一種自循環(huán)化合反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】一種自循環(huán)化合反應(yīng)器，涉及到一種化學(xué)合成反應(yīng)器。主要由反應(yīng)室、上氣室、冷卻盤管、下降通道、下氣室和外殼組成，上氣室在反應(yīng)室的上方，反應(yīng)室的下方為下氣室，下降通道由外殼的中段殼體與反應(yīng)室壁體之間的空間構(gòu)成，冷卻盤管設(shè)置在下降通道中；反應(yīng)室壁體由圓筒體側(cè)壁和圓弧底構(gòu)成，反應(yīng)室壁體通過上支撐件和下支撐件連接在外殼上，在反應(yīng)室壁體的側(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。本發(fā)明采用冷卻盤管作為下降通道中的冷卻裝置，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】一種自循環(huán)化合反應(yīng)器
【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)催化的化合反應(yīng)器，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)明的一種自循環(huán)化合反應(yīng)器，其特征是化合反應(yīng)器主要由反應(yīng)室(IV)、上氣室(VI)、冷卻盤管(24)、下降通道(V)、下氣室(III)和外殼(9)組成，其中，反應(yīng)室(IV)、上氣室(VI)、冷卻盤管(24)、下降通道(V)和下氣室(III)設(shè)置在外殼(9)的內(nèi)空間中，上氣室(VI)在反應(yīng)室(IV)的上方，反應(yīng)室(IV)的下方為下氣室(III)，下降通道(V)由外殼(9)的中段殼體與反應(yīng)室壁體(7)之間的空間構(gòu)成；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；下氣室(III)由下端頭(15)和外殼(9)下段殼體圍成的內(nèi)空間構(gòu)成；反應(yīng)室(IV)連通到上氣室(VI)，上氣室(VI)通過下降通道(V)連通到下氣室(III);反應(yīng)室壁體(7)由圓筒體側(cè)壁和圓弧底構(gòu)成，反應(yīng)室壁體(7)通過上支撐件(5)和下支撐件(22)連接在外殼(9)的殼體上，在反應(yīng)室壁體(7)的側(cè)壁下部或圓弧底部有循環(huán)氣輸入口(23)接入和催化劑卸料出口(11)接出；冷卻盤管(24)設(shè)置在下降通道(V)中，冷卻盤管(24)的下端穿出外殼(9 )下段的殼體連接到冷卻水進(jìn)口( 21)上，冷卻盤管(24 )的上端穿出外殼(9 )上段的殼體連接到冷卻水出口(25)上；下氣室(III)有原料補(bǔ)氣接口(20)接入，下氣室(III)通過循環(huán)氣輸入口(23)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(16)接出。
[0006]本發(fā)明中，循環(huán)氣輸入口(23)為多通孔的半隔斷結(jié)構(gòu)；在反應(yīng)室壁體(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(23)上有循環(huán)氣連通管(13)，在下氣室(III)中設(shè)置集氣罩(19)，集氣罩(19)的頂部連接到循環(huán)氣連通管(13)的輸入口上，集氣罩(19)的內(nèi)空間構(gòu)成集氣室(II )，集氣室(II)通過循環(huán)氣連通管(13)連通到反應(yīng)室(IV);在下氣室
(III)中有氣液分離器(14)，氣液分離器(14)包括百頁窗式分離器、盤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(νπ)，催化劑加料口(νπ)通過頂蓋(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b (4);下端頭(15)為圓弧底結(jié)構(gòu),下端頭(15)安裝在外殼(9)的下端口，外殼(9)的下端口與下端頭(15)的連接面之間有密封圈c (18)。
[0007]上述發(fā)明中，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)直接連接到上氣室(VI)、上氣室(VI)直接連接到下降通道
(V)、下降通道(V)直接連接到下氣室(III)，因此，化合反應(yīng)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]上述發(fā)明在具體實(shí)施時(shí)，把冷卻水進(jìn)口(21)連接到冷卻系統(tǒng)的供水管上，把冷卻水出口(25)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，然后向化合反應(yīng)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)，會產(chǎn)生熱量，所生成的反應(yīng)熱會使反應(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)受到冷卻盤管
(24)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(14)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)物通過產(chǎn)物出口( 16)和產(chǎn)物輸出管(17)輸出進(jìn)入產(chǎn)品貯罐，未反應(yīng)氣通過循環(huán)氣連通管(13)由循環(huán)氣輸入口(23)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原料補(bǔ)氣接口(20)進(jìn)行補(bǔ)充，如此周而復(fù)始，由化合反應(yīng)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，使化合反應(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，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]上述的發(fā)明中，在化合反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)室壁體(7)與外殼(9)之間的空間中設(shè)置冷卻盤管(24)，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)氣通過循環(huán)氣輸入口(23)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，由化合反應(yīng)器自己在內(nèi)部不斷產(chǎn)生循環(huán)動(dòng)力。本發(fā)明采用冷卻盤管(24)作為下降通道(V)中的冷卻裝置，使冷卻管均勻地盤繞在下降通道(V)中，實(shí)現(xiàn)下降通道(V)的降溫作用，冷卻盤管(24)只需一個(gè)輸入接口和一個(gè)輸出接口，因此，在外殼(9)的上段和下段，各只有一個(gè)穿出點(diǎn)，與冷卻管束的冷卻裝置相t匕，省略了分水箱和集水箱，并且，制作更簡單和節(jié)省材料。
