靜電協(xié)同催化的合成反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】一種靜電協(xié)同催化的合成反應(yīng)器，涉及到一種化學(xué)合成反應(yīng)器。主要由電離室a、電離室b、合成室、反應(yīng)室、上氣室、下降通道和下氣室組成，電離室a內(nèi)有中心電極a，電離室b內(nèi)有中心電極b，合成室的前端有混合氣輸出接口接出，合成室嵌入在外壁的內(nèi)空間中，合成室的殼體與外壁之間的空間構(gòu)成熱交換室，熱交換室內(nèi)有螺旋肋板。反應(yīng)室、上氣室、下降通道和下氣室設(shè)置在外殼的內(nèi)空間中，反應(yīng)室壁體通過上支撐件和下支撐件連接在外殼的內(nèi)側(cè)面上，反應(yīng)室連通到上氣室，上氣室通過下降通道連通到下氣室。本發(fā)明采用靜電協(xié)同催化的措施把原料氣進(jìn)行化合反應(yīng)，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】靜電協(xié)同催化的合成反應(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]在靜電場中，原子或分子內(nèi)的電子得到能量，就會受到激發(fā)而從正常的穩(wěn)定狀態(tài)躍遷到高能級狀態(tài)，使氣體分子獲得能量，取出電子而電離成活性的離子氣，同時，電子在電場中被加速，自由程長的電子從電場中獲得足夠的動能，與氣體分子碰撞后就使氣體分子得到電離和活化。
[0003]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。
[0004]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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]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，設(shè)計一種靜電協(xié)同催化的合成反應(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)過程中實現(xiàn)節(jié)能減排。
[0006]本發(fā)明的一種靜電協(xié)同催化的合成反應(yīng)器，其特征是反應(yīng)器主要由電離室aO/Π)、電離室b (VDI)、合成室(VI)、反應(yīng)室(I )、上氣室(X)、下降通道(IX)和下氣室(II)組成，其中，電離室a (νπ)由外電極a (31)的內(nèi)空間構(gòu)成，外電極a (31)為圓筒體結(jié)構(gòu)，電離室a(VD)內(nèi)有中心電極a (32)，中心電極a (32)的后端通過絕緣端頭a (30)連接在外電極a
(31)的后端；電離室b (VDI)由外電極b (35)的內(nèi)空間構(gòu)成,夕卜電極b (35)為圓筒體結(jié)構(gòu)，電離室b (VDI)內(nèi)有中心電極b (39)，中心電極b (39)的后端通過絕緣端頭b (36)連接在外電極b (35)的后端；合成室(VI)由殼體(43)的內(nèi)空間構(gòu)成，殼體(43)為圓筒體結(jié)構(gòu)，殼體(43)的后端通過絕緣連接件(33)分別連接到外電極a (31)的前端和外電極b (35)的前端，電離室a (YD)通過離子氣通道(34)連通到合成室(VI)，電離室b (VDI)直接連通到合成室(VI);合成室(VI)的前部呈漸縮的倒喇叭口結(jié)構(gòu)，合成室(VI)的前端有混合氣輸出接口
(23)接出；合成室(VI)嵌入在外壁(24)的內(nèi)空間中，外壁(24)為圓筒體結(jié)構(gòu)，外壁(24)的兩端有封頭進(jìn)行封閉，合成室(VI)的殼體(43)與外壁(24)之間的空間構(gòu)成熱交換室(V)，熱交換室(V)內(nèi)有螺旋肋板(25)，螺旋肋板(25)焊接在合成室(VI)的殼體(43)上；在熱交換室前端的外壁(24)上有輸入端口(44)接入，在在熱交換室后端的外壁(24)上有輸出端口(42)接出。反應(yīng)室(I )、上氣室(X)、下降通道(IX)和下氣室(II)設(shè)置在外殼(9)的內(nèi)空間中，反應(yīng)室(I )由壁體(7 )的內(nèi)空間構(gòu)成，壁體(7 )呈圓筒側(cè)壁圓弧底結(jié)構(gòu)，壁體(7 )通過上支撐件(5)和下支撐件(50)連接在外殼(9)的內(nèi)側(cè)面上，壁體(7)的下部或圓弧底上有循環(huán)氣輸入口( 12)接入和催化劑卸料出口( 11)接出，循環(huán)氣輸入口( 