甲醇合成塔介绍

- 79 -第9期表1 设备技术特性表Lurgi甲醇合成塔制造质量控制要点探析李艳（东方电气集团东方锅炉股份有限公司， 四川 德阳 618000）[摘 要] 本文以我公司某煤化工项目的Lurgi甲醇合成塔为例，总结了Lurgi类型甲醇合成塔的关键质量控制要点，并对如何强化质量控制进行了探讨。

[关键词] Lurgi；甲醇合成塔；质量控制作者简介：李艳（1986—），女，研究生，工程师。

主要从事压力容器产品检验工作。

甲醇是重要的化工材料，其生产及发展在我国国民经济中占据重要地位。

随着甲醇工艺的发展，甲醇合成塔应运而生。

甲醇合成塔为立式绝热体，内部储存甲醇催化剂。

随着我国煤化工产业的不断发展，甲醇的单元产量不断增加，其核心设备甲醇合成塔的规格不断增大，对其设计、材料、制造、检验都提出了更高要求。

本文列举我公司某煤化工项目Lurgi 甲醇合成塔，对制造过程中容易发生的质量问题，影响甲醇合成塔产品质量的关键工序、制造及检验要点，以及如何强化质量控制进行探讨。

1 设备技术特性及结构简介1.1 设备技术特性表主要设计条件及参数见表1。

设计参数管程壳程工作压力（MPa）8.8 4.5工作温度（℃）280259物料名称合成气饱和沸腾水容器类别Ⅲ设备净质（t）～2931.2 设备零部件规格及材质主体材料及规格见表2。

1.3 遵循的规范及制造技术要求按GB/T151-2014《热交换器器》、GB/T 150-2011《压力容器》、HG/T20584-2011《钢制化工容器制造技术规定》，制造、检验、验收，并接受TSG21-2016《压力容器安全技术监察规程》的零部件规格/mm 材质上封头组件δ10814Cr1MoR 上管箱筒体DN4200；δ13514Cr1MoR+堆焊S.S 上管板DN4200；δ18514Cr1MoⅣ+堆焊S.S壳体DN4200；δ110Q345R 换热管φ44×2S22253下管板DN4200；δ18514Cr1MoⅣ+堆焊S.S 下管箱筒体DN4200；δ13514Cr1MoR+堆焊S.S下封头组件δ10814Cr1MoR表2 设备零部件规格及材质表监督，同时应满足设计单位提出的要求。

气冷甲醇合成塔
气冷甲醇合成塔是一种用于甲醇合成的设备。

在气冷甲醇合成塔中，通过气相催化合成，将原料气转化为甲醇。

该设备通常具有以下特点：
1.高效性：气冷甲醇合成塔采用先进的催化剂和反应技术，具有较高的转化率和选择性，能够将原料气高效地转化为甲醇。

2.稳定性：该设备采用稳定的气相催化反应，避免了液相反应可能出现的结垢、腐蚀等问题，确保了设备的长期稳定运行。

3.灵活性：气冷甲醇合成塔可以根据不同的原料气和产品要求，进行灵活的工艺调整，以满足不同的生产需求。

4.环保性：该设备采用清洁能源和环保技术，减少了废气、废水的排放，符合环保要求。

在气冷甲醇合成塔的设计和运行过程中，需要考虑到各种因素，如原料气的组成、温度、压力、流量等。

同时，还需要定期对设备进行维护和保养，以确保其正常运行和延长使用寿命。

甲醇合成塔设计说明书目录第一章：设计方案的确定与说明- 3一、设计方案的确定 (3)二、方案说明 (3)第二章：设计计算与校核 (4)一、工艺计算 (4)二、主要接管尺寸计算 (6)三、合成塔的总体结构 (7)第三章：设计计算结果 (9)第一章：设计方案的确定与说明-一、设计方案的确定传统的甲醇合成塔主要有一下几种：①三管并流合成塔②单管并流合成塔③I.C.I四段冷激式合成塔④三菱瓦斯的四段冷激式合成塔⑤多段径向甲醇合成塔⑥Lurgi式甲醇合成⑦轴径向甲醇合成塔三管并流合成塔,内件结构简单、操作稳定，但从气体并流换热的特点出发，能起到冷管作用的仅是外管，而内管只是担负了输送气体的任务。

单管并流合成塔，冷管的输气管和冷管的端部都连接在环管上，而冷管与输气管的气量和传热情况都不相同，前者的温度要高得多，如不考虑膨胀，当受热后，冷管与环管的连接部位会因热应力而断裂，使合成塔操作恶化甚至无法生产。

Lurgi式合成塔，合成塔既是反应器也是废热锅炉，合成甲醇所产生的反应热由管外的沸腾水带走，管外沸腾水与汽包维持自然循环，汽包是那个装有压力的控制器，以维持恒定的压力，因此管外沸腾水的温度是恒定的，于是管内催化剂的温度也几乎是恒定的，因此当操作条件发生变化时（如循环机故障等），催化剂也没有超温的危险，仍然可以安全运转。

