CN203635178U

CN203635178U - 由制冷装置产生内循环动力的化学合成系统

Info

Publication number: CN203635178U
Application number: CN201420015435.9U
Authority: CN
Inventors: 周开根
Original assignee: Quzhou Yunrui Industrial Design Co Ltd
Current assignee: Quzhou Yunrui Industrial Design Co Ltd
Priority date: 2014-01-10
Filing date: 2014-01-10
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2024-01-10

Abstract

一种由制冷装置产生内循环动力的化学合成系统，涉及到一种化学合成反应器。系统由合成反应器、下降管组件和制冷装置组成，其中，合成反应器主要由上端头、壁体和下端头构成，壁体的内空间构成反应室和加热室；下降管组件主要由下降直管、下降盘管和外壳构成，外壳的内空间构成冷却室；制冷装置主要由蒸发盘管、冷凝器和制冷压缩机构成；冷凝器设置在合成反应器的加热室中，蒸发盘管设置在下降管组件的冷却室内。本实用新型利用制冷剂的冷凝放热进行加热原料气或未反应气使其上升运动，利用制冷剂的蒸发吸热使混合物降温进行下降运动，形成循环动力，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。

Description

由制冷装置产生内循环动力的化学合成系统

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

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。

实用新型内容

本实用新型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产生内循环动力的化学合成系统，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。

本实用新型的一种由制冷装置产生内循环动力的化学合成系统，其特征是系统由合成反应器、下降管组件和制冷装置组成，其中，合成反应器主要由上端头（1）、壁体（4）和下端头（18）构成，下降管组件主要由下降直管（45）、下降盘管（38）和外壳（40）构成，制冷装置主要由蒸发盘管（41）、冷凝器（12）和制冷压缩机（30）构成；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，在反应室（Ⅰ）与加热室（Ⅱ）的之间有隔板（10），隔板（10）上有均匀分布的过风孔（8），在加热室（Ⅱ）的下端有布风板（14），布风板（14）上有均匀分布的布风孔（13），下端头（18）安装在壁体（4）的下端口，下端头（18）由圆筒体侧壁和圆弧底构成，下端头（18）的内空间构成气液分离室（Ⅲ），气液分离室（Ⅲ）的上部通过布风板（14）上的布风孔（13）连通到加热室（Ⅱ），加热室（Ⅱ）通过隔板（10）上的过风孔（8）连通到反应室（Ⅰ），在反应室（Ⅰ）的上部有混合气输出接口（50）接出，气液分离室（Ⅲ）的底部有产物出口（20）接出，气液分离室（Ⅲ）的中部侧壁上有混合气输入接口（21）接入；下降管组件的结构中，外壳（40）的内空间构成冷却室（Ⅳ），下降直管（45）和下降盘管（38）设置在冷却室（Ⅳ）中，下降直管（45）在冷却室（Ⅳ）的中心部位，下降盘管（38）在下降直管（45）的外围，在冷却室（Ⅳ）中有安装蒸发盘管（41）的空间，下降盘管（38）上端的进料口（43）连接到下降直管（45）的上部，下降盘管（38）下端的出料口（36）连接到下降直管（45）的下部，下降直管（45）的上端从外壳（40）的顶部穿出，下降直管（45）的上端接口为输入连接口（46），下降直管（45）的下端从外壳（40）的底部穿出，下降直管（45）的下端接口为输出连接口（33），下降直管（45）下端的输出连接口（33）通过连接管b（29）连接到气液分离室（Ⅲ）的混合气输入接口（21）上，反应室（Ⅰ）上部的混合气输出接口（50）通过连接管a（47）连接到下降直管（45）上端的输入连接口（46）上；制冷装置的结构中，冷凝器（12）设置在合成反应器的加热室（Ⅱ）中，冷凝器（12）上有回气输入接口（23）和冷凝输出接口（22），冷凝器（12）的回气输入接口（23）和冷凝输出接口（22）从加热室（Ⅱ）部位的壁体（4）上穿出合成反应器的体外，蒸发盘管（41）设置在下降管组件的冷却室（Ⅳ）内，蒸发盘管（41）上有蒸发输入接口（48）和回气输出接口（37），蒸发盘管（41）的蒸发输入接口（48）和回气输出接口（37）从外壳（40）上穿出冷却室（Ⅳ）的体外，制冷压缩机（30）上有吸气接口（32）和排气接口（31），制冷压缩机（30）的排气接口（31）连接到冷凝器（12）的回气输入接口（23）上，冷凝器（12）的冷凝输出接口（22）通过膨胀阀（49）或毛细管连接到蒸发盘管（41）的蒸发输入接口（48）上，蒸发盘管（41）的回气输出接口（37）连接到制冷压缩机（30）的吸气接口（32）上。

