萘热解生焦过程的反应分子动力学模拟

发布时间：2021-08-29 12:09

　　采用分子模拟的方法深入研究萘在热解生成针状焦过程的反应分子动力学。运用反应力场ReaxFF模拟该反应过程,并进行量子化学分析,推断得到萘分子在热解生焦过程中的主要反应历程。萘分子在自由基夺氢的情况下生成自由基·C₁₀H₇,·C₁₀H₇两两结合生成1,1′-联萘,1,1′-联萘再脱氢缩合生成苝,苝再进行脱氢缩合反应,芳核也随之增大。反应分子动力学模拟结果表明,在萘生焦过程中,反应生成的小分子和自由基会促进萘热解反应。在针状焦生成前期,应当控制热解反应的温度和压力,适当抑制气体挥发速率,以保证小分子和自由基能够参与芳核的生长反应。 

【文章来源】：石油学报(石油加工). 2020,36(02)北大核心EICSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

小分子或自由基数目随模拟时长的变化曲线

图1为萘热解生焦反应分子动力学模拟过程中不同时间的结构分布图。其中图(a)、(b)、(c)、(d)分别对应0 ps、1000 ps、2000 ps、3000 ps。按不同分子类型取色,颜色种类越多说明反应生成的分子种类越多。由图1可以观察到,反应模拟过程中,萘分子先出现二联、三联、开环,再裂解生成小分子或自由基。分子种类先逐渐增加,后不断减少。这是由于生成的小分子、自由基相互聚合生成大分子的结果。图2为萘热解生焦反应模拟过程不同模拟时间对应的最大平面结构。平面结构如果很规整,表明在该反应条件下萘生成针状焦的质量较好。由图2可以观察到,萘热解生焦反应过程生成分子的环数逐渐增多,平面部分逐渐扩大。模拟前期有少量萘分子从稳定性较高的六元环转变为稳定性较低的七元环和五元环,再裂解开环,生成小分子或自由基。随着模拟时间的增长,稳定性较低的七元环和五元环再逐渐转变为六元环,生成的平面分子更稳定。萘的热反应不仅仅是脱氢缩合反应,也有与小分子和自由基发生的加成反应,最终生成含有较多芳环的稠环大分子[18]。

图2为萘热解生焦反应模拟过程不同模拟时间对应的最大平面结构。平面结构如果很规整,表明在该反应条件下萘生成针状焦的质量较好。由图2可以观察到,萘热解生焦反应过程生成分子的环数逐渐增多,平面部分逐渐扩大。模拟前期有少量萘分子从稳定性较高的六元环转变为稳定性较低的七元环和五元环,再裂解开环,生成小分子或自由基。随着模拟时间的增长,稳定性较低的七元环和五元环再逐渐转变为六元环,生成的平面分子更稳定。萘的热反应不仅仅是脱氢缩合反应,也有与小分子和自由基发生的加成反应,最终生成含有较多芳环的稠环大分子[18]。采用MAPS软件中的ReaxFF插件对模拟过程进一步分析,得到模拟过程中产生的小分子或自由基数量随模拟时间的变化曲线,如图3所示。

【参考文献】：
期刊论文
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[8]针状焦形态结构形成过程基本原理[J]. 钱树安.  石油炼制与化工. 1980(01)

博士论文
[1]航空煤油燃烧和碳烟形成初始反应的反应分子动力学模拟[D]. 韩嵩.中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所) 2018

硕士论文
[1]催化裂化油浆制备针状焦过程中中间相的研究[D]. 张德保.石油化工科学研究院 2013



本文编号：3370630