CN105233762B - 甲醇合成反应系统及甲醇合成反应方法 - Google Patents

Abstract

一种甲醇合成反应系统，包括气冷反应器和水冷反应器，气冷反应器包括气冷系统和第一集气管，气冷系统包括进气管和第二集气管，气冷反应器包括第一气口，水冷反应器包括第二气口和第三气口，气冷反应器的进气管、第二集气管、水冷反应器的第二气口、水冷反应器的第三气口、气冷反应器的第一气口和第一集气管之一，以及气冷反应器的第一气口和第一集气管之另一依次连通，以使气体可依次在水冷反应器和气冷反应器内反应。本甲醇合成反应系统中，由于气冷反应器和水冷反应器的合理配置，可以取得较高的醇净值，并且降低循环比，大大降低循环气的压缩功耗，从而实现低阻力高醇净值的甲醇的大型化生产。本发明还提供一种甲醇合成反应方法。

Description

甲醇合成反应系统及甲醇合成反应方法

技术领域

本发明涉及化工技术领域，特别是涉及一种应用于甲醇合成生产中的甲醇合成反应系统及甲醇合成反应方法。

背景技术

甲醇合成反应为强放热可逆反应，主要反应式

CO+2H₂＝CH₃OH+ΔH_R1

CO₂+3H₂＝CH₃OH+H₂O+ΔH_R2

ΔH_R1＝-76519.5-49.2909T----------P132

ΔH_R2＝-37858.2-22.666T-------P132

反应是在装有催化剂的反应器中进行的，现代甲醇催化剂为低压低温铜锌铝系，其压力为4.0MPa～8.5MPa，210℃～280℃。由上可知，未反应气必需先预热至210℃，反应过程中放热量大，温度上升大，例如每反应1％CO温升32℃，温升不能过高，应控制在280℃以内。

目前，大型化甲醇规模效应明显，越来越受到市场的追捧，但是以高CO煤气为原料的大型甲醇装置在工业化过程中还有一些问题，比如系统及反应器的配置不协调等。

发明内容

基于此，有必要提供一种可实现大型化生产的甲醇合成反应系统及甲醇合成反应方法。

一种甲醇合成反应系统，包括气冷反应器和水冷反应器，所述气冷反应器包括气冷系统和第一集气管，所述气冷系统包括进气管和第二集气管，所述气冷反应器包括第一气口、所述水冷反应器包括第二气口和第三气口，所述气冷反应器的所述进气管、所述第二集气管、所述水冷反应器的所述第二气口、所述水冷反应器的所述第三气口、所述气冷反应器的所述第一气口和所述第一集气管之一，以及所述气冷反应器的所述第一气口和所述第一集气管之另一依次连通，以使气体可依次在所述水冷反应器和所述气冷反应器内反应。

本甲醇合成反应系统中，由于气冷反应器和水冷反应器的合理配置，可以取得较高的醇净值，并且降低循环比，大大降低循环气的压缩功耗，从而实现低阻力高醇净值的甲醇的大型化生产。

在其中一个实施例中，所述气冷反应器还包括外筒和径向反应筐，所述气冷反应器的所述径向反应筐设于所述外筒内，并于所述外筒和所述径向反应筐之间形成间隙；所述气冷系统还包括气冷管，所述进气管和所述第二集气管穿过所述气冷反应器的所述外筒和所述径向反应筐，所述气冷管位于所述气冷反应器的所述径向反应筐内并连通于所述进气管和所述第二集气管之间，所述第一集气管部分设置于所述气冷反应器的所述径向反应筐内，且一端伸出所述气冷反应器的所述径向反应筐和所述外筒外，所述气冷反应器的所述外筒上开设有所述第一气口，且所述气冷反应器的所述径向反应筐和所述第一集气管侧壁上均开设有通气孔。

在其中一个实施例中，所述水冷反应器还均包括外筒、径向反应筐、水冷系统、进水口和水汽出口，所述水冷反应器的径向反应筐位于所述水冷反应器的外筒内，且所述水冷反应器的所述径向反应筐和所述外筒之间形成间隙，所述水冷系统包括设于所述径向反应筐内的水冷管，所述水冷反应器的所述进水口与所述水冷管相连，所述水冷反应器的所述第二气口分别连通所述水冷反应器的所述间隙与所述外筒外，所述水汽出口开设于所述外筒，以将蒸汽导出所述外筒，所述气冷反应器的所述第二集气管与所述水冷反应器的所述第二气口连通，所述气冷反应器的所述第一气口与所述水冷反应器的所述第三气口连通。

