分子模拟技术在炼油领域的应用
分子管理在炼油领域分离技术中的应用和发展趋势
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 S1 期分子管理在炼油领域分离技术中的应用和发展趋势贺美晋（中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院有限公司，北京 100083）摘要：先进的分离技术对于提升生产效率、制备高端产品、节能减排有着重要的意义。
本文总结了炼油领域中蒸馏、吸附、膜分离、萃取、结晶等常用分离技术的进料相态、基本原理、应用场景、优势及存在的问题。
由于对原油本质组成的认识不清晰，使得分离过程耗能低效。
针对现状，提出对原油及二次加工原料进行分子层面的认知，发挥先进分离技术的作用及开发新的分离工艺技术有着重要的意义。
基于此，阐述了分子管理理念的提出、目前的发展及应用，重点分析了分子管理在分离领域的应用。
文中并总结了一些最新分离技术包括分子蒸馏、分子印迹、膜蒸馏、摸萃取、双水相萃取、熔融结晶等。
最后，提出了未来基于分子管理的分离技术发展趋势将逐步智能化、集成化、绿色化。
关键词：分离；分子管理；炼油领域中图分类号：TQ2 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2023）S1-0260-07Application and development trend of molecular management inseparation technology in petrochemical fieldHE Meijin(Sinopec Research Institute of Petroleum Processing Co., Ltd., Beijing 100083, China)Abstract: The development of advanced separation technology is of great significance for improvingproduction efficiency, preparing high-end products, and reducing carbon emission. This paper summarizes the feed phase state, basic principles, application scenarios, advantages and existing problems of common separation technologies in the refining field, such as distillation, adsorption, membrane separation, extraction, and crystallization. Due to unclear understanding of the essential composition of crude oil, the separation process consumes energy and is inefficient. In response to the current situation, it is of great significance to propose a molecular level understanding of crude oil and secondary processing raw materials, leverage the role of advanced separation technologies, and develop new separation process technologies. Based on this, the development and application of molecular management concepts are described, focusing on the application of molecular management in the separation technology. The article also summarizes some of