什么是石油的裂化?
實驗室k / 2019-05-07
石油加工的重要目的是希望能獲得大量的輕油(即汽油、煤油和柴油的總稱),但原油經(jīng)常減壓蒸餾后,一般最多只能獲得約占原油重量40~50%的輕油,這在數(shù)量和質(zhì)量上都遠遠不能滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)日益發(fā)展的需要。另一方面,在石油加工過程中卻分離出很多重油。我們知道,重油和輕油都是烴的混合物,由于它們烴分子中含碳原子數(shù)多少這一量的不同,因而引起了質(zhì)也不同。重油里的烴分子含碳原子數(shù)多,分子大,沸點高,不易燃燒,因此不能直接用作發(fā)動機燃料。而輕油里的烴分子含碳原子數(shù)少,分子小,沸點低,所以適合作內(nèi)燃機然料。這就很自然地促使人們?nèi)パ芯磕芊駥⒅赜偷拇蠓肿愚D(zhuǎn)變成輕油的小分子以解決上述的矛盾。經(jīng)過人們長期的實踐,發(fā)現(xiàn)通過催化劑以及高溫、高壓的作用可以將重油的大分子“砍斷”使其“裂開化小”變成輕油小分子和氣體,這個過程在煉油工業(yè)上叫做裂化。裂化是一種化學(xué)加工方法。最初,裂化系將重油在500℃左右的高溫和30個大氣壓力下進行熱裂化,除得到含碳原子數(shù)較少的輕油餾份外,還產(chǎn)生大量的含甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、丁烯等作為重要化工原料的裂化煉廠氣,但熱裂化所得到的油品質(zhì)量不高,現(xiàn)已為催化裂化所代替。
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催化裂化本質(zhì)上也和熱裂化一樣,但由于借助了催化劑硅酸鋁的作用,使裂化反應(yīng)在較低的溫度和較小的壓力條件下進行,同時重油轉(zhuǎn)化成輕油的產(chǎn)率較高,質(zhì)量也好些。裂化氣中烯烴含量增高,也更適宜作化工原料,而且催化裂化還具有設(shè)備簡單、易于操作和控制、開工周期長等優(yōu)點,因此,此法在我國的煉油廠里已普遍采用。在催化裂化過程中,不僅重油的長碳鏈分子斷裂成輕油的小分子,而且還發(fā)生了許多復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。例如,直鏈的烷烴結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,生成帶側(cè)鏈的烷烴:
或直鏈的烷烴發(fā)生脫氫反應(yīng),轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)烷烴:
而環(huán)烷烴進一步脫氫后,生成芳香烴等等:
應(yīng)該指出,上述一些復(fù)雜的反應(yīng),與油品質(zhì)量直接有關(guān)。拿汽油來說,含直鏈烷烴多的汽油,當(dāng)其蒸汽與空氣的混合物在氣缸中燃燒時,往往使機器震動,這種現(xiàn)象叫做爆震。爆震不但降低機器效率,而且損壞機器,浪費汽油。而帶側(cè)鏈的烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴則爆震性較小。通常我們?yōu)榱撕饬科偷馁|(zhì)量,選定辛烷值這個概念作為標(biāo)尺,即取爆震程度較大的正庚烷和爆震程度較小的異辛烷做為標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定正庚烷的辛烷值為0,異辛烷的辛烷值為100。在正庚烷和異辛烷的混合物中,異辛烷所占的百分率叫做這混合物的辛烷值。辛烷值也是汽油的號數(shù),如66號汽油即表示這種汽油的辛烷值是66,其爆震性和66%的異辛烷及34%的正庚烷的混合物的爆震性相當(dāng)。辛烷值也可超過100,例如甲苯的辛烷值為106。我們可以用催化裂化的方法從改造汽油的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來提高辛烷值,此外,還可在汽油里用外加添加劑的方法來改進汽油的質(zhì)量,如加入少量的四乙基鉛[Pb(C2H5)4]就可大大提高汽油的辛烷值。
經(jīng)過催化裂化后,不但充分利用了石油資源,擴大了輕油的來源,而且使油品中的一些直鏈烷烴轉(zhuǎn)變成帶側(cè)鏈的烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴,從而提高了油品的質(zhì)量。