一種等壓自循環(huán)化學(xué)合成器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種等壓自循環(huán)化學(xué)合成器，涉及到一種化學(xué)合成反應(yīng)器。由反應(yīng)室、上氣室、冷卻分水箱、冷卻管束、冷卻集水箱、下降通道、下氣室和外殼組成，反應(yīng)室、上氣室、冷卻管束、下降通道和下氣室設(shè)置在外殼的內(nèi)空間中，上氣室在反應(yīng)室的上方，下氣室在反應(yīng)室的下方，下降通道包圍在反應(yīng)室的外周邊，反應(yīng)室連通到上氣室，上氣室通過(guò)下降通道連通到下氣室；反應(yīng)室壁體通過(guò)支撐件連接在外殼上，在壁體的側(cè)壁下部或圓弧底部有循環(huán)氣輸入口接入和催化劑卸料出口接出；下氣室有原料補(bǔ)氣接口接入，下氣室的下部為集液區(qū)，集液區(qū)的底部有產(chǎn)物出口接出。本實(shí)用新型減少反應(yīng)室壁體的材料用量，原料氣只需通過(guò)一次壓縮就能全部合成為目標(biāo)產(chǎn)物，以大幅降低電能消耗和提高催化效率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種等壓自循環(huán)化學(xué)合成器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種化工設(shè)備，特別涉及到一種化學(xué)合成反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]在催化劑存在的條件下，大多數(shù)化學(xué)合成反應(yīng)都是可逆反應(yīng)，當(dāng)目標(biāo)產(chǎn)物達(dá)到一定濃度后，將處于平衡，反應(yīng)將不再向合成目標(biāo)產(chǎn)物的方向進(jìn)行。人們?cè)谶M(jìn)行化合反應(yīng)的生產(chǎn)過(guò)程中，為了使反應(yīng)能繼續(xù)向目標(biāo)產(chǎn)物方向進(jìn)行，必須使混合產(chǎn)物從合成反應(yīng)器中輸出以及向合成反應(yīng)器內(nèi)補(bǔ)入新原料氣，使合成反應(yīng)器內(nèi)的目標(biāo)產(chǎn)物濃度降低、破壞平衡后使化合反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，混合產(chǎn)物從合成反應(yīng)器中輸出后，通過(guò)分離設(shè)備把未反應(yīng)氣分離出來(lái)，再把未反應(yīng)氣返回合成反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行循環(huán)反應(yīng)，由于單程催化率僅在20%左右，原料氣必須通過(guò)多次循環(huán)壓縮后才能在合成反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)成目標(biāo)產(chǎn)物，而每次循環(huán)壓縮都需消耗很大的壓縮能耗。
[0003]現(xiàn)有的合成反應(yīng)器中，在應(yīng)用催化劑合成的條件下，合成氨的操作壓力在SMPa以上，合成甲醇的操作壓力在3?15MPa之間，合成氣直接合成二甲醚的操作壓力在2?5MPa之間，要獲得上述的操作壓力，必須采取多級(jí)壓縮才能實(shí)現(xiàn)，壓縮能耗很大，因此，現(xiàn)有的合成反應(yīng)器必須進(jìn)行多次循環(huán)和多級(jí)壓縮才能把原料氣合成為目標(biāo)產(chǎn)物的生產(chǎn)過(guò)程，存在電能消耗大的缺點(diǎn)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的是要克服現(xiàn)有化學(xué)合成設(shè)備需把原料氣進(jìn)行反復(fù)循環(huán)壓縮電能消耗大的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種由合成反應(yīng)器自己在內(nèi)部進(jìn)行自動(dòng)循環(huán)催化的化學(xué)合成器，使原料氣只需通過(guò)一次壓縮就能全部合成為目標(biāo)產(chǎn)物，以大幅降低電能消耗和提高催化效率，在合成氨、甲醇、二甲醚的生產(chǎn)及在其它需進(jìn)行化學(xué)合成的生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。