在其中一个实施例中，所述气冷系统包括连接于所述进气管和所述第二集气管之间的气冷管，所述气冷管为回形结构，且所述气冷管包括进口和出口，所述进口和出口均位于所述气冷管的中部，且相互间隔设置。

在其中一个实施例中，所述气冷管包括上管和下管，所述上管和所述下管分别包括进口和出口，所述上管的进口和所述下管的进口连通，所述上管的出口和所述下管的出口连通。

在其中一个实施例中，所述上管和所述下管均为U形管，所述上管和所述下管对接形成所述回形结构。

在其中一个实施例中，所述上管和所述下管为对称结构，所述上管和所述下管的所述进口和所述出口均位于所述气冷管的中点处。

在其中一个实施例中，所述气冷系统还包括分气管、第一连通管、第二连通管，所述分气管位于所述进气管和所述第一连通管之间，所述第一连通位于所述分气管和所述气冷管之间，所述第二连通管位于所述气冷管和所述第二集气管之间；所述气冷系统还包括连通于所述第一连通管和所述气冷管的所述进口之间的第一环管和连通于所述第二连通管和所述气冷管的所述出口之间的第二环管，多个所述气冷管连接所述第一环管，多个所述气冷管连接所述第二环管。

在其中一个实施例中，所述甲醇合成反应系统还包括第一热交换器、第二热交换器、供水装置、冷却装置、气液分离器、储液装置和气源，所述气源、所述第一热交换器和所述气冷反应器的所述进气管依次连通，所述第一热交换器还连接所述气冷反应器的所述第一集气管；所述第二热交换器连接于所述气冷反应器的所述第二集气管和所述水冷反应器的所述第二气口之间以及所述水冷反应器的所述第三气口和所述气冷反应器的所述第一气口之间；所述供水装置连接于所述水冷反应器的所述进水口，所述气冷反应器的所述第一集气管、所述第一热交换器、所述冷却装置、所述气液分离器和所述储液装置依次连接。

在其中一个实施例中，所述甲醇合成反应系统还包括脱盐水加热器，所述脱盐水加热器连接于所述第一热交换器和所述第二热交换器之间，所述脱盐水加热器还连接于所述供水装置和所述第一集气管，以将经过脱盐水处理过程的水回收至所述供水装置加以利用。

在其中一个实施例中，所述水冷反应器的所述水汽出口连通于所述供水装置，且所述供水装置还连通于一蒸汽回收装置以回收蒸汽。

在其中一个实施例中，所述冷却装置包括风冷器和水冷器，所述风冷器和所述风冷器依次连接于所述第一热交换器和所述气液分离器之间。

在其中一个实施例中，所述甲醇合成反应系统还包括压缩机，所述压缩机连接于所述气源和所述第一热交换器之间；该甲醇合成反应系统还包括加压机，所述加压机连接于所述气液分离器和所述第一热交换器之间。

一种利用上述甲醇合成反应系统的甲醇合成反应方法，包括步骤：

未反应冷气输入所述气冷反应器的所述进气管；

未反应冷气在所述气冷反应器内进行热交换，未反应冷气被加热，然后进入所述第二集气管输出所述气冷反应器；

被加热的气体从所述第二集气管进入所述水冷反应器的所述第二气口，并在所述水冷反应器内进行反应，反应后的气体经过所述水冷反应器的所述第三气口输出所述水冷反应器；

反应后的气体从所述水冷反应器的所述第三气口进入所述气冷反应器的所述第一气口和所述第一集气管之一，并在所述气冷反应器内进行反应，同时所述气冷系统内的未反应冷气与反应产生的热量进行热交换降温，反应后的气体进入所述第一气口和第一集气管之另一后输出所述气冷反应器。

在其中一个实施例中，当所述甲醇合成反应系统还包括第一热交换器、脱盐水加热器、第二热交换器、供水装置、冷却装置、气液分离器、储液装置和气源时，未反应冷气从所述气源输出经过所述第一热交换器加热后进入所述气冷反应器的所述进气管；气体从所述第二集气管输出经过所述第二热交换器加热后进入所述水冷反应器的第二气口；气体从所述水冷反应器的所述第三气口输出经过所述第二热交换器加热后进入所述气冷反应器的所述第一气口，气体从所述第一集气管输出经过所述脱盐水加热器、所述第一热交换器、所述冷却装置后进入所述气液分离器进行气液分离，分离出的液体为粗甲醇，输出到所述储液装置，分离出的气体与所述气源输出的气体一起进入所述气冷反应器的所述进气管。

