根据近些年来化石能源行业等的统计显示，全球探明石油可采储量中，基本以重质油为主，轻质原油占比逐年下降。另外，未来新增原油供应也将以重劣质油为主。可以看到，原油资源的重质化、劣质化趋势已经非常明显。随着这一趋势的逐渐加剧，目前仅仅适用于较轻质原油的炼油设备、炼油催化剂、炼油工艺技术等将会被逐渐淘汰，市场上对于能够较为灵活的处理不同组成、性质的重劣质油的工艺将成为各个石油巨头、研究单位的研究重点，当然也成为了市场导向。由此应运而生的悬浮床加氢裂化技术，由于其可加工重质劣质常规石油、非常规石油以及高中低温煤焦油等各种劣质原料的特点，被普遍认为是行业发展趋势，因此受到了广泛的重视，研究者普遍认为，悬浮床加氢技术的开发是重油加工技术领域一次技术变革。

重劣质油、煤焦油等作为悬浮床加氢工艺的重要组成原料，其在加氢过程中的流变性质的研究具有重要意义，建立在反应条件下油品的物性模型，对悬浮床加氢工艺未来各种重劣质油加氢处理的广泛适用性以及重劣质油加工数据库的建立等都是非常有必要的。然而，对于油品物性数据的研究等，有报道的研究内容都广泛集中在相对较低温度下，主要是驱油过程的流变性质的研究，而对于较高温度下油品的黏温性质、界面张力变化规律等的研究较少，对于油品的综合理化性质的研究也相对不足。本文将对近年来重油、渣油、煤焦油等重劣质油的黏度、界面张力等重要的物性参数随温度变化的规律变化进行总结，在此基础上，以求加深对悬浮床加氢反应器研发过程中反应过程及模型的搭建的认识。

根据众多研究者的研究结果，重油、渣油等油品的黏度、界面张力等物性数据，随着温度的变化都呈现出一定的变化规律，油品与油品之间虽然存在一定的差异，但是都可以用油品组成的差异来解释，在此基础上对模型进行精确的修正或添加变量来完善模型。在多年的研究过程中，研究者在这其中建立了大量的模型和理论研究成果。

对于悬浮床反应器的研发来说，油品的物性模型需要在与传统研究中更高温度以及更高压力的苛刻条件下建立，这样就造成了传统研究中所涉及基本模型不一定正确的后果。准确模型的建立任重而道远，相关模型的建立还需要更多实验、理论的探索和研究。本文将以极具代表性的Toledo减渣作为样本，进行其在悬浮床加氢工艺条件下的界面张力以及黏温关系曲线的近似模拟和计算。下面表一为Toledo减压渣油的基本性质如表1。

1黏温曲线计算近似

油品在较高温度下的黏温曲线的获得方式以仪器直接测得最为准确，但是，不可避免的是，在较高温度下油品的挥发性会造成很严重的误差及安全问题，因此，仪器在较高温度条件下的密封性成为了仪器的主要加工难点。然而，目前市场上多家仪器生产厂家目前很难达到悬浮床加氢工艺操作条件下（450℃）的黏温关系的直接测定，而拥有此项技术的科研院所也是在现有仪器基础上进行相关的密封性改造已达到实验目的，存在一定的偶然性以及不具备广泛适用性。

考虑到上述因素，本文在根据现有仪器测得的相对较低温度条件下的黏温曲线关系的基础上进行了减压渣油较高温度条件下黏温关系的计算近似，以求对减压渣油反应模型进行较为准确的理论模型建立的指导。就目前的技术而言，在缺少直接测量仪器以及相关行业标准的情况下，利用模型进行计算模拟近似，是最具说服性地技术手段。图1为实验室中实际测得的在相对较低温度下Toledo减渣的黏温曲线。

可以看到，Toledo减压渣油黏度非常大，在100℃以上才开始有流动性，并开始具备测量条件，受限于测量仪器的物理条件，最终的黏温曲线结果的温度区间也仅有120～150℃一共30℃的温度区间，根据这一曲线预测450℃条件下的黏温曲线关系，注定误差较大。