[0005]本實(shí)用新型的一種等壓自循環(huán)化學(xué)合成器，主要由反應(yīng)室(IV)、上氣室(VI)、冷卻分水箱(11)、冷卻管束(25)、冷卻集水箱(5)、下降通道(V)、下氣室(III)和外殼(9)組成，反應(yīng)室(IV)、上氣室(VI)、冷卻管束(25)、下降通道(V)和下氣室(III)設(shè)置在外殼(9)的內(nèi)空間中，其中，上氣室(VI)在反應(yīng)室(IV)的上方，下氣室(III)在反應(yīng)室(IV)的下方，下降通道(V)包圍在反應(yīng)室(IV)的外周邊，反應(yīng)室(IV)連通到上氣室(VI)，上氣室(VI)通過(guò)下降通道(V)連通到下氣室(III);反應(yīng)室(IV)在壁體(7)的內(nèi)空間，壁體(7)由圓筒體側(cè)壁和圓弧底構(gòu)成，壁體(7)與外殼(9)之間有空間，壁體(7)通過(guò)上支撐件(26)和下支撐件(23)連接在外殼(9)的殼體上，在壁體(7)的側(cè)壁下部或圓弧底部有循環(huán)氣輸入口(24)接入和催化劑卸料出口( 12 )接出；上氣室(VI)由上端頭(3 )和外殼(9 )上段殼體圍成的內(nèi)空間構(gòu)成；冷卻管束(25)由多根鋼管組合而成；冷卻分水箱(11)為圓管結(jié)構(gòu)，冷卻分水箱(11)有分水接口，分水接口的數(shù)量與冷卻管束(25)的鋼管數(shù)量相等，冷卻分水箱(11)上有冷卻水進(jìn)口( 22)接入；冷卻集水箱(5)為圓管結(jié)構(gòu)，冷卻集水箱(5)上有集水接口，集水接口的數(shù)量與冷卻管束(25)的鋼管數(shù)量相等，冷卻集水箱(5)上有冷卻水出口(4)接出；下降通道(V)由反應(yīng)室壁體(7)與外殼(9)中段之間的空間構(gòu)成；下氣室(III)由下端頭(16)和外殼
(9)下段殼體圍成的內(nèi)空間構(gòu)成；冷卻管束(25)設(shè)置在下降通道(V)中，冷卻管束(25)的各個(gè)鋼管下端分別穿出外殼(9)下段的殼體連接到冷卻分水箱(11)的各個(gè)分水接口，冷卻管束(25)的各個(gè)鋼管上端分別穿出外殼(9)上段的殼體連接到冷卻集水箱(5)的各個(gè)集水接口；下氣室(III)有原料補(bǔ)氣接口(21)接入，下氣室(III)通過(guò)循環(huán)氣輸入口(24)連通到反應(yīng)室(IV)的下部，下氣室(III)的下部為集液區(qū)(I )，集液區(qū)(I )的底部有產(chǎn)物出口(17)接出。
[0006]上述的實(shí)用新型中，冷卻分水箱(11)呈環(huán)形布局在外殼(9)下段的外圍，冷卻集水箱(5)呈環(huán)形布局在外殼(9)上段的外圍；循環(huán)氣輸入口(24)為多通孔的半隔斷結(jié)構(gòu)；在反應(yīng)室的壁體(7)的外側(cè)壁上安裝絕熱層(8);在反應(yīng)室(IV)的下部有加熱器(10)，加熱器(10)為電熱器和熱交換器其中的一種；在反應(yīng)室的循環(huán)氣輸入口(24)上有循環(huán)氣連通管(14)，在下氣室(III)中設(shè)置集氣罩(20)，集氣罩(20)的頂部連接到循環(huán)氣連通管(14)的輸入口上，集氣罩(20)的內(nèi)空間構(gòu)成集氣室(II )，集氣室(II)通過(guò)循環(huán)氣連通管(14)連通到反應(yīng)室(IV);在下氣室(III)中有氣液分離器(15)，氣液分離器(15)包括百頁(yè)窗式分離器、盤(pán)管冷卻分離器和表冷器式分離器；在上端頭(3)的頂上有催化劑加料口(VII)，催化劑加料口(YD)通過(guò)頂蓋(I)進(jìn)行封閉，在頂蓋(I)與上端頭(3)連接面之間有密封圈a (2);上端頭(3)為圓盤(pán)式結(jié)構(gòu)，上端頭(3)安裝在外殼(9)的上端口，在上端頭(3)與外殼(9)上端口的連接面之間有密封圈c (27);下端頭(16)為圓弧底結(jié)構(gòu)，下端頭(16)安裝在外殼(9)的下端口，外殼(9)的下端口與下端頭(16)的連接面之間有密封圈b (19)。
