國外甲醇合成裝置現采用ICI和Lurgi公司技術(shù)的約占據70%以上，代表了國外甲醇合成的技術(shù)水平。除此之外，甲醇合成技術(shù)還有linde螺旋管反應器、TEC公司MRF-Z反應器、三菱的SPC反應器、TOPSφE和Casale段間換熱的徑向流動(dòng)反應器等。國內甲醇合成裝置以管殼式反應器居多，除此之外主要還有我公司的JW均溫型反應器及部分從國外引進(jìn)的裝置。

    目前，國外甲醇技術(shù)專(zhuān)利商在甲醇反應器開(kāi)發(fā)上也在不斷尋求發(fā)展，總體說(shuō)來(lái)主要方向為：節能降耗、易于大型化。��

    ICI公司最先開(kāi)發(fā)了低壓甲醇合成技術(shù)（LPM），以冷激式反應器為代表塔型。由于該反應器具有催化劑空時(shí)產(chǎn)率低，熱量回收少等缺點(diǎn)，因此ICI公司即現DAVY.P.T公司開(kāi)發(fā)了單管逆流的冷管型反應器（TCC），用進(jìn)塔氣移去反應熱，該塔型至今仍是DAVY.P.T 2000t/d低壓甲醇的主要塔型，并已成功改造冷激反應器6套，甲醇產(chǎn)量增加30%。現又開(kāi)發(fā)了改進(jìn)低壓甲醇合成技術(shù)（ILPM），采用管內水冷（產(chǎn)汽），氣體徑向流經(jīng)合成塔，此技術(shù)已在特立尼達5400t/d大甲醇上使用，計劃2005年投產(chǎn)。該塔與Lurgi管殼式一樣，采用塔內水冷，具有催化劑裝填系數大的特點(diǎn)。��

    Lurgi公司開(kāi)發(fā)的等溫型管殼式甲醇反應器，旨在通過(guò)縮小催化劑床層溫差來(lái)提高空時(shí)產(chǎn)率，該技術(shù)的開(kāi)發(fā)成功是繼ICI公司開(kāi)發(fā)LPM后，在甲醇合成方面取得的又一重大突破，兩者為當代甲醇合成技術(shù)奠定了基礎。Lurgi管殼式甲醇塔是一種先進(jìn)塔型，國內同類(lèi)管殼式投產(chǎn)和在建的也較多，其優(yōu)點(diǎn)是：溫差小，空時(shí)產(chǎn)率高，副產(chǎn)蒸汽壓力較高，操作易控制。但存在的問(wèn)題也不少，具體如下。��

    （1）管內裝催化劑，容積率低，同樣能力設備體積和投資大，不易大型化；��

    （2）因為殼程為水產(chǎn)汽移熱，殼程壓力決定汽化溫度，為2～4MPa，在采用提高甲醇合成壓力提高生產(chǎn)能力時(shí)，管板兩側壓差增加。��

    （3）采用雙固定管板結構，結構可靠性差，管子必需采用雙相特殊不銹鋼，制造難度和要求高。��

    （4）催化劑裝填復雜。��

    由于存在以上情況，Lurgi技術(shù)在大型化時(shí)，上世紀90年代采用雙塔并聯(lián)方法，國內現在建的500kt/a以上規模裝置也有采用該技術(shù)的，或采用Lurgi水冷－氣冷聯(lián)合反應器技術(shù)，使用該技術(shù)的有Atlas日產(chǎn)5000t大甲醇裝置，采用一臺氣冷與二臺并聯(lián)管殼式串聯(lián)。二塔串聯(lián)后催化劑床總高達10m以上，采用降低循環(huán)比來(lái)降低塔壓降，且降低了合成回路其他設備費用，投資比上述二塔并聯(lián)要省，但要求催化劑溫區要寬（220～280℃），該技術(shù)采用德國南方公司專(zhuān)用的C79-7GL催化劑，南方公司稱(chēng)C79-7GL是使該技術(shù)得以成功應用的重要條件。

