由制冷裝置協(xié)同分離產(chǎn)物的自循環(huán)化學(xué)合成系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種由制冷裝置協(xié)同分離產(chǎn)物的自循環(huán)化學(xué)合成系統(tǒng)，涉及到一種化學(xué)合成反應(yīng)器。主要由上端頭、壁體、下端頭、下降管組件、殼體、制冷壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)管和外殼組成，其中，由上端頭、壁體和下端頭構(gòu)成合成反應(yīng)器，壁體的內(nèi)空間構(gòu)成反應(yīng)室和加熱室，下端頭的內(nèi)空間構(gòu)成氣液分離室，殼體的內(nèi)空間構(gòu)成冷卻室，下降管組件設(shè)置在冷卻室中；由制冷壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)管和外殼構(gòu)成制冷裝置，外殼的內(nèi)空間構(gòu)成制冷室，蒸發(fā)管設(shè)置在制冷室中，冷凝器設(shè)置在合成反應(yīng)器的加熱室中。本發(fā)明利用制冷劑的冷凝放熱來加熱原料氣或未反應(yīng)氣使其上升運動，利用制冷劑的蒸發(fā)吸熱制取冷媒水使下降管內(nèi)的混合氣降溫，目標產(chǎn)物成為液態(tài)產(chǎn)物分離出來。
【專利說明】由制冷裝置協(xié)同分離產(chǎn)物的自循環(huán)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)，當目標產(chǎn)物達到一定濃度后，將處于平衡，反應(yīng)將不再向合成目標產(chǎn)物的方向進行。人們在進行化合反應(yīng)的生產(chǎn)過程中，為了使反應(yīng)能繼續(xù)向目標產(chǎn)物方向進行，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)補入新原料氣，使合成反應(yīng)器內(nèi)的目標產(chǎn)物濃度降低、破壞平衡后使化合反應(yīng)繼續(xù)進行，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8MPa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現(xiàn)，壓縮能耗很大，因此，現(xiàn)有的合成反應(yīng)器必須進行多次循環(huán)和多級壓縮才能把原料氣合成為目標產(chǎn)物的生產(chǎn)過程，存在電能消耗大的缺點。

【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)備需把原料氣進行反復(fù)循環(huán)壓縮電能消耗大的缺點，設(shè)計一種由制冷裝置協(xié)同分離產(chǎn)物的自循環(huán)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)及在其它需進行化學(xué)合成的生產(chǎn)過程中實現(xiàn)節(jié)能減排。
[0005]本發(fā)明的一種由制冷裝置協(xié)同分離產(chǎn)物的自循環(huán)化學(xué)合成系統(tǒng)，其特征是系統(tǒng)主要由上端頭(1)、壁體(4)、下端頭(19)、下降管組件、殼體(45)、制冷壓縮機(25)、冷凝器
(12)、蒸發(fā)管(34)和外殼(35)組成，其中，由上端頭(1)、壁體(4)和下端頭(19)構(gòu)成合成反應(yīng)器，上端頭(1)安裝在壁體(4)的上端口，下端頭(19)安裝在壁體(4)的下端口，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 )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(19)由圓筒體側(cè)壁和圓弧底構(gòu)成，下端頭(19)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(53)接出，氣液分離室(III)的底部有產(chǎn)物出口(21)接出，氣液分離室(III)的中部側(cè)壁上有混合氣輸入接口( 18)接入；殼體(45)呈水箱式結(jié)構(gòu)，殼體(45)的內(nèi)空間構(gòu)成冷卻室(V )，冷卻室(V )的上部有媒水輸入接口( 48 )接入，冷卻室(V )的下部有媒水輸出接口( 42 )接出，下降管組件設(shè)置在冷卻室(V)中，下降管組件的上端從殼體(45)的頂部穿出，下降管組件的上端接口為進料口(51)，下降管組件的下端從殼體(45)的底部穿出，下降管組件的下端接口為出料口(43)，下降管組件的出料口(43)連接到氣液分離室(III)的混合氣輸入接口(18)上，反應(yīng)室(I )上部的混合氣輸出接口(53)連接到下降管組件的進料口(51)上。