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近年由于原油价格的持续飙升，费托合成反应(Fischer-Tropsch Synthesis，FTS)作为生产可替代石油产品的液体燃料技术吸引了越来越多的关注。鼓泡浆态床反应器(Slurry Bubble Column Reactor，SBCR)由于其区别于其他类型反应器的优点，受到了广泛的研究和应用。鼓泡浆态床反应器应用于FTS被认为是大型工业化的理想选择之一，反应器的模型化研究在工业放大和设计上发挥着重要作用。
本文以工业SBCR流体力学的特点以及FTS详细动力学模型为基础，建立了FTS在该反应器中的双泡反应器模型。本文以此双泡反应器模型作为基础模型，从验证模拟、气体添加模拟、传质模拟等方面讨论了FTS在SBCR中的反应行为。在该基础模型的基础上，从催化剂沉降以及密集相返混两方面对模型进行了优化，建立了多级沉降模型和多级返混模型，利用优化模型探讨催化剂沉降以及返混对FTS反应行为的影响。在此基础上，将基础模型以及优化模型，并综合考虑全混模型，进行了多种模型的对比研究和适应性分析。
鼓泡浆态床反应器工业条件下一般在湍流下操作，流体力学研究表明，湍流操作时，将形成尺寸不一、上升速度不同的大小气泡族群，大气泡由于其较高的上升速度，具有平推流的流动特征，小气泡和液相由于大气泡的上升造成了较强的返混。因此，以此流体力学特征为基础，并引入FTS的详细动力学模型建立了FTS在SBCR中的双泡反应器基础模型。本模型考虑的组分数共有104个(合成气以及烃类产物，最高到C50)，共有315个方程，包括315个未知数。该模型采用一组Fortran程序加以求解，模拟计算表明，该模型收敛性较好。
利用建立的双泡基础模型进行验证性模拟，主要从FTS动力学行为以及SBCR反应器特点两个方面进行。过程变量的模拟结果说明，该模型的计算结果能够正确反映FTS随过程变量的变化趋势，因此能正确反映FTS的动力学特征。在模型的求解过程中，可直接获得表观气速沿反应器轴向距离的分布，能正确反映FTS的气体体积收缩行为。另外，分别考察了表观气速、固含率等SBCR典型参数对FTS产能、产物选择性的影响，从工程模拟的角度分析了FTS在SBCR中的最优化操作问题。
气体添加模拟研究主要是讨论FTS的动力学行为，通过惰性气体添加的方法优选气体添加模拟的最优方法。采用筛选出的最佳添加方法，考察研究了CO2添加、烯烃添加在两个Fe基催化剂动力学模型上的结果。模拟结果表明，在鼓泡浆态床反应器体系中，添加气体方法应选用通过改变反应器总压和扩散高度以维持合成气分压和空速不变的方法。添加CO2主要通过改变WGS反应来改变体系中的H2/CO比，CO2增加合成气转化率下降，抑制了甲烷的生成。添加烯烃使得甲烷选择性降低，添加烯烃可以增加重质烃类的产率，对于碳数小于添加烯烃的碳数的烃类，其生成速率受到抑制。此外，YJ模型在描述CO2和烯烃添加上得到了一些与WYN模型不一致的结果。
对FTS在SBCR中传质控制或动力学控制上进行了模拟研究，通过改变传质系数，考察了不同的反应条件变化(温度、压力、空速和H2/CO比)对传质的敏感程度。当温度增加、压力增加、空速减小时传质对反应体系的影响程度增大，即反应易处于传质控制。在对多种条件模拟的基础上，得到了传质控制和动力学控制的三维框图，定性给出了传质控制和动力学控制的条件范围。在传质控制区，讨论了传质系数的变化对FTS反应行为的影响，结果表明，传质增强时，反应产物由于链增长向重质产物偏离，烯烷比增加，甲烷选择性降低，重质(柴油、石蜡)产品的量增加。
在双泡基础模型的基础上，建立了多级沉降模型，考察了SBCR中催化剂沉降对FTS行为的影响。模拟结果表明，由于催化剂沉降，使得沿反应器高度的合成气转化率和换热面积分布的不均匀性增强，且改变了FTS的产物分布，使得出口甲烷的选择性增加，总烯烷比降低。
建立了多级返混模型来考察轴向返混对FTS反应行为的影响。随着返混系数的增加，多级返混串联的结果向单级基础模型的结果过渡。此外，分别用不同的返混程度的模型代表三种反应器类型，且重点讨论了水煤气变换反应各参数在三种反应器中的差异。鼓泡塔和等温固定床的反应器其水分压、CO2分压均沿着床层高度增加，体系中H2/CO比也沿着床层高度增加。
从模型对比的角度，考察了全混模型、双泡基础模型、多级全混串联模型、多级双泡串联模型和多级返混模型的优缺点和适应性。对单级模型对比表明，全混模型由于其较快的收敛速度，适合于在动力学控制区讨论FTS的动力学行为。而双泡模型由于其流体力学参数气含率、体积质量传质系数包含了较多的SBCR特征，因此可以描述SBCR中反应器特征对FTS行为的影响。多级串联模型和多级返混模型同样可以描述返混对FTS反应行为的影响，前者采用改变串级数，后者采用改变返混系数。多级全混模型，由于其改变级数的过程中同时同等程度地改变了气液两相的返混程度，与SBCR中稀释相(大气泡)和密集相(小气泡和浆液相)具有不同的返混特征相悖，但该模型的收敛速度较快，可以近似模拟固定床反应器的中的FTS行为。多级双泡模型和多级返混模型对于描述返混对FTS行为的结果一致，结果表明，返混增强造成了轻质烃的增加和重质烃的减少，以及总摩尔烯烷比的降低。