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提升管再生不仅烧焦强度大，而且烧焦效果好，是催化裂化再生的发展趋势。然而完全采用管式再生由于启燃温度的限制，必须采用多段进气，同时实施该过程要对催化裂化装置的两器布置做很大调整，不适用于对现有装置的改造。本文在对常规再生过程系统分析的基础上，将烧焦管与常规湍流床再生器合理组合，提出了一种后置管式再生组合新工艺，该工艺将烧焦管置于常规湍流床再生器之后，既能发挥管式再生的优点，又能避免前置管式烧焦或完全管式烧焦难以满足启燃温度的不足。为了实现该工艺过程，本文首先在大型冷模实验装置中(烧焦管φ188mm×10610mm，再生器φ800mm×12000mm)以FCC平衡剂为物料，系统地考察了在烧焦管入口采用新型预提升器，出口装有新型气固分离器的后置烧焦管以及湍流床再生器的流体力学特性。实验系统地测定了烧焦管截面平均颗粒浓度的轴向分布规律，给出了截面平均颗粒浓度轴向分布的计算模型。实验系统地测定了烧焦管局部颗粒浓度的径向分布规律，给出了局部颗粒颗粒浓度径向分布的无因次关联式。实验还系统测定了烧焦管中颗粒速度的径向分布及其沿轴向的发展，对颗粒加速运动进行了分析，给出了气固滑落系数的计算式。通过对再生器颗粒浓度轴向分布特性的分析，提出了计算包括稀密相及弹溅区颗粒浓度轴向分布的统一数学模型。结合相似性分析的结果给出了由截面平均颗粒浓度计算颗粒浓度径向分布的计算式。
对于本文提出的催化裂化组合再生器，优良的烧焦管出口分离器性能是实现该工艺的关键。为了开发合理的分离器结构，首先在小装置上，采用325目滑石粉对基准型分离器进行结构优化。通过对约50种结构的实验考察，确定了基准型分离器各部分结构尺寸的适宜匹配关系。对优选出的分离器在后置烧焦管组合再生大型冷模实验装置上以FCC平衡剂为物料对其性能及影响因素进行了系统的考察，建立了操作性能经验关联式。本文以实验优选为主，并结合了分离器气相流场实验及CFD模拟的方法，通过对优选出的基准型分离器中心管结构存在流场及静压偏心的缺陷进一步的优化，成功地开发了带有切向开缝中心管的气固分离器。该分离器体较小、结构简单、分离效率高、压降低、操作性能稳定。通过大型冷模实验研究，建立了切向开缝分离器性能经验关联式。
根据分离器结构优化及大型冷模实验结果，以惯性分离的横混模型为基础，建立了基准型及切向开缝分离器性能的半理论模型和多参数无因次关联式。通过对大量实验结果的归纳总结和理论分析，提出了基准型和切向开缝分离器的基本设计方法。
最后，将实验建立的后置烧焦管及湍流床再生器流体力学模型与烧焦过程传质传热模型和烧焦动力学模型相结合，建立了适合于后置管式组合再生的烧焦数学模型并开发了烧焦计算软件。采用该计算软件，对四套工业再生装置进行了对比模拟计算，结果表明，采用后置烧焦管式组合再生器在原湍流床再生器操作条件变化不大的情况下，可使烧焦能力增加16.28～26.24％，烧焦管出口再生剂含炭量可控制在0.1％(w％)以下。