综合以上各甲醇合成塔的优缺点，选择Lurgi式合成塔作为甲醇合成的设备。

二、方案说明Lurgi式合成塔，合成塔既是反应器也是废热锅炉，列管中装填C306型催化剂，合成气在列管中反应，合成甲醇所产生的反应热由管外的215℃，25 bar 的沸腾水带走。

冷却水的流量通过流量调节阀进行调整，以精确控制反应器的温度，使其符合工艺要求。

第二章：设计计算与校核一、工艺计算甲醇合成塔各物流流量和摩尔分率由前期采用Aspen Plus 软件进行的流程模拟计算得到。

1、合成塔主要工艺参数根据Aspen模拟，进出甲醇合成塔的反应物和所生成物的物流表如下：上述反应所释放的反应热5167773kJ/h。

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关键字：甲醇?合成塔
摘??要：甲醇合成塔设计的关键技术之一就是要高效移走和利用甲醇合成反应所放出的巨大热量。

甲醇合成塔设计的关键技术之一就是要高效移走和利用甲醇
热性和热稳定性较好，反应温度接近等温，易于控制，一氧化碳与二氧化碳的单程转化率和气相产物中的甲醇百分含量高于传统的气-固相催化法。

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甲醇合成反应器概述现有的工业化甲醇合成工艺基本上是气相合成法。

从上世纪60年代至今，除了在反应器的放大催化剂的研究方面有些进展外。

其合成工艺基本上没有大的突破。

鉴于气相合成存在的一系列问题，从上世纪70年代人们把甲醇合成工艺研究开发重点转移到液相合成法，相初步实现了工业化的生产。

进入上世纪90年代后，我国也将开发高效节能的合成甲醇工艺和装置列为技术开发的重点。

甲醇合成反应器是甲醇合成生产的心脏设备。

设计合理的甲醇合成塔应做到催化剂床的温度易于控制，调节灵活，合成反应的转化率高，催化剂生产强度大，能从较高位能回收反应热，床层中气体分布均匀，低压降。

在结构上要求简单紧凑，高压空间利用率高，高压容器及内件无泄露，催化剂装卸方便。

在材料上要求具有抗羰基化物的生成及抗氢脆的能力。

在制造、维修、运输、安装上要求方便。

1.现有的有工业化的甲醇合成反应器（1）ICI冷激型甲醇合成塔ICI冷激型甲醇合成塔是英国ICI公司在1966年研制成功的。

它首次采用了低压法合成甲醇，合成压力为5 MPa，这是甲醇生产工艺上的一次重大变革。

采用固定床4段冷激式绝热轴流动反应器，通过特殊设计的菱形分布系统将冷激气喷人床层中间带走热量，床层多段连续，压降为0．5-0．6 MPa。

反应热预热锅炉水。

该反应器适于大型化，易于安装维修。

上世纪80年代ICI公司又开发出一种新型轴．径向流动的固定床反应器，其直径、壁厚明显减少．操作简单。

已有31个生产能力约1 400 t／d的这种装置运行。

ICI冷激型合成反应器的主要结构为：①塔体。

为单层全焊结构，不分内件、外件，故简体为热壁容器，要求材料抗氧蚀能力强，抗张强度高，焊接性好。

②气体喷头。

为4层不锈钢的圆锥体组焊而成，固定于塔顶气体入口处，使气体均匀分布于塔内。

这种喷头可以防止气流冲击催化床而损坏催化剂。

③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装1组，全塔共装3组，它使冷激气和反应气体均匀混合，以调节催化床层的温度，是塔内最关键的部件。

甲醇合成塔介绍2011-09-01 16:17 【打印】【收藏】百川资讯更新时间：来源：甲醇合成塔关键字：甲醇合成塔设计的关键技术之一就是要高效移走和利用甲醇合成反应所放出的巨大热量。

摘要：甲醇合成塔设计的关键技术之一就是要高效移走和利用甲醇合成反应所放出的巨大热量。

甲醇合成反应器根据反应热回收方式不同有许多不同的类型，下面将应用较广的几种合成器分别予以简单介绍。

一、I.C.I反应器英国ICI公司低压法甲醇合成塔采用多层冷激式绝热反应器，内设3-6层催化剂，催化剂用量较大，合成气大部分作为冷激气体由置于催化剂床层不同高度平行设立的菱形分布器喷入合成塔，另一部分合成气由顶部进入合成塔，反应后的热气体与冷激气体均匀混合以调节催化床层反应温度，并保证气体在催化床层横截面上均匀分布。

反应最终气体的热量由废热锅炉产生低压蒸汽或用于加热锅炉给水回收。

该法循环气量比较大，反应器内温度分布不均匀，呈锯齿形。

ICI冷激塔结构简单、用材省且要求不高、并易于大型化。

单塔生产能力大。

但由于催化剂床层各段为绝热反应，使催化剂床层温差较大，在压力为8.4MPa和12000h-1空速下，当出塔气甲醇浓度为4%时，一、二两段升温约50℃，反应副产物多，催化剂使用寿命较短，循环气压缩功耗大，用冷原料气喷入各段触媒之间以降低反应气温度。