由制冷壓縮機(25)、冷凝器(12)、蒸發(fā)管(34)和外殼(35)構(gòu)成制冷裝置，外殼(35)呈水箱式結(jié)構(gòu)，夕卜殼(35)的內(nèi)空間構(gòu)成制冷室(IV)，制冷室(IV)的頂部有冷媒水的回水口(36)接入，制冷室
(IV)的底部有冷媒水的出水口(31)接出；蒸發(fā)管(34)設(shè)置在制冷室(IV)中，蒸發(fā)管(34)的上端有蒸發(fā)輸入接口(32)接入，蒸發(fā)管(34)的下端有回氣輸出接口(29)接出，蒸發(fā)管(34)的蒸發(fā)輸入接口(32)和回氣輸出接口(29)從外殼(35)的側(cè)壁上穿出制冷室(IV)的外部；冷凝器(12)設(shè)置在合成反應(yīng)器的加熱室(II)中，冷凝器(12)的上端有回氣輸入接口(22)接入，冷凝器(12 )的下端有冷凝輸出接口( 23 )接出，冷凝器(12 )的回氣輸入接口( 22 )和冷凝輸出接口(23)從加熱室(II)部位的壁體(4)上穿出加熱室(II)的體外；制冷壓縮機(25 )上有吸氣接口( 26 )和排氣接口( 24)，制冷壓縮機(25 )的排氣接口( 24)連接到冷凝器(12 )的回氣輸入接口( 22 )上，冷凝器(12)的冷凝輸出接口( 23 )通過膨脹閥(30 )或毛細管連接到蒸發(fā)管(34)的蒸發(fā)輸入接口(32)上，蒸發(fā)管(34)的回氣輸出接口(29)連接到制冷壓縮機(25)的吸氣接口(26)上。
[0006]本發(fā)明中，在下降管組件的出料口(43)與氣液分離室(III)的混合氣輸入接口(18)之間有連接管b (40)，在連接管b (40)上有原料氣補充接口(16)接入或在氣液分離室(III)的側(cè)壁上有原料氣補充接口(16)接入；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)上穿出反應(yīng)室(I )的體外；下降管組件由下降直管(50)、下降盤管a (46)和下降盤管b (47)構(gòu)成，下降直管
(50)設(shè)置在冷卻室(V)的中心部位，下降盤管b (47)設(shè)置在下降直管(50)的外圍，下降盤管a (46)設(shè)置在下降盤管b (47)的外圍，下降盤管a (46)上端的管口和下降盤管b (47)上端的管口連接到下降直管(50)的上部，下降盤管a (46)下端的管口和下降盤管b (47)下端的管口連接到下降直管(50)的下部；系統(tǒng)中有媒水循環(huán)泵(38)，冷卻室(V)下部的媒水輸出接口(42)連接到媒水循環(huán)泵(38)的進水口，媒水循環(huán)泵(38)的出水口連接到制冷室(IV)頂部的冷媒水回水口(36)上，制冷室(IV)底部的冷媒水出水口(31)連接到冷卻室
(V)上部的媒水輸入接口(48)上；在冷卻室(V)的上部有分水室(VI)隔出，分水室(VI)與冷卻室(V )之間有分水板(49)進行分隔，分水板(49)上有分水通孔，分水室(VI)通過分水通孔連通到冷卻室(V);當在冷卻室(V)的上部有分水室(VI)時，媒水輸入接口(48)從分水室(VI)部位的殼體(45)上接入；蒸發(fā)管(34)為蛇形管結(jié)構(gòu)，蒸發(fā)管(34)設(shè)置為多組，多組的蒸發(fā)管以并聯(lián)方式進行連接；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；系統(tǒng)中有水冷器(28)，水冷器(28)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(33)接入和制冷劑輸出接口( 27)接出；當系統(tǒng)中有水冷器(28)時，冷凝器(12)的冷凝輸出接口( 23)連接到水冷器(28)的制冷劑輸入接口(33)上，水冷器(28)的制冷劑輸出接口(27)通過膨脹閥(30)或毛細管連接到蒸發(fā)管(34)的蒸發(fā)輸入接口(32)上；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)。
