大型化甲醇生产装置的反应器刘殿华应卫勇房鼎业（华东理工大学４９．ｒ－学院，上海２００２３７）甲醇是重要的有机化工原料、碳一化工的基础产品，在国民经济中占有十分重要的地位。随着石油资源日益短缺，我国已从石油输出国变成进口油国，我国的能源结构调整更显迫切。我国煤炭资源丰富，迅速发展新一代煤化工，发展煤基合成气制燃料甲醇，作为车用燃料，符合国家能源战略。甲醇合成反应器可分为：外冷冷管连续换热副产蒸汽甲醇合成反应器、内冷冷管连续换热甲醇合成反应器、多段段间换热型甲醇合成反应器，这几种反应器类型均工业化运行。华东理工大学化工工艺研究所化学与催化反应研究室几十年来一直坚持研究甲醇合成反应动力学和开发新型反应器技术，获得过国家“八五”、“九五”新型低压甲醇合成攻关项目，自主开发了大型甲醇合成反应器模拟设计及工程设计软件包，获准的专利有：“管壳外冷一绝热复合式固定床催化反应器”。“横向副产蒸汽固定床催化反应器”，“径向副产蒸汽固定床催化反应器”．“径向流动螺旋冷管副产蒸汽固定床催化反应器”．“绝热一管壳外冷复合式反应器”，“内冷一管壳复合型固定床组合式催化反应器”。获得了多项国家级和省部级奖项，如１９８５年国家科技进步二等奖“甲醇合成塔设计的新方法”、１９９７年上海市科技进步一等奖“甲醇合成反应动力学研究与年产２０万吨甲醇合成反应器数学模拟”，２００２年中国石油与化工协会科技进步二等奖“绝热一管壳复合式甲醇合成反应器”等。目前，华东理工大学大型低压（５—８ＭＰａ）甲醇合成反应器已成功应用到国内十几家企业，上述几类反应器既可应用到以煤或天然气为原料的甲醇合成工艺中，也可以应用到以焦炉气为原料催化转化或非催化转化的甲醇合成工艺中。Ｉ．管壳外冷一绝热复合式固定床催化反应器（ＺＬＤ３２３１７６７．０）（１）管壳外冷一绝热复合式固定床催化反应器包括以下几种形式：①绝热反应段设置在管壳反应段上部；②绝热反应段串联在管壳反应段前面；③绝热反应段设置在管壳反应段下部；④绝热反应段串联在管壳反应段后面；⑤２个绝热反应段分别设置在管壳反应段上、下部；⑥２个绝热反应段分别串联在管壳反应段前面、后方。下图１为几种形式之一的绝热反应段设置在管壳反应段上部的示意图：图１管壳外冷一绝热复台型甲醇合成反应器ｌ一绝热段２一反应气进口３一上管板４－沸腾水出口５一简体“列管７一水进口８一下管板９＿反应气出口（２）该反应器具有以下优点：①适应单系列大型化或双系列并联超大型化生产装置，如６０万吨，年、９０万吨，年甲醇生产规模；②能量利用合理，可副产中压蒸汽，每吨甲醇副产蒸汽量为合理，原料气在前段绝热反应器中利用绝热反应提高反应气的温度，在接近最佳温度时再进入管壳段反应器，管壳段为主反应段，反应温度接近均温；④提高反应物转化率。在后段绝热反应器中．较低浓度的反应物再次进行反应．进一步提高转化率；⑤提高催化剂时空收率；⑥运转周期长。催化剂使用寿命延长。４７０．８一Ｉ．１吨，蒸汽压力２．５．４．ＯＭＰａ；③温度分布该类型反应器已成功应用到国内二十多家企业。２００４年ｌＯ月山东华鲁恒升集团公司２０万吨甲醇项目一次开车成功，原设计甲醇产量为６６０吨，天，实际产量达到８５０吨甲醇／天。优于设计指标。２内冷一管壳复合型固定床组合式催化反应器（殂舵２６０９７２．５）内冷一管壳复合型固定床组合式气固相催化反应器，适应甲醇单系列大型化发展需求。反应器由前、后两段组合而成。前段为内冷式，用原料气移走反应热；后段为管壳式，用水移走反应热。同时副产蒸汽。原料气先通过前段内冷式反应器的冷管移走反应热．使原料气升温。预热后的原料气出内冷式反应器，进入后段管壳式反应器的列管内催化床，在接近等温下反应。由于此时与反应的化学平衡相差甚远，因此反应剧烈。反应放出的热量迅速传给壳层的冷却水，使之副产蒸汽。反应后的气体出管壳式反应器．又返回前段内冷式反应器的催化床管间，继续进行反应。由于进人反应后期，此时反应温度低于管壳段催化床的反应温度，对反应的化学平衡有利。整个反应床层的温度序列合理，可提高最终转化率，提高催化剂生产强度。内冷一管壳复合型固定床组合式气固相催化反应器有以下几种组合形式：①逆流内冷一管壳复合型固定床组合式；②并流内冷一管壳式复合型固定床组合式；③内冷一绝热管壳复合型固定床组合式；④组合成一体的内冷管壳复合型固定床组合式。组合成一体的内冷一绝热管壳复合型固定床组合式催化反应器结构示意图见图２。图２内冷一绝热管壳复合型固定床组合式催化反应器结构示意圈（１）原料气进口；（２）反应气出口；（３）下封头；（４）简体；（５）催化剂床；（６）内冷管；（７）上封头；（８）原料气出口；（９）连接管；（１０）由管壳段来的反应气进口；（１１）从内冷段来的反应原料气进口；（１２）‘上封头；（１３）上管板；（１４）蒸汽出口；（１５）简体；（１６）ＹＵ管；（１７）催化剂床层；（１８）进水口；（１９）下管板；（２０）下封头；（２１）反应气出１２１；（２２）连接管本组合式催化反应器具有装置大型化、生产能力大、催化剂装填还原方便、操作控制容易、能量利用合理、催化剂使用寿命长等优点。中石油川西北气矿甲醇厂采用内冷管壳复合型固定床组合式催化反应器技术，在原有１０万吨甲醇，年的基础上扩产到１５万吨，２００５年８月开车成功。