    除上述外，國外其他公司如Casale公司最早提出的立式多段絕熱反應器，現開(kāi)發(fā)的臥式多段絕熱中間冷卻的甲醇合成塔技術(shù)已在俄羅斯陶里亞地1350t/d甲醇裝置上應用，國內一套300kt/a裝置也采用該技術(shù)，今年即將投產(chǎn)。最近Casale公司又提出I.M.C合成技術(shù)，催化劑層采用板式換熱器連續移熱，板內走冷氣。該技術(shù)在俄羅斯年產(chǎn)100kt甲醇廠(chǎng)使用，裝填催化劑43m³，在4.6MPa壓力下日產(chǎn)甲醇357t。板內設計走水的甲醇反應器將在催化劑裝量為30m³、上部設絕熱層的合成塔上使用，可副產(chǎn)中壓蒸汽，反應器技術(shù)水平需待投產(chǎn)后的運行數據分析評價(jià)。��

    綜上所述，在甲醇合成技術(shù)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，催化劑床層的連續移熱、副產(chǎn)高品位蒸汽、提高醇凈值、降低循環(huán)機能耗及設備的大型化將成為主要發(fā)展方向。��

2.1  水冷反應器開(kāi)發(fā)背景��

    林達低壓JW氣冷均溫型甲醇反應器自2000年成功實(shí)現對原冷激型塔改造后，在短短5年內已有7套裝置成功投運，今年年底將達10套，其中包括陜西渭化和內蒙天野的2臺200kt/a大塔。JW均溫型反應器的成功開(kāi)發(fā)和應用一改過(guò)去大型反應器技術(shù)長(cháng)期依賴(lài)國外的狀況，其既有ICI冷激式反應器結構簡(jiǎn)單、催化劑裝填系數大，又具Lurgi管殼式催化劑床層溫差小等特點(diǎn)，技術(shù)性能達國際先進(jìn)水平，投資省，在性?xún)r(jià)比上與國內外其他反應器相比具有突出優(yōu)勢。該技術(shù)獲得2004年度國家技術(shù)發(fā)明二等獎，這是迄今為止我國合成反應器技術(shù)獲得的最高級別國家大獎。��

    JW均溫型氣冷反應器采用進(jìn)塔氣在管內連續移熱吸收管外反應熱，外部副產(chǎn)的0.6～1.0MPa低壓蒸汽主要作為精餾系統的熱源，蒸汽壓力較低，對動(dòng)力設備采用蒸汽驅動(dòng)的生產(chǎn)廠(chǎng)家，中壓蒸汽顯得不足。為此，林達公司開(kāi)發(fā)了副產(chǎn)中壓蒸汽的水冷甲醇反應器，并在結構上吸收了氣冷型反應器的成功經(jīng)驗。

2.2  流程簡(jiǎn)述��

    甲醇合成回路包括合成氣加熱、反應、甲醇分離及反應移熱。與管殼式流程相比，不同之處：①開(kāi)車(chē)及催化劑的升溫還原，通過(guò)蒸汽補入開(kāi)工加熱器加熱入塔氣；②反應移熱采用熱水強制循環(huán)。��

2.3  反應器結構及特點(diǎn)��

    水冷反應器在設計時(shí)，吸收了均溫型氣冷型反應器眾多優(yōu)點(diǎn)。��

    (1)多層冷管膽同軸套裝，化整為零，易于大型化。��

    (2)填料密封結構，下部進(jìn)水總管、上部導水管均采用填料密封，反應器的密封通過(guò)9.5MPa水壓試驗，結構安全可靠。��

    (3)內件與外筒分體制作，可單獨更換內件，延長(cháng)外筒使用壽命。��

    (4)管外裝填催化劑，裝填系數大，裝卸方便，小時(shí)催化劑卸量約30～40m³。��

水冷反應器還具有以下新特點(diǎn)。��

    (1)采用水冷連續移熱，傳熱效果比氣冷更好。��

    (2)及時(shí)移走反應熱，催化劑床層溫度穩定。催化劑裝在管外，比冷面積比管殼式稍小，反應器設計時(shí)通過(guò)提高傳熱溫差△t和傳熱系數K來(lái)增加傳熱量。即采用熱水強制循環(huán)提高傳熱系數K，控制產(chǎn)汽壓力在2.5～3.0MPa(溫度225～235℃,比管殼式稍低)來(lái)增大傳熱溫差△t。��

