过程强化因为其具有对环境友好,能够减小设备占地面积,节约成本等特点,已经成为化工领域的一项新技术。整体式催化剂作为过程强化的产物之一,已经引起了越来越多的学术关注。与传统填充床相比,整体式催化剂其有着低压降,良好的传递特性以及反应产物易于分离等特点。由于模拟计算能真正意义上达到省时、省力的目的,已经成为化工领域强有力的辅助工具。本文通过建立三维的整体式催化剂以及反应器模型,使用商业软件FLUENT对其进行计算。首先,本文对用于甲烷催化燃烧的蜂窝式堇青石催化剂进行了模拟,研究不同形状的孔道对燃烧反应以及传递方面的影响。鉴于一维或者二维模型无法对不同的孔道形状选择进行模拟判断,于是建立起三维的基于蜂窝式堇青石催化剂1：1大小的反应区域。通过对比得知,圆形孔道不论是在质量传递还是动量传递中表现都是最好的,并且能量损失最少,但是三角形孔道的转化率却是最高的,这与催化剂的催化几何面积呈正比,几何面积越大,转化率越高,这点在催化剂设计中值得特别注意。在进一步的研究中,将堇青石催化剂与金属基波纹板以及平板式催化剂进行了对比,在转化率方面,蜂窝式堇青石的表现明显优于金属基整体式催化剂,但是基于金属良好的导热性能,在传递方面,波纹板与平板表现更佳。然后,利用套管式整体式催化剂进行了反应／反应耦合的研究。鉴于甲烷燃烧能释放出大量的热量,将其利用起来,供给由于动力学与热力学限制必须在高温下进行的十二烷烃脱氢反应,这样将吸热与放热反应耦合在一个反应器内能简化工艺流程,减小设备尺寸,同时提高能量利用率。模拟结果显示,操作参数以及结构参数均对转化率有影响,但是结构参数的作用更大。最后,为了验证耦合反应的可行性,本研究对热量传递的效率进行了衡算,结果证实,甲烷燃烧释放的热量很大部分都能被脱氢反应利用,同时调节操作参数与结构参数均能提高能量的利用率。