CN103736428B - 由制冷装置执行分离和预热的一体化合成反应器 - Google Patents
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Abstract
一种由制冷装置执行分离和预热的一体化合成反应器，涉及到一种化学合成反应器。主要由上端头、壳体、壁体、下端头、蒸发盘管、蒸发器、冷凝器和制冷压缩机组成，其中，由上端头、壳体、壁体和下端头构成合成反应器，壁体设置在壳体的内空间中，壁体与壳体之间的空间构成下降通道；壁体的内空间构成反应室和加热室，加热室的下端有布风板，布风板下方部位的壳体内空间构成下气室；由蒸发盘管、蒸发器、冷凝器和制冷压缩机构成冷却装置，蒸发盘管设置在下降通道中，蒸发器设置在下气室中，冷凝器设置在加热室中，制冷压缩机设置在合成反应器的体外。本发明使原料气只需通过一次压缩就能全部合成为目标产物，大幅降低电能消耗和提高催化效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种化工设备，特别涉及到一种化学合成反应器。
背景技术
在化学合成的生产过程中，需要对原料气进行加热，在合适的温度下，化合反应更容易进行，催化效率更高；由于存在可逆反应，因此，在合成反应器中存在的目标产物与未反应气的混合物，常规的合成反应生产是把目标产物与未反应气的混合物在反应器之外采取冷却和蒸馏措施把目标产物分离出来。
在催化剂存在的条件下，大多数化学合成反应都是可逆反应，当目标产物达到一定浓度后，将处于平衡，反应将不再向合成目标产物的方向进行。人们在进行化合反应的生产过程中，为了使反应能继续向目标产物方向进行，必须使混合产物从合成反应器中输出以及向合成反应器内补入新原料气，使合成反应器内的目标产物浓度降低、破坏平衡后使化合反应继续进行，混合产物从合成反应器中输出后，通过分离设备把未反应气分离出来，再把未反应气返回合成反应器内进行循环反应，由于单程催化率仅在20%左右，原料气必须通过多次循环压缩后才能在合成反应器内反应成目标产物，而每次循环压缩都需消耗很大的压缩能耗。
现有的合成反应器中，在应用催化剂合成的条件下，合成氨的操作压力在8MPa以上，合成甲醇的操作压力在3～15MPa之间，合成气直接合成二甲醚的操作压力在2～5MPa之间，要获得上述的操作压力，必须采取多级压缩才能实现，压缩能耗很大，因此，现有的合成反应器必须进行多次循环和多级压缩才能把原料气合成为目标产物的生产过程，存在电能消耗大的缺点。
发明内容
本发明的目的是要克服现有化学合成设备需把原料气进行反复循环压缩电能消耗大的缺点，设计一种由制冷装置执行分离和预热的一体化合成反应器，由合成反应器进行自动循环完成合成反应，使原料气只需通过一次压缩就能全部合成为目标产物，以大幅降低电能消耗和提高催化效率，在合成氨、甲醇、二甲醚的生产及在其它需进行化学合成的生产过程中实现节能减排。
本发明的一种由制冷装置执行分离和预热的一体化合成反应器，其特征是反应器主要由上端头（1）、壳体（28）、壁体（7）、下端头（20）、蒸发盘管（27）、蒸发器（18）、冷凝器（25）和制冷压缩机（14）组成，其中，由上端头（1）、壳体（28）、壁体（7）和下端头（20）构成合成反应器，上端头（1）安装在壳体（28）的上端口，下端头（20）安装在壳体（28）的下端口，壳体（28）和壁体（7）同为圆筒体结构，壁体（7）设置在壳体（28）的内空间