减压渣油超临界萃取分离与结构研究
油砂沥青减压渣油超临界萃取分馏窄馏分黏温规律的分析
第48卷 第5期
CHEMICALENGINEERING OF OIL & GAS
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油砂沥青减压渣油超临界萃取分馏窄馏分 黏温规律的分析
余传波 邓建梅
攀枝花学院生物与化学工程学院
摘 要 为了研究渣油馏分的黏温规律,在60~120 ℃范围内,考察了温度对窄馏分 黏 度 的 影 响, 窄 馏 分 由 加 拿 大 油 砂 沥 青 减 压 渣 油 通 过 超 临 界 萃 取 分 馏 制 得 。 结 果 表 明 :① 随 着 馏 分 的 分 子 量 增 大 ,其 黏度快速增大;②随着温度的升高,重 馏 分 的 黏 度 下 降 速 度 比 轻 馏 分 快;③Arrhenius方 程 能 描 述 窄 馏 分的黏 温 关 系,流 动 活 化 能 为 61.06~98.42 kJ/mol,活 化 能 随 分 子 量 增 大 而 呈 现 上 升 趋 势; ④Andrade、Vogel和 Walther黏温经验式佐证了 Arrhenius模型的正确性。本研究对渣油的黏 温 规 律 和模型的理解具有一定的指导意义。
关键词 /j.issn.1007-3426.2019.05.003
Analysisonviscosity-temperaturelawofthenarrowfractions fromoilsandbitumenvacuumresiduebysupercritical fluidextractionandfractionation
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余传波 等 油砂沥青减压渣油超临界萃取分馏窄馏分黏温规律的分析
2019
黏度是评价油品 流 动 性 的 重 要 指 标,也 是 石 油 加 工工艺计算中不可 缺 少 的 参 数。 由 于 渣 油 稠 度 大,不 同塔段的渣油组分差 异 明 显,油 品 的 黏 温 特 性 对 油 品 的流动状况和加工 效 率 影 响 较 为 显 著。 因 此,研 究 渣 油不同馏分的黏度变化规律对提高渣油加工效率具有 重要的意义。
减压渣油超临界萃取分离与结构研究
（1. Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001, China； 2. Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals, Liaoning Fushun 113001, China） Abstract: Due to its composition complexity, rational application of vacuum residue must be based on the full understanding of its properties and structure. Mixed oil of light vacuum residues from Iran and Saudi Arabian was separated into 6 narrow fractions and an end-cut by supercritical fluid extraction and fractionation (SFEF) technology. Properties and compositions of narrow fractions were determined, which provided important basic data for structure characterization of ebullated bed hydrogenation feedstock. The results indicate that as the yield of narrow fraction increases, contents of S and N increase as well as metal content and the value of residual carbon；When the fraction becomes heavier, contents of saturates and of resins decrease, aromatics content gradually increases, there is little asphaltene in every narrow fraction. The average structural parameters of narrow fractions and vacuum residuum were calculated with modified Brown-Ladner method. The characteristic index(KH) was used to assess process capability. Key words: Supercritical; Extraction fraction; Vacuum residue; Characteristic index; Chemical composition
