基于ReaxFF反应分子动力学及密度泛函理论的正丁烷热分解机理研究

摘要

正丁烷由于其良好的热力学性能、低环境影响、材料相容性和成本效益而成为有机朗肯循环（organic Rankine cycle, ORC）系统的一种有吸引力的工质，但在ORC运行环境中，正丁烷面临热分解的风险。本文采用密度泛函理论（density functional theory, DFT）和ReaxFF反应分子动力学（reaction molecular dynamics, RMD）方法研究了正丁烷的热解机理，分析了分解反应的能垒阈值、温度对热分解分解速率和途径的影响以及一级动力学。结果表明：正丁烷分子中的C—C键比C—H键更容易断裂，C2—C3键的断裂是起始分解反应的主要途径。正丁烷的主要分解产物为H₂、CH₄、C₂H₂和C₂H₄。温度对正丁烷的热分解过程有显著影响。正丁烷热分解的表观活化能为233.6 kJ/mol。

关键词

有机朗肯循环 / 正丁烷 / 热分解机理 / ReaxFF反应分子动力学 / 密度泛函理论