1、催化裂化反應機理一、催化裂化反應機理（一）、催化裂化反應機理催化裂化反應機理常用碳離子學說來說明 碳離子又稱正碳離子，是烴分子中有一個碳原子外圍缺少一對電子而形成的帶正電的離子，例如這種離 子不能在溶液中離解出來自由存在，只能吸附在催化劑表面上參加化學反應，不能脫離催化劑自由存在。中性分子最初形成碳離子，首先要有烯烴，烯烴來自于催化裂化的原料油或一次產物中，其中要有質子，質子由催化 劑的活性部分提供，可以是由于失去電子后帶正電的氫質 子，用H+表示。烯烴雙鍵斷開其中一個鍵，并與質子（H）結合，就形成碳離子，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碳離子外層電子缺少一對電子，是不完全的外層電子結 構，所以很不穩定，不能單獨存在，總想索取個別碳原子中 的電子對，轉化成穩定的有完全外層結構的碳原子，與此同 時又生成別的碳離子，所以碳離子又很不穩定，也要繼續反 應下去，實現這種轉化需要活化能很低，從而加快了整個反 應速度，直到碳離子放出一個質子還原成中性分子為止，才 能使反應中斷。今以十六烯-6的催化裂化反應為例，說明碳離子的若干 規則。第一步：十六烯-6從催化劑表面獲得質子，生成碳離子：HH IIGHl c =C10H3o + H+ * QHlt- C+

3、第二步：十六烯-6遇見已經存在的碳離子，又再生成別 的碳離子：GHm C = Cl0H20 + H3C- c, -CHj 一- C” GoH岔+CH3- c =ch2別的碳離子又要索取其他稀烴的電子對，使反應鏈鎖下 去。第三步：大分子的碳離子，還可以奪取自身分子相隔位置(B位)上的碳原子發生所謂B裂解。I(H C+ R)R(H C+ R)H1 (R C+ R)第四步：各種碳離子中以伯碳離子最不穩定，容易異構化為仲碳離子，甚至叔碳離子如果這些異構碳離子中碳原子數還在五以上，則可繼續進 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）或者轉化成叔碳離子或者轉化為叔碳離子（最后一步，各種反應最后都是碳離子放出一個質子，還給催化劑，使自己變成中性分子，使鏈鎖反應中斷：CH3C + HCH3 * CH,CH = CH3 + H 卜CH3iCH C = CHCH3 + H對于帶叔碳烷基的芳香烴按上述碳離子反應規則，其裂化步驟可表如下:綜上可見催化裂化反應易異構化，容易生成C3 C4的烯烴，正是按碳離子的反應規則進行反應的結果。碳離子反應還可說明烯烴迭合，氫轉移

5、的機理，目前凡是能夠提供質子的酸性催化劑的催化作用，都用碳離子學說來 說明，但是碳離子學說也不能說明相同的反應物用不同催化 劑為什么會得到不同的產物，某個反應為什么只能用某一種 酸或催化劑才能起催化作用等問題。（二）、催化裂化的化學反應類型催化裂化原料油的組成非常復雜，含有各種烴類。因此化學反應也是多種多樣，且反應速度也各異。1. 裂化反應它是催化裂化的主要反應，幾乎幾種烴類都能進行， 特別是烷烴和烯烴。裂化反應是烴分子中C-C鍵斷裂的反應，烷烴分解時多從中間的 C-C鍵處斷裂，且分子越大越易斷裂， 碳原子數相同的鏈狀烴中，異構烴比正構烴容易分解。烯烴的裂化反應規律與烷烴相似，而且烯烴裂化速度

6、比烷 烴高得多，雖然直餾原料不含烯烴，但其它烴類一次分解都產生烯烴，所以在催化裂化過程中，烯烴的分解反應占有重 要地位。環烷烴的分解反應，可以自環上斷開生成異構烯烴，如:乙基壞戊烷CC一=C裂晰np2一乙基一1戊烯如果環烷烴所帶側鏈較長時，則可能斷側鏈，如:戊基環戊基甲基環戊烷1 一丁烯芳烴的環很穩定不易打開， 但烷基芳烴很容易斷側鏈。且有斷鏈是發生在芳烴與側鏈相連的C-C鍵上，生成較小的芳烴和烯烴，如:4C異丁基苯苯 2 甲基丁烯這種裂化反應又稱為脫烷基反應。側鏈越長，異構程度越大時，越易脫落。而且至少要有3個碳的側鏈才易脫落，脫乙基比較困難，單環芳烴不能脫甲基，而只能進行甲基轉移 反應，只

7、有稠環芳烴才能脫掉一部分甲基。2. 異構化反應在催化裂化過程中異構化反應較多，其反應方式有3種（(1) 骨架異構：分子中碳鏈重新排列，包括直鏈變為支鏈，支鏈位置發生變化，五元環變為六元環，都屬于骨架異構。如:鄰二甲基環戊烷C甲基環己烷如:它不(2) 雙鍵移位異構：烯烴的雙鍵位置由兩端移向中間，C-C-C-C=C-C C-C-C=C-C-C2-己烯3-已烯(3) 幾何異構：烯烴分子空間結構的改變，如順烯變為反 烯，稱為幾何異構，如：C CC、HC= 'J H H C = HC2順丁烯2反丁烯3. 氫轉移反應某烴分子上的氫脫下來立即加到另一烯烴分子上使之飽 和的反應稱為氫轉移反應。氫轉移是

8、催化裂化特有的反應，反應速度也比較快，同于一般的氫分子參加的脫氫和加氫反應，而是活潑的氫原 子的轉移過程，在氫轉移過程中，供氫的如果是烷烴則會變 成烯烴，是環烷烴則變成環烯烴，進一步成為芳烴，而烯烴 接受氫又會轉成烷烴，二烯烴變成單烯烴。如：CJ-C 十 GYYY *+cc甲基環己烷 2丁烯甲基環己烯 正丁烷若是分子較大的烯烴或芳烴則將會在環化與縮合的同時 放出氫原子，使烯烴和二烯烴得到飽和，而其本身最后變成 焦碳。所有可能供氫的烴分子中， 帶側鏈的環烷烴上的脫氫是主 要的氫來源，而烯烴最易接受氫轉化為單烯烴。催化裂化產 品中二烯烴很少，就是因為氫轉移反應所造成的。溫度和催化劑活性對氫轉移反應影響很大，如果要生產碳值低的輕燃油，則可采用較低的反應溫度和活性較高的催化 劑，以便促進氫轉移反應，降低輕燃油中的烯烴含量，若要 提高輕燃油辛烷值，則應采用高反應溫度，以加速分解反應， 抑制氫轉移反應，使輕燃油中烯烴含量增加。4.