[0010] 上述的發(fā)明中，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，選用市場現(xiàn)有產(chǎn)品。
[0011 ] 上述的發(fā)明中，在下氣室(III)中設(shè)置集氣罩(19)以及在循環(huán)氣輸入口(23)上有循環(huán)氣連通管(13)，集氣罩(19)的頂部連接到循環(huán)氣連通管(13)的輸入口上，其作用是使未反應(yīng)氣在集氣罩(19)聚集，使集氣罩(19)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(19)的頂部，從而防止下氣室(III)中的氣態(tài)目標(biāo)產(chǎn)物通過循環(huán)氣輸入口(23)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]上述的發(fā)明中，在下氣室(III)中設(shè)置氣液分離器(14)，其目的是把目標(biāo)產(chǎn)物及時(shí)分離出來，降低化合反應(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，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(14)包括百頁窗式分離器、盤管冷卻分離器和表冷器式分離器，當(dāng)使用百頁窗式分離器時(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)過程中遇到百頁檔板時(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]上述的發(fā)明中，循環(huán)氣輸入口(23)設(shè)計(jì)為多通孔的半隔斷結(jié)構(gòu)，使得反應(yīng)室(IV)中的催化劑不會通過循環(huán)氣輸入口(23)泄漏，而多通孔的半隔斷結(jié)構(gòu)不會阻礙未反應(yīng)氣進(jìn)入反應(yīng)室(IV)內(nèi)。
[0014]上述的發(fā)明中，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]本發(fā)明的有益效果是:設(shè)計(jì)的一種自循環(huán)化合反應(yīng)器，采用冷卻盤管作為下降通道中的冷卻裝置，在確保實(shí)現(xiàn)下降通道的降溫作用時(shí)，使得結(jié)構(gòu)更簡單，減少材料用量；生產(chǎn)時(shí)，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，在化學(xué)合成的生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。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?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0016]附圖是本發(fā)明的一種自循環(huán)化合反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖中:1.頂蓋，2.密封圈a，3.上端頭，4.密封圈b，5.上支撐件，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.催化劑卸料出口，12.催化劑卸料管，13.循環(huán)氣連通管，14.氣液分離器，15.下端頭，16.產(chǎn)物出口，17.產(chǎn)物輸出管，18.密封圈c，19.集氣罩，20.原料補(bǔ)氣接口，21.冷卻水進(jìn)口，22.下支撐件，23.循環(huán)氣輸入口，24.冷卻盤管，25.冷卻水出口，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】
[0018]附圖所示的實(shí)施例中，自循環(huán)化合反應(yīng)器主要由反應(yīng)室(IV)、上氣室(VI)、冷卻盤管(24)、下降通道(V)、下氣室(III)和外殼(9)組成，其中，反應(yīng)室(IV)、上氣室(VI)、冷卻盤管(24)、下降通道(V)和下氣室(III)設(shè)置在外殼(9)的內(nèi)空間中，上氣室(VI)在反應(yīng)室
(IV)的上方，反應(yīng)室(IV)的下方為下氣室(III)，下降通道(V)由外殼(9)的中段殼體與反應(yīng)室壁體(7)之間的空間構(gòu)成；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；下氣室(III)由下端頭(15)和外殼(9)下段殼體圍成的內(nèi)空間構(gòu)成；反應(yīng)室(IV)連通到上氣室(VI)，上氣室(VI)通過下降通道(V)連通到下氣室(III);反應(yīng)室壁體(7)由圓筒體側(cè)壁和圓弧底構(gòu)成，反應(yīng)室壁體(7)通過上支撐件(5)和下支撐件(22)連接在外殼(9)的殼體上，在反應(yīng)室壁體(7 )的圓弧底部有循環(huán)氣輸入口( 23 )接入和催化劑卸料出口( 11)接出；冷卻盤管(24)設(shè)置在下降通道(V)中，冷卻盤管(24)的下端穿出外殼(9)下段的殼體連接到冷卻水進(jìn)口(21)上，冷卻盤管(24)的上端穿出外殼(9)上段的殼體連接到冷卻水出口(25)上；下氣室(III)有原料補(bǔ)氣接口(20)接入，下氣室(III)通過循環(huán)氣輸入口(23)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
(16)接出。本實(shí)施例中，循環(huán)氣輸入口(23)為多通孔的半隔斷結(jié)構(gòu)；在反應(yīng)室壁體(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，選用市售產(chǎn)品；在反應(yīng)室的循環(huán)氣輸入口(23)上有循環(huán)氣連通管(13)，在下氣室(III)中設(shè)置集氣罩(19)，集氣罩(19)的頂部連接到循環(huán)氣連通管(13)的輸入口上，集氣罩(19)的內(nèi)空間構(gòu)成集氣室(II)，集氣室(II)通過循環(huán)氣連通管(13)連通到反應(yīng)室(IV);在下氣室(III)中有氣液分離器(14)，氣液分離器(14)為盤管冷卻分離器，選用市售產(chǎn)品；在上端頭(3)的頂上有催化劑加料口(νπ)，催化劑加料口(νπ)通過頂蓋(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b (4);下端頭(15)為圓弧底結(jié)構(gòu)，下端頭(15)安裝在外殼(9)的下端口，外殼(9)的下端口與下端頭(15)的連接面之間有密封圈c (18);在上氣室(VI)中有溫度傳感器(6)。