渣油的特征化参数研究
渣油的特征化参数研究葛海龙;蒋立敬【摘要】在对沸腾床渣油加氢原料及生成油进行超临界流体萃取分馏及其窄馏分性质分析的基础上，考察了已有的渣油特征化参数对减压渣油及加氢生成油的适用性。
研究结果表明，已有的渣油特征化参数不能够准确的体现加氢前后的结构的变化。
因此，笔者建立了一个新的渣油特征化参数 KC，可以比较准确地体现加氢反应的效果，且与加氢生成油化学组成及加氢转化有着较好的相关性。
%Residues and its hydrogenate d oil were deeply cut into a number of narrow fractions by supercritical fluid extraction and fractionation technique, their properties and compositions were fully analyzed to provide a data base for characterization. The adaptability of existing characterization index for residues and its hydrogenated oil was investigated. The results showed that the existing characterization index can not accurately reflect structural change before and after the hydrogenation. So a new index KC was established, it can accurately reflect the hydrogenation effect,had well correlation with compositions of residues and its hydrogenated oil, hydrogenation conversion reactivity.【期刊名称】《当代化工》【年(卷),期】2013(000)012【总页数】4页(P1636-1638,1641)【关键词】SEFE;渣油;特征化【作者】葛海龙;蒋立敬【作者单位】辽宁石油化工大学，辽宁抚顺 113001; 中国石化抚顺石油化工研究院，辽宁抚顺 113001;中国石化抚顺石油化工研究院，辽宁抚顺 113001【正文语种】中文【中图分类】TQ624渣油是石油馏分中结构和组成最复杂的一部分，它是由相对分子量最大、沸点最高、杂原子含量较高的化合物组成的混合物。
减压渣油的分离与评价
０１ ７２ ０９，Ｃｈｉ ｎ ａ； ２ ． Ｌｕｏ ｙａ ｎｇ Ｐｅ ｔ ｒ ｏ ｃ ｈｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｅｎ ｇｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ Ｃｏ ｒ ｐｏ ｒ ａｔ ｉ ｏ ｎ ， ＳＩ Ｎ ０ＰＥＣ ，Ｌｕｏ ｙａｎ ｇ Ｈｅ ｎａｎ ４７１ ００３，Ｃｈｉ ｎ ａ）
Ｒｅ ｃ ｅ ｉ ｖ ｅ ｄ ３ Ｍａ ｙ ２ ０ １ ２；ｒ ｅ ｖ ｉ ｓ ｅ ｄ ９ Ｊ ｕ ｌ ｙ ２ ０ １ ２；ａ ｃ ｃ ｅ ｐ ｔ ｅ ｄ １ ５ Ｊ ｕ ｌ ｙ ２ ０ １ ２
关 键 词 ： 超 临界 ； 减压渣 油； 组成 ； 结 构
中 图 分 类 号 ： ＴＥ ６ ２ ４
文 献 标 志 码 ：Ａ
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ６ — ３ ９ ６ Ｘ ． ２ ０ １ ３ ． ０ １ ． ０ ０ ８
俄罗斯减压渣油超临界萃取残渣的催化加氢反应研究
Ｔａ ｅ １ Ｐｈｙ ｉ ａｌｐｒ ｐｅ ｔｅ ｎｄ ｕｌｉ ａ ｅ ａ ｌ ｓ ｓ ｏ ｓ ｉ ｎ ｖ ｃ ｍ ｅ ｉ ｕ ｎ ｉｓ ｅ ｔ ａｃ ｉ ｅ ｉ ｕｅ ｂｌ ｓ ｃ ｏ ｒ ｉｓ ａ ｔｍ ｔ ｎａ ｙ ｅ ｆ Ｒｕ ｓ ａ ａ ｕｕ ｒ ｓ ｄ ｅ ａ ｄ ｔ ｘ ｒ ｔｏｎ ｒ ｓ ｄ
油超 临界 萃取 所得 残 渣 的非 催 化 及 催 化 加 氢反 应进 行研 究 。 结果 表 明 ， 用 Ｎ 一 和 Ｙ 型 分 子 筛 作 为 催 采 ＫＦ８型
