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随着原油变重、重质燃料油需求减小以及环保对汽油、柴油等轻质油品质量要求的提高，延迟焦化过程已成为主要的重油深加工技术。本论文以重油延迟焦化过程为对象，研究了延迟焦化过程的分子模型、单元模型与基于分子模型的延迟焦化过程模拟方法，以期为延迟焦化过程设计及控制提供科学基础。
论文的主要研究内容及成果如下：
1)将同源分子矩阵MTHS matrix(Molecular Type Homologous Series matrix)与延迟焦化过程相结合，建立了使用碳数组分表示延迟焦化产品组成的DMTHS分子矩阵(MTHS matrix for delayed coking)。以此为基础，发展了延迟焦化过程的碳数组分分子模型，在模型中提出了预测碳数组分与产品性质的热力学方法，并建立了延迟焦化过程的分子动力学网络。与传统的集总模型相比，碳数组分分子模型能够较好的预测产品的分子信息，如密度、分子量、PONA值等。
2)根据分子结构中结构基团个数少于或等于原子个数的规律，提出了基于结族概念生成复杂体系分子反应网络的SGM方法(Structural Groups-based Method)，并发展了新的分子识别工具，包括分子序列矩阵(Sequence Matrix)、连接矩阵(Connection Matrix)与连通识别符(Connectivity ID)。在SGM方法中，产物分子的识别工具从反应物分子的识别工具推断得到，从而避免了重复的计算。实例研究表明SGM方法不仅能够有效的用于延迟焦化过程，还能推广到其他复杂体系分子反应网络的构建。
3)提出了基于碳数组分分子模型的延迟焦化过程模拟方法，发展了延迟焦化单元的数学模型，包括加热炉的均相反应器模型、焦炭塔的全混釜-闪蒸混合模型与分馏塔的平衡级模型。以此为基础，开发了延迟焦化过程模拟软件HOTC(Heavy OilThermal Cracking)，使用HOTC软件对延迟焦化过程进行了模拟研究。研究结果表明HOTC软件能够对单元操作参数、产品产率、性质与分子组成进行合理的预测与分析，这为从分子水平上实现重油延迟焦化过程的控制提供了基础。