瀝青質在高定向熱解石墨表面絡合機制的分子動力學模擬
發(fā)布時間：2020-12-12 16:55
瀝青質在固體表面的絡合機制是解決剩余油開采難題的重要理論基礎。為了給聚集抑制劑和表面活性劑的開發(fā)提供理論依據(jù),采用分子動力學模擬,系統(tǒng)研究了瀝青質在高定向熱解石墨表面附著、聚集的特征。通過計算表面吸附過程中瀝青質的自由能變化,基于Yen-Mullins模型的定量判據(jù),結合瀝青質平均相互作用分子數(shù)和分子密度分布,定量分析了瀝青質在固-液界面體系與溶液體系中聚集作用的差異。分子動力學模擬分析表明,固體表面會降低瀝青質的聚集程度,加快聚集過程中的階段分化,具體包括4個階段的界面過程:①瀝青質覆蓋固體表面并逐漸鋪滿一層;②固體表面上形成納米聚集體;③固體表面上納米聚集體與溶液中的納米聚集體通過邊緣堆疊、T形堆疊形成簇狀物;④固體表面的聚集體與溶液中的聚集體通過脂肪側鏈接觸形成絮凝物。
【文章來源】：石油學報. 2020年05期 第592-603頁 北大核心
【文章頁數(shù)】：12 頁
【部分圖文】：
界面體系中PMF的計算模型
表3 分子動力學模擬參數(shù)Table 3 Parameters for molecular dynamics simulations 體系 瀝青質的質量分數(shù)/% 瀝青質分子數(shù) 模型的盒子尺寸 截斷距離/nm 系綜 溫度/K 壓強/Pa 時間步長/fs 模擬時間/ns 7 27 7.859 2 nm×6.806 4 nm×13.628 0 nm 溶液體系 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 等溫等壓 300 105 5 500 7 27 7.859 2 nm×6.806 4 nm×15.795 4 nm 界面體系 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:為了縮短瀝青質沉積的模擬時間,固體表面在起始時放置了部分瀝青質。1.4 定量分析判據(jù)
在分子動力學模擬過程中,每個粒子的總勢能(Etot)由鍵伸縮勢能(Ebon)、角伸縮勢能(Eang)、共面角伸縮勢能(Edih)或非共面角伸縮勢能(Eimp)、非成鍵作用(范德華力)勢能(Enon)構成(表1)。分子的加速度、速度可通過其勢能的計算得到,結合模擬步長可以獲得分子的位置信息。由此,分子動力學模擬在分析分子勢能、速度和加速度的變化中實現(xiàn)動力學過程。每一項勢能(Ebon、Eang、Edih、Eimp和Enon)由各自對應的所有粒子對間的同類型勢(Ubon、Uang、Udih、Uimp和Unon)通過積分獲得。在力場模擬計算(表1)中,瀝青質粒子間的鍵為諧振子型,鍵角為平方余弦型,非共面角為諧振子型;固體表面(以HOPG模擬)粒子間的鍵為摩爾斯型,鍵角為諧振子型,共面角為諧振子型。表1 粗�；癁r青質及HOPG的力場計算Table 1 Force field calculation of coarse-grained asphaltene and HOPG 粗粒化瀝青質的力場計算式 HOPG的力場計算式 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]
【參考文獻】：
期刊論文
[1]陸相頁巖有機質孔隙發(fā)育特征及成因——以松遼盆地長嶺斷陷沙河子組頁巖為例[J]. 高鳳琳,宋巖,梁志凱,李卓,原園,張瀛涵,陳磊,郭望. 石油學報. 2019(09)
[2]準噶爾盆地瑪湖凹陷下二疊統(tǒng)風城組致密油充注特征——堿性礦物中的流體包裹體證據(jù)[J]. 田孝茹,張元元,卓勤功,于志超,郭召杰. 石油學報. 2019(06)
[3]海相碎屑巖儲層不同尺度微觀剩余油分布及賦存狀態(tài)——以哈得遜油田東河砂巖為例[J]. 余義常,徐懷民,高興軍,江同文,方惠京,孫廷彬. 石油學報. 2018(12)
[4]湖北鶴峰地區(qū)二疊系大隆組黑色巖系成因——來自鶴地1井的元素地球化學證據(jù)[J]. 王秀平,牟傳龍,肖朝暉,鄭斌嵩,陳堯,王啟宇,劉惟慶. 石油學報. 2018(12)
[5]塔河瀝青質超分子體系的初步探索[J]. 劉必心,龍軍,任強,李本高,申海平,張書紅. 石油學報(石油加工). 2017(01)
[6]石油瀝青質化學結構模型研究進展[J]. 李能,董明,李龍,王子軍. 石油瀝青. 2014(03)
[7]管輸原油瀝青質沉積機理與預測模型[J]. 向敏,宮敬. 油氣儲運. 2010(01)
[8]石油瀝青質聚沉的微觀機理[J]. 盧貴武,李英峰,宋輝,于迎輝,王春雷. 石油勘探與開發(fā). 2008(01)
