石油裂解的(de)化學過程是(shi)比較復(fu)雜的(de),生成(cheng)的(de)裂解氣是(shi)一種(zhong)復(fu)雜的(de)混(hun)合氣體,它除了主(zhu)要含(han)有乙烯(xi)(xi)、丙烯(xi)(xi)、丁二烯(xi)(xi)等不飽和烴(jing)外(wai),還含(han)有甲烷(wan)、乙烷(wan)、氫氣、硫(liu)化氫等。裂解氣里烯(xi)(xi)烴(jing)含(han)量(liang)(liang)比較高。因此(ci),常(chang)把乙烯(xi)(xi)的(de)產量(liang)(liang)作為衡(heng)量(liang)(liang)石油化工(gong)發展水平的(de)標志。把裂解產物進行分離,就可以(yi)得到所需(xu)的(de)多種(zhong)原料(liao)。這些原料(liao)在(zai)合成(cheng)纖(xian)維工(gong)業(ye)、塑料(liao)工(gong)業(ye)、橡膠(jiao)工(gong)業(ye)等方(fang)面得到廣泛應用。
石油(you)裂解是將(jiang)石油(you)原料在(zai)(zai)800~1100℃之間進行處理(li),得到小分子烴的生產過程其反應十(shi)分復雜,主要有以下(xia)幾種類型。依據熱力學和動力學原理(li),生產中在(zai)(zai)800~1 100℃范(fan)圍內,盡可能(neng)控制較高溫度,同時盡可能(neng)減少(shao)物料在(zai)(zai)反應器內的停留時間,使之有利于生成乙烯(xi)而不(bu)利于生成焦炭。
烷烴(jing)裂解反應可概括為脫(tuo)氫(qing)和斷鏈(lian)兩種。脫(tuo)氫(qing)生成(cheng)相應的烯烴(jing),其通式為:
CnH2n+2CnH2n+H2-Q
R-CH2-CH3R-CH=CH2+H2-Q
斷鏈(lian)分解為較(jiao)小的烷烴和(he)烯烴,其通式為:
Cm+nH2m+2n+2=CmH2m+CnH2n+2-Q或R-CH2-CH2-R′ →R-CH=CH2+R′H-Q
Cm+nH2m+2n→CmH2m+CnH2n-Q
原(yuan)油中很少(shao)有烯(xi)烴(jing)存在(zai),發(fa)生(sheng)裂(lie)(lie)解的(de)烯(xi)烴(jing) 一般(ban)都是由烷烴(jing)裂(lie)(lie)解生(sheng)成的(de),所以烯(xi)烴(jing)裂(lie)(lie)解是 二次反應。
環烷(wan)烴裂(lie)解可(ke)(ke)以有多種方(fang)式,如環己烷(wan)可(ke)(ke)裂(lie)解為:
除上述主要的有益(yi)反(fan)(fan)應外,還會發生(sheng)有害反(fan)(fan)應,主要是生(sheng)炭反(fan)(fan)應。
為了(le)在極短(duan)時(shi)間內供給大量(liang)反(fan)(fan)應(ying)熱(re),反(fan)(fan)應(ying)宜在管(guan)式爐(lu)內進(jin)行。此外,裂(lie)解(jie)(jie)反(fan)(fan)應(ying)使體(ti)積增大,減壓操作對正反(fan)(fan)應(ying)有利,但實際生產中,為防止空氣(qi)漏入系統引起(qi)爆炸,操作壓力(li)略(lve)高(gao)于大氣(qi)壓,同時(shi)加入水(shui)蒸(zheng)氣(qi)作為稀釋劑(ji)以降(jiang)低反(fan)(fan)應(ying)物料的分壓。如圖(tu)2所(suo)示,燃(ran)料油(you)(或燃(ran)料氣(qi))由(you)導管(guan)噴入爐(lu)內燃(ran)燒(shao)把反(fan)(fan)應(ying)管(guan)加熱(re)至900℃左右,原料烴和(he)水(shui)蒸(zheng)氣(qi)預熱(re)后從反(fan)(fan)應(ying)管(guan)內快速通過(950℃時(shi),停留(liu)時(shi)間僅為0.01~0.02s)發生裂(lie)解(jie)(jie)反(fan)(fan)應(ying)。