化 剂 ， 渣 加 氢 反 应 产 物 中芳 烃 的相 对含 量 超 过 ５ ； 用金 属 Ｆ 、 以及 合 金 Ｃ — ｅ Ｐ — 残 ５ 采 ｅ Ｎｉ ｏＦ 、 ｄ Ｃ作 为催 化 剂 ， 残 渣加 氢反 应 产 物 中正 构 烷 烃 的 相 对 含 量 超 过 ７ ； 采 用 Ｆ Ｏ 除 ｅ和 Ｐ — ｄＣ作 为催 化 剂 的残 渣 加 氢 反 应 产 物 之 外 ， 在 其他 各 组产 物 中 均检 测 到 少量 含 氧 化 合 物 ， 在 以 ＮＫ 而 Ｆ Ｂ型 分 子 筛作 为 催 化 剂 的 加 氢反 应 产 物 中还 检 测 出含 氮化 合 物 。针 对 各 组 加 氢 反 应 产 物 中化 合 物 相 对含 量 的 差 异 ， 测 了残 渣 在 不 同类 型催 化 剂作 用 下可 能 推
馏 备 用 ） 氢 气 （ 度 为 ９ ． ） 氩 气 （ 度 为 、 纯 ９９ 、 纯
９ ． ） 分子 筛催 化剂 （
加 入催 化剂 ０ ０ ． ５ｇ的条 件 下 ， 人 高 压 反 应 釜 放
中， 注入 溶剂 环 己烷 ２ ０ｍＬ， 闭 高 压反 应 釜 ， 封 充 入 氩气 检 验密 封 性 。充氩 气 置换 空气 ３次 ， 然后 充氢气 至釜体 压力 为 ５ＭＰ （ ａ 室温 ） 。连接 高压 反
超临界流体萃取分离技术研究
超临界流体萃取分离技术研究超临界流体萃取分离技术是一种应用于分离浓缩化学物质的绿色技术。
它采用了高压、高温的超临界条件，使液体和气体之间的界面消失，获得了介于液态和气态之间的状态，既能使用作为极性、非极性、酸性、碱性等不同性质的溶剂提取化合物，又能消除溶剂残留。
在分离提取、纯化制备、浓缩效果和操作便捷性等方面有着明显的优势。
本文将重点介绍超临界流体萃取分离技术在化学物质的提取分离方面的研究现状。
一、什么是超临界流体萃取分离技术超临界流体萃取分离技术是指在高压、高温的条件下，将对应体系的温度或压强升高至超临界状态下，以这种介于液态和气态之间的状态提取和分离化学物质的技术。
在这种状态下，气液界面消失，体系的密度及粘度小，分子动量大，溶解力强，故具有优异的溶解性和传质性能。
同时，由于压强和温度可以在一定的范围内调节，因此萃取物、残留溶剂、杂质等可以被方便地控制。
超临界流体由于它的独特性质也已经被广泛应用在化工、医药、食品、环保等领域。
比如，它可以提取植物中的有效成分并尽量减少有害物质，获得高纯度、高价值的化合物。
另外，这种技术还可以提高催化剂的稳定性，催化剂的使用效率、转化率和产物选择性等。
二、超临界流体萃取分离技术在化学物质提取中的应用超临界流体萃取分离技术可以应用于大多数的化学物质提取中，比如草药提取、天然产物药物提取、挥发性物质的分离提取等。
以下介绍一些具体的例子。
超临界二氧化碳（SC-CO2）提取食品中的热敏性产物在食品加工中，许多的有益成分都是热敏性的，传统的提取方法往往不能保证成分的保真性。
有研究尝试使用超临界二氧化碳来提取花生油中的物质，结果表明，所得物质的质量比传统方法提取的要好。
这种方法有优异的选择性，可以缩短提取时间，扩大萃取物的范围，并可以大大提高提纯度。
超临界萃取提取草药中的有效成分草药中的有效成分大多分布在挥发性或不挥发性物质中，其中不挥发性成分往往难以提取。
采用传统的水提法或醇提法往往不但不能得到全面、高保真、高效率的药物，而且会有大量的溶液残留，会影响草药的效果。
超临界流体萃取技术在哈国减压渣油中的应用研究
温蒸馏 对样 品 的破 坏作 用 。王 仁安 ， 锁 奇等 开发 的 赵
超 临界 流体 萃 取 分离 技 术 为渣 油 的分 离 评价 提 供 行 之有 效 的工具 。 该方 法可 以将 重质 油分 离成 较多 的窄
馏 分 ， 过测 定 各个 窄 馏 分 的 性质 ， 通 为重 质 油 的加 工
分， 即溶剂 ； “ 而 实沸点 蒸馏 ” 需加 入第 二 组分 。 不
２３超 临界流体萃取分离条件 ．
本 实 验所 用 的 原 料 为独 山子 石化 常 减 压 车 间 三
体 的密 度 增加 ， 剂 的溶解 能 力 也 增 加 ； 在恒 定 的 溶 而 压力 下升 高温 度 ， 剂 的密度 降低 ， 溶 溶解 能力 也减 弱 。
提供 合理 的加 工方案 。
２ 实 验 原理 及 流 程
２１超 临界流体萃取分馏 的基本原理 ．
作 为溶 剂 的超临界 流 体 ， 溶 解能 力 主要取 决 于 其
溶 剂 的密 度 ， 即在 恒 定 的温 度 下 升 高压 力 ， 临 界 流 超
（）超 临 界 萃 取 分馏 渣 油 时 ， 要 加 入 第 二 组 ３ 需
地 开 发和优 化重 质油加 工技 术 具有 重要 的指导 意 义 。
渣 油的组成 及结 构十 分复 杂 、 分子 量 大 、 沸点 高 、 且 而 受热 易分解 结焦 ， 因此不能 以“ 沸点蒸 馏 ” 实 的方法 为 基础进 行渣 油 的分离 和评 价 。 目前 ， 原油 的 “ 实沸点 蒸 馏” 只能 对 沸点 小 于 ５ ０ ５ ０Ｃ ５ － ６ ￣ 的馏 分 进 行 比较 详 细 的评价 ； 而对 较 重馏 分 的 分 离受 到 限制 ， 因此 有必 要
沙轻和沙中减压渣油的分离、组成与性质.php
