减压渣油胶体稳定性的分子模拟
发布时间：2021-07-23 00:17
分子结构特性决定分子间相互作用,进而决定其溶解性能。通过分子模拟研究减压渣油不同结构分子的分子间相互作用、互溶性及由此导致的渣油胶体稳定性。研究表明,芳环数目越多、烷基侧链越短的分子结构内聚能密度越大,溶解度参数越大。在渣油体系中,沥青质、重胶质分子聚集形成胶核,饱和烃、芳香烃、轻胶质分子形成连续相。胶质分子结构影响其胶溶性能,侧链长度适中的胶质分子,其与沥青质、芳香分互溶性好,胶溶性能优异;沥青质的聚集程度随胶质分子含量的增加而降低。芳香分、胶质分子的协同作用使沥青质、饱和烃分子稳定存在于同一体系中,因此渣油胶体稳定性取决于不同分子结构的连续性和配伍性。
【文章来源】：石油学报(石油加工). 2020,36(03)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
减压渣油模型化合物分子结构
体系1-1中,初始结构减压渣油分子均匀分布,如图3所示。经过5000 ps动力学模拟后,重胶质、沥青质分子全部聚集,饱和烃、芳香烃、轻胶质分子混合均匀,而胶质分子R3位于两相之间。为考察该聚集体能否以胶核的形式稳定存在于渣油中,将模型扩大4倍,发现4个小聚集体最终全部聚集(如图4所示),因此认为该胶体体系不稳定。比较体系1-1～1-4,逐渐增加R3的比例,可以发现:体系1-1和1-2中沥青质、重胶质分子全部聚集,体系1-1聚集所用的时间更短,聚集程度更紧密;体系1-3中,沥青质、重胶质分子并未全部聚集,而是以小聚集体的形式分散在体系中;体系1-4中,沥青质、重胶质分子分散程度显著提高,认为该胶体体系稳定性很好。结果表明,减压渣油并不是真溶液,而是分布不均匀的胶体结构。这主要是由于减压渣油不同结构分子的分子间相互作用参数分布范围较广,溶解性能差异较大,同时胶质含量越高,越利于与沥青质发生相互作用,分散沥青质的能力越强,胶体稳定性越好。图3 体系1-1的介观相图
表2 减压渣油模型分子的H/C原子比及分子动力学模拟得到密度、摩尔体积及溶解度参数Table 2 Vacuum residue molecules density(ρ), H/C ratio, molar volume (Vm), solubility parameter and the correspondingdispersive and electrostatic components, δ, δvdW, δelec, estimated from molecular dynamics simulations Modelmolecule No. Modelmolecule Molecularformula ρ /(g·cm-3) n(H)/n(C) Vm/(cm3·mol) δ/(J·cm-3)0.5 δvdW/(J·cm-3)0.5 δelec/(J·cm-3)0.5 S1 S-alk C30H62 0.812 2.067 520.722 16.122 15.998 0.502 S2 S-cyl C35H62 0.965 1.771 500.395 16.427 16.283 0.417 A1 A-2B C30H46 0.928 1.533 438.252 18.123 17.904 1.777 A2 A-3B C35H44 1.020 1.257 455.625 18.436 18.216 1.643 A3 A-N C40H59N 1.011 1.475 547.892 17.045 16.864 1.115 A4 A-O C29H50O 0.906 1.724 457.746 17.062 16.912 0.820 R1 R-S C55H86S 0.956 1.564 815.223 17.998 17.875 0.193 R2 R-lsc C47H68S2 0.993 1.447 702.096 18.351 18.210 0.289 R3 R-ssc C30H34S2 1.095 1.133 418.924 20.380 20.243 0.503 R4 R-2S C18H10S2 1.359 0.556 213.685 24.297 23.807 3.884 R4-1 R-2S-2 C20H14S2 1.268 0.700 251.145 22.808 22.595 1.438 R4-2 R-2S-3 C21H16S2 1.241 0.762 267.912 22.138 22.116 0.103 R5 R-5B C22H14 1.225 0.636 227.228 23.732 22.434 7.237 R5-1 R-5B-2 C24H18 1.165 0.750 263.011 22.260 21.561 4.864 R5-2 R-5B-3 C25H20 1.150 0.800 278.639 21.740 21.237 3.852 At Asp C47H41NOS2 1.270 0.872 551.158 22.786 21.725 6.2932.2 相互作用参数
【参考文献】：
期刊论文
[1]原油乳状液稳定机理的分子模拟研究[J]. 苗杰,龙军,任强,秦冰,王振宇. 石油学报(石油加工). 2018(01)
[2]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)
[3]重油胶体结构的介观模拟[J]. 任强,代振宇,周涵. 石油学报(石油加工). 2013(01)