在其中一个实施例中，从所述气源进入所述第一热交换器的气体温度为30°～70，经所述第一热交换器加热后气体温度为120°～160°，从所述第二集气管输出的气体温度为180°～220°，从所述水冷反应器的所述第三气口输出的气体含有约6.5％～9.5％的CH₃OH，从所述气冷反应器的所述第一气口或所述第一集气管输出的气体含有约10％～13.5％的甲醇，气体温度为约220°～230°，且经过所述脱盐水加热器、所述第一热交换器、所述冷却装置后气体温度为约30～60°。

附图说明

图1为一实施方式的甲醇合成反应系统的结构示意图；

图2为一实施方式的气冷反应器的结构示意图；

图3为图2所示气冷反应器的气冷系统的气冷管的结构示意图；

图4为图2所示气冷反应器的外筒和径向反应筐的局部结构示意图；

图5为图2所示气冷反应器的第一集气管的局部结构示意图；

图6为另一实施例的第一集气管的第一通气孔的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

本发明公开一种甲醇合成反应系统。请参阅图1和图2，一实施例的甲醇合成反应系统包括气冷反应器100水冷反应器300。气冷反应器100包括外筒10、气冷系统50、径向反应筐70和第一集气管80。径向反应筐70设于所述外筒10内，并于所述外筒10和所述径向反应筐70之间形成间隙105，所述气冷系统50包括进气管51、气冷管57和第二集气管59，所述进气管51和所述第二集气管59穿过所述外筒10和所述径向反应筐70，所述气冷管57位于所述径向反应筐70内并连通于所述进气管51和所述第二集气管59之间，所述第二集气管59部分设置于所述径向反应筐70内，且一端伸出所述径向反应筐70和所述外筒10外，所述外筒10上开设有第一气口104以将气体导入所述间隙105内，且所述径向反应筐70和所述第一集气管80侧壁上均开设有通气孔，以将所述间隙内的气体依次沿基本垂直于所述外筒10高度的方向导入所述径向反应筐70和所述第一集气管80。水冷反应器300包括外筒3001、径向反应筐3003、水冷系统3005、进水口3007、第二气口3009、第三气口3011和水汽出口3013。径向反应筐3003位于外筒3001内，且径向反应筐3003和外筒3001之间形成间隙3015，水冷系统3005包括设于径向反应筐3003内的水冷管30051，进水口3007与水冷管30051相连，第二气口3009连通间隙3015与外筒3001外，第三气口3011连通径向反应筐3003内与外筒3001外，水汽出口3013开设于外筒3001，以将蒸汽或汽水混合物导出外筒3001。气冷反应器100的第二集气管59与水冷反应器300的第二气口3009连通，气冷反应器100的第一气口104与水冷反应器300的第三气口3011连通。

请参阅图2，具体地在本实施例中，气冷反应器100包括上述外筒10、上述气冷系统50、上述径向反应筐70和上述第一集气管80。

在本具体实施例中，外筒10为中空筒状，其包括顶部101和底部103。更具体地，外筒10中部为圆筒状，顶部101和底部103均为半球状或椭圆状。外筒10的顶部101设有装料孔，外筒10的底部104设有卸料孔。外筒10上还开设有第一气口104，以将已预热的待反应气输入外筒10。

气冷系统50包括进气管51、分气管52、分气环53、第一连通管54、第一环管55、第二环管56、气冷管57、第二连通管58和第二集气管59。

进气管51设于外筒10的底部103，并穿过外筒10和径向反应筐70内，通过进气管51与其他设备连通以输入未反应冷气。

分气管52位于径向反应筐70内，且连通于进气管51和分气环53之间，以将从进气管51输入的未反应冷气输入分气环53。具体地，分气管52可为多个，多个分气管52分别与进气管51连通以将未反应冷气均匀分散。

分气环53位于径向反应筐70内，且连通于分气管52和第一连通管54之间，且分气环53为环状，这样，即使分气管52的数量为一个，由于分气环53为环状，分气环53可与多个第一连通管54连通，将未反应冷气输送至多个第一连通管54。可以理解，分气环53也可省略，使分气管52和第一连通管54直接连通。

第一连通管54位于径向反应筐70内，且连通于分气环53或分气管52与气冷管57之间，以将未反应冷气输送至气冷管57，未反应冷气在气冷管57内被气冷管57外部的气体加热。

