印尼油砂沥青热解过程的分子动力学模拟
发布时间：2021-03-02 02:01
油砂沥青是油砂中重要的烃类有机物,为了掌握油砂沥青内部结构以及热解过程,利用实验和分子动力学模拟相结合的方法,对油砂沥青的分子结构进行了探究,建立了最优油砂沥青分子模型,并进行了热解过程的模拟,确定热解过程中能垒最低的反应路径。基于热解过程中油砂沥青内部结构的变化规律,在分子层面阐述了热解过程中的有机质内部的变化,为油砂热解利用提供理论依据。本文主要从以下几方面展开研究:对油砂进行热重-红外热解实验以及油砂及其半焦固体红外实验,获得油砂热解过程中气体红外和固体半焦红外数据,对数据进行分析发现油砂沥青的分解主要发生中温段。在红外谱图中,芳环与脂肪链的特征峰是最明显的,含氧官能团的特征峰比较宽,经过分峰拟合发现主要为醇羟基、酚羟基和分子间氢键。对芳环特征峰进一步分峰拟合,发现油砂沥青中芳环主要为五取代芳环。对各个温度下、各个频率谱段的特征峰进行分峰拟合,得到红外结构参数。结构参数显示虽然杂原子和分子间氢键在谱图中不明显,但在热解过程中起到关键作用。随着热解温度的升高,油砂沥青含氧官能团和脂肪链逐渐分解和脱落,芳构化程度进一步加深,芳环侧链和取代基逐渐脱落。通过对油砂沥青13C核磁数据谱图进...
【文章来源】：东北电力大学吉林省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－４?１０（ＴＣ汕砂固体红外羟棊拟合??，：
东北电力大学工学硕士学位论文??〇１２１?Ａ?醇羟？??１?？?酚羟基??０．１０－?▲?＊?氢键??驻５?０．０８－?：?？??采?＼??０．０６?－??０．０４－??备、‘?．．ＪＢ???＊、?????、一一一?＊??０．０２?４——．——■——，——■——，——■——，——■——，——■——??１００?２００?３００?４００?５００?６００??温度／?ｃ??图２－５羟基吸收峰随温度变化??在低温阶段，分子间氢键的波数和含量都处于最低值，这表明在这一阶段中脂链的环??化与官能团的缩合作用强烈，各种键之间的相互作用减弱了羟基的伸缩强度。??中温阶段，羟基在油砂中主要存在于端基和侧链中，羟基在这一温度段断裂、交联键??时具有很强的活化效应，此时它是Ｈ２０潜在的缩合位；同时，羟基谱带的位置由３２００ＯＴＴ１??移至３４１０ｃｍ＇表明羟基是以多聚的缔合结构形式存在这种缔合结构会加大Ｈ２０的缩??合使汕砂中形成大量的氢键。氢键的存在进一步维持分子结构的稳定，伴随着羟基的进一??步稳固和生成。??随温度的进一步升高，这种较松散的缔合结构会随羟基数量的减少而逐渐消失，因此，??氢键在高温中对油砂沥青反应性的贡献也将减弱。在高温阶段分子间氢键进一步被破坏，??更高的振动频率的羟基波峰逐渐下降，表明油砂中由分子间缔合的氢键所形成的高频吸收??逐渐消失，羟基官能团逐渐开始下降。因为醇羟基相较于酚羟基更容易形成氢键，并且具??有更高的反应活性，所以当氢键被破坏之后醇羟基下降比较明显［５２】。??２．２．２?１０００－１３５０ｃｍ－１?谱带分析??在饱和脂肪酸中
?第２章油砂红外实验及其分析???°＇６］?｜—￣?脂肪醚ｃ－ｏｌ??°５?／＾Ｊ＼??｜?°＇４＇?＾?＼??＾?＼??０．３－?＼??＼??０．２－??０?１００?２００?３００?４００?５００?６００??温度／°ｃ??图２－６油砂固体红外脂肪醚吸光度随温度变化??如图２－３、２－６所示，随温度的升高，醚键的吸收带加宽而且强度在４４０？５５０°Ｃ之间迅??速降低。这表明随温度的升高羟基官能团逐渐消失，醚键成为芳环缩合的一个新的活性位??点。郑庆荣［５３啲研究表明，煤中可断裂的醚键主要以单个苯环上结合的醚为主。脂肪醚随??温度的变化趋势为先增后减的变化趋势，这与煤中含氧官能团醚类物质变化趋势相同［５４］，??其主要原因为羧基和羰基等活性含氧官能团容易在低温段发生反应，从而使得在这一阶段??中醚键含量增加，之后伴随着羧基的消失和羰基活性含氧官能团的减少，使得生成醚键的??速度小于醚键的消失速度，所以醚键会逐渐减少。??２＿２．３?１３６５－１６２５ｃｍ－丨谱带分析??绝大多数芳香族化合物会在区间内，芳香化合物的频率吸收峰比较特??殊，会以３？４个明显的吸收峰来表示。这些谱带可以分为三组：１３６５－１４３０加１－［、??１４３０－１５５００＾、１５５０－１６２５＾人芳环骨架的振动并不是某两个键振动的耦合，而是骨架的??整体振动。芳环上有取代基之后，芳环分子的中心对称性会被破坏，芳环上碳原子周围电??子云密度不相等，使得芳环骨架振动频率发生变化。芳环上取代基的数目、位置和取代基??的性质会影响整个骨架振动频率的数目、位置和强度［５（）］。由图２－３分析可知，在??ＵＳＳ－ｌＧａＳｃｎｒ１振动频率区间
本文编号：3058396
【文章来源】：东北电力大学吉林省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－４?１０（ＴＣ汕砂固体红外羟棊拟合??，：
东北电力大学工学硕士学位论文??〇１２１?Ａ?醇羟？??１?？?酚羟基??０．１０－?▲?＊?氢键??驻５?０．０８－?：?？??采?＼??０．０６?－??０．０４－??备、‘?．．ＪＢ???＊、?????、一一一?＊??０．０２?４——．——■——，——■——，——■——，——■——，——■——??１００?２００?３００?４００?５００?６００??温度／?ｃ??图２－５羟基吸收峰随温度变化??在低温阶段，分子间氢键的波数和含量都处于最低值，这表明在这一阶段中脂链的环??化与官能团的缩合作用强烈，各种键之间的相互作用减弱了羟基的伸缩强度。??中温阶段，羟基在油砂中主要存在于端基和侧链中，羟基在这一温度段断裂、交联键??时具有很强的活化效应，此时它是Ｈ２０潜在的缩合位；同时，羟基谱带的位置由３２００ＯＴＴ１??移至３４１０ｃｍ＇表明羟基是以多聚的缔合结构形式存在这种缔合结构会加大Ｈ２０的缩??合使汕砂中形成大量的氢键。氢键的存在进一步维持分子结构的稳定，伴随着羟基的进一??步稳固和生成。??随温度的进一步升高，这种较松散的缔合结构会随羟基数量的减少而逐渐消失，因此，??氢键在高温中对油砂沥青反应性的贡献也将减弱。在高温阶段分子间氢键进一步被破坏，??更高的振动频率的羟基波峰逐渐下降，表明油砂中由分子间缔合的氢键所形成的高频吸收??逐渐消失，羟基官能团逐渐开始下降。因为醇羟基相较于酚羟基更容易形成氢键，并且具??有更高的反应活性，所以当氢键被破坏之后醇羟基下降比较明显［５２】。??２．２．２?１０００－１３５０ｃｍ－１?谱带分析??在饱和脂肪酸中
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