提升管工艺在石油加工中应用广泛,提升管反应器是目前炼油厂重质油深度加工的主体装置。提升管反应器内气固两相在轴向和径向上都存在着流动、传热与反应的不均匀分布。传统的研究大都集中于冷态模型化方面,没有考虑传热和反应,因此不能准确地模拟提升管反应器。本文应用计算流体力学方法对重质油加工国家重点实验室内提升管冷模装置进行了数值模拟,建立了一套能够描述该系统气固两相流动的计算模型。在流动模型以及重油催化裂解集总动力学模型的基础上,在小型提升管装置上建立了气固两相的流动、传热及反应模型,准确地描述了提升管内真实的流动、传热、传质及反应过程,模拟结果与实验结果相吻合。结果表明:颗粒在管内呈环—核流动结构,固含率在轴向上呈“上稀下浓”的分布特征。随着表观气速的减小或颗粒循环量的增大,不同轴向位置的颗粒浓度都呈现增大的趋势,颗粒速度则降低。传统的提升管反应器很难同时达到大剂油比、适宜接触时间的目的,而变径提升管则可以较好地实现这两大目标。变径提升管的扩径段部分固含率显著提高,颗粒速度较低,气固两相的停留时间增大,有利于反应的进行;而上部等径段颗粒速度较高,停留时间减小,有效地控制了反应深度,降低了二次反应的发生。流动的不均匀分布导致了传热与反应的不均匀分布。原料在入口处气化升温,温度增加;而其气化升温所需的热量是由催化剂提供的,因而颗粒相的温度下降,两者在入口及附近的区域变化最为显著。在中上部,虽然反应吸热,但此时的主要反应已基本完成,因而温度下降缓慢。随着提升管高度的增加,重油的质量分率降低,而汽油、液化气、气体和焦炭的产率增加。各组分的浓度在入口附近变化剧烈,在提升管的上部,变化平缓。柴油的浓度先增大而后极其缓慢地降低。提升管长度增长,反应深度加大,重油的转化率升高,液化气、气体和焦炭的产率均增加,柴油和汽油的质量分数都呈现先增加后减小的变化趋势。