反應(ying)后的物(wu)料(liao)(liao)導(dao)(dao)入急冷(leng)(leng)換(huan)熱器(qi)將溫(wen)(wen)度迅速降(jiang)至550℃以下使反應(ying)停(ting)止,再 導(dao)(dao)入油(you)(you)急冷(leng)(leng)器(qi)與來自精(jing)餾塔(ta)底的重油(you)(you)混(hun)合進(jin)一(yi)步降(jiang)溫(wen)(wen)后導(dao)(dao)入精(jing)餾塔(ta)進(jin)行(xing)(xing)(xing)蒸(zheng)餾分(fen)(fen)離。塔(ta)頂(ding)餾出物(wu)經油(you)(you)水(shui)分(fen)(fen)離器(qi)進(jin)行(xing)(xing)(xing)氣液分(fen)(fen)離和油(you)(you)水(shui)分(fen)(fen)離。主(zhu)產物(wu)裂(lie)解(jie)氣由分(fen)(fen)離器(qi)上部導(dao)(dao)出送去凈(jing)化和分(fen)(fen)離,中(zhong)部導(dao)(dao)出的裂(lie)解(jie)汽油(you)(you)一(yi)部分(fen)(fen)回流,一(yi)部分(fen)(fen)送去提取芳烴(jing),塔(ta)底導(dao)(dao)出的裂(lie)解(jie)重油(you)(you) 一(yi)部分(fen)(fen)導(dao)(dao)入油(you)(you)急冷(leng)(leng)器(qi)用做(zuo)急冷(leng)(leng)油(you)(you),一(yi)部分(fen)(fen)用做(zuo)裂(lie)解(jie)爐燃料(liao)(liao)或返回反應(ying)管做(zuo)裂(lie)解(jie)原料(liao)(liao)。裂(lie)解(jie)主(zhu)產物(wu)裂(lie)解(jie)氣是(shi)多組分(fen)(fen)混(hun)合物(wu),要得(de)到單一(yi)的高純度產品,必須(xu)進(jin)行(xing)(xing)(xing)進(jin) 一(yi)步分(fen)(fen)離和凈(jing)化。
裂(lie)(lie)解氣(qi)的(de)分(fen)(fen)離有多(duo)種方(fang)法,目前多(duo)采用深冷法,即在-100℃左右加壓至約(yue)3MPa,將(jiang)裂(lie)(lie)解氣(qi)中氫和(he)甲烷以(yi)外的(de)其他組(zu)分(fen)(fen)全部冷凝成(cheng)液體,再利用各種烴沸點(dian)的(de)不同(tong),用精(jing)餾的(de)方(fang)法逐 一分(fen)(fen)離,所(suo)得(de)產品主要(yao)為氫、甲烷、乙(yi)烯、丙烯和(he)丁烯。
裂(lie)解(jie)汽(qi)油又稱(cheng)熱解(jie)汽(qi)油。以輕烴(jing)、石(shi)腦油、柴油甚至(zhi)減壓蠟油為原料,在(zai)(zai)水蒸氣存在(zai)(zai)下高溫裂(lie)解(jie)制取乙烯的過程中(zhong),生成含碳五(wu)烴(jing)類以上的液(ye)(ye)體副(fu)產品,經(jing)分(fen)餾出干點(dian)為205℃的液(ye)(ye)體稱(cheng)為裂(lie)解(jie)汽(qi)油。由于(yu)(yu)此種(zhong)汽(qi)油富含芳烴(jing),經(jing)過加氫精制后(hou)可(ke)作為高辛烷值汽(qi)油組分(fen)或用于(yu)(yu)萃取苯、甲(jia)苯、乙苯、二甲(jia)苯等化(hua)工(gong)原料。能(neng)使溴的四(si)氯化(hua)碳溶液(ye)(ye)褪色的是裂(lie)化(hua)汽(qi)油。