因此在降温的同时稀释了反应气中的甲醇含量，影响了触媒利用率，而且反应热只能在反应器出口设低压废锅回收低压蒸汽。

为了防止触媒过热，采用较大的空速，出塔气中甲醇含量不到4%。

最大规模3000t/d，全世界现有40多套。

二、德国林德Lurgi管壳式反应器水冷型。

图２Lurgi甲醇合成反应器是管壳式的结构。

管内装催化剂，管外充满中压沸腾水进行换热。

合成反应几乎是在等温条件下进行，反应器能除去有效的热量，可允许较高CO含量气体，采用低循环气流并限制最高反应温度，使反应等温进行，单程转化率高，杂质生成少，循环压缩功消耗低，而且合成反应热副产中压蒸汽，便于废热综合利用。

甲醇合成塔技术简介梁志伟【摘要】总结、介绍了甲醇合成的工艺技术,并对甲醇合成的主要设备--合成塔的各种结构形式进行归纳总结.【期刊名称】《内蒙古石油化工》【年(卷),期】2011(037)021【总页数】2页(P93-94)【关键词】甲醇;合成塔;技术;简介【作者】梁志伟【作者单位】内蒙古蒙大新能源化工基地开发有限公司,内蒙古,鄂尔多斯,017209【正文语种】中文【中图分类】TQ223.12+1甲醇是重要的基本有机化工原料之一,广泛用作溶剂和生产甲醛、醋酸、甲基叔丁基醚、甲胺、酯类、医药、农药等系列产品,并具有燃料应用的巨大潜在市场。

在发达国家中,甲醇产量仅次于合成氨、乙烯、丙烯和苯而居第5位。

因此甲醇在国民经济中占有十分重要的地位。

近年来,随着C 1化学的开发,甲醇的应用领域不断地扩展。

从我国对甲醇的消费量仅占世界的4%左右来看,发展甲醇工业有着良好的前景。

我国的甲醇产量是由单醇和联醇两部分构成,单醇即单独生产甲醇,而联醇是在中国存在众多中、小型合成氨企业的情况下,于70年代独立自主开发的一种新工艺,它利用合成氨变换气剩余的CO来合成甲醇并达到净化合成氨原料气的目的。

具有综合利用、节能、降耗、成本比较低和经济效益好的优点。

因此,得到了广泛的发展,并为我国中、小化肥厂的多种经营作出了贡献。

目前,国内无论是单醇厂还是联醇厂,主要原料为天然气、石油气或煤,通过造气工艺转化为氢气、一氧化碳生产甲醇。

甲醇合成除了合成催化剂的技术革新外,甲醇合成塔制造技术也非常关键。

由于甲醇合成反应时因有大量反应热生成,必须将热量及时移走,否则会使反应器温度升高,影响反应进行,按热量移走的方式不同,气相固定床反应器类型有多种形式,现就将几种目前常见的甲醇合成塔型介绍如下:2.1 D avy的SRC径向产汽合成塔技术原料工艺气由上到下径向通过装有催化剂床层的壳侧,通过控制蒸汽压力来控制催化剂的床层温度,达到接近等温的温度分布。

甲醇合成的主要设备一、甲醇合成的主要设备1．甲醇合成塔的结构甲醇合成塔是甲醇合成生产的主要设备。

因此，甲醇合成塔必须具有温度易于控制、调节灵活、合成反应转化率高、催化剂生产强度大、床层中气体分布均匀、压降低、能源利用合理、结构简单、无泄漏等特点。

从工艺及生产特点综合分析，合成塔应满足以下要求。

①由于甲醇合成反应是强放热反应，为保证反应温度保持在催化剂活性范围内，必须能及时移出反应热，提高甲醇收率，延长催化剂寿命。

②气体均匀通过催化剂床层，降低流体阻力。

③在一定空间内，尽可能减少内部构件，增大装填催化剂的体积，提高生产能力。

④设施必须节能。

保证热量合理利用，充分利用放出的反应热。

⑤高温、高压下，氢气对钢材的腐蚀加剧，使设备的机械强度下降，对出1：1管道的安全带来隐患。

因此，出塔气体温度低于160℃，在出口处考虑对高温气体换热，降低出口温度。

⑥氢气、一氧化碳、甲醇、有机酸等在高温下均对设备有腐蚀作用，因此有针对性地选择耐腐蚀材料。

⑦结构合理，便于操作、调节、控制、拆装催化剂及检修。

甲醇合成塔的基本结构主要由外筒、内件和电加热器三部分组成。

(1)外筒合成塔外筒是一个高压容器，一般由多层钢板卷焊而成，有的则用扁平绕带绕制而成。

(2)内件内件由催化剂筐和换热器两部分组成。

催化剂筐是填装催化剂进行合成反应的组合件。

换热器分两类，一是为满足开车时催化剂活性温度，对原料气进行加热的需要，可采用电加热器；二是对进出催化剂床层的反应气体进行热交换，以达到工艺生产要求。

①催化剂筐。

甲醇合成塔内件的设计主要是催化剂筐的设计，它的形式与结构需尽可能实现催化剂床层内最佳温度分布，一般连续冷管有自热式和外冷式两种结构。

自热式是利用反应热，用冷原料气为冷却剂，使催化剂床层降温，原料气体同时被加热。

自热式又分为单管逆流、双套管并流、三套管并流、单管并流以及U形管式。

外冷式是冷却剂采用其他介质进行冷却。

②换热器。

换热器的作用是回收合成气反应后的热量及提高冷原料气的温度。

合成塔介绍LurgiLurgi公司设计的低压甲醇合成塔为管壳式结构，管内装填催化剂，在中低压条件下进行甲醇合成反应，由管间沸水移出热量，并产生中压蒸汽，以控制床层温度，延长催化剂寿命，控制副反应的发生。