[9]石油瀝青質締合體的分子動力學研究[J]. 李英峰,盧貴武,孫為,鄭慶彬,王春雷. 石油學報(石油加工). 2007(04)
[10]石油瀝青質的NMR測定及其模型分子推測[J]. 董喜貴,雷群芳,俞慶森. 燃料化學學報. 2004(06)
碩士論文
[1]分散劑抑制原油中瀝青質沉淀的機理[D]. 王曉曉.中國石油大學(華東) 2014
本文編號：2912945
【文章來源】：石油學報. 2020年05期 第592-603頁 北大核心
【文章頁數(shù)】：12 頁
【部分圖文】：
界面體系中PMF的計算模型
表3 分子動力學模擬參數(shù)Table 3 Parameters for molecular dynamics simulations 體系 瀝青質的質量分數(shù)/% 瀝青質分子數(shù) 模型的盒子尺寸 截斷距離/nm 系綜 溫度/K 壓強/Pa 時間步長/fs 模擬時間/ns 7 27 7.859 2 nm×6.806 4 nm×13.628 0 nm 溶液體系 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 等溫等壓 300 105 5 500 7 27 7.859 2 nm×6.806 4 nm×15.795 4 nm 界面體系 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:為了縮短瀝青質沉積的模擬時間,固體表面在起始時放置了部分瀝青質。1.4 定量分析判據(jù)
在分子動力學模擬過程中,每個粒子的總勢能(Etot)由鍵伸縮勢能(Ebon)、角伸縮勢能(Eang)、共面角伸縮勢能(Edih)或非共面角伸縮勢能(Eimp)、非成鍵作用(范德華力)勢能(Enon)構成(表1)。分子的加速度、速度可通過其勢能的計算得到,結合模擬步長可以獲得分子的位置信息。由此,分子動力學模擬在分析分子勢能、速度和加速度的變化中實現(xiàn)動力學過程。每一項勢能(Ebon、Eang、Edih、Eimp和Enon)由各自對應的所有粒子對間的同類型勢(Ubon、Uang、Udih、Uimp和Unon)通過積分獲得。在力場模擬計算(表1)中,瀝青質粒子間的鍵為諧振子型,鍵角為平方余弦型,非共面角為諧振子型;固體表面(以HOPG模擬)粒子間的鍵為摩爾斯型,鍵角為諧振子型,共面角為諧振子型。表1 粗�；癁r青質及HOPG的力場計算Table 1 Force field calculation of coarse-grained asphaltene and HOPG 粗粒化瀝青質的力場計算式 HOPG的力場計算式 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]
【參考文獻】：
期刊論文
[1]陸相頁巖有機質孔隙發(fā)育特征及成因——以松遼盆地長嶺斷陷沙河子組頁巖為例[J]. 高鳳琳,宋巖,梁志凱,李卓,原園,張瀛涵,陳磊,郭望. 石油學報. 2019(09)
[2]準噶爾盆地瑪湖凹陷下二疊統(tǒng)風城組致密油充注特征——堿性礦物中的流體包裹體證據(jù)[J]. 田孝茹,張元元,卓勤功,于志超,郭召杰. 石油學報. 2019(06)
[3]海相碎屑巖儲層不同尺度微觀剩余油分布及賦存狀態(tài)——以哈得遜油田東河砂巖為例[J]. 余義常,徐懷民,高興軍,江同文,方惠京,孫廷彬. 石油學報. 2018(12)
[4]湖北鶴峰地區(qū)二疊系大隆組黑色巖系成因——來自鶴地1井的元素地球化學證據(jù)[J]. 王秀平,牟傳龍,肖朝暉,鄭斌嵩,陳堯,王啟宇,劉惟慶. 石油學報. 2018(12)
[5]塔河瀝青質超分子體系的初步探索[J]. 劉必心,龍軍,任強,李本高,申海平,張書紅. 石油學報(石油加工). 2017(01)
[6]石油瀝青質化學結構模型研究進展[J]. 李能,董明,李龍,王子軍. 石油瀝青. 2014(03)
[7]管輸原油瀝青質沉積機理與預測模型[J]. 向敏,宮敬. 油氣儲運. 2010(01)
[8]石油瀝青質聚沉的微觀機理[J]. 盧貴武,李英峰,宋輝,于迎輝,王春雷. 石油勘探與開發(fā). 2008(01)
[9]石油瀝青質締合體的分子動力學研究[J]. 李英峰,盧貴武,孫為,鄭慶彬,王春雷. 石油學報(石油加工). 2007(04)
[10]石油瀝青質的NMR測定及其模型分子推測[J]. 董喜貴,雷群芳,俞慶森. 燃料化學學報. 2004(06)
碩士論文
[1]分散劑抑制原油中瀝青質沉淀的機理[D]. 王曉曉.中國石油大學(華東) 2014
本文編號：2912945
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教材專著
