本论文针对目前我国炼油厂催化裂化装置沉降器内结焦严重的问题，利用实验研究、工业装置取样分析和数值模拟分析相结合的方法，确定了沉降器内的油气相态，研究了油浆的结焦性能，模拟计算了沉降器内的流场分布以及重油液滴的运动轨迹，提出了沉降器内的结焦历程，为开发有效的沉降器防结焦技术、保证重油催化裂化装置长周期稳定运行提供理论支持。 本论文首先对正构烷烃分子饱和蒸汽压模型进行了改进，开发了两套模型参数修正值，其应用范围涵盖C3-C80，用以确定沉降器内油气相态。该模型与文献参数相比，可以模拟更宽馏程范围的石油窄馏分。利用此改进的饱和蒸汽压模型，确定了沉降器内的油气相态。计算结果表明，在重油催化裂化沉降器内，油浆以气液两相状态存在，其露点温度为488.75℃，露点分压为4.385kPa，露点温度的高低直接决定于油浆终馏分。 其次，利用热重分析仪对油浆、油浆重馏分以及油浆SARA组分的热转化反应过程进行了考察。在油浆SARA组分中，饱和分、芳香分和胶质在热重反应整个温区内均表现为一级动力学行为。而在热重反应温度区间内，油浆、油浆重馏分以及油浆沥青质的热重反应表现为两个反应动力学阶段，在低于或高于转折温度时，它们分别遵循一级或二级动力学。在沉降器结焦来源中，油浆饱和分所占比重几乎为0，芳香分和胶质所占比重也是十分有限的，油浆沥青质所占比重最大。稠环芳烃脱氢缩合反应生焦是油浆及其重馏分生焦的主要来源。 本论文还通过实验研究考察了油浆生焦反应过程的影响因素，结果表明，反应温度是影响油浆生焦反应的主要因素。随反应温度的升高，油浆的缩合反应程度逐渐加强。通过对工业装置结焦采样分析研究，认为油气的流动状态决定着油气液滴和催化剂颗粒在器壁表面的沉积形式，从而影响结焦物的软硬程度和成分。软焦是扩散型结焦，而硬焦是沉积型结焦。实际结焦物是处于软焦和硬焦之间，是两者的混合体。结焦单元有两种型式：“桔子”型结焦单元与“苹果”型结焦单元。两种结焦单元对应于两种结焦前身物。“桔子”型结焦单元积聚形成软焦前身物，而“苹果”型结焦单元则积聚形成硬焦前身物。 本论文最后利用Eulerian双流体模型对重油催化裂化装置沉降器内的油气和催化剂的流动及传热进行了模拟计算和分析，定量地得出了沉降器内的总体压力分布曲线、油气和催化剂在沉降器内的速度分布以及催化剂的浓度分布以及温度分布等。数值模拟结果表明，在沉降器顶部等部位存在低温区域，其温度低于油浆重馏分的露点温度，因此这些部位是沉降器结焦的主要部位，模拟结果与工业生产结焦情况基本一致。利用颗粒轨道模型对沉降器中油滴的运动轨迹和停留时间进行模拟计算和分析的结果显示，由汽提段处生成的少数油滴的停留时间比油气的平均停留时间长得多，这部分油滴的生焦可能性极大。在沉降器内形成的油滴中，随着沉降器内整体气流的流动，约有90％的油滴在沉降器内壁和旋风分离器外壁碰撞和粘附，从而造成沉降器内壁和内构件的外壁结焦。利用颗粒轨道模型对提升管出口处油滴的运动轨迹和停留时间进行模拟计算和分析的结果显示，由提升管出口处油滴所造成的沉降器结焦问题与油滴群的运动规律有直接联系。来自于沉降器粗旋矩形出口的四周以及上半部位的油滴，由于其向上速度分量较大，因此它们更易于由油气主体散逸出来进入沉降器的广大空间，从而造成沉降器的结焦。