文献中已经报道了很多有关油品黏度与温度关联关系预测模型的研究，这些模型通常是由实际测得的油品黏度数据关联、模拟而来。Walther（1931），Beal（1946），Carr（1954），Chew与Connally（1959），Standing（1962）以及Lohrenz（1964）等研究者以温度、压力、外界气体组成等参考变量建立了各自的关于油品的黏温关系模型。在预测重油（dead-oil）黏温关系的模型中，Beal（1946）的模型在工业实际应用中被认为相对较为准确。Beggs与Robinson（1975）提出的黏温关系的模型则能同时预测重油与饱和油。Chew与Connally（1959）、Ely与Hanley（1981）、Pedersen（1984）等研究者则分别就某些特定的油品建立了比较精确的预测模型。

综上而言，Walther提出的一个黏温关系公式，被选作为美国材料与试验协会（American Society for Testing and Materials，ASTM）描述油品黏度与温度关系的标准模型，之后该模型被广泛应用，被称为ASTM模型。

本文亦选取该模型为基础对Toledo减渣进行曲线拟合以及高温条件下黏温曲线的预测。

根据文献研究结果，ASTM模型以及类ASTM模型认为油品的黏度与温度有如下关系：

lg lg（μ+0.7）=a+blg T

根据实际测算，本研究发现，在利用公式lg lg（μ+0.7）=a+blg T进行计算模拟的过程中发现，该计算模型并不能准确的拟合Toledo减渣的黏温曲线，即直接利用ASTM模型会造成较大的误差。

因此，本研究采用了类ASTM模型，其形式如下：lg lg（kμ）=a+blg T，其本质为将曲线的斜率采用数据处理后将其曲率降低，最终达到最大程度的线性化，从而将得到的线性曲线延伸，通过延伸曲线上的线性关系得到较为准确的数据推导结果。选择k=10，k=103，k=106几种条件下，根据类ASTM模型公式拟合处理后的曲线。

可以看到，k=10处理后的函数关系图依然有明显的曲率，其相对延伸线显示出较大的相对误差，而对于k=103以及k=106，其线性关系则相对较好。

另外，因为目前按照较低温度实测的曲线是按照目前在较低温度下的液体组成来测得的，但是，在较高温度下，液体中的轻组分必然会逸散到反应器中的气相中，这会导致研究物的组成馏分结果偏变重，这时候按照其较轻组成计算得到的结果必然偏轻。再者，轻组分的逸出与操作压力有关，所以较低操作压力下，轻组分逸出速率应更大，所以黏度会更大一些。计算结果偏低的结论不变。另外，也可以看到，对于油品在操作条件下组成的变化性质的现象，最终也会导致其计算模拟结果的较大误差。

基于以上分析，本文采用了两种k值的结果，结果表明，当k=10时，线性拟合效果较差，当k≥1 000时线性拟合效果较好，并且，当k值无限大的时候，结果相差不大，因此，选取k=1 000以及k=106为两条线性集合区间，作为范围，可以看到，二者对于最终目标温度区间内部黏温关系的计算结果，在数量级上有较高的一致性，但在相对大小上，可能存在数倍的差距。

为了对比计算模拟结果与实际测量曲线的吻合度以及准确度，实际测得的黏温曲线与计算所得估测的全温度段的黏温曲线，以及标记蓝色的目标区间温度段的曲线，可以看到，估测曲线与实测曲线在相关性上较好，但目标区间与实测区间距离较远，会不可避免的造成一定的误差，因此，这一结果对于在工艺操作条件温度范围内原料渣油的黏度随温度变化而变化的趋势一定的指导意义，拟合所得的黏度结果，在数量级上有较高的可信度，而其具体大小则仅做参考。

悬浮床加氢工艺条件下界面张力、油品黏度模拟近似计算（一）

悬浮床加氢工艺条件下界面张力、油品黏度模拟近似计算（二）