[4]重质油胶体聚集结构的耗散粒子动力学模拟[J]. 张胜飞,孙丽丽,徐俊波,周涵,温浩. 物理化学学报. 2010(01)
[5]减压渣油的胶体结构及其形成[J]. 李生华,刘晨光,阙国和,梁文杰,朱亚杰. 石油大学学报(自然科学版). 1997(06)
本文编号：3298194
【文章来源】：石油学报(石油加工). 2020,36(03)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
减压渣油模型化合物分子结构
体系1-1中,初始结构减压渣油分子均匀分布,如图3所示。经过5000 ps动力学模拟后,重胶质、沥青质分子全部聚集,饱和烃、芳香烃、轻胶质分子混合均匀,而胶质分子R3位于两相之间。为考察该聚集体能否以胶核的形式稳定存在于渣油中,将模型扩大4倍,发现4个小聚集体最终全部聚集(如图4所示),因此认为该胶体体系不稳定。比较体系1-1～1-4,逐渐增加R3的比例,可以发现:体系1-1和1-2中沥青质、重胶质分子全部聚集,体系1-1聚集所用的时间更短,聚集程度更紧密;体系1-3中,沥青质、重胶质分子并未全部聚集,而是以小聚集体的形式分散在体系中;体系1-4中,沥青质、重胶质分子分散程度显著提高,认为该胶体体系稳定性很好。结果表明,减压渣油并不是真溶液,而是分布不均匀的胶体结构。这主要是由于减压渣油不同结构分子的分子间相互作用参数分布范围较广,溶解性能差异较大,同时胶质含量越高,越利于与沥青质发生相互作用,分散沥青质的能力越强,胶体稳定性越好。图3 体系1-1的介观相图
表2 减压渣油模型分子的H/C原子比及分子动力学模拟得到密度、摩尔体积及溶解度参数Table 2 Vacuum residue molecules density(ρ), H/C ratio, molar volume (Vm), solubility parameter and the correspondingdispersive and electrostatic components, δ, δvdW, δelec, estimated from molecular dynamics simulations Modelmolecule No. Modelmolecule Molecularformula ρ /(g·cm-3) n(H)/n(C) Vm/(cm3·mol) δ/(J·cm-3)0.5 δvdW/(J·cm-3)0.5 δelec/(J·cm-3)0.5 S1 S-alk C30H62 0.812 2.067 520.722 16.122 15.998 0.502 S2 S-cyl C35H62 0.965 1.771 500.395 16.427 16.283 0.417 A1 A-2B C30H46 0.928 1.533 438.252 18.123 17.904 1.777 A2 A-3B C35H44 1.020 1.257 455.625 18.436 18.216 1.643 A3 A-N C40H59N 1.011 1.475 547.892 17.045 16.864 1.115 A4 A-O C29H50O 0.906 1.724 457.746 17.062 16.912 0.820 R1 R-S C55H86S 0.956 1.564 815.223 17.998 17.875 0.193 R2 R-lsc C47H68S2 0.993 1.447 702.096 18.351 18.210 0.289 R3 R-ssc C30H34S2 1.095 1.133 418.924 20.380 20.243 0.503 R4 R-2S C18H10S2 1.359 0.556 213.685 24.297 23.807 3.884 R4-1 R-2S-2 C20H14S2 1.268 0.700 251.145 22.808 22.595 1.438 R4-2 R-2S-3 C21H16S2 1.241 0.762 267.912 22.138 22.116 0.103 R5 R-5B C22H14 1.225 0.636 227.228 23.732 22.434 7.237 R5-1 R-5B-2 C24H18 1.165 0.750 263.011 22.260 21.561 4.864 R5-2 R-5B-3 C25H20 1.150 0.800 278.639 21.740 21.237 3.852 At Asp C47H41NOS2 1.270 0.872 551.158 22.786 21.725 6.2932.2 相互作用参数
【参考文献】：
期刊论文
[1]原油乳状液稳定机理的分子模拟研究[J]. 苗杰,龙军,任强,秦冰,王振宇. 石油学报(石油加工). 2018(01)
[2]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)
[3]重油胶体结构的介观模拟[J]. 任强,代振宇,周涵. 石油学报(石油加工). 2013(01)
[4]重质油胶体聚集结构的耗散粒子动力学模拟[J]. 张胜飞,孙丽丽,徐俊波,周涵,温浩. 物理化学学报. 2010(01)
[5]减压渣油的胶体结构及其形成[J]. 李生华,刘晨光,阙国和,梁文杰,朱亚杰. 石油大学学报(自然科学版). 1997(06)
本文编号：3298194
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