根據近些年來(lái)化石能源行業(yè)等的統計顯示，全球探明石油可采儲量中，基本以重質(zhì)油為主，輕質(zhì)原油占比逐年下降。另外，未來(lái)新增原油供應也將以重劣質(zhì)油為主?？梢钥吹?，原油資源的重質(zhì)化、劣質(zhì)化趨勢已經(jīng)非常明顯。隨著(zhù)這一趨勢的逐漸加劇，目前僅僅適用于較輕質(zhì)原油的煉油設備、煉油催化劑、煉油工藝技術(shù)等將會(huì )被逐漸淘汰，市場(chǎng)上對于能夠較為靈活的處理不同組成、性質(zhì)的重劣質(zhì)油的工藝將成為各個(gè)石油巨頭、研究單位的研究重點(diǎn)，當然也成為了市場(chǎng)導向。由此應運而生的懸浮床加氫裂化技術(shù)，由于其可加工重質(zhì)劣質(zhì)常規石油、非常規石油以及高中低溫煤焦油等各種劣質(zhì)原料的特點(diǎn)，被普遍認為是行業(yè)發(fā)展趨勢，因此受到了廣泛的重視，研究者普遍認為，懸浮床加氫技術(shù)的開(kāi)發(fā)是重油加工技術(shù)領(lǐng)域一次技術(shù)變革。

重劣質(zhì)油、煤焦油等作為懸浮床加氫工藝的重要組成原料，其在加氫過(guò)程中的流變性質(zhì)的研究具有重要意義，建立在反應條件下油品的物性模型，對懸浮床加氫工藝未來(lái)各種重劣質(zhì)油加氫處理的廣泛適用性以及重劣質(zhì)油加工數據庫的建立等都是非常有必要的。然而，對于油品物性數據的研究等，有報道的研究?jì)热荻紡V泛集中在相對較低溫度下，主要是驅油過(guò)程的流變性質(zhì)的研究，而對于較高溫度下油品的黏溫性質(zhì)、界面張力變化規律等的研究較少，對于油品的綜合理化性質(zhì)的研究也相對不足。本文將對近年來(lái)重油、渣油、煤焦油等重劣質(zhì)油的黏度、界面張力等重要的物性參數隨溫度變化的規律變化進(jìn)行總結，在此基礎上，以求加深對懸浮床加氫反應器研發(fā)過(guò)程中反應過(guò)程及模型的搭建的認識。

根據眾多研究者的研究結果，重油、渣油等油品的黏度、界面張力等物性數據，隨著(zhù)溫度的變化都呈現出一定的變化規律，油品與油品之間雖然存在一定的差異，但是都可以用油品組成的差異來(lái)解釋?zhuān)诖嘶A上對模型進(jìn)行精確的修正或添加變量來(lái)完善模型。在多年的研究過(guò)程中，研究者在這其中建立了大量的模型和理論研究成果。

對于懸浮床反應器的研發(fā)來(lái)說(shuō)，油品的物性模型需要在與傳統研究中更高溫度以及更高壓力的苛刻條件下建立，這樣就造成了傳統研究中所涉及基本模型不一定正確的后果。準確模型的建立任重而道遠，相關(guān)模型的建立還需要更多實(shí)驗、理論的探索和研究。本文將以極具代表性的Toledo減渣作為樣本，進(jìn)行其在懸浮床加氫工藝條件下的界面張力以及黏溫關(guān)系曲線(xiàn)的近似模擬和計算。下面表一為T(mén)oledo減壓渣油的基本性質(zhì)如表1。

1黏溫曲線(xiàn)計算近似

油品在較高溫度下的黏溫曲線(xiàn)的獲得方式以?xún)x器直接測得最為準確，但是，不可避免的是，在較高溫度下油品的揮發(fā)性會(huì )造成很?chē)乐氐恼`差及安全問(wèn)題，因此，儀器在較高溫度條件下的密封性成為了儀器的主要加工難點(diǎn)。然而，目前市場(chǎng)上多家儀器生產(chǎn)廠(chǎng)家目前很難達到懸浮床加氫工藝操作條件下（450℃）的黏溫關(guān)系的直接測定，而擁有此項技術(shù)的科研院所也是在現有儀器基礎上進(jìn)行相關(guān)的密封性改造已達到實(shí)驗目的，存在一定的偶然性以及不具備廣泛適用性。

考慮到上述因素，本文在根據現有儀器測得的相對較低溫度條件下的黏溫曲線(xiàn)關(guān)系的基礎上進(jìn)行了減壓渣油較高溫度條件下黏溫關(guān)系的計算近似，以求對減壓渣油反應模型進(jìn)行較為準確的理論模型建立的指導。就目前的技術(shù)而言，在缺少直接測量?jì)x器以及相關(guān)行業(yè)標準的情況下，利用模型進(jìn)行計算模擬近似，是最具說(shuō)服性地技術(shù)手段。圖1為實(shí)驗室中實(shí)際測得的在相對較低溫度下Toledo減渣的黏溫曲線(xiàn)。