12)上連接有循環(huán)氣連通管(13)，循環(huán)氣連通管(13)從下氣室部位的外殼(9)穿出后連接到未反應(yīng)氣輸入口(48)上；上氣室(X)由上端頭(3)和外殼(9)上段圍護(hù)的空間構(gòu)成，上端頭(3)呈圓盤體結(jié)構(gòu)，上端頭(3)上有催化劑加料口(XI)，催化劑加料口(XI)由頂蓋(I)進(jìn)行封閉；下降通道(IX)由壁體(7)與外殼(9)中段之間的空間構(gòu)成，下降通道(IX)中有冷卻盤管(51)，冷卻盤管(51)的下端從外殼(9)的下部穿出后連接到冷卻水進(jìn)口(49)上，冷卻盤管(51)的上端從外殼(9)的上部穿出后連接到冷卻水出口(52)上；下氣室(II)由下端頭(21)和外殼(9)下段圍護(hù)的空間構(gòu)成，下氣室(II)中有集氣罩(16)，集氣罩(16)的內(nèi)空間構(gòu)成集氣室(III)，集氣室(III)的頂上有集氣管(15)接出，集氣管(15)從下氣室部位的外殼(9)穿出后連接到未反應(yīng)氣輸出口(47)上；反應(yīng)室(I)連通到上氣室(X)，上氣室(X)通過下降通道(IX)連通到下氣室(II)。下氣室(II)的下部為集液區(qū)(IV)，集液區(qū)(IV)的底部有產(chǎn)物出口(19)接出；下氣室(II)的中部有混合氣輸入接口(22)接入，下氣室(II)的混合氣輸入接口(22)連接到合成室(VI)的混合氣輸出接口(23);集氣管(15)上的未反應(yīng)氣輸出口(47)通過連接管b (46)連接到熱交換室(V)的輸入端口(44)上；循環(huán)氣連通管(13)上的未反應(yīng)氣輸入口(48)連接到熱交換室(V)的輸出端口(42)上。
[0007]本發(fā)明中，電離室a (YD)的后端有原料氣輸入接口 a (26)以切線方向接入，離子氣通道(34)以切線方式連通到合成室(VI)中，離子氣通道(34)連通到合成室(VI)的角度與電離室b (VDI)連通到合成室(VI)的角度呈相互垂直；電離室b (VDI)的后端有原料氣輸入接口 b (41)以切線方式接入，電離室a (YD)通過離子氣通道(34)進(jìn)入合成室(VI)的切線方向與電離室b (珊)進(jìn)入合成室(VI)的切線方向相反；伸進(jìn)電離室a (YD)中的中心電極a (32)上有石英套管a (27)進(jìn)行封裝，中心電極a (32)的后端有電極接口 a (28)，使用電極緊固件a (29)把中心電極a (32)固定在絕緣端頭a (30)上；伸進(jìn)電離室b (VDI)中的中心電極b (39)上有石英套管b (40)進(jìn)行封裝，中心電極b (39)的后端有電極接口b (38)，使用電極緊固件b (37)把中心電極b (39)固定在絕緣端頭b (36)上；循環(huán)氣輸入口(12)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(I )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；在下氣室(II)中有氣液分離器(18)，氣液分離器(18)包括百頁窗式分離器、盤管冷卻分離器和表冷器式分離器。
[0008]上述的發(fā)明中，把離子氣通道(34)以切線方式連通到合成室(VI)，并且其的角度與電離室b (VDI)連通到合成室(VI)的角度進(jìn)行相互垂直設(shè)計以及采取離子氣通道(34)的切線方向與電離室b (珊)的原料氣輸入接口 b (41)的切線方向相反的措施，其目的是為了能使進(jìn)入到合成室(VI)的二種電離后原料氣進(jìn)行更好的混合，更有利于完成化學(xué)合成反應(yīng)。
[0009] 上述發(fā)明中，由于反應(yīng)室(I )、上氣室(X)、下降通道(IX)和下氣室(II)同在外殼
[9]的空間內(nèi)，并且反應(yīng)室(I)直接連通到上氣室(X)、上氣室(X)直接連通到下降通道(IX)、下降通道(IX)直接連通到下氣室(II )，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(I )的壁體(7)不承受壓力，可以大大減少壁體(7)的材料用量。
[0010]上述的發(fā)明在應(yīng)用時，需配備高壓靜電發(fā)生器，把靜電發(fā)生器的高壓電源正極分別連接到外電極a (31)上和電極接口 b (38)上，把靜電發(fā)生器的高壓電源負(fù)極分別連接到外電極b (35)上和電極接口 a (28)上，通電后，便在電離室a (VD中產(chǎn)生正極性的靜電場，在電離室b (珊)中產(chǎn)生負(fù)極性的靜電場。靜電場是電荷周圍空間存在的一種特殊形態(tài)的物質(zhì)，在電場力的作用下出現(xiàn)靜電感應(yīng)現(xiàn)象，使原來中和的氣體分子出現(xiàn)正、負(fù)電荷分離現(xiàn)象。當(dāng)向電離室a (VD中輸入?yún)⒂诨瘜W(xué)合成反應(yīng)其中的一種原料氣和向電離室b(VDI)中輸入?yún)⒂诨瘜W(xué)合成反應(yīng)中的另一種原料氣時，二種原料氣分別在電離室a (VD中和電離室b (珊)中被電離為活性物質(zhì)，輸入到電離室a (YD)的原料氣成為帶正電子的活性離子氣，輸入到電離室b (VDI)中原料氣成為帶負(fù)電子的活性離子氣，當(dāng)帶正電子的活性離子氣和帶負(fù)電子的活性離子氣在合成室(VI)中混合后，根據(jù)異性相吸的原理，極容易進(jìn)行化學(xué)合成而成為目標(biāo)產(chǎn)物。