其主要性能特点是：采用管内装催化剂，管间走循环沸水，用很大的换热面积来移去反应热，理论上反应时催化剂层温差较小，达到接近等温反应的目的，使合成反应几乎是在等温条件下进行，采用低循环比。

为了适合装置大型化的发展，Lurgi公司对管壳式甲醇合成塔进行了改进，发明了两段等温甲醇合成工艺（气冷-水冷双塔），该工艺有两台管壳式甲醇合成塔组成，第一合成塔采用副产中压蒸气的方式移出反应热，第二台反应器产生的反应热则通过与新鲜合成气逆流换热方式脱除，在第二台反应器中，新鲜合成气在管内通过，反应气走壳层。

目前采用该技术建设的165万吨/年甲醇装置已经投产。

与单个管壳式合成塔工艺相比，两段等温甲醇合成工艺有以下特点：与单台反应塔相比，第一反应器尺寸减少了约50%。

减少了约50%的合成气循环比。

热量回收效率高，减少了冷却成本。

单系列能力可以达到5000吨/天以上。

整个合成回路（包括循环压缩机、热交换器等）的投资减少近40%。

）瑞士卡萨利（Casale）公司最早开发是立式绝热轴径向反应器，其特点是：环形的催化剂床顶端不封闭,侧壁不开孔，造成催化剂床层上部气流的轴向流动，床层主要部分气流为径向流动。

开发的大型轴径向甲醇合成塔的主要结构特点：环形的催化剂床顶端不封闭，侧壁不开孔，造成催化剂床层上部气流的轴向流动;床层主要部分气流为径向流动；催化剂筐的外壁开有不同分布的孔,以保证气流分布；各段床层底部封闭，反应后气体经中心管流入合成塔外的换热器,回收热由于不采用直接冷激，而采用塔外热交换，各床层段出口甲醇浓度较高，所需的床层段数较少。

由于床层阻力降的明显减少（比ICI轴向型塔减），所以可增加合成塔高度和减少壁厚，可选用高径比的塔，以降低造价。

濮阳三化合成塔吊装方案目录1.工程概况………………………………………………2.吊装方法………………………………………………3.桅杆、地锚的设置方法………………………………4.主要部位受力分析……………………………………5.主要机具的选配………………………………………6.施工技术要求（参照精馏塔吊装方案）……………7.安全技术措施（参照精馏塔吊装方案）……………8.附：130t双桅杆地锚方位图1张………………………1.工程概况：甲醇合成塔是合成工段最重的一台设备，也是甲醇工程单重最大的一台设备（参看精馏塔吊装方案）。

塔体直径2.6m，塔高9.94m，塔整体（图纸）重量65.68t，甲方口头通知该塔在制造过程中因材质变更，塔体总重“约增至70t，不超过70t”，现吊装方案按70t设计。

塔体外形尺寸上下一样。

塔体重量上下分部均称，仅下部多了六个支座。

塔体已设置有吊装所需的轴式吊耳。

吊耳中心到塔底法兰边5.675m。

但轴式吊耳的轴长仅85mm（图纸尺寸），不能满足需要，待设备到现场后视情况再作适当改动。

合成塔基础是外方内圆的框架式基础，标高+3.30m。

框架四角4根方型柱基，柱基地面以下几何尺寸，如下图：供设置桅杆基础时参考。

800-1.7003002.吊装方法根据合成塔重（70t）而不高（10m）基础高（+3.3m）的特点，吊装方法采用单桅杆比较适宜，易于就位。

但目前我公司尚没有现成的100t单桅杆，（70t重的设备吊装时的计算重量将超过80t以上），为及时解决吊装机具，确保甲醇工程工期，只有在公司现有的65t/30m 桅杆工起重机的基础上，将主杆、臂杆分开，改造成双桅杆抬吊，用两台65t单桅杆抬吊，其优点是安全系数较大、可靠。

