CN203591794U - 静电式化学合成器 - Google Patents
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Abstract
静电式化学合成器，涉及到一种化学合成反应器。主要由电离室a、中心电极a、绝缘端头a、电离室b、中心电极b、绝缘端头b和合成室组成，其中，电离室a由外电极a的内空间构成，电离室a后端的壁体连接在绝缘端头a上，中心电极a的圆棒体结构伸入到外电极a圆筒体的内空间中；电离室b由外电极b的内空间构成，电离室b后端的壁体连接在绝缘端头b上，中心电极b的圆棒体结构伸入到外电极b圆筒体的内空间中；合成室由壳体的内空间构成，电离室a的前端壁体连接到壳体的连接口a上，电离室b的前端壁体连接到壳体的连接口b上，输出接口连接在壳体的前端。本实用新型提供一种能耗低、运行和维护费用低、投资小的静电式化学合成反应器，用来进行合成氨、甲醇、二甲醚生产。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种化工设备，特别涉及到一种化学合成反应器。
背景技术
目前，广泛应用的合成氨、甲醇、二甲醚的合成设备都需要很高的操作压力在催化剂存在的情况下进行合成反应，如生产氨的合成操作压力在8MPa以上，生产甲醇的合成操作压力在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，使得能耗很高，还存在设备庞大及造价高、催化剂易失活、运行和维护费用高的缺点。
实用新型内容
本实用新型的目的是要克服现有技术和设备的缺点，提供一种能耗低、运行和维护费用低、投资小的静电式化学合成反应器，用来进行合成氨、甲醇、二甲醚生产。
本实用新型的一种静电式化学合成器，其特征是化学合成器主要由电离室a（Ⅰ）、中心电极a（15）、绝缘端头a（16）、电离室b（Ⅵ）、中心电极b（7）、绝缘端头b（11）、合成室（Ⅱ）、输入接口a（3）、输入接口b（8）和输出接口（5）组成，其中，电离室a（Ⅰ）由外电极a（14）的内空间构成，外电极a（14）为圆筒体结构，外电极a（14）的圆筒体结构构成电离室a（Ⅰ）的壁体，电离室a（Ⅰ）后端的壁体连接在绝缘端头a（16）上，绝缘端头a（16）的中心有通孔，中心电极a（15）安装在绝缘端头a（16）的中心通孔上，中心电极a（15）的前端为圆棒体结构，中心电极a（15）的圆棒体结构伸入到外电极a（14）圆筒体的内空间中；电离室b（Ⅵ）由外电极b（12）的内空间构成，外电极b（12）为圆筒体结构，外电极b（12）的圆筒体结构构成电离室b（Ⅵ）的壁体，电离室b（Ⅵ）后端的壁体连接在绝缘端头b（11）上，绝缘端头b（11）的中心有通孔，中心电极b（7）安装在绝缘端头b（11）的中心通孔上，中心电极b（7）的前端为圆棒体结构，中心电极b（7）的圆棒体结构伸入到外电极b（12）圆筒体的内空间中；合成室（Ⅱ）由壳体（4）的内空间构成，壳体（4）为圆筒体结构，在壳体（4）后端的圆筒体结构上有外电极a（14）的连接口a（17）和外电极b（12）的连接口b（18），电离室a（Ⅰ）的前端壁体连接到壳体（4）的连接口a（17）上，电离室b（Ⅵ）的前端壁体连接到壳体（4）的连接口b（18）上；输入接口a（3）连接在电离室a（Ⅰ）的后部壁体上；输入接口b（8）连接在电离室b（Ⅵ）的后部壁体上；输出接口（5）连接在壳体（4）的前端。
本实用新型中，输入接口a（3）以切线方向连接在电离室a（Ⅰ）的后部壁体上；输入接口b（8）以切线方向连接在电离室b（Ⅵ）的后部壁体上；中心电极a（15）的前端圆棒体结构上有石英套管a（13）进行封装，中心电极a（15）的后端上有电极接头a（1）；中心电极b（7）的前端圆棒体结构上有石英套管b（6）进行封装，中心电极b（7）的后端上有电极接头b（9）；壳体（4）前端的圆筒体结构与输出接口（5）之间有产物通道（Ⅲ）；在绝缘端头a（16）上有电极紧固件a（2），电极紧固件a（2）把中心电极a（15）固定在绝缘端头a（16）上；在绝缘端头b（11）上有电极紧固件b（10），电极紧固件b（10）把中心电极b（7）固定在绝缘端头b（11）上；电离室a（Ⅰ）直接连通到合成室（Ⅱ）；电离室b（Ⅵ）的前端与合成室（Ⅱ）的后端之间有离子气通道（Ⅴ）和切线射流口（Ⅳ），电离室b（Ⅵ）通过离子气通道（Ⅴ）和切线射流口（Ⅳ）以切线方向连通到合成室（Ⅱ）；离子气通道（Ⅴ）和切线射流口（Ⅳ）连通到合成室（Ⅱ）的角度与电离室a（Ⅰ）连通到合成室（Ⅱ）的角度呈相互垂直；切线射流口（Ⅳ）的切线方向与输入接口a（3）的切线方向相反。
