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【摘要】煤经气化后合成甲醇，进而生产其他化工产品的技术路线是煤洁净高效利用的方向之一。根据甲醇合成反应的特点，将管壳外冷 - 绝热复合式固定床催化反应器应用于甲醇生产中，单塔生产能力达200～350 kt/a，双塔生产能力达 500～600 kt/a。实际应用表明： 管壳外冷 - 绝热复合式甲醇合成反应器结构合理，催化剂装卸方便，催化床温度调节简单，床层热点至出口温差小，并能回收高位热能副产蒸汽。
【关键词】 管壳式 甲醇合成 反应器 工程应用
1 中煤龙化化工公司简介
中煤龙化哈尔滨煤化工有限公司（原哈尔滨气化厂），是中煤能源集团三级子公司。公司位于黑龙江省依兰县达连河镇，占地面积100公顷，固定资产25.7亿元。
中煤集团投资10.8亿元，于2007年5月28日开工扩建年产25万吨甲醇项目，2008年12月30日项目建成投产，产品质量达国际AAA级标准，使公司具有年产甲醇48万吨的生产能力。为适应哈市燃气市场调整需要，公司又新建年产1.2亿立方米甲醇吹除气人工提取煤基天然气项目，形成了“气提甲烷商品化、甲醇下游产品精细化、页岩制油产业化和辅助产品多元化”四大发展战略，努力建设中煤集团黑龙江煤化工核心企业。
2 中煤龙化化工公司工艺流程简介
中煤龙化化工公司的主要工艺为：民主德国鲁奇碎煤加压气化工艺、CO耐硫变换调整氢碳比、低温甲醇洗脱硫脱碳、克劳斯硫回收、8.0MPa甲醇合成、膜分离回收驰放气中氢并制取天然气、三塔精馏制取AA级甲醇。其中空分采用国内最新技术，空气经过分子筛纯化、并通过增压机和空压机增压。膨胀机透平膨胀制冷，产品氧采用液氧泵增压的内压缩流程（图1）。
3 管壳外冷-绝热复合式甲醇合成反应器在我公司的应用
3.1 反应器结构和工艺特点
管壳外冷-绝热复合式甲醇合成反应器类似于一个立式副产蒸汽的管壳式固定管板换热器，管板与壳体之间直接焊接，无法兰连接。反应器的上下封头采用半球形封头。上封头合成气入口处设立气体分布器。绝热层上部催化剂上部装填φ10耐火球装填高度为200mm。下管板下面装填φ10耐火球装填高度为300mm，再装填φ25mm耐火球。列管内装填催化剂，列管与管板的连接为涨接加强度焊。反应器的壳层筒体上设有6根蒸汽出口管，下端有6根水进口管，为防止气阻及加强换热管的固定，反应器的壳层设有支撑挡圈。装卸料口分别在反应器的侧封头上。
3.1.1外壳
年产25万吨甲醇的管科外冷-绝热复合型甲醇合成反应器的外壳，直筒部分高越8900mm，上、下封头高约1900mm，筒体内径约φ3800mm、厚约80mm。上封头上部有三组热电偶插入口，每组热电偶测量4点温度，1点在绝热层，3点在管壳层。
3.1.2管板与列管
列管焊接在管板上，管板焊接在筒体上，管板与筒体使用同种材料，为20MnMoNi55。
3.2 管壳外冷-绝热复合式甲醇合成反应器实际运行情况分析
中煤龙化化工公司25万吨甲醇装置于2008.12.29日开车运行至今。共使用过两炉催化剂，分别为进口的Katalco 51-7s，另外一种是国产的XNC-98。
通过长达4年的运行，我们发现该装置具有的优点如下：
3.2.1能量利用合理，副产中压蒸汽，回收高位能量
可回收高位能量，生2.0～4.0MPa、180～250℃的蒸汽。对以煤为原料的合成气，吨甲醇可副产中压蒸汽约1.1t。
3.2.2温度调节方便、迅速、有效
床层温度可通过汽包的压力进行调节。对热点和灵敏点温度的调节迅速、有效。
3.2.3床层温度分布合理，催化剂时空收率高
床层温度优化分布，绝热层可在较低温度下进行反应；管壳层在接近等温下反应；催化剂生产强度大，时空收率高。
3.2.4催化剂使用周期长
原料气中即使有微量毒物，也可被截面积很大的绝热层催化剂吸附，不会影响管壳层催化剂发挥作用。鉴于温度控制合理、优化，催化剂层不会出现超温，因此催化剂使用周期长。
3.2.5催化剂装卸、还原方便
上封头设有人孔，催化剂装填方便。设有卸催化剂孔，催化剂可直接卸放。催化剂还原时，只需将原通过冷却介质侧改通蒸汽加热即可，十分方便。
3.2.6反应器的操作适应性强
（1）对催化剂的适应性强
可使用国产的XNC-98型催化剂；也可以使用国外催化剂，如JohnsonMatthey KatalcoTM51系列催化剂。
（2）对原料气的适应性强
可使用以煤为原料的合成气； 也可使用通过部分氧化转化的合成气 （催化转化）。
（3）对进口温度的适应性强
操作前期可控制床层进口温度在195～200℃，中期200～210℃，后期210～220℃。
4 总结
