络合铁法脱硫作为一种绿色高效的天然气净化工艺,在处理小规模中低潜硫含量的酸气方面表现优异,该工艺中环流式反应器以其低能耗和高传质效率在CO2捕集、石油化工、生物发酵和污水处理等方面有着广泛应用。本论文主要以CFD模拟为研究手段,以环流反应器为研究对象,主要分析气液两相流场特性及影响因素,并进一步研究气泡行为、分析传质区域及传质效率,最后探究气液固三相流场分布、传质特性和反应特性。根据现场装置数据和Aspen模拟数据,建立了环流反应器三维物理模型,获得基于现场反应器结构尺寸的反应停留时间为0.1h,满足循环效果的液相循环速度为1.0440m/s。通过引入Eulerian多相流模型、标准k-ε模型描述气液湍流运动并考虑虚拟质量力和曳力影响,建立环流反应器内气液两相流动数值模拟模型,进行高质量网格划分和求解算法优化。研究了操作参数和结构参数对气含率和液相循环速度的影响情况,得到双气流自循环流场,结果表明反应器内流场分布均匀且存在明显的区域差异,在径向和轴向存在“粘滞”效应和“断点”现象,得到满足循环效果的操作参数:空气表观气速为0.8668 m/s和结构参数:导流筒直径为1.1 m和高度为4.0 m。同时加入群体平衡模型和气泡聚并破碎模型对气泡尺寸分布和气泡界面浓度分布进行了分析,分析表明气泡上升过程中,升液区气泡尺寸增加,降液区气泡尺寸平稳波动;反应器内以大气泡为主,小气泡主要分布在气体喷射区和液相湍动涡流处,该区域气泡界面浓度大,传质面积大,传质效率高;空气表观气速增加不利于传质,中等气泡趋向于聚并为大气泡,在空气表观气速为0.8668 m/s时处于破碎-聚并平衡。基于气液相流场和气泡行为加入组分输运模型、双膜传质理论和氧化还原反应机理,得到反应器内各组分分布、传质速率和反应速率,分析表明加入反应后反应器内流场分布更加均匀,气含率增加,液相循环速度降低,传质和反应过程主要集中于小气泡存在的气体喷射区和液相湍动涡流处。液相体积传质速率主要受气含率和液相平衡浓度影响,H2S液相体积传质速率比O2液相体积传质速率小一个数量级;反应速率主要受反应组分浓度和反应速率常数影响,H2S氧化反应速率受传质速率控制,Fe2+再生反应速率受溶液循环速率控制。环流式反应器展现了在络合铁法脱硫过程中优秀的流场特性和高效的传质反应速率。通过对环流反应器内气液两相作用,气泡行为研究以及传质反应过程描述,为络合铁法自循环工艺应用于天然气脱硫以及反应器分析、设计提供了一定的理论参考和指导。