中，壁体（7）与壳体（28）之间有空间，壁体（7）与壳体（28）之间的空间构成下降通道（Ⅵ）；壁体（7）的内空间构成反应室（Ⅰ）和加热室（Ⅱ），反应室（Ⅰ）在加热室（Ⅱ）的上方，反应室（Ⅰ）与加热室（Ⅱ）之间有隔板（26），隔板（26）上有过风孔，加热室（Ⅱ）的下端有布风板（24），布风板（24）上有布风孔；布风板（24）下方部位的壳体（28）内空间构成下气室（Ⅳ），反应室（Ⅰ）上方部位的壳体（28）内空间构成上气室（Ⅶ）；下气室（Ⅳ）通过布风板（24）上的布风孔连通到加热室（Ⅱ），加热室（Ⅱ）通过隔板（26）上的过风孔连通到反应室（Ⅰ），反应室（Ⅰ）与上气室（Ⅶ）直接相通，上气室（Ⅶ）通过下降通道（Ⅵ）连通到下气室（Ⅳ）；下气室（Ⅳ）的底部呈圆弧底结构，下气室（Ⅳ）的圆弧底部构成集液区（Ⅲ），集液区（Ⅲ）的圆弧底上有产物出口（19）接出；由蒸发盘管（27）、蒸发器（18）、冷凝器（25）和制冷压缩机（14）构成冷却装置，蒸发盘管（27）设置在下降通道（Ⅵ）中，蒸发器（18）设置在下气室（Ⅳ）中，冷凝器（25）设置在加热室（Ⅱ）中，制冷压缩机（14）设置在合成反应器的体外；蒸发盘管（27）的上端口为回气出口（4），蒸发盘管（27）的下端口为输入接口（13），蒸发器（18）的上端口为输出接口（17），蒸发器（18）的下端口为蒸发入口（16），蒸发器（18）下端的蒸发入口（16）从壳体（28）的下部穿出合成反应器的体外，蒸发器（18）上端的输出接口（17）连接到蒸发盘管（27）下端的输入接口（13）上，蒸发盘管（27）上端的回气出口（4）从壳体（28）的上部穿出合成反应器的体外；冷凝器（25）的上端口为回气进口（9），冷凝器（25）的下端口为冷凝出口（10），冷凝器（25）的回气进口（9）和冷凝出口（10）从加热室（Ⅱ）部位的壁体（7）上穿出合成反应器的体外；制冷压缩机（14）上有排气接口和吸气接口，制冷压缩机（14）的排气接口连接到冷凝器的回气进口（9）上，冷凝器的冷凝出口（10）通过膨胀阀（15）或毛细管连接到蒸发器的蒸发入口（16）上，蒸发盘管的回气出口（4）连接到制冷压缩机（14）的吸气接口上。
本发明中，在布风板（24）以下部位的壁体（7）有向下延伸的延伸段（11），延伸段（11）的内空间构成集气室（Ⅴ）；蒸发器（18）为翅片盘管式结构，当壁体（7）有向下延伸的延伸段（11）时，蒸发器（18）的翅片上端伸入到集气室（Ⅴ）内，下气室（Ⅳ）依次通过蒸发器（18）翅片的间隙、集气室（Ⅴ）和布风板（24）上的布风孔连通到加热室（Ⅱ）；冷凝器（25）为翅片盘管式结构，冷凝器（25）翅片间的空隙形成加热室（Ⅱ）内的气流通道；在冷凝器的冷凝出口（10）与膨胀阀（15）或毛细管的入口端之间有水冷器（12），水冷器（12）内有制冷剂回路和冷却水回路，制冷剂回路和冷却水回路相互隔离，制冷剂回路上有制冷剂输入端和制冷剂输出端，冷却水回路上有冷却水输入端和冷却水输出端，冷凝器的冷凝出口（10）连接到水冷器（12）的制冷剂输入端上，水冷器（12）的制冷剂输出端通过膨胀阀（15）或毛细管连接到蒸发器的蒸发入口（16）上；在反应室（Ⅰ）的下部有催化剂卸料出口（8）从侧面接出合成反应器的体外；下气室（Ⅳ）有原料气补充接口（22）接入；上端头（1）为圆盘体结构，上端头（1）的圆盘体结构中有上下贯通的催化剂加料口（Ⅷ），催化剂加料口（Ⅷ）有顶盖（32）进行封闭；在反应室（Ⅰ）中有调温盘管（5），调温盘管（5）的下端有调温介质输入口（30）接入，调温盘管（5）的上端有调温介质输出口（33）接出，调温盘管（5）上的温介质输入口（30）和调温介质输出口（33）从上端头（1）上穿出合成反应器体外；在合成反应器内有上支撑件（29）和下支撑件（23），壁体（7）通过上支撑件（29）和下支撑件（23）连接到壳体（28）的内侧上；在上气室（Ⅶ）部位的壳体（28）上有温度传感器（3）；在壁体（7）的外侧面上有绝热层（6）。
