Ссылка для цитирования: Назарова Г.Ю., Ивашкина Е.Н., Мальцев В.В. Расчет термодинамических и кинетических параметров реакций каталитического крекинга с участием кислотных центров Льюиса и Брёнстеда // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2023. – Т. 334. – № 7. – С. 214-225.

Актуальность исследования обусловлена необходимостью разработки математического инструмента для оптимизации гетерогенного процесса каталитического крекинга, учитывающего как химические превращения широкого спектра групп углеводородов (разный тип сырья), так и стадии адсорбции, диффузии реактантов, превращений на поверхности катализатора, кислотных характеристик и размера пор катализатора. Исследование закономерностей переработки углеводородов с использованием методов квантово-химического моделирования с участием кислотных центров Льюиса или Брёнстеда позволяет количественно оценить термодинамические параметры адсорбции углеводородов, кинетические параметры стадий образования карбкатионов и крекинга на кислотных центрах различной природы, необходимых для разработки математической модели на базе механизма гетерогенной каталитической реакции. Целью работы является выбор уровня квантово-химической теории и определение теормодинамических и кинетических параметров адсорбции, образования карбениевых ионов и крекинга углеводородов на кислотных центрах Льюиса и Брёнстеда. Методы: методы квантово-химического моделирования для оптимизации молекулярной геометрии реагентов и продуктов реакций каталитического крекинга, расчета колебательных частот, термодинамических параметров адсорбции и каталитического крекинга углеводородов и гетероатомных соединений с участием кислотных центров Бренстеда и Льюиса. Результаты. Выбранный уровень квантово-химической теории позволил получить результаты, которые согласуются с закономерностями процесса и экспериментальной реакционной способностью углеводородов в реакциях крекинга на кислотных катализаторах. Определены термодинамические параметры адсорбции углеводородов С₆–С₁₆ и тиофенов на кислотных центрах Льюиса и Брёнстеда. Установлено, что при крекинге гексана на кислотном центре Льюиса реакция лимитируется стадией образования карбениевого иона, энергия активации составила 281,3 и 277,2 кДж/моль для стадии образования гексил-2-катиона и крекинга соответственно. Энергия активации образования карбениевого иона из изогексана и алканов С₈–С₁₀ нормального строения и на кислотном центре Льюиса составила 257,6 и 279,2…277,9 кДж/моль, наиболее энергетически выгодным является образование карбкатиона из гексена на кислотных центрах Брёнстеда (76,59 кДж/моль). Результаты работы будут использованы при создании математической модели гетерогенного процесса на основе уравнений Лэнгмюра–Хиншельвуда.