[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)管(34)在制冷室(IV)中制取冷媒水和由冷凝器(12)在加熱室(II)中進行制熱，在制冷室(IV)中制取的冷媒水通過媒水循環(huán)泵(38)在冷卻室(V)進行循環(huán)吸熱和在制冷室(IV)中進行循環(huán)制冷，使處于冷卻室(V )中的下降管組件得到冷卻，從而實現(xiàn)下降管組件內(nèi)的混合氣降溫，使目標產(chǎn)物成為液態(tài)的產(chǎn)物，以便在氣液分離室(III)中分離出來；同時，混合氣在下降管組件內(nèi)的降溫后會進行下降運動，混合氣或原料氣或未反應(yīng)氣在加熱室(II)中得到加熱升溫會進行上升運動，混合氣在下降管組件中的下降運動以及在加熱室(II)中的上升運動形成了內(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(25)的排氣接口(24)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(23)經(jīng)膨脹閥(30)或毛細管由蒸發(fā)管的蒸發(fā)輸入接口(32)輸入到蒸發(fā)管(34)內(nèi)，然后再由蒸發(fā)管(34)的回氣輸出接口(29)返回到制冷壓縮機(25)的吸氣接口(26)，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(23)與蒸發(fā)管(34)的蒸發(fā)輸入接口(32)之間有具有節(jié)流作用的膨脹閥(30)或毛細管，在制冷壓縮機(25)運行的情況下，使得蒸發(fā)管(34)內(nèi)形成適合制冷劑進行蒸發(fā)的蒸發(fā)壓力，使液態(tài)的制冷劑在蒸發(fā)管(34)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)管(34)在制冷室(IV)中實現(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)中實現(xiàn)制熱。
[0008]上述的發(fā)明在生產(chǎn)時，把調(diào)溫盤管(6)的調(diào)溫介質(zhì)進口(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；把原料氣補充接口(16)連接到原料氣壓縮機的排氣接口上；把氣液分離室(III)底部的產(chǎn)物出口(21)通過減壓閥連接到產(chǎn)品貯罐的輸入接口上；在制冷室(IV)和冷卻室(V)加入自來水；在反應(yīng)室(I )中放置催化劑，催化劑按目標產(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 )和下降管組件中；起動媒水循環(huán)泵(38)和制冷壓縮機(25)，使制冷裝置工作以及使冷媒水在制冷室(IV)與冷卻室(V)中進行循環(huán)流動，于是原料氣在加熱室(II)中得到升溫及在下降管組件中得到降溫，根據(jù)重力循環(huán)原理，原料氣升溫后密度變小會進行上升運動，降溫后密度變大會進行下降運動，于是原料氣由加熱室(II)上升至反應(yīng)室(I )中，目標產(chǎn)物與未反應(yīng)氣的混合氣再由反應(yīng)室(I )至下降管組件中，再由下降管組中至氣液分離室(III)中，再由氣液分離室(III)中返回至加熱室(II)中進行循環(huán)運動，原料氣在流經(jīng)反應(yīng)室(I )中時便進行化學(xué)合成反應(yīng)，生成目標產(chǎn)物，在原料氣進行化合反應(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)至下降管組件中時，在管外冷媒水的冷卻作用下得到降溫，當降溫至目標產(chǎn)物的蒸發(fā)溫度以下時，目標產(chǎn)物便成為液態(tài)產(chǎn)物隨未反應(yīng)氣進入到氣液分離室(III)中，集聚在氣液分離室(III)的底部，然后經(jīng)產(chǎn)物出口
