[發(fā)明專利]一種分子電子能量計(jì)算方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810977922.6
• 申請日: 2018-08-27
• 公開（公告）號: CN110867218B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王闊;黃玉洪;馬蕊英;柳偉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司大連石油化工研究院
• 主分類號: G16C20/10
• 分類號: G16C20/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供一種分子電子能量計(jì)算方法及系統(tǒng)，所述方法包括：根據(jù)待計(jì)算的分子體系的原子軌道截?cái)喟霃接?jì)算全部電子軌道的二元編號序組A和四元編號序組B，對二元編號序組A和四元編號序組B進(jìn)行縮減，得到二元編號序組A1和四元編號序組B1；對四元編號序組B1進(jìn)行縮減，得四元編號序組B2。該方法和系統(tǒng)可以大幅度減少整個計(jì)算過程的時間開銷，同時也能在相同的計(jì)算時間內(nèi)完成對更大尺度分子的電子能量信息的計(jì)算評估。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及餾份油加氫催化劑研究技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種分子電子能量計(jì)算方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

石油化工的重要任務(wù)之一是通過加氫反應(yīng)將低品質(zhì)、高雜質(zhì)含量高干點(diǎn)的大分子的原油或其它預(yù)處理餾份油進(jìn)行加工，以生成高品質(zhì)、低雜質(zhì)含量、高附加值的各類餾份油產(chǎn)品及下游石油化工產(chǎn)品的原料。僅就油品加工所涉及的催化過程而言，該過程是在化學(xué)反應(yīng)過程中借助催化劑，對化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行選擇、調(diào)控的化學(xué)過程。

在研究過程中可將催化劑作為一個“贗分子”，根據(jù)“前線軌道理論”，反應(yīng)物分子跟這個“贗分子”的相互作用(成鍵或弱相互作用)要遵循軌道的“對稱性匹配”和“能量匹配”法則。這種成鍵的強(qiáng)弱決定于反應(yīng)物分子相關(guān)軌道與代表催化劑的“贗分子”軌道的能量匹配程度。因此，催化劑設(shè)計(jì)最本質(zhì)的基礎(chǔ)和依據(jù)是有針對性的基于反應(yīng)物分子的“前線軌道”能量分布，調(diào)變相關(guān)代表催化劑的“贗分子”的前線軌道能量分布以便實(shí)現(xiàn)催化劑體系與反應(yīng)物體系的“能量匹配”。因此反應(yīng)物前線軌道能量對于催化劑的設(shè)計(jì)具有深刻的指導(dǎo)意義。

對于反應(yīng)物和催化劑體系“前線軌道能量”計(jì)算的最有效方法就是量子化學(xué)計(jì)算方法。在量子化學(xué)計(jì)算的諸多方法中，從頭算方法是最精確而嚴(yán)格的，除了涉及到原子種類的信息，它不需要任何實(shí)驗(yàn)參數(shù)的輸入。該方法理論上對包括反應(yīng)物分子及催化劑體系的化學(xué)團(tuán)簇系統(tǒng)的前線軌道能量計(jì)算均有對應(yīng)的算法支撐。

不幸的是，該類算法在實(shí)際計(jì)算過程中的積分計(jì)算及FOCK矩陣對角化兩個過程計(jì)算量十分巨大。僅就在實(shí)際計(jì)算過程中涉及的積分計(jì)算而言，一般該類計(jì)算包含體系的電子交互積分計(jì)算、電子動能積分計(jì)算和電子核吸引積分計(jì)算，以上三類積分的計(jì)算開銷均(二元及三元序組數(shù)量)與計(jì)算過程中所采用基組函數(shù)數(shù)量的平方成正比；而在計(jì)算過程中涉及的電子互斥積分的計(jì)算開銷(四元序組數(shù)量)則與計(jì)算過程中所采用基組函數(shù)數(shù)量的四次方成正比。

因此，化學(xué)團(tuán)簇體系的計(jì)算開銷與計(jì)算體系規(guī)模(主要指計(jì)算體系電子數(shù)量) 的關(guān)系嚴(yán)重限制了該方法對于大尺度化學(xué)團(tuán)簇前線軌道信息的描述和分析！石油化學(xué)的研究結(jié)果表明一般原料油餾分餾出溫度越高其對應(yīng)的烴類分子分子量也越大，也即油品烴分子包含的碳?xì)湓訑?shù)越多，通過實(shí)驗(yàn)估算大于500℃的餾分油其對應(yīng)的烴分子中碳原子數(shù)目一般不小于35個。隨著原料油品重質(zhì)化程度的不斷增加，煉油過程催化反應(yīng)所需處理的烴及其衍生物分子的尺度規(guī)模也不斷增加。這些特點(diǎn)更增加了對于相應(yīng)烴及其衍生物分子能量計(jì)算的復(fù)雜性。大分子烴及其衍生物分子能量計(jì)算對相關(guān)催化劑的設(shè)計(jì)雖然具有至關(guān)重要的意義，但現(xiàn)有理論及計(jì)算對于大分子烴及其衍生物分子能量的計(jì)算確受到了很大的限制。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種分子電子能量計(jì)算方法及系統(tǒng)。

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種分子電子能量計(jì)算方法，所述方法包括：

對待計(jì)算的分子體系所涉及的全部電子軌道進(jìn)行編號，并根據(jù)所述分子體系的原子軌道截?cái)喟霃接?jì)算所述全部電子軌道的二元編號序組A和四元編號序組B；

按照預(yù)設(shè)算法分別對所述二元編號序組A和所述四元編號序組B進(jìn)行縮減，得到縮減后的二元編號序組A1和縮減后的四元編號序組B1；

根據(jù)所述分子體系的空間對稱信息，對所述四元編號序組B1進(jìn)行縮減，得到縮減后的四元編號序組B2；