4芳烃的转化

2.2 工艺原理及特点液化气芳构化装置的目的是将来自界区的碳四组分其它适宜的原料在DLP催化剂的作用下，通过芳构化反应转化为含有苯、甲苯及二甲苯的混合芳烃，同时生成含有氢气、甲烷及碳二至碳五馏分的气相。

然后通过一系列的分离，最终产出符合标准的混合芳烃、轻芳烃及重芳烃，同时副产低烯烃的液化气及少量的干气。

C4液化气等低碳烃在芳构化催化剂中进行芳构化反应的过程较为复杂，以烷烃为例一般要经过脱氢、齐聚、环化及芳构化等过程最终才能生成芳烃，而烯烃的转化则没有脱氢的过程。

上述过程中，烷烃脱氢的过程为吸热过程，而齐聚、环化及芳构化过程为放热的过程，所以烷烃的芳构化生成芳烃的能耗要比烯烃的芳构化过程要高。

在低温条件下生产轻芳烃汽油组分时，齐聚、环化及芳构化的反应为主导反应，所以是一个强的放热反应。

2.2.1 工艺原理反应机理液化石油气等轻烃的芳构化机理十分复杂。

一般认为，轻烃在分子筛的酸中心上芳构化反应时经历下列步骤：a）通过在酸中心上发生化学吸附生成正碳离子得到活化；b)正碳离子进一步脱氢和裂解生成乙烯、丙烯、丁烯和戊烯。

这些小烯烃是芳烃分子的建筑单元。

该步反应属于吸热反应；c）小烯烃分子在 B酸中心上低聚（二聚、三聚）生成 C6-C8烯烃，后者再通过异构化和环化生成芳烃前体（带 6元环的前体）。

该步反应属于强放热反应；d）芳烃前体在L酸中心上通过脱氢生成苯、甲苯和C8等芳烃。

这步反应属于吸热反应。

在上述反应中，原料在酸中心上生成正碳离子的步骤最为关键，它决定了芳构化反应的活性和选择性。

C3-C8之间的轻烃分子都可以在催化剂的酸中心上通过脱氢和裂解生成乙烯、丙烯、丁烯和戊烯。

当反应温度和催化剂的酸度相同时，从不同碳数的轻烃原料出发，可以得到具有同样热力学平衡分布的乙烯、丙烯、丁烯和戊烯。

由于基本建筑单元的种类和浓度分布相近，所以从不同碳数的轻烃原料出发都可以得到苯、甲苯和C8等芳烃产物，并且原料对芳烃产物的分布影响不大。

第四章芳烃转化过程4.2芳烃的转化4.2.1概述一、芳烃转化反应的化学过程异构化、歧化与烷基转移、烷基化和脱烷基化等几类反应，都是按离子型反应机理进行，反应历程包括正烃离子的生成及正烃离子的进一步反应。

二、催化剂芳烃转化反应是酸碱型催化反应。

1. 酸性卤化物酸性卤化物与HX构成：A1Br3、A1Cl3、BF3等路易氏酸。

通式HX—MXn。

用于芳烃的烷基化和异构化等反应，较低温度和液相中进行。

2.固体酸1)浸附在适当载体上的质子酸：H2SO4、H3PO3、HF等。

常用的是磷酸/藻土，磷酸／硅胶烷基化反应。

2）浸渍在适当载休上的酸件卤化物：BF3／γ-A12O3催化剂3）混合氧化物催化剂：SiO2-A12O3催化剂4）贵金属-氧化硅-氧化铝：Pt／SiO2-A12O3,具有酸、加氢脱氢功能。

主要用于异构化反应。

5）分子筛：ZSM－5，具有酸功能，还具有热稳定性高和择形性等功能，用于芳烃歧化与烷基转移、异构化和烷基化。

4.2.2芳烃歧化——二甲苯生产一、概述三种异构体的混合物，呈无色透明易挥发有芳香气味的液体，有毒，不溶于水，溶于乙醇和乙醚。

二甲苯性质二甲苯分子式为C6H4(CH3)2，有三种异构体，其各自物理性状分别为：(1)邻二甲苯，熔点-25℃，沸点144℃。

(2)间二甲苯，熔点-47.4C，沸点139.3℃。

(3)对二甲苯，熔点13.2C，沸点138.5℃。

用途：a混合二甲苯主要用作油漆涂料工业的溶剂和航空汽油添加剂。

b对二甲苯可以氧化制得对苯二甲酸，进而可以生产聚酯纤维和聚酯薄膜，c邻二甲苯氧化可制得邻苯二甲酸酐，是制造醇酸树脂和聚酯树脂，以及用作塑料增塑剂的重要中间体，d间二甲苯可氧化成间苯二甲酸，是制造醇酸树脂、饱和及不饱和聚酯塑料的原料。

