由制冷裝置產(chǎn)生內(nèi)循環(huán)動力的化學(xué)合成系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種由制冷裝置產(chǎn)生內(nèi)循環(huán)動力的化學(xué)合成系統(tǒng)，涉及到一種化學(xué)合成反應(yīng)器。系統(tǒng)由合成反應(yīng)器、下降管組件和制冷裝置組成，其中，合成反應(yīng)器主要由上端頭、壁體和下端頭構(gòu)成，壁體的內(nèi)空間構(gòu)成反應(yīng)室和加熱室；下降管組件主要由下降直管、下降盤管和外殼構(gòu)成，外殼的內(nèi)空間構(gòu)成冷卻室；制冷裝置主要由蒸發(fā)盤管、冷凝器和制冷壓縮機(jī)構(gòu)成；冷凝器設(shè)置在合成反應(yīng)器的加熱室中，蒸發(fā)盤管設(shè)置在下降管組件的冷卻室內(nèi)。本發(fā)明利用制冷劑的冷凝放熱進(jìn)行加熱原料氣或未反應(yīng)氣使其上升運(yùn)動，利用制冷劑的蒸發(fā)吸熱使混合物降溫進(jìn)行下降運(yùn)動，形成循環(huán)動力，使原料氣只需通過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。
【專利說明】由制冷裝置產(chǎn)生內(nèi)循環(huán)動力的化學(xué)合成系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種化工設(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。人們在進(jìn)行化合反應(yīng)的生產(chǎn)過程中，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，通過分離設(shè)備把未反應(yīng)氣分離出來，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)和多級壓縮才能把原料氣合成為目標(biāo)產(chǎn)物的生產(chǎn)過程，存在電能消耗大的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是要克服現(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)一種由制冷裝置產(chǎn)生內(nèi)循環(huán)動力的化學(xué)合成系統(tǒng)，使原料氣只需通過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)過程中實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。
[0005]本發(fā)明的一種由制冷裝置產(chǎn)生內(nèi)循環(huán)動力的化學(xué)合成系統(tǒng)，其特征是系統(tǒng)由合成反應(yīng)器、下降管組件和制冷裝置組成，其中，合成反應(yīng)器主要由上端頭(I)、壁體(4)和下端頭(18)構(gòu)成，下降管組件主要由下降直管(45)、下降盤管(38)和外殼(40)構(gòu)成，制冷裝置主要由蒸發(fā)盤管(41)、冷凝器(12)和制冷壓縮機(jī)(30)構(gòu)成；合成反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)中，上端頭Cl)安裝在壁體(4)的上端口，壁體(4)呈圓筒體結(jié)構(gòu)，壁體(4)的內(nèi)空間構(gòu)成反應(yīng)室(I )和加熱室(II )，反應(yīng)室(I )和加熱室(II)之間呈上下布局，反應(yīng)室(I )在加熱室(II)的上方，在反應(yīng)室(I)與加熱室(II)的之間有隔板(10)，隔板(10)上有均勻分布的過風(fēng)孔(8)，在加熱室(II)的下端有布風(fēng)板(14)，布風(fēng)板(14)上有均勻分布的布風(fēng)孔(13)，下端頭(18)安裝在壁體(4)的下端口，下端頭(18)由圓筒體側(cè)壁和圓弧底構(gòu)成，下端頭(18)的內(nèi)空間構(gòu)成氣液分離室(III)，氣液分離室(III)的上部通過布風(fēng)板(14)上的布風(fēng)孔(13)連通到加熱室(II)，加熱室(II)通過隔板(10)上的過風(fēng)孔(8)連通到反應(yīng)室(I )，在反應(yīng)室(I )的上部有混合氣輸出接口(50)接出，氣液分離室(III)的底部有產(chǎn)物出口(20)接出，氣液分離室(III)的中部側(cè)壁上有混合氣輸入接口(21)接入；下降管組件的結(jié)構(gòu)中，外殼(40)的內(nèi)空間構(gòu)成冷卻室(IV)，下降直管(45)和下降盤管(38)設(shè)置在冷卻室(IV)中，下降直管(45)在冷卻室(IV)的中心部位，下降盤管(38)在下降直管(45)的外圍，在冷卻室(IV)中有安裝蒸發(fā)盤管(41)的空間，下降盤管(38)上端的進(jìn)料口(43)連接到下降直管(45)的上部，下降盤管(38 )下端的出料口( 36 )連接到下降直管(45 )的下部，下降直管(45 )的上端從外殼(40 )的頂部穿出，下降直管(45 )的上端接口為輸入連接口( 46 )，下降直管(45 )的下端從外殼(40)的底部穿出，下降直管(45)的下端接口為輸出連接口(33)，下降直管(45)下端的輸出連接口(33)通過連接管b (29)連接到氣液分離室(III)的混合氣輸入接口(21)上，反應(yīng)室(I )上部的混合氣輸出接口(50)通過連接管a (47)連接到下降直管(45)上端的輸入連接口(46)上；制冷裝置的結(jié)構(gòu)中，冷凝器(12)設(shè)置在合成反應(yīng)器的加熱室(II)中，冷凝器(12)上有回氣輸入接口(23)和冷凝輸出接口(22)，冷凝器(12)的回氣輸入接口(23)和冷凝輸出接口(22)從加熱室(II)部位的壁體(4)上穿出合成反應(yīng)器的體外，蒸發(fā)盤管(41)設(shè)置在下降管組件的冷卻室(IV)內(nèi)，蒸發(fā)盤管(41)上有蒸發(fā)輸入接口(48)和回氣輸出接口(37)，蒸發(fā)盤管(41)的蒸發(fā)輸入接口(48)和回氣輸出接口(37)從外殼(40)上穿出冷卻室(IV)的體外，制冷壓縮機(jī)(30 )上有吸氣接口( 32 )和排氣接口( 31)，制冷壓縮機(jī)(30 )的排氣接口( 31)連接到冷凝器(12 )的回氣輸入接口( 23 )上，冷凝器(12)的冷凝輸出接口( 22 )通過膨脹閥(49)或毛細(xì)管連接到蒸發(fā)盤管(41)的蒸發(fā)輸入接口(48)上，蒸發(fā)盤管(41)的回氣輸出接口(37)連接到制冷壓縮機(jī)(30)的吸氣接口(32)上。
[0006]本發(fā)明中，在連接管b (29)上有原料氣補(bǔ)充接口(16)接入或在氣液分離室(III)的側(cè)壁上原料氣補(bǔ)充接口( 16)接入；蒸發(fā)盤管(41)設(shè)置在冷卻室(IV)內(nèi)的下降直管(45)與下降盤管(38)之間的空間中；冷凝器(12)為翅片盤管式結(jié)構(gòu)，冷凝器(12)翅片間的空隙形成加熱室(II)內(nèi)的氣流通道；制冷裝置中有水冷器(25)，水冷器(25)內(nèi)有制冷劑回路和冷卻水回路，制冷劑回路和冷卻水回路相互隔離，制冷劑回路上有制冷劑輸入接口( 26 )接入和制冷劑輸出接口(24)接出，冷卻水回路上有冷卻水進(jìn)口(27)接入和冷卻水出口(28)接出；當(dāng)制冷裝置中有水冷器(25 )時，冷凝器(12)的冷凝輸出接口( 22 )連接到水冷器(25 )的制冷劑輸入接口(26)上，水冷器(25)的制冷劑輸出接口(24)通過膨脹閥(49)或毛細(xì)管連接到蒸發(fā)盤管(41)的蒸發(fā)輸入接口(48)上，具體實(shí)施時，水冷器(25)的冷卻水回路上的冷卻水進(jìn)口(27)和冷卻水出口(28)連接到冷卻水系統(tǒng)回路上；冷卻室(IV)的上部有循環(huán)冷媒水的輸入口(42)接入，冷卻室(IV)的下部有循環(huán)冷媒水的輸出口(34)接出，下降管組件的外圍有媒水循環(huán)泵(35 )，媒水循環(huán)泵(35 )的進(jìn)水口連接到冷卻室(IV)下部循環(huán)冷媒水的輸出口( 34)上，媒水循環(huán)泵(35)的出水口連接到冷卻室(IV)上部循環(huán)冷媒水的輸入口
(42)上，具體實(shí)施時，在冷卻室(IV)的頂部有補(bǔ)水接口(44)接入；在氣液分離室(III)中有氣液分離器(17)，氣液分離器(17)為百頁窗式分離器，氣液分離室(III)依次通過氣液分離器(17)、布風(fēng)板(14)上的布風(fēng)孔(13)連通到加熱室(II);在反應(yīng)室(I )中有調(diào)溫盤管(6)，調(diào)溫盤管(6)的下端有調(diào)溫介質(zhì)進(jìn)口(9)接入，調(diào)溫盤管(6)的上端有調(diào)溫介質(zhì)出口(7)接出，調(diào)溫盤管(6)上的調(diào)溫介質(zhì)進(jìn)口(9)和調(diào)溫介質(zhì)出口(7)從反應(yīng)室(I )部位的壁體(4)上穿出合成反應(yīng)器體外。
[0007]上述的發(fā)明中，利用制冷劑的蒸發(fā)吸熱和冷凝放熱的原理，分別由蒸發(fā)盤管(41)在下降管組件的冷卻室(IV)中進(jìn)行制冷和由冷凝器(12)在合成反應(yīng)器的加熱室(II)中進(jìn)行加熱，使處于冷卻室(IV)中的下降直管(45)和下降盤管(38)得到冷卻，從而使下降直管(45)內(nèi)和下降盤管(38)內(nèi)的原料氣或未反應(yīng)氣降溫而進(jìn)行下降運(yùn)動，同時使原料氣或未反應(yīng)氣在加熱室(II)中得到加熱升溫而進(jìn)行上升運(yùn)動，原料氣或未反應(yīng)氣在下降管中的下降運(yùn)動以及在加熱室(II)中的上升運(yùn)動形成了內(nèi)循環(huán)動力，由合成反應(yīng)系統(tǒng)在等壓條件進(jìn)行化合反應(yīng)的自動循環(huán)。在制冷裝置中，制冷劑由制冷壓縮機(jī)(30)的排氣接口(31)通過冷凝器(12)的回氣輸入接口(23)輸入到冷凝器(12)的盤管內(nèi)，再由冷凝器(12)的冷凝輸出接口(22)經(jīng)膨脹閥(49)或毛細(xì)管由蒸發(fā)輸入接口(48)輸入到蒸發(fā)盤管(41)內(nèi)，然后再由蒸發(fā)盤管(41)的回氣輸出接口(37)返回到制冷壓縮機(jī)(30)的吸氣接口(32)，構(gòu)成一個閉合的循環(huán)回路，由于在冷凝器(12)的冷凝輸出接口與蒸發(fā)盤管(41)的蒸發(fā)輸入接口之間有具有節(jié)流作用的膨脹閥(49)或毛細(xì)管，在制冷壓縮機(jī)(30)運(yùn)行的情況下，使得蒸發(fā)盤管
