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重质油组分及其溶解机理的分子动力学研究 Molecular Dynamics Study of the Composition and the Dissolution Theory of Heavy Oil 学科专业： 物理学 研究方向： 凝聚态物理 作者姓名： 指导教师： 二〇一三年四月 Molecular Dynamics Study of the Composition and the Dissolution Theory of Heavy Oil A Thesis Submitted for the Degree of Master Candidate： Supervisor：Prof. Jun College of Science China University of Petroleum (East China) 关于学位论文的独创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外，本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。??? 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文作者签名： ?????? 日期： 年 月 日 学位论文使用授权本人完全同意大学有权使用本学位论文包括但不限于，使用方式包括但不限于保留学位论文向国家有关部门(机构)送交学位论文学位论文被查阅借阅，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或复制手段保存学位论文。 必威体育官网网址学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 指导教师签名： 日期： 年 月 日 摘 要 重质油聚沉特性等相关研究已经取得了较大进展，但受实验条件的限制,有关沥青质溶解性的微观研究尚未取得实质性突破，严重制约了重质油资源的利用。本文以分子动力学、弗洛里-哈金斯理论等为基础，对重质油溶解行为进行计算机模拟，并对结构、能量等定量数据进行计算分析，以期完善重质油溶解理论并将其更好的用于重质油有效利用的指导。 首先，以塔河重油(THAR)和绥中重油(SZAR)分子结构为基础，在MS软件中构建重质油组分模型。对各个组分进行密度模拟，得到了与实验数值高度吻合的数据，相对误差均在3.0%以下。通过密度模拟，我们确定了模拟方法的可行性和软件力场、物态方程、流程设置的准确性，并对沥青质组分有了整体性认识。 其次，利用分子动力学方法对沥青质在不同溶剂中的溶解行为进行模拟，通过对混合能、平均配位数以及最低能量结构图的研究，得到了沥青质溶解的定量数据，利用弗洛里-哈金斯理论对数据进行分析。沥青质在脂肪类溶剂中的混合能均为正值，说明溶解过程是吸热的，此类溶剂不能溶解沥青质聚沉。而胶质、苯、硝基苯与沥青质的混合能都为负值，表明混合过程放热，较易溶解，因此聚沉抑制剂的研发应以芳香类溶剂为主。此外，模拟结果表明升高温度可以有效增强聚合物的溶解，但温度要控制在合理的范围之内，为了更好的进行重油解聚，温度应保持在600K左右。 最后，从能量和构型两方面对沥青质溶解性进行分子动力学研究。能量方面，先后对不同条件下沥青质聚集体的相互作用能、溶解度参数、构型能进行对比分析。结果表明，随着沥青质聚集程度的增加，溶解度参数逐渐减小；范德瓦尔势能和静电能是沥青质聚集的主要作用，而加入溶剂和升高温度可以减弱这些作用，从而增强沥青质溶解。构型方面，分析了沥青质分子的径向分布函数、分子弯曲以及分子在不同溶剂中回转半径、分子间距等的变化。研究表明升高温度后沥青质的结构更加舒展，烷烃支链的伸展可以有效降低聚沉的发生。分子弯曲表明沥青质分子间存在强大的π-π作用，加入芳香溶剂时，由于溶剂破坏了沥青质分子间π-π的作用，沥青质分子的间距增大，分子间作用减弱。通过这些模拟得到了沥青质溶解的定量数据，完善了重质油溶解机理，为重质油的有效利用提供了微观理论指导。 关键词：重质油聚沉，分子动力学，弗洛里-哈金斯理论，溶解机理，计算机模拟 Molecular Dynamics Study of the Composition and the Dissolution Theory of Heavy Oil Yu Gongqi (Physics) Directed by Prof. Chu Jun Abstract The research about composition and dissolu