    (3)副產(chǎn)蒸汽品位高，可用作轉化系統的工藝蒸汽或送蒸汽過(guò)熱器。��

    (4)能耗低，采用熱水強制循環(huán)雖稍增加熱水泵的動(dòng)力消耗，但傳熱系數K的提高可降低合成氣的循環(huán)比，因此無(wú)論甲醇合成總電耗還是水冷負荷都有所降低。��

    (5)設備投資省。反應器本身由于催化劑裝填系數大，設備緊湊，且結構簡(jiǎn)單，材料及制造完全立足于國內，因而建設費用低。另外，合成氣循環(huán)比的降低，也使合成回路配套設備規格減小，因而投資費用也相應降低。��

    (6)林達成功開(kāi)發(fā)了管式水冷甲醇合成反應器數學(xué)模型軟件，用于對反應器進(jìn)行優(yōu)化設計。

2.4  反應器工藝及結構可靠性分析��

    反應器工藝性能保證的關(guān)鍵在于能否將反應熱及時(shí)移出，保持催化劑床層穩定。林達水冷型反應器通過(guò)提高傳熱系數K和增大傳熱溫差來(lái)補償比冷面積的不足，因而反應移熱能夠得到保證，同時(shí)循環(huán)比可降至3，出塔醇凈值可提高到10%。��

    反應器結構的一個(gè)技術(shù)關(guān)鍵問(wèn)題是解決換熱管熱膨脹溫度應力問(wèn)題，DAVY.P.T.在ILPM中采用管內水管的上下環(huán)管結構，進(jìn)出水管連接結構嚴格保密，ICI的一個(gè)方案采用帶膨脹圈的浮頭結構，解決列管膨脹問(wèn)題，林達公司專(zhuān)利則采用填料解決水管熱膨脹問(wèn)題，已通過(guò)9.5MPa的結構性能試驗。我們在已有大小數百臺使用業(yè)績(jì)和經(jīng)驗的基礎上，進(jìn)行了成功的改進(jìn)創(chuàng )新和結構可靠性設計，結構更合理可靠。DAVY水冷管膽為一個(gè)整體，林達專(zhuān)利水管冷膽化整為零，內件與外筒分體制作，既解決制造加工難題，更保證了制造質(zhì)量。��

    近期，我們對國內一家年產(chǎn)600kt甲醇裝置進(jìn)行了技術(shù)報價(jià)和技術(shù)交流，就采用這種水冷型甲醇塔型式。與國外公司相比，我們感到這項技術(shù)完全可以與國外知名甲醇專(zhuān)利商技術(shù)進(jìn)行競爭。��

    根據溫總理在2005年國家科技獎勵大會(huì )上的“我們要引進(jìn)和學(xué)習世界上先進(jìn)的科技成果，但更重要的是要立足自主創(chuàng )新，真正的核心技術(shù)是買(mǎi)不來(lái)的”這一講話(huà)精神，我們認真了解、吸取和借鑒國外最先進(jìn)的甲醇合成技術(shù)和經(jīng)驗，并立足于建立在自主知識產(chǎn)權和我國工程經(jīng)驗上的自主創(chuàng )新，發(fā)展甲醇合成技術(shù)，降低運行費用，通過(guò)采用國產(chǎn)技術(shù)和設備，節省投資，參與國際競爭。��

    林達水冷型反應器正是吸取國外最先進(jìn)的甲醇合成技術(shù)，在公司現氣冷型反應器技術(shù)基礎上的又一次技術(shù)創(chuàng )新，該技術(shù)的成功開(kāi)發(fā)彌補了我公司氣冷型低壓甲醇技術(shù)無(wú)法副產(chǎn)中壓蒸汽的不足，提高了我公司低壓甲醇合成技術(shù)在國內外市場(chǎng)上的競爭力。目前，我公司已與河南駿馬集團簽訂了80kt/a水冷甲醇反應器，直徑φ2000mm設備正在制造中。