催化裂化油浆加工过程分子转化模拟

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1、中图分类号：TE624单位代码：11414学号：2013313036题目催化裂化油浆加工过程分子转化模拟模拟学科专业化学工程与技术研究方向石油天然气加工博士生何杉指导教师赵锁奇教授、史权教授张霖宙副教授二○一七年五月Molecular-LevelModelingofFCCSlurryOilConversionDissertationsubmittedtoChinaUniversityofPetroleum,Beijinginpartialfulfillmentoftherequirementsf

2、orthedegreeofDoctorofEngineeringByShanHe（ChemicalEngineeringandTechnology）DissertationSupervisorProf.SuoqiZhaoProf.QuanShiA.Prof.LinzhouZhangMay,2017博士学位论文独创性声明，独立进行研宄工作所郑重声明：本博士学位论文是作者个人在导师的指导下取得的成果，。除了文中特别加以标注和致谢的地方外论文中不包含其他个人和集体己经发表或撰写的研究成果，

3、也不包含为获得中国石油大学或者其它单位的学位或证书所使用过的材料。对本研宄做出贡献的个人和集体，均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。作者和导师完全意识到本声明产生的法律后果并承担相应责任。作者签２０１７－６名：曰期：２０１７．６导师签名：日期：博士学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解中国石油大学（北京）学位论文版权使用的有关规定，使用方式包括但不限于：学校有权保留并向有关部门和机构送交学位论文的复印件和电子版；允许学位论文被查阅和借阅；

4、学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。；可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索本学位论文作者如需公开出版学位论文的部分或全部内容，必须征得导师书一（面同意，且须以中国石油大学北京）为第署名单位。２０１７＿６作者签名：日期：２０１７．６：：日期导师签名摘要摘要催化裂化油浆是催化裂化工艺产生的最重液体组分，由于富含大量重芳烃、金属、残炭、催化剂颗粒，难以进一步处理，通常作为燃料油直接烧掉。但是随着

5、催化裂化原料重质化，油浆产出比例不断增加，如何对其进一步利用，提高附加值，值得深入研究。超临界萃取耦合加氢处理工艺可以有效的改善油浆性质。通过超临界萃取的方法，对原料油浆进行萃取。经过萃取后，油浆中大部分催化剂颗粒、金属可以被脱除，残炭、胶质、沥青质明显降低。萃取后的油浆可以满足加氢处理装置对原料的要求。之后，本研究以萃取后的油浆为原料，进行了加氢处理实验，并对加氢过程进行了分子水平动力学模型构建。在分子水平上进行动力学模型构建，是目前动力学模型研究的热点。分子水平动力学建模，需要先定义分子在计

6、算机中的存储方式，前人提出了多种存储方法，但存在过于复杂或同一种存储方式异构体过多等情况。本研究采用化学信息学中的SMILES编码来存储分子，可以解决前人方法存在的许多问题。目前，原料分子集构建主要有两种方法，随机构建法和最大信息熵法，本研究对两种方法进行了探讨，并提出了通过预构建分子库，提高构建效率的方法。选用最大熵优化算法，对萃取后的催化裂化油浆进行了原料分子集构建，构建结果可以与实验值吻合。在加氢反应网络构建过程，使用反应SMARTS语言，解决了反应规则编写的问题。反应网络生成完毕后，还需

7、要将其转换成计算机可求解的微分方程组的形式，本研究采用了计量系数矩阵的处理方法，可以动态的将反应网络转换成计算机可求解形式。最后，利用上述模型构建方法，对油浆加氢过反应过程进行了分子水平动力学构建，模型计算结果可以与实验结果较好的吻合。构建完成后的模型可能存在问题或者需要对模型进行进一步分析，本研究采用网络可视化的方法，可以对整个构建过程和反应微分方程组进行网络可视化分析。反应网络可视化，在生物反应网络分析中有广泛应用，一般通过结合反应物的某种性质，对相应过程中性质的变化进行分析。本研究首先根据

8、反应网络的特性，选取了物质-物质与物质-反应型两种图类型。之后，通过将反应网络结合反应物产生的代数和反应过程中物质含量的变化，开发了一套针对分子水平动力学模型特性的可视化方法。对网络的布局进行了详细探讨，并尝试了多种网络布局方案，最后选取树状布局和力学布局作为最终方案，并在可视化基础上，将可视化与反应网络数据文件进行整合，可以直接在可视化界面上对反应网络进行编辑。-II-摘要本研究在对催化裂化油浆加氢过程进行分子水平动力学模型构建的同时，开发了一套完整的分子水平动力学构建平台，可以快速完成分子水