在其中一实施例中，第一连通管54还可通过第一环管55与气冷管57连通，这样，未反应冷气进入第一环管55后再进入气冷管57。具体地，气冷管57包括进口和出口，多个气冷管57的进口连通第一环管55，这样可以减少第一连通管54的数量，通过第一环管55将未反应冷气输送至多个气冷管，使热传递更均匀。具体地，也可以多个第一连通管54连通一个第一环管55。在本具体实施例中，第一环管55为圆环形。

第二连通管58位于径向反应筐70内，且连通于气冷管57的出口与第二集气管59之间，将经过加热的气体从第二集气管59导出径向反应筐70和外筒10。

在其中一实施例中，第二连通管58还可通过第二环管56与气冷管57连通，这样，经过加热的气体进入第二环管56后再进入第二连通管58。具体地，多个气冷管57的出口可连通第二环管56，这样可以减少第二连通管58的数量。在本具体实施例中，第二环管56为圆环形。

气冷管57设置于径向反应筐70内，从其进口通入未反应冷气，在气冷管57外热气的加热下，气体被加热后从其出口输出气冷管57，最后输出径向反应筐70。请参阅图3，具体地，气冷管57为回形结构，且其进口和出口分别位于气冷管57的中部，也就是说，气冷管57的进口和出口不位于气冷管57的两端。由于气冷管57的进口和出口分别位于气冷管57的中部，因此气体可从气冷管57的中部的进口向两端流动，再向中部流动到出口，使热交换更为均匀。这里所说的回形结构不限于“回”字形结构，只要是首尾相接即可。

更具体地，气冷管57可包括上管571和下管573，上管571的进口、下管573的进口和第一连通管54的一端相互连通，上管571的出口、下管573的出口和第二连通管58的一端相互连通，这样气体可从第一连通管54同时进入上管571和下管573，并从上管571和下管573同时出来进入第二连通管58，可使气体的热交换更加均匀，径向反应筐70内的温度也更均匀。可以理解，上管571和下管573也可为一整体，在气冷管57上开设进口和出口即可。

具体地，上管571和下管573均可为U形管，上管571和下管573对接可形成回形结构。可以理解，上管571和下管573也为其他形状的管，只要气冷管57能形成回形结构即可。

具体地，上管571和下管573可为对称结构，上管571和下管573的进口和出口均位于气冷管57的中点处，这样每根气冷管57的上管571与下管573的对应位置的温度相同，使气体的热交换更加均匀，径向反应筐70内的温度也更均匀。

第二集气管59连通多个第二连通管58，且第二集气管59穿过径向反应筐70和外筒10，且一端伸出外筒10，以将经过加热的气体导出。

径向反应筐70设于外筒10内，其用于容纳催化剂，且径向反应筐70与外筒10之间留有间隙105。径向反应筐70侧壁开设有通气孔，以使从外筒10的气口104进入到间隙105的待反应气从该通气孔由径向进入径向反应筐70，在催化剂的作用下进行反应。

具体地，径向反应筐70中部设置有容纳腔71，以容纳前述的第一环管55和第二环管56，多个第一环管55和第二环管56同心设置于容纳腔71内。

请参阅图4，在其中一实施例中，径向反应筐70包括筒体701和透气板703，透气板703套设于筒体701内，径向反应筐70的通气孔包括贯通筒体701的第一通气孔和贯通透气板703的第二通气孔。其中，第二通气孔与第一通气孔相互连通，且第二通气孔的总截面积大于第一通气孔的总截面积。当径向反应筐70设置于外筒10时，径向反应筐70的筒体701较透气板703靠近外筒10，且筒体701和外筒10间隔设置从而形成前述间隙105。由于径向反应筐70的通气孔包括贯通筒体701的第一通气孔和贯通透气板703的第二通气孔，且第二通气孔的总截面积大于第一通气孔的总截面积，因此，气体从间隙105先进入第一通气孔，气体分散后再经过截面积更大的第二通气孔将气体进一步分散，最后进入径向反应筐70内部，对气体起到了很到的分散的作用，使气体在径向反应筐70内均匀分布，使反应更加均匀和充分，确保反应床层内的反应气体在高度方向和圆周方向均能分布均匀，流动一致，避免形成气体死区导致局部超温从而烧坏触媒。在本具体实施例中，第二通气孔的数量多于第一通气孔的数量。