(21)分離出來，而未反應(yīng)氣在循環(huán)動力的作用下進入到反應(yīng)室(I )繼續(xù)進行化合反應(yīng)，直至生成目標產(chǎn)物。合成目標產(chǎn)物所消耗的原料氣通過原料氣補充接口(16)進行補充，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)的目標產(chǎn)物濃度始終低于平衡點，使得化合反應(yīng)能持續(xù)進行。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產(chǎn)物，克服了原料氣需進行反復(fù)循環(huán)壓縮電能消耗大的缺點，提高了催化效率，實現(xiàn)節(jié)能減排。
[0009]上述的發(fā)明中，采取在系統(tǒng)中設(shè)置媒水循環(huán)泵(38)和在冷卻室(V)的上方設(shè)置分水室(VI)的措施，可以實現(xiàn)噴淋冷卻，提高冷卻系數(shù)，應(yīng)用時，控制冷卻室(V)內(nèi)的水位在下部，冷卻室(V)內(nèi)的中部及上部為噴淋空間，運行媒水循環(huán)泵(38)對冷媒水進行強制循環(huán)，使循環(huán)冷媒水通過制冷室(IV)后，由冷卻室(V)的上方進入到分水室(VI)中，冷媒水由分水板(49)向冷卻室(V)噴淋而下，能更有效地沖刷下降管組件的表面，湍動程度更高，從而更能提聞冷卻效率。
[0010]上述的發(fā)明中，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)部及時進行目標產(chǎn)物的分離，從而降低反應(yīng)器內(nèi)的目標產(chǎn)物濃度，使化合反應(yīng)向有利的方向進行，而不需要把混合氣輸出反應(yīng)器之外分離，達到節(jié)能目的；在加熱室(II)中設(shè)置冷凝器(12)，與蒸發(fā)管(34)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)生適合目標產(chǎn)物合成的室溫，起到使原料氣加速循環(huán)催化的作用。
[0011]上述的發(fā)明中，設(shè)置水冷器(28)的作用是使從冷凝器(12)中輸出的制冷劑得到進一步的冷卻，以消除殘留的氣態(tài)制冷劑，從而提聞制冷劑的效率。
[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)計的一種由制冷裝置協(xié)同分離產(chǎn)物的自循環(huán)化學(xué)合成系統(tǒng)，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)氣使其上升運動，利用制冷劑的蒸發(fā)吸熱在制冷室(IV)制取冷媒水，再把冷媒水循環(huán)到冷卻室(V)中使下降管內(nèi)的混合氣降溫，目標產(chǎn)物成為液態(tài)產(chǎn)物分離出來，降低反應(yīng)器內(nèi)的目標產(chǎn)物濃度，使化合反應(yīng)向有利的方向進行；下降管內(nèi)混合氣的降溫下降運動與加熱室(II)原料氣或未反應(yīng)氣的升溫上升運動形成循環(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)備需把原料氣進行反復(fù)循環(huán)壓縮電能消耗大的缺點。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協(xié)同分離產(chǎn)物的自循環(huán)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.原料氣補充接口，17.氣液分離器，18.混合氣輸入接口，19.下端頭，20.產(chǎn)物輸出管，21.產(chǎn)物出口，22.冷凝器的回氣輸入接口，23.冷凝器的冷凝輸出接口，24.制冷壓縮機的排氣接口，25.制冷壓縮機，26.制冷壓縮機的吸氣接口，27.水冷器的制冷劑輸出接口，28.水冷器，29.蒸發(fā)管的回氣輸出接口，30.膨脹閥，31.冷媒水的出水口，32.蒸發(fā)管的蒸發(fā)輸入接口，33.水冷器的制冷劑輸入接口，34.蒸發(fā)管，35.制冷室的外殼，36.冷媒水的回水口，37.媒水循環(huán)管c，38.媒水循環(huán)泵，39.補水接口，40.連接管b，41.媒水循環(huán)管b，42.冷卻室的媒水輸出接口，43.下降管的出料口，44.循環(huán)媒水管a，45.冷卻室殼體，46.下降盤管a，47.下降盤管b，48.冷卻室的媒水輸入接口，49.分水板，50.下降直管，51.下降管的進料口，52.連接管a，53.混合氣輸出接口，1.反應(yīng)室，I1.加熱室，II1.氣液分離室，IV.制冷室，V.冷卻室，V1.分水室。
