与环己烷热裂解相比,甲基环己烷的脱甲基是反应物消耗的路径之一,生成的甲基自由基促进了夺氢反应和甲烷的形成。这就是甲基环己烷热裂解表现出较高转化率、较低活化能和较高甲烷选择性的原因。
脱甲基反应是甲基环己烷相对于环己烷的一个重要优势,它产生环己基和甲基自由基。甲基自由基与甲基环己烷的夺氢反应,促进甲基环己基自由基的形成。环己基和甲基环己基自由基的增加,促进了甲基环己烷热裂解中苯和甲苯的生成。
由于甲基的存在,甲基环己烷的分解有利于C3和C4物种的形成,而环己烷的分解则有利于C2和C4物种的形成。因此,甲基环己烷热裂解对甲烷、丙烯、异丁烯、顺丁烯和芳烃具有更高的选择性,而环己烷热裂解对乙烷、乙烯和1,3-丁二烯具有更高选择性。
烷烃结构对碳氢化合物热裂解过程中初始C-C键断裂和自由基形成有显著影响。自由基的形成对自由基机理至关重要,并影响了随后的夺氢反应、β-断裂、结合和歧化反应。因此,观察到的热裂解活性和产物分布受到烷烃结构的显著影响:
(1)对于具有相同碳原子的烷烃,链结构有助于C-C键的直接断裂和简单自由基的形成;而环结构则导致开环、异构化和烯烃生成的连续反应,生成烯基和环烷基自由基。因此,与链烷烃热裂解相比,环烷烃热裂解表现出较低的活性,而对二烯烃和芳烃的选择性较高。
(2)链烷烃链长的增加降低了C-C键的断裂能,但对生成的自由基的种类几乎没有影响。因此,碳链较长的烷烃的热裂解表现出较高的活性,而产物分布相似。
(3)环烷烃上存在的甲基导致了脱甲基反应,并促进了甲基、环烷基和甲基环烷基的形成。因此,与环烷烃热裂解相比,甲基环烷烃热裂解的活性、对甲烷和芳烃选择性更高。
通过研究正己烷、正庚烷、环己烷和甲基环己烷在650-830 ℃的热裂解过程,发 现烷烃分子结构决定了初始C-C键断裂和自由基的形成,影响了后续的夺氢反应、β- 断裂、结合和歧化等反应路径。
此外,研究了正己烷和环己烷混合物在710-800 ℃的 热裂解过程,发现正己烷和环己烷之间存在相互作用,这主要取决于夺氢反应,并表现为反应温度和原料组成的函数。