上述的发明中，利用制冷剂的蒸发吸热和冷凝放热的原理，分别由蒸发器（18）和蒸发盘管（27）在下气室（Ⅳ）和下降通道（Ⅵ）中进行制冷，同时由冷凝器（25）在加热室（Ⅱ）中进行制热，以实现目标产物在下气室（Ⅳ）中进行分离和混合气在下降通道（Ⅵ）中降温向下运动，同时使原料气或未反应气在加热室（Ⅱ）中进行预热，以促进和加快使原料气或未反应气在反应室（Ⅰ）中被催化合成为目标产物。在制冷装置中，气态的制冷剂由制冷压缩机（14）的排气接口通过冷凝器的回气进口（9）输入到冷凝器（25）的盘管内，再由冷凝器的冷凝出口（10）经膨胀阀（15）或毛细管通过蒸发器的蒸发入口（16）输入到蒸发器（18）的盘管内和蒸发盘管（27）中，然后再由蒸发盘管的回气出口（4）返回到制冷压缩机（14）的吸气接口，构成一个闭合的循环回路，由于在冷凝器的冷凝出口（10）与蒸发器的蒸发入口（16）之间有具有节流作用的膨胀阀（15）或毛细管，在制冷压缩机（14）运行的情况下，使得蒸发器（18）的盘管内及蒸发盘管（27）内形成适合制冷剂进行蒸发的蒸发压力，使液态的制冷剂在蒸发器（18）的盘管内及蒸发盘管（27）内蒸发成为气态的制冷剂，同时使得冷凝器（25）的盘管内形成适合制冷剂进行冷凝的冷凝压力，使气态的制冷剂在冷凝器（25）的盘管内冷凝为液态的制冷剂，制冷剂在由液态蒸发为气态时，需吸收大量的热量，从而由蒸发器（18）在下气室（Ⅳ）中进行制冷和由蒸发盘管（27）在下降通道（Ⅵ）中进行制冷，制冷剂在由气态冷凝为液态时，需放出大量的热量，从而由冷凝器（25）在加热室（Ⅱ）中进行制热。
上述的发明在生产时，把催化剂卸料出口（8）进行封堵，把调温盘管（5）的调温介质输入口（30）通过调节阀连接到调温水的供水管路上，把调温盘管（5）的调温介质输出口（33）连接到调温水的回水管路上；把原料气补充接口（22）连接到原料气压缩机的排气接口上；把集液区（Ⅲ）底部的产物出口（19）通过减压阀连接到产品贮罐的输入接口上；在反应室（Ⅰ）中放置催化剂，催化剂按目标产物的要求选用并活化。然后向合成反应器内输入原料气，使原料气充满在下气室（Ⅳ）、集气室（Ⅴ）、加热室（Ⅱ）、反应室（Ⅰ）、上气室（Ⅶ）和下降通道（Ⅵ）中，通过原料气压缩机向合成反应器内压缩原料气，使合成反应器内达到适合目标产物化合的操作压力，于是在反应室（Ⅰ）中便进行化学合成反应，生成目标产物，在原料气进行化合反应时，会产生热量，所生成的反应热会使反应室（Ⅰ）内升温，从而使反应室（Ⅰ）内的未反应气和气态目标产物升温，使未反应气和气态目标产物混合的气态混合物的密度变小，根据重力循环原理，升温后的气态混合物会进行上升运动，进入到反应室（Ⅰ）上部的上气室（Ⅶ）中；同时，下降通道（Ⅵ）受到蒸发盘管（27）的制冷作用，吸收未反应气或气态混合物的热量而使未反应气或气态混合物降温，使未反应气或气态混合物的密度增大，根据重力循环原理，降温后的未反应气或气态混合物会进行下降运动，进入到下气室（Ⅳ）中，在下气室（Ⅳ）中，