本实用新型中，在连接管b（29）上有原料气补充接口（16）接入或在气液分离室（Ⅲ）的侧壁上原料气补充接口（16）接入；蒸发盘管（41）设置在冷却室（Ⅳ）内的下降直管（45）与下降盘管（38）之间的空间中；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；制冷装置中有水冷器（25），水冷器（25）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（26）接入和制冷剂输出接口（24）接出，冷却水回路上有冷却水进口（27）接入和冷却水出口（28）接出；当制冷装置中有水冷器（25）时，冷凝器（12）的冷凝输出接口（22）连接到水冷器（25）的制冷剂输入接口（26）上，水冷器（25）的制冷剂输出接口（24）通过膨胀阀（49）或毛细管连接到蒸发盘管（41）的蒸发输入接口（48）上，具体实施时，水冷器（25）的冷却水回路上的冷却水进口（27）和冷却水出口（28）连接到冷却水系统回路上；冷却室（Ⅳ）的上部有循环冷媒水的输入口（42）接入，冷却室（Ⅳ）的下部有循环冷媒水的输出口（34）接出，下降管组件的外围有媒水循环泵（35），媒水循环泵（35）的进水口连接到冷却室（Ⅳ）下部循环冷媒水的输出口（34）上，媒水循环泵（35）的出水口连接到冷却室（Ⅳ）上部循环冷媒水的输入口（42）上，具体实施时，在冷却室（Ⅳ）的顶部有补水接口（44）接入；在气液分离室（Ⅲ）中有气液分离器（17），气液分离器（17）为百页窗式分离器，气液分离室（Ⅲ）依次通过气液分离器（17）、布风板（14）上的布风孔（13）连通到加热室（Ⅱ）；在反应室（Ⅰ）中有调温盘管（6），调温盘管（6）的下端有调温介质进口（9）接入，调温盘管（6）的上端有调温介质出口（7）接出，调温盘管（6）上的调温介质进口（9）和调温介质出口（7）从反应室（Ⅰ）部位的壁体（4）上穿出合成反应器体外。

上述的实用新型中，利用制冷剂的蒸发吸热和冷凝放热的原理，分别由蒸发盘管（41）在下降管组件的冷却室（Ⅳ）中进行制冷和由冷凝器（12）在合成反应器的加热室（Ⅱ）中进行加热，使处于冷却室（Ⅳ）中的下降直管（45）和下降盘管（38）得到冷却，从而使下降直管（45）内和下降盘管（38）内的原料气或未反应气降温而进行下降运动，同时使原料气或未反应气在加热室（Ⅱ）中得到加热升温而进行上升运动，原料气或未反应气在下降管中的下降运动以及在加热室（Ⅱ）中的上升运动形成了内循环动力，由合成反应系统在等压条件进行化合反应的自动循环。在制冷装置中，制冷剂由制冷压缩机（30）的排气接口（31）通过冷凝器（12）的回气输入接口（23）输入到冷凝器（12）的盘管内，再由冷凝器（12）的冷凝输出接口（22）经膨胀阀（49）或毛细管由蒸发输入接口（48）输入到蒸发盘管（41）内，然后再由蒸发盘管（41）的回气输出接口（37）返回到制冷压缩机（30）的吸气接口（32），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盘管（41）的蒸发输入接口之间有具有节流作用的膨胀阀（49）或毛细管，在制冷压缩机（30）运行的情况下，使得蒸发盘管（41）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盘管（41）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，从而由蒸发盘管（41）在冷却室（Ⅳ）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。

