沥青质在高定向热解石墨表面络合机制的分子动力学模拟
发布时间：2020-12-12 16:55
沥青质在固体表面的络合机制是解决剩余油开采难题的重要理论基础。为了给聚集抑制剂和表面活性剂的开发提供理论依据,采用分子动力学模拟,系统研究了沥青质在高定向热解石墨表面附着、聚集的特征。通过计算表面吸附过程中沥青质的自由能变化,基于Yen-Mullins模型的定量判据,结合沥青质平均相互作用分子数和分子密度分布,定量分析了沥青质在固-液界面体系与溶液体系中聚集作用的差异。分子动力学模拟分析表明,固体表面会降低沥青质的聚集程度,加快聚集过程中的阶段分化,具体包括4个阶段的界面过程:①沥青质覆盖固体表面并逐渐铺满一层;②固体表面上形成纳米聚集体;③固体表面上纳米聚集体与溶液中的纳米聚集体通过边缘堆叠、T形堆叠形成簇状物;④固体表面的聚集体与溶液中的聚集体通过脂肪侧链接触形成絮凝物。
【文章来源】：石油学报. 2020年05期 第592-603页 北大核心
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
界面体系中PMF的计算模型
表3 分子动力学模拟参数Table 3 Parameters for molecular dynamics simulations 体系 沥青质的质量分数/% 沥青质分子数 模型的盒子尺寸 截断距离/nm 系综 温度/K 压强/Pa 时间步长/fs 模拟时间/ns 7 27 7.859 2 nm×6.806 4 nm×13.628 0 nm 溶液体系 14 65 7.859 2 nm×6.806 4 nm×13.628 0 nm 21 103 7.859 2 nm×6.806 4 nm×14.628 0 nm 1.4 等温等压 300 105 5 500 7 27 7.859 2 nm×6.806 4 nm×15.795 4 nm 界面体系 14 65 7.859 2 nm×6.806 4 nm×15.795 4 nm 21 103 7.859 2 nm×6.806 4 nm×17.195 4 nm 注:为了缩短沥青质沉积的模拟时间,固体表面在起始时放置了部分沥青质。1.4 定量分析判据
在分子动力学模拟过程中,每个粒子的总势能(Etot)由键伸缩势能(Ebon)、角伸缩势能(Eang)、共面角伸缩势能(Edih)或非共面角伸缩势能(Eimp)、非成键作用(范德华力)势能(Enon)构成(表1)。分子的加速度、速度可通过其势能的计算得到,结合模拟步长可以获得分子的位置信息。由此,分子动力学模拟在分析分子势能、速度和加速度的变化中实现动力学过程。每一项势能(Ebon、Eang、Edih、Eimp和Enon)由各自对应的所有粒子对间的同类型势(Ubon、Uang、Udih、Uimp和Unon)通过积分获得。在力场模拟计算(表1)中,沥青质粒子间的键为谐振子型,键角为平方余弦型,非共面角为谐振子型;固体表面(以HOPG模拟)粒子间的键为摩尔斯型,键角为谐振子型,共面角为谐振子型。表1 粗粒化沥青质及HOPG的力场计算Table 1 Force field calculation of coarse-grained asphaltene and HOPG 粗粒化沥青质的力场计算式 HOPG的力场计算式 Etot=Ebon+Eang+Eimp+Enon Etot=Ebon+Eang+Edih+Enon Ubon=kb(d-d0)2 Ubon=D0{1-exp[-λ(d-d0)]}2 Uang=kθ1(cos θ-cos θ0)2/2 Uang=kθ2(θ-θ0)2/2 Uimp=kτ(τ-τ0)2 Udih=k?[1-cos(2?)] Unon=4p[(q/l)12-(q/l)6] Unon=4p[(q/l)12-(q/l)6]
【参考文献】：
期刊论文
[1]陆相页岩有机质孔隙发育特征及成因——以松辽盆地长岭断陷沙河子组页岩为例[J]. 高凤琳,宋岩,梁志凯,李卓,原园,张瀛涵,陈磊,郭望. 石油学报. 2019(09)
[2]准噶尔盆地玛湖凹陷下二叠统风城组致密油充注特征——碱性矿物中的流体包裹体证据[J]. 田孝茹,张元元,卓勤功,于志超,郭召杰. 石油学报. 2019(06)
[3]海相碎屑岩储层不同尺度微观剩余油分布及赋存状态——以哈得逊油田东河砂岩为例[J]. 余义常,徐怀民,高兴军,江同文,方惠京,孙廷彬. 石油学报. 2018(12)
[4]湖北鹤峰地区二叠系大隆组黑色岩系成因——来自鹤地1井的元素地球化学证据[J]. 王秀平,牟传龙,肖朝晖,郑斌嵩,陈尧,王启宇,刘惟庆. 石油学报. 2018(12)
[5]塔河沥青质超分子体系的初步探索[J]. 刘必心,龙军,任强,李本高,申海平,张书红. 石油学报(石油加工). 2017(01)
[6]石油沥青质化学结构模型研究进展[J]. 李能,董明,李龙,王子军. 石油沥青. 2014(03)
[7]管输原油沥青质沉积机理与预测模型[J]. 向敏,宫敬. 油气储运. 2010(01)
[8]石油沥青质聚沉的微观机理[J]. 卢贵武,李英峰,宋辉,于迎辉,王春雷. 石油勘探与开发. 2008(01)
