合成塔类型
甲醇生产装置大型化可以明显降低产品投资和产品成本。甲醇装置大型化已经成为我国甲醇工业发展的趋势。 甲醇合成的核心设备是合成塔。选择稳定、节能、高产率、经济的合成塔对生产厂家至关重要。从操作、结构、材料及维修等方面考虑，对甲醇合成塔的基本要求有：
1、稳定性好，结构可靠；
2、在操作上要求催化剂温度易于控制，调节灵活；合成反应器的转化率高；催化剂生产强度大，活性高而且稳定；能回收高位能的反应热；床层中气体分布均匀；压降低。
3、催化剂升温、还原操作方便、还原充分；
4、气体能均匀地通过催化剂层，阻力小，甲醇产量高；
5、操作稳定、调节方便，能适应各种操作条件的变化；
6、装卸催化剂方便，制造、安装和维修容易；
7、各个内件的连接与保温适当，使内件能在塔内自由移动，避免产生热应力。
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Top Фse
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（MCSA ）IMC 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V （CO ）/V（H2）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。