CN103769001B - 由制冷装置执行分离和预热的自循环合成反应系统 - Google Patents
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Abstract
一种由制冷装置执行分离和预热的自循环合成反应系统，涉及到一种化学合成反应器。主要由制冷装置、合成反应器和下降管组件组成，其中，由制冷压缩机、蒸发器和冷凝器构成制冷装置，由上端头、壁体、下端头、隔板和布风板构成合成反应器，上端头安装在壁体的上端口，壁体呈圆筒体结构，壁体的内空间构成反应室和加热室，隔板设置在反应室与加热室之间，布风板设置在加热室的下端，下端头安装在壁体的下端口，下端头的内空间构成气液分离室；冷凝器设置在加热室中，蒸发器设置在气液分离室中，制冷压缩机和下降管组件设置在合成反应器的体外。本发明在合成反应器内部及时进行目标产物的分离，利用制冷剂的冷凝放热来预热原料气或未反应气。
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自循环合成反应系统，由合成反应系统进行自动循环合成反应，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自循环合成反应系统，其特征是系统主要由制冷装置、合成反应器和下降管组件组成，其中，由制冷压缩机（16）、蒸发器（20）和冷凝器（12）构成制冷装置，由上端头（1）、壁体（4）、下端头（21）、隔板（10）和布风板（13）构成合成反应器，合成反应器的结构中，上端头（1）安装在壁体（4）的上端口，壁体（4）呈圆筒体结构，壁体（4）的内空间构成反应室（Ⅰ）和加热室（Ⅱ），反应室（Ⅰ）和加热室（Ⅱ）之间呈上下布局，反应室（Ⅰ）在加热室（Ⅱ）的上方，隔板（10）设置在反应室（Ⅰ）与加热室（Ⅱ）之间，隔板（10）有过风孔，加热室（Ⅱ）通过过风孔连通到反应室（Ⅰ），在反应室（Ⅰ）的上部有混合气输出接口（34）接出；布风板（13）设置在加热室（Ⅱ）的下端，布风板（13）上有布风孔；下端头（21）安装在壁体（4）的下端口，下端头（21）由圆筒体侧壁和圆弧底构成，下端头（21）的内空间构成气液分离室（Ⅲ），气液分离室（Ⅲ）的底部有产物出口（19）接出，气液分离室（Ⅲ）的中部侧壁上有混合气输入接口（22）接入，气液分离室（Ⅲ）的上部通过布风板（13）上的布风孔连通到加热室（Ⅱ）；冷凝器（12）设置在加热室（Ⅱ）中，冷凝器（12）上有回气输入接口和冷凝输出接口，冷凝器（12）的回气输入接口和冷凝输出接口从加热室（Ⅱ）部位的壁体（4）上穿出合成反应器体外；蒸发器（20）设置在气液分离室（Ⅲ）中，蒸发器（20）上有蒸发输入接口和回气输出接口，蒸发器（20）的蒸发输入接口和回气输出接口从下端头（21）的侧壁上穿出合成反应器体外；制冷压缩机（16）和下降管组件设置在合成反应器的体外，下降管组件由下降管和外壳（27）构成，外壳（27）的内空间构成冷却室（Ⅴ），下降管设置在冷却室（Ⅴ）中，下降管的上端有输入口（32）接入，下降管的下端有输出口（25）接出，下降管上端的输入口（32）连接到反应室（Ⅰ）上部的混合气输出接口（34）上，下降管下端的输出口（25）连接到气液分离室（Ⅲ）中部侧壁上的混合气输入接口（22）上；制冷压缩机（16）的吸气接口连接到蒸发器（20）的回气输出接口上，制冷压缩机（16）的排气接口连接到冷凝器（12）的回气输入接口上，冷凝器（12）的冷凝输出接口通过膨胀阀（14）或毛细管连接到蒸发器（20）的蒸发输入接口上。
本发明中，蒸发器（20）为翅片盘管式结构，在蒸发器（20）上端的周边与下端头（21）的侧壁之间有挡板（15），蒸发器（20）和挡板（15）的上方空间构成集气室（Ⅳ），集气室（Ⅳ）有原料气补充接口（17）接入，气液分离室（Ⅲ）依次通过蒸发器（20）翅片间的空隙、集气室（Ⅳ）和布风板（13）上的布风孔连通到加热室（Ⅱ）；冷凝器（12）为翅片盘管式结构，冷凝器（12）翅片间的空隙形成加热室（Ⅱ）内的气流通道；制冷装置中有水冷器（11），水冷器（11）设置在合成反应器的体外，水冷器（11）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接口接入和制冷剂输出接口接出，冷却水回路上有冷却水输入接口接入和冷却水输出接口接出；当制冷装置中有水冷器（11）时，冷凝器（12）的冷凝输出接口连接到水冷器（11）的制冷剂输入接口上，水冷器（11）的制冷剂输出接口通过膨胀阀（14）或毛细管连接到蒸发器（20）的蒸发输入接口上，具体实施时，水冷器（11）的冷却水回路上的冷却水输入接口和冷却水输出接口连接到冷却水系统回路上；下降管由下降直管（30）、下降盘管a（28）和下降盘管b（29）组合而成，下降直管（30）、下降盘管a（28）和下降盘管b（29）设置在冷却室（Ⅴ）中，下降盘管b（29）环绕在