可以看到，Toledo減壓渣油黏度非常大，在100℃以上才開(kāi)始有流動(dòng)性，并開(kāi)始具備測量條件，受限于測量?jì)x器的物理條件，最終的黏溫曲線(xiàn)結果的溫度區間也僅有120～150℃一共30℃的溫度區間，根據這一曲線(xiàn)預測450℃條件下的黏溫曲線(xiàn)關(guān)系，注定誤差較大。

文獻中已經(jīng)報道了很多有關(guān)油品黏度與溫度關(guān)聯(lián)關(guān)系預測模型的研究，這些模型通常是由實(shí)際測得的油品黏度數據關(guān)聯(lián)、模擬而來(lái)。Walther（1931），Beal（1946），Carr（1954），Chew與Connally（1959），Standing（1962）以及Lohrenz（1964）等研究者以溫度、壓力、外界氣體組成等參考變量建立了各自的關(guān)于油品的黏溫關(guān)系模型。在預測重油（dead-oil）黏溫關(guān)系的模型中，Beal（1946）的模型在工業(yè)實(shí)際應用中被認為相對較為準確。Beggs與Robinson（1975）提出的黏溫關(guān)系的模型則能同時(shí)預測重油與飽和油。Chew與Connally（1959）、Ely與Hanley（1981）、Pedersen（1984）等研究者則分別就某些特定的油品建立了比較精確的預測模型。

綜上而言，Walther提出的一個(gè)黏溫關(guān)系公式，被選作為美國材料與試驗協(xié)會(huì )（American Society for Testing and Materials，ASTM）描述油品黏度與溫度關(guān)系的標準模型，之后該模型被廣泛應用，被稱(chēng)為ASTM模型。

本文亦選取該模型為基礎對Toledo減渣進(jìn)行曲線(xiàn)擬合以及高溫條件下黏溫曲線(xiàn)的預測。

根據文獻研究結果，ASTM模型以及類(lèi)ASTM模型認為油品的黏度與溫度有如下關(guān)系：

lg lg（μ+0.7）=a+blg T

根據實(shí)際測算，本研究發(fā)現，在利用公式lg lg（μ+0.7）=a+blg T進(jìn)行計算模擬的過(guò)程中發(fā)現，該計算模型并不能準確的擬合Toledo減渣的黏溫曲線(xiàn)，即直接利用ASTM模型會(huì )造成較大的誤差。

因此，本研究采用了類(lèi)ASTM模型，其形式如下：lg lg（kμ）=a+blg T，其本質(zhì)為將曲線(xiàn)的斜率采用數據處理后將其曲率降低，最終達到最大程度的線(xiàn)性化，從而將得到的線(xiàn)性曲線(xiàn)延伸，通過(guò)延伸曲線(xiàn)上的線(xiàn)性關(guān)系得到較為準確的數據推導結果。選擇k=10，k=103，k=106幾種條件下，根據類(lèi)ASTM模型公式擬合處理后的曲線(xiàn)。

可以看到，k=10處理后的函數關(guān)系圖依然有明顯的曲率，其相對延伸線(xiàn)顯示出較大的相對誤差，而對于k=103以及k=106，其線(xiàn)性關(guān)系則相對較好。

另外，因為目前按照較低溫度實(shí)測的曲線(xiàn)是按照目前在較低溫度下的液體組成來(lái)測得的，但是，在較高溫度下，液體中的輕組分必然會(huì )逸散到反應器中的氣相中，這會(huì )導致研究物的組成餾分結果偏變重，這時(shí)候按照其較輕組成計算得到的結果必然偏輕。再者，輕組分的逸出與操作壓力有關(guān)，所以較低操作壓力下，輕組分逸出速率應更大，所以黏度會(huì )更大一些。計算結果偏低的結論不變。另外，也可以看到，對于油品在操作條件下組成的變化性質(zhì)的現象，最終也會(huì )導致其計算模擬結果的較大誤差。

基于以上分析，本文采用了兩種k值的結果，結果表明，當k=10時(shí)，線(xiàn)性擬合效果較差，當k≥1 000時(shí)線(xiàn)性擬合效果較好，并且，當k值無(wú)限大的時(shí)候，結果相差不大，因此，選取k=1 000以及k=106為兩條線(xiàn)性集合區間，作為范圍，可以看到，二者對于最終目標溫度區間內部黏溫關(guān)系的計算結果，在數量級上有較高的一致性，但在相對大小上，可能存在數倍的差距。

為了對比計算模擬結果與實(shí)際測量曲線(xiàn)的吻合度以及準確度，實(shí)際測得的黏溫曲線(xiàn)與計算所得估測的全溫度段的黏溫曲線(xiàn)，以及標記藍色的目標區間溫度段的曲線(xiàn)，可以看到，估測曲線(xiàn)與實(shí)測曲線(xiàn)在相關(guān)性上較好，但目標區間與實(shí)測區間距離較遠，會(huì )不可避免的造成一定的誤差，因此，這一結果對于在工藝操作條件溫度范圍內原料渣油的黏度隨溫度變化而變化的趨勢一定的指導意義，擬合所得的黏度結果，在數量級上有較高的可信度，而其具體大小則僅做參考。

懸浮床加氫工藝條件下界面張力、油品黏度模擬近似計算（一）

懸浮床加氫工藝條件下界面張力、油品黏度模擬近似計算（二）