[0007]上述實(shí)用新型中，由于反應(yīng)室(IV)、上氣室(VI)、下降通道(V)和下氣室(III)同在外殼(9)的空間內(nèi)，并且反應(yīng)室(IV)直接連通到上氣室(VI)、上氣室(VI)直接連通到下降通道(V)、下降通道(V)直接連通到下氣室(III)，因此，化學(xué)合成器是在等壓力條件下進(jìn)行自循環(huán)催化合成反應(yīng)，使得反應(yīng)室(IV)的壁體(7)不承受壓力，可以大大減少壁體(7)的材料用量。
[0008]上述實(shí)用新型在具體實(shí)施時(shí)，把冷卻分水箱(11)上的冷卻水進(jìn)口(22)連接到冷卻系統(tǒng)的供水管上，把冷卻集水箱(5)上的冷卻水出口(4)連接到冷卻系統(tǒng)的回水管上，同時(shí)在反應(yīng)室(IV)中設(shè)置催化劑，催化劑按目標(biāo)產(chǎn)物的要求選用并活化，然后向化學(xué)合成器內(nèi)輸入原料氣，使原料氣進(jìn)入反應(yīng)室(IV)中，在反應(yīng)室(IV)中便進(jìn)行化合反應(yīng)，生成目標(biāo)產(chǎn)物，在原料氣進(jìn)行化合反應(yīng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生熱量，所生成的反應(yīng)熱會(huì)使反應(yīng)室(IV)內(nèi)升溫，從而使反應(yīng)室(IV)內(nèi)的未反應(yīng)氣和氣態(tài)目標(biāo)產(chǎn)物升溫，使未反應(yīng)氣和氣態(tài)目標(biāo)產(chǎn)物混合的氣態(tài)混合物的密度變小，根據(jù)重力循環(huán)原理，升溫后的氣態(tài)混合物會(huì)進(jìn)行上升運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入到上氣室(VI)中；同時(shí)，下降通道(V)受到冷卻管束(25)的冷卻作用，使下降通道(V)中的未反應(yīng)氣或氣態(tài)混合物受到冷卻，溫度下降，使未反應(yīng)氣或氣態(tài)混合物的密度增大，根據(jù)重力循環(huán)原理，降溫后的未反應(yīng)氣或氣態(tài)混合物會(huì)進(jìn)行下降運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入到下氣室(III)中，氣態(tài)混合物在下氣室(III)中經(jīng)氣液分離器(15)進(jìn)行分離后，分離為液態(tài)的目標(biāo)產(chǎn)物和氣態(tài)的未反應(yīng)氣，液態(tài)的目標(biāo)產(chǎn)物通過(guò)產(chǎn)物出口(17)和產(chǎn)物輸出管(18)輸出進(jìn)入產(chǎn)品貯罐，未反應(yīng)氣通過(guò)循環(huán)氣連通管(14)由循環(huán)氣輸入口(24)進(jìn)入反應(yīng)室(IV)進(jìn)行循環(huán)反應(yīng)，合成目標(biāo)產(chǎn)物所消耗的原料氣通過(guò)原料補(bǔ)氣接口(21)進(jìn)行補(bǔ)充，如此周而復(fù)始，由化學(xué)合成器自己在內(nèi)部等壓條件形成自動(dòng)循環(huán)，并及時(shí)分離出目標(biāo)產(chǎn)物，使化學(xué)合成器內(nèi)的目標(biāo)產(chǎn)物濃度始終低于平衡點(diǎn)，使得化合反應(yīng)能持續(xù)進(jìn)行。本實(shí)用新型使原料氣只需通過(guò)一次壓縮就能全部合成為目標(biāo)產(chǎn)物，而不需把混合物輸出反應(yīng)器外分離，克服了原料氣需進(jìn)行反復(fù)循環(huán)壓縮電能消耗大的缺點(diǎn)，提高了催化效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。
