分子炼油是一种将油品加工过程由粗犷转为精细化的方法,面对原油的日益重质化、劣质化,分子炼油是实现炼厂炼油技术突破的一个重要途径。通过对油品在分子层次上的表征,实现在微观层次上对油品的认知,将得到的油品的分子组成应用于炼油过程的模拟,对炼油过程进行精细化调控,实现炼油过程中的“宜烯则烯,宜芳则芳”的理念。本文以柴油加氢过程为研究对象,基于分子炼油理念对柴油加氢过程进行模拟与优化,在柴油馏分分子层次表征基础上,以柴油的表征结果模拟加氢反应过程,并通过操作参数的灵敏度分析及操作参数的多目标优化得出加氢过程的优化策略。本文以三种中间馏分油为研究对象,使用分子同系物矩阵（MTHS）方法表征其分子组成。通过对馏分油组成沸点性质的分析,确定分子矩阵的规格,使用Aspen Plus将馏分油划分为相同温度区间的虚拟组分,通过性质的估算确定每个矩阵单元的物理性质,设分子矩阵计算的性质与实测性质的差值为目标函数,通过将目标函数最小化确定馏分油的分子组成。通过两种来源的性质对比,验证了分子矩阵在组成和分子类型分布上与实际的分布基本符合,同样也验证了MTHS方法的准确性。为了完善矩阵规模并更加全面的表征馏分油的组成,本文首次将含氮化合物的表征加入到分子同源系列矩阵中,首先对柴油组分中的含氮化合物的类型及分布进行探究;其次从文献、数据库及CG法估算含氮化合物的沸点及密度,并回归其与碳数的关联式系数,从而验证估算的准确性,以沸点和密度为基础估算其它的矩阵单元相关性质;最后以馏分油为例进行含氮化合物的表征,得到的分子组成的含氮化合物的含量与实际的含量相差1ppm。以柴油加氢过程为研究对象,分别建立了柴油加氢加氢脱硫、加氢脱芳、加氢脱氮、加氢开环及烷烃裂化的反应网络,建立了滴流床加氢反应器模型,并以中试装置为例模拟了加氢反应过程,对反应器中不同位置上的各组分及温度压力的分布进行了研究。对反应温度、反应压力、液时空速和氢油比四个操作参数进行了灵敏度分析,对柴油加氢的中试装置进行了多目标优化,并以灵敏度分析与多目标优化的结果为依据讨论了柴油加氢过程的优化策略。