石油沥青质化学结构模型研究进展

基于分子动力学的沥青研究基于分子动力学的沥青研究简介通过分子动力学模拟方法，研究沥青的结构与性质，可以深入了解沥青的微观行为，为改进沥青性能以及沥青相关产品的设计和工程应用提供理论支持。

研究目的•探究沥青分子的空间结构和形态•分析沥青分子之间的相互作用及影响因素•研究沥青在不同温度和压力下的行为•揭示沥青因分子结构变化引起的性能变化研究方法1.分子模型构建：–根据现有实验数据，构建沥青分子的原子级模型–考虑分子种类和比例，确定不同组份的分子模型2.模拟计算：–使用分子动力学模拟软件（如LAMMPS、GROMACS等）进行计算–设置系统参数，如模拟盒子大小、温度、压力等–运行模拟计算，获取沥青分子的运动轨迹和相互作用能3.结果分析：–对模拟得到的数据进行统计分析，如半径分布函数、键角分布等–分析不同条件下沥青分子的构象变化和性质变化–探究沥青分子结构与性能之间的关系研究结果1.沥青分子形态：–沥青分子由碳氢链构成，呈现线性和环形结构–分子尺寸大小在纳米级别，存在一定的分子尺寸分布2.分子相互作用：–Van der Waals力是沥青分子间相互作用的主要力源–碳氢键和氢键等也对分子结构和稳定性起到一定作用3.温度和压力影响：–随着温度的升高，沥青分子的动力学行为增强，分子排列更加紧密–压力的增加可导致沥青分子之间Van der Waals力的增大，分子结构更加紧密4.结构与性能关系：–种类和比例不同的沥青分子在结构上存在差异，对应不同性能–分子结构的变化会影响沥青的粘度、流变行为及耐久性等性能结论基于分子动力学的沥青研究提供了对沥青微观结构和性质的重要认识和理论支持。

通过分子模拟计算，能够揭示沥青分子行为的细微变化以及其对宏观性能的影响。

进一步研究将有助于优化沥青的配方设计和改进沥青相关产品的性能。

研究展望基于分子动力学的沥青研究还可以在以下方面展开： 1. 深入研究沥青的分子动力学行为，探索不同温度、压力及应力条件下的沥青分子结构和性质变化规律。

1.3沥青质的化学结构沥青质的操作定义决定了沥青质的组成，结构和存在的形态的复杂性，要象纯粹的化合物一样，建立与组成和性质完全对应的确定的化学结构几乎不可能实现。

但是，多少年来人们一直试图根据各种物理和化学的分析数据综合某些假设条件以尽可能准确的方式描述沥青质的化学结构。

不懈努力的结果产生了各种表示沥青质结构的模型。

根据Yenl24]的观点，这些模型可以分成两个层次:和短短的化学键相对应的微观结构西南石油大学硕士学位论文(mcior伽ucrte，.005一Zmn)以及和分子间作用有关的宏观结构m(~surtcuter，2一200钊m)，这种分类和沥青质的不同存在状态有关。

2.1.3.1微观结构模型Yen所说的微观结构实际上是指沥青质的分子结构。

对于描述象沥青质这样复杂的体系，广泛采用平均分子结构的概念。

图2一l表示了众多沥青质微观模型中的一种，是Mugrhcivsll等人提出的Aihbaasac沥青质的假想结构。

该结构中包含了用各种物理和化学的方法从Ahtbaasac戊烷沥青质中检测到的结构碎片，包括:不同长度的烷基侧链和烷基桥，较小的缩合环烷结构和缩合芳香结构，五元环和六元环状硫醚及相应的亚矾、唾吩类、酌类、哇琳类，钒叶琳等。

