反应动力学模型对石油加工工艺的开发和优化至关重要。分子尺度反应动力学模型具有能预测产物详细组成及常见宏观性质的优点,对炼厂的精细化管理提供了更有效的技术路线。基于石油分子管理的概念,本文提出了基于分子尺度的反应动力学模型构建方法,并将其运用到油浆加氢处理和催化裂化的反应过程的建模中。本文基于结构单元-键电矩阵混合框架方法,研究适用于重油的路径层面分子尺度反应动力学模型的建模方法,提出了反应规则的编写方法和化学反应自动生成算法,并成功实现了计算机辅助复杂分子反应网络生成及其可视化。本文进一步实现了反应网络至反应速率表达式的转换,自动构建了基于阿伦尼乌斯方程或LHHW模型方程的反应速率方程组,可应用于均相及非均相反应过程的数学模型构建。为降低模型求解复杂度,本文还引入线性自由能关系和结构反应关联式来减少待求解参数,以减少待求解参数的数目。在完成方法整合的基础上,本文以委内瑞拉减压渣油热反应过程为对象,建立了其分子尺度反应动力学模型,验证方法的可行性。模型构建方法确立之后,对油浆加氢处理和重油催化裂化过程分别建立了分子尺度反应动力学模型。根据反应机理分别建立了24条加氢处理的和23条催化裂化的反应规则,生成复杂分子反应网络及对应微观反应动力学速率方程组,并将反应器数学模型与分子尺度反应动力学模型进行了耦合。对于油浆加氢处理过程,建立了包含气液相平衡的滴流床反应器模型,耦合反应动力学模型与相平衡模型,模拟了气液固三相传质及催化剂表面反应过程,建立的模型准确计算了产物收率,并获得了关键物质在反应中的转化规律。对于催化裂化过程,建立了耦合催化裂化反应器数学模型的分子尺度反应动力学模型,并使用实验数据准确拟合了动力学参数,使用模型预测了反应器中各馏分的收率及汽油产物的关键宏观性质并考察了反应温度对各馏分收率的影响。油浆加氢处理反应模型和重油催化裂化反应模型的建立证明了本文提出的分子尺度反应动力学模型的构建方法可以实现对石油加工非均相催化体系的准确模拟,为分子尺度反应过程模型开发提供理论指导。