Comparison of thermal and catalytic cracking of 1-heptene from ReaxFF reactive molecular dynamics simulations

雷亚克夫 分子动力学 催化裂化 开裂 催化作用 碳氢化合物 化学 脱氢 化学工程 光化学 计算化学 分子 有机化学 氢键 工程类
作者
Fidel Castro-Marcano,Adri C. T. van Duin
出处
期刊:Combustion and Flame [Elsevier BV]
卷期号:160 (4): 766-775 被引量:116
标识
DOI:10.1016/j.combustflame.2012.12.007
摘要

Abstract Endothermic catalytic cracking of hydrocarbon fuels is one of the most effective methods for thermal management in high-speed jet engines. Despite extensive research, improved understanding of fundamental reaction mechanisms and chemical events associated with hydrocarbon cracking reactions remains desirable. In this investigation, we used the ReaxFF force field to investigate the initial reaction pathways involved in hydrocarbon cracking over amorphous silica, hydrated amorphous silica, and amorphous aluminosilicate nanoparticles. We performed ReaxFF simulations at 1750, 1850, and 1950 K on large interface systems (∼2250 atoms) composed of an amorphous silica particle surrounded by 100 hydrocarbon molecules. Hydrocarbon cracking proceeded via complex network of reaction pathways and produced hydrogen and a wide range of saturated and unsaturated hydrocarbon products, consistent with experimental results. Analysis of trajectories from ReaxFF simulations showed complex initiation chemistry for thermal and catalytic cracking of 1-heptene. In general, thermal cracking of 1-heptene was mainly initialed by C C bond scission followed by free radical reaction mechanism, whereas catalytic cracking was predominantly activated by C C bond scission, protonation and dehydrogenation. This work demonstrates that ReaxFF reactive force field can be a useful approach for examining the complex chemistry associated with hydrocarbon cracking.
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