Lurgi公司设计的低压甲醇合成塔为管壳式结构,外形像一个列管式换热器。其主要性能特点是:采用管内装催化剂,管间走循环沸水,用很大的换热面积来移去反应热,理论上反应时催化剂层温差较小,达到接近等温反应的目的,使合成反应几乎是在等温条件下进行,采用低循环比,故其出塔气中甲醇含量和空时产率均比ICI冷激塔高,Lurgi管壳型甲醇合成塔单塔最大生产能力可达2000t/d。我国中海油海南甲醇厂引进的一套年产60万吨甲醇装置采用的就是这种结构,塔径达5100mm,操作压力10Mpa。
尽管Lurgi合成塔操作平稳,转化率高,醇净值可达5%~7%,蒸汽回收量可达~1.0 t/t醇,但是由于用副产蒸汽直接从催化剂层移热,由于受副产蒸汽压力的限制,在催化剂使用后期难以提高使用温度,且整个反应途径与最佳温度曲线仍有偏离,针对这些问题,在对合成塔结构,气体流向及强化生产等方面都必须进一步改进。
然而,这种塔型最大的不足之处是管壳机械结构复杂,装卸催化剂很不方便。壳体和管板、反应管之间用焊接结构,为消除热应力,对塔体设计制造、材料的要求均较高,因而设计与制造时难度较大,投资很大。特别是压力提高后设计难度更大。
由于管内外传热温差小,所需传热面大,比冷面高达80~125m2/m3,催化剂装在数千根管内,催化剂装填量只占合成塔总体积的30%,高压容积利用率低,合成塔直径过大,为降低阻力,高径比是所有塔中最小的,一般为1.5~2.5,20万吨的规模的塔径就达近4 m,运输困难,要适应单系列大型化生产,就受到一定的局限。
近年来Lurgi提出用于百万吨级甲醇的联合反应器,即用管壳式反应器和冷管式反应器各一台串联组合(即CMC工艺)。冷气(125℃左右)先进冷管反应器管内与管外触媒逆流换热加热到250℃,然后先在管壳反应器反应,温度达265℃,出塔再进冷管反应器管外反应,对2500吨/日装置,需高度为12米、内径4.5米管壳反应器和内径3.0米冷管反应器各一台,合成压力9.1MPa,循环比为现用甲醇塔的一半,醇净值提高,能耗下降。目前单套最大能力为特立尼达日产5000吨装置,是由二台管壳式反应器和一台冷管式反应器组成的联合反应器。