上述的实用新型在生产上应用时，把调温盘管（6）的调温介质进口（9）通过调节阀连接到调温水的供水管路上，把调温盘管（6）的调温介质出口（7）连接到调温水的回水管路上；把原料气补充接口（16）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（20）通过减压阀连接到产品贮罐的输入接口上；把冷却室（Ⅳ）顶部的补水接口（44）连接到补水箱上；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，使原料气充满在气液分离室（Ⅲ）、加热室（Ⅱ）、反应室（Ⅰ）、下降直管（45）和下降盘管（38）中；起动制冷压缩机（30）和媒水循环泵（35），使制冷装置工作以及使冷媒水在下降管组件中的冷却室（Ⅳ）中进行循环流动，于是原料气在加热室（Ⅱ）中得到升温及在下降直管（45）和下降盘管（38）中得到降温，根据重力循环原理，原料气升温后密度变小会进行上升运动，降温后密度变大会进行下降运动，于是原料气便自加热室（Ⅱ）上升至反应室（Ⅰ）中，再由反应室（Ⅰ）至下降直管（45）和下降盘管（38）中，再由下降直管（45）和下降盘管（38）中至气液分离室（Ⅲ）中，再由气液分离室（Ⅲ）中返回至加热室（Ⅱ）中进行循环运动，原料气在流经反应室（Ⅰ）中时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，所生成的反应热又会使循环气流继续升温及引起反应室（Ⅰ）内升温，从而使得系统内产生更大的循环动力，在反应室（Ⅰ）内进行连续的化合反应，由于在反应室（Ⅰ）内存在逆反应，因此，在反应室（Ⅰ）中产生的是目标产物与未反应气混合的混合物，混合物在循环至下降直管（45）和下降盘管（38）中时，得到降温，当降温至目标产物的蒸发温度以下时，目标产物便成为液态的产物随未反应气进入到气液分离室（Ⅲ）中，液态的目标产物集聚在气液分离室（Ⅲ）的底部，然后经产物出口（20）分离出来，而未反应气在循环动力的作用下进入到反应室（Ⅰ）继续进行化合反应，直至生成目标产物。合成目标产物所消耗的原料气通过原料气补充接口（16）进行补充，如此周而复始，由合成反应系统形成等压条件下的自动循环反应，并及时把目标产物分离出合成反应器外，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。本实用新型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。

上述的实用新型中，在下降管组件的冷却室（Ⅳ）中设置蒸发盘管（41），蒸发盘管（41）在冷却室（Ⅳ）中就地制取冷媒水，并且使蒸发盘管（41）处于下降直管（45）和下降盘管（38）的之间，可以使下降直管（45）和下降盘管（38）内的目标产物降温到蒸发温度以下，使目标产物成为液态的产物，便于分离出来；在气液分离室（Ⅲ）中设置气液分离器（17）的作用是避免目标产物反馈到反应室（Ⅰ）中影响催化效率，这样，便在合成反应器内部及时进行目标产物的分离，从而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，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），与蒸发盘管（41）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。

上述的实用新型中，设置水冷器（25）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。

上述的实用新型中，在冷却室（Ⅳ）循环冷媒水的输入口（42）与输出口（34）之间设置媒水循环泵（35）的作用是为了提高传热系数，媒水循环泵（35）运行时，使冷却室（Ⅳ）内的冷媒水进行强制循环流动，使得冷媒水在冷却室（Ⅳ）内的湍动程度高，能更有效地冲刷下降盘管（38）和下降直管（45），从而提高冷却效率。