筒体701的第一通气孔包括敞开孔7013和收拢孔7015，敞开孔7013大于收拢孔7015，收拢孔7015较敞开孔7013靠近透气板703。具体地，敞开孔7013为喇叭状，收拢孔7015为圆柱状，收拢孔7015连接于敞开孔7013尺寸较小的一端，更具体地，敞开孔7013可为圆台状。可以理解，收拢孔7015可省略。由于筒体701的敞开孔7013和收拢孔7015的设置，可使气体可从间隙105充分进入第一通气孔。

透气板703的第二通气孔包括上孔7035和下孔7037，上孔7035较下孔7037靠近筒体701，且上孔7035的尺寸小于下孔7037。具体地，透气板703包括基板7031和设于基板7031上的多个相互间隔的凸起7033，上孔7035开设于凸起7033，下孔7037开设于基板7031。

筒体701和透气板703间隔设置从而在其间形成缝隙(图未标)，该缝隙连通第一通气孔和第二通气孔。

径向反应筐70还可以包括间隔环705，间隔环705密封地设于筒体701和透气板703之间，将筒体701和透气板703之间的缝隙间隔成多个区间。具体地，间隔环705可以为圆形钢环。由于间隔环705的设置，使径向反应筐70的内部在高度方向上的各个部分均有相当的气体进入，使气体在径向反应筐70内均匀分布，使反应更加均匀和充分。

径向反应筐70还可以包括筛网707，筛网707设置在透气板703远离筒体701的一侧。具体地，筛网707可紧贴透气板703。筛网707的设置可进一步分散气体，使气体在径向反应筐70内均匀分布，使反应更加均匀和充分。

第一集气管80部分设置于径向反应筐70内，且一端伸出径向反应筐70和外筒10外，以使经过反应的气体从径向反应筐70进入第一集气管80后导出到外筒10外。

具体地，第一集气管80可为筒状，其侧壁上可开设有多个通气孔，以使气体进入。

请参阅图5，第一集气管80包括筒体801和透气板803，透气板803套设于筒体801外，第一集气管80的通气孔包括贯通筒体801的第一通气孔和贯通透气板803的第二通气孔。其中，第二通气孔与第一通气孔相互连通，且第二通气孔的总截面积大于第一通气孔的总截面积。当第一集气管80设置于径向反应筐70时，第一集气管80的筒体801较透气板803远离径向反应筐70的筒体701。第一集气管80的通气孔的作用与径向反应筐70的通气孔的作用相反，径向反应筐70的通气孔是为了使气体分散，而第一集气管的通气孔是为了将分散的气体集拢并进入第一集气管80内部。

筒体801的第一通气孔包括敞开孔8013和收拢孔8015，敞开孔8013大于收拢孔8015，收拢孔8015较敞开孔8013靠近透气板803。具体地，敞开孔8013为喇叭状，收拢孔8015为圆柱状，收拢孔8015连接于敞开孔8013尺寸较小的一端，更具体地，敞开孔8013可为圆台状。可以理解，收拢孔8015可省略；同时，请参见图6，也可以将敞开孔8013和收拢孔8015的位置互换，使敞开孔8013更靠近透气板803。

透气板803的第二通气孔包括上孔8035和下孔8037，上孔8035较下孔8037靠近筒体801，且上孔8035的尺寸小于下孔8037。具体地，透气板803包括基板8031和设于基板8031上的多个相互间隔的凸起8033，上孔8035开设于凸起8033，下孔8037开设于基板8031。

筒体801和透气板803间隔设置从而在其间形成缝隙(图未标)，该缝隙连通第一通气孔和第二通气孔。

第一集气管80还可以包括间隔环805，间隔环805密封地设于筒体801和透气板803之间，将筒体801和透气板803之间的缝隙间隔成多个区间。具体地，间隔环805可以为圆形钢环。

第一集气管80还可以包括筛网807，筛网807设置在透气板803远离筒体801的一侧。具体地，筛网807可紧贴透气板803。

具体地，第一集气管80的一端可靠近外筒10的顶部101，另一端可从外筒10的底部103伸出。

具体地，进气管51为截面为环状的筒状，进气管51套设于第一集气管80外，分气管52的一端连接于进气管51的侧壁。

上述气冷反应器工作时，将未反应冷气通入进气管51，未反应冷气依次通过分气管52、分气环53、第一连通管54、第一环管55和气冷管57。将已预热的待反应气通过第一气口104进入间隙105，待反应气通过径向反应筐70侧壁的通气孔进入径向反应筐70，在催化剂的作用下发生反应，同时产生热量，产生的热量被气冷管57内的未反应冷气吸收，一方面对气冷管57内的未反应冷气进行加热，另一方面未反应冷气对径向反应筐70内进行冷却，使径向反应筐70及其内的催化剂处于合适的温度范围内。经加热的未反应气体从气冷管57出来后经过第二环管56、第二连通管58和第二集气管59输出气冷反应器；而经过反应后的气体从径向反应筐70进入第一集气管80后输出气冷反应器。