下降直管（30）的外围，下降盘管a（28）环绕在下降盘管b（29）的外围，下降盘管a（28）的上端口和下降盘管b（29）的上端口连接在下降直管（30）的上部，下降盘管a（28）的下端口和下降盘管b（29）的下端口连接在下降直管（30）的下部；在反应室（Ⅰ）中有调温盘管（7），调温盘管（7）的下端有调温介质进口（8）接入，调温盘管（7）的上端有调温介质出口（6）接出，调温盘管（7）上的调温介质进口（8）和调温介质出口（6）从反应室（Ⅰ）部位的壁体（4）上穿出合成反应器体外；在壁体（4）的外侧和上端头（1）的外侧上安装保温层（5）；在上端头（1）与壁体（4）上端口的连接面之间有密封圈a（2）；在下端头（21）与壁体（4）下端口的连接面之间有密封圈b（24）。
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（20）在气液分离室（Ⅲ）中进行制冷和由冷凝器（12）在加热室（Ⅱ）中进行加热，以实现目标产物在气液分离室（Ⅲ）中进行分离，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（16）的排气接口通过冷凝器（12）的回气输入接口输入到冷凝器（12）的盘管内，再由冷凝器（12）的冷凝输出接口经膨胀阀（14）或毛细管通过蒸发器（20）的蒸发输入接口输入到蒸发器（20）的盘管内，然后再由蒸发器（20）的回气输出接口返回到制冷压缩机（16）的吸气接口，构成一个闭合的循环回路，由于在冷凝器（12）的冷凝输出接口与蒸发器（20）的蒸发输入接口之间有具有节流作用的膨胀阀（14）或毛细管，在制冷压缩机（16）运行的情况下，使得蒸发器（20）的盘管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（20）的盘管内蒸发成为气态的制冷剂，同时使得冷凝器（12）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（12）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（20）在气液分离室（Ⅲ）中实现制冷，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（12）在加热室（Ⅱ）中实现加热。
上述的发明在生产时，把下降管组件中的冷却水进口（26）连接到冷却系统的供水管路上，把下降管组件中的冷却水出口（31）连接到冷却系统的回水管路上；把调温盘管（7）的调温介质进口（8）通过调节阀连接到调温水的供水管路上，把调温盘管（7）的调温介质出口（6）连接到调温水的回水管路上；把原料气补充接口（17）连接到原料气压缩机的排气接口上；把气液分离室（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；使冷却水在下降管组件中的冷却室（Ⅴ）中进行循环流动。然后向合成反应器内输入原料气，使原料气充满在气液分离室（Ⅲ）、集气室（Ⅳ）、加热室（Ⅱ）、反应室（Ⅰ）和下降管中，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）的上部；同时，下降管因置于冷却水中，使得下降管内的水冷度很高，使下降管内的未反应气和气态混合物受到冷却而快速降温，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，由下降管下端的输出口（25）输出进入到合成反应器的气液分离室（Ⅲ）中，因气液分离室（Ⅲ）中存在蒸发器（20）的制冷作用，使得气液分离室（Ⅲ）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气液分离室（Ⅲ）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）和产物输出管（18）输出进入产品贮罐，未反应气由集气室（Ⅳ）通过布风板（13）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（10）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补充接口（17）进行补充，如此周而复始，由合成反应系统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，在气液分离室（Ⅲ）中设置蒸发器（20）的作用是使气液分离室（Ⅲ）的室温能下降到目标产物的蒸发温度以下，以便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（12），与蒸发器（20）配对使用，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（12）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，在合成反应器的体外设置水冷器（11）的作用是使从冷凝器（12）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，在反应室（Ⅰ）中设置调温盘管（7）的作用是控制反应室（Ⅰ）内的操作温度，具体实施时，在反应室（Ⅰ）的上部设置温度传感器（3），根据温度传感器（3）检测的温度信息，通过操作调温盘管（7）中调温介质的温度或流量来控制反应室（Ⅰ）的操作温度。
