一种分子级基础油调和优化方法技术

本发明专利技术涉及一种分子级基础油调和优化方法，本发明专利技术采用分子级的物性模型来计算基础油组分及产品的性质，相比传统的经验公式等方法，有效提升了性质预测的准确性，同时，改善调和时多个性质指标无法同时满足或性质裕量过大的情况，实现对产品质量和生产成本的精确调控，有效提升调和生产的经济效益；避免了传统方法所需要的大量实验工作，节省人力物力，并大幅降低确定调和配方所需要的时间。

【技术实现步骤摘要】
一种分子级基础油调和优化方法
本专利技术涉及石油炼制及石油化工生产
，尤其涉及一种分子级基础油调和优化方法。
技术介绍
成品润滑油的组成包括基础油和一定量的添加剂，其中，基础油是润滑油的主要组成部分，在很大程度上决定了成品润滑油的性质。由于原料油品质不佳、加工工艺限制、润滑油指标要求提高等原因，单一来源的基础油往往不能很好地符合标准规定的性质要求，为了改善成品润滑油的性质指标、减少添加剂的用量、降低润滑油生产成本，在生产中通常会将不同的基础油进行调和，以满足出厂质量指标。目前，基础油生产调和配方的确定需要耗费大量的实验工作。实验室通过检测每个基础油组分的各项性质指标，例如粘度、粘度指数等，再根据一定的数学公式或经验，得出生产所需基础油时各个基础油组分的调和比例。由于基础油的构成物质属于较大的有机分子，其分子碳数可达50左右，实验解析困难，实验室所采用的数学公式通常只是基于组分比例的宏观性质混合公式，或者是经验性的公式，没有深入到分子层面，这也导致了公式预测结果的不准确。尤其对于粘度等非线性性质，公式预测结果与实际数值的偏离情况更加明显。另一方面，由于很多常用的宏观性质混合公式并没有微观分子上的意义，彼此相对独立，不能准确反映不同性质之间的关联关系。这造成了在同时考虑多个基础油性质指标时，更容易出现无法同时达标，或者某些性质裕量过大的情况，难以对产品质量和生产成本的平衡进行精确调整。由于上述问题，实验室在确定基础油生产调和配方时，只能通过多次实验，逐步调整比例，不断地摸索、尝试出每项性质指标均合格的配方，再投入实际生产。甚至有些时候得出的配方性质裕量仍然较大，浪费了优质的基础油。综上所述，现有的配方确定方法所需的周期长，成本高，需消耗大量的人力物力。当产品需求变动时，也需要重新进行大量的实验来确定配方。
技术实现思路
本专利技术为克服上述的不足之处，目的在于提供一种分子级基础油调和优化方法，本专利技术采用分子级的物性模型来计算基础油组分及产品的性质，相比传统的经验公式等方法，有效提升了性质预测的准确性，同时，改善调和时多个性质指标无法同时满足或性质裕量过大的情况，实现对产品质量和生产成本的精确调控，有效提升调和生产的经济效益；避免了传统方法所需要的大量实验工作，节省人力物力，并大幅降低确定调和配方所需要的时间。本专利技术是通过以下技术方案达到上述目的：一种分子级基础油调和优化方法，包括如下步骤：(1)建立润滑油基础油总分子库，其中涵盖烃类、含硫、含氮、含氧分子；(2)建立单分子性质库，其中的单分子性质来源于公开发表的数据或者通过性质预测函数计算得到的数据或者实验数据；(3)建立润滑油基础油的组分库，包含不同类别基础油的典型分子分布模板；(4)建立润滑油基础油的分子级混合性质预测模型；(5)根据每个可参与基础油调和的组分的实测宏观性质，解析出其分子组成；(6)根据实际需要设置相应的目标函数及产品性质约束条件，对使用的基础油组分的调和比例进行优化。作为优选，所述步骤(3)中，基础油的分类基于以下方法进行设置：(I)类别共有三个维度，原油类型、加工工艺及加工深度；(II)根据实际应用需要，选择三个维度中的至少一个，分别划分不同的类别或数量级，综合形成不同的基础油分类；其中，原油类型可以按照产地、年份、基属、密度、硫含量、氮含量、酸含量中的一种或多种结合进行划分；不同类别基础油组分的典型分子分布模板可由实验检测或数学模型预测中的一种方法或两种方法结合得到；其中，组分所含分子种类为总分子库的子集。作为优选，所述步骤(4)在建立的模型中加入非理想调和因子，考虑在混合时产生的非理想效应，计算公式如下：其中，下标i、j表示不同的分子类型；P表示混合物的性质或性质函数；Pi表示i类型分子的性质或性质函数，由混合物中所有的i类型分子的单分子性质或性质函数求得；xi表示i类型分子的摩尔分数；αi表示i类型分子的非理想调和因子；kij表示i类型分子与j类型分子的性质调和交互系数；其中，一种分子类型划分方法可以为链烷烃、环烷烃、芳香烃、含硫分子、含氮分子、含氧分子；P和Pi为线性函数或非线性函数中的任意一种。作为优选，所述步骤(5)的解析方法如下：1)获得至少一项该基础油的下列宏观性质：密度、族组成、硫含量、20℃运动粘度、40℃运动粘度、100℃运动粘度、粘度指数、粘重常数、-15℃动力粘度、-20℃动力粘度、-25℃动力粘度、雾点、倾点、凝点、闪点、苯胺点、酸值、氮含量、碱性氮、残炭、氧化安定性、蒸发损失；2)根据基础油的类型，从步骤(3)建立的组分库中选择相应的分子分布模板；3)利用步骤(4)建立的混合性质预测模型，结合得到的实测宏观性质，以分子分布模板为基础，调整获得该基础油的分子组成。作为优选，所述在调整获得该基础油的分子组成时，以各性质的相对偏差平方和为目标函数，并基于分子分布模板的系统状态表征量建立约束条件，计算公式如下：其中，下标i表示不同的性质；上标c、t表示预测值和实测值；x表示混合物的分子组成分数向量；P表示混合物的性质；S表示混合物系统的系统状态表征量；Sini表示分子分布模板的系统状态表征量；t表示系统状态表征量的波动半径。作为优选，所述的系统状态表征量可以为表示体系混乱度或多样性的熵值；可选的，系统状态表征量为信息熵。作为优选，所述步骤(6)的目标函数可以是生产利润最大或原料库存最小。作为优选，所述在优化时，可使用正交分布的方法模式，得到多个初值点作为优化函数的初值，改善优化计算的收敛性。本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术在分子层级上建立基础油的性质预测模型，考虑了不同分子类型之间的作用关系，相比传统的经验公式等方法准确性更高，适用性更好。在不进行分子作用参数校正的情况下，对于粘度等非线性性质，模型的准确性仍然可以达到3-5％，并且对于不同类型的基础油预测的准确性偏离不大。传统的经验公式经过校正后，虽然也可以达到相同等级的精度，但是只适合用于与校正数据来源同一类型的基础油计算，当基础油的类型改变后，经验公式需要重新进行校正；(2)传统的经验公式由于没有深入到分子层面，在考虑多个性质指标时容易顾此失彼。而本专利技术能够适用于同时考虑多个性质指标的调和配方确定，能够得到使所有的性质指标均逼近约束上限或下限的最优配方，在满足产品质量指标的条件下，降低生产成本，实现产品生产利润的最大化；(3)传统的配方确定方法需要多次的实验工作进行试验与探索，时间通常要花费一天甚至更多，耗费大量的人力物力及时间成本；本专利技术通过分子级模型实现准确的基础油组分及产品的性质预测，与实际的性质数据吻合程度高，大幅降低确定配方所需的实验量。在进行配方计算或优化时，只需要1-2分钟即可得出结果。附图说明图1是本专利技术的流程示意图；图2是本专利技术实施例中923种基础油分子的部分分子核心示意图；图3是本专利技术实施例中调和的基础油产品各性质预测结果的相对偏差情况。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行进一步描述，但本专利技术的保护范围并不仅限于此：实施例：如图1所示，一种分子级基础油调和优化方法包括如下步骤：(1)针对某润滑油厂基础油调和的实际情况，建立基础油总分子库，包含1425个分子。其中，饱和烃分子为381个，芳烃分子为506个，含硫分子为273本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分子级基础油调和优化方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)建立润滑油基础油总分子库，其中涵盖烃类、含硫、含氮、含氧分子；(2)建立单分子性质库，其中的单分子性质来源于公开发表的数据或者通过性质预测函数计算得到的数据或者实验数据；(3)建立润滑油基础油的组分库，包含不同类别基础油的典型分子分布模板；(4)建立润滑油基础油的分子级混合性质预测模型；(5)根据每个可参与基础油调和的组分的实测宏观性质，解析出其分子组成；(6)根据实际需要设置相应的目标函数及产品性质约束条件，对使用的基础油组分的调和比例进行优化。