【具體實施方式】
[0016]附圖所示的實施例中，一種由制冷裝置協(xié)同分離產(chǎn)物的自循環(huán)化學(xué)合成系統(tǒng)主要由上端頭(1)、壁體(4)、下端頭(19)、下降管組件、殼體(45)、媒水循環(huán)泵(38)、制冷壓縮機(25)、水冷器(28)、冷凝器(12)、蒸發(fā)管(34)和外殼(35)組成，其中，由上端頭(1)、壁體
(4)和下端頭(19)構(gòu)成合成反應(yīng)器，上端頭(1)安裝在壁體(4)的上端口，下端頭(19)安裝在壁體(4)的下端口，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 )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(19)由圓筒體側(cè)壁和圓弧底構(gòu)成，下端頭(19)的內(nèi)空間構(gòu)成氣液分離室(III)，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)，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)上穿出反應(yīng)室(I )的體外，在反應(yīng)室(I )的上部有混合氣輸出接口(53)接出，在反應(yīng)室(I )的上部有溫度傳感器(3);氣液分離室(III)的底部有產(chǎn)物出口(21)接出，氣液分離室(III)的中部側(cè)壁上有混合氣輸入接口(18)接入和原料氣補充接口(16)接入；殼體(45)呈水箱式結(jié)構(gòu)，殼體(45)的內(nèi)空間構(gòu)成冷卻室(V)，在冷卻室(V)的上部有分水室(VI)隔出，分水室(VI)與冷卻室(V )之間有分水板(49 )進行分隔，分水板(49 )上有分水通孔，分水室(VI)通過分水通孔連通到冷卻室(V)，從分水室(VI)部位的殼體(45)上有媒水輸入接口(48)接入，冷卻室(V)的下部有媒水輸出接口(42)接出，下降管組件設(shè)置在冷卻室(V)中，下降管組件由下降直管(50)、下降盤管a (46)和下降盤管b (47)構(gòu)成，下降直管(50)設(shè)置在冷卻室(V)的中心部位，下降盤管b (47)設(shè)置在下降直管(50)的外圍，下降盤管a (46)設(shè)置在下降盤管b (47)的外圍，下降盤管a (46)上端的管口和下降盤管b (47)上端的管口連接到下降直管(50)的上部，下降盤管a (46)下端的管口和下降盤管b (47)下端的管口連接到下降直管(50)的下部，下降管組件的上端從殼體(45)的頂部穿出，下降管組件的上端接口為進料口(51)，下降管組件的下端從殼體(45)的底部穿出，下降管組件的下端接口為出料口(43)，下降管組件的出料口(43)通過連接管b (40)連接到氣液分離室(III)的混合氣輸入接口(18)上，反應(yīng)室(I )上部的混合氣輸出接口(53)通過連接管a (52)連接到下降管組件的進料口(51)上。由制冷壓縮機(25)、冷凝器(12)、蒸發(fā)管(34)和外殼(35)構(gòu)成制冷裝置，外殼(35)呈水箱式結(jié)構(gòu)，外殼(35)的內(nèi)空間構(gòu)成制冷室(IV)，制冷室(IV)的頂部有冷媒水的回水口(36)接入，制冷室(IV)的底部有冷媒水的出水口(31)接出；蒸發(fā)管(34)設(shè)置在制冷室(IV)中，蒸發(fā)管(34)為蛇形管結(jié)構(gòu)，蒸發(fā)管(34)設(shè)置為多組，多組的蒸發(fā)管以并聯(lián)方式進行連接，蒸發(fā)管(34)的上端有蒸發(fā)輸入接口(32)接入，蒸發(fā)管(34)的下端有回氣輸出接口(29)接出，蒸發(fā)管(34)的蒸發(fā)輸入接口(32)和回氣輸出接口(29)從外殼(35)的側(cè)壁上穿出制冷室(IV)的外部；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)的上端有回氣輸入接口(22)接入，冷凝器(12)的下端有冷凝輸出接口( 23 )接出，冷凝器(12 )的回氣輸入接口( 22 )和冷凝輸出接口( 23 )從加熱室(II)部位的壁體(4)上穿出加熱室(II)的體外；水冷器(28)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(33)接入和制冷劑輸出接口(27)接出，冷卻水回路上有冷卻水進口和冷卻水出口 ；制冷壓縮機(25)上有吸氣接口( 26 )和排氣接口( 24)，制冷壓縮機(25 )的排氣接口( 24)連接到冷凝器(12 )的回氣輸入接口(22)上，冷凝器(12)的冷凝輸出接口(23)連接到水冷器(28)的制冷劑輸入接口( 33 )上，水冷器(28 )的制冷劑輸出接口( 27 )通過膨脹閥(30 )或毛細管連接到蒸發(fā)管
