根據(jù)近些年來化石能源行業(yè)等的統(tǒng)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，未來新增原油供應(yīng)也將以重劣質(zhì)油為主。可以看到，原油資源的重質(zhì)化、劣質(zhì)化趨勢已經(jīng)非常明顯。隨著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(shè)備、煉油催化劑、煉油工藝技術(shù)等將會被逐漸淘汰，市場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石油巨頭、研究單位的研究重點(diǎn)，當(dāng)然也成為了市場導(dǎo)向。由此應(yīng)運(yùn)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(guī)石油、非常規(guī)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(rèn)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(rèn)為，懸浮床加氫技術(shù)的開發(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，其在加氫過程中的流變性質(zhì)的研究具有重要意義，建立在反應(yīng)條件下油品的物性模型，對懸浮床加氫工藝未來各種重劣質(zhì)油加氫處理的廣泛適用性以及重劣質(zhì)油加工數(shù)據(jù)庫的建立等都是非常有必要的。然而，對于油品物性數(shù)據(jù)的研究等，有報道的研究內(nèi)容都廣泛集中在相對較低溫度下，主要是驅(qū)油過程的流變性質(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(guī)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(shù)隨溫度變化的規(guī)律變化進(jìn)行總結(jié)，在此基礎(chǔ)上，以求加深對懸浮床加氫反應(yīng)器研發(fā)過程中反應(yīng)過程及模型的搭建的認(rèn)識。

根據(jù)眾多研究者的研究結(jié)果，重油、渣油等油品的黏度、界面張力等物性數(shù)據(jù)，隨著溫度的變化都呈現(xiàn)出一定的變化規(guī)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解釋，在此基礎(chǔ)上對模型進(jìn)行精確的修正或添加變量來完善模型。在多年的研究過程中，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(yīng)器的研發(fā)來說，油品的物性模型需要在與傳統(tǒng)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(tǒng)研究中所涉及基本模型不一定正確的后果。準(zhǔn)確模型的建立任重而道遠(yuǎn)，相關(guān)模型的建立還需要更多實(shí)驗(yàn)、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)系曲線的近似模擬和計算。下面表一為Toledo減壓渣油的基本性質(zhì)如表1。

1黏溫曲線計算近似

油品在較高溫度下的黏溫曲線的獲得方式以儀器直接測得最為準(zhǔn)確，但是，不可避免的是，在較高溫度下油品的揮發(fā)性會造成很嚴(yán)重的誤差及安全問題，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，目前市場上多家儀器生產(chǎn)廠家目前很難達(dá)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(xiàng)技術(shù)的科研院所也是在現(xiàn)有儀器基礎(chǔ)上進(jìn)行相關(guān)的密封性改造已達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模嬖谝欢ǖ呐既恍砸约安痪邆鋸V泛適用性。

考慮到上述因素，本文在根據(jù)現(xiàn)有儀器測得的相對較低溫度條件下的黏溫曲線關(guān)系的基礎(chǔ)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(yīng)模型進(jìn)行較為準(zhǔn)確的理論模型建立的指導(dǎo)。就目前的技術(shù)而言，在缺少直接測量儀器以及相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的情況下，利用模型進(jìn)行計算模擬近似，是最具說服性地技術(shù)手段。圖1為實(shí)驗(yàn)室中實(shí)際測得的在相對較低溫度下Toledo減渣的黏溫曲線。

可以看到，Toledo減壓渣油黏度非常大，在100℃以上才開始有流動性，并開始具備測量條件，受限于測量儀器的物理?xiàng)l件，最終的黏溫曲線結(jié)果的溫度區(qū)間也僅有120～150℃一共30℃的溫度區(qū)間，根據(jù)這一曲線預(yù)測450℃條件下的黏溫曲線關(guān)系，注定誤差較大。

文獻(xiàn)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(yù)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(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、模擬而來。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(yù)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(yīng)用中被認(rèn)為相對較為準(zhǔn)確。Beggs與Robinson（1975）提出的黏溫關(guān)系的模型則能同時預(yù)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(yù)測模型。

綜上而言，Walther提出的一個黏溫關(guān)系公式，被選作為美國材料與試驗(yàn)協(xié)會（American Society for Testing and Materials，ASTM）描述油品黏度與溫度關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)模型，之后該模型被廣泛應(yīng)用，被稱為ASTM模型。

本文亦選取該模型為基礎(chǔ)對Toledo減渣進(jìn)行曲線擬合以及高溫條件下黏溫曲線的預(yù)測。

根據(jù)文獻(xiàn)研究結(jié)果，ASTM模型以及類ASTM模型認(rèn)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(jù)實(shí)際測算，本研究發(fā)現(xiàn)，在利用公式lg lg（μ+0.7）=a+blg T進(jìn)行計算模擬的過程中發(fā)現(xiàn)，該計算模型并不能準(zhǔn)確的擬合Toledo減渣的黏溫曲線，即直接利用ASTM模型會造成較大的誤差。

因此，本研究采用了類ASTM模型，其形式如下：lg lg（kμ）=a+blg T，其本質(zhì)為將曲線的斜率采用數(shù)據(jù)處理后將其曲率降低，最終達(dá)到最大程度的線性化，從而將得到的線性曲線延伸，通過延伸曲線上的線性關(guān)系得到較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)推導(dǎo)結(jié)果。選擇k=10，k=103，k=106幾種條件下，根據(jù)類ASTM模型公式擬合處理后的曲線。

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

另外，因?yàn)槟壳鞍凑蛰^低溫度實(shí)測的曲線是按照目前在較低溫度下的液體組成來測得的，但是，在較高溫度下，液體中的輕組分必然會逸散到反應(yīng)器中的氣相中，這會導(dǎo)致研究物的組成餾分結(jié)果偏變重，這時候按照其較輕組成計算得到的結(jié)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(yīng)更大，所以黏度會更大一些。計算結(jié)果偏低的結(jié)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(xiàn)象，最終也會導(dǎo)致其計算模擬結(jié)果的較大誤差。

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

為了對比計算模擬結(jié)果與實(shí)際測量曲線的吻合度以及準(zhǔn)確度，實(shí)際測得的黏溫曲線與計算所得估測的全溫度段的黏溫曲線，以及標(biāo)記藍(lán)色的目標(biāo)區(qū)間溫度段的曲線，可以看到，估測曲線與實(shí)測曲線在相關(guān)性上較好，但目標(biāo)區(qū)間與實(shí)測區(qū)間距離較遠(yuǎn)，會不可避免的造成一定的誤差，因此，這一結(jié)果對于在工藝操作條件溫度范圍內(nèi)原料渣油的黏度隨溫度變化而變化的趨勢一定的指導(dǎo)意義，擬合所得的黏度結(jié)果，在數(shù)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）