计算烃类化合物物理性质的方法技术

本发明专利技术提出了一种计算烃类化合物的物理性质的方法，包括以下步骤：(1)将烃类化合物中分子骨架相同而其骨架所连接的烷基不同的化合物归类；(2)确定要计算的物理性质；按照步骤(1)的归类方法确定待计算化合物所属的类，选定此类化合物中一个已知其物理性质值的化合物；(3)获取烃类化合物的物理性质-表征分子结构的变量的关联公式；(4)对步骤(3)中物理性质-表征分子结构的变量的关联公式进行校正，得到该类化合物的物理性质-表征分子结构的变量的关联公式；(5)利用步骤(4)中得到的关联公式计算该类化合物的物理性质值。本发明专利技术方法简单可靠，计算精度高，对同分异构体以及高碳数烃类化合物的计算较为准确。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种计算烃类化合物物理性质的方法。
技术介绍
石油中包含成千上万种化合物，其中各种油品混合物的宏观物性是石油加工过程中的重要信息。获取石油中各种类型化合物的物理性质，可为认识油品混合物的宏观物性提供依据。获取化合物物理性质最直接的手段是通过实验方法测定，但有些化合物因分离提纯的困难，很难通过实验的手段获取其物理性质数据，有必要对其物理性质进行估算或预测。化合物物理性质与其分子结构密切相关，所以寻求化合物的结构-物性关联具有重要意义。烃类化合物是由碳和氢两种元素所组成的结构复杂的化合物，通常可分为烷烃、烯烃、炔烃、环烷烃、芳烃等几大类。在计算烃类化合物的物理性质时，如果仅将烃类化合物分成这几类物质来计算的话，不足以体现烃分子结构的复杂性，也得不到理想的计算效果。目前，建立结构-物性关联的常见方法是基团贡献法和拓扑方法，基团贡献法不能合理的外推至高碳数化合物的物理性质，对同分异构体的区分能力有限。拓扑方法对同分异构体有良好的区分能力，计算结果可靠，但不同类型的化合物需要不同的拓扑指数、适用范围相对较小。
技术实现思路
本专利技术提出了一种计算烃类化合物的物理性质的方法，可计算的物理性质包括沸点、密度、折射率、临界温度、临界压力、临界体积、蒸汽压、粘度、熔点、偶极矩。本专利技术的计算烃类化合物的物理性质的方法，包括以下步骤：(1)将烃类化合物中分子骨架相同而其骨架所连接的烷基不同的化合物归类；(2)确定要计算的物理性质，标记为PP；按照步骤(1)的归类方法确定待计算化合物所属的类，选定此类化合物中一个已知其物理性质PP的值的化合物，其物理性质PP的值标记为PP0；(3)获取烃类化合物的物理性质PP-表征分子结构的变量X1、X2、X3、…、Xn的关联公式PP＝f(X1、X2、X3、…、Xn)，n为正整数；(4)利用与待计算化合物属于同类的已知化合物的物理性质数据PP0及其表征分子结构的变量X1、X2、X3、…、Xn的值X10、X20、X30、…、Xn0，对步骤(3)中物理性质PP-表征分子结构的变量X1、X2、X3、…、Xn的关联公式进行校正，得到该类化合物的物理性质PP-表征分子结构的变量X1、X2、X3、…、Xn的关联公式：PP＝f[(X1+X1′),(X2+X2′),(X3+X3′),…,(Xn+Xn′)]其中X1′、X2′、X3′、…、Xn′为常数；(5)确定待计算化合物的表征分子结构的变量X1、X2、X3、…、Xn的值，代入步骤(4)中得到的关联公式，得到待计算化合物的物理性质值。在步骤(1)中，将烃类化合物中分子骨架相同而其骨架所连接的烷基不同的化合物归类。例如，对于2-甲基丙烷、2-甲基丁烷、2-甲基戊烷、2-甲基己烷、…这一类化合物，可以将其归类为2-甲基烷烃类的化合物，显然归入此类的化合物均具有2-甲基烷烃的骨架，只是骨架上所连接的烷基不同，连接甲基的为2-甲基丙烷，连接乙基的为2-甲基丁烷，连接正丙基的为2-甲基戊烷，连接正丁基的为2-甲基己烷，…；对于甲苯、乙苯、丙苯、…这一类物质，可以将其归类为单烷基苯类的化合物；其它分子结构的烃类化合物，也按此方法归类。有的烃类化合物可能会归入多个表示不同分子骨架的类中。本专利技术中可以计算的物理性质包括沸点、密度、折射率、临界温度、临界压力、临界体积、蒸汽压、粘度、熔点、偶极矩，这些物理性质都是随着碳原子数的增加其物理性质值会有规律地变化，并逐渐趋近于一个极限值，所述的极限值就是正构烷烃类化合物的极限值。