本发明的气冷反应器，由于采用径向反应筐，气体从外筒和径向反应筐之间的间隙从径向反应筐侧壁进入径向反应筐，气体阻力小；且反应过程中产生的热量可被气冷系统的未反应冷气吸收，一方面对径向反应筐内的温度冷却，同时对未反应冷气进行加热，能源利用率高，节能效果明显；气冷系统的气冷管采用上管和下管连接的结构，使热交换更加均匀。

请再次参阅图1，该甲醇合成反应系统还包括第一热交换器701、脱盐水加热器702、第二热交换器703、供水装置705、冷却装置707、气液分离器709、储液装置801和气源803。

气源803、第一热交换器701和气冷反应器100的进气管51依次连通，第一热交换器701还连接气冷反应器100的第一集气管80。第二热交换器703连接于气冷反应器100的第二集气管59和水冷反应器300的第二气口3009之间以及水冷反应器300的第三气口3011和气冷反应器100的第一气口104之间。供水装置705连接于水冷反应器300的进水口3007。气冷反应器100的第一集气管80、脱盐水加热器702、第一热交换器701、冷却装置707、气液分离器709和储液装置801依次连接。可以理解，脱盐水加热器702可省略。

具体地，脱盐水加热器702还连接于供水装置705，已将经过脱盐水处理过程的水回收至供水装置705加以利用。

具体地，供水装置705包括汽包，汽包给水冷反应器300供水。

具体地，水冷反应器300的水汽出口3013连通于供水装置705，且供水装置705还连通于一蒸汽回收装置(图未示)以回收蒸汽。

具体地，冷却装置707可包括风冷器7071和水冷器7073，风冷器7071和风冷器7073依次连接于第一热交换器701和气液分离器709之间。

该甲醇合成反应系统还包括压缩机805，压缩机805连接于气源803和第一热交换器701之间。

该甲醇合成反应系统还包括加压机807，加压机807连接于气液分离器709和第一热交换器701之间。这样，经过气液分离器709分离出来的循环气经过加压后和气源803所供的经过压缩机805压缩的气体一起作为未反应冷气经过第一热交换器701加热后进入气冷反应器100的进气管51，同时，经过气液分离器709分离出来的粗甲醇存储在储液装置801内。

本发明利用上述甲醇合成反应系统的甲醇合成反应方法，包括以下步骤：

S110，未反应冷气输入气冷反应器100的进气管51；

s130，未反应冷气在气冷反应器100内依次经过进气管51、气冷管57进行热交换，未反应冷气被加热，然后进入第二集气管59输出气冷反应器100；

s150，被加热的气体从第二集气管59进入第一水冷反应器300的第二气口3009，并经过间隙3015进入径向反应筐3003内进行反应，同时，水冷系统3005与反应产生的热量进行热交换降温，反应后的气体经过第三气口3011输出水冷反应器300；

S170，反应后的气体从第三气口3011进入气冷反应器100的第一气口104，并经过间隙105进入径向反应筐70内进行反应，同时气冷系统50的气冷管57内的未反应冷气与反应产生的热量进行热交换降温，反应后的气体进入第一集气管80后输出气冷反应器100，如此，完成一个反应循环过程。

具体地，步骤s110中，未反应冷气从气源803输出经过第一热交换器701加热后进入气冷反应器100的进气管51；步骤s150中，气体从第二集气管59输出经过第二热交换器703加热后进入水冷反应器300的第二气口3009；步骤s170中，气体从第三气口3011输出经过第二热交换器703加热后进入第一气口104，气体从第一集气管80输出经过脱盐水加热器702、第一热交换器701冷却装置707后进入气液分离器709进行气液分离，分离出的液体为粗甲醇，输出到储液装置801，分离出的气体与气源803输出的气体一起进入气冷反应器100的进气管51。

