吸附剂所吸附，并滴流带出反应系统。RSIPR是级间产品脱出反应系统，当以吸附气态甲醇的粉状吸附剂流入该系统时，与该系统内的液相四甘醇二甲醚进行交换，气态的甲醇被液相所吸附，然后再将四甘醇二甲醚中的甲醇分离出来。这样合成甲醇反应不断向右进行，CO的单程转化率可达100%，气相反应物不循环。这项新工艺仍处在研究之中，尚未投入工业生产，还有许多技术问题需要解决和完善[6]。
1.5甲醇合成反应器的发展
1.5.1现有的有工业化的甲醇合成反应器
目前合成甲醇所用的常用的反应器有ICI冷激式和Lurgi列管式反应器，对于两种反应器的比较如下表1.2：
表1.2两种经典反应器的比较
项目 生产能力/(t/a) 反应器 反应压力/MPa 反应温度/摄氏度 催化剂 催化寿命/年 原料类别 原料和燃料/GJ 原料水/立方米 催化剂和化学品费/美元
ICI工艺 100000 冷激式 5～10 200～300 铜系 3～4
重油 石脑油 天然气 32.6 32.2 30.6 0.75 1.15 1.15 1.8 1.8 1.5
Lurgi工艺 100000 管壳式 5～10 240～270 铜系
以催化剂不同而定 煤 渣油 天然气 40.8 38.3 29.7 3.8 2.5 3.1 0.6 0.5 1.0
多年来甲醇合成反应器的设计基本上是ICI冷激式和Lurgi列管式，直到进入上世纪90年代以后，日本TEC公司才在此方面向前迈进一步。 TEC新型反应器
该公司开发的MRF—Z新型反应器的基本结构是反应器为圆筒状，有上下两个端盖，下端盏可以拆卸以方便催化刺装填和内部设施检修；反应器内装有一直径较小的内胆用以改变物料流向；反应器的中心轴向安装一带外壳的列管式换热器，换热器的外壳上开有直径小于催化剂颗粒的小孔，换热器内管束间设有等
距离的折流档板，以使原料气在管间均匀分布，沿径向外壳上的小孔流出，管束内通过反应后的高温气体。反应器内还设有沿轴心分布的冷却管束和催化剂托架。冷却管束为双层同心管．沸水从内管导人内外管问的环隙当中；催化剂装填在反应器内零部件的空隙当中。物料流向是冷的合成气从反应器的上下两个端口同时进入换热器的管束间，受折流板的作用沿径向通过催化剂床层，在催化剂的作用下进行合成反应，反应后温度较高的气体折八催化剂托架与内胆的环隙间，从内胆的下部返回换热器的管束内，在此与温度较低的原料气换热，然后沿着内胆与反器壁的环隙问从反应器的底部流出。由于气体沿径向流动催化剂床层压降小，气体循环所需要的动力大幅度减小，反应器制作时轴向长度可以加大，由于反应器内设有换热器和冷却器易于使催化剂床层的温度均匀一致，甲酵生成的浓度和速度可大幅度提高，反应温度容易控制，催化剂用量减少，反应器的结构紧凑[7]。
1.5.2正开发的甲醇台成反应器
1.气相法合成甲醇反应器
国外甲醇合成反应器的发展趋势为：①要适应单系列大型化的要求，如ICI冷激型已用于75万t／a装置，Lurgi管束型已用于45万t／a装置。②以较高位能回收反应热，副产蒸汽，如Lurgi型、Linde型副产中压蒸汽。③催化床层易于控制，可灵活调节，如Lurgi型用壳程的蒸汽压力调节层床温度．ICI型用冷激气量调节温度。④床层温度尽可能均匀，以延长催化剂使用寿命。⑤对原料气组成有较强的适应性，可适用于煤、天然气、石脑油、渣油为原料制甲醇的多种场合。⑥为降低压降，采用径向或轴径向流动反应器如Topsoe、Casale反应器。⑦结构紧凑，催化荆装卸方便。 国内依据各种甲醇合成塔在我国使用、消化和国产化程度，提出两种大型易于国产化的甲醇合成塔型式。 多段径向冷激型甲醇合成塔
新鲜气与循环气混合后，由上部进气口进入反应器内，经分流流道进入第一段催化剂床层，由外向内向心径向流动，进行绝热反应，温度升高，在合流流道中与第一股冷激气混合降温，向下进入第二床层。与第一段相同，气体经分流流道，由外向内向心流动边反应边升温，在合流流道中与第二股冷激气温合，向下进入第三段床层。第三段床层中同样进行径向流动绝热反应。出第三段床层的气
体经合流流道从反应器流出三段床层主体均为向径向流动，三段床层上部用催化剂自封，为轴径向流动。为使床层内气体均匀径向流动，用集管小孔开孔数来调节流体均布。
2.绝热管束型甲醇合成反应塔
进塔气由上部进气口进入反应器，由气体分布器先经过绝热段催化剂床层，再流经管内催化层，反应放出热量，反应热被壳程沸腾水吸收，副产中压蒸汽。反应后气体由下部气体出口流出。绝热．管束型甲醇合成塔的关键部分为管板上列管的焊接、壳程热水与蒸汽的热力循环等。由我国华南理工大学开发的绝热管壳外冷复合型甲醇合成反应器已经获得了专利，并在兖矿鲁南化肥厂100 kt／a甲醇合成装置中成功应用。