[0009]上述的實(shí)用新型中，在化學(xué)合成器內(nèi)的反應(yīng)室壁體(7)與外殼(9)之間的空間中設(shè)置冷卻管束(25)，使氣態(tài)混合物快速降溫而進(jìn)行下降運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)產(chǎn)生向下引力，從而使反應(yīng)室壁體(7)與外殼(9)之間的空間受到冷卻作用而構(gòu)成氣態(tài)混合物的下降通道(V )，把上氣室(VI)中的氣態(tài)混合物引入到下氣室(III)中，再在下氣室(III)中把氣態(tài)混合物進(jìn)行分離，分離出的未反應(yīng)氣通過(guò)循環(huán)氣輸入口(24)及時(shí)補(bǔ)充進(jìn)反應(yīng)室(IV)內(nèi)，推動(dòng)反應(yīng)室(IV)內(nèi)升溫的氣態(tài)混合物加速上升運(yùn)動(dòng)，反應(yīng)室(IV)內(nèi)加速上升運(yùn)動(dòng)的氣態(tài)混合物又通過(guò)循環(huán)作用使下降通道(V)內(nèi)的氣態(tài)混合物加速下降運(yùn)動(dòng)，由此，由化學(xué)合成器自己在內(nèi)部不斷產(chǎn)生循環(huán)動(dòng)力。
[0010]上述的實(shí)用新型中，在反應(yīng)室(IV)的下部設(shè)置加熱器(10)的作用是為反應(yīng)室(IV)進(jìn)行輔助加熱，在設(shè)備投入運(yùn)行的初始產(chǎn)生適合目標(biāo)產(chǎn)物合成的室溫，在設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)進(jìn)行操作溫度的調(diào)節(jié)，同時(shí)，起到使原料氣加速循環(huán)催化的作用。所述的加熱器(10)為電熱器或熱交換器，選用市場(chǎng)現(xiàn)有產(chǎn)品。
[0011]上述的實(shí)用新型中，在下氣室(III)中設(shè)置集氣罩(20)以及在循環(huán)氣輸入口(24)上有循環(huán)氣連通管(14)，集氣罩(20)的頂部連接到循環(huán)氣連通管(14)的輸入口上，其作用是使未反應(yīng)氣在集氣罩(20)聚集，使集氣罩(20)的內(nèi)空間構(gòu)成集氣室(II )，使比重大的目標(biāo)產(chǎn)物進(jìn)不到集氣罩(20)的頂部，從而防止下氣室(III)中的氣態(tài)目標(biāo)產(chǎn)物通過(guò)循環(huán)氣輸入口(24)反饋到反應(yīng)室(IV)內(nèi)，有利于提高反應(yīng)室(IV)內(nèi)的催化效率。
[0012]上述的實(shí)用新型中，在下氣室(III)中設(shè)置氣液分離器(15)，其目的是把目標(biāo)產(chǎn)物及時(shí)分離出來(lái)，降低化學(xué)合成器內(nèi)的目標(biāo)產(chǎn)物濃度，使化合反應(yīng)向有利的方向進(jìn)行，使原料氣加快合成目標(biāo)產(chǎn)物，提高催化效率。所述的氣液分離器(15)包括百頁(yè)窗式分離器、盤(pán)管冷卻分離器和表冷器式分離器，當(dāng)使用百頁(yè)窗式分離器時(shí)，以碰撞分離方式進(jìn)行氣液分離，混合物中的霧化產(chǎn)物粒子在流動(dòng)過(guò)程中遇到百頁(yè)檔板時(shí)，經(jīng)碰撞相互凝結(jié)成團(tuán)而形成液態(tài)的目標(biāo)產(chǎn)物；當(dāng)使用盤(pán)管冷卻分離器和表冷器式分離器時(shí)，以冷凝分離方式進(jìn)行氣液分離，在盤(pán)管或表冷器的表面溫度降到目標(biāo)產(chǎn)物的蒸發(fā)溫度以下時(shí)，便使氣態(tài)的目標(biāo)產(chǎn)物凝結(jié)在盤(pán)管或表冷器的表面而分離出液態(tài)產(chǎn)物，或者在下氣室(III)的室溫降低到目標(biāo)產(chǎn)物的蒸發(fā)溫度以下時(shí)，氣態(tài)的目標(biāo)產(chǎn)物便冷凝成液態(tài)的目標(biāo)產(chǎn)物，達(dá)到分離目的。
[0013]上述的實(shí)用新型中，循環(huán)氣輸入口(24)設(shè)計(jì)為多通孔的半隔斷結(jié)構(gòu)，使得反應(yīng)室
(IV)中的催化劑不會(huì)通過(guò)循環(huán)氣輸入口(24)泄漏，而多通孔的半隔斷結(jié)構(gòu)不會(huì)阻礙未反應(yīng)氣進(jìn)入反應(yīng)室(IV)內(nèi)。
[0014]上述的實(shí)用新型中，在反應(yīng)室的壁體(7)的外側(cè)壁上安裝絕熱層(8)的目的是使反應(yīng)室(IV)內(nèi)的反應(yīng)熱不會(huì)影響到下降通道(V)的冷卻作用，同時(shí)也使下降通道(V)的冷卻作用不會(huì)影響到反應(yīng)室(IV)內(nèi)的升溫作用，從而保證反應(yīng)室(IV)內(nèi)保持化學(xué)反應(yīng)需要的溫度。
