油气资源分子工程与分子管理

　　本书按照如何在分子层级上进一步“ 认识油气资源、利用油气资源、用好油气资源”的理念，详细介绍了作者提出的油气资源分子工程与分子管理的概念定义、技术框架与构成以及主要内容与应用。其中，“ 认识油气资源”部分包括油气资源的分析表征现状与进展以及计算机模拟技术即重构技术；“ 利用油气资源与用好油气资源”即如何在分子层级上开展油气资源炼制（ 分子工程）与优化（ 分子管理），包括油气资源分子物理性质和化学性质等分子信息的数字化信息化加工、计算机辅助分子动力学模型构建与求解，以及机器学习（ML）、数据处理与优化技术、过程控制系统和过程优化（APC、RTO、流程模拟）等；应用部分包括富二氧化碳天然气资源直接利用与复合能源化工体系建设、炼化企业数字化转型 智能化发展中的智能炼化建设、大数据分析、AI在设备预防性维修维护应用以及油气资源产品分子精准调和、炼化过程催化新材料、新工艺开发等。

　　吴青，男，江苏苏州人，工学博士，教授级高工，全国石油和化工优秀科技工作者，享受国务院特贴专家、广东省劳模，现为中国海洋石油集团有限公司资深专家、中国海洋石油集团有限公司暨中海石油（中国）有限公司科技信息部总工程师兼集团“三新三化”办公室主任。 吴青曾获国家科技进步二等奖以及中国专利优秀奖、侯德榜化工科技成就奖和侯祥麟石油加工科学技术奖、中国海油与中国石油和化学工业联合会等省部级科技发明、科技进步一等奖多项，已获授权专利40多件、发表论文170多篇，出版《智能炼化建设—从数字化迈向智慧化》《石油分子工程》和Machine Learning and Data Science in the Oil and Gas Industry（Elsevier， USA，合著）等专著。 目前，吴青领衔的技术创新团队以油气资源分子工程与分子管理为指引，围绕多维定向化学反应提高地下原油原位开采率与改质一体化的CHEOR技术、CBC计划下原油（重油）直接制化学品与材料的DPC成套技术与高端碳产业链技术、包括富二氧化碳天然气直接利用与复合能源化工体系建设（PFC&M计划）在内的CO2海洋碳汇与矿化固化及化工利用等“CCUS”技术，以及流程工业数字化转型与智能化发展等积极探索并大力推进其工程化、产业化。

目 录



第一篇 总 论

第一章
概述……………………………………………………………………
3
第一节 概念与定义 …………………………………………………………………… 3
第二节 主要内容与技术构架 ………………………………………………………… 4
第二章 主要应用领域与发展………………………………………………… 8
第一节 富二氧化碳天然气资源的直接利用与复合能源化工体系建设 …………… 8
第二节 智能炼化建设 ………………………………………………………………… 10
第三节 原油分子信息库与应用 ……………………………………………………… 11
第四节 在新工艺、新技术开发中的应用 …………………………………………… 12
第五节 石油炼制过程的应用与发展展望 …………………………………………… 14

第二篇 认识油气资源获取分子信息
第一章 天然气概况 21
第一节 天然气概况 21
第二节 天然气组成 21
第三节 天然气工艺过程 23
第四节 天然气化工利用 23
第二章 石油分析表征概况 25
第一节 概述 25
第二节 石油常规性质分析 27
第三节 化合物组成与结构分析 39
第四节 石油仪器分析进展 40


第三章 石油分子信息获取技术Ⅰ 88

第一节 单体烃和族组成分析 88
第二节 族组成分析 92
第三节 结构族组成分析 138
第四节 原油组成的分子表征 146
第四章 石油分子信息获取技术Ⅱ………………………………………… 154
第一节 石油组成与性质的数据关联 ……………………………………………… 155
第二节 分子重构方法 ……………………………………………………………… 172

第三篇 信息加工技术

第一章 油气资源的化学性质……………………………………………… 227
第一节 烃类化合物及其反应性 …………………………………………………… 227
第二节 非烃类化合物及其反应性 ………………………………………………… 245
第三节 石油炼制过程的化学反应机理 …………………………………………… 272
第四节 石油馏分分子组成对加工性能影响 ……………………………………… 287
第二章 物性描述与信息库建设…………………………………………… 328
第一节 石油及其馏分化合物的命名规则 ………………………………………… 329
第二节 石油及其馏分化合物的分子信息分类及其信息化描述 ………………… 332
第三节 石油分子信息库及其应用 ………………………………………………… 341
第三章 化学反应规则库…………………………………………………… 351
第一节 石油炼制过程的化学反应 ………………………………………………… 351
第二节 化学反应规则库的构建 …………………………………………………… 351
第三节 分子反应网络的构建 ……………………………………………………… 356

第四篇 分子管理技术
第一章 机器学习技术 383
第一节 概述 383

目 录


第二节 常用建模算法 ……………………………………………………………… 386
第三节 关于模型训练与评估 ……………………………………………………… 398
第二章 数据处理技术……………………………………………………… 400
第一节 数据转化方法 ……………………………………………………………… 400
第二节 数据处理技术 ……………………………………………………………… 407
第三章 过程控制与过程优化……………………………………………… 417
第一节 过程控制系统 ……………………………………………………………… 418
第二节 先进控制（APC）技术 ……………………………………………………… 439
第三节 实时优化（RTO）技术 ……………………………………………………… 449
第四节 流程模拟 …………………………………………………………………… 458
第五节 仿真技术 …………………………………………………………………… 475

第五篇 分子信息应用

第一章 分子反应动力学模型及其解析…………………………………… 481
第一节 概 述 ………………………………………………………………………… 481
第二节 反应动力学模型的建立 …………………………………………………… 483
第三节 反应动力学模型参数求解 ………………………………………………… 489
第四节 反应动力学模型的集成建模技术 ………………………………………… 493
第二章 在油气加工领域的应用…………………………………………… 500
第一节 富二氧化碳天然气资源直接利用与复合能源化工体系建设 …………… 500
第二节 以石油分子工程为基础 推进炼化企业数字化和智能化建设 ………… 514
第三节 石油分子重构与分子精准调和 …………………………………………… 521
第四节 分子水平的反应动力学模型及其计算 …………………………………… 541
第五节 新材料、新工艺、新技术开发方面的应用 ……………………………… 570