气固循环流化床在化工工业中得到了广泛应用,采用提升管作为反应器的催化裂化更是在炼油工业中具有举足轻重的地位,反应器作为其中重要的影响因素,也日益受到重视。提升管反应器在实际生产中存在着固含率较低、停留时间难以控制等缺点,难以满足催化裂解生产低碳烯烃所需要的工艺条件,从而限制了提升管反应器更广泛的应用。因此,需要开发新型结构的提升管,来满足催化裂解生产低碳烯烃工艺所要求的大剂油比和合适停留时间等反应条件的要求。　　 本文在中国石油大学(华东)重质油国家重点实验室建设了内径为20mm的小型提升管冷模装置,详细对比分析了变径结构提升管内轴向和径向多个高度截面上的局部固含率和速度分布,深入研究了提升管几何结构对变径结构提升管内气固两相流体流动的影响规律,并进一步探讨了变径结构提升管内结构参数对固含率的影响。　　 变径结构可以改善气固两相流动状态,降低两相流体相互发生分离的趋势,缓和颗粒相向边壁聚集的趋势,有利于形成均匀的气固混合物。变径结构提升管的各结构参数对气固两相流的流动形态产生不同的影响,主要体现在以下几个方面:随扩径段底部锥角的增加,截面平均固含率提高,颗粒返混加剧,中心处的固含率有所下降,径向不均匀性增强；随扩径段顶部锥角的增加,中心处的固含率基本不变,但是近边壁处颗粒与锥角发生碰撞向下发生滑落,径向不均匀性增强；随扩径段长度的增加,扩径段的截面平均固含率上升,颗粒返混程度增加,径向不均匀性有所减弱；随扩径段直径的增加,扩径段的截面平均固含率上升,提升管截面中心处的固含率提高,边壁处的固体颗粒滑落逐渐增强。与单一管径提升管相比较,12mm和20mm内径的变径结构提升管都可以提高扩径段下部固含率1倍以上。20mm内径变径提升管与采用结构相同的12mm变径提升管相比,随管径的增加管中心处固含率会相应提高。利用实验数据对小型变径提升管内部固含率分布与轴向截面位置的关系进行了关联,该式定量反映了气速、颗粒循环速率、颗粒物性等因素对扩径段密相床固含率分布的影响,在不同气速和颗粒循环速率下的固含率计算结果与实验值吻合较好,为变径结构小型提升管循环流化床反应器的设计和应用提供了新的经验关联式。　　 相对于已有研究,小型提升管流态化装置具有固含率高、颗粒团聚普遍、边壁效应严重、流动受摩擦影响大等特点,直接利用已有的数值模拟模型进行计算的结果与实验值有较大的差距,因此需要依据实验结果对现有模型进行修正和完善。本文基于欧拉双流体模型及颗粒动理学理论,通过调整模型参数设置,采用计算流体力学软件FLUENT,利用三维气固两相流模型对提升管进行模拟,模拟结果与实验结果吻合较好,说明通过调整拟合参数所得到的三维气固两相流模型具有良好的预测性和可靠性。　　 尽管变径结构提升管具有固含率高、气固混合物在缩径段停留时间短等特点,但是固含率具有在扩径段中降低较快的趋势,使得很难在扩径段上部为组合进料提供较高的固含率。本文提出了一种新的提升管反应器结构形式,在扩径段中部设置一个催化剂进口,两个催化剂进口通过阀门分别加以控制。实验证明,双催化剂进口提升管可以提高扩径段中上部固含率30％以上,有效地抑制了固含率在扩径段随高度增加而迅速下降的现象。　　 利用建立的三维气固两相流模型,通过FLUENT软件对双催化剂进口提升管进行了模拟。模拟结果显示,相比普通扩径结构提升管,双催化剂进口提升管能够提高扩径段中上部固含率。在上部催化剂入口处通过气固两相进行动量交换,延缓了固含率在扩径段随高度增加而迅速降低的趋势。