存在蒸发器（18）的制冷作用，使得下气室（Ⅳ）中室温低于目标产物的蒸发温度，混合物中的目标产物便在下气室（Ⅳ）中成为液态的产物被分离出来，液态的目标产物通过产物出口（19）输出进入产品贮罐，未反应气由集气室（Ⅴ）通过布风板（24）上的布风孔进入到加热室（Ⅱ）进行预热，经预热的未反应气再通过隔板（26）上的过风孔进入反应室（Ⅰ）进行循环反应，合成目标产物所消耗的原料气通过原料气补充接口（22）进行补充，如此周而复始，由合成反应器在等压条件形成自动循环，并及时分离出目标产物，使合成反应器内的目标产物浓度始终低于平衡点，使得化合反应能持续进行。本发明使原料气只需通过一次压缩就能全部合成为目标产物，克服了原料气需进行反复循环压缩电能消耗大的缺点，提高了催化效率，实现节能减排。
上述的发明中，在下气室（Ⅳ）中设置蒸发器（18）的作用是使下气室（Ⅳ）的室温能下降到目标产物的蒸发温度以下，把蒸发器（18）作为气液分离器应用，在合成反应器内部及时进行目标产物的分离，降低反应器内的目标产物浓度，使化合反应向有利的方向进行，使原料气加快合成目标产物，提高催化效率，而不需要把混合气输出反应器之外分离，达到节能目的；在加热室（Ⅱ）中设置冷凝器（25），与蒸发器（18）和蒸发盘管（27）配合使用，利用制冷剂的冷凝放热来预热原料气或未反应气，不但使冷凝器（25）顺利进行了换热，而且充分利用制冷余热，通过循环作用使反应室（Ⅰ）内产生适合目标产物合成的室温，起到使原料气加速循环催化的作用。
上述的发明中，设置水冷器（12）的作用是使从冷凝器（25）中输出的制冷剂得到进一步的冷却，以消除残留的气态制冷剂，从而提高制冷剂的效率。
上述的发明中，在上气室（Ⅶ）中设置温度传感器（3）和在反应室（Ⅰ）中设置调温盘管（5）的作用是控制反应室（Ⅰ）内的操作温度，具体实施时，根据温度传感器（3）检测的温度信息，通过操作调温盘管（5）中调温介质的温度或流量来控制反应室（Ⅰ）的操作温度。
上述的发明中，在反应室的壁体（7）的外侧壁上安装绝热层（6）的目的是使反应室的壁体（7）和加热室（Ⅱ）与下降通道（Ⅵ）之间进行绝热隔离，避免反应室（Ⅰ）和加热室（Ⅱ）受到冷却，从而保证反应室（Ⅰ）内保持化学反应需要的温度。
本发明的有益效果是：设计的一种具有自循环功能的由制冷装置执行分离和预热的一体化合成反应器，在下降通道（Ⅵ）中设置蒸发盘管（27）和在下气室（Ⅳ）中设置蒸发器（18）以及在加热室（Ⅱ）中设置冷凝器（25），冷凝器（25）与蒸发器（18）、蒸发盘管（27）配合使用，利用制冷剂的冷凝放热来预热原料气或未反应气，而且充分利用制冷余热，同时在合成反应器内部及时进行目标产物的分离，降低反应器内的目标产物浓度，使化合反应向有利的方向进行。本发明使原料气只需通过一次压缩就能全部合成为目标产物，以大幅降低电能消耗和提高催化效率，与常规技术相比，本发明克服了常规的化学合成设备需把原料气进行反复循环压缩电能消耗大的缺点。本发明可在甲醇、二甲醚、合成氨等化学合成产品的生产线上应用。
附图说明
附图是本发明的一种由制冷装置执行分离和预热的一体化合成反应器结构图。