the latest separation technologies, including molecular distillation, molecular imprinting, membrane distillation, touch extraction, aqueous two-phase extraction, melt crystallization, etc . The development trend of separation technology based on the molecular management will be intelligent, green and integrated in the future.Keywords: separation; molecular management; refining field综述与专论DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-1667收稿日期：2023-09-20；修改稿日期：2023-10-10。
分子科学与工程在石油化工中的创新
分子科学与工程在石油化工中的创新石油化工是现代工业化的重要基础，而分子科学与工程在石油化工领域中的创新则发挥着至关重要的作用。
本文将通过实例和案例，探讨分子科学与工程在石油化工中的创新应用。
一、分子设计和合成分子设计和合成是分子科学与工程在石油化工领域中的关键应用之一。
通过设计合成新型分子结构，可以改善石油化工过程中的催化剂性能，提高反应效率和选择性。
以催化裂化为例，通过分子设计和合成催化剂可以实现高效裂化转化率和选择性，减少副产物生成，提高石油产品的质量。
例如，利用分子筛催化剂可以实现对重质油的高效转化，得到更多的汽油和轻质石油产品。
二、纳米材料在石油化工中的应用纳米材料是分子科学与工程领域的重要研究方向，也是石油化工中的创新应用之一。
纳米材料具有较大的比表面积和特殊的表面性质，可以提高催化反应的效率和选择性。
例如，利用纳米金属催化剂可以实现低温催化氧化反应，有效地去除石油产品中的有机硫化物、氮化物和氧化物等杂质，提高产品的纯度。
此外，纳米材料还可以用于制备高性能的阻燃材料和储氢材料等，进一步拓展石油化工的应用领域。
三、计算模拟与预测计算模拟与预测是分子科学与工程在石油化工中的另一个重要应用。
通过计算模拟可以揭示反应机理和催化剂的活性中心等关键信息，为石油化工过程的优化和催化剂的设计提供指导。
例如，在石油的加氢处理过程中，通过计算模拟可以预测不同催化剂对反应产物的选择性和收率，从而优化反应条件和催化剂的配方。
此外，计算模拟还可以用于预测催化剂的寿命和失活机理，提高催化剂的使用寿命，节约生产成本。
四、功能化材料的制备功能化材料是分子科学与工程在石油化工中的又一创新应用。
通过改变材料的结构和性质，可以赋予其特定的功能和性能，进一步提升石油化工过程的效率和可持续性。
例如，利用功能化多孔材料可以实现对石油产品中有毒重金属离子的快速吸附和去除，达到净化产品的目的。
此外，功能化材料还可以用于包埋催化剂，提高催化剂的稳定性和循环使用性。
石油化工流程模拟技术应用及案例
石油化工流程模拟技术应用及案例石油化工流程模拟技术是指利用计算机和数学模型来模拟和优化石油化工生产过程的技术。
通过模拟技术可以预测和分析石油化工流程中的各种条件和参数，帮助工程师更好地设计和运行生产设备。
下面将列举10个石油化工流程模拟技术应用及案例：1. 炼油厂装置动态模拟：利用动态模拟软件，对炼油厂不同装置进行模拟和优化，从而提高生产效率和降低能耗。
例如，通过模拟裂化装置的运行条件和操作参数，可以准确预测产品产率和质量，帮助优化装置设计和操作策略。
2. 脱硫装置模拟：石油中的硫化物是一种环境污染物，脱除硫化物是炼油厂的重要任务之一。
通过模拟脱硫装置的工艺参数和操作条件，可以优化脱硫效率和降低能耗。
例如，利用模拟技术可以预测不同脱硫剂的使用量和反应温度对脱硫效果的影响，帮助优化脱硫装置设计和操作策略。
3. 裂化装置模拟：裂化装置是炼油厂的主要装置之一，用于将重质石油馏分转化为高附加值的轻质石油产品。
通过模拟裂化装置的运行条件和操作参数，可以预测产品产率和质量，帮助优化装置设计和操作策略。
例如，利用模拟技术可以预测不同裂化温度和催化剂用量对产品产率和选择性的影响，帮助优化装置运行。
