移动床甲醇制丙烯技术是极具发展前景的非石油路线制取丙烯的技术。由于移动床反应器中颗粒流型接近平推流,若根据催化剂使用寿命合理控制催化剂循环速率,则能够使反应器内的催化剂始终保持在较优活性范围内,从而保证反应转化率以及产品质量的稳定。然而,由于移动床反应器结构特殊,尤其是移动床径向反应器内物料流动特性更为复杂,目前仍缺乏对移动床径向反应器内颗粒流型、气固两相流场、以及不良流动现象的系统研究。因此,有必要对移动床径向反应器的基本流动特性进行深入研究,以深刻理解反应器的多相流动特征,从而优化工艺操作,提高经济效益,同时,也为国内具有自主知识产权的移动床甲醇制丙烯工艺整体设计与反应器开发提供理论支持。本文以现有甲醇制丙烯工艺为背景,结合理论分析及实验验证,通过系统考察移动床径向反应器内颗粒流型、气固两相流动规律以及不良流动现象等反应器基本流动特性,较为全面地研究了反应器内颗粒停留时间分布规律,以及气体压力分布和压降变化规律,同时,建立了颗粒移动速度和下料速率、以及空腔和贴壁尺寸的预测模型。研究结果对于移动床径向反应器的设计开发、工艺条件的优化选择以及催化剂的研究改性均具有重要的指导意义。本论文主要开展了以下四方面的研究工作：(1)通过系统考察移动床径向反应器内颗粒停留时间分布特性的影响因素,研究反应器内颗粒流型的变化规律,建立了颗粒停留时间分布的预测模型。同时,设计了两种不同结构的改进下料管,既减小了流动死区,又改善了颗粒流型。实验系统考察了操作气速、下料速率、下料形式、气体流动形式、开孔区网结构以及催化剂性质对颗粒停留时间分布的影响,结果表明,随操作气速与下料速率的增加,颗粒停留时间分布曲线方差减小,颗粒流型更接近平推流。此外,采用中心下料方式、Z型流动形式、或采用球形度较高、休止角及摩擦角较小的催化剂时,颗粒停留时间分布曲线峰形较为对称,颗粒流型更接近平推流且床内死区更小。开孔区网结构对停留时间分布特性影响较小。采用简化的分区模型,对移动床反应器内颗粒停留时间分布进行预测,二维与三维冷模装置的实验数据验证表明,模型预测效果较好,同时,提出了两种下料管的优化结构,有效减小了流动死区,使颗粒流型更接近平推流。(2)系统考察了移动床径向反应器内气相流场分布规律,获得了气体在反应器内的压力分布及过床压降的影响因素,并建立了颗粒移动速度和下料速率的振动信号在线预测模型。实验考察了一定操作条件下,气体沿反应器轴向与径向的压力分布规律,以及过床压降的影响因素,结果表明过床压降随反应器床高的增加而增大,床层上下两平面间的压力差沿气流方向逐渐减小。此外,过床压降随操作气速的增加、下料速率的减小以及催化剂粒径的减小而增大；由于约翰逊网结构特殊,其过床压降小于采用普通筛网时的过床压降；Ⅱ型流动的过床压降略大于Z型流动。借助振动信号检测技术,结合振动信号功率谱分析,分别建立了移动床径向反应器内颗粒移动速度与下料速率的预测模型,经实验数据验证,模型准确度较高,可用于移动床中颗粒移动状况的在线检测。(3)系统研究了移动床径向反应器内空腔和贴壁效应,结合无因次准数分析以及力平衡分析等手段,分别建立了反应器内空腔和贴壁尺寸的预测模型,并提出了减小或消除空腔和贴壁的措施。实验考察了操作气速、下料速率、气体流动形式、开孔区网结构以及催化剂性质对空腔和贴壁尺寸的影响,结果发现,空腔面积和贴壁厚度随着操作气速的增加而增大,随催化剂颗粒平均粒径以及堆密度的增加而减小；下料速率增加时,空腔面积增大而贴壁厚度减小；开孔区采用约翰逊网或采用Z型流动时空腔和贴壁尺寸均较小。在此基础上,通过进行无因次准数分析,建立了反应器内空腔面积的预测模型,同时结合催化剂床层的力平衡分析,建立了开孔区贴壁厚度的预测模型。通过对空腔和贴壁尺寸随不同影响因素的变化规律进行分析,提出了减小或消除空腔和贴壁的措施。(4)在系统考察移动床径向反应器内颗粒流型、气固两相流场以及空腔和贴壁效应的基础上,对工业移动床甲醇制丙烯反应器进行了概念设计,并根据核算结果提出了可行的设计方案。针对工业连续催化重整装置中移动床径向反应器的应用实践经验,并综合考虑实验室冷模研究结果对工艺操作条件以及反应器结构的要求,提出了反应器的设计准则,并以反应器内径D,中心管外径d,以及催化剂装填高度h这三个关键尺寸值的确定为计算目标。通过借助Aspen模拟获取进料流股的流量与物性数据,并参考工业反应器的结构设计参数,分别计算并校核了年产50万吨以及年产1万吨丙烯时移动床径向反应器的装置尺寸,结合实验室研究结果,获得了不同条件下的优化设计方案。