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为满足绿色环保燃料油的要求,实现清洁燃料油低硫化的目标,开展对FCC汽油进行深度脱硫研究是我国炼油工业的迫切任务。
本文选择酸性强的L型分子筛为模拟研究对象,采用量子化学方法的ONIOM方法,计算研究了不同硅铝比的L型分子筛的电子结构、酸性和质子亲和势(PA),研究了噻吩、烷基噻吩、苯、1-丁烯和1,3-丁二烯在L型分子筛上吸附作用及噻吩的脱硫反应机理。
计算得到噻吩、2-甲基噻吩、3-甲基噻吩、2,5-二甲基噻吩和苯并噻吩的吸附作用能分别为-43.88kJ/mol、-54.10kJ/mol、-44.70kJ/mol、-57.48kJ/mol和-60.16kJ/mol。发现这些噻吩衍生物与分子筛之间的相对吸附作用强弱顺序:苯并噻吩>2,5-二甲基噻吩>2-甲基噻吩>3-甲基噻吩>噻吩。计算得到噻吩、苯、1-丁烯和1,3-丁二烯的吸附作用能分别为-43.88kJ/mol、-40.86kJ/mol、-69.75kJ/mol和-62.49kJ/mol。它们和分予筛之问的吸附作用强弱顺序:1-丁烯>1,3-丁二烯>噻吩>苯。
计算研究噻吩在L分子筛上的分解反应机理发现,加氢脱硫反应的控制步骤是噻吩环上C-S键断裂步骤,其活化能是330kJ/mol。还发现L-分子筛催化反式丁二烯中L-分子筛羟基H原子转移过程是该反应的控制步骤,活化能是158.18kJ/mol。计算得到不同T位的L分子筛担载Mo原子的几何结构和解离能。分析电子结构发现,桥位的S原子更容易得到电子,其氧化性能更强。且担载Co原子后Mo-S键及Mo-O键的键长变化很小,而Mo-O-Al键角有所增大。分析电子结构发现担载Co原子后,S原子正电荷增加,活性增大。
利用高压加氢固定床微反装置进行噻吩在L分子筛上加氢脱硫反应,将其产物进行气质联用色谱分析,发现产物中均存在噻吩。考察不同的反应条件下的噻吩加氢脱硫反应,反应得到的产物主要为C4~C7系列的烷烃、烯烃和环烷烃,以及C7~C9系列的芳香烃。实验结果很好地考证了理论模拟计算的机理是合理的。