本实用新型中，把离子气通道（Ⅴ）和切线射流口（Ⅳ）连通到合成室（Ⅱ）的角度与电离室a（Ⅰ）连通到合成室（Ⅱ）的角度进行相互垂直设计以及采取切线射流口（Ⅳ）的切线方向与输入接口a（3）的切线方向相反的措施，其目的是为了能使进入到合成室（Ⅱ）的二种原料气进行更好的混合，更有利于完成化学合成反应。
上述的实用新型在具体实施时，配备高压静电发生器，把静电发生器的高压电源正极分别连接到电极接头a（1）上和外电极b（12）上，把静电发生器的高压电源负极分别连接到外电极a（14）上和电极接头b（9）上，通电后，便在电离室a（Ⅰ）中产生负极性的静电电场，在电离室b（Ⅵ）中产生正极性的静电电场。静电场是电荷周围空间存在的一种特殊形态的物质,在电场力的作用下出现静电感应现象,使原来中和的气体分子出现正、负电荷分离现象。当向电离室a（Ⅰ）中输入参于化学合成反应其中的一种原料气和向电离室b（Ⅵ）中输入参于化学合成反应中的另一种原料气时，二种原料气分别在电离室a（Ⅰ）中和电离室b（Ⅵ）中被电离为活性物质，输入到电离室a（Ⅰ）的原料气成为带负电子的活性离子气，输入到电离室b（Ⅵ）中原料气成为带正电子的活性离子气，当带负电子的活性离子气和带正电子的活性离子气在合成室（Ⅱ）中混合后，根据异性相吸的原理，极容易进行化学合成而成为目标产物。
上述的实用新型中，把参与化学反应的原料分别进行电离活化，使之成为不同极性的活性离子气，使得通常需要在极其苛刻的条件才能发生的化学反应变得在接近常压和室温条件下就容易进行，原料气不需要压缩就能实现合成反应，使得能耗极低，还具有设备简单、造价低、运行和维护费用极低的优点。
上述的实用新型在具体实施时，高压静电发生器输出的高压电为12KV以上的直流电；绝缘端头a（16）、电极紧固件a（2）、绝缘端头b（11）、电极紧固件b（10）和合成室的壳体（4）采用绝缘材料制作，所述的绝缘材料制作包括聚四氟乙烯、胶木、氧化铝陶瓷等材料，中心电极和外电极采用金属材料制作。
上述的实用新型在进行化学合成反应过程中会产生热量，可采用冷却合成室壳体（4）的办法来移去反应热，合成室壳体（4）的冷却方法包括风冷法和水冷法，其中水冷法采用循环换热可回收热能。
本实用新型的有益效果是：在常压的条件下采用静电法来把原料气合成为目标产物，克服了现有设备的压缩能耗高、设备庞大、催化剂易失活、效率低、运行和维护费用高、投资大的缺点。本设备可生产甲醇、二甲醚、合成氨及其它化学合成产品。
附图说明
图1是本实用新型的一种静电式化学合成器的结构图。
图2是图1的A-A剖面放大图。
图中：1.电极接头a，2.电极紧固件a，3.输入接口a，4.合成室的壳体，5.输出接口，6.石英套管b，7.中心电极b，8.输入接口b，9.电极接头b，10.电极紧固件b，11.绝缘端头b，12.外电极b，13.石英套管a，14.外电极a，15.中心电极a，16.绝缘端头a，17.连接口a，18.连接口b，Ⅰ.电离室a，Ⅱ.合成室，Ⅲ.产物通道，Ⅳ.切线射流口，Ⅴ.离子气通道，Ⅵ.电离室b。
具体实施方式
