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在重油的非均相催化反应中,由于重油分子尺寸与催化剂孔径相近,导致重油分子通过催化剂孔道的扩散存在显著的阻力,降低了分子与催化剂活性位的可接近性,从而影响了重油的高效转化。本论文采用孔分布集中的工业加氢脱硫催化剂,在固定床高压加氢微反装置中对加拿大Athabasca Bitumen VTB超临界流体萃取分馏(SCFE)窄馏分的加氢脱硫反应进行了考察,利用不同宏观尺寸的窄馏分分子,通过动力学手段研究了加氢脱硫反应过程重油分子的扩散行为。 研究结果表明,反应条件下重油分子的受阻扩散受到分子宏观尺寸和构型、催化剂平均孔径、分子聚集状态和操作条件等多种因素的共同影响。其中,分子宏观尺寸与催化剂平均孔径是决定扩散受阻程度的最根本因素。操作条件中,温度对扩散阻力的影响最大。重油分子在溶液浓度较高时易发生团聚,从而阻碍了扩散的进行。分子构型也是影响扩散速率的因素之一,在相同操作条件下,同一窄馏分中饱和分的扩散速率最快,芳香分次之,胶质最慢,显示较大的扩散阻力。 在考察各窄馏分加氢脱硫反应规律的基础上,建立了受内扩散控制的拟一级反应动力学模型及描述扩散阻力的重要参数——催化剂有效因子η和分子有效扩散系数De的计算方法,求取了不同反应体系和操作条件下的η和De,讨论了影响两个参数的因素。研究表明,η同时受到反应和扩散的双重影响,而De则只与扩散行为有关。 讨论了受阻扩散因子F(λ)的意义及关联方法。F(λ)是有效扩散系数和自由扩散系数的比值,是表征扩散过程受阻程度大小的重要函数。针对本研究体系提出了F(λ)的表达式并计算了式中参数,结果表明,此F(λ)关联式与文献中相似体系和操作条件下的关联式较为吻合。最后提出了一种间接计算催化剂弯曲因子的方法。