(41)內(nèi)形成適合制冷劑進(jìn)行蒸發(fā)的蒸發(fā)壓力，使液態(tài)的制冷劑在蒸發(fā)盤管(41)內(nèi)蒸發(fā)成為氣態(tài)的制冷劑，同時使得冷凝器(12)的盤管內(nèi)形成適合制冷劑進(jìn)行冷凝的冷凝壓力，使氣態(tài)的制冷劑在冷凝器(12 )的盤管內(nèi)冷凝為液態(tài)的制冷劑，制冷劑在由液態(tài)蒸發(fā)為氣態(tài)時，需吸收大量的熱量，從而由蒸發(fā)盤管(41)在冷卻室(IV)中實(shí)現(xiàn)制冷，制冷劑在由氣態(tài)冷凝為液態(tài)時，需放出大量的熱量，從而由冷凝器(12)在加熱室(II)中實(shí)現(xiàn)加熱。
[0008]上述的發(fā)明在生產(chǎn)上應(yīng)用時，把調(diào)溫盤管(6)的調(diào)溫介質(zhì)進(jìn)口(9)通過調(diào)節(jié)閥連接到調(diào)溫水的供水管路上，把調(diào)溫盤管(6)的調(diào)溫介質(zhì)出口(7)連接到調(diào)溫水的回水管路上；把原料氣補(bǔ)充接口(16)連接到原料氣壓縮機(jī)的排氣接口上；把氣液分離室(III)底部的產(chǎn)物出口(20)通過減壓閥連接到產(chǎn)品貯罐的輸入接口上；把冷卻室(IV)頂部的補(bǔ)水接口(44)連接到補(bǔ)水箱上；在反應(yīng)室(I )中放置催化劑，催化劑按目標(biāo)產(chǎn)物的要求選用并活化，然后向合成反應(yīng)器內(nèi)輸入原料氣，使原料氣充滿在氣液分離室(III)、加熱室(II )、反應(yīng)室(I )、下降直管(45 )和下降盤管(38 )中；起動制冷壓縮機(jī)(30 )和媒水循環(huán)泵(35 )，使制冷裝置工作以及使冷媒水在下降管組件中的冷卻室(IV)中進(jìn)行循環(huán)流動，于是原料氣在加熱室(II)中得到升溫及在下降直管(45)和下降盤管(38)中得到降溫，根據(jù)重力循環(huán)原理，原料氣升溫后密度變小會進(jìn)行上升運(yùn)動，降溫后密度變大會進(jìn)行下降運(yùn)動，于是原料氣便自加熱室(II)上升至反應(yīng)室(I )中，再由反應(yīng)室(I )至下降直管(45)和下降盤管(38)中，再由下降直管(45)和下降盤管(38)中至氣液分離室(III)中，再由氣液分離室(III)中返回至加熱室(II)中進(jìn)行循環(huán)運(yùn)動，原料氣在流經(jīng)反應(yīng)室(I )中時便進(jìn)行化學(xué)合成反應(yīng)，生成目標(biāo)產(chǎn)物，在原料氣進(jìn)行化合反應(yīng)時，會產(chǎn)生熱量，所生成的反應(yīng)熱又會使循環(huán)氣流繼續(xù)升溫及引起反應(yīng)室(I )內(nèi)升溫，從而使得系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生更大的循環(huán)動力，在反應(yīng)室(I )內(nèi)進(jìn)行連續(xù)的化合反應(yīng)，由于在反應(yīng)室(I )內(nèi)存在逆反應(yīng)，因此，在反應(yīng)室(I )中產(chǎn)生的是目標(biāo)產(chǎn)物與未反應(yīng)氣混合的混合物，混合物在循環(huán)至下降直管(45)和下降盤管(38)中時，得到降溫，當(dāng)降溫至目標(biāo)產(chǎn)物的蒸發(fā)溫度以下時，目標(biāo)產(chǎn)物便成為液態(tài)的產(chǎn)物隨未反應(yīng)氣進(jìn)入到氣液分離室(III)中，液態(tài)的目標(biāo)產(chǎn)物集聚在氣液分離室(III)的底部，然后經(jīng)產(chǎn)物出口(20)分離出來，而未反應(yīng)氣在循環(huán)動力的作用下進(jìn)入到反應(yīng)室(I )繼續(xù)進(jìn)行化合反應(yīng)，直至生成目標(biāo)產(chǎn)物。合成目標(biāo)產(chǎn)物所消耗的原料氣通過原料氣補(bǔ)充接口(16)進(jìn)行補(bǔ)充，如此周而復(fù)始，由合成反應(yīng)系統(tǒng)形成等壓條件下的自動循環(huán)反應(yīng)，并及時把目標(biāo)產(chǎn)物分離出合成反應(yīng)器外，使合成反應(yīng)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。本發(fā)明使原料氣只需通過一次壓縮就能全部合成為目標(biāo)產(chǎn)物，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]上述的發(fā)明中，在下降管組件的冷卻室(IV)中設(shè)置蒸發(fā)盤管(41)，蒸發(fā)盤管(41)在冷卻室(IV)中就地制取冷媒水，并且使蒸發(fā)盤管(41)處于下降直管(45)和下降盤管
