1、甲醇合成反應器概述現有的工業化甲醇合成工藝基本上是氣相合成法。從上世紀60年代至今，除 了在反應器的放大催化劑的研究方面有些進展外。其合成工藝基本上沒有大的突 破。鑒于氣相合成存在的一系列問題，從上世紀70年代人們把甲醇合成工藝研 究開發重點轉移到液相合成法，相初步實現了工業化的生產。進入上世紀90 年代后，我國也將開發高效節能的合成甲醇工藝和裝置列為技術開發的重點。甲醇合成反應器是甲醇合成生產的心臟設備。設計合理的甲醇合成塔應做到 催化劑床的溫度易于控制，調節靈活，合成反應的轉化率高，催化劑生產強度大， 能從較高位能回收反應熱，床層中氣體分布均勻，低壓降。在結構上要求簡單緊 湊，高壓空間利用

2、率高，高壓容器及內件無泄露，催化劑裝卸方便。在材料上要 求具有抗羰基化物的生成及抗氫脆的能力。在制造、維修、運輸、安裝上要求方 便。現有的有工業化的甲醇合成反應器（1）ICI冷激型甲醇合成塔ICI冷激型甲醇合成塔是英國ICI公司在1966年研制成功的。它首次采用了低 壓法合成甲醇，合成壓力為5 MPa，這是甲醇生產工藝上的一次重大變革。采用 固定床4段冷激式絕熱軸流動反應器，通過特殊設計的菱形分布系統將冷激氣噴 人床層中間帶走熱量，床層多段連續，壓降為0. 5-0. 6 MPa。反應熱預熱鍋爐 水。該反應器適于大型化，易于安裝維修。上世紀80年代ICI公司又開發出一種 新型軸.徑向流動的固定床

3、反應器，其直徑、壁厚明顯減少.操作簡單。已有 31個生產能力約1 400 t/d的這種裝置運行。ICI冷激型合成反應器的主要結構為：塔體。為單層全焊結構，不分內件、 外件，故簡體為熱壁容器，要求材料抗氧蝕能力強，抗張強度高，焊接性好。 氣體噴頭。為4層不銹鋼的圓錐體組焊而成，固定于塔頂氣體入口處，使氣體均 勻分布于塔內。這種噴頭可以防止氣流沖擊催化床而損壞催化劑。菱形分布器。 菱形分布器埋于催化床中，并在催化床的不同高度平面上各安裝1組，全塔共裝 3組，它使冷激氣和反應氣體均勻混合，以調節催化床層的溫度，是塔內最關鍵 的部件。這樣結構的合成塔，裝卸催化劑很方便，3 h可卸完30 t的催化劑，裝

4、 催化劑需10 h可以完成。（2）Lurgi管殼型甲醇合成塔Lurgi型甲醇合成塔是德國Lurgi公司研制的一種管束型副產蒸汽合成塔。操 作壓力為5MPR，溫度為250C。Lurgi合成塔既是反應器又是廢熱鍋爐。合成塔 內部類似一般的列管式換熱器，列管內裝催化劑，管外為沸騰水。甲醇合成反應 放出的熱很快被沸水移走。合成塔殼程的鍋爐水是自然循環的，這樣通過控制沸 騰水的蒸汽壓力，可以保持恒定的反應溫度，變化0.l MPa相當于l 5C。這種合 成塔溫度幾乎是恒定的，有效地抑制了副反應，延長了催化劑的使用壽命。但該 合成塔結構復雜，裝卸催化劑不方便。（3）TEC新型反應器多年來甲醇合成反應器的設計

5、基本上是ICI冷激式和Lurgi列管式，直到進入 上世紀90年代以后，日本TEC公司才在此方面向前邁進一步。該公司開發的MRF-Z新型反應器的基本結構是反應器為圓筒狀，有上下兩 個端蓋，下端盞可以拆卸以方便催化刺裝填和內部設施檢修；反應器內裝有一直 徑較小的內膽用以改變物料流向；反應器的中心軸向安裝一帶外殼的列管式換熱 器，換熱器的外殼上開有直徑小于催化劑顆粒的小孔，換熱器內管束間設有等距 離的折流檔板，以使原料氣在管間均勻分布，沿徑向外殼上的小孔流出，管束內 通過反應后的高溫氣體。反應器內還設有沿軸心分布的冷卻管束和催化劑托架。 冷卻管束為雙層同心管.沸水從內管導人內外管問的環隙當中；催化劑

6、裝填在反 應器內零部件的空隙當中。物料流向是冷的合成氣從反應器的上下兩個端口同時 進入換熱器的管束間，受折流板的作用沿徑向通過催化劑床層，在催化劑的作用 下進行合成反應，反應后溫度較高的氣體折八催化劑托架與內膽的環隙間，從內 膽的下部返回換熱器的管束內，在此與溫度較低的原料氣換熱，然后沿著內膽與 反器壁的環隙問從反應器的底部流出。由于氣體沿徑向流動催化劑床層壓降小， 氣體循環所需要的動力大幅度減小，反應器制作時軸向長度可以加大，由于反應 器內設有換熱器和冷卻器易于使催化劑床層的溫度均勻一致，甲酵生成的濃度和 速度可大幅度提高，反應溫度容易控制，催化劑用量減少，反應器的結構緊湊。正開發的甲醇臺成

