我国商品汽油有80%来自催化裂化过程,催化裂化汽油中烯烃含量高达45～60v%,远不能满足车用燃料日益严格的环保标准,对此中国石油大学(北京)开发了催化裂化汽油辅助反应器改质降烯烃工艺。采用提升管与自由床耦合型式的汽油改质反应器,既满足了降烯烃所要求的长反应时间,又满足了系统压力平衡的要求。该工艺在工业应用中取得了良好的降烯烃效果,但也存在液收损失偏大和能耗偏高的问题,且部分装置在保持床层高料位操作时出现震动及操作不稳的情况。针对上述问题,在大量实验研究和机理分析的基础上,本文提出了一种提升管与环流床耦合的反应器新构型,利用导流筒及环流颗粒对气泡的剪切破碎作用,以减小床层内气泡尺寸、强化气固接触,通过有效降低导流筒内床层总压降,以降低提升管出口床层的约束阻力,进而达到改善产品收率、实现装置平稳操作的目的。　　 在一套自行设计的大型提升管与床层耦合反应器冷模实验装置上,进行了系统的实验及理论研究,得到以下新认识:　　 对于耦合反应器的提升管,受出口分布器和上部床层约束的影响,提升管沿轴向向上可分为加速区、充分发展区和约束区,对应颗粒速度呈加速一匀速一减速的过程,固含率呈两端大、中间小的C型分布。在提升管出口,由于受倒锥形分布器的影响,局部固含率最大值出现在无因次半径r/R=0.7附近。采用“约束性指数”,从定量的角度表征了分布器和床层对提升管出口约束强度的影响,发现提升管出口约束强度随提升管表观气速、颗粒循环强度和上部床层内颗粒静床高度增加而增加;轴向上,越靠近提升管出口,约束作用越强;径向上,约束作用随无因次半径增加而增大,在r/R≥0.5后趋于平稳;通过对实验数据的回归,得到了耦合反应器提升管出口约束性指数的经验关联式。　　 对于耦合反应器的自由床,颗粒外循环的引入对床层上部截面平均固含率(-εs),b影响较大,沿轴向向上存在一个转变点高度h,当h≤h时,固含率基本不受Gs,r影响,当h＞h时,固含率随Gs,r增大而降低;在径向上,通过分布器的高速颗粒喷射作用能够纵向破碎气泡,强化气固两相的径向扩散,使床层的径向均匀性得到改善,并使颗粒向上运动速度得以提高。通过对比不同操作条件的截面平均固含率发现,(-εs),b轴向分布存在相似性,截面无因次固含率仅与密相区无因次轴向位置有关,而与颗粒外循环强度、表观气速和颗粒静床高度等操作条件无关,密相区整体平均固含率约等于无因次轴向位置h≠=0.66处的截面平均固含率。　　 对于耦合反应器的环流床,根据其流体力学特性的差异,可划分为:分布器区、导流筒区、气固分离区、环隙区和底部区。环流床操作较理想的静床高度为高出导流筒上沿0.03～0.15m,环隙区操作较理想的流化气速为0.21m/s,提升管出口较理想的分布器形式为平面直孔板型分布器。在相同操作条件下,提升管上部耦合环流床时导流筒内固含率和颗粒速度均大于耦合自由床。采用“平均不均匀指数”,从定量角度表征了颗粒喷射和颗粒环流对气泡的破碎作用,比较了常规自由床、耦合自由床、常规环流床、耦合环流床四种床型的特性,发现耦合环流床在颗粒喷射和颗粒环流对气泡的双重破碎作用下,床层均匀性最佳,四种床型均匀性依次为:耦合环流床＞常规环流床＞耦合自由床＞常规自由床,且颗粒环流对气泡的破碎作用强于颗粒喷射,通过对实验数据的回归,给出了平均不均匀指数的经验关联式。　　 通过实验和理论分析,建立了提升管与环流床耦合流动的综合数学模型。利用该模型,在较宽的操作范围内,对提升管与环流床耦合反应器的流动与操作特性进行了模拟,结果表明:环流床内颗粒环流速度随提升管表观气速和颗粒外循环强度增加而增加,随提升管出口莲蓬头式分布器开孔率增加而降低;内环流颗粒和外循环颗粒的混合程度随导流简表观气速增加而增加,随颗粒外循环强度和分布器开孔率增加而降低;提升管出口约束阻力随导流筒表观气速增加而降低,随导流筒高径比和环隙与导流筒截面积比增加而增加;相同条件下,提升管出口为环流床时的约束阻力小于出口为自由床时的约束阻力。提升管与环流床耦合反应器的最佳操作域为:提升管内表观气速Ug,r=10～20m/s,环流床导流筒内表观气速Ug,d=0.60～1.10m/s,颗粒外循环强度Gs,r≥110kg(m2·s),莲蓬头式分布器开孔率a＝15%～45%。