管壳外冷 - 绝热复合式甲醇合成反应器结构合理，催化床温度平稳，催化床温度调节简单，床层热点至床层出口温差小，可实现反应温度的优化分布。床层温度平稳有利于延长铜基催化剂使用周期和减少粗甲醇中的杂质。反应器催化剂装卸方便，可回收高位热能副产蒸汽。在工程应用中，由该种类合成塔构成的合成装置体系具有结构紧凑、设备少、占地面积小等诸多优点。因此该设备在我公司的成功应用，对同类型甲醇生产装置的建设提供了实践支持。
【关键词】 管壳式 甲醇合成 反应器 工程应用
1 中煤龙化化工公司简介
中煤龙化哈尔滨煤化工有限公司（原哈尔滨气化厂），是中煤能源集团三级子公司。公司位于黑龙江省依兰县达连河镇，占地面积100公顷，固定资产25.7亿元。
中煤集团投资10.8亿元，于2007年5月28日开工扩建年产25万吨甲醇项目，2008年12月30日项目建成投产，产品质量达国际AAA级标准，使公司具有年产甲醇48万吨的生产能力。为适应哈市燃气市场调整需要，公司又新建年产1.2亿立方米甲醇吹除气人工提取煤基天然气项目，形成了“气提甲烷商品化、甲醇下游产品精细化、页岩制油产业化和辅助产品多元化”四大发展战略，努力建设中煤集团黑龙江煤化工核心企业。
2 中煤龙化化工公司工艺流程简介
中煤龙化化工公司的主要工艺为：民主德国鲁奇碎煤加压气化工艺、CO耐硫变换调整氢碳比、低温甲醇洗脱硫脱碳、克劳斯硫回收、8.0MPa甲醇合成、膜分离回收驰放气中氢并制取天然气、三塔精馏制取AA级甲醇。其中空分采用国内最新技术，空气经过分子筛纯化、并通过增压机和空压机增压。膨胀机透平膨胀制冷，产品氧采用液氧泵增压的内压缩流程（图1）。
3 管壳外冷-绝热复合式甲醇合成反应器在我公司的应用
3.1 反应器结构和工艺特点
管壳外冷-绝热复合式甲醇合成反应器类似于一个立式副产蒸汽的管壳式固定管板换热器，管板与壳体之间直接焊接，无法兰连接。反应器的上下封头采用半球形封头。上封头合成气入口处设立气体分布器。绝热层上部催化剂上部装填φ10耐火球装填高度为200mm。下管板下面装填φ10耐火球装填高度为300mm，再装填φ25mm耐火球。列管内装填催化剂，列管与管板的连接为涨接加强度焊。反应器的壳层筒体上设有6根蒸汽出口管，下端有6根水进口管，为防止气阻及加强换热管的固定，反应器的壳层设有支撑挡圈。装卸料口分别在反应器的侧封头上。
3.1.1外壳
年产25万吨甲醇的管科外冷-绝热复合型甲醇合成反应器的外壳，直筒部分高越8900mm，上、下封头高约1900mm，筒体内径约φ3800mm、厚约80mm。上封头上部有三组热电偶插入口，每组热电偶测量4点温度，1点在绝热层，3点在管壳层。
3.1.2管板与列管
列管焊接在管板上，管板焊接在筒体上，管板与筒体使用同种材料，为20MnMoNi55。
3.2 管壳外冷-绝热复合式甲醇合成反应器实际运行情况分析
中煤龙化化工公司25万吨甲醇装置于2008.12.29日开车运行至今。共使用过两炉催化剂，分别为进口的Katalco 51-7s，另外一种是国产的XNC-98。
通过长达4年的运行，我们发现该装置具有的优点如下：
3.2.1能量利用合理，副产中压蒸汽，回收高位能量
可回收高位能量，生2.0～4.0MPa、180～250℃的蒸汽。对以煤为原料的合成气，吨甲醇可副产中压蒸汽约1.1t。
3.2.2温度调节方便、迅速、有效
床层温度可通过汽包的压力进行调节。对热点和灵敏点温度的调节迅速、有效。
3.2.3床层温度分布合理，催化剂时空收率高
床层温度优化分布，绝热层可在较低温度下进行反应；管壳层在接近等温下反应；催化剂生产强度大，时空收率高。
3.2.4催化剂使用周期长
原料气中即使有微量毒物，也可被截面积很大的绝热层催化剂吸附，不会影响管壳层催化剂发挥作用。鉴于温度控制合理、优化，催化剂层不会出现超温，因此催化剂使用周期长。
3.2.5催化剂装卸、还原方便
上封头设有人孔，催化剂装填方便。设有卸催化剂孔，催化剂可直接卸放。催化剂还原时，只需将原通过冷却介质侧改通蒸汽加热即可，十分方便。
3.2.6反应器的操作适应性强
（1）对催化剂的适应性强
可使用国产的XNC-98型催化剂；也可以使用国外催化剂，如JohnsonMatthey KatalcoTM51系列催化剂。
（2）对原料气的适应性强
可使用以煤为原料的合成气； 也可使用通过部分氧化转化的合成气 （催化转化）。
（3）对进口温度的适应性强
操作前期可控制床层进口温度在195～200℃，中期200～210℃，后期210～220℃。
4 总结
管壳外冷 - 绝热复合式甲醇合成反应器结构合理，催化床温度平稳，催化床温度调节简单，床层热点至床层出口温差小，可实现反应温度的优化分布。床层温度平稳有利于延长铜基催化剂使用周期和减少粗甲醇中的杂质。反应器催化剂装卸方便，可回收高位热能副产蒸汽。在工程应用中，由该种类合成塔构成的合成装置体系具有结构紧凑、设备少、占地面积小等诸多优点。因此该设备在我公司的成功应用，对同类型甲醇生产装置的建设提供了实践支持。