采用分子模擬的方法深入研究萘在熱解生成針狀焦過程的反應分子動力學。運用反應力場ReaxFF模擬該反應過程,并進行量子化學分析,推斷得到萘分子在熱解生焦過程中的主要反應歷程。萘分子在自由基奪氫的情況下生成自由基·C₁₀H₇,·C₁₀H₇兩兩結合生成1,1′-聯(lián)萘,1,1′-聯(lián)萘再脫氫縮合生成苝,苝再進行脫氫縮合反應,芳核也隨之增大。反應分子動力學模擬結果表明,在萘生焦過程中,反應生成的小分子和自由基會促進萘熱解反應。在針狀焦生成前期,應當控制熱解反應的溫度和壓力,適當抑制氣體揮發(fā)速率,以保證小分子和自由基能夠參與芳核的生長反應。 

【文章來源】：石油學報(石油加工). 2020,36(02)北大核心EICSCD

【文章頁數】：7 頁

【部分圖文】：

小分子或自由基數目隨模擬時長的變化曲線

圖1為萘熱解生焦反應分子動力學模擬過程中不同時間的結構分布圖。其中圖(a)、(b)、(c)、(d)分別對應0 ps、1000 ps、2000 ps、3000 ps。按不同分子類型取色,顏色種類越多說明反應生成的分子種類越多。由圖1可以觀察到,反應模擬過程中,萘分子先出現二聯(lián)、三聯(lián)、開環(huán),再裂解生成小分子或自由基。分子種類先逐漸增加,后不斷減少。這是由于生成的小分子、自由基相互聚合生成大分子的結果。圖2為萘熱解生焦反應模擬過程不同模擬時間對應的最大平面結構。平面結構如果很規(guī)整,表明在該反應條件下萘生成針狀焦的質量較好。由圖2可以觀察到,萘熱解生焦反應過程生成分子的環(huán)數逐漸增多,平面部分逐漸擴大。模擬前期有少量萘分子從穩(wěn)定性較高的六元環(huán)轉變?yōu)榉�(wěn)定性較低的七元環(huán)和五元環(huán),再裂解開環(huán),生成小分子或自由基。隨著模擬時間的增長,穩(wěn)定性較低的七元環(huán)和五元環(huán)再逐漸轉變?yōu)榱h(huán),生成的平面分子更穩(wěn)定。萘的熱反應不僅僅是脫氫縮合反應,也有與小分子和自由基發(fā)生的加成反應,最終生成含有較多芳環(huán)的稠環(huán)大分子[18]。

圖2為萘熱解生焦反應模擬過程不同模擬時間對應的最大平面結構。平面結構如果很規(guī)整,表明在該反應條件下萘生成針狀焦的質量較好。由圖2可以觀察到,萘熱解生焦反應過程生成分子的環(huán)數逐漸增多,平面部分逐漸擴大。模擬前期有少量萘分子從穩(wěn)定性較高的六元環(huán)轉變?yōu)榉�(wěn)定性較低的七元環(huán)和五元環(huán),再裂解開環(huán),生成小分子或自由基。隨著模擬時間的增長,穩(wěn)定性較低的七元環(huán)和五元環(huán)再逐漸轉變?yōu)榱h(huán),生成的平面分子更穩(wěn)定。萘的熱反應不僅僅是脫氫縮合反應,也有與小分子和自由基發(fā)生的加成反應,最終生成含有較多芳環(huán)的稠環(huán)大分子[18]。采用MAPS軟件中的ReaxFF插件對模擬過程進一步分析,得到模擬過程中產生的小分子或自由基數量隨模擬時間的變化曲線,如圖3所示。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]航空煤油燃燒和碳煙形成初始反應的反應分子動力學模擬[D]. 韓嵩.中國科學院大學(中國科學院過程工程研究所) 2018

碩士論文
[1]催化裂化油漿制備針狀焦過程中中間相的研究[D]. 張德保.石油化工科學研究院 2013



本文編號：3370630