本发明的有益效果是：设计的一种由制冷装置执行分离和预热的自循环合成反应系统，在气液分离室（Ⅲ）中设置蒸发器（20）和在加热室（Ⅱ）中设置冷凝器（12），以便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，冷凝器（12）与蒸发器（20）配对使用，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（12）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）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。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
附图是本发明的由制冷装置执行分离和预热的自循环合成反应系统结构图。
图中：1.上端头，2.密封圈a，3.温度传感器，4.反应室壁体，5.保温层，6.调温介质出口，7.调温盘管， 8.调温介质进口，9.催化剂卸料出口，10.隔板，11.水冷器，12.冷凝器，13.布风板，14.膨胀阀，15.挡板，16.制冷压缩机，17.原料气补充接口，18.产物输出管，19.产物出口，20.蒸发器，21.下端头，22.混合气输入接口，23.连接管b，24.密封圈b，25.下降管的输出口，26.冷却水进口，27.下降管组件外壳，28.下降盘管a，29.下降盘管b，30.下降直管，31.冷却水出口，32.下降管的输入口，33.连接管a，34.混合气输出接口，Ⅰ.反应室，Ⅱ.加热室，Ⅲ.气液分离室，Ⅳ.集气室，Ⅴ.冷却室。
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自循环合成反应系统主要由制冷装置、合成反应器和下降管组件组成，其中，由制冷压缩机（16）、蒸发器（20）、冷凝器（12）和水冷器（11）构成制冷装置，由上端头（1）、壁体（4）、下端头（21）、隔板（10）和布风板（13）构成合成反应器，合成反应器的结构中，上端头（1）安装在壁体（4）的上端口，壁体（4）呈圆筒体结构，壁体（4）的内空间构成反应室（Ⅰ）和加热室（Ⅱ），反应室（Ⅰ）和加热室（Ⅱ）之间呈上下布局，反应室（Ⅰ）在加热室（Ⅱ）的上方，隔板（10）设置在反应室（Ⅰ）与加热室（Ⅱ）之间，隔板（10）有过风孔，加热室（Ⅱ）通过过风孔连通到反应室（Ⅰ），在反应室（Ⅰ）的上部有混合气输出接口（34）接出；布风板（13）设置在加热室（Ⅱ）的下端，布风板（13）上有布风孔；下端头（21）安装在壁体（4）的下端口，下端头（21）由圆筒体侧壁和圆弧底构成，下端头（21）的内空间构成气液分离室（Ⅲ），气液分离室（Ⅲ）的底部有产物出口（19）接出，气液分离室（Ⅲ）的中部侧壁上有混合气输入接口（22）接入，气液分离室（Ⅲ）的上部通过布风板（13）上的布风孔连通到加热室（Ⅱ）；冷凝器（12）设置在加热室（Ⅱ）中，冷凝器（12）为翅片盘管式结构，冷凝器（12）翅片间的空隙形成加热室（Ⅱ）内的气流通道，冷凝器（12）上有回气输入接口和冷凝输出接口，冷凝器（12）的回气输入接口和冷凝输出接口从加热室（Ⅱ）部位的壁体（4）上穿出合成反应器体外；蒸发器（20）设置在气液分离室（Ⅲ）中，蒸发器（20）为翅片盘管式结构，蒸发器（20）上有蒸发输入接口和回气输出接口，蒸发器（20）的蒸发输入接口和回气输出接口从下端头（21）的侧壁上穿出合成反应器体外，在蒸发器（20）上端的周边与下端头（21）的侧壁之间有挡板（15），蒸发器（20）和挡板（15）的上方空间构成集气室（Ⅳ），集气室（Ⅳ）有原料气补充接口（17）接入，气液分离室（Ⅲ）依次通过蒸发器（20）翅片间的空隙、集气室（Ⅳ）和布风板（13）上的布风孔连通到加热室（Ⅱ）；在反应室（Ⅰ）中有调温盘管（7），调温盘管（7）的下端有调温介质进口（8）接入，调温盘管（7）的上端有调温介质出口（6）接出，调温盘管（7）上的调温介质进口（8）和调温介质出口（6）从反应室（Ⅰ）部位的壁体（4）上穿出合成反应器体外；制冷压缩机（16）、水冷器（11）和下降管组件设置在合成反应器的体外，下降管组件由下降管和外壳（27）构成，外壳（27）的内空间构成冷却室（Ⅴ），下