[0015]本實(shí)用新型的有益效果是:設(shè)計(jì)的一種等壓自循環(huán)化學(xué)合成器，減少反應(yīng)室壁體的材料用量；生產(chǎn)時(shí)，使原料氣只需通過(guò)一次壓縮就能全部合成為目標(biāo)產(chǎn)物，以大幅降低電能消耗和提高催化效率，在化學(xué)合成的生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。與常規(guī)技術(shù)相比，本實(shí)用新型克服了常規(guī)的化學(xué)合成設(shè)備需把原料氣進(jìn)行反復(fù)循環(huán)壓縮電能消耗大的缺點(diǎn)。本實(shí)用新型可在甲醇、二甲醚、合成氨等化學(xué)合成產(chǎn)品的生產(chǎn)線(xiàn)上應(yīng)用。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本實(shí)用新型的一種等壓自循環(huán)化學(xué)合成器的結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖2是圖1的A-A剖面圖。
[0018]圖中:1.頂蓋，2.密封圈a，3.上端頭，4.冷卻水出口，5.冷卻集水箱，6.溫度傳感器，7.反應(yīng)室壁體，8.絕熱層，9.外殼，10.加熱器，11.冷卻分水箱，12.催化劑卸料出口，13.催化劑卸料管，14.循環(huán)氣連通管，15.氣液分離器，16.下端頭，17.產(chǎn)物出口，18.產(chǎn)物輸出管，19.密封圈b，20.集氣罩，21.原料補(bǔ)氣接口，22.冷卻水進(jìn)口，23.下支撐件，24.循環(huán)氣輸入口，25.冷卻管束，26.上支撐件，27.密封圈c，1.集液區(qū)，I1.集氣室，II1.下氣室，IV.反應(yīng)室，V.下降通道，VI.上氣室，νπ.催化劑加料口。
【具體實(shí)施方式】
[0019]圖1所示的實(shí)施例中，等壓自循環(huán)化學(xué)合成器主要由反應(yīng)室(IV)、上氣室(VI)、冷卻分水箱(11)、冷卻管束(25)、冷卻集水箱(5)、下降通道(V)、下氣室(III)和外殼(9)組成，反應(yīng)室(IV)、上氣室(VI)、冷卻管束(25)、下降通道(V)和下氣室(III)設(shè)置在外殼(9)的內(nèi)空間中，其中，上氣室(VI)在反應(yīng)室(IV)的上方，下氣室(III)在反應(yīng)室(IV)的下方，下降通道(V)包圍在反應(yīng)室(IV)的外周邊，反應(yīng)室(IV)連通到上氣室(VI)，上氣室(VI)通過(guò)下降通道(V)連通到下氣室(III);反應(yīng)室(IV)在壁體(7)的內(nèi)空間，壁體(7)由圓筒體側(cè)壁和圓弧底構(gòu)成，壁體(7)與外殼(9)之間有空間，壁體(7)通過(guò)上支撐件(26)和下支撐件(23)連接在外殼(9)的殼體上，在壁體(7)的圓弧底部有循環(huán)氣輸入口(24)接入和催化劑卸料出口(12)接出；上氣室(VI)由上端頭(3)和外殼(9)上段殼體圍成的內(nèi)空間構(gòu)成；冷卻管束(25)由多根鋼管組合而成；冷卻分水箱(11)為圓管結(jié)構(gòu)，冷卻分水箱(11)有分水接口，分水接口的數(shù)量與冷卻管束(25)的鋼管數(shù)量相等，冷卻分水箱(11)上有冷卻水進(jìn)口(22)接入；冷卻集水箱(5)為圓管結(jié)構(gòu)，冷卻集水箱(5)上有集水接口，集水接口的數(shù)量與冷卻管束(25)的鋼管數(shù)量相等，冷卻集水箱(5)上有冷卻水出口(4)接出；下降通道(V)由反應(yīng)室壁體(7)與外殼(9)中段之間的空間構(gòu)成；下氣室(III)由下端頭(16)和外殼(9)下段殼體圍成的內(nèi)空間構(gòu)成；冷卻管束(25)設(shè)置在下降通道(V)中，冷卻管束(25)的各個(gè)鋼管下端分別穿出外殼(9 )下段的殼體連接到冷卻分水箱(11)的各個(gè)分水接口，冷卻管束(25 )的各個(gè)鋼管上端分別穿出外殼(9)上段的殼體連接到冷卻集水箱(5)的各個(gè)集水接口 ；下氣室(III)有原料補(bǔ)氣接口(21)接入，下氣室(III)通過(guò)循環(huán)氣輸入口(24)連通到反應(yīng)室(IV)的下部，下氣室(III)的下部為集液區(qū)(I )，集液區(qū)(I )的底部有產(chǎn)物出口(17)接出。