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什么是石油的裂化?


实验室k / 2019-05-07

       石油加工的重要目的是希望能获得大量的轻油(即汽油、煤油和柴油的总称),但原油经常减压蒸馏后,一般最多只能获得约占原油重量40~50%的轻油,这在数量和质量上都远远不能满足工农业生产日益发展的需要。另一方面,在石油加工过程中却分离出很多重油。我们知道,重油和轻油都是烃的混合物,由于它们烃分子中含碳原子数多少这一量的不同,因而引起了质也不同。重油里的烃分子含碳原子数多,分子大,沸点高,不易燃烧,因此不能直接用作发动机燃料。而轻油里的烃分子含碳原子数少,分子小,沸点低,所以适合作内燃机然料。这就很自然地促使人们去研究能否将重油的大分子转变成轻油的小分子以解决上述的矛盾。经过人们长期的实践,发现通过催化剂以及高温、高压的作用可以将重油的大分子“砍断”使其“裂开化小”变成轻油小分子和气体,这个过程在炼油工业上叫做裂化。裂化是一种化学加工方法。最初,裂化系将重油在500℃左右的高温和30个大气压力下进行热裂化,除得到含碳原子数较少的轻油馏份外,还产生大量的含甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、丁烯等作为重要化工原料的裂化炼厂气,但热裂化所得到的油品质量不高,现已为催化裂化所代替。

       催化裂化本质上也和热裂化一样,但由于借助了催化剂硅酸铝的作用,使裂化反应在较低的温度和较小的压力条件下进行,同时重油转化成轻油的产率较高,质量也好些。裂化气中烯烃含量增高,也更适宜作化工原料,而且催化裂化还具有设备简单、易于操作和控制、开工周期长等优点,因此,此法在我国的炼油厂里已普遍采用。在催化裂化过程中,不仅重油的长碳链分子断裂成轻油的小分子,而且还发生了许多复杂的化学反应。例如,直链的烷烃结构发生变化,生成带侧链的烷烃:

或直链的烷烃发生脱氢反应,转变为环烷烃:

而环烷烃进一步脱氢后,生成芳香烃等等:

       应该指出,上述一些复杂的反应,与油品质量直接有关。拿汽油来说,含直链烷烃多的汽油,当其蒸汽与空气的混合物在气缸中燃烧时,往往使机器震动,这种现象叫做爆震。爆震不但降低机器效率,而且损坏机器,浪费汽油。而带侧链的烷烃、环烷烃和芳香烃则爆震性较小。通常我们为了衡量汽油的质量,选定辛烷值这个概念作为标尺,即取爆震程度较大的正庚烷和爆震程度较小的异辛烷做为标准,规定正庚烷的辛烷值为0,异辛烷的辛烷值为100。在正庚烷和异辛烷的混合物中,异辛烷所占的百分率叫做这混合物的辛烷值。辛烷值也是汽油的号数,如66号汽油即表示这种汽油的辛烷值是66,其爆震性和66%的异辛烷及34%的正庚烷的混合物的爆震性相当。辛烷值也可超过100,例如甲苯的辛烷值为106。我们可以用催化裂化的方法从改造汽油的内部结构来提高辛烷值,此外,还可在汽油里用外加添加剂的方法来改进汽油的质量,如加入少量的四乙基铅[Pb(C2H5)4]就可大大提高汽油的辛烷值。
       经过催化裂化后,不但充分利用了石油资源,扩大了轻油的来源,而且使油品中的一些直链烷烃转变成带侧链的烷烃、环烷烃和芳香烃,从而提高了油品的质量。

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