(38)的之間，可以使下降直管(45)和下降盤管(38)內(nèi)的目標(biāo)產(chǎn)物降溫到蒸發(fā)溫度以下，使目標(biāo)產(chǎn)物成為液態(tài)的產(chǎn)物，便于分離出來；在氣液分離室(III)中設(shè)置氣液分離器(17)的作用是避免目標(biāo)產(chǎn)物反饋到反應(yīng)室(I )中影響催化效率，這樣，便在合成反應(yīng)器內(nèi)部及時進(jìn)行目標(biāo)產(chǎn)物的分離，從而降低反應(yīng)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，而不需要把混合氣輸出反應(yīng)器之外分離，達(dá)到節(jié)能目的；在加熱室(II)中設(shè)置冷凝器(12)，與蒸發(fā)盤管(41)配對使用，利用制冷劑的冷凝放熱來預(yù)熱原料氣或未反應(yīng)氣，不但使冷凝器
(12)順利進(jìn)行了換熱，而且充分利用制冷余熱，通過循環(huán)作用使反應(yīng)室(I )內(nèi)產(chǎn)生適合目標(biāo)產(chǎn)物合成的室溫，起到使原料氣加速循環(huán)催化的作用。
[0010]上述的發(fā)明中，設(shè)置水冷器(25)的作用是使從冷凝器(12)中輸出的制冷劑得到進(jìn)一步的冷卻，以消除殘留的氣態(tài)制冷劑，從而提聞制冷劑的效率。
[0011]上述的發(fā)明中，在冷卻室(IV)循環(huán)冷媒水的輸入口(42 )與輸出口( 34)之間設(shè)置媒水循環(huán)泵(35)的作用是為了提高傳熱系數(shù)，媒水循環(huán)泵(35)運(yùn)行時，使冷卻室(IV)內(nèi)的冷媒水進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)流動，使得冷媒水在冷卻室(IV)內(nèi)的湍動程度高，能更有效地沖刷下降盤管(38 )和下降直管(45 )，從而提高冷卻效率。
[0012]上述的發(fā)明中，在反應(yīng)室(I )中設(shè)置調(diào)溫盤管(6)的作用是控制反應(yīng)室(I )內(nèi)的操作溫度，具體實(shí)施時，在反應(yīng)室(I )的上部設(shè)置溫度傳感器(3)，根據(jù)溫度傳感器(3)檢測的溫度信息，通過調(diào)節(jié)調(diào)溫盤管(6)中調(diào)溫介質(zhì)的溫度或流量來操作反應(yīng)室(I )內(nèi)移熱或加熱，從而控制反應(yīng)室(I )的操作溫度。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:設(shè)計(jì)的一種由制冷裝置產(chǎn)生內(nèi)循環(huán)動力的化學(xué)合成系統(tǒng)，在下降管組件的冷卻室(IV)中設(shè)置蒸發(fā)盤管(41)和在合成反應(yīng)器的加熱室(II)中設(shè)置冷凝器(12)，冷凝器(12)與蒸發(fā)盤管(41)配對使用，利用制冷劑的冷凝放熱在加熱室(II)中加熱原料氣或未反應(yīng)氣使其上升運(yùn)動，利用制冷劑的蒸發(fā)吸熱使下降管內(nèi)的混合物降溫進(jìn)行下降運(yùn)動，從而形成循環(huán)動力，并且實(shí)現(xiàn)在合成反應(yīng)器內(nèi)部及時進(jìn)行目標(biāo)產(chǎn)物的分離，降低反應(yīng)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。本發(fā)明使原料氣只需通過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，與常規(guī)技術(shù)相比，本發(fā)明克服了常規(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)。本發(fā)明可在甲醇、二甲醚、合成氨等化學(xué)合成產(chǎn)品的生產(chǎn)線上應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]附圖是本發(fā)明的一種由制冷裝置產(chǎn)生內(nèi)循環(huán)動力的化學(xué)合成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖中:1.上端頭，2.密封圈a，3.溫度傳感器，4.反應(yīng)室壁體，5.保溫層，6.調(diào)溫盤管，7.調(diào)溫介質(zhì)出口，8.過風(fēng)孔，9.調(diào)溫介質(zhì)進(jìn)口，10.隔板，11.催化劑卸料出口，12.冷凝器，13.布風(fēng)孔，14.布風(fēng)板，15.密封圈b，16.原料氣補(bǔ)充接口，17.