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1,3-丁二烯热裂解的动力学计算与模型研究
  • ISSN号:1000-6818
  • 期刊名称:《物理化学学报》
  • 时间:0
  • 分类:O643[理学—物理化学;理学—化学]
  • 作者机构:[1]四川大学空天科学与工程学院,成都610065, [2]四川大学化学工程学院,成都610065, [3]四川大学化学学院,成都610064
  • 相关基金:国家自然科学基金(91441114,91441132)资助项目;致谢:感谢深圳国家超级计算中心提供的软件资源.
中文摘要:

1,3-丁二烯是碳氢燃料燃烧和裂解过程中生成的一种重要产物,也是形成多环芳烃(PAHs)的一种重要前驱体。目前,关于1,3-丁二烯燃烧实验以及机理的研究较多,但是其热裂解机理的研究较少。本文在B3LYP/CBSB7水平下对1,3-丁二烯裂解过程中相关反应的反应物、产物以及过渡态进行了几何结构优化和频率计算,并通过组合方法CBS-QB3计算得到了单点能和热力学参数。对于紧致过渡态的反应和无能垒反应,分别采用过渡态理论(TST)和可变反应坐标过渡态理论(VRC-TST)计算其高压极限条件下的反应速率常数。计算得到的反应速率常数与已有文献报导的结果吻合较好。通过量子化学计算,对Hidaka等人提出1,3-丁二烯的热裂解机理模型进行了更新和改进:更新后的机理模型包含45个物种和224步反应,并对更新后的机理模型进行了模拟验证。结果表明,更新的机理模型能更好地预测1,3-丁二烯激波管裂解实验过程中C2H2、1-丁烯-3-炔(C4H4)以及苯(C6H6)主要产物的浓度分布,为进一步完善核心机理(C0-C4)模型提供了可靠的热、动力学参数。

英文摘要:

1,3-Butadiene is an important product in combustion and pyrolysis of hydrocarbon fuels and it is also an important precursor to form polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs). Currently, a variety of experimental and mechanism studies have been performed on 1,3-butadiene oxidation. However, few studies about pyrolysis mechanism of 1,3-butadiene have been done. In this work, the optimization of the geometries and the vibrational frequencies for the reactants, products, and transition states of the relevant reactions in 1,3-butadiene pyrolysis have been performed at the B3LYP/CBSB7 level. Their single point energies and the thermodynamic parameters are also calculated by using the composite CBS-QB3 method. The high-pressure limit rate constants for tight transition state reactions and barrierless reactions are obtained by transition state theory and variable reaction coordinate transition state theory, respectively. The calculated rate constants in this work are in good agreement with those available from literature. Furthermore, the mechanism of Hidaka et al. is updated with replacing the calculated rate constants of reactions in this work to simulate the shock tube experiment results of 1,3-butadiene pyrolysis and the updated mechanism consists of 45 species and 224 reactions. It can be seen that the updated mechanism can improve the concentration profiles of the main products, ethylene, 1-butylene-3-acetylene, and benzene in 1,3-butadiene pyrolysis. It can also provide reliable kinetic and thermodynamic parameters to further improve the core mechanism of C0-C4 species.

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期刊信息
  • 《物理化学学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:北京大学化学与分子工程学院承办
  • 主编:刘忠范
  • 地址:北京大学化学楼
  • 邮编:100871
  • 邮箱:whxb@pku.edu.cn
  • 电话:010-62751724
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-6818
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1892/O6
  • 邮发代号:82-163
  • 获奖情况:
  • 中文核心期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:24781