委内瑞拉重油是当今世界上最难加工的劣质重油的典型代表,具有高金属、高残炭、高沥青质、高黏度特性。即使采用原料适应性最强的延迟焦化工艺进行加工仍然富有挑战性。加热炉管提前生焦、弹丸焦频发、焦粉携带、焦化液收偏低等问题,严重影响了延迟焦化装置的长周期安全运转和经济效益。本论文针对实际加工中面临的突出问题开展系统的实验室焦化基础研究,并加以中试试验,目的在于考察委内瑞拉重油的焦化特性,探索劣质重油的焦化适应性并提高液收,为开发针对劣质重油的高效焦化技术奠定理论和数据基础。首先系统考察了委内瑞拉重油减压馏分及减压渣油的性质,结果表明,从结构组成特性来看,减压馏分油,甚至是深拔减压馏分油,在转化过程中可以转化为低分子质量产物。减压深拔渣油R5(>565oC)热转化过程热量差示扫描分析显示,转化过程中除了吸热效应之外,还存在放热效应,当生焦率超过45.8wt%时,转化体系将从吸热转变为放热。随后研究了委内瑞拉重油减压渣油受热生焦趋势以及馏分油循环对其在炉管中流动性的改善作用,委内瑞拉>500℃渣油适宜作为焦化原料,>500℃渣油在炉管中生焦过程主要受温度影响,压力和注汽速率影响很小,且极易在炉管内结焦,三种工业供氢剂对减压渣油流动性的改善均有效果,且在焦化加热炉中,焦化轻蜡油馏分段B对减压渣油流动性的改善效果最好。通过适宜的焦化馏分油循环,可以实现加热炉管程油膜厚度的有效调控。系统研究了减压渣油热转化动力学,建立了焦化产物分布模型,采用Marquart法对模型进行参数拟合,采用四阶Runge-Kutta法对模型求解,求取了反应过程中3个阶段的动力学参数和反应速率常数,并检验了该六集总反应模型中分段一级动力学模型的合理性。其次建立了焦化成焦形貌快速评价的方法,对焦化过程中弹丸焦的成焦机理和抑制措施进行了深入研究,结果表明,弹丸焦的生成大致分为以下四个阶段:原料→不稳定中间相小球→镶嵌型中间相→弹丸焦,降低反应温度(至460oC以下)可以抑制弹丸焦的形成,不同馏分油循环对弹丸焦的抑制效果不同,其中焦化重蜡油对弹丸焦形成的抑制效果最好。同时,对减压渣油在焦化过程中起泡规律和起泡机制进行研究,建立了起泡/抑泡评价装置和方法,考察了馏分油循环对泡沫层的抑制性能的影响,揭示了渣油起泡规律,发现渣油中胶质含量越高则其起泡性能越强,而沥青质增大了起泡的刚性和泡沫层的稳定性,进而形成了有效的抑泡手段。最后对委内瑞拉重油中>500oC渣油开展延迟焦化实验室小试和中试试验,发现发现采用中段循环油馏分进行循环可以显著改善产物分布,并且循环比能显著影响物料平衡。液体产物收率随着循环比的升高而提高,当循环比超过0.3时,液体产物收率变化不明显。采用中段循环油馏分进行循环,既可以延缓加热炉管的结焦,避免焦炭塔中弹丸焦的生成,又可保证较高的焦化液体产物收率,显示了高效的焦化转化特性。采用委内瑞拉>500oC渣油作为延迟焦化原料时的推荐焦化操作条件为:循环比约0.1~0.6,加热炉出口温度490oC~495oC,注汽量1%~2%,焦炭塔顶压力0.1MPa~0.2MPa。