7、反應器(1)氣相法合成甲醇反應器國外甲醇合成反應器的發展趨勢為：要適應單系列大型化的要求，如ICI 冷激型已用于75萬t/a裝置，Lurgi管束型已用于45萬t/a裝置。以較高位 能回收反應熱，副產蒸汽，如Lurgi型、Linde型副產中壓蒸汽。催化床層易于 控制，可靈活調節，如Lurgi型用殼程的蒸汽壓力調節層床溫度.ICI型用冷激氣 量調節溫度。床層溫度盡可能均勻，以延長催化劑使用壽命。對原料氣 組成有較強的適應性，可適用于煤、天然氣、石腦油、渣油為原料制甲醇的多種 場合。為降低壓降，采用徑向或軸徑向流動反應器如Topsoe、Casale反應器。 結構緊湊，催化荊裝卸方便。國內依據各種甲醇

8、合成塔在我國使用、消化和 國產化程度，提出兩種大型易于國產化的甲醇合成塔型式。一、多段徑向冷激型甲醇合成塔新鮮氣與循環氣混合后，由上部進氣口進入反應器內，經分流流道進入第一 段催化劑床層，由外向內向心徑向流動，進行絕熱反應，溫度升高，在合流流道 中與第一股冷激氣混合降溫，向下進入第二床層。與第一段相同，氣體經分流流 道，由外向內向心流動邊反應邊升溫，在合流流道中與第二股冷激氣溫合，向下 進入第三段床層。第三段床層中同樣進行徑向流動絕熱反應。出第三段床層的氣 體經合流流道從反應器流出三段床層主體均為向徑向流動，三段床層上部用催化 劑自封，為軸徑向流動。為使床層內氣體均勻徑向流動，用集管小孔開孔數

9、來調 節流體均布。二、絕熱-管束型甲醇合成反應塔進塔氣由上部進氣口進入反應器，由氣體分布器先經過絕熱段催化劑床層， 再流經管內催化層，反應放出熱量，反應熱被殼程沸騰水吸收，副產中壓蒸汽。 反應后氣體由下部氣體出口流出。絕熱.管束型甲醇合成塔的關鍵部分為管板上 列管的焊接、殼程熱水與蒸汽的熱力循環等。由我國華東理工大學開發的絕熱管 殼外冷復合型甲醇合成反應器已經獲得了專利，并在兗礦魯南化肥廠100 kt/a 甲醇合成裝置中成功應用。以上工藝重在改善反應器的傳質、傳熱性能，達到節能降耗并適度增產甲醇 的目的。但由于合成甲醇反應是一個可逆的放熱反應，受熱力學平衡的限制，一 般CO的單程轉化率都較低，

10、有大量的未反應氣體需進行循環反應，一般循環比 在5以上，這樣就造成了較大的能耗，為了克服傳統氣相法合成甲醇工藝的的缺 點，近10年來開發了幾種新型的工藝，比較有代表性的如GSSTFR、RSIPR和氣、 液相并存反應器。三、超臨界相合成甲醇反應器超臨界相合成甲醇新工藝是一個前人尚未探索過的新過程，屬重大原始性創 新項目，它徹底打破了甲醇合成反應熱力學平衡，把一個理論上的可逆反應變成 一個實際上的不可逆過程。該工藝適用于現有工業化甲醇合成反應器，其特點是 在反應器入口處引入一個混合器，用以將原料氣與超臨界介質充分混合一同進入 反應器。超臨界相合成甲醇工藝CO單程轉化率達90%以上，原料氣空速達4

11、0008 000 h-1，甲醇時空產率可達1. 2 Meoh / h,goat，因此，合成反應器的體 積可大縮小，從而節省了投資和動力消耗。3.結論從反應器本身來看，漿態床反應器比固定床反應器結構簡單，造價便宜， 易于操作、加壓、放大以及提高生產能力。但漿態床反應器涉及到氣液.固三 相反應，其液相循環的輔助系統、操作過程中液相性質的改變以及由于三相所引 起的更為復雜的問題.都是正在研究和必須解決的。國內合成甲醇最大裝置規模為20萬t/a，而國際上目前最大規模為170 萬t/a，裝置大型化可大大降低能耗和生產成本，提高市場競爭力，因此必須發 展大甲醇概念。甲醇合成反應器的反應原理的研究已很透徹，管殼型副產蒸汽反應器在我 國均已有工業應用，我國甲醇合成催化劑已有多個得到工業應用的品牌可供選 擇，尤其是C