这种结构模型的建立不再单纯依赖于以核磁共振为基础计算结构参数，而更多地依靠用化学降解方法分析得到的结构碎片信息。

该结构模型是个由烷基链相连的松散的柔性网络，可以发生各种扭曲和折叠，而根据结构参数建立的沥青质单元结构刚性较强。

而模型分子具有多个小芳香缩合中心，其分子量为6190，表明实际上沥青质的某种程度上的聚集体的结构。

但应该注意，该假想分子仍不能看作是沥青质分子结构的真实代表，该模型也没有包括已经确证的Atbbaasac沥青质中存在的烷基硫醚、咔哇、梭酸等结构组元。

对沥青质化学结构的认识上，目前最不清楚的一个侧面是环烷部分;就现有的分析技术而言，还不能直接而且准确测定环烷碳的含量，更不用说环烷碳的存在方式了。

沥青的碳化研究
沥青是一种常用的道路建设材料，但在长期使用过程中，由于受到不同的环境和气候因素的影响，沥青可能会出现碳化现象。

碳化会导致沥青的质量下降，从而影响道路的使用寿命和安全性能。

因此，研究沥青的碳化现象具有重要意义。

目前，关于沥青的碳化研究主要集中在以下几个方面：首先，研究沥青的化学成分对碳化的影响，如沥青中的沥青ene、沥青酸等成分对碳化的影响。

其次，研究不同环境和气候因素对沥青的碳化影响，如光照、高温、潮湿等因素。

此外，还有一些研究致力于开发新型沥青材料，以提高其抗碳化能力。

近年来，随着新材料和新技术的不断发展，沥青的碳化研究也取得了一定的进展。

例如，利用光谱分析技术可以更准确地了解沥青的化学成分以及碳化过程中的变化规律；采用高温试验技术可以模拟沥青碳化的过程，以判断不同沥青材料的抗碳化能力。

此外，还有一些研究探索沥青的微观结构和力学性质，以更深入地研究沥青的碳化现象。

总之，沥青的碳化研究是一个复杂而重要的课题，需要综合运用化学、物理、材料等学科的知识，以开发出更加耐用、环保、安全的沥青材料。

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化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2024 年第 43 卷第 2 期可纺中间相沥青的研究进展高海港1，2，安高军3，鲁长波3，李艳香2，张玉明1，李望良2（1 中国石油大学（北京）重质油全国重点实验室，北京 102249；2 中国科学院过程工程研究所，北京 100190；3军事科学院系统工程研究院，北京 100071）摘要：随着我国航空航天和电子等行业的快速发展，高性能沥青基碳纤维因其高模量和高导热等优异性能而受到广泛关注。

其中，中间相沥青的制备是高性能沥青基碳纤维制备的首要环节，但因沥青组成结构复杂、杂原子较多、合成的中间相沥青产品性能不均一等因素限制，我国纺丝级中间相沥青量产化仍未实现，严重制约了相关产业的发展。

本文综述了中间相沥青的形成过程和性质，对比了煤、石油、萘三种沥青原料的组成和分子结构，阐述了原料沥青中复杂成分对中间相沥青形成过程的影响以及常见的预处理方法，并对预处理方法的优缺点进行了比较，分析了直接热缩聚法、溶剂分离法、加氢改性法、催化改性法、共碳法以及其他方法的制备过程及其优缺点，并对中间相沥青形成过程中的影响因素进行了归纳总结。

最后展望了中间相沥青的发展前景，针对目前的瓶颈问题提出了建议。

研究者应从沥青原料出发，探究原料分子结构和工艺条件对中间相沥青结构的影响规律并阐明其机理。

关键词：中间相沥青；沥青基碳纤维；原料预处理；制备方法中图分类号：TQ342.742 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2024）02-1001-12Research progress on spinnable mesophase pitchGAO Haigang 1，2，AN Gaojun 3，LU Changbo 3，LI Yanxiang 2，ZHANG Yuming 1，LI Wangliang 2(1 State Key Laboratory of Heavy Oil Processing, China University of Petroleum (Beijing), Beijing 102249, China; 2 Instituteof Process Engineering, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China; 3 Institute of Systems Engineering, Academyof Military Sciences, Beijing 100071, China)Abstract: With the rapid development of China’s aerospace and electronics industries, high-performance pitch-based carbon fibers have attracted more and more attention because of its excellentproperties such as high modulus and excellent thermal conductivity. Among these steps, the preparation of mesophase asphalt is the first step in the preparation of high-performance pitch-based carbon fibers.However, due to the complex structure of pitch and more heteroatoms, the properties of mesophase pitch products are not uniform. These facts lead to the situation that the industrial-scale production of spinning grade mesophase pitch has not yet been achieved in China, and thus seriously restricts the development ofrelated industries. In this paper, the formation process and properties of mesophase pitch were reviewed. The composition and molecular structure of coal, petroleum and naphthalene were compared. The effects综述与专论DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0302收稿日期：2022-03-10；修改稿日期：2022-04-15。