对于烃类化合物的某些物理性质，会随着分子骨架所连接烷基碳数的奇偶性不同而呈现阶梯性的变化，因此在计算这些物理性质时，可以对分子骨架相同而其骨架所连接的烷基不同的化合物进一步归类，即连接的烷基的碳数为奇数时分为一类，连接的烷基的碳数为偶数时分为一类，对这种因烷基碳数奇偶性不同的两类分别计算其物理性质。烃类化合物分子骨架所连接烷基碳数的奇偶性不同而呈现阶梯性变化的一些物理性质包括熔点、偶极矩。步骤(1)中优选将烃类化合物中分子骨架相同而其骨架所连接的直链烷基不同的化合物归类。步骤(3)中所述的表征分子结构的变量X1、X2、X3、…、Xn是体现分子结构特征的n个变量，n为正整数，优选1～5；这些变量可以为相对分子质量、碳原子数、winener指数、randic分子连接指数、ID指数等拓扑指数，优选采用相对分子质量作为表征分子结构的变量。步骤(3)中所述的关联公式可以采用已知的关联公式，也可以采用已知数据关联得到，还可以采用计算其它物理性质的关联公式修正得到。一些烃类化合物的待计算的物理性质PP的数值与表征分子结构的变量X1、X2、X3、…、Xn均为已知的数据，可将这些数据关联起来，得到待计算的物理性质与变量的关联公式，关联的方法可以选用回归分析方法、拟合方法、遗传算法、马夸尔特法，优选采用回归分析方法，所述回归分析方法包括最小二乘法、牛顿法、马夸特法和偏最小二乘法中的一种。由于正构烷烃的物理性质数据较为齐全，因此优选将正构烷烃化合物的物理性质及表征分子结构的变量相关联，得到物理性质与分子结构变量的关联公式。步骤(3)中所述的关联公式采用计算其它物理性质的关联公式修改得到，即采用其它物理性质的关联公式的函数表达式，将其中表示其它物理性质的量替换为待计算的物理性质的量，所述函数表达式中的恒定参数由已知物理性质数值的一个或一组烃类化合物关联得到。下面举例说明：已知的沸点-碳原子数的关联公式(出自文献Kreglewski,A.andB.J.Zwolinski,ANewRelationforPhysicalPropertiesofn-Alkanesandn-AlkylCompounds.J.Phys.Chem.1961(65):1050-1052)的函数表达式为：ln(BP∞-BP)＝a-bCN2/3，式中BP∞、a、b为恒定参数，BP为沸点，CN为碳原子数；烃类化合物的沸点和密度都会随着碳原子数的递增，其沸点值和密度值都呈现较好的规律性，并且趋近于一个沸点极限值或密度极限值。因此计算沸点的公式同样适用于密度，只是相应的回归参数不同。基于此，在计算烃类化合物的密度时，用因变量密度D取代上述关联公式中的因变量沸点BP，用自变量(CN+CN0)取代上述关联公式中的自变量CN，用参数变量γ来取代恒定常数2/3，并沿用其函数表达式，得到计算密度的关联公式：ln(D∞-D)＝p-n(CN+CN0)γ式中D∞、p、n、CN0、γ为恒定参数，D为密度，CN为碳原子数；式中D∞、p、n、CN0、γ这些恒定参数可以由已知密度数值的一组烃类化合物关联得到，通常可以由一组已知其密度值的正构烷烃关联得到。在得到的计算密度的关联公式中，引入的修正参数CN0可以修正烃类化合物分子中侧链取代基对密度值的影响，引入的修正参数γ可以修正烃类化合物随碳原子数递增对密度值的影响，因此能够保证所得到的计算密度的关联公式具有很好的准确性。以拓扑指数或相对分子质量代替碳原子数作为表征分子结构的变量会更为准确，因此也可以将上述沸点-碳原子数的关联公式修改为密度-w指数的关联公式或密度-相对分子质量的关联公式：ln(D∞-D)＝p-n(W+W0)γ，式中D∞、p、n本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计算烃类化合物的物理性质的方法，包括以下步骤：(1)将烃类化合物中分子骨架相同而其骨架所连接的烷基不同的化合物归类；(2)确定要计算的物理性质，标记为PP；按照步骤(1)的归类方法确定待计算化合物所属的类，选定此类化合物中一个已知其物理性质PP的值的化合物，其物理性质PP的值标记为PP0；(3)获取烃类化合物的物理性质PP‑表征分子结构的变量X1、X2、X3、…、Xn的关联公式PP＝f(X1、X2、X3、…、Xn)，n为正整数；(4)利用与待计算化合物属于同类的已知化合物的物理性质数据PP0及其表征分子结构的变量X1、X2、X3、…、Xn的值X10、X20、X30、…、Xn0，对步骤(3)中物理性质PP‑表征分子结构的变量X1、X2、X3、…、Xn的关联公式进行校正，得到该类化合物的物理性质PP‑表征分子结构的变量X1、X2、X3、…、Xn的关联公式：PP＝f[(X1+X1′),(X2+X2′),(X3+X3′),…,(Xn+Xn′)]其中X1′、X2′、X3′、…、Xn′为常数；(5)确定待计算化合物的表征分子结构的变量X1、X2、X3、…、Xn的值，代入步骤(4)中得到的关联公式，得到待计算化合物的物理性质值。...

【技术特征摘要】
1.一种计算烃类化合物的物理性质的方法，包括以下步骤：(1)将烃类化合物中分子骨架相同而其骨架所连接的烷基不同的化合物归类；(2)确定要计算的物理性质，标记为PP；按照步骤(1)的归类方法确定待计算化合物所属的类，选定此类化合物中一个已知其物理性质PP的值的化合物，其物理性质PP的值标记为PP0；(3)获取烃类化合物的物理性质PP-表征分子结构的变量X1、X2、X3、…、Xn的关联公式PP＝f(X1、X2、X3、…、Xn)，n为正整数；(4)利用与待计算化合物属于同类的已知化合物的物理性质数据PP0及其表征分子结构的变量X1、X2、X3、…、Xn的值X10、X20、X30、…、Xn0，对步骤(3)中物理性质PP-表征分子结构的变量X1、X2、X3、…、Xn的关联公式进行校正，得到该类化合物的物理性质PP-表征分子结构的变量X1、X2、X3、…、Xn的关联公式：PP＝f[(X1+X1′),(X2+X2′),(X3+X3′),…,(Xn+Xn′)]其中X1′、X2′、X3′、…、Xn′为常数；(5)确定待计算化合物的表征分子结构的变量X1、X2、X3、…、Xn的值，代入步骤(4)中得到的关联公式，得到待计算化合物的物理性质值。2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述物理性质包括沸点、密度、折射率、临界温度、临界压力、临界体积、蒸汽压、粘度、熔点、偶极矩。3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，对分子骨架相同而其骨架所连接的烷基不同的化合物进一步归类，将连接的烷基的碳数为奇数时分为一类，连接的烷基的碳数为偶数时分为一类，对这种因烷基碳数奇偶性不同的两类分别计算其物理性质。4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，对烷基碳数奇偶性不同的两类分别计算的物理性质为熔点或偶极矩。5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中将烃类化合物中分子骨架相同而其骨架所连接的直链烷基不同的化合物归类。6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述的表征分子结构的变量为相对分子质量、碳原子数、winener指数、randic分子连接指数
\t和ID指数中的一种或多种。7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，n为1～5。8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述的关联公式为已知的关联公式、采用已知数据关联得到的关联公式或采用计算其它物理性质的关联公式修正得到的关联公式。9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述关联公式是选用回归分析方法、拟合方法、遗传算法和马夸尔特法中的一种或多种关联得到的。10.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，将正构烷烃化合物的物理性质及表征分子结构的变量相关联，得到物理性质与分子结构变...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟繁磊，周祥，郭锦标，焦国凤，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11