以上工艺重在改善反应器的传质、传热性能，达到节能降耗并适度增产甲醇的目的。但由于合成甲醇反应是一个可逆的放热反应，受热力学平衡的限制，一般CO的单程转化率都较低，有大量的未反应气体需进行循环反应，一般循环比在5以上，这样就造成了较大的能耗，为了克服传统气相法合成甲醇工艺的的缺点，近10年来开发了几种新型的工艺，比较有代表性的如GSSTFR、RSIPR和气、液相并存反应器。 3.超临界相合成甲醇反应器
超临界相合成甲醇新工艺是一个前人尚未探索过的新过程，属重大原始性创新项目，它彻底打破了甲醇合成反应热力学平衡，把一个理论上的可逆反应变成一个实际上的不可逆过程。该工艺适用于现有工业化甲醇合成反应器，其特点是在反应器入口处引入一个混合器，用以将原料气与超临界介质充分混合一同进入反应器[8]。超临界相合成甲醇工艺CO单程转化率达90%以上，原料气空速达4 000～8 000 h-1，甲醇时空产率可达1.2 Meoh／h,goat，因此，合成反应器的体积可大缩小，从而节省了投资和动力消耗[9]。
1.6选题的目的
甲醇是重要有机化工原料和优质燃料，广泛应用于精细化工，塑料，医药，林产品加工等领域。甲醇主要用于生产甲醛，消耗量要占到甲醇总产量的一半，甲醛则是生产各种合成树脂不可少的原料。用甲醇作甲基化试剂可生产丙烯酸甲酯、对苯二甲酸二甲酯、甲胺、甲基苯胺、甲烷氯化物等；甲醇羰基化可生产醋
酸、醋酐、甲酸甲酯等重要有机合成中间体，它们是制造各种染料、药品、农药、炸药、香料、喷漆的原料，目前用甲醇合成乙二醇、乙醛、乙醇也日益受到重视。甲醇也是一种重要的有机溶剂，其溶解性能优于乙醇，可用于调制油漆。作为一种良好的萃取剂，甲醇在分析化学中可用于一些物质的分离。甲醇还是一种很有前景的清洁能源，甲醇燃料以其安全、廉价、燃烧充分，利用率高、环保的众多优点，替代汽油已经成为车用燃料的发展方向之一；另外燃料级甲醇用于供热和发电，也可达到环保要求。甲醇还可经生物发酵生成甲醇蛋白，富含维生素和蛋白质，具有营养价值高而成本低的优点，用作饲料添加剂，有着广阔的应用前景。
由于我国石油资源短缺，能源安全已经成为不可回避的现实问题，寻求替代能源已成为我国经济发展的关键。甲醇作为石油的补充已成为现实，发展甲醇工业对我国经济发展具有重要的战略意义。
1.7选题的意义
本设计以甲醇生产为主线，对原料，合成气，反应设备，工艺都做了简单的概述，通过本次设计使我对我国的能源和燃料有了更加深刻的理解和认识，从而更加有效的利用资源，同是对大学期间的所学到的专业知识有了很好的复习和提升。另外通过本次独立设计年产20万吨甲醇合成工段工艺设计，从搜集资料，网上查阅，合成方法选择，合成路线的选择，反应器的设计等各个程序，以及office,CAD制图等整个工序，很好提高了自己的综合能力，独立思考问题分析问题，遇到问题如何解决应对，这对以后的工作和学习都是一次宝贵的经验。
2甲醇合成工艺流程
本设计采用lurgi低压合成甲醇工艺，是典型的两塔流程，流程见图1.1：
图1.1低压合成甲醇流程
2.1工艺流程简介
通过上文的论述和比较结合宁夏地区的原料情况本设计以煤为原料，采用lurgi低压合成甲醇，合成甲醇的原料是煤炭，经过造气过程制得合成气。合成气经压缩至5.0MPa或10MPa压力，与循环气混合进入反应器，使用Cu-Zn-Mn或Cu-Zn-Mn-V氧化物催化剂，经反应器出来后的合成产物加热出来的产物经气液分离器后一部分为反应的合成气循环到进口处继续合成，经过换热器换热后进入水冷凝器，使产物甲醇冷凝，然后将粗甲醇液体产物进入轻馏分塔，塔顶脱出轻馏分气体，塔底粗甲醇送去精制。在分离器分出的气体中还含有大量未反应的CO和其他气体，为保持系统惰性气体在一定得范围内，部分气体排出系统可作燃料，其余气体与新合成的气体混合。用循环压缩机增压后再进入合成反应器。塔底产物到甲醇塔精馏，塔顶，得到产品纯甲醇，塔底为废水。一般轻馏分塔为40～50塔板，甲醇塔板数为60～70块。
参考文献
[1]房鼎业, 姚佩芳, 朱炳晨. 甲醇生产技术及进展. 第1版. 华东化工学院出版社, 1990. [2]王静康主编. 化工设计. 第一版. 化学工业出版社，1995.
[3]徐振刚, 宫月华，蒋晓林. CSP加压气流床气化技术及其在中国的应用前景[J].洁净煤技术，1998，（3）:15～18.
[4]李大尚. GSP技术是煤制合成气(或H2)工艺的最佳选择[J]. 煤化工, 2012，（3）:1～6. [5] 杨福升 等编 《甲醇生产工艺与操作》 石油化学工业出版社，1974 [6]王永全. 甲醇精馏技术简述[J]. 化肥设计，2004，42(5): 22～25.
[7]陈文凯, 吴玉塘, 梁国华, 于作龙. 合成甲醇催化剂的研究进展.石油化工, 1997年, 第26卷
[8]李琼玖, 唐嗣荣, 顾子樵, 周述志, 赵沛华. 近代甲醇合成工艺与合成塔技术(下) [J]. 化肥设计, 2014, 42(1):3～8.
[9]李琼玖, 唐嗣荣, 顾子樵, 周述志, 赵沛华. 近代甲醇合成工艺与合成塔技术(上) [J].化肥设计, 2003, 41(6):5～10.