4. 催化裂化汽油模拟：催化裂化汽油是炼油厂的重要产品之一，其质量和组成对市场需求有重要影响。
通过模拟催化裂化装置和汽油处理装置的运行条件和操作参数，可以预测汽油的组成和性质，帮助优化装置设计和操作策略。
例如，利用模拟技术可以预测不同催化剂和操作温度对汽油组成和性质的影响，帮助优化装置运行。
5. 炼油厂热力系统模拟：炼油厂的热力系统是炼油过程中的重要环节，直接影响能耗和产品质量。
通过模拟炼油厂的热力系统，可以优化能量利用和热交换过程，帮助降低能耗和提高产品质量。
例如，利用模拟技术可以预测不同换热器和蒸馏塔的设计和操作参数对热力系统效果的影响，帮助优化热力系统设计和操作策略。
6. 炼油厂蒸馏塔模拟：蒸馏塔是炼油厂的核心设备之一，用于将原油分离为不同馏分。
石油化工行业中的分子模拟方法使用方法
石油化工行业中的分子模拟方法使用方法引言：石油化工行业作为全球化学工业的领域之一，扮演着关键的角色。
为了改进生产过程和提高产品性能，分子模拟方法被广泛应用于石油化工行业中。
本文将介绍石油化工行业中常用的分子模拟方法及其使用方法，以此提供一些有用的指导。
一、分子模拟方法介绍分子模拟是通过模拟和计算分子尺度上的物理和化学过程，来研究分子结构、性质和相互作用的一种方法。
在石油化工行业中，常用的分子模拟方法包括分子力场模拟、量子力学计算和Monte Carlo模拟。
1. 分子力场模拟分子力场模拟利用势函数描述原子或分子间的相互作用，并通过数值计算得到分子热力学性质和相行为。
这种方法适用于大分子系统和较长时间尺度的研究。
常用的分子力场模拟软件有GROMACS、AMBER和CHARMM等。
2. 量子力学计算量子力学计算基于薛定谔方程来描述分子的量子态和精细结构。
这种方法适用于研究分子结构和化学反应机理。
著名的量子力学计算软件包括Gaussian、GAMESS和VASP等。
3. Monte Carlo模拟Monte Carlo模拟通过随机采样的方法，模拟分子系统的热力学性质和相行为。
这种方法适用于固体、液体和气体系统的研究。
常用的Monte Carlo模拟软件有LAMMPS、DL_POLY和GROMACS等。
二、分子模拟方法的使用方法在石油化工行业中，分子模拟方法可以应用于多个方面，包括催化剂设计、反应动力学研究和材料性能预测等。
下面将介绍分子模拟方法在这些方面的具体使用方法。
1. 催化剂设计催化剂在石油化工过程中起着关键作用。
分子模拟方法可以帮助设计新型的催化剂或改进现有催化剂的性能。
通过分子力场模拟，可以研究催化剂表面吸附物分子的构型和动力学行为，从而优化催化剂的结构和活性位点。
此外，量子力学计算可以揭示催化反应的机理，为合成高性能催化剂提供理论指导。
2. 反应动力学研究了解石油化工反应的反应机理和动力学行为对优化生产过程至关重要。
化工中的模拟方法及其应用
化工中的模拟方法及其应用化工中的模拟方法及其应用模拟指的是使用计算机等技术对现实世界中的物理、化学、生物等过程进行数值模拟和仿真。
在化工领域中，模拟方法可以帮助工程师和科学家更好地理解化学反应、传质、质量传递等复杂的过程，从而提高产品研发的效率和安全性。
本文将介绍化工中的模拟方法及其应用。
一、分子动力学模拟方法分子动力学模拟方法（MD）是一种基于牛顿力学的计算方法，它能够模拟物质分子的运动和相互作用，包括分子间力、化学反应、吸附等。
MD方法已被广泛应用于材料科学、生物医学、化学工程等领域。
例如，MD可用于研究聚合物的物理化学性质、纳米材料的形成和反应机理、酶的功能等。
在化工领域中，MD可用于模拟化学反应、传质和吸附等行为。
通过计算分子间作用力和相互作用的速度，可预测化学反应的速率和生成物的数量。
MD还可用于研究膜分离、萃取等传质过程。
例如，可以通过MD研究两种液体之间分子交换的速度和量，从而确定最佳操作条件。
二、计算流体力学模拟方法计算流体力学模拟方法（CFD）基于数值算法，通过对流体流动、传热、传质、反应等过程的模拟来预测和优化工业过程。
CFD已广泛应用于化工工艺设计、设备优化和安全性评估。
例如，CFD可用于研究反应器内的流体流动、反应温度和物料分布等，有助于预测反应器行为和优化反应器结构。
CFD还可用于模拟气体的扩散、火灾爆炸等安全事故，从而确定最佳的安全措施和应急响应。