(34)的蒸發(fā)輸入接口( 32 )上，蒸發(fā)管(34)的回氣輸出接口( 29 )連接到制冷壓縮機(25 )的吸氣接口(26)上，媒水循環(huán)泵(38)的出水口通過媒水循環(huán)管c (37)連接到制冷室(IV)頂部的冷媒水回水口(36)上，制冷室(IV)底部的冷媒水出水口(31)通過循環(huán)媒水管a (44)連接到冷卻室(V)上部的媒水輸入接口(48)上，冷卻室(V)下部的媒水輸出接口(42)通過媒水循環(huán)管b (41)連接到媒水循環(huán)泵(38)的進水口上，媒水循環(huán)管b (41)上有補水接口(39)接入。本實施例中，在壁體(4)的外側(cè)和上端頭(1)的外側(cè)上安裝保溫層(5);在上端頭(1)與壁體(4)上端口的連接面之間有密封圈a (2);在下端頭(19)與壁體(4)下端口的連接面之間有密封圈b (15)。
[0017]本實施例在生產(chǎn)時，把水冷器(28)冷卻水回路上有冷卻水進口和冷卻水出口連接到冷卻水系統(tǒng)的管道上，把補水接口(39)通過補水閥門連接到自來水的供水管道上，把調(diào)溫盤管(6)的調(diào)溫介質(zhì)進口(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；把原料氣補充接口(16)連接到原料氣壓縮機的排氣接口上；把氣液分離室(III)底部的產(chǎn)物出口(21)通過減壓閥連接到產(chǎn)品貯罐的輸入接口上；在制冷室(IV)和冷卻室(V)加入自來水；在反應(yīng)室(I )中放置催化劑，催化劑按目標產(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 )和下降管組件中；起動媒水循環(huán)泵(38)和制冷壓縮機(25)，使制冷裝置工作以及使冷媒水在制冷室(IV)與冷卻室(V)中進行循環(huán)流動，于是原料氣在加熱室(II)中得到升溫及在下降管組件中得到降溫，根據(jù)重力循環(huán)原理，原料氣升溫后密度變小會進行上升運動，降溫后密度變大會進行下降運動，于是原料氣由加熱室
(II)上升至反應(yīng)室(I)中，再由反應(yīng)室(I )至下降管組件中，再由下降管組中至氣液分離室
(III)中，再由氣液分離室(III)中返回至加熱室(II)中進行循環(huán)運動，原料氣在流經(jīng)反應(yīng)室(I )中時便進行化學(xué)合成反應(yīng)，生成目標產(chǎn)物，在原料氣進行化合反應(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)至下降管組件中時，在管外冷媒水的冷卻作用下得到降溫，當降溫至目標產(chǎn)物的蒸發(fā)溫度以下時，目標產(chǎn)物便成為液態(tài)產(chǎn)物隨未反應(yīng)氣進入到氣液分離室(III)中，集聚在氣液分離室(III)的底部，然后經(jīng)產(chǎn)物出口(21)分離出來，而未反應(yīng)氣在循環(huán)動力的作用下進入到反應(yīng)室(I )繼續(xù)進行化合反應(yīng)，直至生成目標產(chǎn)物。合成目標產(chǎn)物所消耗的原料氣通過原料氣補充接口(16)進行補充，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)的目標產(chǎn)物濃度始終低于平衡點，使得化合反應(yīng)能持續(xù)進行。生產(chǎn)時，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。
