基于量子化学计算的正己烷热解反应动力学模拟

作     者：殷晨阳 刘永峰 陈睿哲 张璐 宋金瓯 刘海峰 YIN Chenyang;LIU Yongfeng;CHEN Ruizhe;ZHANG Lu;SONG Jin’ou;LIU Haifeng

作者机构：北京建筑大学北京市建筑安全监测工程技术研究中心北京102627 天津大学先进内燃动力全国重点实验室天津300072 

出 版 物：《化工进展》 (Chemical Industry and Engineering Progress)

年 卷 期：2024年第43卷第8期

页      面：4273-4282页

核心收录：

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 0817[工学-化学工程与技术] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0703[理学-化学] 

基　　金：国家自然科学基金(51976007) 先进内燃动力全国重点实验室开放研究项目(K2023-04) 

主　　题：正己烷 热解 计算化学 反应动力学 同步辐射真空紫外光电离质谱法 射流搅拌反应器 

摘      要：为研究正己烷(n-C_(6)H_(14))的常压热解特性,提出了正己烷热解(NHP)模型,该模型使用基于误差传播的直接关系图(DRGEP)简化方法和色散校正密度泛函理论的B2PLYP/def2-tzvp方法,得到了一个包含33种物种和134个基元反应的简化机理。利用该模型计算了n-C_(6)H_(14)在不同温度下主要热解产物乙烯(C_(2)H_(4))、丙烯(C3H6)和丁炔(C4H6)的相对摩尔分数,并对n-C_(6)H_(14)的热解过程进行了反应路径分析。利用同步辐射真空紫外光电离质谱法(SVUV-PIMS)结合射流搅拌反应器(JSR)在温度为673~1103K、压力为1atm条件下对n-C_(6)H_(14)进行了热解实验,并与NHP模型进行了对比分析。结果表明:n-C_(6)H_(14)热解过程中最主要的产物是C_(2)H_(4),促使C_(2)H_(4)生成较为重要的两个反应的指前因子分别为6.01×10^(13)s^(-1)和2.18×10^(13)s^(-1)。在673~1023K温度范围内,结合量子化学计算得到的NHP模型对n-C_(6)H_(14)主要热解产物的相对摩尔分数进行了预测,与JetSurF 2.0模型相比,C_(2)H_(4)和C4H6的最大误差分别减小了27.9%和47.9%。反应路径分析表明,C_(2)H_(4)主要来源于己基的一系列β位断裂。