传统的煤制气工艺多是采用轴向流固定床反应器制取甲烷,由于轴向流固定床反应器温升高,反应温度不易控制,易造成催化剂失活,且床层高,阻力大,会产生较大的能耗,而径向流反应器的径向流通面积大、不会造成热量过度堆积,对于甲烷化反应具有独特的优势。因此对径向流固定床反应器甲烷化过程进行模拟研究,对于甲烷化技术的开发具有参考意义。本文以异形催化剂径向床反应器为研究对象,采用CFD-DEM方法分别进行了冷态和热态模拟研究。首先确定反应器和催化剂颗粒的尺寸,建立了反应器模型,应用离散元软件建立了柱形催化剂颗粒和随机堆积床层模型。然后,对柱形催化剂随机堆积径向床反应器进行了模拟,提取反应器内的流体分布规律。其次,分别建立小孔环柱形、大孔环柱形、三孔柱形以及五孔柱形颗粒模型及其对应的床层结构模型,探究了催化剂颗粒形状对床层流场均匀度的影响,得到了流场分布最优的催化剂颗粒,在此基础上,改变反应器结构参数,探究了高径比、主流道截面积之比、中心管开孔比对床层流场均匀度的影响,得到了流场分布最优的反应器结构参数。基于最优的催化剂颗粒和反应器结构参数,在冷态模拟的基础上添加甲烷化反应动力学进行了热态模拟,获得了反应器内部的温度、组分浓度分布情况,同时探究了反应器入口温度对甲烷化反应的影响。研究结果表明:①通过可靠性验证,运用复合球元法建立的6×6 mm柱形颗粒由280个粒径为0.9 mm的球元拟合而成;②采用CFD-DEM方法模拟得到了柱形催化剂径向床反应器内空隙率、速度和压力分布;③催化剂颗粒开孔会扰乱流体流动的均匀性,不同形状颗粒床层流场均匀度从高到低的顺序为柱形>三孔柱形>五孔柱形>大孔环柱形>小孔环柱形;④柱形颗粒床层最佳结构参数取值:高径比5、主流道截面积之比0.706、中心管开孔比1.4,三孔柱形颗粒床层最佳结构参数取值:高径比5、主流道截面积之比0.52、中心管开孔比1.4;⑤热态模拟得到了反应器内轴径向上的温度和组分分布,发现甲烷化反应最剧烈的区域出现在催化剂床层上部,一氧化碳质量分数最低,甲烷质量分数最高,温度最高,反应器入口温度应控制在538.15 K以下。