上述的实用新型中，在反应室（Ⅰ）中设置调温盘管（6）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，通过调节调温盘管（6）中调温介质的温度或流量来操作反应室（Ⅰ）内移热或加热，从而控制反应室（Ⅰ）的操作温度。

本实用新型的有益效果是：设计的一种由制冷装置产生内循环动力的化学合成系统，在下降管组件的冷却室（Ⅳ）中设置蒸发盘管（41）和在合成反应器的加热室（Ⅱ）中设置冷凝器（12），冷凝器（12）与蒸发盘管（41）配对使用，利用制冷剂的冷凝放热在加热室（Ⅱ）中加热原料气或未反应气使其上升运动，利用制冷剂的蒸发吸热使下降管内的混合物降温进行下降运动，从而形成循环动力，并且实现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。本实用新型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，本实用新型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。本实用新型可在甲醇、二甲醚、合成氨等化学合成产品的生产线上应用。

附图1说明

附图1是本实用新型的一种由制冷装置产生内循环动力的化学合成系统结构图。

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.调温盘管，7.调温介质出口，8.过风孔，9.调温介质进口，10.隔板，11.催化剂卸料出口，12.冷凝器，13.布风孔，14.布风板，15.密封圈b，16.原料气补充接口，17.气液分离器，18.下端头，19.产物输出管，20.产物出口，21.混合气输入接口，22.冷凝器的冷凝输出接口，23.冷凝器的回气输入接口，24.水冷器的制冷剂输出接口，25.水冷器，26.水冷器的制冷剂输入接口，27.水冷器的冷却水进口，28.水冷器的冷却水出口，29.连接管b，30.制冷压缩机，31.制冷压缩机的排气接口，32.制冷压缩机的吸气接口，33.下降管组件的输出连接口，34.循环冷媒水的输出口，35.媒水循环泵，36.下降盘管的出料口，37.蒸发盘管的出口，38.下降盘管，39.媒水循环管，40.下降管组件外壳，41.蒸发盘管，42.循环冷媒水的输入口，43.下降盘管的进料口，44.补水接口，45.下降直管，46.下降管组件的输入连接口，47.连接管a，48.蒸发盘管的进口，49.膨胀阀，50.混合气输出接口，Ⅰ.反应室，Ⅱ.加热室，Ⅲ.气液分离室，Ⅳ.冷却室。

