中文摘要：

天然气化工利用的技术关键是合成气的制备。目前的合成气制备过程存在合成气单程收率低、天然气和能量利用率相对较低的问题，开展最具节能降耗潜力的CPO（催化部分氧化制合成气）技术的研究开发具有重要的现实意义。为此，本项目提出了一种适于天然气催化部分氧化制合成气工业过程的热量耦合型固定床反应装置，通过特殊的结构及催化剂装填方式达到氧化反应与重整反应之间的热量耦合，并能实现原料气与产物气之间的快速换热。通过对CPO过程反应机理、宏观反应动力学、积碳机理及反应器结构优化等方面的研究，并利用CFD模拟等软件建立了反应器数学模型和碳烟模型，形成了热量耦合型反应器的放大设计方法。通过模型计算和实验获得了最佳的原料气预热温度（773-923 K）、喷嘴结构参数（收缩角15度、孔间距为0.6-0.8 mm）和工艺条件参数（原料气配比n(O2/CH4)=0.56-0.65）。中试试验表明在较高的反应压力条件下，热量耦合型反应装置可以使反应器内的温度分布更加均匀，能量利用更加合理，而且可以得到一个较高的甲烷转化率及合成气收率。上述研究结果为开发具有较好工业应用前景的CPO技术奠定了理论基础。