重质油特征分子集及其加工转化规律的研究

重质油转化过程的分子层次描述具有重要的理论意义，对优选加工方案和提高效益有重要指导作用。现有方法所采用的重油特征分子集不符合实际，转化表达方法不能适用于复杂重油分子体系，对大量存在的非烃分子转化还很少涉及。本项目将研究重质油特征分子集的表征方法、转化过程的描述方法及其热转化及催化转化过程的变化规律。将以国内外代表性重质油为对象，通过多层次分离和分子层次表征，分析其分子组成特征，研究构建重油分子集的方法；研究重油特征分子集-产物分子集的反应网络及参数构建方法，模拟重质油复杂分子体系转化过程；将分离的各种重油馏分及模型化合物进行热转化和催化转化，获取重质油加工过程原料特征分子集-工艺条件（催化剂）-产物分子组成及其性质关联，对分子转化的表达方法进行验证。最终建立重质油加工过程中的分子层次转化规律的描述方法。项目组已在重质油化学特别是重质油分子组成特征研究中取得显著进展，可完成本项目。

重油转化过程的分子层次描述对于重油资源高效转化利用具有重要指导意义。在过去的研究中，受限于认识水平的限制，对于重油分子转化的认识并不全面，对于重油原料的分子特征化及转化过程的分子层次模拟未能完整覆盖石油复杂化学组成。本项目以重油及转化过程分子层次认识及分子集特征化和分子转化模型开发为主要研究目的，以国内外代表性重油为主要研究对象，研究其分子组成分布规律，对其在主要加工过程的转化规律进行考察，建立了复杂分子体系的组成反演及转化过程转化模型，从分子层次认识并模拟了其在加工过程中的转化过程。.针对重油特征分子群的组成结构认识难题，建立了系列分离分析新方法：针对饱和烃类的表征难题，创新性的提出以钌离子催化氧化辅助高分辨质谱的分子解析手段，获得了重油高碳数高沸点的饱和烃分子组成分布。建立了重油中杂原子组分的分离富集方法，实现了从分子水平认知其中石油酸、碱性氮和非碱性氮化物的组成及分布特征，特别是其中低含量和/或难电离化合物的组成信息。建立了重质油硫化物硫醚和噻吩类化合物甲基化-脱甲基化技术，实现了重油组分及其加工产物中含硫化合物的分子结构表征认识。在高分辨质谱中引入碰撞诱导解离技术，对重油分子的核心结构进行解析，建立了重油特征分子基团库。项目对集中代表性重油在超临界萃取分离过程、热转化过程及催化转化过程中的分子走向及转化规律进行考察，系统性揭示了不同分子在不同加工过程中的分离及反应规律，并针对各个过程关键结构因素进行了探讨。.对重油分子基团的分布规律进行考察，利用已有数据对烃类基团的独立分布函数及非烃类基团的条件分布函数进行拟合，建立了重油分子基团分布函数库，并提出了基团分布的条件约束。在此基础上，项目提出了超复杂重油体系分子组成反演算法，以最小化预测及实验偏差为目标函数，构建了包含约30万个分子的分子组成模型，覆盖了目前已检测的主要分子类型。.对于重油分子层次转化模型，项目首先提出组分贡献快速计算模型及基于大数据关联的统计拟合模型，成功建立了从原料到产品分子的预测模型。为了解决分子转化过程的复杂度并实现分子层次转化模型，课题组提出了降低模型复杂度的系列方法，包括热力学过程中的可逆集总法及分子转化过程的基团反应法，并将其分别应用到了重油分离及热转化过程模拟，首次实现了对几十万分子的分离及转化过程的模拟，在显著降低计算时间的同时保持了过程中所有分子细节。