例如，CFD可用于研究建筑物内火灾蔓延情况，优化疏散路线和安装灭火系统。
三、多相流模拟方法多相流模拟方法是一种在系统中同时考虑多种流体相和相变行为的模拟方法。
它可用于研究气液两相、气固两相、液固两相甚至是三相流动过程。
多相流模拟在化工工业中应用广泛，例如在炼油、化学制品生产和环境保护等方面。
在炼油工业中，多相流模拟可用于模拟管道内的油气混合物、油水混合物等流动情况，从而进行设备优化和安全评估。
在化学制品生产中，多相流模拟可用于研究固体颗粒和气体混合物之间的相互作用，优化物料流动性质和协调设备运转。
分子模拟在化工应用中的若干问题及思考
分子模拟在化工应用中的若干问题及思考分子模拟在化工应用中的若干问题及思考一、引言分子模拟是一种通过计算机模拟分子运动规律和相互作用的方法，是化工领域中重要的研究手段之一。
在化学反应动力学、材料性能预测、催化剂设计等方面都有广泛的应用。
然而，随着化工领域的不断发展，分子模拟在实际应用中面临着一些问题和挑战。
本文将就分子模拟在化工应用中的若干问题进行讨论，并对其进行深入思考。
二、分子模拟的基本原理及方法分子模拟是基于分子动力学和蒙特卡洛方法进行的，通过数值模拟分子的运动规律和相互作用。
分子动力学模拟可以模拟分子在给定条件下的运动轨迹和相互作用，从而解释和预测材料的性能和行为；而蒙特卡洛方法则通过统计机率学的方法，获得分子的最优构象和热力学性质。
这些方法为化工领域提供了重要的理论和技术支持。
三、分子模拟在催化剂设计中的挑战与思考1. 催化剂的活性和选择性在催化剂设计中，分子模拟可以通过模拟催化反应的机理和动力学过程，探索催化剂的活性和选择性。
然而，目前分子模拟在预测催化剂性能上还存在一定的局限性，例如在模拟催化剂表面的动态过程和活性位点的准确性上仍然存在一定挑战。
2. 催化剂的稳定性另外，催化剂的稳定性也是一个重要的问题。
在实际应用中，催化剂的失活问题一直困扰着化工工程师。
分子模拟可以通过模拟催化剂的结构和表面性质，预测其在反应条件下的稳定性和寿命，从而指导实际应用中的催化剂选择和设计。
四、分子模拟在新材料设计中的挑战与思考1. 新材料的性能预测在新材料设计中，分子模拟可以通过模拟材料的结构和相互作用，预测材料的性能和行为。
然而，目前分子模拟在预测材料性能上还存在一定的不确定性和误差，例如在模拟材料的物理和化学性质上存在着一定的挑战。
2. 新材料的可持续性设计另外，新材料的可持续性设计也是一个重要的问题。
随着环保理念的不断提升，新材料的可循环利用和资源高效利用成为了研究的热点。
分子模拟可以通过模拟材料的可持续性设计和性能改进，指导新材料的研发和工程应用。
分子模拟在非常规油气开发中的应用
第38卷第3期2021年6月Vol.38,No.3June2021计算力学学报Chinese JournM of CompuastionQl MechanicsDOI：10.7511棷1x2()21()118()01分子模拟在非常规油气开发中的应用洪祥宇1,徐亨宇1,崔风路1,余昊1,吴一宁2,吴恒安1,王奉超灣2(1.中国科学技术大学近代力学系，合肥230027；2.中国石油大学(华东)石油工程学院油田化学山东省重点实验室，青岛266580)摘要：非常规油气资源储量丰富，具有广阔的开发前景暎我国低渗/特低渗油藏以陆相沉积为主,诸层特征差异性大，孔喉细小，孔隙度低，可动原油气大量储集于亚微米孔隙中，开采难度大，采收率低暎岩油界面微观力学作用和限域传质力学机理是其中的关键科学问题暎近年来，分子模拟技术在非常规油气开采的研究领域已经成为一种重要的研究手段。
本文介绍了分子模拟的基本原理，然后给出了非常规油气藏储层流体和基质的组成及分子模型，并探讨了分子模拟在非常规油气开发中的应用及相关研究进展暎关键词：非常规油气；微纳米力学；分子模拟；分子动力学；第一性原理计算；界面相互作用中图分类号=0313文献标志码：A文章编号：100747(8(2()21)0-031-(81引言随着全球能源需求的日益提高和常规油气资源短缺问题的逐渐突出，非常规油气资源已经成为世界未来能源版图的重要补充。
2018年,全球原油产量为44.5X108t,其中非常规原油占14%；天然气产量为3.97X1012m?，其中非常规天然气占25%［2：o近年来，以美国为代表的北美国家完成了非常规页岩油气革命，引领了全球页岩油气的跨越式发展，深刻改变了世界能源格局。