图中：1.上端头，2.密封圈b，3.温度传感器，4.蒸发盘管的回气出口，5.调温盘管，6.绝热层，7.反应室壁体，8.催化剂卸料出口，9.冷凝器的回气进口，10.冷凝器的冷凝出口，11.壁体的延伸段，12.水冷器，13.蒸发盘管的输入接口，14.制冷压缩机，15.膨胀阀，16.蒸发器的蒸发入口，17.蒸发器的输出接口，18.蒸发器，19.合成反应器的产物出口，20.下端头，21.密封圈c，22.原料气补充接口，23.下支撑件，24.布风板，25.冷凝器，26.隔板，27.蒸发盘管，28.合成反应器的壳体，29.上支撑件，30.调温介质的输入口，31.密封圈a，32.顶盖，33.调温介质的输出口，Ⅰ.反应室，Ⅱ.加热室，Ⅲ.集液区，Ⅳ.下气室，Ⅴ.集气室，Ⅵ.下降通道，Ⅶ.上气室，Ⅷ.催化剂加料口。
具体实施方式
附图所示的实施例中，一种由制冷装置执行分离和预热的一体化合成反应器主要由上端头（1）、壳体（28）、壁体（7）、下端头（20）、蒸发盘管（27）、蒸发器（18）、冷凝器（25）、水冷器（12）和制冷压缩机（14）组成，其中，由上端头（1）、壳体（28）、壁体（7）和下端头（20）构成合成反应器，上端头（1）安装在壳体（28）的上端口，下端头（20）安装在壳体（28）的下端口，壳体（28）和壁体（7）同为圆筒体结构，壁体（7）设置在壳体（28）的内空间中，壁体（7）与壳体（28）之间有空间，壁体（7）与壳体（28）之间的空间构成下降通道（Ⅵ）；壁体（7）的内空间构成反应室（Ⅰ）和加热室（Ⅱ），反应室（Ⅰ）在加热室（Ⅱ）的上方，反应室（Ⅰ）与加热室（Ⅱ）之间有隔板（26），隔板（26）上有过风孔，加热室（Ⅱ）的下端有布风板（24），布风板（24）上有布风孔；布风板（24）下方部位的壳体（28）内空间构成下气室（Ⅳ），反应室（Ⅰ）上方部位的壳体（28）内空间构成上气室（Ⅶ），在上气室（Ⅶ）的壳体（28）上安装有温度传感器（3）；在反应室（Ⅰ）的下部有催化剂卸料出口（8）从侧面接出合成反应器的体外；在布风板（24）以下部位的壁体（7）有向下延伸的延伸段（11），延伸段（11）的内空间构成集气室（Ⅴ），集气室（Ⅴ）通过布风板（24）上的布风孔连通到加热室（Ⅱ），加热室（Ⅱ）通过隔板（26）上的过风孔连通到反应室（Ⅰ），反应室（Ⅰ）与上气室（Ⅶ）直接相通，上气室（Ⅶ）通过下降通道（Ⅵ）连通到下气室（Ⅳ）；下气室（Ⅳ）有原料气补充接口（22）接入，下气室（Ⅳ）的底部呈圆弧底结构，下气室（Ⅳ）的圆弧底部构成集液区（Ⅲ），集液区（Ⅲ）的圆弧底上有产物出口（19）接出；由蒸发盘管（27）、蒸发器（18）、冷凝器（25）、水冷器（12）和制冷压缩机（14）构成冷却装置，蒸发盘管（27）设置在下降通道（Ⅵ）中，蒸发器（18）设置在下气室（Ⅳ）中，冷凝器（25）设置在加热室（Ⅱ）中，水冷器（12）和制冷压缩机（14）设置在合成反应器的体外；蒸发器（18）为翅片盘管式结构，蒸发器（18）的翅片上端伸入到集气室（Ⅴ）内，下气室（Ⅳ）依次通过蒸发器（18）翅片的间隙、集气室（Ⅴ）和布风板（24）上的布风孔连通到加热室（Ⅱ）；蒸发盘管（27）的上端口为回气出口（4），蒸发盘管（27）的下端口为输入接口（13），蒸发器（18）的上端口为输出接口（17），蒸发器（18）的下端口为蒸发入口（16），蒸发器（18）下端的蒸发入口（16）从壳体（28）的下部穿出合成反应器的体外，蒸发器（18）上端的输出接口（17）连接到蒸发盘管（27）下端的输入接口（13）上，蒸发盘管（27）上端的回气出口（4）从壳体（28）的上部穿出合成反应器的体外；冷凝器（25）为翅片盘管式结构，冷凝器（25）翅片间的空隙形成加热室（Ⅱ）内的气流通道；冷凝器（25）的上端口为回气进口（9），冷凝器（25）的下端口为冷凝出口（10），