提高重质油的轻质化程度是石油资源高效利用和清洁转化十分迫切的任务。分离和提纯重油中的重金属卟啉化合物和非卟啉化合物,从分子水平上识别卟啉化合物的类型、分布、分子量、分子结构特征等,充实卟啉化合物的科学认识,这对于丰富提高催化裂化工艺及技术集成水平的应用基础理论具有重要意义。本文对石油中金属卟啉化合物的分离与富集进行了研究。以国外原油委内瑞拉380原油和国内渣油仪长管输油渣油为研究对象,采用溶剂萃取与柱色谱分离相结合的方法对其中不同类型金属卟啉化合物清晰分割。结果表明,在溶剂萃取过程中,对于委内瑞拉380原油和仪长管输油渣油,乙为最适宜的萃取溶剂；柱色谱分离过程中,确定了不同类型的金属卟啉化合物清晰分割的溶剂配比及用量。经过富集后,委内瑞拉380原油的镍、钒卟啉化合物浓度分别比该原油中原来的含量提高了33倍和77倍,仪长管输油渣油中的镍、钒卟啉化合物浓度分别比该原油中原来的含量提高了91倍和107倍。利用紫外-可见光光谱与质谱分析相结合的方法,对委内瑞拉380原油和仪长管输油渣油中分离出的金属卟啉化合物进行结构表征。结果表明：委内瑞拉原油中的钒卟啉化合物中,以ETIO型卟啉为主,ETIO型占80.7%,DPEP型占19.3%,其中含量最丰富的是C28-ETIO型钒卟啉；仪长管输油中的镍卟啉化合物中,ETIO型占83.4%,DPEP型占16.6%,其中含量最丰富的是C35-ETIO型镍卟啉；钒卟啉化合物中,ETIO型占82.1%,DPEP型占17.9%,其中含量最丰富的是C34-ETIO型钒卟啉。在此基础上,本文利用基于密度泛函理论的量子化学计算方法,对结构表征得到的委内瑞拉380原油和仪长管输油渣油中几种含量最丰富的金属卟啉化合物进行分子模拟并对其空间分子结构进行结构优化及计算,得到键参数、偶极矩以及电子吸收光谱等信息。通过分子的键参数和偶极矩发现含镍金属卟啉化合物的极性小于含钒金属卟啉化合物。同时,DPEP型卟啉分子的极性略大于ETIO型卟啉分子。计算了五种卟啉分子紫外吸收光谱的Soret吸收带和Q吸收带特征吸收峰。并得到五种卟啉化合物的稳定性由强到弱的顺序为：C35-(ETIO-Ni)>C35-(DPEP-Ni)>C28-(ETIO-VO)>C34-(ETIO-VO)>C31-(DPEP-VO)。由于石油中还有很大一部分金属化合物以非卟啉的形式存在,所以本文以委内瑞拉380原油为研究对象,先用乙腈萃取,再用DMF萃取将金属非卟啉化合物从原料油中分离出来,分析得到委内瑞拉380原油中的非卟啉化合物是相对分子质量较小的具有四配位基结构的金属络合物。利用量子化学计算的方法,对金属非卟啉化合物的空间结构进行计算和优化,获得了委内瑞拉原油中金属非卟啉化合物的空间结构模型和键长、面角等空间结构和配位结构参数。通过与金属卟啉化合物相比较,得到委内瑞拉380原油中的金属非卟啉化合物的共面性较低,分子没有很强的共轭性。最后在固定流化床上考察了金属镍卟啉和钒卟啉化合物对重油催化裂化工艺的产物分布以及催化剂性能的影响。结果表明：在每次实验使用的催化剂均为新鲜催化剂的条件下,产物中气体、汽柴油和焦炭收率随钒含量增加的变化趋势较镍平缓,即金属镍卟啉化合物对反应中轻质油的选择性影响更大；而通过催化剂循环使用实验结果可知,相对于钒卟啉化合物而言,金属镍卟啉化合物对催化剂活性的破坏作用较小。推测得到金属卟啉化合物在催化裂化过程中的脱金属反应历程主要为：第一步,金属卟啉化合物在其一个外环双键上可逆加氢,生成金属卟酚化合物；第二步,金属卟酚化合物进一步分解,生成金属和游离卟酚。同时得到在重油催化裂化工艺的反应条件下,钒卟啉化合物更容易发生脱金属反应,并且更容易吸附在催化剂的表面。而在催化剂的再生过程中,金属发生氧化反应,生成的NiO会阻止原料油与催化剂活性中心的接触,但不会破坏分子筛的活性中心；而生成的V205会与分子筛的活性中心发生反应,造成催化剂的永久性失活。