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页岩油中含硫化合物热解生成机理的密度泛函理论计算与热力学分析
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作者 潘朔 张钰 +4 位作者 王擎 柏静儒 徐向明 王琦 刘斌 《煤炭学报》 北大核心 2025年第10期4852-4864,共13页
采用固定床反应器,利用气相色谱-硫化学发光检测仪(GC-SCD)对不同热解终温页岩油中含硫化合物进行了检测,采用密度泛函理论(DFT)计算方法,构建了8种含硫结构模型,围绕硫醇类、噻吩类和苯并噻吩类含硫化合物模型设计了21条反应路径,系统... 采用固定床反应器,利用气相色谱-硫化学发光检测仪(GC-SCD)对不同热解终温页岩油中含硫化合物进行了检测,采用密度泛函理论(DFT)计算方法,构建了8种含硫结构模型,围绕硫醇类、噻吩类和苯并噻吩类含硫化合物模型设计了21条反应路径,系统地分析了各反应路径的反应能垒和反应能量,获得了含硫化合物的热解规律。结果表明,2-戊硫醇化合物首先发生碳硫键的均裂,生成巯基自由基,随后与相连碳原子的邻位甲基中氢原子结合生成硫化氢和1-戊烯,该过程的反应能垒和反应能量分别为466.1和192.2 kJ/mol。与β位碳原子氢相比,巯基更易与α位甲基氢反应生成硫化氢。当反应环境中存在氢自由基时,2-戊硫醇较易发生巯基脱除反应生成戊烷和硫化氢产物。丁硫醇中巯基和β位碳上氢原子断裂(反应能垒为456.1 kJ/mol),形成自由基并结合生成硫化氢,反应能量为407.3 kJ/mol。烷基噻吩组分的相对含量总体上随着热解温度的不断升高而减小,丁基取代基中末端甲基氢与噻吩环中氢原子断裂生成氢气,过渡态经过自由基反应形成C_(8)H_(10)S化合物结构,随后发生两步脱氢反应生成苯并噻吩,此过程反应能量为725.2 kJ/mol。而烷基苯并噻吩和烷基二苯并噻吩化合物的相对含量则随着热解终温的提高而呈现增大趋势。各噻吩类化合物倾向于发生链状烷烃取代基的芳构化反应生成苯并噻吩类化合物。苯并噻吩侧链丁基取代基首先由链状结构变为环状结构并发生分子内脱氢芳构化反应,反应能量与反应能垒较分别为526.9和250.8 kJ/mol。烷基取代基的种类对噻吩类化合物热解反应所需能量具有明显的影响作用。 展开更多
关键词 页岩油 热解 分子模拟 热力学过程 反应动力学 动力学
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α-O-4型木质素二聚体分子间相互作用机理研究
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作者 崔达 尹鹤霖 +3 位作者 吴爽 刘斌 王琦 王擎 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期595-602,共8页
不同于传统单分子分解机制,聚焦双分子反应热解机理,采用密度泛函理论(DFT)的GGA/RPBE方法,选取α—O—4型木质素二聚体模型化合物苄基苯基醚(BPE)为研究对象,确定其中存在的分子间相互作用关系以及关键产物在热解过程中形成的化学途径... 不同于传统单分子分解机制,聚焦双分子反应热解机理,采用密度泛函理论(DFT)的GGA/RPBE方法,选取α—O—4型木质素二聚体模型化合物苄基苯基醚(BPE)为研究对象,确定其中存在的分子间相互作用关系以及关键产物在热解过程中形成的化学途径,并重点研究木质素中取代基对分子间相互作用关系产生的影响。研究结果表明,在单分子反应中,取代基会提高各个键的活性,CH_(3)取代基会促进C—O键的均裂。木质素分子与自由基之间存在强烈的相互作用,但取代基会抑制分子间相互作用关系,且取代基上H自由基参与反应的意向弱于木质素连接键上的H自由基。4种α—O—4型木质素脱氢二聚体自由基主要可能发生均裂的键是O—C_(芳香族)键,而非C_(α)—O键。 展开更多
关键词 生物质能 木质素 热解 密度泛函理论 α—O—4 分子间相互作用
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