冷凝器（25）的回气进口（9）和冷凝出口（10）从加热室（Ⅱ）部位的壁体（7）上穿出合成反应器的体外；水冷器（12）内有制冷剂回路和冷却水回路，制冷剂回路和冷却水回路相互隔离，制冷剂回路上有制冷剂输入端和制冷剂输出端，冷却水回路上有冷却水输入端和冷却水输出端；制冷压缩机（14）上有排气接口和吸气接口，制冷压缩机（14）的排气接口连接到冷凝器的回气进口（9）上，冷凝器的冷凝出口（10）连接到水冷器（12）的制冷剂输入端上，水冷器（12）的制冷剂输出端通过膨胀阀（15）或毛细管连接到蒸发器的蒸发入口（16）上，蒸发盘管的回气出口（4）连接到制冷压缩机（14）的吸气接口上。本实施例中，上端头（1）为圆盘体结构，上端头（1）的圆盘体结构中有上下贯通的催化剂加料口（Ⅷ），催化剂加料口（Ⅷ）由顶盖（32）进行封闭；在反应室（Ⅰ）中有调温盘管（5），调温盘管（5）的下端有调温介质输入口（30）接入，调温盘管（5）的上端有调温介质输出口（33）接出，调温盘管（5）上的温介质输入口（30）和调温介质输出口（33）从上端头（1）上穿出合成反应器体外；在合成反应器内有上支撑件（29）和下支撑件（23），反应室的壁体（7）通过上支撑件（29）和下支撑件（23）连接到壳体（28）的内侧上；在壁体（7）的外侧面上安装绝热层（6）；在顶盖（32）与上端头（1）的连接面之间有密封圈a（31）；在上端头（1）与壳体（28）上端口的连接面之间有密封圈b（2）；在下端头（20）与壳体（28）下端口的连接面之间有密封圈c（21）。
本实施例在生产时，把催化剂卸料出口（8）进行封堵，把水冷器（12）冷却水回路上的冷却水输入端和冷却水输出端连接到冷却系统的管路上，把调温盘管（5）的调温介质输入口（30）通过调节阀连接到调温水的供水管路上，把调温盘管（5）的调温介质输出口（33）连接到调温水的回水管路上；把原料气补充接口（22）连接到原料气压缩机的排气接口上；把集液区（Ⅲ）底部的产物出口（19）通过减压阀连接到产品贮罐的输入接口上；在反应室（Ⅰ）中放置催化剂，催化剂按目标产物的要求选用并活化。然后向合成反应器内输入原料气，使原料气充满在下气室（Ⅳ）、集气室（Ⅴ）、加热室（Ⅱ）、反应室（Ⅰ）、上气室（Ⅶ）和下降通道（Ⅵ）中，通过原料气压缩机向合成反应器内压缩原料气，使合成反应器内达到适合目标产物化合的操作压力，于是在反应室（Ⅰ）中便进行化学合成反应，生成目标产物，在原料气进行化合反应时，会产生热量，所生成的反应热会使反应室（Ⅰ）内升温，从而使反应室（Ⅰ）内的未反应气和气态目标产物升温，使未反应气和气态目标产物混合的气态混合物的密度变小，根据重力循环原理，升温后的气态混合物会进行上升运动，进入到反应室（Ⅰ）上部的上气室（Ⅶ）中；同时，下降通道（Ⅵ）受到蒸发盘管（27）的制冷作用，吸收未反应气或气态混合物的热量而使未反应气或气态混合物降温，使未反应气或气态混合物的密度增大，根据重力循环原理，降温后的未反应气或气态混合物会进行下降运动，进入到下气室（Ⅳ）中，在下气室（Ⅳ）中，存在蒸发器（18）的制冷作用，使得下气室（Ⅳ）中室温低于目标产物的蒸发温度，混合物中的目标产物便在下气室（Ⅳ）中成为液态的产物被分离出来，液态的目标产物通过产物出口（19）输出进入产品贮罐，未反应气由集气室（Ⅴ）通过布风板（24）上的布风孔进入到加热室（Ⅱ）进行预热，经预热的未反应气再通过隔板（26）上的过风孔进入反应室（Ⅰ）进行循环反应，合成目标产物所消耗的原料气通过原料气补充接口（22）进行补充，如此周而复始，由合成反应器在等压条件形成自动循环，并及时分离出目标产物，使合成反应器内的目标产物浓度始终低于平衡点，使得化合反应能持续进行。本实施例生产时，根据温度传感器（3）检测的温度信息，通过操作调温盘管（5）中调温介质的温度或流量来控制反应室（Ⅰ）的操作温度。