降管由下降直管（30）、下降盘管a（28）和下降盘管b（29）组合而成，下降直管（30）、下降盘管a（28）和下降盘管b（29）设置在冷却室（Ⅴ）中，下降盘管b（29）环绕在下降直管（30）的外围，下降盘管a（28）环绕在下降盘管b（29）的外围，下降盘管a（28）的上端口和下降盘管b（29）的上端口连接在下降直管（30）的上部，下降盘管a（28）的下端口和下降盘管b（29）的下端口连接在下降直管（30）的下部，下降管的上端有输入口（32）接入，下降管的下端有输出口（25）接出，下降管上端的输入口（32）连接到反应室（Ⅰ）上部的混合气输出接口（34）上，下降管下端的输出口（25）连接到气液分离室（Ⅲ）中部侧壁上的混合气输入接口（22）上；水冷器（11）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接口接入和制冷剂输出接口接出，冷却水回路上有冷却水输入接口接入和冷却水输出接口接出；制冷压缩机（16）上有吸气接口和排气接口，制冷压缩机（16）的吸气接口连接到蒸发器（20）的回气输出接口上，制冷压缩机（16）的排气接口连接到冷凝器（12）的回气输入接口上，冷凝器（12）的冷凝输出接口连接到水冷器（11）的制冷剂输入接口上，水冷器（11）的制冷剂输出接口通过膨胀阀（14）或毛细管连接到蒸发器（20）的蒸发输入接口上，水冷器（11）的冷却水回路上的冷却水输入接口和冷却水输出接口连接到冷却水系统回路上。本实施例中，在壁体（4）的外侧和上端头（1）的外侧上安装保温层（5）；在上端头（1）与壁体（4）上端口的连接面之间有密封圈a（2）；在下端头（21）与壁体（4）下端口的连接面之间有密封圈b（24）。
本实施例在生产时，把下降管组件中的冷却水进口（26）连接到冷却系统的供水管路上，把下降管组件中的冷却水出口（31）连接到冷却系统的回水管路上；把调温盘管（7）的调温介质进口（8）通过调节阀连接到调温水的供水管路上，把调温盘管（7）的调温介质出口（6）连接到调温水的回水管路上；把原料气补充接口（17）连接到原料气压缩机的排气接口上；把气液分离室（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；使冷却水在下降管组件中的冷却室（Ⅴ）中进行循环流动。然后向合成反应器内输入原料气，使原料气充满在气液分离室（Ⅲ）、集气室（Ⅳ）、加热室（Ⅱ）、反应室（Ⅰ）和下降管中，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）的上部；同时，下降管因置于冷却水中，使得下降管内的水冷度很高，使下降管内的未反应气和气态混合物受到冷却而快速降温，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，由下降管下端的输出口（25）输出进入到合成反应器的气液分离室（Ⅲ）中，气液分离室（Ⅲ）中存在蒸发器（20）的制冷作用，使得气液分离室（Ⅲ）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气液分离室（Ⅲ）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）和产物输出管（18）输出进入产品贮罐，未反应气由集气室（Ⅳ）通过布风板（13）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（10）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补充接口（17）进行补充，如此周而复始，由合成反应系统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。本实施例使原料气只需通过一次压缩就能全部合成为目标产物，提高了催化效率，实现节能减排。本实施例在反应室（Ⅰ）的上部设置有温度传感器（3），根据温度传感器（3）检测的温度信息，通过操作调温盘管（7）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 (9)