因此，目前一些非常规油气资源丰富的国家如中国和阿根廷都在加大对非常规油气资源的勘探和开发椲:。
非常规油气资源是指用传统技术无法获得自然工业产量，需用新技术改善储集层渗透率或流体黏度等才能商业化开采的连续分布油气资源，主要包括页岩油气、煤层气、致密油气、油页岩油、油砂油、重油以及天然气水合物等。
石油化工行业中的模拟仿真技术使用教程
石油化工行业中的模拟仿真技术使用教程在石油化工行业中，模拟仿真技术被广泛应用于生产过程的优化、设备设计的改进以及安全性评估等方面。
本文将为您介绍石油化工行业中模拟仿真技术的使用教程，帮助您更好地利用这项技术提升工作效率和质量。
首先，让我们了解一下模拟仿真技术在石油化工行业中的应用领域。
它可以用于优化生产过程，通过建立精确的数学模型，模拟化工生产过程中的各种物理和化学现象，从而提高生产效率和产品质量。
此外，模拟仿真技术还可以用于改进设备设计和选型，通过模拟设备在运行过程中的各种工况，找出可能存在的问题并提出改进方案。
另外，模拟仿真技术还可用于评估生产过程的安全性，通过模拟事故情况，预测潜在风险并制定相应的应对措施。
在进行石油化工模拟仿真之前，我们首先需要收集所需的数据和参数。
这些数据可以包括原料性质、反应动力学参数、设备性能等。
通过准确的数据和参数，可以保证模拟化工过程的真实性和可靠性。
此外，还需要有相关的模型以及计算和建模软件的支持。
常用的模拟仿真软件包括HYSYS、Aspen Plus等，它们可以帮助我们建立模型、进行计算和分析结果。
一旦收集到所需的数据和软件，我们就可以开始进行模拟仿真了。
首先，我们需要建立模型，通过将化工过程抽象成一系列基本的数学方程，利用相关的物理和化学原理，建立起一个系统的数学模型。
在建立模型时，需要根据实际情况考虑各种因素的影响，例如温度、压力、反应速率等。
建立模型后，我们需要进行参数设置，将所收集的数据和参数输入到模型中，并进行合理的假设和近似。
在参数设置完成后，我们可以进行模拟计算了。
通过模拟计算，可以预测化工过程中的各种物理和化学变化，例如温度、压力、浓度等。
通过对这些变化的分析，可以优化工艺参数和操作条件，改进生产过程。
在进行模拟计算时，需要注意选择合适的计算方法和求解器，以保证模拟结果的准确性和可靠性。
在模拟计算完成后，我们需要对结果进行分析和评估。
通过对模拟结果的分析，可以了解到化工过程中可能存在的问题和改进的空间。
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分子模拟技术在炼油领域的应用摘要：分子模拟技术是近些年发展起来的一门新兴计算化学技术。
本文简要介绍了近几年来分子模拟技术在炼油领域的应用，如炼油催化剂的开发、炼制过程反应化学研究以及油品添加剂分子设计等。
分子模拟作为一种能模拟炼油过程细节的有效工具已经在炼油工业各个领域的研究中发挥了重大作用。
关键词：分子模拟技术；炼油领域；催化剂；反应化学；油品添加剂1前言20世纪80年代以来，随着计算机性能的提高以及各种计算化学方法的改进，分子模拟技术日渐成熟，并逐步发展成为人们进行科学研究的一项新的有效的工具。
它借助计算机强大的计算能力和图像显示能力，从原子和分子水平上模拟分子的结构与行为，能够更好地帮助人们从微观角度认识物质的基本特征。
分子模拟技术在炼油领域，如对各炼制过程核心转化规律的认识、渣油团聚物结构研究、油品添加剂分子设计以及分子筛催化剂等方面的应用，可以帮助研究人员更深人地理解所研究的体系，以便选择更合理的研发途径，更快地进行催化剂的改性和开发及改性以及油品添加剂新产品的研制，减少实验工作，推动炼油领域的技术进步。
2分子模拟技术简介分子模拟是以计算机为工具，在原子水平上建立分子模型用以模拟分子的结构与行为，进而模拟分子体系的各种物理化学性质。
具体而言，就是先在计算机屏幕上构建分子模型，包括对所研究对象的原子位置的详细描述和建立分子间相互作用力方程，然后用恰当的统计力学关系对分子的位置和运动情况进行统计平均以求算所需的宏观性质。
分子模拟技术包括量子力学、分子力学、蒙特卡洛和分子动力学等方法。
2.1量子力学方法量子力学[1](QM)认为微观粒子运动服从SchrÊdinger方程，分子或原子处于(稳)定态的SchrÊdinger方程为本征值的方程：Ĥ7=E7。