二、甲苯歧化反应定义：芳烃歧化是指两个相同芳烃分子在酸性催化剂作用下，一个芳烃分子的侧链烷基转移到另一个芳烃分子上去的反应。

芳烃歧化反应的逆反应为烷基转移反应，即两个不同芳烃分子之间发生烷基转移的过程，目的：芳烃联合装置中的芳烃歧化装置就是将分馏装置中的甲苯和C9芳烃歧化，在—定的温度和临氢条件下，在催化剂作用下，转化为苯和C8芳烃，以增产二甲苯。

第一章第一节1.什么叫烃类热裂解过程的一次反应和二次反应？答：一次反应：由原料烃类经热裂解生成乙烯和丙烯的反应。

二次反应：主要是指一次反应生成的乙烯，丙烯等低级烯烃进一步发生反应生成多种产物，甚至最后生成焦或碳2.简述一次裂解反应的规律性。

答：1) 同碳原子数的烷烃，C－H键能大于C－C键能，故断链比脱氢容易。

2) 碳链越长的烃分子越容易断链。

3) 烷烃的脱氢能力与分子结构有关。

叔氢最易脱去，仲氢次之，伯氢又次之。

4) 有支链的烃容易断链或脱氢。

3.烃类热裂解的一次反应主要有哪几个？烃类热裂解的二次反应主要有哪几个？答：一次反应有：1) 烃热裂解：脱氢反应、断链反应2) 环烷烃热裂解：开环反应3) 芳香烃热裂解：脱氢缩合反应、断侧链反应4) 烯烃热裂解：断链反应、脱氢反应二次反应主要有：1) 烯烃的裂解（即二次反应—断链）2) 烯烃的聚合、环化、缩合与生焦反应3) 烯烃的脱氢和加氢反应4) 烃分解生碳4. 什么叫焦，什么叫碳？结焦与生碳的区别有哪些？答：有机物在惰性介质中经高温裂解，释放出氢或其它小分子化合物生成碳，并非独个碳原子，而是以若干碳原子稠合形式的碳，称为生碳。

若产物中尚含有少量氢，碳含量约为95％以上，称为结焦。

结焦是在较低温度下﹙＜1200K﹚通过芳烃缩合而成，生碳是在较高温度下﹙＞1200K﹚通过生成乙炔的中间阶段，脱氢为稠和的碳原子。

5. 试述烃类热裂解的反应机理。

答：热裂解的自由基反应机理：C2H6→C2H4+H26. 什么叫一级反应？写出一级反应动力学方程式和以转化率表示的动力学方程式。

答：一级反应：反应速度与浓度的一次方成正比一级反应动力学方程式：r=-dc/dt=kc以转化率表示的动力学方程式：㏑[β/（1－α）]=ktβ—体积增大率，它随转化深度而β=裂解气体积（标准态）/原料气体积（标准态）第一章第二节1. 烃类裂解有什么特点？答：1) 高温（反应温度高，一般为800℃以上，最高快可达900℃以上）2) 强吸热反应3) 短停留时间4) 低烃分压2. 裂解供热方式有哪两种？答：直接供热和间接供热。

《化工工艺学》复习题1 绪论1.掌握以下概念化学工业、化学工艺学、化学工程学。

2．现代化学工业特点是什么？3．化学工业发展方向?4．化学工业的原料资源和主要产品有那些?2 化学工艺的共性知识1.为什么说石油、天然气和煤是现代化学工业的重要原料资源？它们的综合利用途径有哪些？2.天然气是如何分类与加工利用的？3.生物质和再生资源的利用前景如何？4.何谓化工生产工艺流程,举例说明工艺流程是如何组织的。

5.何谓循环式工艺流程? 它有什么优缺点？6.何谓转化率？何谓选择性? 对于多反应体系，为什么要同时考虑转化率和选择性两个指标？7.催化剂有哪三个基本些特征,它在化工生产中起到什么作用？在生产中如何正确使用催化剂？8．计算：见教材15. 将纯乙烷进行裂解制取乙烯，已知乙烷的单程转化率为60％,每100kg 进裂解器的乙烷可获得46.4kg乙烯，裂解气经分离后，未反应的乙烷大部分循环回裂解器（设循环气只是乙烷)，在产物中除乙烯及其他气体外，尚含有4kg 乙烷。