本發(fā)明把參與化學(xué)反應(yīng)的原料分別進(jìn)行電離活化，使之成為不同極性的活性離子氣，使得化合反應(yīng)變得容易進(jìn)行。由于存在可逆反應(yīng)，所以從合成室(VI)輸出的是目標(biāo)產(chǎn)物與未反應(yīng)氣的混合物，混合物輸入到下氣室(II)中進(jìn)行氣液分離，把液態(tài)的目標(biāo)產(chǎn)物從反應(yīng)器中分離出來，再把未反應(yīng)氣通過自循環(huán)方式逐漸在反應(yīng)室(I )中化合為目標(biāo)產(chǎn)物。
[0011]上述的發(fā)明采取靜電協(xié)同催化的措施把原料氣化合為目標(biāo)產(chǎn)物，以提高催化效率，進(jìn)而提高產(chǎn)量。具體實施時，還把冷卻水進(jìn)口(49)連接到冷卻系統(tǒng)的供水管上，把冷卻水出口(52)連接到冷卻系統(tǒng)的回水管上，同時在反應(yīng)室(I )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，然后分別通過原料氣輸入接口 a (26)和原料氣輸入接口 b (41)向電離室a (YD)和電離室b (珊)輸入不同的參與化學(xué)反應(yīng)的原料氣，不同的原料氣分別在電離室a (YD)和電離室b (珊)中被電離為不同極性的離子氣，不同極性的離子氣進(jìn)入到合成室(VI)進(jìn)行混合，化合為目標(biāo)產(chǎn)物；目標(biāo)產(chǎn)物與未反應(yīng)氣進(jìn)入到下氣室(II)中，通過氣液分離器(18)進(jìn)行分離，把目標(biāo)產(chǎn)物以液態(tài)分離出來，未反應(yīng)氣通過集氣管(15)和連接管b
(46)進(jìn)入熱交換室(V)進(jìn)行預(yù)熱，然后通過連接管a (45)和循環(huán)氣連通管(13)由循環(huán)氣輸入口( 12)進(jìn)入反應(yīng)室(I )，在催化劑存在的條件下，進(jìn)行化合反應(yīng)，生成目標(biāo)產(chǎn)物，在進(jìn)行化合反應(yīng)時，會產(chǎn)生熱量，所生成的反應(yīng)熱會使反應(yīng)室(I )內(nèi)升溫，從而使反應(yīng)室(I )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，進(jìn)入到上氣室(X)中；同時，下降通道(IX)受到冷卻盤管(51)的冷卻作用，使下降通道(IX)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，進(jìn)入到下氣室(II)中，氣態(tài)混合物在下氣室(II)中經(jīng)氣液分離器(18)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( 19)和產(chǎn)物輸出管(20)輸出進(jìn)入產(chǎn)品貯罐，未反應(yīng)氣通過集氣管(15)、熱交換室(V)、循環(huán)氣連通管(13)由循環(huán)氣輸入口( 12)進(jìn)入反應(yīng)室(I )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氣輸入接口 a (26)和原料氣輸入接口 b (41)進(jìn)行補(bǔ)充，如此周而復(fù)始，由反應(yīng)器自己在內(nèi)部等壓條件形成自動循環(huán)，并及時分離出目標(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，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，提高了催化效率，實現(xiàn)節(jié)能減排。
[0012]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(51)，使氣態(tài)混合物快速降溫而進(jìn)行下降運(yùn)動，自動產(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(IX)，把上氣室(X )中的氣態(tài)混合物引入到下氣室(II)中，再在下氣室(II)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(12)及時補(bǔ)充進(jìn)反應(yīng)室(I )內(nèi)，推動反應(yīng)室(I )內(nèi)升溫的氣態(tài)混合物加速上升運(yùn)動，反應(yīng)室(I )內(nèi)加速上升運(yùn)動的氣態(tài)混合物又通過循環(huán)作用使下降通道(IX)內(nèi)的氣態(tài)混合物加速下降運(yùn)動，由此，由反應(yīng)器自己在內(nèi)部不斷產(chǎn)生循環(huán)動力。本發(fā)明采用冷卻盤管(51)作為下降通道(IX)中的冷卻裝置，使冷卻盤管均勻地盤繞在下降通道(IX)中，實現(xiàn)下降通道(IX)的降溫作用，下降通道(IX)只需一個輸入接口和一個輸出接口，因此，在外殼(9)的上段和下段，各只有一個穿出點，與冷卻管束的冷卻裝置相比，省略了分水箱和集水箱，并且，制作更簡單和節(jié)省材料。
