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重质油占世界石油资源总量约70%,其合理开发及高效转化逐渐成为全球各大石油公司所面临的一个重要课题。渣油加氢和重油催化裂化相结合的加工路线可以最大限度地将重质油转化为清洁油品和化工原料,进而展现出较大的发展潜力。由于重质油分子尺寸较大,在催化剂孔道内受到显著的扩散阻力,催化剂孔道尺寸对重质油分子扩散影响的相关研究可为高效重油加氢催化剂设计与优化提供依据和指导。目前,重油扩散的研究多以重质油及其馏分为原料,其易缔合性与复杂性使得难以获得较为准确的受限扩散结果;此外,研究中多采用工业氧化铝催化剂,但工业催化剂孔径分布过广且弯曲因子不固定,同样会干扰受限扩散结果的准确性。基于此,本论文合成了代表性的大分子重油模型硫化物2,8-二（4-戊基苯基）二苯并噻吩（2,8-DPPDBT）,并选取了2,8-二甲基二苯并噻吩（2,8-DMDBT）及二苯并噻吩（DBT）作为探针分子,在孔径均一的介孔硅基催化剂中进行受阻扩散研究,进而建立了受限因子关联模型。同时,采用高效液相色谱（UHPLC）、Orbitrap Fusion MS与色质联用（GC-MS）对合成重油模型硫化物加氢脱硫反应路径进行分析,为分子层次研究重油转化及扩散行为提供信息。本研究以DBT为探针分子,选取环己烷、正癸烷、甲苯、二甲苯、十氢萘和四氢萘等烃类分子进行了溶剂效应的考察,结果表明溶剂相态及其与DBT分子的竞争吸附是影响噻吩加氢反应活性的主要因素。相平衡实验表明,溶剂体系为气相时,反应物分子与催化剂活性中心接触更充分;Density Functional Theroy（DFT）模拟及GC-MS结果表明,竞争吸附会影响催化反应路径,进而影响加氢脱硫反应活性。据此结果,重油模型硫化物加氢选取了反应条件下为气液共存相且竞争吸附较弱的正构十四烷作为反应溶剂。其次,采用原位锆改性法合成了三种不同孔道结构的硅基载体Zr-SBA-15、Zr-FDU-12和Zr-MCFs,并负载活性金属Ni、Mo制备了相应的加氢脱硫催化剂。Raman、XPS和吡啶红外表征结果显示,Zr物种的引入不仅可作为电子助剂促进活性组分的硫化,还能增强催化剂骨架酸性。采用反应动力学法,以不同分子尺寸的DBT和4,6-二甲基二苯并噻吩（4,6-DMDBT）分子为探针分子,在三种催化剂内进行加氢脱硫反应,考察了孔道结构对不同尺寸硫化物分子扩散行为的影响。结果表明,三维且孔径较大的NiMo/Zr-MCFs催化剂具有较好的扩散传质能力。此外,研究还发现当催化剂孔径为反应物分子尺寸的15倍时,反应仍受到内扩散的影响,但当二者比值大于20时,内扩散阻力则不再明显。根据此结果,重油模型硫化物加氢实验确定采用孔径与工业重油加氢催化剂孔径相近的SBA-15材料作为其催化剂载体。最后,通过合成了三种孔径不同但表面性质相似的SBA-15基催化剂,并调控催化剂表面性质与Si/Zr比确保三种催化剂本征活性基本一致。基于此,采用反应动力学法,以三种不同尺寸的噻吩类硫化物为探针分子,在孔径为5.8 nm、9.4 nm和12.5 nm的三种SBA-15基催化剂中进行了受阻扩散研究,并建立了受限因子关联模型。受阻关联结果为F（λ）=（1-λ）7.01,表明模型硫化物受阻程度严重。采用UHPLC、Orbitrap Fusion MS和GC-MS方法对2,8-DPPDBT分子加氢产物进行分析,推测出其可能的加氢反应网络,包括:直接脱硫（DDS）、加氢（HYD）和加氢裂化（HC）,其中DDS为主要脱硫路径,这与模型硫化物的构型相关。