具体地，从气源803进入第一热交换器701的气体温度为30°～70°，经第一热交换器701加热后气体温度为120°～160°，从第二集气管59输出的气体温度为180°～220°，从水冷反应器300的第三气口3011输出的气体含有约6.5％～9.5％的CH₃OH，从气冷反应器100的第一集气管80输出的气体含有约10％～13.5％的甲醇，气体温度为约220°～230°，且经过脱盐水加热器702、第一热交换器701、冷却装置707后气体温度为30～60°。

可以理解，也可以将气冷反应器100的第一气口104作为反应后的出气口，并使待反应气从第一集气管80通入径向反应筐70；也可以将第一水冷反应器300的第二气口3009作为反应后的出气口，而将第三气口3011作为待反应气的进气口。

利用本发明的甲醇合成反应系统和甲醇合成反应方法，由于一个气冷反应器和一个水冷反应器的合理配置，可以取得较高的醇净值，并且降低循环比，大大降低循环气的压缩功耗，从而实现低阻力高醇净值的甲醇的大型化生产。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (16)

1.一种甲醇合成反应系统，其特征在于：包括气冷反应器和水冷反应器，所述气冷反应器包括气冷系统和第一集气管，所述气冷系统包括进气管和第二集气管，所述气冷反应器包括第一气口，所述水冷反应器包括第二气口和第三气口，所述气冷反应器的所述进气管、所述第二集气管、所述水冷反应器的所述第二气口、所述水冷反应器的所述第三气口、所述气冷反应器的所述第一气口和所述第一集气管之一，以及所述气冷反应器的所述第一气口和所述第一集气管之另一依次连通，以使气体可依次在所述水冷反应器和所述气冷反应器内反应；所述气冷反应器还包括外筒和径向反应筐，所述气冷反应器的所述径向反应筐设于所述外筒内，并于所述外筒和所述径向反应筐之间形成间隙，所述第一集气管部分设置于所述气冷反应器的所述径向反应筐内，且一端伸出所述气冷反应器的所述径向反应筐和所述外筒外，所述气冷反应器的所述外筒上开设有所述第一气口，且所述气冷反应器的所述径向反应筐和所述第一集气管侧壁上均开设有通气孔；所述水冷反应器还均包括外筒、径向反应筐、水冷系统、进水口和水汽出口，所述水冷反应器的径向反应筐位于所述水冷反应器的外筒内，且所述水冷反应器的所述径向反应筐和所述外筒之间形成间隙，所述水冷反应器的所述第二气口分别连通所述水冷反应器的所述间隙与所述外筒外，所述气冷反应器的所述第二集气管与所述水冷反应器的所述第二气口连通，所述气冷反应器的所述第一气口与所述水冷反应器的所述第三气口连通。

2.根据权利要求1所述的甲醇合成反应系统，其特征在于，所述气冷系统还包括气冷管，所述进气管和所述第二集气管穿过所述气冷反应器的所述外筒和所述径向反应筐，所述气冷管位于所述气冷反应器的所述径向反应筐内并连通于所述进气管和所述第二集气管之间。

3.根据权利要求2所述的甲醇合成反应系统，其特征在于，所述水冷系统包括设于所述径向反应筐内的水冷管，所述水冷反应器的所述进水口与所述水冷管相连，所述水汽出口开设于所述外筒，以将蒸汽导出所述外筒。

4.根据权利要求1所述的甲醇合成反应系统，其特征在于，所述气冷系统包括连接于所述进气管和所述第二集气管之间的气冷管，所述气冷管为回形结构，且所述气冷管包括进口和出口，所述进口和出口均位于所述气冷管的中部，且相互间隔设置。

5.根据权利要求4所述的甲醇合成反应系统，其特征在于，所述气冷管包括上管和下管，所述上管和所述下管分别包括进口和出口，所述上管的进口和所述下管的进口连通，所述上管的出口和所述下管的出口连通。

6.根据权利要求5所述的甲醇合成反应系统，其特征在于，所述上管和所述下管均为U形管，所述上管和所述下管对接形成所述回形结构。

7.根据权利要求6所述的甲醇合成反应系统，其特征在于，所述上管和所述下管为对称结构，所述上管和所述下管的所述进口和所述出口均位于所述气冷管的中点处。

8.根据权利要求4所述的甲醇合成反应系统，其特征在于，所述气冷系统还包括分气管、第一连通管、第二连通管，所述分气管位于所述进气管和所述第一连通管之间，所述第一连通管位于所述分气管和所述气冷管之间，所述第二连通管位于所述气冷管和所述第二集气管之间；所述气冷系统还包括连通于所述第一连通管和所述气冷管的所述进口之间的第一环管和连通于所述第二连通管和所述气冷管的所述出口之间的第二环管，多个所述气冷管连接所述第一环管，多个所述气冷管连接所述第二环管。

