（2）中压法(15～25MPa)中压法采用高活性的铜系催化剂，反应温度与低压法相同，它具有与低压法相似的优点，但由于提高了压力，相应动力消耗略有增加。目前，世界上新建或扩建的甲醇装置几乎都采用低压法或中压法。

（3）低压法（5.0—10.0MPa)是20世纪60年代后期发展起来的甲醇合成技术，由英国ICI公司研究得出。低压法基于高活性的铜系催化剂。铜系催化剂的活性明显高于锌铬催化剂，反应温度低(230～270℃)，因此，在较低的压力下可获得较高的甲醇收率。而且选择性好，减少了副反应，改善了甲醇质量，降低了原料的消耗。此外，由于压力低，不仅动力消耗比高压法降低很多，而且工艺设备的制造也比高压法容易，投资得以降低。总之，低压法比高压法有显著的优越性。

表2.1 三种压力合成甲醇法的操作条件

Tab. 2.1 three kinds of pressure synthesis operating conditions

操作压力，MPa 操作温度，℃ 催化剂

高压法 25~35 300~400 Zn-Cr

中压法 15~25 250~350 Cu-Zn-Cr

低压法 5.0~10.0 230~270 Cu-Zn-Al或Cu-Zn-Cr

比较以上三者的优缺点，以投资成本，生产成本，产品收率为依据，本设计采用低压法合成甲醇。 2.1.2甲醇合成塔的选择

甲醇合成的主要设备是甲醇合成塔、水冷器、甲醇分离器等，甲醇合成塔是其核心设备，甲醇合成塔的形式基本决定了甲醇合成的系统装置。下面五种是大型低压甲醇装置常用的合成反应器[7]。 （1）Lurgi管壳式甲醇合成反应器

Lurgi甲醇合成反应器是德国Lurgi公司研制的一种管束型副产蒸汽合成塔。Lurgi合成塔既是反应器，又是废热锅炉，合成塔内部类似于一般的列管式换热器，列管内装催化剂，管外为沸腾水，反应气体流经反应管，反应放热，热量通过管壁传给沸腾水，使其汽化，转变成蒸汽，管中心与沸腾水相差仅10℃左右。 Lurgi管壳式甲醇合成反应器具有以下优点：

①合成甲醇反应器催化剂床层内温度较为均匀，大部分床层温度在250~255℃之间，温度变化小，催化剂使用寿命长，并允许原料气中含有较高的CO；

②能准确、灵敏地控制反应温度，催化剂床层的温度可以通过调节蒸汽压力控制；

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③回收的反应热位能高，热量利用合理； ④反应器出口甲醇含量较高，催化剂利用率高；

⑤设备紧凑，开停车方便；合成反应过程中副反应少，故粗甲醇中杂质含量少，质量高。

其缺点是结构较为复杂，装卸催化剂不太方便。 （2）ICI多段冷激式甲醇反应器

ICI甲醇合成塔为多段冷激型反应器，段内绝热，段间原料气冷激。其主要优点有：单塔操作，生产能力大；温控方便；冷激采用菱形专利技术，催 化基层上下贯通，催化剂装卸方便。 其缺点是反应器内有部分气体与未反应气体返混，催化剂时空产率不高，用量较大，仅能回收低品位热能。 （3）MHI/MGC 管壳-冷管复合型甲醇合成反应器

该反应器为Lurgi反应器的改进型，该反应器是在管壳反应器的催化管内加一根冷管，用于预热原料气。

其主要优点是：一次通过的转化率高；可以高位能回收热量；在反应器中预热原料气，可以省去一个换热器。

（4）Topsoe（托普索）径向流甲醇合成反应器

合成系统由三台绝热操作的径向流反应器组成，反应器之间设置外部换热器移走热量，气体在床层中向心流动，该反应器特点是： ①径向流动，压降较小，可增大空速，提高产量；

②可使用小粒径催化剂，提高粒内效率因子，提高宏观反应速度； ③可方便地增大生产规模，在直径不变的情况下，增加反应器高度，即可增大生产规模， 单系列能力可达 2000 吨/天以上。 （5）Linde（林德）等温型甲醇合成反应器

Linde 等温型甲醇合成反应器，其结构与高效螺旋盘管换热器相似，盘管内为沸水，盘管外放置催化剂，反应热通过盘管内沸水移走，其反应器特点是： 基本上在等温下操作，可防止催化剂过热，控制蒸汽压力调节床层温度冷却盘管 与气流间为错流，传热系数较大。

综上所述，Lurgi管壳式甲醇合成塔，反应温度均匀，转化率较高，反应副产物少，原料消耗低，副产物少，加上国外目前建设的大型/超大型甲醇装置多采用Lurgi工艺，大型装置工业化经验多，工艺成熟。因此本设计“年产65万吨甲醇项目”采用该塔。

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2.1.3催化剂的选用

铜基催化剂和锌铬催化剂的比较如下表2.2

表2.2 铜基催化剂和锌铬催化剂的比较[8]

Tab. 2.2 comparison of copper based catalyst and zinc chromium catalyst 种类

优点

缺点 耐热性差 耐毒性差

适用的生产工艺 中、低压法

（220~270℃，5-15MPa）

高压法

活性温度高

（350~400℃，25-32MPa）

铜基催化剂 活性温度低

锌基催化剂

选择性高 耐热性高 耐毒性高

通过以上比较，可知使用铜基催化剂可大幅度节省投资费用和操作费用，降低成本。随着脱硫技术的发展，使用铜基催化剂已成为甲醇合成工业的主要方向，锌基催化剂已于80年代中期淘汰。

国内外常用铜基催化剂的特性对比如下表2.3

表2.3 国内外常用铜基催化剂的特性对比[9]

Tab. 2.3 comparison of the characteristics of copper based catalysts at home and abroad 催化剂型号 英国ICI 51-3 德国GL 104 美国C79-2 丹麦LMK 中国C302系列 中国XCN-98

CuO 60 51 - 40 51 52

组分/ % ZnO 30 32 - 10 20 20

Al2O3 10 4 - - 8 8

操作条件

压力/MPa 7.8-11.8 4.9 1.5-11.7 9.8 5.0-10.0 5.0-10.0

温度/℃ 190~270 210~240 220~330 220~270 210~280 200~290

本次设计采用由西南化工研究设计院开发的XNC-98，该催化剂是纳米级特殊载体制成的负载型催化剂，具有密度小、孔容大、孔分布合理、机械强度好、抗烧结性强、活性高、稳定性和选择性好的特点。

XNC-98型低压甲醇合成催化剂的物性情况[10]如下： 外 观： 有色金属光泽的圆柱体 堆积密度： 1.3～1.5kg/L 外型尺寸： Φ5×(4.5～5)mm

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