具体实施方式

附图1所示的实施例中，由制冷装置产生内循环动力的化学合成系统由合成反应器、下降管组件和制冷装置组成，其中，合成反应器主要由上端头（1）、壁体（4）和下端头（18）构成，下降管组件主要由下降直管（45）、下降盘管（38）和外壳（40）构成，制冷装置主要由蒸发盘管（41）、冷凝器（12）、水冷器（25）和制冷压缩机（30）构成。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，在反应室（Ⅰ）与加热室（Ⅱ）的之间有隔板（10），隔板（10）上有均匀分布的过风孔（8），在加热室（Ⅱ）的下端有布风板（14），布风板（14）上有均匀分布的布风孔（13）；下端头（18）安装在壁体（4）的下端口，下端头（18）由圆筒体侧壁和圆弧底构成，下端头（18）的内空间构成气液分离室（Ⅲ），气液分离室（Ⅲ）中有气液分离器（17），气液分离器（17）为百页窗式分离器，气液分离室（Ⅲ）依次通过气液分离器（17）、布风板（14）上的布风孔（13）连通到加热室（Ⅱ），加热室（Ⅱ）通过隔板（10）上的过风孔（8）连通到反应室（Ⅰ）；在反应室（Ⅰ）中有调温盘管（6），调温盘管（6）的下端有调温介质进口（9）接入，调温盘管（6）的上端有调温介质出口（7）接出，调温盘管（6）上的调温介质进口（9）和调温介质出口（7）从反应室（Ⅰ）部位的壁体（4）上穿出合成反应器体外；在反应室（Ⅰ）的上部有混合气输出接口（50）接出；在气液分离室（Ⅲ）的底部有产物出口（20）接出，气液分离室（Ⅲ）的中部侧壁上有混合气输入接口（21）接入和原料气补充接口（16）接入。下降管组件的结构中，外壳（40）的内空间构成冷却室（Ⅳ），冷却室（Ⅳ）的上部有循环冷媒水的输入口（42）接入，冷却室（Ⅳ）的下部有循环冷媒水的输出口（34）接出，在冷却室（Ⅳ）的顶部有补水接口（44）接入；下降直管（45）和下降盘管（38）设置在冷却室（Ⅳ）中，下降直管（45）在冷却室（Ⅳ）的中心部位，下降盘管（38）在下降直管（45）的外围，在冷却室（Ⅳ）中有安装蒸发盘管（41）的空间，下降盘管（38）上端的进料口（43）连接到下降直管（45）的上部，下降盘管（38）下端的出料口（36）连接到下降直管（45）的下部；下降直管（45）的上端从外壳（40）的顶部穿出，下降直管（45）的上端接口为输入连接口（46），下降直管（45）的下端从外壳（40）的底部穿出，下降直管（45）的下端接口为输出连接口（33）；下降直管（45）下端的输出连接口（33）通过连接管b（29）连接到气液分离室（Ⅲ）的混合气输入接口（21）上，反应室（Ⅰ）上部的混合气输出接口（50）通过连接管a（47）连接到下降直管（45）上端的输入连接口（46）上，下降管组件的外围有媒水循环泵（35）和媒水循环管（39），媒水循环泵（35）的进水口连接到冷却室（Ⅳ）下部循环冷媒水的输出口（34）上，媒水循环泵（35）的出水口通过媒水循环管（39）连接到冷却室（Ⅳ）上部循环冷媒水的输入口（42）上。制冷装置的结构中，冷凝器（12）设置在合成反应器的加热室（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（23）和冷凝输出接口（22），冷凝器（12）的回气输入接口（23）和冷凝输出接口（22）从加热室（Ⅱ）部位的壁体（4）上穿出合成反应器的体外；蒸发盘管（41）设置在冷却室（Ⅳ）内的下降直管（45）与下降盘管（38）之间的空间中，蒸发盘管（41）上有蒸发输入接口（48）和回气输出接口（37），蒸发盘管（41）的蒸发输入接口（48）和回气输出接口（37）从外壳（40）上穿出冷却室（Ⅳ）的体外；水冷器（25）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（26）接入和制冷剂输出接口（24）接出，冷却水回路上有冷却水进口（27）接入和冷却水出口（28）接出；制冷压缩机（30）上有吸气接口（32）和排气接口（31），制冷压缩机（30）的排气接口（31）连接到冷凝器（12）的回气输入接口（23）上，冷凝器（12）的冷凝输出接口（22）连接到水冷器（25）的制冷剂输入接口（26）上，水冷器（25）的制冷剂输出接口（24）通过膨胀阀（49）或毛细管连接到蒸发盘管（41）的蒸发输入接口（48）上，蒸发盘管（41）的回气输出接口（37）连接到制冷压缩机（30）的吸气接口（32）上，水冷器（25）的冷却水回路上的冷却水进口（27）和冷却水出口（28）连接到冷却水系统回路上。本实施例中，在反应室（Ⅰ）的上部有温度传感器（3）；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（18）与壁体（4）下端口的连接面之间有密封圈b（15）。

