探析单事件方法建立烯烃催化裂解反应网络

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1、中国石油大学（华东）硕士学位论文单事件方法建立烯烃催化裂解反应网络姓名：扈智静申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：山红红20090501摘要由于复杂反应体系所包含的组分数目巨大，反应复杂多样，如何对复杂反应体系建立分子尺度的动力学模型，对分子的反应历程及产物分布做出详尽描述，已经日益成为石油化工及环保的迫切需要。本文以烯烃催化裂解反应为研究对象，采用单事件方法建立了烯烃催化裂解反应网络。本文首先对烯烃的催化裂解反应过程进行了研究。通过对不同温度、不同转化率下各种烯烃催化裂解反应产物的分析，考察了烯烃在ZSM．5催化剂上的反应机理。在试验的温度范围内，烯烃的反应以异构化和裂化反应为

2、主，异构化尤其是双键异构化反应的速度非常快。己烯的裂化反应通过单分子和双分子两种方式进行，庚烯主要以单分子裂化的形式进行反应，以靠近碳链中间位置的碳键断裂为主。烯烃催化裂解的主要产物为小分子烯烃，有一定量的芳烃，以及较少的烷烃。通过对烯烃不同转化率下的反应产物做OPE(OptimumPerformanceEnvelope)曲线，确定了烯烃反应的一次产物和二次产物。通过对反应机理的深入研究，确定了庚烯催化裂解的反应路径。为了使反应历程能够以算法实现，各类分子及正碳离子均以布尔矩阵(Booleanrelationmatrices)及其辅助向量表示，并将烃类在固体酸催化剂上的反应分为若干个单

3、事件，每个单事件反应对应相应的矩阵变化，分子发生的反应就可以通过对布尔矩阵的操作来实现，从而使复杂的化学反应模型转变为数学模型。为了使反应网络在可计算的范围内，采取了一系列的简化措施，最终通过计算机编程生成了反应网络。研究石油加工过程中的化学反应和反应机理，不仅有助于从理论上理解复杂反应体系可能发生的反应，而且对催化剂的设计、最佳操作条件的选择及催化裂化新工艺的开发都具有现实意义。关键词：单事件，分子尺度，烯烃，催化裂解ASingleEventKineticModelforCatalyticCrackingofOlefinHuZhijing(ChemicalTechnology)Dir

4、ectedbyProf．ShanHonghongAbstractThecatalyticcrackingofhydrocarbonsproceedsthroughacomplexreactionnetworks，involvinghundredsofcomponents．Whenthefeedisacomplexmixture，containingthousandsofhydrocarbons，thenumberofcomponentsinthereactionmixturebecomesenormousandthegenerationofreactionnetworkforeacho

5、fthefeedcomponents．accountingfortheelementarystepsandsingleeventsinvolved，becomesachallengingtask．Thisdissertationdealswiththecompmergenerationofthereactionnetworkofolefins，developingamolecular1evelkineticmodel．Thekineticmodelwasbuiltusingthesingle．eventconcept，basedonthewell—knowncarbeniumionme

6、chanism．TheexperimentWascarried011thefixedbedreactioncIu．omato鲫hequipmentonZSM-5catalyst．AsthelimitedchannelofZSM一5zeolitecaninhibitthebimolecularprocess，thecatalyticcrackingofhexeneandhepteneoccurredbyamonomolecularmechanism．Smallcarbonnumberolefinswerethedominantproducts，alongwithsomearomatics

7、．ButthereWasnoevidencethataromaticwasallimportantproduct．TheprimaryandsecondaryproductsweredeterminedbyplottingtheOPE(OptimumPerformanceEnvelope)curves．molecularlyexplicitmodelforcatalyticcrackingofn—hepteneonZSM一5zeolitewas