本实施例作为甲醇、二甲醚、合成氨或其它化学合成产品的生产线上应用。当作为合成甲醇设备应用时，在反应室（Ⅰ）设置以48%的CuO、46%的ZnO和5%的Al2O3为组份的颗粒状催化剂，再把一体积的CO和二体积的H2混合后作为原料气输入到合成反应器内，进行合成甲醇生产，原料气合成为甲醇的反应式为CO+2H2→CH3OH+102.5kj；当作为一步法合成二甲醚设备应用时，在反应室（Ⅰ）设置以48%的CuO、46%的ZnO和5%的Al2O3为组份的颗粒状催化剂，再加填ZSM-5分子筛，再把一体积的CO和二体积的H2混合后作为原料气输入到合成反应器内，进行合成二甲醚生产，原料气合成为二甲醚的反应式为2CO+4H2→（CH3）2O+H2O+200.2kj；当作为合成氨设备应用时，在反应室（Ⅰ）设置以催化剂组份以Fe为主，以 Al2O3、K2O、CaO、SiO2、BaO为促进剂，再把一体积的N2和三体积的H2混合后作为原料气输入到合成反应器内，进行合成氨生产，原料气合成为氨的反应式为N2+3H2→2NH3+92.1kj。
Claims (10)
1.一种由制冷装置执行分离和预热的一体化合成反应器，其特征是反应器主要由上端头（1）、壳体（28）、壁体（7）、下端头（20）、蒸发盘管（27）、蒸发器（18）、冷凝器（25）和制冷压缩机（14）组成，其中，由上端头（1）、壳体（28）、壁体（7）和下端头（20）构成合成反应器，上端头（1）安装在壳体（28）的上端口，下端头（20）安装在壳体（28）的下端口，壳体（28）和壁体（7）同为圆筒体结构，壁体（7）设置在壳体（28）的内空间中，壁体（7）与壳体（28）之间有空间，壁体（7）与壳体（28）之间的空间构成下降通道（Ⅵ）；壁体（7）的内空间构成反应室（Ⅰ）和加热室（Ⅱ），反应室（Ⅰ）在加热室（Ⅱ）的上方，反应室（Ⅰ）与加热室（Ⅱ）之间有隔板（26），隔板（26）上有过风孔，加热室（Ⅱ）的下端有布风板（24），布风板（24）上有布风孔；布风板（24）下方部位的壳体（28）内空间构成下气室（Ⅳ），反应室（Ⅰ）上方部位的壳体（28）内空间构成上气室（Ⅶ）；下气室（Ⅳ）通过布风板（24）上的布风孔连通到加热室（Ⅱ），加热室（Ⅱ）通过隔板（26）上的过风孔连通到反应室（Ⅰ），反应室（Ⅰ）与上气室（Ⅶ）直接相通，上气室（Ⅶ）通过下降通道（Ⅵ）连通到下气室（Ⅳ）；下气室（Ⅳ）的底部呈圆弧底结构，下气室（Ⅳ）的圆弧底部构成集液区（Ⅲ），集液区（Ⅲ）的圆弧底上有产物出口（19）接出；
由蒸发盘管（27）、蒸发器（18）、冷凝器（25）和制冷压缩机（14）构成冷却装置，蒸发盘管（27）设置在下降通道（Ⅵ）中，蒸发器（18）设置在下气室（Ⅳ）中，冷凝器（25）设置在加热室（Ⅱ）中，制冷压缩机（14）设置在合成反应器的体外；蒸发盘管（27）的上端口为回气出口（4），蒸发盘管（27）的下端口为输入接口（13），蒸发器（18）的上端口为输出接口（17），蒸发器（18）的下端口为蒸发入口（16），蒸发器（18）下端的蒸发入口（16）从壳体（28）的下部穿出合成反应器的体外，蒸发