附图所示的实施例中，静电式化学合成器主要由电离室a（Ⅰ）、中心电极a（15）、绝缘端头a（16）、电离室b（Ⅵ）、中心电极b（7）、绝缘端头b（11）、合成室（Ⅱ）、输入接口a（3）、输入接口b（8）和输出接口（5）组成，其中，电离室a（Ⅰ）由外电极a（14）的内空间构成，外电极a（14）为圆筒体结构，外电极a（14）的圆筒体结构构成电离室a（Ⅰ）的壁体，电离室a（Ⅰ）后端的壁体连接在绝缘端头a（16）上，绝缘端头a（16）的中心有通孔，中心电极a（15）安装在绝缘端头a（16）的中心通孔上，中心电极a（15）的前端为圆棒体结构，中心电极a（15）的圆棒体结构伸入到外电极a（14）圆筒体的内空间中；电离室b（Ⅵ）由外电极b（12）的内空间构成，外电极b（12）为圆筒体结构，外电极b（12）的圆筒体结构构成电离室b（Ⅵ）的壁体，电离室b（Ⅵ）后端的壁体连接在绝缘端头b（11）上，绝缘端头b（11）的中心有通孔，中心电极b（7）安装在绝缘端头b（11）的中心通孔上，中心电极b（7）的前端为圆棒体结构，中心电极b（7）的圆棒体结构伸入到外电极b（12）圆筒体的内空间中；合成室（Ⅱ）由壳体（4）的内空间构成，壳体（4）为圆筒体结构，在壳体（4）后端的圆筒体结构上有外电极a（14）的连接口a（17）和外电极b（12）的连接口b（18），电离室a（Ⅰ）的前端壁体连接到壳体（4）的连接口a（17）上，电离室b（Ⅵ）的前端壁体连接到壳体（4）的连接口b（18）上；输入接口a（3）连接在电离室a（Ⅰ）的后部壁体上；输入接口b（8）连接在电离室b（Ⅵ）的后部壁体上；输出接口（5）连接在壳体（4）的前端。本实施例中，输入接口a（3）以切线方向连接在电离室a（Ⅰ）的后部壁体上；输入接口b（8）以切线方向连接在电离室b（Ⅵ）的后部壁体上；中心电极a（15）的前端圆棒体结构上有石英套管a（13）进行封装，中心电极a（15）的后端上有电极接头a（1）；中心电极b（7）的前端圆棒体结构上有石英套管b（6）进行封装，中心电极b（7）的后端上有电极接头b（9）；壳体（4）前端的圆筒体结构与输出接口（5）之间有产物通道（Ⅲ）；在绝缘端头a（16）上有电极紧固件a（2），电极紧固件a（2）把中心电极a（15）固定在绝缘端头a（16）上；在绝缘端头b（11）上有电极紧固件b（10），电极紧固件b（10）把中心电极b（7）固定在绝缘端头b（11）上；电离室a（Ⅰ）直接连通到合成室（Ⅱ）；电离室b（Ⅵ）的前端与合成室（Ⅱ）的后端之间有离子气通道（Ⅴ）和切线射流口（Ⅳ），电离室b（Ⅵ）通过离子气通道（Ⅴ）和切线射流口（Ⅳ）以切线方向连通到合成室（Ⅱ）；离子气通道（Ⅴ）和切线射流口（Ⅳ）连通到合成室（Ⅱ）的连通角度与电离室a（Ⅰ）直接连通到合成室（Ⅱ）的连通角度呈相互垂直；切线射流口（Ⅳ）的切线方向与输入接口a（3）的切线方向相反。
本实施例中，绝缘端头a（16）、电极紧固件a（2）、绝缘端头b（11）、电极紧固件b（10）和合成室的壳体（4）采用聚四氟乙烯材料制作，中心电极和外电极采用金属材料制作。配备高压静电发生器，把静电发生器的高压电源正极分别连接到电极接头a（1）上和外电极b（12）上，把静电发生器的高压电源负极分别连接到外电极a（14）上和电极接头b（9）上，通电后，便在电离室a（Ⅰ）中产生负极性的静电电场，在电离室b（Ⅵ）中产生正极性的静电电场，这时，向电离室a（Ⅰ）中输入化学合成其中的一种原料气和向电离室b（Ⅵ）中输入化学合成中的另一种原料气，二种原料气分别在电离室a（Ⅰ）中和电离室b（Ⅵ）中被电离为活性物质，输入到电离室a（Ⅰ）的原料气成为带负电子的活性离子气，输入到电离室b（Ⅵ）中原料气成为带正电子的活性离子气，当带负电子的活性离子气和带正电子的活性离子气在合成室（Ⅱ）中混合后，极容易进行化学合成而成为目标产物。
本实施例中，静电式化学合成器的工作电压为20000～35000V的直流电源，当要进行合成氨生产时，向电离室b（Ⅵ）中输入氢气以及向电离室a（Ⅰ）内输入氮气，按1体积氮气和3体积氢气的比例进行操作，在合成室（Ⅱ）中就可生成合成氨，其反应式为N2+3H2→2NH3+92.1kj；当要进行合成甲醇生产时，在合成室（Ⅱ）中设置以48%的氧化铜、46%的氧化锌、5%的氧化铝组份的催化剂，然后向电离室b（Ⅵ）中输入氢气以及向电离室a（Ⅰ）内输入一氧化碳，按1体积一氧化碳和2体积氢气的比例进行操作，在合成室（Ⅱ）中就可生成甲醇，其反应式为CO+2H2→CH3OH+102.5kj；当要进行合成二甲醚生产时，在合成室（Ⅱ）中设置以48%的氧化铜、46%的氧化锌、5%的氧化铝组份的催化剂并加填ZSM-5分子筛，然后向电离室b（Ⅵ）中输入氢气以及向电离室a（Ⅰ）内输入一氧化碳，按1体积一氧化碳和2体积氢气的比例进行操作，在合成室（Ⅱ）中就可生成二甲醚，其反应式为2CO+4H2→（CH3）2O+H2O+200.2kj。在上述的生产过程中，可采用水冷法来冷却合成室壳体（4），把反应热能移去用热交换器进行回收利用。
