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本文针对合成气制甲醇反应体系,采用计算流体力学(CFD)软件Fluent,通过对不同形状催化剂单颗粒、颗粒群及反应器床层三个尺度的模拟计算,考察体系的质量传递、能量传递、动量传递以及不同的操作条件对反应体系的影响。单颗粒催化剂尺度方面,研究催化剂颗粒在内、外扩散存在下的性能。分析了颗粒形状对催化剂颗粒有效因子及选择性的影响；同时,考察了带流域单颗粒催化剂的有效因子、选择性、收率及颗粒轴向的温度分布与组分分布。结果表明：(1)催化剂颗粒体积相同的条件下,不同形状颗粒有效因子的大小顺序为：三叶草>四叶草>中空管>二叶草>齿球>圆柱(Lp=2do)>圆柱(Lp=dp)>球,颗粒的选择性在0.88-0.93之间；(2)带流域的催化剂颗粒入口处温度上升较快,随后趋于平缓。(3)催化剂颗粒外扩散影响较为显著。颗粒群尺度方面,采用体心立方堆积(BCC)方式,建立八种催化剂颗粒的颗粒群模型,研究颗粒群的质量传递、能量传递和动量传递特性,考察目标颗粒的有效因子以及颗粒群的平均有效因子、选择性、转化率与收率。结果表明：(1)入口段温度无变化,催化剂颗粒温度沿轴向高度不断升高,出口段流体温差逐渐减小。进出口总温差不超过2K。(2)流体流经上下相邻颗粒之间的缝隙时,流速有所增加,流经左右相邻颗粒之间的缝隙时,速度减小。球形颗粒群中心颗粒后速度减小,基本无回流,其他形状的中心颗粒后方流体流动方向发生改变,产生回流,形成漩涡。(3)颗粒内部CH3OH的摩尔分数最大,最大值均在3.28%-4.38%之间。(4)中心颗粒生成CH3OH的有效因子均在0.32-0.35之间,RWGS反应的有效因子均在0.32-0.39之间。(5)生成甲醇的平均有效因子均在0.29-0.33之间,RWGS反应的平均有效因子均在0.29-0.35之间。(6)选择性均在0.87-0.88之间,其值较单颗粒催化剂有所减小。(7)三叶草催化剂颗粒群的转化率与收率均最佳,分别为1.45%与1.26%。反应器床层尺度方面,考察催化剂颗粒形状、原料气入口温度、操作压力、入口质量流量、壁面温度以及入口组成对反应器反应管轴向温度分布与组分分布的影响。结果表明,反应管Ⅰ：入口处温升较为明显、组分摩尔分数变化较大,距离入口处40mm后反应达到平衡；反应管Ⅱ：(1)不同形状的催化剂颗粒床层轴向温度变化、CH3OH摩尔分数变化、CO摩尔分数变化基本相同；催化剂床层的选择性在3.21-3.24之间,转化率在1.16-1.18之间,收率在0.36-0.37之间。选择性、转化率、收率三者的大小顺序与单颗粒催化剂效率因子的大小顺序相同。(2)最适宜的入口温度为473.15-513.15K,操作压力为5.0MPa左右,入口质量流量为2.8×10-2-5.6×10-2kg·s-1之间,壁面温度为503.15-523.15K之间,CO2的入口摩尔分数为3%。