加氢技术是实现能源高效利用的有效方式之一,其在渣油加工方面的利用日益受到重视。通过物理方法改善渣油品质可提高渣油加氢的转化率,本文以四种减压渣油为原料,分析了超声波处理对渣油结构参数和基本物性的影响,考察了超声波处理对减压渣油加氢反应效果的影响,探索了超声波处理减压渣油加氢反应的最优处理条件,计算得出了超声波处理对沥青质结构的影响,通过分子模拟技术确定了两种沥青质在四种不同条件下的结构模型。超声波处理改变了减压渣油的基本物性,经超声处理后,减压渣油的平均相对分子质量减小,粘度降低,密度均基本不变,残炭值增加;超声波处理后,减压渣油的饱和分、芳香分和沥青质含量减小,胶质的含量增加,胶质和沥青质的总含量增加;减压渣油结构参数的变化体现了超声处理对渣油结构的影响,超声波处理后,减压渣油的平均分子总碳数CTot al、芳环上的碳数CA、总环数RT、芳环数RA、环烷环数RN减小,重油特征化参数KH增大;沥青质含量越高,经超声波处理后减压渣油的平均相对分子质量和粘度的减小幅度越大,残炭值增加幅度越大,胶质增加越多,饱和分百分含量减少量越少,芳香分百分含量减少越大。超声波处理通过改变SARA族组分的含量和分布状态实现对减压渣油胶体稳定性的改善,使减压渣油胶体稳定性增加。论文提出了减压渣油加氢的虹吸作用模型,成功解释了超声波处理改善减压渣油加氢效果的原因。超声波处理减压渣油加氢后焦炭和>500℃残渣油收率降低,气体、汽油、柴油和VGO收率均提高,杂原子和金属的脱除效果也得到改善,超声波处理对硫原子、金属镍和钒的脱除率的提高影响较为显著。超声波处理后加氢残渣油的饱和分和沥青质含量均增加,芳香分和胶质的含量均减小,使得渣油胶体稳定性参数CSP更小,残渣油的胶体稳定性变差。超声波处理条件的变化影响减压渣油加氢反应的效果,以减压渣油粘度及其加氢反应后轻油产率、气体产率、焦炭差率为指标时,正交试验分析所得最优超声波处理条件相差较大;加氢过程中轻油是最希望得到的产品,因此,综合考虑到工业需求、经济效益等各方面效果,超声波处理的最佳条件是超声时间为50min,超声功率为450W,超声温度为70℃,此时的影响显著性大小为超声功率>超声时间>超声温度。沥青质是渣油加氢过程中催化剂结焦失活的主要原因。超声波处理降低了沥青质的单元薄片缔合数,使部分环烷烃发生开环反应,支化度增大,沥青质的平均相对分子质量和结构参数中的RT、RA、RN、CA、σ和Dy均减小,沥青质中氢原子类型的含量也发生变化。沥青质结构的变化使加氢反应后残渣油沥青质单元分子变小,分子的复杂性相对降低,但由于缔合数的大幅增加,使得沥青质整体结构的复杂性增大,甚至出现缔合数为7-11个的沥青质分子。通过红外分析,确定了胜利减压渣油沥青质中氧元素均以羟基形式存在,而沙特轻质减压渣油沥青质中氧元素均以羰基形式存在,利用ChemBio Draw Ultra 2012软件模拟出的沥青质单元分子结构模型,其结构参数、单元分子式与计算数值相差无几,模拟结果合理可靠。模型形象地体现了超声波处理对加氢反应前后沥青质单元分子结构的影响,在分子水平上解释了超声波处理对沥青质结构组成的影响。