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，當然也成為了市場導(dǎo)向。由此應(yīng)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(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，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。然而，目前市場上多家儀器生產(chǎn)廠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(xiàn)有儀器基礎(chǔ)上進行相關(guān)的密封性改造已達到實驗?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)模型進行較為準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)標準的情況下，利用模型進行計算模擬近似，是最具說服性地技術(shù)手段。圖1為實驗室中實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條件，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)實際應(yīng)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協(xié)會（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(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)文獻研究結(jié)果，ASTM模型以及類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(jù)實際測算，本研究發(fā)現(xiàn)，在利用公式lg lg（μ+0.7）=a+blg T進行計算模擬的過程中發(fā)現(xiàn)，該計算模型并不能準確的擬合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，因為目前按照較低溫度實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k=10時，線性擬合效果較差，當k≥1 000時線性擬合效果較好，并且，當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)果與實際測量曲線的吻合度以及準確度，實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，以及標記藍色的目標區(qū)間溫度段的曲線，可以看到，估測曲線與實測曲線在相關(guān)性上較好，但目標區(qū)間與實測區(qū)間距離較遠，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）