近年来随着原油趋向于重质化和劣质化，重质石油资源的开发利用以及重质油的轻质化日益受到重视。本论文针对减压渣油的性质特点，采用超声波和化学添加剂组合的方法对减压渣油进行了改质研究以提升渣油加工的效率，论文具有重要的意义。论文研究了超声波条件对R1、R2和R3减压渣油黏度和残炭的影响，优化了超声波处理渣油的方法。对超声波处理前后R1、R2和R3渣油中四组分SARA含量进行分析表明，超声波作用后渣油的胶质、沥青质和芳香分含量降低，饱和分含量增加。在FT-IR、1H-NMR、元素组成和平均相对分子量的实验数据基础上，采用改进的Brown-Ladner法得出超声波时间前后R1、R2和R3渣油结构参数，研究了渣油结构的变化，分析了超声波对渣油的作用机理。在超声波的作用下渣油的fA、RA、fN、RN、RT、n、σ和HAU/CA降低，fP、usw和L增加。超声波作用使得渣油中胶质沥青质的部分缔合结构解缔及部分芳环开环，所以造成胶质和沥青质的含量降低，因而使得渣油的黏度和残炭值也降低;超声波处理也使得部分环烷环开环，部分烷基侧链断裂，使得饱和分含量增加。研究了超声波对渣油焦化产物的影响，结合热重分析结果，分析了超声波的作用对渣油焦化反应过程的影响。超声波的作用能够降低渣油热反应过程中的活化能，提高轻油收率及降低焦炭收率。　　合成了AM系列渣油添加剂，采用红外光谱与核磁共振氢谱对合成产物的结构进行了分析，AM系列添加剂中引入了不同链长的酯基、酰胺基和苯基。对AM3与胶质沥青质的作用机理进行了表征分析，AM3反应产物引入了十八酯基、酰胺基和芳环基，酰胺基具有较强的极性，可以在胶质沥青质分子片层间形成氢键，减小沥青质分子间的作用力;苯环官能团会影响稠环芳烃之间的π-π作用力，进而破坏其大分子结构，减小沥青质聚合颗粒大小;十八酯基是通过在沥青质聚集体周围形成溶剂化层，减少沥青质分子进一步的聚集。采用量子化学密度泛函法研究了AM系列添加剂与渣油沥青质之间的作用机理，计算了AM添加剂与沥青质的吸附能，AM型化合物与沥青质之间的吸附能为AM3＞AM2＞AM1，AM3与沥青质的吸附作用更强。添加AM3后渣油焦化轻油（汽油+柴油）的收率为55.70％;AM3和超声波组合作用后渣油焦化的轻油（汽油+柴油）收率为57.41％。　　合成了BM系列渣油添加剂，采用红外光谱与核磁共振氢谱对添加剂的合成产物进行了分析，BM系列添加剂含有丁酯基、酸酐基及分别引入了苯基、2-乙基吡啶和4-乙基吡啶官能团。对BM2添加剂与胶质沥青质的作用机理进行了表征分析，BM2中引入了丁酯基、酸酐基和2-乙基吡啶，强极性酸酐基团和吡啶可以与稠环芳烃发生氢键作用，破坏胶质沥青质之间的缔合作用力;丁酯基的存在增强了与胶质沥青质的相容性，分散在胶质沥青质分子片层间减少沥青质分子的聚集，吡啶官能团也会影响稠环芳烃之间的π-π作用力，降低沥青质分子间的内聚力，使胶质沥青质分子变松散。采用量子化学密度泛函法研究了BM型添加剂与渣油沥青质之间的作用机理，计算了BM型添加剂与沥青质的吸附能。结果表明，BM型化合物与沥青质之间的吸附能为BM2＞BM3＞BM1，由于与苯环相比吡啶环中的N原子的电负性强，更容易与沥青质和胶质中的芳香环吸附，BM2中乙基与N原子的距离近因此斥电子效应强，及与沥青质的吸附作用强。添加BM2后渣油焦化轻油（汽油+柴油）的收率为56.30％;BM2和超声波组合作用后渣油焦化轻油（汽油+柴油）收率为58.17％。BM2和超声波组合作用能够明显提高轻油（汽油+柴油）收率、降低蜡油和焦炭收率。