氣液分離器，18.下端頭，19.產(chǎn)物輸出管，20.產(chǎn)物出口，21.混合氣輸入接口，22.冷凝器的冷凝輸出接口，23.冷凝器的回氣輸入接口，24.水冷器的制冷劑輸出接口，25.水冷器，26.水冷器的制冷劑輸入接口，27.水冷器的冷卻水進(jìn)口，28.水冷器的冷卻水出口，29.連接管b，30.制冷壓縮機(jī)，31.制冷壓縮機(jī)的排氣接口，32.制冷壓縮機(jī)的吸氣接口，33.下降管組件的輸出連接口，34.循環(huán)冷媒水的輸出口，35.媒水循環(huán)泵，36.下降盤管的出料口，37.蒸發(fā)盤管的出口，38.下降盤管，39.媒水循環(huán)管，40.下降管組件外殼，41.蒸發(fā)盤管，42.循環(huán)冷媒水的輸入口，43.下降盤管的進(jìn)料口，44.補(bǔ)水接口，45.下降直管，46.下降管組件的輸入連接口，47.連接管a，48.蒸發(fā)盤管的進(jìn)口，49.膨脹閥，50.混合氣輸出接口，1.反應(yīng)室，I1.加熱室，II1.氣液分離室，IV.冷卻室。
【具體實(shí)施方式】
[0016]附圖所示的實(shí)施例中，由制冷裝置產(chǎn)生內(nèi)循環(huán)動力的化學(xué)合成系統(tǒng)由合成反應(yīng)器、下降管組件和制冷裝置組成，其中，合成反應(yīng)器主要由上端頭(I)、壁體(4)和下端頭
(18)構(gòu)成，下降管組件主要由下降直管(45)、下降盤管(38)和外殼(40)構(gòu)成，制冷裝置主要由蒸發(fā)盤管(41)、冷凝器(12)、水冷器(25)和制冷壓縮機(jī)(30)構(gòu)成。合成反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)中，上端頭(I)安裝在壁體(4)的上端口，壁體(4)呈圓筒體結(jié)構(gòu)，壁體(4)的內(nèi)空間構(gòu)成反應(yīng)室(I )和加熱室(II )，反應(yīng)室(I )和加熱室(II)之間呈上下布局，反應(yīng)室(I )在加熱室
(11)的上方，在反應(yīng)室(I)與加熱室(II)的之間有隔板(10)，隔板(10)上有均勻分布的過風(fēng)孔(8)，在加熱室(II)的下端有布風(fēng)板(14)，布風(fēng)板(14)上有均勻分布的布風(fēng)孔(13);下端頭(18)安裝在壁體(4)的下端口，下端頭(18)由圓筒體側(cè)壁和圓弧底構(gòu)成，下端頭(18)的內(nèi)空間構(gòu)成氣液分離室(III)，氣液分離室(III)中有氣液分離器(17)，氣液分離器(17)為百頁窗式分離器，氣液分離室(III)依次通過氣液分離器(17)、布風(fēng)板(14)上的布風(fēng)孔(13)連通到加熱室(II)，加熱室(II)通過隔板(10)上的過風(fēng)孔(8)連通到反應(yīng)室(I );在反應(yīng)室(I )中有調(diào)溫盤管(6)，調(diào)溫盤管(6)的下端有調(diào)溫介質(zhì)進(jìn)口(9)接入，調(diào)溫盤管(6)的上端有調(diào)溫介質(zhì)出口( 7 )接出，調(diào)溫盤管(6 )上的調(diào)溫介質(zhì)進(jìn)口( 9 )和調(diào)溫介質(zhì)出口( 7 )從反應(yīng)室(I )部位的壁體(4)上穿出合成反應(yīng)器體外；在反應(yīng)室(I )的上部有混合氣輸出接口(50)接出；在氣液分離室(III)的底部有產(chǎn)物出口(20)接出，氣液分離室(III)的中部側(cè)壁上有混合氣輸入接口(21)接入和原料氣補(bǔ)充接口( 16)接入。下降管組件的結(jié)構(gòu)中，夕卜殼(40)的內(nèi)空間構(gòu)成冷卻室(IV)，冷卻室(IV)的上部有循環(huán)冷媒水的輸入口(42)接入，冷卻室(IV)的下部有循環(huán)冷媒水的輸出口(34)接出，在冷卻室(IV)的頂部有補(bǔ)水接口(44)接入；下降直管(45)和下降盤管(38)設(shè)置在冷卻室(IV)中，下降直管(45)在冷卻室(IV)的中心部位，下降盤管(38)在下降直管(45)的外圍，在冷卻室(IV)中有安裝蒸發(fā)盤管(41)的空間，下降盤管(38)上端的進(jìn)料口(43)連接到下降直管(45)的上部，下降盤管(38)下端的出料口( 36)連接到下降直管(45)的下部；下降直管(45)的上端從外殼(40)的頂部穿出，下降直管(45 )的上端接口為輸入連接口( 46 )，下降直管(45 )的下端從外殼(40 )的底部穿出，下降直管(45)的下端接口為輸出連接口(33);下降直管(45)下端的輸出連接口(33)通過連接管b (29)連接到氣液分離室(III)的混合氣輸入接口(21)上，反應(yīng)室(I )上部的混合氣輸出接口( 50 )通過連接管a (47 )連接到下降直管(45 )上端的輸入連接口( 46 )上，下降管組件的外圍有媒水循環(huán)泵(35)和媒水循環(huán)管(39)，媒水循環(huán)泵(35)的進(jìn)水口連接到冷卻室(IV)下部循環(huán)冷媒水的輸出口(34)上，媒水循環(huán)泵(35)的出水口通過媒水循環(huán)管(39)連接到冷卻室(IV)上部循環(huán)冷媒水的輸入口(42)上。制冷裝置的結(jié)構(gòu)中，冷凝器
