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C4烃催化裂解工艺技术主要是以蒸汽裂解或催化裂化副产C4烃为原料,利用专门开发的催化剂,在高温及较低反应压力条件下生产乙烯、丙烯基本有机化工原料的工艺技术。尽管C4烃催化裂解的相关研究多年来一直比较活跃,涉及面也比较广,但是其基础研究仍然比较薄弱。鉴于此,本论文首先对烯烃裂解的热力学规律进行系统计算和分析,同时利用小型固定床及多通道实验装置,考察了多种原料的催化裂解性能,探讨了烃类催化裂解的反应机理,并建立了相应的集总动力学模型。 热力学计算采用吉布斯自由能最小原理法,分别对C2～C4烯烃、C2～C5烯烃、C2～C4烯烃与芳烃,C2～C5烯烃与芳烃构成的热力学平衡体系进行了系统的热力学分析,重点计算了温度、压力对各组分产物分布的影响,比较了不同网络体系组分分布的差别,探讨了热力学因素对烯烃催化裂解产物分布的影响规律。 实验研究了1-丁烯、混合C4烃和混合C5烃在OCC工艺催化剂OCC-D上的催化裂解性能,考察了反应温度、反应空速、稀释比和反应压力等操作条件对裂解产品产率和分布的影响,确定了C4烃催化裂解的实验室最佳操作条件。实验还研究了反应温度和反应空速对催化剂稳定性的影响,分析了影响催化剂稳定性的关键因素。同时,对不同裂解原料的反应产物分布同热力学计算结果进行了系统的比较,提出了C4烯烃异构体在催化裂解过程中的等价性,并且深入分析了热力学因素对烯烃催化裂解反应产物分布的影响规律,确立了热力学因素的主导作用。 详细分析了C4烯烃及C5烯烃催化裂解反应产物中主要组分之间的关系,建立了具有较好产物组分关联的数学模型。同时,深入探讨了C4烯烃及C5烯烃催化裂解的反应历程,并建立了C4烯烃及C5烯烃催化裂解的复杂反应网络。反应机理研究表明C4烃类催化裂解过程主要遵循C4烯烃聚合形成C8中间体,及C8中间体再裂解的聚合-裂解反应历程,并指出C4烯烃在催化裂解过程中,存在快速异构化反应过程,而C5烃类催化裂解过程中,除了C5烯烃聚合-裂解反应途径外,还存在C5烯烃直接裂解反应历程,C4及C5烯烃催化裂解的反应机理有同有异。 本研究进一步详细分析了C4烃类催化裂解的反应历程,建立了C4烃催化裂解六集总动力学模型,并确定了相应的反应网络和集总动力学数学表达式。编程求取了集总模型在450℃、480℃、530℃和580℃四个温度下的模型参数,模型的计算值与实验值比较接近,并且模型可较好地预测出裂解产物产率随各操作条件的变化趋势,该模型还具有较好的外推性能。