稠油中胶质沥青质的特性及油溶性降粘剂的研究进展石植真【摘要】The current through the findings show that a large number of scholars,asphaltene colloid is the main cause of the high viscosity of heavy oil.The structural characteristics of asphaltene colloid for polycyclic aromatic hydrocarbons with polar groups.Such structural features asphaltene colloid,resulting in the role of bigπ bond and a hydrogen bond between the gum asphaltenes,making it easy to tightly packed,and finally to crude oil viscosity and poor fluidity.For heavy oil of its own characteristics,the researchers synthesized the many varieties of oil-soluble viscosity reducer for heavy oil viscosity reduction applications.Summarize large amounts of data,current synthetic oil-soluble reducing agent are mostly small organic molecule functional manner by radical polymerization or condensation-type manner synthesized branched or comb-type polymers,these oil-soluble Viscosity agents on both lipophilic group, another hydrophilic group,and the structure is irregular.The oil added to the heavy oil viscosity reducer,which can damage the structure of closely spaced to achieve viscosity reduction effect.At present oil-soluble synthetic strategies for reducing agent continues to expand,more and more varieties,can be synthesized for different characteristics of oil-soluble crude oil viscosity reducer different characteristics,to solve production problems oilfield.%大量学者的研究结果表明，胶质沥青质是导致稠油高粘的主要原因。

沥青化学结构
沥青是一种复杂的有机化合物，主要由碳氢化合物组成，其中含有多种环状和非环状化合物。

沥青的化学结构可以分为三个组成部分：烷烃、环状化合物和多环芳烃。

1. 烷烃：烷烃是沥青的主要成分之一，占总质量的40%至70%。

烷烃是由碳和氢原子组成的直链或支链烃类化合物。

它
们是无色、无味的液体或固体，具有低挥发性。

这些烷烃化合物在沥青中起到润滑和粘合作用。

2. 环状化合物：环状化合物是由具有环状结构的碳原子组成的化合物，主要包括苯和其衍生物。

环状化合物是沥青中的次要成分，通常占总质量的10%至30%。

它们具有较高的挥发性
和化学活性，且对沥青的物理性质有较大影响。

3. 多环芳烃：多环芳烃是沥青的另一类重要成分，是由多个环状化合物组合而成的大分子化合物。

它们具有高度稳定性和化学惰性，能够在高温下保持沥青的粘性和粘聚性。

多环芳烃是沥青中的主要组分，通常占据总质量的20%至50%。

总的来说，沥青的化学结构非常复杂，由各类碳氢化合物组成。

其中，烷烃、环状化合物和多环芳烃是沥青的主要组成部分，它们共同决定了沥青的物化性质和用途。

石油储层构型研究现状及发展油气勘探化工设计通讯Petroleum ExplorationChemical Engineering Design Communications·229·第44卷第9期2018年9月我国的很多学者对储层的构型进行了大量的研究，得到了一些储层结构模型，为储层非均质特征的研究提供了很大的支撑与帮助。

对于储层构型的研究实质上是研究储层的非均质性，最终达到提高采收率的目的。

1985年，Miall 等学者就已经正式提出了储层构型分析的一系列方法，在这20多年的时间内，其他各种各样的新方法不断出现，应用的范围也越来越广，极大地促进了储层构型的研究。

1 储层构型的级次划分1.1 国外储层构型划分Allen 等提出了“Fluvial architecture ”这一概念后，对河流相进行了划分，主要分为交错层系、交错层系组以及复合体这三个构型界面。

Miall 在Allen 对构型划分的基础上进一步提出了六级构型界面划分方案。

紧接着又增加了一个0级纹层间的界面以及7及的大型沉积体系界面和8级盆地充填复合体界面。

虽然目前为止，Miall 所提出的9级对储层构型的划分理论是目前应用比较广泛的一种模型，但是Miall 主要是针对河流相所提出的，在层序地层级次的衔接方面还有待于进一步的研究。

1.2 国内储层构型划分吴胜和基于Miall 的九级构型提出了12 级的构型分级方案。

其中的1~6 级是参考了层序地层学的研究，7~9 级界面的划分分别对应着Miall 对构型分级划分方案中的5~3 级，10~12 级的界面与Miall 提成的构型分级方案中的2~0 级界面相对应，也就是10级对应着层序组、11 级对应着层系、12 级对应着纹层。

针对储层构型的分级有正序和倒序两种模式，两种方案各有特点。

正序方案指的是随着数字的增加界面的级别越来越高，数字最大即为界面最大。

该种模型比较适用于地面的地质情况研究，正如Miall 所提出的的构型分级方案。