作为导致温室效应的主要气体,CH4和CO2的资源化、合理化利用已成为一项全球性课题,其中将热等离子体技术应用于CH4-CO2重整转化过程获得了学术界的广泛关注。本文将CH4和CO2作为一个体系,应用热力学计算软件HSC和气相动力学软件Chemkin对重整体系进行热力学平衡计算和动力学分析,并在此基础上应用Fluent 2020对反应器进行仿真模拟,与实验数据对比考核模型准确性,探究热等离子体技术重整CH4和CO2制备合成气的适应性。热力学平衡计算部分系统分析了反应温度、气体流量对原料转化率和产物选择性的影响,对CH4、CO2单独裂解和重整特性进行探讨。在热等离子体提供的高温环境下,CO2主要进行脱氧解离,温度T＞4500 K时,体系组成达到平衡状态。CH4主要进行脱氢裂解,温度T＞900～2000 K时目标产物较为理想。CH4-CO2重整转化过程中,过量的CO2可促进CH4的转化同时提高H2的选择性,且H2O对重整反应的影响比O2对重整的影响程度更大。针对CH4-CO2重整转化特性,借助Fluent 2020对重整反应器进行冷态和热态模拟,通过反应器内速度、温度、压力和各产物浓度分布情况,考察原料气配比、流速对原料转化率和产物选择性的影响。冷态模拟结果表明入口段与炉体交界处压力相对较高,炉体内压力逐渐均匀分布。热态模拟结果表明热等离子体会在反应器中形成温度较为集中的核心高温区,从入口段到反应器中部位置流体近乎为匀速流动,在反应区中段湍流密度逐渐增大,流体分布最为均匀。入口段各组分气体分布均呈现“V”型分布。流速的增加可以提高CO2的转化率,但流速过大会阻碍H2的生成。O2的存在可以提高CO2的转化率,一定程度上可以消除C和C2等中间物种的结炭问题。动力学分析部分借助Chemkin对输入功率、自由基浓度分布、反应时间等因素对体系重整过程的影响进行考察。结果表明重整转化速度很快,CH4和CO2在接触到热等离子火焰的瞬间就会发生裂解,CH4裂解的四种自由基的稳定性大小为CH2＞CH3＞CH＞H。转化过程中CH3、CH2、OH、H、O对CO和H2的生成发挥了重要作用。对建立的简化机理进行有效性分析,结合所进行的热力学平衡计算以及实验结果,最终确定CH4-CO2热等离子体重整路径。