[0013]上述的發(fā)明中，在熱交換室(V)中設(shè)置螺旋肋板(25)，螺旋肋板(25)焊接在合成室的殼體(43)上，使合成室(VI)中產(chǎn)生的反應(yīng)熱能及時移進(jìn)熱交換室(V)中，提供給未反應(yīng)器進(jìn)行預(yù)熱，螺旋肋板(25)使熱交換室(V)中形成螺旋通道，使得物理行程得到延長和換熱面積增大，從而提高了換熱效率。
[0014]上述的發(fā)明中，在反應(yīng)室(I )的下部設(shè)置加熱器(10)的作用是為反應(yīng)室(I )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)行時進(jìn)行操作溫度的調(diào)節(jié)，同時，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。
[0015]上述的發(fā)明中，在下氣室(II)中設(shè)置集氣罩(16)，其作用是使未反應(yīng)氣在集氣罩
[16]聚集，使集氣罩(16)的內(nèi)空間構(gòu)成集氣室(III)，使比重大的目標(biāo)產(chǎn)物進(jìn)不到集氣罩
(16)的頂部，從而防止下氣室(II)中的氣態(tài)目標(biāo)產(chǎn)物反饋到反應(yīng)室(I )內(nèi)，有利于提高反應(yīng)室(I )內(nèi)的催化效率。
[0016]上述的發(fā)明中，在下氣室(II)中設(shè)置氣液分離器(18)，其目的是把目標(biāo)產(chǎn)物及時分離出來，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(18)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，以碰撞分離方式進(jìn)行氣液分離，混合物中的霧化產(chǎn)物粒子在流動過程中遇到百頁檔板時，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，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，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(II)的室溫降低到目標(biāo)產(chǎn)物的蒸發(fā)溫度以下時，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。[0017]上述的發(fā)明中，循環(huán)氣輸入口(12)設(shè)計為多通孔的半隔斷結(jié)構(gòu)，使得反應(yīng)室(I )中的催化劑不會通過循環(huán)氣輸入口(12)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(I )內(nèi)。
[0018]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(I )內(nèi)的反應(yīng)熱不會影響到下降通道(IX)的冷卻作用，同時也使下降通道(IX)的冷卻作用不會影響到反應(yīng)室(I )內(nèi)的升溫作用，從而保證反應(yīng)室(I )內(nèi)保持化學(xué)反應(yīng)需要的溫度。
[0019]上述的發(fā)明中，高壓靜電發(fā)生器輸出的高壓電為12KV以上的直流電；絕緣端頭a
(30)、電極緊固件a (29)、絕緣連接件(33)、絕緣端頭b (36)和電極緊固件b (37)采用絕緣材料制作，所述的絕緣材料制作包括聚四氟乙烯、膠木、氧化鋁陶瓷等材料，其它部件采用金屬材料制作。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:采用靜電協(xié)同催化的措施，把參與化學(xué)反應(yīng)的原料氣分別通過電離為不同極性的離子氣，再進(jìn)行化合反應(yīng)，使得反應(yīng)更容易進(jìn)行，提高了催化率。生產(chǎn)時，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。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】
[0021]附圖是本發(fā)明的一種靜電協(xié)同催化的合成反應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖。