(12)設(shè)置在合成反應(yīng)器的加熱室(II)中，冷凝器(12)為翅片盤管式結(jié)構(gòu)，冷凝器(12)翅片間的空隙形成加熱室(II)內(nèi)的氣流通道，冷凝器(12)上有回氣輸入接口(23)和冷凝輸出接口( 22)，冷凝器(12)的回氣輸入接口( 23)和冷凝輸出接口( 22)從加熱室(II)部位的壁體(4)上穿出合成反應(yīng)器的體外；蒸發(fā)盤管(41)設(shè)置在冷卻室(IV)內(nèi)的下降直管(45)與下降盤管(38)之間的空間中，蒸發(fā)盤管(41)上有蒸發(fā)輸入接口(48)和回氣輸出接口(37)，蒸發(fā)盤管(41)的蒸發(fā)輸入接口(48)和回氣輸出接口(37)從外殼(40)上穿出冷卻室(IV)的體外；水冷器(25)內(nèi)有制冷劑回路和冷卻水回路，制冷劑回路和冷卻水回路相互隔離，制冷劑回路上有制冷劑輸入接口(26)接入和制冷劑輸出接口(24)接出，冷卻水回路上有冷卻水進(jìn)口( 27 )接入和冷卻水出口( 28 )接出；制冷壓縮機(jī)(30 )上有吸氣接口( 32 )和排氣接口(31)，制冷壓縮機(jī)(30)的排氣接口(31)連接到冷凝器(12)的回氣輸入接口(23)上，冷凝器(12 )的冷凝輸出接口( 22 )連接到水冷器(25 )的制冷劑輸入接口( 26 )上，水冷器(25 )的制冷劑輸出接口(24)通過膨脹閥(49)或毛細(xì)管連接到蒸發(fā)盤管(41)的蒸發(fā)輸入接口
(48)上，蒸發(fā)盤管(41)的回氣輸出接口(37)連接到制冷壓縮機(jī)(30)的吸氣接口(32)上，水冷器(25)的冷卻水回路上的冷卻水進(jìn)口(27)和冷卻水出口(28)連接到冷卻水系統(tǒng)回路上。本實(shí)施例中，在反應(yīng)室(I )的上部有溫度傳感器(3);在壁體(4)的外側(cè)和上端頭(I)的外側(cè)上安裝保溫層(5);在上端頭(I)與壁體(4)上端口的連接面之間有密封圈a (2)在下端頭(18)與壁體(4)下端口的連接面之間有密封圈b (15)。
[0017]本實(shí)施例在生產(chǎn)時，把調(diào)溫盤管(6)的調(diào)溫介質(zhì)進(jìn)口(9)通過調(diào)節(jié)閥連接到調(diào)溫水的供水管路上，把調(diào)溫盤管(6)的調(diào)溫介質(zhì)出口(7)連接到調(diào)溫水的回水管路上；把原料氣補(bǔ)充接口(16)連接到原料氣壓縮機(jī)的排氣接口上；把氣液分離室(III)底部的產(chǎn)物出口
(20)通過減壓閥連接到產(chǎn)品貯罐的輸入接口上；把冷卻室(IV)頂部的補(bǔ)水接口(44)連接到補(bǔ)水箱上；在反應(yīng)室(I )中放置催化劑，催化劑按目標(biāo)產(chǎn)物的要求選用并活化，然后向合成反應(yīng)器內(nèi)輸入原料氣，使原料氣充滿在氣液分離室(III)、加熱室(II)、反應(yīng)室(I )、下降直管(45)和下降盤管(38)中；起動制冷壓縮機(jī)(30)和媒水循環(huán)泵(35)，使制冷裝置工作以及使冷媒水在下降管組件中的冷卻室(IV)中進(jìn)行循環(huán)流動，于是原料氣在加熱室(II)中得到升溫及在下降直管(45)和下降盤管(38)中得到降溫，根據(jù)重力循環(huán)原理，原料氣升溫后密度變小會進(jìn)行上升運(yùn)動，降溫后密度變大會進(jìn)行下降運(yùn)動，于是原料氣便自加熱室(II)上升至反應(yīng)室(I )中，再由反應(yīng)室(I )至下降直管(45)和下降盤管(38)中，再由下降直管
(45)和下降盤管(38)中至氣液分離室(III)中，再由氣液分離室(III)中返回至加熱室(II)中進(jìn)行循環(huán)運(yùn)動，原料氣在流經(jīng)反應(yīng)室(I )中時便進(jìn)行化學(xué)合成反應(yīng)，生成目標(biāo)產(chǎn)物，在原料氣進(jìn)行化合反應(yīng)時，會產(chǎn)生熱量，所生成的反應(yīng)熱又會使循環(huán)氣流繼續(xù)升溫及引起反應(yīng)室(I )內(nèi)升溫，從而使得系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生更大的循環(huán)動力，在反應(yīng)室(I )內(nèi)進(jìn)行連續(xù)的化合反應(yīng)，由于在反應(yīng)室(I )內(nèi)存在逆反應(yīng)，因此，在反應(yīng)室(I )中產(chǎn)生的是目標(biāo)產(chǎn)物與未反應(yīng)氣混合的混合物，混合物在循環(huán)至下降直管(45)和下降盤管(38)中時，得到降溫，當(dāng)降溫至目標(biāo)產(chǎn)物的蒸發(fā)溫度以下時，目標(biāo)產(chǎn)物便成為液態(tài)的產(chǎn)物隨未反應(yīng)氣進(jìn)入到氣液分離室(III)中，集聚在氣液分離室(III)的底部，然后經(jīng)產(chǎn)物出口(20)分離出來，而未反應(yīng)氣在循環(huán)動力的作用下進(jìn)入到反應(yīng)室(I )繼續(xù)進(jìn)行化合反應(yīng)，直至生成目標(biāo)產(chǎn)物。