甲醇制烯烃（Methanol-to-olefins, MTO）是重要的烯烃制取途径。然而，目前MTO反应器放大多依赖逐级放大的实验方法，不仅时间和经济成本较高，而且难以获得反应器设计所需的某些关键信息，例如催化剂的停留时间分布对积碳的影响。数值模拟已成为辅助MTO反应器研发的重要方法，但在具体应用中面临着热态过程预测精度和模拟时空尺度的巨大挑战。例如，在MTO反应中轻烯烃的选择性取决于催化剂的焦炭含量，但是缓慢的积碳过程导致催化剂需要在反应器中经过小时级的停留时间才能实现较优的积碳分布。因此，亟需实现一种高精度高效率的模拟方法以满足MTO反应器催化剂尺度长时间模拟的需求。本论文在EMMS-DPM（Energy Minimization Muti-scale - Discrete Particle Method）粗粒化模型的基础上引入了传质、传热和MTO反应动力学模型，实现了MTO热态反应过程的离散模拟方法。在CPU-GPU气固流动离散模拟平台的基础上，采用GPU加速计算气固相间作用和反应，大幅提高了离散模拟方法的时空尺度，从而满足不同尺度的MTO反应器热态过程长时间颗粒尺度的模拟。实现了DMTO（中国科学院大连化学物理研究所研发的MTO工艺）中试反应器8小时物理时间的离散模拟，气相产物和催化剂积碳量与实验值吻合较好，验证了物理模型和计算方法的正确性。直接通过催化剂颗粒的运动信息构建了其积碳分布和年龄分布之间的关联，发现62.4%的催化剂的积碳含量未达到最优值，而且在反应器的分布板附近存在催化剂混合不均的情况，由此导致即使在较大的时间尺度甲醇反应速率依然存在较大的波动。因此，催化剂的应用、分布器的结构和甲醇的进料方式存在进一步优化的空间。在DMTO工业性试验反应器的模拟中发现，由于适用温度范围更宽，MTO双循环反应动力学模型的预测性较优。基于中试装置的优化方向，调整催化剂的循环量、重时空速和催化剂预积碳量，以期提高DMTO性试验装置的轻烯烃选择性。每个工况实现了3小时物理时间的模拟，结果表明：减小催化剂循环量可以提高轻烯烃选择性；重时空速在3.0 gMeOH/(gcat h)时轻烯烃选择性最优；催化剂预积碳量在0-2.0g/100gcat范围时，乙烯选择性随预积碳的增加而提高，原因在于较高的预积碳有利于活性催化剂集中于乙烯选择性较高的积碳区域。在DMTO工业反应器局部区域中温度波动较大且催化剂存在粒径偏析，可能影响反应器的稳定生产和整体反应效率。结合不同产能的需求提出了反应器规模、甲醇通量和催化剂粒径的调整方案。结果表明：减小反应器尺寸能够有效减小温度波动和夹带催化剂中大颗粒的比例；减小甲醇通量能够减小温度波动和催化剂夹带量；增加小粒径催化剂比例使反应效率更高且轴向压降下降，因此有利于增加反应器运行的稳定性并降低能耗。综上所述，本论文通过长时间离散模拟研究了三个尺度dmto反应器的运行状态并提出了部分操作条件优化方法。这一模拟方法能较好地拓展至其他气固两相流体系。在进一步工作中，一方面需对mto反应动力学精度进行提升以适用于更宽的操作条件，另一方面需对dpm计算速度进行优化以实现工业反应器实时模拟。