甲醇制烯烃技术已成为我国低碳烯烃生产的重要技术路线。甲醇制烯烃反应器内催化剂颗粒的扩散运动与反应器内气泡、颗粒聚团等非均匀结构密切相关,影响了催化剂在反应器内的停留时间分布,对催化剂积碳量的调控以及产物选择性的提高有重要影响。因此对甲醇制烯烃反应器内催化剂颗粒的扩散系数进行研究是甲醇制烯烃反应器设计和优化的重要依据。湍动流化床反应器是甲醇制烯烃工业装置常用的反应器。本文基于随机游走理论,针对湍动流化床反应器,将图像处理技术、光纤成像技术与颗粒扩散系数的研究相结合,建立了基于图像法的湍动流化床颗粒扩散系数研究方法。该方法通过高速相机记录流化床内颗粒的连续运动图像,利用互相关图像处理技术得到颗粒的位移,最终结合颗粒扩散的随机游走理论得出颗粒的平均扩散系数。针对甲醇制烯烃SAPO-34催化剂设计并搭建了二维及三维冷态湍动流化床实验台。首先利用非接触式图像法在二维湍动床实验台上采集壁面附近的颗粒运动图像,验证了基于非接触式图像法的颗粒扩散系数研究方法的可行性,进而利用光纤内窥探头采集三维冷态流化床内部的颗粒运动图像,验证了基于光纤式图像法的颗粒扩散系数研究方法的可行性。两种方法互相补充,对湍动床内不同位置的颗粒扩散运动进行了研究,共同构建了基于图像法的颗粒扩散系数研究方法。通过操作气速的改变及对平均粒径70μm、80μm和100μm三种SAPO-34颗粒的扩散系数的研究,分析了操作气速及颗粒粒径对颗粒平均纵向扩散系数和横向扩散系数的影响,并通过与其他文献的对比证明了基于图像法的颗粒扩散系数研究方法的可行性。实验计算得到的湍动床颗粒平均纵向扩散系数普遍在10-2m2/s至10-1m2/s量级,颗粒平均横向扩散系数多在10-3m2/s至10-2m2/s量级。该结果与相关文献报道的结果基本一致。湍动床内颗粒纵向扩散系数和横向扩散系数均随着流化风速的上升而增大,相同操作条件下粒径较小的颗粒混合和扩散更加强烈,这一趋势也得到了相关文献的证实。与其他方法相比,基于图像法的湍动床颗粒扩散系数研究方法操作规范、简单可行,并具有较高的精度,具有较好的研究价值和应用前景。