求生成乙烯的选择性、乙烷的全程转化率、乙烯的单程收率、乙烯全程收率和全程质量收率。

3 烃类热裂解1.什么叫烃类的热裂解？2.烃类裂解过程中可能发生那些化学反应？一次反应与二次反应有何区别？大致可得到哪些产物？3.试从化学热力学的方法来分析比较在1000K时苯发生如下两反应时哪个反应占优势？并说明含苯较高的原料在1000K时进行裂解的过程，主要趋向是增产乙烯还是增大结焦趋向。

4.各族烃类热裂解反应规律是什么？5.试分析为什么烷烃是裂解制氢的理想原料？6.以己烷为例说明丁烷在裂解中可能进行的一级反应和二级反应，它的裂解产物可能有哪些？7.裂解过程中是如何结焦和生炭的？8.已知 －甲基戊烷（n=6)：管式炉裂解，760℃时停留时间为0.5秒，试求转化率。

9. 正己烷管式炉裂解，炉出口温度为760℃，转化率为88。

3%，k6=4.289S-1,求停留时间。

10。

第三章P112 3-5为了降低烃分压，通常加入稀释剂，试分析稀释剂加入量确定的原则是什么？1、裂解反应后通过急冷即可实现稀释剂与裂解气的分离，不会增加裂解气的分离负荷2、水蒸气热容量大，是系统有较大热惯性，当操作供热不平衡时，可以起到稳定温度的作用，保护炉管防止过热。

3、抑制裂解原料所含硫对镍铬炉管的腐蚀。

4、脱除积碳，炉管的铁和镍能催化烃类气体和生碳反应。

3-9.裂解气预分馏的目的和任务是什么？裂解气中要严格控制的杂质有哪些？这些杂质存在的害处？用什么办法除掉这些杂质，这些处理方法的原理是什么？裂解气预分馏的目的和任务是：1、经预分馏处理，尽可能降低裂解气的温度从而保证裂解气压缩机的正常运转，并降低裂解气压缩的功耗；2、尽可能分馏出裂解气的重组分，减少进入压缩分离系统的负荷；3、将裂解气中的稀释蒸汽以冷凝水的形式分离回收，减少污水的排放用以再发生稀释蒸汽；4、继续回收裂解气低能位热量。

需严格控制的杂质有H2S,CO2，H2O,C2H2，CO等气体，这些杂质对冷分离过程有害，使产品达不到规定标准。

酸性气体的脱除方法：碱洗法、醇胺法，脱水用吸附干燥法，炔烃脱除有催化加氢法和溶剂吸收法。

处理方法的原理1、碱洗法用NaOH作为吸收剂，通过化学吸收使NaOH与裂解气中的酸性气体发生化学反应，脱除酸性气体。

2、醇胺法用乙醇胺作为吸收剂，除去CO2和H2S，是一种物理吸收和化学吸收相结合的方法。

3、脱水吸附法进行干燥，采用分子筛（离子型极性吸附剂）对极性分子特别是水有极大的亲和性，易于吸附。

4、脱炔溶剂吸收和催化加氢将炔烃加氢成烷烃除去。

3-10 压缩气的压缩为什么采用多级压缩？确定段数的依据是什么？答：工业上一般认为经济上合理而技术上可行的裂解气压缩机出口的裂解气压力约为 3.7 MPa，而压缩机的入口压力一般为0.14 MPa，提高入口压力虽可节约压缩机功率，但对裂解反应不利，故为节约能量，采用多级压缩。

芳烃转化过程综述摘要本文献系统介绍了芳烃的基本定义及其主要产品苯、甲苯、二甲苯的主要特点以及其在工业上的主要应用，综述了近些年来对芳烃生产、转化、分离技术在科学研究与生产发展的概况及国内外芳烃产品生产技术的发展形势与生产格局，并展望了未来芳烃生产新技术的发展趋势。

