FCC汽油轻馏分烯-烷体系骨架异构化反应历程的量化研究

发布时间：2020-08-10 09:13

【摘要】：异构化技术使得FCC汽油烯烃含量降低的同时辛烷值得到保持或提升。目前烯烃骨架异构机理的研究主要集中于C4烯上,戊烯研究较少,且大部分采用的分子筛簇模型,鲜有的采用周期性模型对戊烯骨架异构机理的研究中,也未涉及脱附过程的研究,比较片面。另外,目前烯烃骨架异构化的对象多集中于纯组分的研究,混合体系并不多见。FCC汽油轻馏分小于60℃馏分中烯烷含量相当的异构化原料使得烯烷共存体系反应历程的研究成为必然。为了探究反应内部的微观作用机制,从微观层面认识反应历程,本论文采用DFT方法对2-戊烯在H-ZSM-22分子筛上的骨架异构化机理及烯烷共存体系的骨架异构化反应历程进行量化研究。骨架异构过程中,2-戊基-氧化物和3-戊基-氧化物分别采用乙基转移机理和甲基转移机理,活化能分别为0.98 eV和0.73 eV,产物均为伯碳异戊基-氧化物;中间体和边缘质子化二甲基环丙烷机理速率控制步骤的活化能分别为0.74 eV和0.42 eV,产物均为仲碳异戊基-氧化物。脱附过程中,烷基转移机理活化能为1.12 eV,二甲基环丙烷机理活化能为0.30 eV。烷基转移机理中生成了伯碳分子,活化能相对较高,二甲基环丙烷机理生成了仲碳分子,活化能相对较低,但是前者基元反应步骤比较简单,计算易收敛,后者基元反应步骤较复杂,计算难收敛,综合比较,选择烷基转移机理对烯烷体系进行研究。烯烷共存体系下,烷烃的存在使得两种吸附构型稳定性增强。差分电荷图与bader电荷均显示烯烷体系中反应部位电荷转移量增大,相互作用增强,并且烷烃也参与了电荷转移。ELF的计算显示两种吸附质与分子筛的反应部位以及烷烃分子均处于一种电子高度局域化状态。PDOS表明烯烷共存体系下,两种吸附构型中个别原子峰的大小和位置发生了变化。烯烷共存体系骨架异构化过程中,当烷烃的存在使烯烃受空间位阻效应明显时,烯烃反应活化能增加,当烷烃的存在并未使烯烃受到明显空间位阻效应时,烯烃反应活化能降低,另外,烷烃的存在增强了烯烷体系的稳定性。经分析,计算中将烷烃作为一个单独的分子,并未涉及烯烃与烷烃之间的反应,是计算结果与实际存在差距的主要原因,这说明了烯烷体系研究中考虑烯烷之间反应的必要性,也为以后烯烷体系的进一步研究奠定了基础。烯烷共存体系的研究对FCC汽油异构化工艺的设计开发及汽油高辛烷值生产具有重要意义。
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE624.56
【图文】：

孔道结构,分子筛,非骨架铝

图 1.1 分子筛中不同的孔道结构 1.1 Different pore structures in 微孔晶体材料，具有较强的质主要有吸附性能、离子交泛应用于工业中。能主要体现在三个方面，即筛表面酸性决定的。酸的种酸（Br nsted 酸或 B 酸），B 结构中心，称为路易斯酸（缺陷以及非骨架铝中。酸量19]。随着科学的进步，目前应用最为广泛[20, 21]，因为它以。此外，一些研究者采用 X

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图 1.2 分子筛上丁烯异构化双分子机理示意图he bimolecular mechanism of the butene isomerization ov骨架异构化机理研究的深入，有些研究者在各自烯烃骨架异构中的作用提出了怀疑[41, 42]，许多研理中发挥主要作用的是单分子机理，副产物的获vicka 等[44]就双分子机理在骨架异构化中的作用机结论是正丁烯骨架异构化反应中起主要作用的不究者认为正戊烯及更高烯烃的骨架异构化反应采的反应过程如图 1.3 所示，Ponec[46]针对此机理提子和吸附态活性物种之间的反应，其中氢原子由可生成烯丙基类，并且可发生异构化反应；二，，并且-CH3和-H 之间会存在分子内转移反应；金属环丁烷；四，带有“经典”伯碳摀离子所有反类甲基环丙烷类中间体。红外研究结果[47]表明，

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图 1.3 分子筛上丁烯异构化单分子机理示意图onomolecular mechanism of the butene isomeriza展子筛催化反应中的应用技术的迅猛发展，量子化学方法在科学研究是集中于物质的微观层面进行研究，能够获物质的结构参数、吸附能以及结合能等能量附时，容易发生裂化、二聚（齐聚）等反应到 C2 以上烯烃的吸附热，这方面的实验研段则能很好的解决这个问题。量子化学方法得了显著的成效，包括对分子筛结构、酸性48]人采用 DFT 理论基础上引入 Hartree-Foc跃迁反应，计算了反应能垒和速率常数的变位上吸附时的吸附热。Stepan Sklenak 等[49

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