第16卷 第3期 石油化工高等学校学报 Vol.16 No.3 2003年9月 JOURNAL OF PETROCHEMICAL UN IV ERSITIES Sep.2003 文章编号:1006-396X(2003)03-0015-05沙轻和沙中减压渣油的分离、组成与性质许志明, 赵锁奇, 王仁安(石油大学重质油加工国家重点实验室,北京102200)摘 要: 利用超临界流体萃取分馏技术,对沙轻和沙中减压渣油进行了分离;分析测定了窄馏分的密度、折光率、残炭、平均分子质量、元素(C、H、N、S)、含镍、钒质量分数、族组成(饱和分、芳香分、胶质、沥青质);计算了窄馏分的平均结构参数;对窄馏分的平均沸点进行了预测,其最后一个馏分的平均沸点可达1050K,残渣的平均沸点接近1500K。
研究表明,沙轻和沙中减渣窄馏分的性质、组成和平均结构随收率的增加基本呈现有规律的变化;超临界流体萃取分馏所得重馏分和残渣性质低劣,氢碳原子比小,N、S和金属元素质量分数高,含胶质、沥青质质量分数高;分析了两种渣油萃取分馏窄馏分、残渣的性质组成对加工过程的影响。
关键词: 渣油; 超临界流体萃取分馏; 组成; 性质中图分类号: TE622.9 文献标识码:ASeparation,Composition and Properties of Vacuum Residuesof Saudi Arabian Light and Middle Crude OilsXU Zhi-ming, ZHAO Suo-qi, WAN G Ren-an(S tate Key L ab.of Heavy Oil Processing,U niversity of Pet roleum,Beijing102200,China)Abstract: Vacuum residues of Saudi Arabian light and middle crude oils were se parated by the technology of supercritical fluid extraction and fractionation.Each residue and their subfractions were characterized b y average molecular weight,density,refractive index,carbon residue,elemental contents(C,H,N,S),metal contents(Ni,V)and SARA composition(saturates,aromatics,resin and asphaltene contents).The average boiling points and average structural parameters of the subfractions were calculated.The average boiling point of the last fraction was about1050K,as well as which of the end cut accessed1500K.The properties, composition and average structural parameters of narrow fractions change progressively with increasing cumulative yield.The SFEF heavy fractions and end cuts have unfavorable properties such as lower n(H)/n(C)ratio,more nitrogen,sulphur and metal contents,higher resin and asphaltene contents.The effects of the properties on the processing were studied.K ey w ords: Vacuum residue; Supercritical fluid extraction and fractionation; Composition; Property 进入20世纪90年代以后,中国逐渐成为原油的净进口国。
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Item Density(20 ℃ )/(g・ mL ） w(Carbon residue) ,% w(C ),% w(H) ,% w(S) ,% w(N) /(µg・ g-1) w(Ni) /(µg・g-1) w(V) /(µg・ g-1) w(Saturate), % w(Aromatic) % w(Resin) ,% w(Asphaltene ),%
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当
