石油流化催化裂化(FCC)工艺是循环流化床技术工业应用的典型代表，但该工艺生产的成品油存在诸如烯烃含量高(40～65v％)、硫含量高等缺点。为保护环境，国家环保总局于1999年发布了《车用汽油有毒物质控制标准》，该标准规定车用汽油的烯烃含量不大于35v％。为此，中石化石油化工科学研究院提出了生产清洁汽油组分的流化催化裂化新工艺MIP(Maximizing Iso-Paraffins)，该工艺能够降低成品汽油中的烯烃含量、提高异构烷烃含量以满足新标准的要求。MIP工艺的提升管是传统FCC提升管与快速流化床的组合，二者作为相互独立的反应区：裂化反应在位于提升管下部的第一反应区进行；裂化反应生成的烯烃在提升管上部的第二反应区通过异构化反应和氢转移反应被转化为异构烷烃和芳烃。文献中对于MIP工艺中应用的这种具有双固体循环回路的变径提升管反应器的研究甚少。故此，本论文旨在研究MIP工艺新型提升管内气固两相流动特性和循环系统的最佳操作区间。　　 参考MIP工艺原理，建立了循环系统的冷态实验平台，整个平台由变径提升管、物料循环管、循环速率控制阀及气固分离装置等几部分组成。随提升管结构不同而分为扩径提升管(沿轴向向上分为一反段、扩径段和二反段)、扩径一缩径提升管(沿轴向向上分为一反段、扩径段、二反段、缩径段和提升段)及在扩径段出口安装分布板的扩径一缩径提升管。在一反段底部和二反段底部分别用斜连通管与循环管相连形成了主副两个固体循环回路。在各种实验条件下，分别应用压力和光纤探头系统测量了循环回路的轴向压力分布和提升管四个轴向高度处的颗粒速度和空隙率的径向分布。针对提升管不同反应区的固体循环速率与床层压降的关系、缩径段和物料分布板对气固两相流动特性及循环回路压力平衡的影响、空隙率和颗粒速度随操作参数的变化等问题进行了深入分析和研究，得到了循环系统的操作相图，可以作为工业设计和过程控制的参考依据。将单颗粒/颗粒团聚物的力平衡方程、能量最小多尺度模型和循环回路的压力平衡关系相结合，建立了颗粒加速一压力平衡模型。通过模型计算可以实现对提升管内空隙率和床层压降轴向分布的预测。　　 通过本文的研究，主要得到以下结论：　　 1)在其它条件不变时，增加主副循环回路中任意一个回路的固体循环速率，将使另一回路的固体循环速率降低，但提升管二反段固体循环速率、床层压降和颗粒浓度均增加。增加表观气速，对于扩径提升管其主循环固体循环速率增加，但提升管二反段压降和颗粒浓度降低；对于扩径一缩径提升管其主循环固体循环速率先增加后下降，在缩径段附加压降的作用下提升管压降变化不大，但颗粒浓度下降；气速对副循环回路补充加料量的影响不大。　　 2)在提升管任一轴向高度，颗粒速度和空隙率沿径向均呈明显的环核结构特征。在提升管二反段，颗粒速度和空隙率因扩径和通过副循环回路的补充加料而下降，二者的影响随轴向高度的增加而减弱；核心区半径随轴向高度的增加而减小。能量最小多尺度模型给出的“噎塞”判据可用于判定提升管二反段内的气固流动状态，了解其床层的固体颗粒浓度，从而得到了循环系统的操作相图和最佳操作区间。　　 3)提升管一反段、二反段和提升段的固体物料因操作条件的不同分别在不同的尺度下运动——单颗粒尺度和颗粒团聚物尺度。将单颗粒及颗粒团聚物的力平衡方程与考虑颗粒加速、颗粒减速、颗粒与壁面摩擦作用得到的循环回路压力平衡相结合建立了颗粒加速一压力平衡模型，模型所需颗粒团聚物的性质由能量最小多尺度模型计算。此模型能够预测操作参数(固体循环速率、表观气速、及控制阀压降等)对双循环变径提升管内空隙率、床层压降等气固流动特性的影响，模型计算结果与实验结果吻合较好。　　 4)应用颗粒加速一压力平衡模型对某炼油厂实际装置的操作状态进行了预测，得到了不同操作气速下此装置补充加料量、提升管藏料量及提升管压降的操作范围。一反段气速为15.5 m/s时副循环回路的最大补充加料量为470.0 t/h。在副循环补充加料量由0.0 t/h增加到470.0 t/h时，提升管二反段藏料量由3.6 t增加到15.0 t、床层颗粒浓度由45.0 kg/m3增加到186.1 kg/m3、床层压降由4.5 kPa增加到18.4 kPa。提升管一反段出口气速在13～18 m/s时循环系统均可实现正常操作，此时副循环最大补充加料量由413.6 t/h增加到515.7 t/h，二反段的最大藏料量由18.6 t下降到12.7 t，最小藏料量由4.6t下降到3.0t。