[0018]上述的實施例作為甲醇、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A1203為組份的顆粒狀催化劑，再把一體積的C0和二體積的H2混合后作為原料氣輸入到反應(yīng)器內(nèi)，進行合成甲醇生產(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A1203為組份的顆粒狀催化劑，再加填ZSM-5分子篩，再把一體積的C0和二體積的H2混合后作為原料氣輸入到反應(yīng)器內(nèi)，進行合成二甲醚生產(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Al203、K20、Ca0、Si02、Ba0為促進劑，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)，進行合成氨生產(chǎn)，原料氣合成為氨的反應(yīng)式為N2+3H2 — 2NH3+92.lkj。
【權(quán)利要求】
1.一種由制冷裝置協(xié)同分離產(chǎn)物的自循環(huán)化學(xué)合成系統(tǒng)，其特征是系統(tǒng)主要由上端頭(1)、壁體(4)、下端頭(19)、下降管組件、殼體(45)、制冷壓縮機(25)、冷凝器(12)、蒸發(fā)管(34)和外殼(35)組成，其中，由上端頭(1)、壁體(4)和下端頭(19)構(gòu)成合成反應(yīng)器，上端頭(1)安裝在壁體(4 )的上端口，下端頭(19 )安裝在壁體(4 )的下端口，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 )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(19)由圓筒體側(cè)壁和圓弧底構(gòu)成，下端頭(19)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(53)接出，氣液分離室(III)的底部有產(chǎn)物出口(21)接出，氣液分離室(III)的中部側(cè)壁上有混合氣輸入接口(18)接入；殼體(45)呈水箱式結(jié)構(gòu)，殼體(45)的內(nèi)空間構(gòu)成冷卻室(V)，冷卻室(V)的上部有媒水輸入接口(48)接入，冷卻室(V )的下部有媒水輸出接口(42)接出，下降管組件設(shè)置在冷卻室(V)中，下降管組件的上端從殼體(45)的頂部穿出，下降管組件的上端接口為進料口(51)，下降管組件的下端從殼體(45)的底部穿出，下降管組件的下端接口為出料口(43)，下降管組件的出 料口(43)連接到氣液分離室(III)的混合氣輸入接口(18)上，反應(yīng)室(I )上部的混合氣輸出接口(53)連接到下降管組件的進料口(51)上；由制冷壓縮機(25)、冷凝器(12)、蒸發(fā)管(34)和外殼(35)構(gòu)成制冷裝置，外殼(35)呈水箱式結(jié)構(gòu)，外殼(35)的內(nèi)空間構(gòu)成制冷室(IV)，制冷室(IV)的頂部有冷媒水的回水口(36)接入，制冷室(IV)的底部有冷媒水的出水口(31)接出；蒸發(fā)管(34)設(shè)置在制冷室(IV)中，蒸發(fā)管(34)的上端有蒸發(fā)輸入接口(32)接入，蒸發(fā)管(34)的下端有回氣輸出接口(29)接出，蒸發(fā)管(34)的蒸發(fā)輸入接口(32)和回氣輸出接口(29)從外殼(35)的側(cè)壁上穿出制冷室(IV)的外部；冷凝器(12)設(shè)置在合成反應(yīng)器的加熱室(II)中，冷凝器(12)的上端有回氣輸入接口(22)接入，冷凝器(12)的下端有冷凝輸出接口(23)接出，冷凝器(12)的回氣輸入接口(22)和冷凝輸出接口(23)從加熱室(II)部位的壁體(4)上穿出加熱室(II)的體外；制冷壓縮機(25)上有吸氣接口(26)和排氣接口(24)，制冷壓縮機(25)的排氣接口(24 )連接到冷凝器(12 )的回氣輸入接口( 22 )上，冷凝器(12)的冷凝輸出接口( 23 )通過膨脹閥(30)或毛細管連接到蒸發(fā)管(34)的蒸發(fā)輸入接口(32)上，蒸發(fā)管(34)的回氣輸出接口(29)連接到制冷壓縮機(25)的吸氣接口(26)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種由制冷裝置協(xié)同分離產(chǎn)物的自循環(huán)化學(xué)合成系統(tǒng)，其特征是在下降管組件的出料口(43)與氣液分離室(III)的混合氣輸入接口(18)之間有連接管b (40)，在連接管b (40)上有原料氣補充接口(16)接入或在氣液分離室(III)的側(cè)壁上有原料氣補充接口(16)接入。