本文以阿曼减压渣油为代表，考察减压渣油在加氢处理过程中的性质组成变化，揭示了渣油组分的组成、结构、性质及其相互关系，分析了渣油组分在加氢处理过程中化学结构和胶体结构的变化规律。 根据渣油及其组分的性质和组成，考察了杂原子在渣油组分中的含量和分布变化，分析了硫、氮、金属在渣油组分中的类型分布特点，由此阐明了渣油在加氢处理过程中杂原子的脱除规律，进一步证实了渣油加氢处理过程中催化剂级配装填体系的重要性。 应用1H-NMR技术计算了渣油组分的平均分子结构参数，研究了渣油组分在加氢处理过程中的平均分子结构变化规律，探讨了在热作用和加氢反应下沥青质组分的解离和富集的特点。 利用钌离子催化氧化(RICO)方法研究渣油组分(芳香分、胶质和沥青质组分)的精细化学结构，采用改进的RICO氧化产物回收方法，提高了CO2的测定精度，改善了挥发性低分子脂肪酸的回收效果。研究结果表明，渣油组分中含有丰富的和芳香环系相连的烷基侧链，也有少量异构侧链；渣油组分中存在着连接两芳香环系的正构烷基桥链。随碳数增加，烷基侧链和烷基桥链的摩尔浓度下降。从芳香分、胶质到沥青质组分，烷基侧链摩尔浓度减小，而烷基桥链摩尔浓度增大。烷基侧链和烷基桥链的数学描述表明，渣油组分越重，烷基桥链和烷基侧链变化对加氢处理越敏感。 渣油组分的RICO反应生成从苯二甲酸到苯六甲酸的一系列苯多甲酸，根据苯多甲酸的类型和含量获得了渣油组分中芳香环系的结构特征。结果表明，渣油组分中普遍存在联苯型+的芳香环系结构，但其浓度不大；芳香分组分芳香环系结构以渺位缩合为主，可能含有少量的小芳香环系紧密缩合结构；沥青质组分以迫位缩合的芳香核为主，该芳香核是大的稠和芳香环系；胶质组分中迫位缩合的芳香环系结构占多数，但渺位缩合的芳香环系结构也占有相当的比例，依此并结合1H-NMR和同步荧光光谱方法，讨论了各渣油组分的可能模型结构。渣油组分RICO反应产物中部分二元链烷酸和芳香多酸的含量变化，显示了加氢作用对渣油组分芳香结构的影响，证实了渣油组分中杂原子的脱除和芳环加氢饱和，改变了渣油组分中芳香环体系的结构。 采用热重、差热分析、低温氮吸附以及RICO方法，分析了积炭对催化剂性能的影响，证实了积炭使催化剂比表面、孔容和孔径严重损失，是使催化剂失活的主要原因，并把催化剂积炭分为低温型积炭和高温型积炭两种，积炭形成类型与积炭前身物——沥青质的结构有关。催化剂促使沉积物脱氢形成积炭，并且使积炭从低温型向高温型转化，催化剂活性越高，转化越明显。 通过考察渣油热反应生焦诱导期、沥青质聚沉和渣油及其组分质量分数电导率变化特点，确定了影响渣油胶体稳定性的主要因素，建立了渣油胶体体系的稳定性函数，拙述了渣油加氢处理过程中组成和结构与渣油胶体稳定性之间的关系，证实了沥青质组分是渣油胶体不稳定的主要贡献者，而且渣油胶体稳定性随加氢处理呈现先增加而后下降的趋势。依据计算的渣油组分分子颗粒尺寸，建立了沥青质胶粒模型，该模型反映了渣油中沥青质、胶质和芳香分组分的存在状态，根据它们构成的沥青质胶团模型来研究沥青质分子在渣油加氢处理催化剂上的物理胶体状态和扩散问题具有实际意义。