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随着常规石油资源的日益衰竭和环保法规的日益严格，渣油加氢处理将成为炼油工业最具发展潜力的重质油加工工艺和技术之一。研究表明，重油分子在工业渣油加氢处理催化剂孔道中的扩散受到较大的阻力。但目前，对催化剂的活性组分和孔结构的研究较多，对重油分子在多孔材料孔道中扩散的基础研究相对薄弱。本论文应用超临界流体萃取分馏(SFEF)技术将大港减渣、加拿大Athabasca油砂沥青减压塔底油和哈萨克斯坦减渣等三种渣油分离成多个窄馏分，并运用四组分分离法将窄馏分进一步分成饱和分、芳香分和胶质。然后利用隔膜池和固定床高压加氢微反装置系统考察了渣油及其馏分通过聚碳酸酯膜孔和加氢处理催化剂孔道的扩散规律，获得了渣油分子在孔道中扩散受阻的定量关系，得出了扩散对渣油窄馏分加氢脱硫反应的影响程度，并考察了温度、浓度和分子结构等对渣油分子扩散行为的影响。 在自建的隔膜池实验装置上，测定了大港减渣和加拿大减渣SFEF馏分通过1000nm膜孔的自由扩散系数分布，并得到各馏分的平均自由扩散系数，然后计算得出渣油馏分的分子尺寸分布和平均尺寸，从而关联得出渣油窄馏分平均尺寸和平均分子量的定量关系。实验还考察了这两种渣油全馏分通过1000nm膜孔的自由扩散系数，得出了全馏分的尺寸分布和平均尺寸，并同它们SFEF馏分的尺寸进行了对比分析。结果表明，渣油馏分呈现较小的多分散性，而全馏分的多分散程度较大。 在非反应条件下，利用隔膜池法系统考察了渣油SFEF馏分通过四种聚碳酸酯膜(额定孔径分别为15、50、80和1000nm)孔的扩散系数，并计算得出渣油馏分在膜孔中的受阻扩散因子，构建出非反应条件下渣油窄馏分扩散受阻的关联模型。进一步考察了同一窄馏分中不同亚组分的扩散行为，并通过对比分析不同渣油中分子量相近的窄馏分的扩散行为，探讨了分子结构对渣油窄馏分扩散行为的影响。最后，考察了浓度和温度对渣油窄馏分扩散行为的影响，得出窄馏分在不同膜孔中扩散的活化能，并获得了渣油分子的聚集信息。 在固定床高压加氢微反装置上，对加拿大Athabasca油砂沥青减压塔底油的4个SFEF窄馏分进行了加氢脱硫反应，并建立窄馏分加氢脱硫反应动力学模型，测定出渣油窄馏分在工业加氢处理催化剂孔道中的扩散系数和有效因子，将有效扩散系数与预测的自由扩散系数进行对比分析，得到了渣油窄馏分在催化剂孔道中的受阻扩散因子，建立出反应条件下窄馏分扩散受阻的关联模型，并同非反应条件下的实验结果进行了对比分析。 隔膜池法和反应动力学法的研究结果表明，在本论文的非反应和反应条件范围内，渣油分子在孔径小于80nm的多孔材料孔道中的扩散传质均受到一定程度的阻碍。阻力大小随着馏分变重和孔径的降低而逐渐增大。分子尺寸和孔道尺寸是渣油分子受阻扩散的两个主要因素。尽管两种实验中实验条件和多孔材料差别较大，但渣油窄馏分在15nm膜孔和约18nm催化剂孔道中的受阻程度接近，表明内扩散阻力的影响占有主导地位。亚组分的扩散表明，分子结构对渣油分子的扩散具有一定的影响。温度升高导致渣油窄馏分的扩散系数明显增大，但对渣油分子的扩散受阻影响较小，而且反应条件下温度升高反而加剧了内扩散对反应的影响。在不发生分子聚集的条件下，浓度变化对窄馏分的扩散基本没有影响。