甲醇是一种燃烧性能良好的清洁燃料,可直接用作汽车燃料,也可与汽油掺合使用,同时甲醇也是一种重要的有机化工原料,是碳一化工的重要产品,广泛应用于医药、化工等领域。甲醇装置规模大型化和甲醇制烯烃是甲醇工业的发展趋势,这就对甲醇合成催化剂的性能和反应器的生产能力提出了新的要求。本文建立了新型催化剂上甲醇合成的本征动力学模型,并在此动力学模型的基础上,建立了该催化剂上的扩散-反应模型。随后实验研究了固定床内的传热。针对年产量为180万吨的甲醇合成反应器,建立了反应器数学模型,通过模拟计算讨论了不同操作条件对反应器性能的影响,为反应器的设计放大及优化操作提供基础数据。在直流流动等温积分反应器中进行SC309催化剂甲醇合成本征动力学实验,催化剂粒度为0.154～0.198mm,反应温度为180～260℃,反应压力为4-8MPa,体积空速为4000～10000h-1。根据实验结果,考察了操作条件对甲醇合成反应的影响,在240℃附近存在一个最佳反应温度点,CO和CO2的转化率随反应压力升高而增大,随空速增大而降低。选取L-H型动力学模型,建立以各组分逸度表示的甲醇合成反应本征动力学模型,使用Levenberg-Marquardt法进行参数估值,获得动力学模型参数。残差分析和统计检验结果表明所建立的模型是适宜的。建立了实验条件下SC309催化剂的扩散-反应模型,得到工业粒度Φ5mm×5mm催化剂上甲醇合成反应的内扩散效率因子的计算方法,利用数值打靶法对模型进行求解,得到了内扩散效率因子。在反应压力4～8MPa,反应温度180～260℃,空速4000～10000h-1的条件下,使用内循环无梯度反应器测定了宏观反应速率数据,对所建立的扩散-反应模型进行检验,内扩散效率因子的模型计算值与实验值的相对误差的绝对值小于10%,吻合良好,该模型用于计算SC309内扩散效率因子是可行的。利用扩散-反应模型讨论了催化剂颗粒大小及操作条件对内扩散效率因子的影响。获得操作条件下催化剂内扩散效率因子的变化规律,为甲醇工业反应器的模拟设计提供基础依据。在固定床反应器内填充工业粒度Φ5mm×5mm的SC309甲醇合成催化剂,在空气流量为2.4-7m3/h,加热棒温度为210～270℃,预热器出口气体温度为160～200℃的条件下,测定了固定床内的温度分布,并考察了操作条件对床层温度分布的影响。建立了没有化学反应的固定床二维传热模型,采用正交配置法及Levenberg-Marquardt法对模型进行求解,得到了固定床的径向有效导热系数和壁给热系数。将求得的床层有效导热系数和壁给热系数与颗粒雷诺数进行关联,得到了传热参数与颗粒雷诺数的关联式。分析了颗粒雷诺数对床层温度分布的影响,结果表明,提高颗粒雷诺数有利于床层径向温度均匀提出了年产180万吨甲醇合成工艺,采用两台水冷式甲醇合成反应器并联操作。反应器内壳程装填甲醇合成催化剂,管程通入饱和沸腾水,移走反应热。通过对水冷反应器冷管间床层截面作合理简化,并结合本征动力学模型、催化剂颗粒扩散-反应模型和固定床传热模型建立了甲醇合成反应器的数学模型。根据所建立的反应器数学模型,探讨了不同操作条件对该反应器性能的影响。结果表明,入塔气温度主要影响床层入口段温度分布,对床层内甲醇浓度分布及甲醇产量的影响较小。提高沸腾水温度,床层温度及甲醇浓度均明显增大。反应压力和入塔气氢碳比对床层温度分布影响较小。反应压力升高,床层内甲醇浓度及甲醇产量明显增加。入塔气氢碳比降低,甲醇浓度及产量下降。