[0022]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.循環(huán)氣輸入口，
13.循環(huán)氣連通管，14.催化劑卸料管，15.集氣管，16.集氣罩，17.密封圈C，18.氣液分離器，19.產(chǎn)物出口，20.產(chǎn)物輸出管，21.下端頭，22.混合氣輸入接口，23.混合氣輸出接口，24.熱交換室的外壁，25.螺旋肋板，26.原料氣輸入接口 a，27.石英套管a，28.電極接口 a，29.電極緊固件a，30.絕緣端頭a，31.外電極a，32.中心電極a，33.絕緣連接件，34.離子氣通道，35.外電極b，36.絕緣端頭b，37.電極緊固件b，38.電極接口 b，39.中心電極b，40.石英套管b，41.原料氣輸入接口 b，42.熱交換室的輸出端口，43.合成室的殼體，44.熱交換室的輸入端口，45.連接管a，46.連接管b，47.未反應(yīng)氣輸出口，48.未反應(yīng)氣輸入口，49.冷卻水進(jìn)口，50.下支撐件，51.冷卻盤管，52.冷卻水出口，1.反應(yīng)室，I1.下氣室，
II1.集氣室，IV.集液區(qū)，V.熱交換室，VI.合成室，νπ.電離室a，VDK電離室b，IX.下降通道，X.上氣室，X1.催化劑加料口。
【具體實施方式】
[0023]附圖所示的實施例中，靜電協(xié)同催化的合成反應(yīng)器主要由電離室a (YD)、電離室b(VDI)、合成室(VI)、反應(yīng)室(I )、上氣室(X)、下降通道(IX)和下氣室(II)組成，其中，電離室a (νπ)由外電極a (31)的內(nèi)空間構(gòu)成，外電極a (31)為圓筒體結(jié)構(gòu)，電離室a (VD內(nèi)有中心電極a (32)，中心電極a (32)的后端通過絕緣端頭a (30)連接在外電極a (31)的后端；電離室b (VDI)由外電極b (35)的內(nèi)空間構(gòu)成，外電極b (35)為圓筒體結(jié)構(gòu)，電離室b(VDI)內(nèi)有中心電極b (39)，中心電極b (39)的后端通過絕緣端頭b (36)連接在外電極b
(35)的后端；合成室(VI)由殼體(43)的內(nèi)空間構(gòu)成，殼體(43)為圓筒體結(jié)構(gòu)，殼體(43)的后端通過絕緣連接件(33)分別連接到外電極a (31)的前端和外電極b (35)的前端，電離室a (YD)通過離子氣通道(34)連通到合成室(VI)，電離室b (VDI)直接連通到合成室(VI);合成室(VI)的前部呈漸縮的倒喇叭口結(jié)構(gòu)，合成室(VI)的前端有混合氣輸出接口(23)接出；合成室(VI)嵌入在外壁(24)的內(nèi)空間中，外壁(24)為圓筒體結(jié)構(gòu)，外壁(24)的兩端有封頭進(jìn)行封閉，合成室(VI)的殼體(43)與外壁(24)之間的空間構(gòu)成熱交換室(V)，熱交換室(V )內(nèi)有螺旋肋板(25)，螺旋肋板(25)焊接在合成室(VI)的殼體(43)上；在熱交換室前端的外壁(24)上有輸入端口(44)接入，在在熱交換室后端的外壁(24)上有輸出端口(42)接出。反應(yīng)室(I )、上氣室(X)、下降通道(IX)和下氣室(II)設(shè)置在外殼(9)的內(nèi)空間中，反應(yīng)室(I )由壁體(7)的內(nèi)空間構(gòu)成，壁體(7)呈圓筒側(cè)壁圓弧底結(jié)構(gòu)，壁體(7)通過上支撐件(5)和下支撐件(50)連接在外殼(9)的內(nèi)側(cè)面上，壁體(7)的圓弧底上有循環(huán)氣輸入口( 12)接入和催化劑卸料出口( 11)接出，循環(huán)氣輸入口( 12)上連接有循環(huán)氣連通管(13)，循環(huán)氣連通管(13)從下氣室部位的外殼(9)穿出后連接到未反應(yīng)氣輸入口(48)上；上氣室(X)由上端頭(3)和外殼(9)上段圍護(hù)的空間構(gòu)成，上端頭(3)呈圓盤體結(jié)構(gòu)，上端頭(3)上有催化劑加料口(XI)，催化劑加料口(XI)由頂蓋(I)進(jìn)行封閉；下降通道(IX)由壁體(7)與外殼(9)中段之間的空間構(gòu)成，下降通道(IX)中有冷卻盤管(51)，冷卻盤管(51)的下端從外殼(9)的下部穿出后連接到冷卻水進(jìn)口(49)上，冷卻盤管(51)的上端從外殼(9)的上部穿出后連接到冷卻水出口(52)上；下氣室(II)由下端頭(21)和外殼(9)下段圍護(hù)的空間構(gòu)成，下氣室(II)中有集氣罩(16)，集氣罩(16)的內(nèi)空間構(gòu)成集氣室(III)，集氣室(III)的頂上有集氣管(15)接出，集氣管(15)從下氣室部位的外殼(9)穿出后連接到未反應(yīng)氣輸出口(47)上；反應(yīng)室(I )連通到上氣室(X )，上氣室(X )通過下降通道(IX)連通到下氣室(II)0下氣室(II)的下部為集液區(qū)(IV)，集液區(qū)(IV)的底部有產(chǎn)物出口( 19)接出；下氣室