其缺点是：一是就位不灵活；二是劳动工时增多。

但就目前公司的起重设备条件，方案只有这样确定了。

至于塔体起吊后就位不灵活，可在双桅杆的对面增立一台30t人字桅杆进行接力就位来辅助解决。

甲醇合成塔介绍来源：百川资讯更新时间：2011-09-01 16:17 打印收藏关键字：甲醇合成塔摘要：甲醇合成塔设计的关键技术之一就是要高效移走和利用甲醇合成反应所放出的巨大热量;甲醇合成塔设计的关键技术之一就是要高效移走和利用甲醇合成反应所放出的巨大热量;甲醇合成反应器根据反应热回收方式不同有许多不同的类型,下面将应用较广的几种合成器分别予以简单介绍;一、I.C.I反应器英国ICI公司低压法甲醇合成塔采用多层冷激式绝热反应器,内设3-6层催化剂,催化剂用量较大,合成气大部分作为冷激气体由置于催化剂床层不同高度平行设立的菱形分布器喷入合成塔,另一部分合成气由顶部进入合成塔,反应后的热气体与冷激气体均匀混合以调节催化床层反应温度,并保证气体在催化床层横截面上均匀分布;反应最终气体的热量由废热锅炉产生低压蒸汽或用于加热锅炉给水回收;该法循环气量比较大,反应器内温度分布不均匀,呈锯齿形;ICI冷激塔结构简单、用材省且要求不高、并易于大型化;单塔生产能力大;但由于催化剂床层各段为绝热反应,使催化剂床层温差较大,在压力为8.4MPa和12000h-1空速下,当出塔气甲醇浓度为4%时,一、二两段升温约50℃,反应副产物多,催化剂使用寿命较短,循环气压缩功耗大,用冷原料气喷入各段触媒之间以降低反应气温度;因此在降温的同时稀释了反应气中的甲醇含量,影响了触媒利用率,而且反应热只能在反应器出口设低压废锅回收低压蒸汽;为了防止触媒过热,采用较大的空速,出塔气中甲醇含量不到4%;最大规模3000t/d,全世界现有40多套;二、德国林德Lurgi管壳式反应器水冷型;图２Lurgi甲醇合成反应器是管壳式的结构;管内装催化剂,管外充满中压沸腾水进行换热;合成反应几乎是在等温条件下进行,反应器能除去有效的热量,可允许较高CO 含量气体,采用低循环气流并限制最高反应温度,使反应等温进行,单程转化率高,杂质生成少,循环压缩功消耗低,而且合成反应热副产中压蒸汽,便于废热综合利用;可以看出Lurgi 公司正是根据甲醇合成反应热大和现有铜基触媒耐热性差的特点而采用列管式反应器;管内装触媒,管间用循环沸水,用很大的换热面积来移去反应热,达到接近等温反应的目的,故其出塔气中甲醇含量和空时产率均比冷激塔高,触媒使用寿命也较长;其主要性能特点是：该塔反应时触媒层温差小,副产物低,需传热面大;但该反应器比I.C.I反应器结构复杂,上下管板处联结点和焊点多,制作困难,为防壳体和管板、反应管之间焊接热应力,对材料及制造方面的要求较高,投资高;反应器催化剂装填系数也不如I.C.I反应器大,只有30%,且装卸触媒不方便;塔径大,运输困难Lurgi管壳式反应器已在国内不少甲醇厂使用,但在大型化甲醇装置中因结构复杂、反应管数较多、体积大,国内目前;单塔最大生产能力为1250吨/天;产量增大时,反应器直径过大,而且由于管数太多,反应管长度只能做到10米,因此在设计与制造时就有困难了;鲁奇公司曾提出两塔并联的流程,近年来又提出与冷管型串联的流程以适应大型化生产的需求,但是都还未工业化;最大规模3000t/d两个塔,全世界现有29套甲醇装置约40座合成塔,总产能810万吨/年;三、东洋公司TEC的MRF型反应器MRF反应器为多段间接冷却径向流动反应器,采用套管锅炉水强制循环冷却副产蒸气,反应气体呈径向流过沿径向分布的多级冷却套管管外分布的触媒层,温度分布呈多段Z字分布,温度分布有所改善,从而有利于提高催化剂寿命；径向流动使气体通过床层的阻力降低；多孔板可保证气体分布均匀；催化剂在管外装填,反应器催化剂装填系数得到适当增大,有利于实现大型化,但其结构复杂,制造难度大;据了解,TEC可用单台MRF-Z型反应器达到日产5000吨的产能,甲醇塔直径5米,反应器管长22.4m,催化剂装填量为350m3;按14万吨/年的反应器直径2.5米,床高12米,催化剂装填量43m3,合成压力5.82MPa,催化剂生产强度约0.4吨/ m3·h;工业业绩：特立尼达1380t/d；中国315t/d；泸天化正在建40万吨/年;四、日本三菱MGC气冷-水冷型;双套管反应器,内/外管间装触媒;内管冷气,外管管间沸水自然循环;反应接近最佳平衡线进行等温反应,单程转化率高,出塔浓度高,相同规模催化剂用量减少30％,循环量降低50％,蒸汽产量增加25％;设备复杂,造价高,床层阻力大,触媒装卸不方便;最大规模2500t/d;93年日本500t/d装置,99年沙特2500t/d;重庆化医与三菱85万吨/年两塔在建;五、德国林德Linde螺旋管反应器水冷型 ;Linde在催化反应层中设置螺旋管,用锅炉水自然对流循环移去管外催化剂层反应热;壳侧反应物料与螺旋冷却管横向接触,传热效率极高,所需冷却面积为管式的60-75%;半球形管板消除了热应力,不需昂贵的双相钢,上半球管板使汽包与合成塔合为一体,而且催化剂装填系数大,有利于大型化;但设备加工难度进一步增加,据报道国内只有川维厂使用一套;全球已有5套甲醇装置;最大规模4000t/d;六、丹麦托普索TopФse绝热-水冷型;由三台绝热径向流反应器组成,反应器间设外部换热器移走热量,气体在床层向心流动;径向流动,压降低,可增大空速,提高产量,可使用小粒径催化剂,提高粒内效率,提高宏观反应速度;可在直径不变的情况下,简单地通过增加高度就可扩大生产规模;全球已有3套甲醇装置;最大规模2000t/d;七、国内绝热等温混合型甲醇合成反应器西南化工研究设计院、华东理工大学和鲁南化肥厂联合开发了结合I.C.I和Lurgi反应器特点的绝热等温混合型甲醇合成反应器,基本为列管式反应器,管板顶部装有300mm的绝热催化剂层,列管内装催化剂,管间沸腾水移去反应热;催化剂床层温差小,合成效率比冷激型高,并可副产蒸汽,热量回收利用合理;不仅承继了I.C.I反应器催化剂装填系数大、Lurgi 