[9]石油沥青质缔合体的分子动力学研究[J]. 李英峰,卢贵武,孙为,郑庆彬,王春雷. 石油学报(石油加工). 2007(04)
[10]石油沥青质的NMR测定及其模型分子推测[J]. 董喜贵,雷群芳,俞庆森. 燃料化学学报. 2004(06)
硕士论文
[1]分散剂抑制原油中沥青质沉淀的机理[D]. 王晓晓.中国石油大学(华东) 2014
本文编号：2912945
【文章来源】：石油学报. 2020年05期 第592-603页 北大核心
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
界面体系中PMF的计算模型
表3 分子动力学模拟参数Table 3 Parameters for molecular dynamics simulations 体系 沥青质的质量分数/% 沥青质分子数 模型的盒子尺寸 截断距离/nm 系综 温度/K 压强/Pa 时间步长/fs 模拟时间/ns 7 27 7.859 2 nm×6.806 4 nm×13.628 0 nm 溶液体系 14 65 7.859 2 nm×6.806 4 nm×13.628 0 nm 21 103 7.859 2 nm×6.806 4 nm×14.628 0 nm 1.4 等温等压 300 105 5 500 7 27 7.859 2 nm×6.806 4 nm×15.795 4 nm 界面体系 14 65 7.859 2 nm×6.806 4 nm×15.795 4 nm 21 103 7.859 2 nm×6.806 4 nm×17.195 4 nm 注:为了缩短沥青质沉积的模拟时间,固体表面在起始时放置了部分沥青质。1.4 定量分析判据
在分子动力学模拟过程中,每个粒子的总势能(Etot)由键伸缩势能(Ebon)、角伸缩势能(Eang)、共面角伸缩势能(Edih)或非共面角伸缩势能(Eimp)、非成键作用(范德华力)势能(Enon)构成(表1)。分子的加速度、速度可通过其势能的计算得到,结合模拟步长可以获得分子的位置信息。由此,分子动力学模拟在分析分子势能、速度和加速度的变化中实现动力学过程。每一项势能(Ebon、Eang、Edih、Eimp和Enon)由各自对应的所有粒子对间的同类型势(Ubon、Uang、Udih、Uimp和Unon)通过积分获得。在力场模拟计算(表1)中,沥青质粒子间的键为谐振子型,键角为平方余弦型,非共面角为谐振子型;固体表面(以HOPG模拟)粒子间的键为摩尔斯型,键角为谐振子型,共面角为谐振子型。表1 粗粒化沥青质及HOPG的力场计算Table 1 Force field calculation of coarse-grained asphaltene and HOPG 粗粒化沥青质的力场计算式 HOPG的力场计算式 Etot=Ebon+Eang+Eimp+Enon Etot=Ebon+Eang+Edih+Enon Ubon=kb(d-d0)2 Ubon=D0{1-exp[-λ(d-d0)]}2 Uang=kθ1(cos θ-cos θ0)2/2 Uang=kθ2(θ-θ0)2/2 Uimp=kτ(τ-τ0)2 Udih=k?[1-cos(2?)] Unon=4p[(q/l)12-(q/l)6] Unon=4p[(q/l)12-(q/l)6]
【参考文献】：
期刊论文
[1]陆相页岩有机质孔隙发育特征及成因——以松辽盆地长岭断陷沙河子组页岩为例[J]. 高凤琳,宋岩,梁志凯,李卓,原园,张瀛涵,陈磊,郭望. 石油学报. 2019(09)
[2]准噶尔盆地玛湖凹陷下二叠统风城组致密油充注特征——碱性矿物中的流体包裹体证据[J]. 田孝茹,张元元,卓勤功,于志超,郭召杰. 石油学报. 2019(06)
[3]海相碎屑岩储层不同尺度微观剩余油分布及赋存状态——以哈得逊油田东河砂岩为例[J]. 余义常,徐怀民,高兴军,江同文,方惠京,孙廷彬. 石油学报. 2018(12)
[4]湖北鹤峰地区二叠系大隆组黑色岩系成因——来自鹤地1井的元素地球化学证据[J]. 王秀平,牟传龙,肖朝晖,郑斌嵩,陈尧,王启宇,刘惟庆. 石油学报. 2018(12)
[5]塔河沥青质超分子体系的初步探索[J]. 刘必心,龙军,任强,李本高,申海平,张书红. 石油学报(石油加工). 2017(01)
[6]石油沥青质化学结构模型研究进展[J]. 李能,董明,李龙,王子军. 石油沥青. 2014(03)
[7]管输原油沥青质沉积机理与预测模型[J]. 向敏,宫敬. 油气储运. 2010(01)
[8]石油沥青质聚沉的微观机理[J]. 卢贵武,李英峰,宋辉,于迎辉,王春雷. 石油勘探与开发. 2008(01)
[9]石油沥青质缔合体的分子动力学研究[J]. 李英峰,卢贵武,孙为,郑庆彬,王春雷. 石油学报(石油加工). 2007(04)
[10]石油沥青质的NMR测定及其模型分子推测[J]. 董喜贵,雷群芳,俞庆森. 燃料化学学报. 2004(06)
硕士论文
[1]分散剂抑制原油中沥青质沉淀的机理[D]. 王晓晓.中国石油大学(华东) 2014
本文编号：2912945
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