本實(shí)施例中，冷卻分水箱(11)呈環(huán)形布局在外殼(9 )下段的外圍，冷卻集水箱(5 )呈環(huán)形布局在外殼(9)上段的外圍；循環(huán)氣輸入口(24)為多通孔的半隔斷結(jié)構(gòu)；在反應(yīng)室的壁體(7)的外側(cè)壁上安裝絕熱層(8);在反應(yīng)室(IV)的下部有加熱器(10)，加熱器(10)為電熱器，選用市場(chǎng)現(xiàn)有產(chǎn)品；在反應(yīng)室的循環(huán)氣輸入口(24)上有循環(huán)氣連通管(14)，在下氣室(III)中設(shè)置集氣罩(20)，集氣罩(20)的頂部連接到循環(huán)氣連通管(14)的輸入口上，集氣罩(20)的內(nèi)空間構(gòu)成集氣室(II )，集氣室(II)通過(guò)循環(huán)氣連通管(14)連通到反應(yīng)室(IV);在下氣室(III)中有氣液分離器(15)，氣液分離器(15)為表冷器式分離器；在上端頭(3)的頂上有催化劑加料口 α/Π)，催化劑加料口 α/Π)通過(guò)頂蓋(I)進(jìn)行封閉，在頂蓋(I)與上端頭(3)連接面之間有密封圈a (2);上端頭(3)為圓盤(pán)式結(jié)構(gòu)，上端頭(3)安裝在外殼(9)的上端口，在上端頭(3)與外殼(9)上端口的連接面之間有密封圈c (27);下端頭(16)為圓弧底結(jié)構(gòu)，下端頭(16)安裝在外殼(9)的下端口，外殼(9)的下端口與下端頭(16)的連接面之間有密封圈b (19);在上氣室(VI)中有溫度傳感器(6)。
[0020]本實(shí)施例在生產(chǎn)中應(yīng)用時(shí)，把冷卻分水箱(11)上的冷卻水進(jìn)口(22)連接到冷卻系統(tǒng)的供水管上，把冷卻集水箱(5)上的冷卻水出口(4)連接到冷卻系統(tǒng)的回水管上，同時(shí)在反應(yīng)室(IV)中設(shè)置催化劑，催化劑按目標(biāo)產(chǎn)物的要求選用并活化，然后向化學(xué)合成器內(nèi)輸入原料氣，使原料氣進(jìn)入反應(yīng)室(IV)中，在反應(yīng)室(IV)中便進(jìn)行化合反應(yīng)，生成目標(biāo)產(chǎn)物，在原料氣進(jìn)行化合反應(yīng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生熱量，所生成的反應(yīng)熱會(huì)使反應(yīng)室(IV)內(nèi)升溫，從而使反應(yīng)室(IV)內(nèi)的未反應(yīng)氣和氣態(tài)目標(biāo)產(chǎn)物升溫，使未反應(yīng)氣和氣態(tài)目標(biāo)產(chǎn)物混合的氣態(tài)混合物的密度變小，根據(jù)重力循環(huán)原理，升溫后的氣態(tài)混合物會(huì)進(jìn)行上升運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入到上氣室(VI)中；同時(shí)，下降通道(V)受到冷卻管束(25)的冷卻作用，使下降通道(V)中的未反應(yīng)氣或氣態(tài)混合物受到冷卻，溫度下降，使未反應(yīng)氣或氣態(tài)混合物的密度增大，根據(jù)重力循環(huán)原理，降溫后的未反應(yīng)氣或氣態(tài)混合物會(huì)進(jìn)行下降運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入到下氣室(III)中，氣態(tài)混合物在下氣室(III)中經(jīng)氣液分離器(15)進(jìn)行分離后，分離為液態(tài)的目標(biāo)產(chǎn)物和氣態(tài)的未反應(yīng)氣，液態(tài)的目標(biāo)產(chǎn)物通過(guò)產(chǎn)物出口( 17)和產(chǎn)物輸出管(18)輸出進(jìn)入產(chǎn)品貯罐，未反應(yīng)氣通過(guò)循環(huán)氣連通管(14)由循環(huán)氣輸入口(24)進(jìn)入反應(yīng)室(IV)進(jìn)行循環(huán)反應(yīng)，合成目標(biāo)產(chǎn)物所消耗的原料氣通過(guò)原料補(bǔ)氣接口(21)進(jìn)行補(bǔ)充，如此周而復(fù)始，由化學(xué)合成器自己在內(nèi)部等壓條件形成自動(dòng)循環(huán)，并及時(shí)分離出目標(biāo)產(chǎn)物，使化學(xué)合成器內(nèi)的目標(biāo)產(chǎn)物濃度始終低于平衡點(diǎn)，使得化合反應(yīng)能持續(xù)進(jìn)行。