代化工202 年 2 月质的质量分数很高，分别为 51.93%和 27.80%，残 炭为 19.52%和金属 Ni 含量为 61.36 µg/g、 V 含量为 171.5 µg/g,密度为 1.010 2 g/mL。由其族组成和基本 性质分析可以看出，AMVR 属于性质较差的渣油， 不适合直接作为重油催化裂化的原料，可以采用 STRONG 沸腾床加氢工艺进行改质后进行加工。
Supercritical Fluid Extraction and Fractionation of Vacuum Residue and Study on Structure of Vacuum Residue
CHEN Yong-guang1,2, HAN Zhao-ming 2, GE Hai-long2, YANG Tao2
第 41 卷第 2 期
陈永光， 等： 减压渣油超临界萃取分离与结构研究
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中含硫物结构主要为硫醚类化合物和噻吩类化合 物，而在超临界各窄馏分中硫醚硫分布比较均匀， 其绝对含量在各窄馏分中也差不多，噻吩硫结构的 大多是与芳香环和环烷环相并和的，随着收率的提 高，馏分的变重，噻吩硫的含量逐渐增加，残渣中 [5] 的噻吩硫含量最高 。氮含量随收率的增加也递增， 而氮含量在萃余残渣中有富集状态，主要因为重质 油中的氮主要存在于五员的吡咯系或六员的吡啶系 氮杂环中，它们都具有芳香性，比较稳定，而减压 [6] 渣油中的氮有 80%存在于胶状沥青状组分中 ，所 以，随收率的提高，窄馏分中氮含量逐渐增加，并 在残渣中出现富集现象。 2.2.4 窄馏分Λ(H/C)分布规律(图 4) 氢碳原子比是非常重要的表征重油性质和衡量 油品加工性能及使用性能的重要参数之一。在石油 加工过程中，各种加工工艺的最终结果都是通过改 变体系的氢碳原子比达到轻质化的目的，由图 4 可 见，随收率的提高，氢碳比呈现出随馏分变重逐渐 减小的趋势，AMVR 减压渣油Λ(H/C)为 1.471，属 于质量较差的原料油，SEFE 窄馏分从 1.702 到 具备较好的 1.335，前两个窄馏分Λ(H/C)大于 1.65， 二次加工性能，从第三个窄馏分到第六个窄馏分的 Λ(H/C)均小于 1.65，二次加工性能比较差，需要对 其进行加氢或脱碳反应，以提高其氢含量，进而提 高其二次加工性能，Λ(H/C)的变化规律与族组成分 布规律一致。
-1
标。重质油的残炭值与其化学结构密切相关，主要 取决于其生焦前身物－稠合芳环结构所占的份额。 图 2 表明，AMVR 超临界萃取窄馏分残炭值随收率 的增加逐渐增加，从 3.65%（质量分数）一直增大 到 16.57%，萃余残渣的残炭值甚至高达 46.35%。
AMVR 1.0102 19.52 84.57 10.37 3.29 4.9 61.36 171.5 17.16 51.93 27.80 3.11
减压渣油（以下简称 VR）是原油中相对分子 质量最大，沸点最高，杂原子含量最多的部分。随 着整个世界石油资源逐渐减少，并向劣质化、重质 化方向发展以及对轻质油品的需求量的增加，对减 压渣油的高效利用迫在眉睫。为了合理的加工减压 渣油就必须对其结构和组成进行精细化的研究，把 渣油的微观结构与其宏观性质紧密结合起来。 本文采用抚顺石油化工研究院的超临界萃取分 [1-4] 馏装置 ，将伊朗和沙轻减压渣油的混合油（以下 简称 AMVR）分离成一系列的窄馏分，并对其化学 结构和性质进行全面研究。通过对相应窄馏分性质 的分析来研究减压渣油，为减压渣油的合理利用提 供必要的基础数据。
图 1 馏分油族组成(SARA)分布 Fig.1 The distribution curve of components (SARA)
从图 1 可见，随收率的增加，饱和分的质量分 数逐渐减少，从 46.5%减少到 6.38%；芳香分含量 逐渐增加，从 48.46%到 77.81%；胶质含量也呈现 逐渐增加的趋势，从 4.98%增加到 15.77%，各窄馏 分中基本不含沥青质，说明超临界萃取分离手段对 沥青质的脱除效果很好，使得沥青质基本富集在萃 余残渣中。 如果馏分中含较多的芳香分和胶质组分， 其催化裂化性能肯定会比较差。因此从组成角度出 发，也应考虑脱除部分重馏分再进行二次加工。 2.2.2 窄馏分残炭分布规律 重质油加工过程中若发生生焦情况，将对加工 产生不利影响。残炭值是表征重质油结焦倾向的指