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種由制冷裝置協(xié)同分離產(chǎn)物的自循環(huán)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)上穿出反應(yīng)室(I )的體外。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種由制冷裝置協(xié)同分離產(chǎn)物的自循環(huán)化學(xué)合成系統(tǒng)，其特征是下降管組件由下降直管(50)、下降盤管a (46)和下降盤管b (47)構(gòu)成，下降直管(50)設(shè)置在冷卻室(V)的中心部位，下降盤管b (47)設(shè)置在下降直管(50)的外圍，下降盤管a(46)設(shè)置在下降盤管b (47)的外圍，下降盤管a (46)上端的管口和下降盤管b (47)上端的管口連接到下降直管(50)的上部，下降盤管a (46)下端的管口和下降盤管b (47)下端的管口連接到下降直管(50)的下部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種由制冷裝置協(xié)同分離產(chǎn)物的自循環(huán)化學(xué)合成系統(tǒng)，其特征是系統(tǒng)中有媒水循環(huán)泵(38 )，冷卻室(V )下部的媒水輸出接口( 42 )連接到媒水循環(huán)泵(38 )的進水口，媒水循環(huán)泵(38 )的出水口連接到制冷室(IV)頂部的冷媒水回水口( 36 )上，制冷室(IV)底部的冷媒水出水口(31)連接到冷卻室(V)上部的媒水輸入接口(48)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種由制冷裝置協(xié)同分離產(chǎn)物的自循環(huán)化學(xué)合成系統(tǒng)，其特征是在冷卻室(V)的上部有分水室(VI)隔出，分水室(VI)與冷卻室(V)之間有分水板(49)進行分隔，分水板(49)上有分水通孔，分水室(VI)通過分水通孔連通到冷卻室(V);當在冷卻室(V)的上部有分水室(VI)時，媒水輸入接口(48)從分水室(VI)部位的殼體(45)上接入。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種由制冷裝置協(xié)同分離產(chǎn)物的自循環(huán)化學(xué)合成系統(tǒng)，其特征是蒸發(fā)管(34)為蛇形管結(jié)構(gòu)，蒸發(fā)管(34)設(shè)置為多組，多組的蒸發(fā)管以并聯(lián)方式進行連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種由制冷裝置協(xié)同分離產(chǎn)物的自循環(huán)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。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種由制冷裝置協(xié)同分離產(chǎn)物的自循環(huán)化學(xué)合成系統(tǒng)，其特征是系統(tǒng)中有水冷器(28)，水冷器(28)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(33)接入和制冷劑輸出接口(27)接出；當系統(tǒng)中有水冷器(28)時，冷凝器(12)的冷凝輸出接口(23)連接到水冷器(28)的制冷劑輸入接口( 33 )上，水冷器(28 )的制冷劑輸出接口( 27 )通過膨脹閥(30 )或毛細管連接到蒸發(fā)管(34)的蒸發(fā)輸入接口(32)上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種由制冷裝置協(xié)同分離產(chǎn)物的自循環(huán)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 )。
【文檔編號】C07C31/04GK103736427SQ201410011896
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月11日
【發(fā)明者】周開根 申請人:衢州昀睿工業(yè)設(shè)計有限公司