【技术特征摘要】
1.一种分子级基础油调和优化方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)建立润滑油基础油总分子库，其中涵盖烃类、含硫、含氮、含氧分子；(2)建立单分子性质库，其中的单分子性质来源于公开发表的数据或者通过性质预测函数计算得到的数据或者实验数据；(3)建立润滑油基础油的组分库，包含不同类别基础油的典型分子分布模板；(4)建立润滑油基础油的分子级混合性质预测模型；(5)根据每个可参与基础油调和的组分的实测宏观性质，解析出其分子组成；(6)根据实际需要设置相应的目标函数及产品性质约束条件，对使用的基础油组分的调和比例进行优化。2.根据权利要求1所述的一种分子级基础油调和优化方法，其特征在于：所述步骤(3)中，基础油的分类基于以下方法进行设置：(I)类别共有三个维度，原油类型、加工工艺及加工深度；(II)根据实际应用需要，选择三个维度中的至少一个，分别划分不同的类别或数量级，综合形成不同的基础油分类；其中，原油类型可以按照产地、年份、基属、密度、硫含量、氮含量、酸含量中的一种或多种结合进行划分；不同类别基础油组分的典型分子分布模板可由实验检测或数学模型预测中的一种方法或两种方法结合得到；其中，组分所含分子种类为总分子库的子集。3.根据权利要求1所述的一种分子级基础油调和优化方法，其特征在于：所述步骤(4)在建立的模型中加入非理想调和因子，考虑在混合时产生的非理想效应，计算公式如下：其中，下标i、j表示不同的分子类型；P表示混合物的性质或性质函数；Pi表示i类型分子的性质或性质函数，由混合物中所有的i类型分子的单分子性质或性质函数求得；xi表示i类型分子的摩尔分数；αi表示i类型分子的非理想调和因子；kij表示i类型分子与j类型分子的性质调和交互系数；其中，一种分子类型划分方法可以为链烷烃、环烷烃、芳香烃、含硫分子、含氮...

【专利技术属性】
技术研发人员：何恺源，李越，
申请(专利权)人：杭州辛孚能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33