式中：Ĥ表示Hamilton算符；7表示本征函数，即描述体系状态的波函数；E表示相应的本征值，即体系的总能量。
基于严格地不借助任何经验参数求解SchrÊdinger方程的方法一般称为从头计算方法(firstprinciple methodPab initio)。
对于多原子的大分子，采用从头算需要大量时间以及很高的计算机配置，因此人们对SchrÊdinger方程从波函、Hamilton算符和积分三个层次进行合理的简化以减少计算量，从而得到大量的半经验计算方法[2](如HMO、ZDO、MN－DO、AM1、PM3等)。
原则上量子力学的计算结果可以从本质上阐明分子的构象以及分子间的相互作用。
但是用它进行结构优化时，往往只是局部优化，得到的优化结构与起始构象有关，如果对起始构象考虑不够，往往不能达到能量的最低点。
2.2分子力学方法分子力学[3,4](MM)的基本思想是用经典牛顿力学寻找分子平衡构型和能量。
分子力学的关键是如何准确表达分子力场这一核心概念。
分子力场是原子尺度上的一种势能场，它的基本理论就是分子力场由分子内相互作用和分子间相互作用两大部分构成，分别对应于键伸缩、键角弯曲、扭转运动、耦合相互作用以及van der Waals相互作用和静电相互作用等。
现在有许多广为使用的力场方法：MM1PMMP1、MM2PMMP2、Amber、Tripos、CHARMM、Universial等。
分子力学的计算中不考虑电子运动状态，系统的势能仅仅与体系中原子核的空间坐标相关，分子可以看作是通过具有不同弹性(力常数)的弹簧将各个球(原子)连接起来的球及弹簧体系。
分子力学计算的优点是概念简单、计算速度快，可以处理较大的体系，对处理分子构象、分子热力学性质等的计算已取得了成功，但分子力学不能提供和电子分布相关的性质。
2.3蒙特卡洛法蒙特卡洛法[3,4](MC)的基本模拟过程是在一定系综条件下，将系统内粒子进行随机的位移、转动，或粒子在两相间转移位置。
根据给定的分子位能函数，进行粒子间内能的加和，采用Metropolis取样方法，生成一系列体系的微观粒子随机构型，从而逐渐趋近于平衡时的Boltzmann分布。
它的优点是取样的构型比较恰当，对于低能量的构象取样概率大，能比较简单地解决多维或因素复杂的问题。
但由于MC模拟的粒子位移是虚拟的，不代表粒子的真正运动历程，所以该法不能用于传递性质的模拟。
2.4分子动力学方法分子动力学方法[3,4](MD)的基本模拟过程是在一定系综及已知分子位能函数条件下，从计算分子间作用力着手,求解牛顿运动方程，得到体系中各分子微观状态随时间真正的变化，再将粒子的位置和动量组成的微观状态对时间平均，即可求出体系的压力、能量、粘度等宏观性质以及组成粒子的空间分布等微观结构。
该方法既可计算体系的平衡性质，也可计算体系的各种动力学性质。
分子动力学方法的优点在于它能跨过较大的能垒，在温度T时，每一个自由度可以跨越kT的能垒(温度越高，跨越的能垒越高)。
因此可以通过升温搜索更大的构想空间，尽可能真正找到最低能量构象。
分子动力学方法的缺点是不适用于分子过大的体系，即使是很小的能垒，跨越的时间也要超过模拟时间，得不到真实的结果。
3分子模拟技术在石油化工领域的应用3.1炼油催化剂方面的应用分子模拟技术作为炼油催化剂研究与开发的重要辅助工具，在炼油催化剂领域的各个方面，如分子筛的辅助合成设计、吸附与扩散等方面均得到了广泛的应用，可以为科研工作者节省大量繁琐的探索性实验。
3.1.1催化剂结构的表征利用分子模拟对催化剂进行设计应该是建立在对催化剂表面微观结构的深入了解基础之上的，目前仍然需要使用经验方法来确定催化剂的表面参数，量子化学的从头计算法可以作为有效的辅助方法。
周丹红等[5]用LDA/DFT方法对含Mo的ZSM－5分子筛的结构进行了研究，计算结果表明Mo在分子筛的表面上为C2v对称的四面体配位结构,其IR振动频率计算值与实验值吻合。
Kachurovskaya等[6]对VO x/TiO2催化体系进行一系列的计算，通过模拟不同价态的V离子以及取代不同位置的Ti、V离子，得到相应的簇结构以及八面晶体催化剂中各层的变化信息，发现第二层在装填过程中起决定作用，这一结果对于催化剂的设计具有直接的指导意义。
Paul等[7]研究了加氢催化剂中稳定的MosZ表面产生空位的动力学机理,通过热力学和动力学的计算,能够较好地理解MoS2表面在反应条件下的动力学特征。