反应器床层温差小的优点,而且拥有自主知识产权,在鲁南化肥厂10万吨/年甲醇装置和上海焦化厂20万吨/年甲醇装置上使用都非常成功;但其由于结构原因,只能在进出口设置温度计,不利于对轴向温差的判断和控制,且结构复杂,要求的材质等级较高,使造价升高;且没有制作高于20万吨规模合成塔的经验;六、杭州林达公司JW均温合成塔杭州林达公司JW均温甲醇合成塔,其主要特点是在全部触媒床层中采用可自由伸缩活动装配;催化剂装填系数为70～75％; 用管内冷气或冷水连续吸收管外反应热,管内冷气或冷水与触媒层中反应气有并流换热和逆流间接换热,可以在催化剂层内及塔内任何部位设置温度监测点;用塔外设置废锅副产低压蒸汽或锅炉给水加热器回收热量;林达均温型塔催化剂装填系数和冷激塔一样,均在70％以上,但因接近等温反应,反应中间不用冷激气降温避免降低反应器中甲醇生成浓度;据哈气化均温型和冷激型比较,在同样原料气量、进塔气量、合成压力和催化剂装量下,提高产量50％;若在同样入塔气有效压力下将增产更多;故达到同样能力其反应器尺寸可比冷激塔减少1/3以上;该合成塔在国内小型的装置中应用较多,如哈气化2000年4万吨改造；2001年8万吨；2005年云南曲靖5.5万吨；渭化20万吨等,为了适应甲醇装置大型化的趋势,林达公司于2001年开发了优化甲醇工艺,并申请了PCT国际专利,该技术采用前后相连的自热式内冷式反应器和外冷反应器前后相连串联的方式;最大规模300t/d;七、三菱瓦斯超级合成塔SPC这是近年来在世界上广为使用的大型合成塔,为三菱瓦斯化学公司的工艺;该塔为双套管式;进塔气先预热到150－170℃,入塔后分布到各双套管的内管中,吸收管外套管间的反应热,预热至反应温度240℃后进入套管间的催化剂层反应,热点温度250℃左右,反应热同时被内管中冷气和外管外壳程间的沸腾水移走,出触媒层温度为205－230℃左右,出塔气中甲醇含量8.5%;SPC有着比Lurgi等温反应器低的循环比和比Lurgi反应器更高的单程转化率,SPC双套管内径75mm比Lurgi列管反应器Ф24大得多,管数少得多,故装卸触媒容易,SPC 外管受压壁厚,比列管式机械强度好,内管、挠管和隔板为不受压部件,作用在这些部分的触媒层压降最多为2-3kg/m2;所以大型化容易,单套最高产量为2500MT/D;八、瑞士甲醇卡萨利公司MCSAIMC甲醇合成塔该塔采用板式换热技术移走甲醇合成反应热,设计将换热板埋入催化剂床层内作为冷却换热元件,换热板内走锅炉给水或其他冷却介质：将反应热移出催化剂床层同时产生中压饱和蒸汽;蒸汽压力可高达39bar;换热板径向放置并且沿着同心的扇形排开,内走冷却介质锅炉给水或新鲜合成气,换热板在床层底部支撑,中心管作为合成塔下部的通道,催化剂通过底部惰性介质床层支撑,催化剂可以从底部卸料口卸掉;换热元件为预制成组的换热板,一组组换热板通过顶部人孔装入合成塔内新建和改造合成塔均适用;换热板沿着径向布置并且从塔内件的内壁到外壁装满催化剂,每个换热元件都有进出管口分别与冷却介质主分气管和主收气管相连;每块换热板由两块SS 304金属板气体换热板或者DUPLEX金属板蒸汽换热板焊接而成,机械上非常坚固,刚性好;这种换热板结构是已经经过多套装置实践的成熟技术;这种结构是自动化制成的,同一合成塔内的所有换热板完全相同;许多标准规范可以检验这些换热板,并盖有“U”质量标记;每块换热板制造后经过压力测试;气体可以并流或者逆流,轴向或者径向;等温床上部可以装填一绝热层副产蒸汽内件不安装绝热层;这种结构允许使用其它的流体作为换热介质,进入和流出换热器而不与反应气混合;换热板可以非常方便地沿着扇形依次装配;全部结构都是模块式的标准件,一旦损坏,可以很容易替换;换热板中空,两块金属板沿着周边焊接同时表面点焊,然后冲压制成; 最终外形类似于一个枕头,内件换热面积大,催化剂装填系数高,高压空间利用率高,设备尺寸小,投资低,便于运输安装;最大规模预计可达7000t/d,2002年俄罗斯425t/ d装置,2004年俄罗斯840t/d装置;伊朗一套7000t/d项目正在谈判中;九、未来合成塔技术发展状况在合成甲醇反应中,CO的单程转化率较低,为了克服传统的气相法合成甲醇工艺的缺点,近年开发了一些新型反应器,比较有代表性的有GSSTFR、RSIPR、气-液相并存式反应器和浆态床甲醇合成工艺;1、 GSSTFR气固固滴流流动反应器在反应器内用一种极细的吸附剂如硅钢铝酸盐与反应气体作逆向运动,反应过程中所生成的甲醇被固体吸附剂吸收,促使平衡向生成甲醇的方向移动;这种反应工艺一般是几个反应器串联使用,反应器之间有冷却器,将反应气体冷却到合适的温度;吸收甲醇的吸附剂有反应器外加热解吸,再生后的吸附剂可重复使用;该法的CO单程转化率可达100％;2、 RSIPR级间产品脱除反应器反应器之间有一吸收塔,内装四甘醇二甲醚,反应过程中生成的气体进入下一反应器继续进行反应,反应器的体积按气体的流向逐渐变小;吸收饱合后的溶剂再生后可继续使用;四级反应器的CO转化率可达97％,优点是对原料气的VCO/VH2比要求不严,简化了造气过程,同时该工艺的原材料消耗和能耗也较低;3、气-液相并存式反应工艺气、液两相共存,生成的部分甲醇在反应器中循环,并在催化剂的表面形成一层液膜,反应过程中生成的甲醇即溶解在这一液膜中,据报道,当原料气组成为：CO--29.2％;CO2--3.0％;H2--67.5％左右时,该工艺单个反应器的CO+CO2转化率可达90％以上;4、浆态床三相床甲醇合成工艺浆态床甲醇合成工艺是指：气相以氢、一氧化碳和二氧化碳为甲醇原料气,液相以惰性液相为介质,固相以细颗粒固体为催化剂,在一定的温度和压力下,合成塔中气-液-固三相之间进行传质,并在固相催化剂活性内表面上反应而制取甲醇;该工艺传热性和热稳定性较好,反应温度接近等温,易于控制,一氧化碳与二氧化碳的单程转化率和气相产物中的甲醇百分含量高于传统的气-固相催化法;及时甲醇市场资讯,欢迎登陆百川资讯甲醇频道;更多甲醇相关常识,欢迎进入百川资讯甲醇常识中心;。