(II)的中部有混合氣輸入接口(22)接入，下氣室(II)的混合氣輸入接口(22)連接到合成室(VI)的混合氣輸出接口(23);集氣管(15)上的未反應(yīng)氣輸出口(47)通過連接管b (46)連接到熱交換室(V )的輸入端口(44)上；循環(huán)氣連通管(13)上的未反應(yīng)氣輸入口(48)連接到熱交換室(V)的輸出端口(42)上。本實施例中，電離室a (YD)的后端有原料氣輸入接口 a (26)以切線方向接入，離子氣通道(34)以切線方式連通到合成室(VI)中，離子氣通道
(34)連通到合成室(VI)的角度與電離室b (VDI)連通到合成室(VI)的角度呈相互垂直；電離室b (VDI)的后端有原料氣輸入接口 b (41)以切線方式接入，電離室a (YD)通過離子氣通道(34)進(jìn)入合成室(VI)的切線方向與電離室b (VDI)進(jìn)入合成室(VI)的切線方向相反；伸進(jìn)電離室a (YD)中的中心電極a (32)上有石英套管a (27)進(jìn)行封裝，中心電極a (32)的后端有電極接口 a (28)，使用電極緊固件a (29)把中心電極a (32)固定在絕緣端頭a
(30)上；伸進(jìn)電離室b (VDI)中的中心電極b (39)上有石英套管b (40)進(jìn)行封裝，中心電極b (39)的后端有電極接口 b (38)，使用電極緊固件b (37)把中心電極b (39)固定在絕緣端頭b (36)上；循環(huán)氣輸入口(12)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(I )的下部有加熱器(10)，加熱器(10)為電熱器，選用市售產(chǎn)品；在下氣室(II)中有氣液分離器(18)，氣液分離器(18)為表冷器式分離器，選用市售產(chǎn)品；在頂蓋(I)與上端頭(3)連接面之間有密封圈a (2);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(21)為圓弧底結(jié)構(gòu)，下端頭(21)安裝在外殼(9)的下端口，外殼(9)的下端口與下端頭(21)的連接面之間有密封圈c (17);在上氣室(X)中有溫度傳感器(6)。本實施例中，絕緣端頭a (30)、電極緊固件a (29)、絕緣連接件(33)、絕緣端頭b (36)和電極緊固件b (37)采用絕緣材料制作，所述的絕緣材料制作包括聚四氟乙烯、膠木、氧化鋁陶瓷等材料，其它部件采用金屬材料制作。
[0024]本實施例采取靜電協(xié)同催化的措施把原料氣化合為目標(biāo)產(chǎn)物。在應(yīng)用時，配備高壓靜電發(fā)生器，把靜電發(fā)生器的高壓電源正極分別連接到外電極a (31)上和電極接口 b
(38)上，把靜電發(fā)生器的高壓電源負(fù)極分別連接到外電極b (35)上和電極接口 a (28)上；把冷卻水進(jìn)口(49)連接到冷卻系統(tǒng)的供水管上，把冷卻水出口(52)連接到冷卻系統(tǒng)的回水管上，同時在反應(yīng)室(I )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。對電離室a (YD)和電離室b (VDI)施加3萬伏的直流電后，便在電離室a (YD)中產(chǎn)生正極性的靜電場，在電離室b (珊)中產(chǎn)生負(fù)極性的靜電場；然后分別通過原料氣輸入接口 a (26)和原料氣輸入接口 b (41)向電離室a (YD)和電離室b (VDI)輸入不同的參與化學(xué)反應(yīng)的原料氣,不同的原料氣分別在電離室a (YD)和電離室b (珊)中被電離為不同極性的離子氣，不同極性的離子氣進(jìn)入到合成室(VI)進(jìn)行混合，化合為目標(biāo)產(chǎn)物；目標(biāo)產(chǎn)物與未反應(yīng)氣進(jìn)入到下氣室
(II)中，通過氣液分離器(18)進(jìn)行分離，把目標(biāo)產(chǎn)物以液態(tài)分離出來，未反應(yīng)氣通過集氣管
(15)和連接管b (46)進(jìn)入熱交換室(V)進(jìn)行預(yù)熱，然后通過連接管a (45)和循環(huán)氣連通管(13)由循環(huán)氣輸入口( 12)進(jìn)入反應(yīng)室(I )，在催化劑存在的條件下，進(jìn)行化合反應(yīng)，生成目標(biāo)產(chǎn)物，在進(jìn)行化合反應(yīng)時，會產(chǎn)生熱量，所生成的反應(yīng)熱會使反應(yīng)室(I )內(nèi)升溫，從而使反應(yīng)室(I )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，進(jìn)入到上氣室(X)中；同時，下降通道αχ)受到冷卻盤管(51)的冷卻作用，使下降通道αχ)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，進(jìn)入到下氣室(II)中，氣態(tài)混合物在下氣室(II)中經(jīng)氣液分離器(18)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( 