（1. Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001, China； 2. Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals, Liaoning Fushun 113001, China） Abstract: Due to its composition complexity, rational application of vacuum residue must be based on the full understanding of its properties and structure. Mixed oil of light vacuum residues from Iran and Saudi Arabian was separated into 6 narrow fractions and an end-cut by supercritical fluid extraction and fractionation (SFEF) technology. Properties and compositions of narrow fractions were determined, which provided important basic data for structure characterization of ebullated bed hydrogenation feedstock. The results indicate that as the yield of narrow fraction increases, contents of S and N increase as well as metal content and the value of residual carbon；When the fraction becomes heavier, contents of saturates and of resins decrease, aromatics content gradually increases, there is little asphaltene in every narrow fraction. The average structural parameters of narrow fractions and vacuum residuum were calculated with modified Brown-Ladner method. The characteristic index(KH) was used to assess process capability. Key words: Supercritical; Extraction fraction; Vacuum residue; Characteristic index; Chemical composition
第 41 卷第 2 期 2012 年 2 月
当 代 化 工 Contemporary Chemical Industry
Vol.41，No.2 February，2012
减压渣油超临界萃取分离与结构研究
陈永光 1，2，韩照明 2，葛海龙 2，杨
摘
涛2
（1．辽宁石油化工大学， 辽宁 抚顺 113001； 2. 中国石化抚顺石油化工研究院， 辽宁 抚顺 113001）
End-out
46.35 84.65 9.42 4.54 7.4 176.2 486.1
图 2 馏分油残炭分布 Fig.2 The distribution curve of MCR
2.2
AMVR 超临界萃取分馏各窄馏分的基本性质 的变化规律 2.2.1 窄馏分的族组成分布规律(图 1)
这是因为随收率的增加，芳环数逐渐增加，芳 碳率也逐渐增加，缩合程度逐渐增大。可见，经过 超临界萃取，轻重组分得到有效分离。由图 2 可以 看出， 收率在 40%以前残炭在较低水平上增加缓慢， 而且均小于 6.5%， 在 40%以后， 随收率的增加残炭 值呈现出较快的增长态势。这一结果对渣油的脱沥 青过程有指导意义。即脱沥青油的收率控制在 40% 左右，可以保证其作为重油催化裂化原料时，残炭 值能满足进料要求。 2.2.3 窄馏分 S、N 分布规律(图 3)
图 3 馏分油 S,N 分布 Fig.3 The distribution curves of S and N
硫对石油加工、油品应用和环境保护的影响很 大，所以硫含量常作为评价石油的一项重要指标。 含氮化合物对石油的催化加工和产品的使用性能都 有不利的影响，往往会使催化剂中毒失活，或引起 石油产品的不安定性。故而必须尽可能的研究有效 脱除硫氮的方法。各窄馏分的硫含量随收率增加而 递增，但是增加并不明显，硫在残渣中也并没有呈 明显的富集状态造成这种现象的主要原因是：渣油
要：减压渣油结构复杂，其合理利用应以充分了解其结构为基础。采用超临界流体萃取分馏技术，将
伊朗和沙轻减压渣油混合油分离成 6 个窄馏分和 1 个萃余残渣，测定各窄馏分的性质和组成，为沸腾床加氢原 料的结构表征提供重要基础数据。结果表明，随着窄馏分产率的增加，残炭值、S 和 N 及金属元素含量逐渐增 加，饱和分质量分数减小，胶质质量分数增大，芳香分质量分数逐渐增大，各窄馏分中基本不含沥青质。用改 进的 Brown-Ladner 法计算了各个原料和窄馏分的结构参数，对窄馏分的二次加工性能进行了预测。 关 键 词：超临界; 萃取分馏; 减压渣油；特征化参数; 化学组成 中图分类号：TE 624 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2012）02-0129-04