对甲醇合成工艺进行深入研究,了解甲醇合成反应器内部流体流动、传质、传热和反应过程,对于甲醇生成过程的操作优化和甲醇合成反应器的设计改进都有重要意义。本文在分析甲醇合成工艺与反应器发展现状的基础上,进行甲醇合成工艺的流程模拟,并对甲醇合成固定床反应器内流体流动、热量传递、质量传递和反应过程的数值模拟研究。首先,对实际工业甲醇合成工艺流程进行了模拟,以验证流程模拟所使用的方法、模型和软件的可靠性,通过观测点各项数据参数的对比,各项参数差距不超过2%。以原甲醇合成工艺两个反应器串并联耦合流程模拟结果为对比依据,改变流程串并联形式,探索串联及并联形式流程在产品产量、质量、驰放气量及能耗方面的优缺点,分析不同的相连形式对各参数产生的影响。改变甲醇合成反应驰放气位置来模拟工艺流程,单纯驰放气位置的改变对于反应器进出口物流以及产品质量和产量的影响不大,能耗方面优化选取的从1#甲醇分离罐塔顶排放驰放气方式更具有优势,由于其在物流进入压缩机前取出驰放气,在调节循环气流量和惰性组分方面更加灵敏,有助于在实际生产中更好的减轻生产负荷。利用CFD模拟软件,对反应器内部不同区域的传质、传热和流动提出了计算模型。通过对于甲醇合成固定床反应器结构及内部流动过程分析可以看出,其内部多个复杂过程相互影响。得到内部详细的速率、Y向速度和静压的分布情况,分析了甲醇合成固定床反应器内流体流动规律:多孔介质区域速率和压力沿径向分布较为均匀,但受塔顶结构影响,反应器上部流体分布不佳。验证了模型和简化条件的可用性,同时为之后的反应、换热数值模拟,参数调节对比等提供基础。模拟甲醇合成固定床反应器内部复杂的流动、反应和换热耦合情况。确定各参数关联,并认识相关过程,在不计算逆反应的情况下,定性的了解了反应器在进行反应和换热过程中内部的相关参数分布。添加反应后的甲醇合成固定床反应器催化剂区域上部和下部径向流动不均匀,尤其是在靠近反应器边壁区域,温差较大。同时,由于甲醇合成为放热反应,发生反应区域的速率明显增大,反应器径向压差明显增大。整体催化剂区域取热量达到2.5×106W/m3左右时,主体区域温度控制在最佳操作范围。温度在径向上逐渐升高,轴向上催化剂中部区域温度稳定,但在上部和下部逐渐升高,上部更是出现超温至290-300℃,与实际工业生产超温情况吻合。研究了甲醇合成固定床反应器的结构参数对于其余参数影响。本文研究的反应器中心管为均匀开孔,经过对于不同开孔率的中心管进行数值模拟,得到不同开孔率(1.2%、2.5%、5%、10%、20%、40%和60%)对于流体流动的速率大小和流动规律基本没有影响。开孔率较小时,在径向上有较大的压差,对于流体在反应器内均匀分布有利。但整体的轴向总压差较大,对于主体区域流动情况和反应器的稳定性还是有较大影响。通过对双向进料甲醇合成反应器进行数值模拟,流体分布情况上,双向进料有利于流体更好的分布,径向上具有更大的压差,轴向压差比较均匀,温度分布方面也相对均匀,在相同大小的换热量下,双向进料反应器具有更好的温度分布。