Claims (9)
1.一种静电式化学合成器，其特征是化学合成器主要由电离室a（Ⅰ）、中心电极a（15）、绝缘端头a（16）、电离室b（Ⅵ）、中心电极b（7）、绝缘端头b（11）、合成室（Ⅱ）、输入接口a（3）、输入接口b（8）和输出接口（5）组成，其中，电离室a（Ⅰ）由外电极a（14）的内空间构成，外电极a（14）为圆筒体结构，外电极a（14）的圆筒体结构构成电离室a（Ⅰ）的壁体，电离室a（Ⅰ）后端的壁体连接在绝缘端头a（16）上，绝缘端头a（16）的中心有通孔，中心电极a（15）安装在绝缘端头a（16）的中心通孔上，中心电极a（15）的前端为圆棒体结构，中心电极a（15）的圆棒体结构伸入到外电极a（14）圆筒体的内空间中；电离室b（Ⅵ）由外电极b（12）的内空间构成，外电极b（12）为圆筒体结构，外电极b（12）的圆筒体结构构成电离室b（Ⅵ）的壁体，电离室b（Ⅵ）后端的壁体连接在绝缘端头b（11）上，绝缘端头b（11）的中心有通孔，中心电极b（7）安装在绝缘端头b（11）的中心通孔上，中心电极b（7）的前端为圆棒体结构，中心电极b（7）的圆棒体结构伸入到外电极b（12）圆筒体的内空间中；合成室（Ⅱ）由壳体（4）的内空间构成，壳体（4）为圆筒体结构，在壳体（4）后端的圆筒体结构上有外电极a（14）的连接口a（17）和外电极b（12）的连接口b（18），电离室a（Ⅰ）的前端壁体连接到壳体（4）的连接口a（17）上，电离室b（Ⅵ）的前端壁体连接到壳体（4）的连接口b（18）上；输入接口a（3）连接在电离室a（Ⅰ）的后部壁体上；输入接口b（8）连接在电离室b（Ⅵ）的后部壁体上；输出接口（5）连接在壳体（4）的前端。
2.根据权利要求1所述的一种静电式化学合成器，其特征是输入接口a（3）以切线方向连接在电离室a（Ⅰ）的后部壁体上；输入接口b（8）以切线方向连接在电离室b（Ⅵ）的后部壁体上。
3.根据权利要求1所述的一种静电式化学合成器，其特征是中心电极a（15）的前端圆棒体结构上有石英套管a（13）进行封装，中心电极a（15）的后端上有电极接头a（1）。
4.根据权利要求1所述的一种静电式化学合成器，其特征是中心电极b（7）的前端圆棒体结构上有石英套管b（6）进行封装，中心电极b（7）的后端上有电极接头b（9）。
5.根据权利要求1所述的一种静电式化学合成器，其特征是壳体（4）前端的圆筒体结构与输出接口（5）之间有产物通道（Ⅲ）。
6.根据权利要求1所述的一种静电式化学合成器，其特征是在绝缘端头a（16）上有电极紧固件a（2），电极紧固件a（2）把中心电极a（15）固定在绝缘端头a（16）上。
7.根据权利要求1所述的一种静电式化学合成器，其特征是在绝缘端头b（11）上有电极紧固件b（10），电极紧固件b（10）把中心电极b（7）固定在绝缘端头b（11）上。
8.根据权利要求1所述的一种静电式化学合成器，其特征是电离室a（Ⅰ）直接连通到合成室（Ⅱ）；电离室b（Ⅵ）的前端与合成室（Ⅱ）的后端之间有离子气通道（Ⅴ）和切线射流口（Ⅳ），电离室b（Ⅵ）通过离子气通道（Ⅴ）和切线射流口（Ⅳ）以切线方向连通到合成室（Ⅱ）。
9.根据权利要求8所述的一种静电式化学合成器，其特征是离子气通道（Ⅴ）和切线射流口（Ⅳ）连通到合成室（Ⅱ）的角度与电离室a（Ⅰ）连通到合成室（Ⅱ）的角度呈相互垂直；切线射流口（Ⅳ）的切线方向与输入接口a（3）的切线方向相反。
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