19)和產(chǎn)物輸出管(20)輸出進(jìn)入產(chǎn)品貯罐，未反應(yīng)氣通過集氣管(15)、熱交換室(V)、循環(huán)氣連通管(13)由循環(huán)氣輸入口(12)進(jìn)入反應(yīng)室(I )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氣輸入接口 a (26)和原料氣輸入接口b (41)進(jìn)行補(bǔ)充，如此周而復(fù)始，由反應(yīng)器自己在內(nèi)部等壓條件形成自動循環(huán)，并及時分離出目標(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，使得化合反應(yīng)能持續(xù)進(jìn)行。在生產(chǎn)過程中，通過溫度傳感器(6)獲得反應(yīng)室(I )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(I )中的溫度，使之符合化學(xué)合成的溫度要求。
[0025]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(dāng)作為合成甲醇設(shè)備應(yīng)用時，在合成室(VI)中和反應(yīng)室(I )中設(shè)置以48%的Cu0、46%的ZnO和5%的Al2O3為組份的顆粒狀催化劑，再把一體積的一氧化碳輸入到電離室b (珊)中和把二體積的氫氣輸入到電離室a (YD)中，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，在合成室(VI)中和反應(yīng)室(I )中設(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,再把一體積的一氧化碳輸入到電離室b (VDI)中和二體積的氫氣輸入到電離室a (W)中，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，在合成室(VI)中和反應(yīng)室(I )中設(shè)置以催化劑組份以Fe為主，以A1203、K2O, CaO、SiO2, BaO為促進(jìn)劑，再把一體積的氮氣輸入到電離室b(VDI)中和把三體積的氫氣輸入到電離室a (W)中，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】
1.一種靜電協(xié)同催化的合成反應(yīng)器，其特征是反應(yīng)器主要由電離室a (νπ)、電離室b(VDI)、合成室(VI)、反應(yīng)室(I )、上氣室(X)、下降通道(IX)和下氣室(II)組成，其中，電離室a (νπ)由外電極a (31)的內(nèi)空間構(gòu)成，外電極a (31)為圓筒體結(jié)構(gòu)，電離室a (VD內(nèi)有中心電極a (32)，中心電極a (32)的后端通過絕緣端頭a (30)連接在外電極a (31)的后端；電離室b (VDI)由外電極b (35)的內(nèi)空間構(gòu)成，外電極b (35)為圓筒體結(jié)構(gòu)，電離室b(VDI)內(nèi)有中心電極b (39)，中心電極b (39)的后端通過絕緣端頭b (36)連接在外電極b(35)的后端；合成室(VI)由殼體(43)的內(nèi)空間構(gòu)成，殼體(43)為圓筒體結(jié)構(gòu)，殼體(43)的后端通過絕緣連接件(33)分別連接到外電極a (31)的前端和外電極b (35)的前端，電離室a (YD)通過離子氣通道(34)連通到合成室(VI)，電離室b (VDI)直接連通到合成室(VI);合成室(VI)的前部呈漸縮的倒喇叭口結(jié)構(gòu)，合成室(VI)的前端有混合氣輸出接口(23)接出；合成室(VI)嵌入在外壁(24)的內(nèi)空間中，外壁(24)為圓筒體結(jié)構(gòu)，外壁(24)的兩端有封頭進(jìn)行封閉，合成室(VI)的殼體(43)與外壁(24)之間的空間構(gòu)成熱交換室(V)，熱交換室(V )內(nèi)有螺旋肋板(25)，螺旋肋板(25)焊接在合成室(VI)的殼體(43)上；在熱交換室前端的外壁(24)上有輸入端口(44)接入，在在熱交換室后端的外壁(24)上有輸出端口(42)接出； 反應(yīng)室(I )、上氣室(X)、下降通道(IX)和下氣室(II)設(shè)置在外殼(9)的內(nèi)空間中，反應(yīng)室(I )由壁體(7)的內(nèi)空間構(gòu)成，壁體(7)呈圓筒側(cè)壁圓弧底結(jié)構(gòu)，壁體(7)通過上支撐件(5)和下支撐件(50)連接在外殼(9)的內(nèi)側(cè)面上，壁體(7)的下部或圓弧底上有循環(huán)氣輸入口( 12)接入和催化劑卸料出口( 