H-SAPO-18催化甲醇制烯烃反应的芳烃烃池机理:基于范德华校正的密度泛函理论研究（英文）  

Aromatic-based hydrocarbon pool mechanism for methanol-to-olefins conversion in H-SAPO-18: A van der Waals density functional study

作　　者：王传明[1] 王仰东[1] 刘红星[1] 杨光[1] 杜钰珏[1] 谢在库[1] 

机构地区：[1]中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院,上海201208

出　　处：《催化学报》2015年第9期1573-1579,共7页

基　　金：supported by the National Natural Science Foundation of China(21103231,91434102);SINOPEC~~

摘　　要：由于可以从非石油资源如煤、天然气、生物质等出发制备低碳烯烃,分子筛催化甲醇制烯烃(MTO)反应在学术界和工业界引起了广泛的研究兴趣.H-SAPO-34是目前表现优异性能的分子筛催化剂之一,其双烯(乙烯+丙烯)的选择性在80%以上,已经实现了工业化应用.为了提升MTO反应的选择性,以及调控乙烯丙烯的选择性之比,非常有必要从反应机理出发来优化设计新的催化剂.然而,由于MTO催化反应产物复杂多样,对MTO反应机理的认识还存在很大的争议.目前基本能够接受的是MTO催化反应沿着烃池机理进行.在此反应机理中,无机分子筛和有机烃池活性中心形成共催化剂,甲醇进攻有机活性中心生成烷基链,此烷基链断裂得到烯烃产物.目前提出的烃池活性中心主要包括多甲基苯和烯烃自身,它们分别沿着各自的循环反应网络(芳烃循环和烯烃循环)生成烯烃产物.有文献指出在H-ZSM-5分子筛中芳烃循环主要生成乙烯,而烯烃循环主要生成丙烯等产物.因此,系统研究分子筛结构对两条循环网络相对贡献程度的影响规律,从而阐述分子筛结构和MTO催化性能之间的关系具有重要的意义.H-SAPO-18是一类结构上与H-SAPO-34相类似的分子筛,其笼由八元环孔道互联.实验研究指出,其也具有优异的MTO催化性能.在本工作中,我们利用包含范德华相互作用校正的交换相关泛函(BEEF-vd W),系统研究了H-SAPO-18分子筛中的芳烃循环反应机理.所有计算用VASP程序包完成,H-SAPO-18用48T周期性结构模型表示.利用静态吸附和相互转化的自由能变化情况,我们首先确认了反应条件下H-SAPO-18中最稳定的多甲基苯的结构.计算结果指出,1,2,4,5-四甲基苯的吸附能最强,而六甲基苯是主要存在的多甲基苯组分.多甲基苯在分子筛孔道内的稳定性主要由两个相反的作用共同影响:范德华相互作用引起的吸引,以及分子筛孔道结构引起�The reaction mechanism of zeolite-catalyzed methanol-to-olefins（MTO） conversion is still debated. Aromatics and/or olefins themselves may act as hydrocarbon pool species in the reaction. In this work we used periodic density functional theory calculations with the van der Waals density functional to study the aromatic-based hydrocarbon pool mechanism in H-SAPO-18 zeotype with eight-membered ring openings. The distribution of different polymethylbenzenes（MBs） in H-SAPO-18 was evaluated from adsorption and interconversion analysis. Hexamethylbenzene was calculated to be the primary component of MBs in H-SAPO-18. Gibbs free energy analysis on the process of ethyl side chain propagation indicated that hexamethylbenzene was not more reactive than pentamethylbenzene and tetramethylbenzene. The overall Gibbs free energy barriers were calculated to be more than 200 kJ /mol at MTO reaction temperature（673 K）. These calculated results would provide some implications for understanding the reaction mechanism and the role of aromatics in MTO conversion.

关 键 词：甲醇制烯烃 分子筛催化 密度泛函理论 H-SAPO-18分子筛 反应机理 芳烃循环路线 

分 类 号：O625.11[理学—有机化学] O641.1[理学—化学]