合成塔介绍德国Lurgi德国Lurgi公司设计的低压甲醇合成塔为管壳式结构，管内装填催化剂，在中低压条件下进行甲醇合成反应，由管间沸水移出热量，并产生中压蒸汽，以控制床层温度，延长催化剂寿命，控制副反应的发生。

其主要性能特点是：采用管内装催化剂，管间走循环沸水，用很大的换热面积来移去反应热，理论上反应时催化剂层温差较小，达到接近等温反应的目的，使合成反应几乎是在等温条件下进行，采用低循环比。

为了适合装置大型化的发展，Lurgi公司对管壳式甲醇合成塔进行了改进，发明了两段等温甲醇合成工艺（气冷-水冷双塔），该工艺有两台管壳式甲醇合成塔组成，第一合成塔采用副产中压蒸气的方式移出反应热，第二台反应器产生的反应热则通过与新鲜合成气逆流换热方式脱除，在第二台反应器中，新鲜合成气在管内通过，反应气走壳层。

目前采用该技术建设的165万吨/年甲醇装置已经投产。

与单个管壳式合成塔工艺相比，两段等温甲醇合成工艺有以下特点：——与单台反应塔相比，第一反应器尺寸减少了约50%。

——减少了约50%的合成气循环比。

——热量回收效率高，减少了冷却成本。

——单系列能力可以达到5000吨/天以上。

——整个合成回路（包括循环压缩机、热交换器等）的投资减少近40%。

（2）瑞士卡萨利（Casale）Casale公司最早开发是立式绝热轴径向反应器，其特点是：环形的催化剂床顶端不封闭,侧壁不开孔，造成催化剂床层上部气流的轴向流动，床层主要部分气流为径向流动。