器（18）上端的输出接口（17）连接到蒸发盘管（27）下端的输入接口（13）上，蒸发盘管（27）上端的回气出口（4）从壳体（28）的上部穿出合成反应器的体外；冷凝器（25）的上端口为回气进口（9），冷凝器（25）的下端口为冷凝出口（10），冷凝器（25）的回气进口（9）和冷凝出口（10）从加热室（Ⅱ）部位的壁体（7）上穿出合成反应器的体外；制冷压缩机（14）上有排气接口和吸气接口，制冷压缩机（14）的排气接口连接到冷凝器的回气进口（9）上，冷凝器的冷凝出口（10）通过膨胀阀（15）或毛细管连接到蒸发器的蒸发入口（16）上，蒸发盘管的回气出口（4）连接到制冷压缩机（14）的吸气接口上。
2.根据权利要求1所述的一种由制冷装置执行分离和预热的一体化合成反应器，其特征是在布风板（24）以下部位的壁体（7）有向下延伸的延伸段（11），延伸段（11）的内空间构成集气室（Ⅴ）；蒸发器（18）为翅片盘管式结构，当壁体（7）有向下延伸的延伸段（11）时，蒸发器（18）的翅片上端伸入到集气室（Ⅴ）内，下气室（Ⅳ）依次通过蒸发器（18）翅片的间隙、集气室（Ⅴ）和布风板（24）上的布风孔连通到加热室（Ⅱ）。
3.根据权利要求1所述的一种由制冷装置执行分离和预热的一体化合成反应器，其特征是冷凝器（25）为翅片盘管式结构，冷凝器（25）翅片间的空隙形成加热室（Ⅱ）内的气流通道。
4.根据权利要求1所述的一种由制冷装置执行分离和预热的一体化合成反应器，其特征是在冷凝器的冷凝出口（10）与膨胀阀（15）或毛细管的入口端之间有水冷器（12），水冷器（12）内有制冷剂回路和冷却水回路，制冷剂回路和冷却水回路相互隔离，制冷剂回路上有制冷剂输入端和制冷剂输出端，冷却水回路上有冷却水输入端和冷却水输出端，冷凝器的冷凝出口（10）连接到水冷器（12）的制冷剂输入端上，水冷器（12）的制冷剂输出端通过膨胀阀（15）或毛细管连接到蒸发器的蒸发入口（16）上。
5.根据权利要求1所述的一种由制冷装置执行分离和预热的一体化合成反应器，其特征是在反应室（Ⅰ）的下部有催化剂卸料出口（8）从侧面接出合成反应器的体外；下气室（Ⅳ）有原料气补充接口（22）接入。
6.根据权利要求1所述的一种由制冷装置执行分离和预热的一体化合成反应器，其特征是上端头（1）为圆盘体结构，上端头（1）的圆盘体结构中有上下贯通的催化剂加料口（Ⅷ），催化剂加料口（Ⅷ）有顶盖（32）进行封闭。
7.根据权利要求1所述的一种由制冷装置执行分离和预热的一体化合成反应器，其特征是在反应室（Ⅰ）中有调温盘管（5），调温盘管（5）的下端有调温介质输入口（30）接入，调温盘管（5）的上端有调温介质输出口（33）接出，调温盘管（5）上的温介质输入口（30）和调温介质输出口（33）从上端头（1）上穿出合成反应器体外。
8.根据权利要求1所述的一种由制冷装置执行分离和预热的一体化合成反应器，其特征是在合成反应器内有上支撑件（29）和下支撑件（23），壁体（7）通过上支撑件（29）和下支撑件（23）连接到壳体（28）的内侧上。
9.根据权利要求1所述的一种由制冷装置执行分离和预热的一体化合成反应器，其特征是在上气室（Ⅶ）部位的壳体（28）上有温度传感器（3）。
10.根据权利要求1所述的一种由制冷装置执行分离和预热的一体化合成反应器，其特征是在壁体（7）的外侧面上有绝热层（6）。
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