煤制天然气是我国能源战略中非常重要的一环,在此背景下,作为煤制气核心技术的甲烷化一直是相关领域的研究热点,因此了解甲烷化反应器内不同尺度上的反应-传质-传热等传递特性非常重要。但是该过程涉及到宏观-介观-微观的多尺度耦合,这造成了窥探其内部规律的难度。为了能够仔细地了解这一过程中各个尺度上的作用规律,便于更加有效地指导相关反应器的优化,本文利用COMSOL multiphysics软件对固定床反应器中的甲烷化过程展开了多尺度研究。多尺度的方法一般分为两种,为并发的多尺度方法（concurrentmulti-scale methods）以及递阶的多尺度方法（hierarchical multi-scale methods）。本研究以实际的固定床反应器为参考,结合以上两种多尺度方法,建立了多种固定床多尺度模型。在递阶模型中,从介观尺度上,建立了催化剂床层模型;从微观尺度上,通过软件构建出了一个额外的维度,以此来描述单个催化剂颗粒内部的化学反应过程。在并发模型中,通过软件划分出了催化剂颗粒域与流体域,以此来描述催化剂颗粒内部的化学反应与物料在床层中的流动与混合。针对不同模型的特点,根据实验室条件选取了二维并发多尺度模型与三维递阶多尺度模型对固定床反应器中的甲烷化过程进行了多尺度模拟。结果表明:（1）在介尺度上,从床层进口到出口,反应物CO的浓度在逐渐减小,生成物CH₄的浓度在逐渐增大。在反应进行的第50 s,其温度表现为先升高再降低,最大值为557.06 K。同时在床层同一高度的径向上,各物质均呈现出不均匀的浓度分布,反应物CO的浓度与催化剂颗粒之间的间隙大小正相关;而生成物CH₄则呈现负相关的关系。且床层径向上的温度分布较均匀,只是在床层入口处起伏较大。（2）在微尺度上,反应物CO呈现为颗粒中心浓度低,颗粒表面处浓度高的状态;而生成物CH₄与之相反。同时,催化剂颗粒内部的温度分布非常均匀,呈现为等温的状态。（3）在不同尺度之间,随着催化剂颗粒直径的减小,在同一床层高度的位置上,反应物CO在床层内主体气流中的浓度在逐渐减小,生成物CH₄的浓度在逐渐增大;同时催化剂颗粒的直径越大,其颗粒内部各物质的浓度差也越大,小尺寸的催化剂颗粒可以有效地提高床层尺度上甲烷化的反应速率与催化剂颗粒的负载利用率。