1.一种由制冷装置执行分离和预热的自循环合成反应系统，其特征是系统主要由制冷装置、合成反应器和下降管组件组成，其中，由制冷压缩机（16）、蒸发器（20）和冷凝器（12）构成制冷装置，由上端头（1）、壁体（4）、下端头（21）、隔板（10）和布风板（13）构成合成反应器，合成反应器的结构中，上端头（1）安装在壁体（4）的上端口，壁体（4）呈圆筒体结构，壁体（4）的内空间构成反应室（Ⅰ）和加热室（Ⅱ），反应室（Ⅰ）和加热室（Ⅱ）之间呈上下布局，反应室（Ⅰ）在加热室（Ⅱ）的上方，隔板（10）设置在反应室（Ⅰ）与加热室（Ⅱ）之间，隔板（10）有过风孔，加热室（Ⅱ）通过过风孔连通到反应室（Ⅰ），在反应室（Ⅰ）的上部有混合气输出接口（34）接出；布风板（13）设置在加热室（Ⅱ）的下端，布风板（13）上有布风孔；下端头（21）安装在壁体（4）的下端口，下端头（21）由圆筒体侧壁和圆弧底构成，下端头（21）的内空间构成气液分离室（Ⅲ），气液分离室（Ⅲ）的底部有产物出口（19）接出，气液分离室（Ⅲ）的中部侧壁上有混合气输入接口（22）接入，气液分离室（Ⅲ）的上部通过布风板（13）上的布风孔连通到加热室（Ⅱ）；冷凝器（12）设置在加热室（Ⅱ）中，冷凝器（12）上有回气输入接口和冷凝输出接口，冷凝器（12）的回气输入接口和冷凝输出接口从加热室（Ⅱ）部位的壁体（4）上穿出合成反应器体外；蒸发器（20）设置在气液分离室（Ⅲ）中，蒸发器（20）上有蒸发输入接口和回气输出接口，蒸发器（20）的蒸发输入接口和回气输出接口从下端头（21）的侧壁上穿出合成反应器体外；制冷压缩机（16）和下降管组件设置在合成反应器的体外，下降管组件由下降管和外壳（27）构成，外壳（27）的内空间构成冷却室（Ⅴ），下降管设置在冷却室（Ⅴ）中，下降管的上端有输入口（32）接入，下降管的下端有输出口（25）接出，下降管上端的输入口（32）连接到反应室（Ⅰ）上部的混合气输出接口（34）上，下降管下端的输出口（25）连接到气液分离室（Ⅲ）中部侧壁上的混合气输入接口（22）上；制冷压缩机（16）的吸气接口连接到蒸发器（20）的回气输出接口上，制冷压缩机（16）的排气接口连接到冷凝器（12）的回气输入接口上，冷凝器（12）的冷凝输出接口通过膨胀阀（14）或毛细管连接到蒸发器（20）的蒸发输入接口上。
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自循环合成反应系统，其特征是蒸发器（20）为翅片盘管式结构，在蒸发器（20）上端的周边与下端头（21）的侧壁之间有挡板（15），蒸发器（20）和挡板（15）的上方空间构成集气室（Ⅳ），集气室（Ⅳ）有原料气补充接口（17）接入，气液分离室（Ⅲ）依次通过蒸发器（20）翅片间的空隙、集气室（Ⅳ）和布风板（13）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自循环合成反应系统，其特征是冷凝器（12）为翅片盘管式结构，冷凝器（12）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自循环合成反应系统，其特征是制冷装置中有水冷器（11），水冷器（11）设置在合成反应器的体外，水冷器（11）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接口接入和制冷剂输出接口接出，冷却水回路上有冷却水输入接口接入和冷却水输出接口接出；当制冷装置中有水冷器（11）时，冷凝器（12）的冷凝输出接口连接到水冷器（11）的制冷剂输入接口上，水冷器（11）的制冷剂输出接口通过膨胀阀（14）或毛细管连接到蒸发器（20）的蒸发输入接口上。
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自循环合成反应系统，其特征是下降管由下降直管（30）、下降盘管a（28）和下降盘管b（29）组合而成，下降直管（30）、下降盘管a（28）和下降盘管b（29）设置在冷却室（Ⅴ）中，下降盘管b（29）环绕在下降直管（30）的外围，下降盘管a（28）环绕在下降盘管b（29）的外围，下降盘管a（28）的上端口和下降盘管b（29）的上端口连接在下降直管（30）的上部，下降盘管a（28）的下端口和下降盘管b（29）的下端口连接在下降直管（30）的下部。
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自循环合成反应系统，其特征是在反应室（Ⅰ）中有调温盘管（7），调温盘管（7）的下端有调温介质进口（8）接入，调温盘管（7）的上端有调温介质出口（6）接出，调温盘管（7）上的调温介质进口（8）和调温介质出口（6）从反应室（Ⅰ）部位的壁体（4）上穿出合成反应器体外。
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自循环合成反应系统，其特征是在壁体（4）的外侧和上端头（1）的外侧上安装保温层（5）。
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自循环合成反应系统，其特征是在上端头（1）与壁体（4）上端口的连接面之间有密封圈a（2）。
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自循环合成反应系统，其特征是在下端头（21）与壁体（4）下端口的连接面之间有密封圈b（24）。
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