毕业时间：2017年6月（硕士）

毕业去向：深圳泓弈投资有限公司

导师：赵锁奇 教授 史权 教授 张霖宙 副教授

学科专业：化学工程与技术

研究方向：石油与天然气化学

 

学位论文题目

基于分子管理的原油分子组成及常压蒸馏模型构建

Molecular composition and atmospheric distillation modeling of crude oil based on molecular management

 

论文摘要

随着对油品质量的要求日益严格，从分子层次建立石油加工过程模型成为目前的研究热点。在相关模型的构建过程中，如何准确而简洁地描述石油分子结构并且模拟其在加工过程中的行为是研究所需要解决的关键问题。本文以原油为主要研究对象，以原油常压蒸馏为主要研究过程，提出一种新型的原油分子结构数学化表示方法，在构建原油分子组成模型的基础上，应用分子集总的思想，对原油蒸馏过程进行了分子层次的模拟，获得了常压蒸馏过程中所有原料及产品的物流、组成及关键性质信息。

针对原油组成的复杂性，本文建立了一种结构单元架构用于构筑原油中的分子。结构单元耦合了CUP-SOL和键电矩阵，能够简洁直观的实现原油分子结构的数学化表达。本文引入MG基团贡献法，通过程序实现了对结构单元表示的原油分子的性质预测，并将该方法预测的分子性质和收集的石油分子物性进行对比，发现该方法能准确预测石油分子的性质。同时还发现程序对石油中不同同系物性质的预测结果，符合分子性质随碳数变化的趋势，证明了程序对于原油全馏分分子性质预测的可靠性。

基于结构单元架构，预制了一个适用于原油的分子库，该分子库包含228类同系物共18465个假想分子，用该分子库对冷湖原油进行了组成模型构建。分子的相对含量通过耦合基团概率分布函数（PDF）和对比预测性质和实验性质得到。采用了遗传算法（GA）对组成模型进行参数优化。虚拟分子集的性质、结构参数和杂原子含量和冷湖原油的实验测量值一致，可以代表该原油的分子组成。

对冷湖原油的蒸馏过程构建了分子层次的模拟。采用可逆集总方法，将分子按照其在加工过程中的关键性质进行集总划分，减少参与分离过程计算的组分数。取得了产物集总分布后再采用可逆集总得到其分子组成，最大限度地保留分子信息。对比采用可逆集总的分子原油蒸馏模型和Aspen软件模拟结果对模型的有效性进行了验证。各馏分收率结果都符合Aspen模拟结果，且通过分子组成对各馏分的蒸馏曲线进行预测也符合Aspen模拟结果。在此基础上，用分子层次模型得到的产品分子组成对汽柴油馏分进行了性质预测。

关键词：原油；分子表征；分子组成；流程模拟