关键词芳烃，转化，苯，发展1.概述[1]芳烃是芳香族碳氢化合物的简称，亦称芳香烃，也是含苯结构的碳氢化合物的总称。

这类化合物从其碳氢比来看，具有高度不饱和性，但实际确实比较稳定的。

与脂肪烃和脂环烃不同，其化学行为是：比较容易进行取代反应，不易进行加成反应和氧化反应，这种特性曾作为芳香性的标志。

我们常说的芳烃，一般指分子中含有苯环结构的芳烃，而不含苯环结构的芳烃，称为非苯芳烃。

芳烃中的“三苯”（苯、甲苯、二甲苯，简称BTX）和烯烃中的“三烯”（乙烯、丙烯、丁二烯）是化学工业的基础原料，具有重要地位。

芳烃中以苯、甲苯、二甲苯、乙苯、异丙苯、十二烷基苯和萘最为重要，这些产品广泛应用于合成树脂、合成纤维、合成橡胶、合成洗涤剂、增塑剂、染料、医药、农药、炸药、香料、专业化学品等工业。

对发展国民经济、改善人民生活起着极其重要的作用。

化学工业所需要的芳烃主要是苯、甲苯、二甲苯。

苯可以用来合成苯乙烯、环己烷、苯酚、苯胺及烷基苯等；甲苯不仅是有机合成的优良溶剂，而且可以很撑异氰酸酯、甲芳烃，二甲苯异构体分酚，或通过歧化和脱烷基制备苯；二甲苯和乙苯同属C8别为对二甲苯、邻二甲苯和间二甲苯。

工业上常用术语的“混合二甲苯”实际上是乙苯和三个二甲苯异构体组成的混合物。

对二甲苯主要用于生产对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯，与乙二醇反应生成的聚酯用于生产纤维、胶片和树脂，是最重要的合成纤维和塑料之一；邻二甲苯主要用途是生产邻苯二甲酸酐，进而生产增塑剂，如邻苯二甲酸二辛酯（DOP）、邻苯二甲酸二丁酯（DBP）等；间二甲苯的主要用途是生产间苯二甲酸及少量的间苯二腈，后者是生产杀菌剂的单体，间苯二甲酸则是生产不饱和聚酯树脂的基础原料；乙苯的主要用途是制取苯乙烯，芳烃组分中，异丙苯用于生产苯酚/丙酮进而生产丁苯橡胶和苯乙烯塑料等。

芳烃转化催化剂一、芳烃的概念和应用芳烃是一类分子中含有苯环结构的化合物，具有广泛的应用价值。

它们可以作为化学品、材料和能源等方面的原料，例如：制药、染料、塑料、合成橡胶、润滑油和燃料等。

二、芳烃转化反应1. 芳香族烴的催化裂解芳香族烴在高温下经过催化裂解反应，产生轻质烷基化合物和苯等芳香族烴，这种反应被称为催化裂解。

这种转化反应是工业上最重要的方法之一。

2. 芳香族烴的氢气加氢在加氢过程中，氢气与芳香族烴发生加成反应，生成饱和脂肪族环状碳氢化合物。

这种转化反应可以使得分子量增加，同时还可以改善产品的抗爆性能。

3. 芳香族烴的脱氢脱氢是指在高温下将芳香族烴中部分或全部氢原子去除形成不饱和双键。

这种反应可以用于制备芳烃衍生物。

三、芳烃转化催化剂1. 催化裂解催化剂常见的催化裂解催化剂有氧化铝、硅酸铝、硅酸钙等，其中以氧化铝为主。

这种催化剂具有高比表面积和强的酸性，能够加速反应速率，同时也可以防止产物之间的重聚。

2. 氢气加氢催化剂常见的氢气加氢催化剂有镍、铜、钯等金属及其合金。

这些金属具有良好的选择性和活性，能够促进反应的进行。

3. 脱氢催化剂常见的脱氢催化剂有铬、钼等过渡金属及其氧化物。

这些催化剂具有良好的稳定性和高效率，能够使得反应速率提高数倍以上。

四、芳烃转化催化机理1. 催化裂解机理在高温下，芳香族烴分子中苯环上部分键断裂形成自由基，然后与其他芳香族烴分子或自身重组形成轻质烷基化合物和苯等芳香族烴。

催化剂作为催化反应的中介，能够加速反应速率，同时也可以防止产物之间的重聚。

2. 氢气加氢机理在氢气加氢过程中，芳香族烴分子中部分或全部的双键被还原成单键，形成饱和脂肪族环状碳氢化合物。

这种反应是一个典型的加成反应，金属催化剂能够促进反应的进行。

3. 脱氢机理在高温下，过渡金属催化剂能够将芳香族烴分子中部分或全部的氢原子去除形成不饱和双键。

这种反应是一个典型的脱除反应，通过控制反应条件和催化剂选择可以实现不同类型芳烃转换。