Casale开发的大型轴径向甲醇合成塔的主要结构特点：——环形的催化剂床顶端不封闭，侧壁不开孔，造成催化剂床层上部气流的轴向流动;——床层主要部分气流为径向流动；——催化剂筐的外壁开有不同分布的孔,以保证气流分布；——各段床层底部封闭，反应后气体经中心管流入合成塔外的换热器,回收热量。

由于不采用直接冷激，而采用塔外热交换，各床层段出口甲醇浓度较高，所需的床层段数较少。

由于床层阻力降的明显减少（比ICI轴向型塔减少24%），所以可增加合成塔高度和减少壁厚，可选用高径比的塔，以降低造价。

甲醇合成一、甲醇合成生产技术十分成熟，工艺技术主要分三种：高压甲醇合成（30MPa 以上）、中压甲醇合成（10～15MPa）和低压甲醇合成（5～10MPa）。

目前，单独以产醇为的高压法工艺因其动力消耗高、催化剂活性低以及产品质量差等原因除老合成氨系统转产外,新上装置已逐年减少甚至已被淘汰，而中压法也决大多数出现联醇工艺中，当今世界上最主要的、先进的、能耗低投资省的生产工艺归属于低压合成，由于低压法工艺较之前的高压法工艺在能耗、装置建设和单系列反应器生产能力大型化等方面具有明显的优越性，所以，目前国内外新建装置大多采用低压法，根据单套装置生产能力大小不同，其设计压力主要集中在5～8MPa范围内。

甲醇合成系统包括合成气压缩（等压合成除外）、甲醇合成、热量回收、甲醇分离等。

甲醇合成塔是核心设备，目前先进的低压合成塔主要有以下几种：（1）管壳式甲醇合成塔（2）多段冷激式甲醇合成塔（3）多段径向甲醇合成塔（4）绝热式甲醇合成塔（5）Casale轴径向混合流合成塔二、国内外技术现状甲醇生产的核心技术是甲醇合成反应器（合成塔）的结构与形式、催化床温度控制和热量的转移与利用。

反应器性能的好坏直接影响原料气和动力消耗以及设备能力的发挥，而甲醇合成反应器性能主要取决于其工艺结构，特别是在合成装置向大型化发展以后，其重要性更为突出。

1、国外目前世界上具有低压甲醇先进生产工艺的主要公司和专利商主要有丹麦托普索公司(Topsoe) 、德国鲁奇公司(Lurgi)、林德公司（Linde）、英国帝国化学公司（ICI）、日本三菱公司（MGC）、瑞士卡萨利公司(Casale)等，这些国际知名企业凭借自身的技术特点，相继开发出众多塔型，根据所采用的工艺结构基本上可以分为多段绝热型、冷管型二大类。

而冷管式又可分为气冷式和水冷式二种。

2、国内目前，国内自主开发的塔型主要有林达公司的均温塔，在国内均占有较高的市场份额，已经形成竞争发展的态势。

甲醇合成塔又称甲醇合成反应器，是甲醇装置中的核心设备之一，也是合成工段中最关键的设备。

在近几年来，由于甲醇装置的大型化，其甲醇合成塔也向大型化方向发展，由最初的3万吨、5万吨到8万、10万吨再到目前单套20万吨、25万吨、30万吨甚至更大的装置发展，其塔体直径也是由2.6米已经增大到3.9米甚至更大，而合成工艺、设备选材、结构设计和安全操作运行也已越来越受关注。

尤其是国内个别甲醇合成塔先后发生了失效，使得合成塔从技术选型到设备选材到塔体设计都得到了业主的广泛关注，西安核设备有限公司在近几年来与华东理工大学以及多家设计院合作设计、制造了国内多个项目中的甲醇合成塔，为我国甲醇装置核心设备甲醇合成塔的设计和制造积累了丰富的经验。

现就以我公司设计承制的管壳式甲醇合成塔为基础，结合设备的设计选材、强度计算、结构确定、制造工艺等方面谈几点认识。

一、对合成工艺的认识甲醇合成工艺是一个可逆的强放热反应的过程，是合成气在铜基催化剂的作用下发生主要化学反应：CO＋2H2＝CH3OH－90.8kj/molCO2+2H2=CO+H2O－49.5kj/mol同时在反应过程中除生成甲醇以外，还伴有生成少量的烃、醇、醚、醛和酯类化合物的副反应，而为了减少副反应的发生，提高合成甲醇的收率，就必须选择合适的工艺条件和优化设计合成塔，使得温度能有效控制，使反应热能迅速移出，使甲醇合成能在一个恒定、可控的温度下进行。

因此上说，甲醇合成塔不仅仅是一个换热器，也不仅是一台废热锅炉，而更重要的是一台合成放热反应器，是有着反应学和热力学以及锅炉动力学计算的一台设备，不能仅依据合成气量、合成压力计算出催化剂装填量，确定设备的结构尺寸，也不能仅依据工艺流程中的前后设备的工艺参数来确定合成塔的操作参数进行合成塔的设计和计算，而必须依据新鲜气量、循环气量、前端压缩机压力以及合成气的比例和所需催化剂量的情况进行合成工艺的计算。

不能为了节约工艺包的费用而盲目的确定一个缺乏依据的工艺参数。