重油催化裂化工艺是石油炼制工业中最重要的工艺之一。但随着催化裂化原料的重质化和劣质化，重油催化裂化装置内结焦问题日益严重，已经成为影响装置长周期运行的主要障碍之一。油气结焦的过程是一系列化学反应和物理变化综合作用的结果，可分为两部分，一部分是油气结焦的化学反应过程，一部分是重油液粒和催化剂颗粒向壁面运移、黏附、沉积并固化结焦的过程。本文针对后一部分，通过工业采样，实验研究，理论分析和数值模拟相结合的研究方法，分析了结焦焦块的基本特性，焦体与催化剂颗粒结合的机制，焦体在器壁上的黏附过程，焦体和催化剂颗粒累积形成焦块的历程，重点研究了油气流动状态对结焦形成过程和结焦特性的影响。 首先分析了重油催化裂化沉降器内不同结焦部位结焦焦块的宏观特性，微观结构以及焦块的组织成分。在此基础上指出液粒的存在是结焦产生的前提条件，而油气对液粒和催化剂颗粒向器壁表面的输送是结焦形成的必备条件。结焦焦块的基本特性取决于结焦环境的油气流动状态。流动状态的不同使液粒和催化剂颗粒向器壁表面的沉积机制不同，这种不同可以反映在结焦焦块的密度上。在油气静止空间，液粒和催化剂颗粒以重力沉降为主形成堆积型结焦，炭的比例小，颗粒粒径大，焦块密度小而疏松；在油气低速流动空间，液粒和催化剂颗粒以扩散和惯性沉积为主形成沉积型结焦，炭的比例较高，颗粒粒径稍小，焦块密度大而坚硬。 然后，以旋风分离器升气管外壁结焦为对象，重点分析了油气高速流动区域重油液粒和催化剂颗粒向器壁的沉积机制和结焦过程。采用LDV技术测量了旋风分离器环形空间以及升气管外壁近壁区的气相流场，同时采用改进的RSM模型对旋风分离器内气相流场进行了数值模拟；在冷模实验装置上进行旋风分离器升气管外壁的颗粒沉积实验，并采用DPM模型对粒子在升气管外壁的沉积进行了模拟。实验和模拟结果表明旋风分离器升气管外壁流场具有明显的绕柱流动特征，升气管近壁区存在低速的“滞流层”。来自主流的颗粒在湍流扩散作用下运动到达近壁区，在近壁区减速滞留，在垂直横向力的作用下向壁面沉积，最终形成颗粒沉积层。颗粒的粒径，密度，运动速度和颗粒浓度是影响沉积层形态和分布的主要因素。而且，升气管外壁的沉积层呈非轴对称分布，在355°～0°～150°区间流场是增速减压区，为顺压力梯度区间，沉积层致密均匀，颗粒粒径逐渐减小；在150。~270。区间流场是减速增压区，为逆压力梯度区间，沉积层厚而疏松，颗粒粒径逐渐增大；在270°以后是附面层分离区间，存在着流体的旋涡和倒流，沉积层表面粗糙不平，颗粒粒径基本不变。对照沉降器结焦，存油气高速流动区域，液粒和催化剂颗粒以湍流扩散为主形成扩散型结焦，炭的比例高，沉积的颗粒粒径很小，焦块密度很大。重油液粒在器壁长时间停留逐渐固化结焦，并与催化剂颗粒结合形成焦块，后续的液粒和催化剂颗粒继续沉积使焦块的厚度小断累积增长，当占据一定的流道空间时，流速增大，气流的冲刷能力增强，结焦的厚度增长受到限制。最后，基于对催化裂化沉降器结焦历程和基本规律的认识，提出以下防结焦技术开发的思路和途径：(1)减少重质油组分形成液相，可以减少附加焦量，进而减少滞留结焦；(2)实现油气的快速引出，降低油气的停留时间，可以防止油气的滞留结焦；(3)消除油气的低速空间可以使结焦不滞留在器壁上或逐渐长大，防止结焦问题的产生；(4)通过破坏滞流层，对过流表面进行气流屏蔽，达到防止颗粒沉积，避免滞留结焦的形成。(5)结焦焦块采用固定和分割的措施，避免焦块的脱落或大焦块的形成以防止结焦事故发生。