在反应条件下，空位的形成和饱和处于一个动态平衡，压力越低，温度越高，越容易形成空位。
较好地阐明了催化剂结构与活性的关系，为研究新型的加氢催化剂提供了理论基础。
3.1.2新型催化剂的辅助设计分子模拟技术是催化剂尤其是分子筛催化剂的辅助设计开发的一种有效工具。
研究人员可通过分子模拟得到催化过程的反应机理，从而确定研发催化剂的思路。
梁晓青等[8]采用密度泛函理论计算方法，对碱金属Li、Na、K、Rb、Cs改性的SAPO－34分子筛的L酸结构进行了理论研究，得出碱金属改性分子筛中Li—O键长最短，从能量上看，Li改性分子筛的稳定性最好。
另外，计算了CO 和NH3在碱金属Li、Na、K、Rb、Cs改性分子筛L酸上的吸附情况，发现Li 改性分子筛的吸附能量最大，对分子筛结构影响最大，L酸酸性最强，其他碱金属改性分子筛的L酸酸性依次减弱。
李金芝等[9]以密度泛函理论（DFT）为基础，对丁烯－1骨架异构单分子机理反应过程模拟研究后发现，丁烯－1很难在新鲜分子筛催化剂的酸性位上通过单分子反应生成异丁烯，而是以分子筛催化剂酸性位上无法化学脱附的正碳离子为新的活性位，进行第2次反应，生成异丁烯。
因为该种反应方式可以使速控步骤的能垒大幅降低，有利于提高异丁烯的选择性。
因此而提出的有效利用第1次反应的吸附物种，引发后续烯烃骨架异构化反应的结论，对新型分子筛催化剂的设计提供了思路。
张宝吉等[10]利用分子力学和分子动力学计算工具计算了Na+的各种水合结构及能量，以此研究水合Na+所起的结构生成剂的作用。
用MC法对各种结构的水合Na+在MFI分子筛微孔结构内的附着行为进行了模拟计算，结果表明，配位数为偶数时水合阳离子的结构较为合理。
这种合理性体现在，当配位数为偶数时，Na+－nH2O体系中金属离子的位置与氧原子的位置呈现对称结构，Na+－4H2O和Na+－6H2O是相对比较合适的结构，在MFI结构分子筛的合成中起模板剂作用的是Na+－4H2O结构。
其计算结果可为研究分子筛合成中其他水合离子的结构生成和结构破坏作用提供借鉴。
3.2反应化学方面研究在炼油领域，石油的转化涉及大量的化学反应，其反应网络复杂，反应路径多变，反应机理多样。
随着分子模拟在炼油反应化学规则方面的应用，从分子水平上进行了深入的认识和发现，大量的反应机理被揭示出来，为炼油技术的研发和改进提供了较大的帮助。
3.2.1炼油反应中的化学反应规律认识炼油过程中的化学反应复杂，种类繁多。
通常，都是依靠实验结果推测炼油中的各种化学反应规律，而借助分子模拟技术，则可以从基元反应入手，从本质上认识反应化学规律。
龙军等[11]利用分子模拟方法，研究了异丁烷－丁烯烷基化反应体系中C4和C8正碳离子可能进行的各类基元反应。
结果表明，对于C4正碳离子而言，2种伯丁基正碳离子的能量明显较高，而仲丁基正碳离子和叔丁基正碳离子的能量分别比伯丁基正碳离子低71.94kJ/mol和125.99kJ/mol；对于C8正碳离子而言，所有的伯正碳离子在结构优化时，均自发地异构成了相应的C8仲正碳离子或叔正碳离子，说明异丁烷－丁烯烷基化反应体系中C4和C8伯正碳离子存在的概率很低，并依据量子化学计算结果，确定了异丁烷－丁烯烷基化反应体系中可能存在的正碳离子中间体，构建了具有较强预测能力的基元反应网络。
鲁玉莹等[12]采用MS QMARE中QM和MM相结合的方法，选用84T的HY 分子筛簇模型，研究了HY分子筛催化C4烷基化反应中异丁烯质子化反应过程。
结果表明，异丁烯首先吸附在分子筛上形成π－络合物，再通过正碳离子的过渡态生成表面烷氧基团；质子化反应的活化能垒比单纯H+进攻异丁烯的能垒高，此研究表明固体酸催化烷基化反应中正碳离子的引发要引入空间效应因素。
康承琳等[13]采用分子模拟方法计算了二甲苯的分子轨道、3种二甲苯与H+之间的相互作用，以及二甲苯异构化过程中2种分子内反应机理的能量路径和过渡态。
结果表明，苯环骨架异构（简称1,3－迁移）的过渡态路径比甲基在苯环上转移（简称1,2－迁移）路径复杂，且1,2－迁移路径过渡态最高能垒值220.5kJ/mol远高于1,2－迁移的过渡态最高能垒85.1kJ/mol。
由此得出甲基在苯环上转移的1,2－迁移为二甲苯分子内异构化反应的主要机理路径，为1,2－迁移和1,2－迁移两种长期争论的分子内机理给出了清晰的证据，更深入地认识了二甲苯异构化反应的本质。