合成目標(biāo)產(chǎn)物所消耗的原料氣通過原料氣補(bǔ)充接口( 16)進(jìn)行補(bǔ)充，如此周而復(fù)始，由合成反應(yīng)系統(tǒng)形成等壓條件下的自動循環(huán)反應(yīng)，并及時把目標(biāo)產(chǎn)物分離出合成反應(yīng)器外，使合成反應(yīng)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)施例根據(jù)溫度傳感器(3)檢測的溫度信息，通過調(diào)節(jié)調(diào)溫盤管(6)中調(diào)溫介質(zhì)的溫度或流量來操作反應(yīng)室(I )內(nèi)移熱或加熱，從而控制反應(yīng)室(I )的室溫適合原料氣合成目標(biāo)產(chǎn)物的溫度。
[0018]本實(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)線上應(yīng)用。當(dāng)作為合成甲醇設(shè)備應(yīng)用時，在反應(yīng)室(I )設(shè)置以49%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反應(yīng)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，在反應(yīng)室(I )設(shè)置以49%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反應(yīng)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，在反應(yīng)室(I )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反應(yīng)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】
1.一種由制冷裝置產(chǎn)生內(nèi)循環(huán)動力的化學(xué)合成系統(tǒng)，其特征是系統(tǒng)由合成反應(yīng)器、下降管組件和制冷裝置組成，其中，合成反應(yīng)器主要由上端頭(I)、壁體(4)和下端頭(18)構(gòu)成，下降管組件主要由下降直管(45)、下降盤管(38)和外殼(40)構(gòu)成，制冷裝置主要由蒸發(fā)盤管(41)、冷凝器(12)和制冷壓縮機(jī)(30 )構(gòu)成； 合成反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)中，上端頭(I)安裝在壁體(4)的上端口，壁體(4)呈圓筒體結(jié)構(gòu)，壁體(4)的內(nèi)空間構(gòu)成反應(yīng)室(I )和加熱室(II )，反應(yīng)室(I )和加熱室(II)之間呈上下布局，反應(yīng)室(I )在加熱室(II)的上方，在反應(yīng)室(I )與加熱室(II)的之間有隔板(10)，隔板(10)上有均勻分布的過風(fēng)孔(8)，在加熱室(II)的下端有布風(fēng)板(14)，布風(fēng)板(14)上有均勻分布的布風(fēng)孔(13)，下端頭(18)安裝在壁體(4)的下端口，下端頭(18)由圓筒體側(cè)壁和圓弧底構(gòu)成，下端頭(18)的內(nèi)空間構(gòu)成氣液分離室(III)，氣液分離室(III)的上部通過布風(fēng)板(14)上的布風(fēng)孔(13)連通到加熱室(II)，加熱室(II)通過隔板(10)上的過風(fēng)孔(8)連通到反應(yīng)室(I )，在反應(yīng)室(I )的上部有混合氣輸出接口(50)接出，氣液分離室(III)的底部有產(chǎn)物出口(20)接出，氣液分離室(III)的中部側(cè)壁上有混合氣輸入接口(21)接入； 下降管組件的結(jié)構(gòu)中，外殼(40)的內(nèi)空間構(gòu)成冷卻室(IV)，下降直管(45)和下降盤管(38)設(shè)置在冷卻室(IV)中，下降直管(45)在冷卻室(IV)的中心部位，下降盤管(38)在下降直管(45)的外圍，在冷卻室(IV)中有安裝蒸發(fā)盤管(41)的空間，下降盤管(38)上端的進(jìn)料口(43)連接到下降直管(45)的上部，下降盤管(38)下端的出料口(36)連接到下降直管(45)的下部，下降直管(45)的上端從外殼(40)的頂部穿出，下降直管(45)的上端接口為輸入連接口(46)，下降直管(45)的下端從外殼(40)的底部穿出，下降直管(45)的下端接口為輸出連接口( 33 )，下降直管(45 )下端的輸出連接口( 33 )通過連接管b (29 )連接到氣液分離室(III)的混合氣輸入接口(21)上，反應(yīng)室(I )上部的混合氣輸出接口(50)通過連接管a (47)連接到下降直管(45)上端的輸入連接口(46)上； 制冷裝置的結(jié)構(gòu)中，冷凝器(12)設(shè)置在合成反應(yīng)器的加熱室(II )中，冷凝器(12)上有回氣輸入接口(23)和冷凝輸出接口(22)，冷凝器(12)的回氣輸入接口(23)和冷凝輸出接口(22)從加熱室(II)部位的壁體(4)上穿`出合成反應(yīng)器的體外，蒸發(fā)盤管(41)設(shè)置在下降管組件的冷卻室(IV)內(nèi)，蒸發(fā)盤管(41)上有蒸發(fā)輸入接口(48)和回氣輸出接口(37)，蒸發(fā)盤管(41)的蒸發(fā)輸入接口(48)和回氣輸出接口(37)從外殼(40)上穿出冷卻室(IV)的體外，制冷壓縮機(jī)(30 )上有吸氣接口( 32 )和排氣接口( 31)，制冷壓縮機(jī)(30 )的排氣接口( 31)連接到冷凝器(12)的回氣輸入接口(23)上，冷凝器(12)的冷凝輸出接口(22)通過膨脹閥(49)或毛細(xì)管連接到蒸發(fā)盤管(41)的蒸發(fā)輸入接口(48)上，蒸發(fā)盤管(41)的回氣輸出接口(37)連接到制冷壓縮機(jī)(30)的吸氣接口(32)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種由制冷裝置產(chǎn)生內(nèi)循環(huán)動力的化學(xué)合成系統(tǒng)，其特征是在連接管b (29)上有原料氣補(bǔ)充接口( 16)接入或在氣液分離室(III)的側(cè)壁上原料氣補(bǔ)充接口(16)接入。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種由制冷裝置產(chǎn)生內(nèi)循環(huán)動力的化學(xué)合成系統(tǒng)，其特征是蒸發(fā)盤管(41)設(shè)置在冷卻室(IV)內(nèi)的下降直管(45)與下降盤管(38)之間的空間中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種由制冷裝置產(chǎn)生內(nèi)循環(huán)動力的化學(xué)合成系統(tǒng)，其特征是冷凝器(12)為翅片盤管式結(jié)構(gòu)，冷凝器(12)翅片間的空隙形成加熱室(II )內(nèi)的氣流通道。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種由制冷裝置產(chǎn)生內(nèi)循環(huán)動力的化學(xué)合成系統(tǒng)，其特征是制冷裝置中有水冷器(25)，水冷器(25)內(nèi)有制冷劑回路和冷卻水回路，制冷劑回路和冷卻水回路相互隔離，制冷劑回路上有制冷劑輸入接口(26)接入和制冷劑輸出接口(24)接出，冷卻水回路上有冷卻水進(jìn)口( 27 )接入和冷卻水出口( 28 )接出；當(dāng)制冷裝置中有水冷器(25)時，冷凝器(12)的冷凝輸出接口(22)連接到水冷器(25)的制冷劑輸入接口(26)上，水冷器(25)的制冷劑輸出接口(24)通過膨脹閥(49)或毛細(xì)管連接到蒸發(fā)盤管(41)的蒸發(fā)輸入接口(48)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種由制冷裝置產(chǎn)生內(nèi)循環(huán)動力的化學(xué)合成系統(tǒng)，其特征是冷卻室(IV)的上部有循環(huán)冷媒水的輸入口(42)接入，冷卻室(IV)的下部有循環(huán)冷媒水的輸出口( 34 )接出，下降管組件的外圍有媒水循環(huán)泵(35 )，媒水循環(huán)泵(35 )的進(jìn)水口連接到冷卻室(IV)下部循環(huán)冷媒水的輸出口(34)上，媒水循環(huán)泵(35)的出水口連接到冷卻室(IV)上部循環(huán)冷媒水的輸入口(42)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種由制冷裝置產(chǎn)生內(nèi)循環(huán)動力的化學(xué)合成系統(tǒng)，其特征是在氣液分離室(III)中有氣液分離器(17)，氣液分離器(17)為百頁窗式分離器，氣液分離室(III)依次通過氣液分離器(17)、布風(fēng)板(14)上的布風(fēng)孔(13)連通到加熱室(II )。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種由制冷裝置產(chǎn)生內(nèi)循環(huán)動力的化學(xué)合成系統(tǒng)，其特征是在反應(yīng)室(I )中有調(diào)溫盤管(6)，調(diào)溫盤管(6)的下端有調(diào)溫介質(zhì)進(jìn)口(9)接入，調(diào)溫盤管(6)的上端有調(diào)溫介質(zhì)出口(7)接出，調(diào)溫盤管(6)上的調(diào)溫介質(zhì)進(jìn)口(9)和調(diào)溫介質(zhì)出口(7)從反應(yīng)室(I)部位的壁體(4)上穿出合成反應(yīng)器體外。
【文檔編號】C07C43/04GK103769002SQ201410011757
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月10日
【發(fā)明者】周開根 申請人:衢州昀睿工業(yè)設(shè)計(jì)有限公司