11)接出，循環(huán)氣輸入口( 12)上連接有循環(huán)氣連通管(13)，循環(huán)氣連通管(13)從下氣室部位的外殼(9)穿出后連接到未反應(yīng)氣輸入口(48)上；上氣室(X)由上端頭(3)和外殼(9)上段圍護(hù)的空間構(gòu)成，上端頭(3)呈圓盤體結(jié)構(gòu)，上端頭(3)上有催化劑加料口(XI)，催化劑加料口(XI)由頂蓋(I)進(jìn)行封閉；下降通道(IX)由壁體(7)與外殼(9)中段之間的空間構(gòu)成，下降通道(IX)中有冷卻盤管(51)，冷卻盤管(51)的下端從外殼(9)的下 部穿出后連接到冷卻水進(jìn)口(49)上，冷卻盤管(51)的上端從外殼(9)的上部穿出后連接到冷卻水出口( 52)上；下氣室(II)由下端頭(21)和外殼(9)下段圍護(hù)的空間構(gòu)成，下氣室(II)中有集氣罩(16)，集氣罩(16)的內(nèi)空間構(gòu)成集氣室(III)，集氣室(III)的頂上有集氣管(15)接出，集氣管(15)從下氣室部位的外殼(9)穿出后連接到未反應(yīng)氣輸出口(47)上；反應(yīng)室(I )連通到上氣室(X)，上氣室(X)通過下降通道(IX)連通到下氣室(II)； 下氣室(II)的下部為集液區(qū)(IV)，集液區(qū)(IV)的底部有產(chǎn)物出口(19)接出；下氣室(II)的中部有混合氣輸入接口(22)接入，下氣室(II)的混合氣輸入接口(22)連接到合成室(VI)的混合氣輸出接口(23);集氣管(15)上的未反應(yīng)氣輸出口(47)通過連接管b (46)連接到熱交換室(V )的輸入端口(44)上；循環(huán)氣連通管(13)上的未反應(yīng)氣輸入口(48)連接到熱交換室(V)的輸出端口(42)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種靜電協(xié)同催化的合成反應(yīng)器，其特征是電離室a(YD)的后端有原料氣輸入接口 a (26)以切線方向接入，離子氣通道(34)以切線方式連通到合成室(VI)中，離子氣通道(34)連通到合成室(VI)的角度與電離室b (VDI)連通到合成室(VI)的角度呈相互垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種靜電協(xié)同催化的合成反應(yīng)器，其特征是電離室b(珊)的后端有原料氣輸入接口 b (41)以切線方式接入，電離室a (VD通過離子氣通道(34)進(jìn)入合成室(VI)的切線方向與電離室b (珊)進(jìn)入合成室(VI)的切線方向相反。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種靜電協(xié)同催化的合成反應(yīng)器，其特征是伸進(jìn)電離室a(YD)中的中心電極a (32)上有石英套管a (27)進(jìn)行封裝，中心電極a (32)的后端有電極接口 a (28)，使用電極緊固件a (29)把中心電極a (32)固定在絕緣端頭a (30)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種靜電協(xié)同催化的合成反應(yīng)器，其特征是伸進(jìn)電離室b(VDI)中的中心電極b (39)上有石英套管b (40)進(jìn)行封裝，中心電極b (39)的后端有電極接口 b (38)，使用電極緊固件b (37)把中心電極b (39)固定在絕緣端頭b (36)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種靜電協(xié)同催化的合成反應(yīng)器，其特征是循環(huán)氣輸入口(12)為多通孔的半隔斷結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種靜電協(xié)同催化的合成反應(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)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種靜電協(xié)同催化的合成反應(yīng)器，其特征是在反應(yīng)室(I)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。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種靜電協(xié)同催化的合成反應(yīng)器，其特征是在下氣室(II)中有氣液分離器(18)，氣液分離器(18)包括百頁窗式分離器、盤管冷卻分離器和表冷器式分離器。`
【文檔編號】B01J8/02GK103706304SQ201310697312
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19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