本實(shí)施例使原料氣只需通過(guò)一次壓縮就能全部合成為目標(biāo)產(chǎn)物，而不需把混合物輸出反應(yīng)器外分離，克服了原料氣需進(jìn)行反復(fù)循環(huán)壓縮電能消耗大的缺點(diǎn)，提高了催化效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。在生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)溫度傳感器(6)獲得反應(yīng)室(IV)中的溫度，然后通過(guò)操作加熱器(10)運(yùn)行或停止來(lái)控制反應(yīng)室(IV)中的溫度，使之符合化學(xué)合成的溫度要求。
[0021]上述的實(shí)施例作為甲醇、二甲醚、合成氨或其它化學(xué)合成產(chǎn)品的生產(chǎn)線(xiàn)上應(yīng)用。當(dāng)作為合成甲醇設(shè)備應(yīng)用時(shí)，在反應(yīng)室(IV)設(shè)置以48%的Cu0、46%的ZnO和5%的Al2O3為組份的顆粒狀催化劑，再把一體積的CO和二體積的H2混合后作為原料氣輸入到化學(xué)合成器內(nèi)，進(jìn)行合成甲醇生產(chǎn)，原料氣合成為甲醇的反應(yīng)式為C0+2H2 — CH3OH+IO2.5kj ;當(dāng)作為一步法合成二甲醚設(shè)備應(yīng)用時(shí)，在反應(yīng)室(IV)設(shè)置以48%的Cu0、46%的ZnO和5%的Al2O3為組份的顆粒狀催化劑，再加填ZSM-5分子篩，再把一體積的CO和二體積的H2混合后作為原料氣輸入到化學(xué)合成器內(nèi)，進(jìn)行合成二甲醚生產(chǎn)，原料氣合成為二甲醚的反應(yīng)式為2C0+4H2 — (CH3)20+H20+200.2kj ;當(dāng)作為合成氨設(shè)備應(yīng)用時(shí)，在反應(yīng)室(IV)設(shè)置以催化劑組份以Fe為主，以A1203、K2O, CaO、SiO2, BaO為促進(jìn)劑，再把一體積的N2和三體積的H2混合后作為原料氣輸入到化學(xué)合成器內(nèi)，進(jìn)行合成氨生產(chǎn)，原料氣合成為氨的反應(yīng)式為N2+3H2 — 2NH3+92.1kj。
【權(quán)利要求】
1.一種等壓自循環(huán)化學(xué)合成器，其特征是化學(xué)合成器主要由反應(yīng)室(IV)、上氣室(VI)、冷卻分水箱(11)、冷卻管束(25 )、冷卻集水箱(5 )、下降通道(V )、下氣室(III)和外殼(9 )組成，反應(yīng)室(IV)、上氣室(VI)、冷卻管束(25)、下降通道(V)和下氣室(III)設(shè)置在外殼(9)的內(nèi)空間中，其中，上氣室(VI)在反應(yīng)室(IV)的上方，下氣室(III)在反應(yīng)室(IV)的下方，下降通道(V)包圍在反應(yīng)室(IV)的外周邊，反應(yīng)室(IV)連通到上氣室(VI)，上氣室(VI)通過(guò)下降通道(V)連通到下氣室(III)； 反應(yīng)室(IV)在壁體(7)的內(nèi)空間，壁體(7)由圓筒體側(cè)壁和圓弧底構(gòu)成，壁體(7)與外殼(9)之間有空間，壁體(7)通過(guò)上支撐件(26)和下支撐件(23)連接在外殼(9)的殼體上，在壁體(7)的側(cè)壁下部或圓弧底部有循環(huán)氣輸入口(24)接入和催化劑卸料出口(12)接出；上氣室(VI)由上端頭(3)和外殼(9)上段殼體圍成的內(nèi)空間構(gòu)成；冷卻管束(25)由多根鋼管組合而成；冷卻分水箱(11)為圓管結(jié)構(gòu)，冷卻分水箱(11)有分水接口，分水接口的數(shù)量與冷卻管束(25)的鋼管數(shù)量相等，冷卻分水箱(11)上有冷卻水進(jìn)口(22)接入；冷卻集水箱(5)為圓管結(jié)構(gòu)，冷卻集水箱(5)上有集水接口，集水接口的數(shù)量與冷卻管束(25)的鋼管數(shù)量相等，冷卻集水箱(5 )上有冷卻水出口( 4 )接出；下降通道(V )由反應(yīng)室壁體(7 )與外殼(9)中段之間的空間構(gòu)成；下氣室(III)由下端頭(16)和外殼(9)下段殼體圍成的內(nèi)空間構(gòu)成；冷卻管束(25)設(shè)置在下降通道(V)中，冷卻管束(25)的各個(gè)鋼管下端分別穿出外殼(9)下段的殼體連接到冷卻分水箱(11)的各個(gè)分水接口，冷卻管束(25)的各個(gè)鋼管上端分別穿出外殼(9)上段的殼體連接到冷卻集水箱(5)的各個(gè)集水接口 ；下氣室(III)有原料補(bǔ)氣接口(21)接入，下氣室(III)通過(guò)循環(huán)氣輸入口(24)連通到反應(yīng)室(IV)的下部，下氣室(III)的下部為集液區(qū)(I )，集液區(qū)(I )的底部有產(chǎn)物出口( 17)接出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種等壓自循環(huán)化學(xué)合成器，其特征是冷卻分水箱(11)呈環(huán)形布局在外殼(9)下段的外圍,冷卻集水箱(5)呈環(huán)形布局在外殼(9)上段的外圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種等壓自循環(huán)化學(xué)合成器，其特征是循環(huán)氣輸入口(24)為多通孔的半隔斷結(jié)構(gòu)。`
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種等壓自循環(huán)化學(xué)合成器，其特征是在反應(yīng)室的壁體(7)的外側(cè)壁上安裝絕熱層(8 )。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種等壓自循環(huán)化學(xué)合成器，其特征是在反應(yīng)室(IV)的下部有加熱器(10)，加熱器(10)為電熱器和熱交換器其中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種等壓自循環(huán)化學(xué)合成器，其特征是在反應(yīng)室的循環(huán)氣輸入口(24)上有循環(huán)氣連通管(14)，在下氣室(III)中設(shè)置集氣罩(20)，集氣罩(20)的頂部連接到循環(huán)氣連通管(14)的輸入口上，集氣罩(20)的內(nèi)空間構(gòu)成集氣室(II )，集氣室(II)通過(guò)循環(huán)氣連通管(14)連通到反應(yīng)室(IV)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種等壓自循環(huán)化學(xué)合成器，其特征是在下氣室(III)中有氣液分離器(15)，氣液分離器(15)包括百頁(yè)窗式分離器、盤(pán)管冷卻分離器和表冷器式分離器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種等壓自循環(huán)化學(xué)合成器，其特征是在上端頭(3)的頂上有催化劑加料口(VD，催化劑加料口(VD通過(guò)頂蓋(I)進(jìn)行封閉，在頂蓋(I)與上端頭(3)連接面之間有密封圈a (2)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種等壓自循環(huán)化學(xué)合成器，其特征是上端頭(3)為圓盤(pán)式結(jié)構(gòu)，上端頭(3)安裝在外殼(9)的上端口，在上端頭(3)與外殼(9)上端口的連接面之間有密封圈c (27)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種等壓自循環(huán)化學(xué)合成器，其特征是下端頭(16)為圓弧底結(jié)構(gòu)，下端頭(16)安裝在 外殼(9)的下端口，外殼(9)的下端口與下端頭(16)的連接面之間有密封圈b (19)。
【文檔編號(hào)】C07C29/152GK203591779SQ201320820674
【公開(kāi)日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2013年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月15日
【發(fā)明者】周開(kāi)根 申請(qǐng)人:衢州昀睿工業(yè)設(shè)計(jì)有限公司