[0019]本實(shí)施例在生產(chǎn)上應(yīng)用時(shí)，把冷卻水進(jìn)口(21)連接到冷卻系統(tǒng)的供水管上，把冷卻水出口(25)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，然后向化合反應(yīng)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)，會產(chǎn)生熱量，所生成的反應(yīng)熱會使反應(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)受到冷卻盤管
(24)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(14)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)物通過產(chǎn)物出口( 16)和產(chǎn)物輸出管(17)輸出進(jìn)入產(chǎn)品貯罐，未反應(yīng)氣通過循環(huán)氣連通管(13)由循環(huán)氣輸入口(23)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原料補(bǔ)氣接口(20)進(jìn)行補(bǔ)充，如此周而復(fù)始，由化合反應(yīng)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，使化合反應(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，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)過程中，通過溫度傳感器(6)獲得反應(yīng)室(IV)中的溫度，然后通過操作加熱器
(10)運(yùn)行或停止來控制反應(yīng)室(IV)中的溫度，使之符合化學(xué)合成的溫度要求。
[0020]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合反應(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(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合反應(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(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合反應(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】
1.一種自循環(huán)化合反應(yīng)器，其特征是化合反應(yīng)器主要由反應(yīng)室(IV)、上氣室(VI)、冷卻盤管(24)、下降通道(V)、下氣室(ΠΙ)和外殼(9)組成，其中，反應(yīng)室(IV)、上氣室(VI)、冷卻盤管(24)、下降通道(V)和下氣室(III)設(shè)置在外殼(9)的內(nèi)空間中，上氣室(VI)在反應(yīng)室(IV)的上方，反應(yīng)室(IV)的下方為下氣室(III)，下降通道(V)由外殼(9)的中段殼體與反應(yīng)室壁體(7)之間的空間構(gòu)成；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；下氣室(III)由下端頭(15)和外殼(9)下段殼體圍成的內(nèi)空間構(gòu)成；反應(yīng)室(IV)連通到上氣室(VI)，上氣室(VI)通過下降通道(V)連通到下氣室(III)； 反應(yīng)室壁體(7)由圓筒體側(cè)壁和圓弧底構(gòu)成，反應(yīng)室壁體(7)通過上支撐件(5)和下支撐件(22)連接在外殼(9)的殼體上，在反應(yīng)室壁體(7)的側(cè)壁下部或圓弧底部有循環(huán)氣輸入口(23)接入和催化劑卸料出口(11)接出；冷卻盤管(24)設(shè)置在下降通道(V)中，冷卻盤管(24)的下端穿出外殼(9)下段的殼體連接到冷卻水進(jìn)口(21)上，冷卻盤管(24)的上端穿出外殼(9)上段的殼體連接到冷卻水出口(25)上；下氣室(III)有原料補(bǔ)氣接口(20)接入，下氣室(III)通過循環(huán)氣輸入口(23)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( 16)接出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自循環(huán)化合反應(yīng)器，其特征是循環(huán)氣輸入口(23)為多通孔的半隔斷結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自循環(huán)化合反應(yīng)器，其特征是在反應(yīng)室壁體(7)的外側(cè)壁上安裝絕熱層(8)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自循環(huán)化合反應(yīng)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。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自循環(huán)化合反應(yīng)器，其特征是在反應(yīng)室的循環(huán)氣輸入口(23)上有循環(huán)氣連通管(13)，在下氣室(III)中設(shè)置集氣罩(19)，集氣罩(19)的頂部連接到循環(huán)氣連通管(13)的輸入口上，集氣罩(19)的內(nèi)空間構(gòu)成集氣室(II )，集氣室(II)通過循環(huán)氣連通管(13)連通到反應(yīng)室(IV)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自循環(huán)化合反應(yīng)器，其特征是在下氣室(III)中有氣液分離器(14)，氣液分離器(14)包括百頁窗式分離器、盤管冷卻分離器和表冷器式分離器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自循環(huán)化合反應(yīng)器，其特征是在上端頭(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)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自循環(huán)化合反應(yīng)器，其特征是上端頭(3)為圓盤式結(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b⑷。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自循環(huán)化合反應(yīng)器，其特征是下端頭(15)為圓弧底結(jié)構(gòu)，下端頭(15)安裝在外殼(9)的下端口，外殼(9)的下端口與下端頭(15)的連接面之間有密封圈c (18)。
【文檔編號】B01J8/12GK103706308SQ201310682627
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月16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