反应温度，以加速分解反应， 抑制氢转移反应，使轻燃油中烯烃含量增加。4.