9.根据权利要求3所述的甲醇合成反应系统，其特征在于，所述甲醇合成反应系统还包括第一热交换器、第二热交换器、供水装置、冷却装置、气液分离器、储液装置和气源，所述气源、所述第一热交换器和所述气冷反应器的所述进气管依次连通，所述第一热交换器还连接所述气冷反应器的所述第一集气管；所述第二热交换器连接于所述气冷反应器的所述第二集气管和所述水冷反应器的所述第二气口之间以及所述水冷反应器的所述第三气口和所述气冷反应器的所述第一气口之间；所述供水装置连接于所述水冷反应器的所述进水口，所述气冷反应器的所述第一集气管、所述第一热交换器、所述冷却装置、所述气液分离器和所述储液装置依次连接。

10.根据权利要求9所述的甲醇合成反应系统，其特征在于，所述甲醇合成反应系统还包括脱盐水加热器，所述脱盐水加热器连接于所述第一热交换器和所述第二热交换器之间，所述脱盐水加热器还连接于所述供水装置和所述第一集气管，以将经过脱盐水处理过程的水回收至所述供水装置加以利用。

11.根据权利要求9所述的甲醇合成反应系统，其特征在于，所述水冷反应器的所述水汽出口连通于所述供水装置，且所述供水装置还连通于一蒸汽回收装置以回收蒸汽。

12.根据权利要求9所述的甲醇合成反应系统，其特征在于：所述冷却装置包括风冷器和水冷器，所述风冷器和所述风冷器依次连接于所述第一热交换器和所述气液分离器之间。

13.根据权利要求9所述的甲醇合成反应系统，其特征在于，所述甲醇合成反应系统还包括压缩机，所述压缩机连接于所述气源和所述第一热交换器之间；该甲醇合成反应系统还包括加压机，所述加压机连接于所述气液分离器和所述第一热交换器之间。

14.一种利用如权利要求1-13任意一项所述的甲醇合成反应系统的甲醇合成反应方法，其特征在于，包括步骤：

未反应冷气输入所述气冷反应器的所述进气管；

未反应冷气在所述气冷反应器内进行热交换，未反应冷气被加热，然后进入所述第二集气管输出所述气冷反应器；

被加热的气体从所述第二集气管进入所述水冷反应器的所述第二气口，并在所述水冷反应器内进行反应，反应后的气体经过所述水冷反应器的所述第三气口输出所述水冷反应器；

反应后的气体从所述水冷反应器的所述第三气口进入所述气冷反应器的所述第一气口和所述第一集气管之一，并在所述气冷反应器内进行反应，同时所述气冷系统内的未反应冷气与反应产生的热量进行热交换降温，反应后的气体进入所述第一气口和第一集气管之另一后输出所述气冷反应器。

15.根据权利要求14所述的甲醇合成反应方法，其特征在于，当所述甲醇合成反应系统还包括第一热交换器、脱盐水加热器、第二热交换器、供水装置、冷却装置、气液分离器、储液装置和气源时，未反应冷气从所述气源输出经过所述第一热交换器加热后进入所述气冷反应器的所述进气管；气体从所述第二集气管输出经过所述第二热交换器加热后进入所述水冷反应器的第二气口；气体从所述水冷反应器的所述第三气口输出经过所述第二热交换器加热后进入所述气冷反应器的所述第一气口，气体从所述第一集气管输出经过所述脱盐水加热器、所述第一热交换器、所述冷却装置后进入所述气液分离器进行气液分离，分离出的液体为粗甲醇，输出到所述储液装置，分离出的气体与所述气源输出的气体一起进入所述气冷反应器的所述进气管。

16.根据权利要求15所述的甲醇合成反应方法，其特征在于，从所述气源进入所述第一热交换器的气体温度为30℃～70℃经所述第一热交换器加热后气体温度为120℃～160℃，从所述第二集气管输出的气体温度为180℃～220℃，从所述水冷反应器的所述第三气口输出的气体含有6.5％～9.5％的CH₃OH，从所述气冷反应器的所述第一气口或所述第一集气管输出的气体含有10％～13.5％的甲醇，气体温度为220℃～230℃，且经过所述脱盐水加热器、所述第一热交换器、所述冷却装置后气体温度为30℃～60℃。