本实施例在生产时，把调温盘管（6）的调温介质进口（9）通过调节阀连接到调温水的供水管路上，把调温盘管（6）的调温介质出口（7）连接到调温水的回水管路上；把原料气补充接口（16）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（20）通过减压阀连接到产品贮罐的输入接口上；把冷却室（Ⅳ）顶部的补水接口（44）连接到补水箱上；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，使原料气充满在气液分离室（Ⅲ）、加热室（Ⅱ）、反应室（Ⅰ）、下降直管（45）和下降盘管（38）中；起动制冷压缩机（30）和媒水循环泵（35），使制冷装置工作以及使冷媒水在下降管组件中的冷却室（Ⅳ）中进行循环流动，于是原料气在加热室（Ⅱ）中得到升温及在下降直管（45）和下降盘管（38）中得到降温，根据重力循环原理，原料气升温后密度变小会进行上升运动，降温后密度变大会进行下降运动，于是原料气便自加热室（Ⅱ）上升至反应室（Ⅰ）中，再由反应室（Ⅰ）至下降直管（45）和下降盘管（38）中，再由下降直管（45）和下降盘管（38）中至气液分离室（Ⅲ）中，再由气液分离室（Ⅲ）中返回至加热室（Ⅱ）中进行循环运动，原料气在流经反应室（Ⅰ）中时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，所生成的反应热又会使循环气流继续升温及引起反应室（Ⅰ）内升温，从而使得系统内产生更大的循环动力，在反应室（Ⅰ）内进行连续的化合反应，由于在反应室（Ⅰ）内存在逆反应，因此，在反应室（Ⅰ）中产生的是目标产物与未反应气混合的混合物，混合物在循环至下降直管（45）和下降盘管（38）中时，得到降温，当降温至目标产物的蒸发温度以下时，目标产物便成为液态的产物随未反应气进入到气液分离室（Ⅲ）中，集聚在气液分离室（Ⅲ）的底部，然后经产物出口（20）分离出来，而未反应气在循环动力的作用下进入到反应室（Ⅰ）继续进行化合反应，直至生成目标产物。合成目标产物所消耗的原料气通过原料气补充接口（16）进行补充，如此周而复始，由合成反应系统形成等压条件下的自动循环反应，并及时把目标产物分离出合成反应器外，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。本实施例根据温度传感器（3）检测的温度信息，通过调节调温盘管（6）中调温介质的温度或流量来操作反应室（Ⅰ）内移热或加热，从而控制反应室（Ⅰ）的室温适合原料气合成目标产物的温度。

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49%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49%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

1.一种由制冷装置产生内循环动力的化学合成系统，其特征是系统由合成反应器、下降管组件和制冷装置组成，其中，合成反应器主要由上端头（1）、壁体（4）和下端头（18）构成，下降管组件主要由下降直管（45）、下降盘管（38）和外壳（40）构成，制冷装置主要由蒸发盘管（41）、冷凝器（12）和制冷压缩机（30）构成；

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，在反应室（Ⅰ）与加热室（Ⅱ）的之间有隔板（10），隔板（10）上有均匀分布的过风孔（8），在加热室（Ⅱ）的下端有布风板（14），布风板（14）上有均匀分布的布风孔（13），下端头（18）安装在壁体（4）的下端口，下端头（18）由圆筒体侧壁和圆弧底构成，下端头（18）的内空间构成气液分离室（Ⅲ），气液分离室（Ⅲ）的上部通过布风板（14）上的布风孔（13）连通到加热室（Ⅱ），加热室（Ⅱ）通过隔板（10）上的过风孔（8）连通到反应室（Ⅰ），在反应室（Ⅰ）的上部有混合气输出接口（50）接出，气液分离室（Ⅲ）的底部有产物出口（20）接出，气液分离室（Ⅲ）的中部侧壁上有混合气输入接口（21）接入；

下降管组件的结构中，外壳（40）的内空间构成冷却室（Ⅳ），下降直管（45）和下降盘管（38）设置在冷却室（Ⅳ）中，下降直管（45）在冷却室（Ⅳ）的中心部位，下降盘管（38）在下降直管（45）的外围，在冷却室（Ⅳ）中有安装蒸发盘管（41）的空间，下降盘管（38）上端的进料口（43）连接到下降直管（45）的上部，下降盘管（38）下端的出料口（36）连接到下降直管（45）的下部，下降直管（45）的上端从外壳（40）的顶部穿出，下降直管（45）的上端接口为输入连接口（46），下降直管（45）的下端从外壳（40）的底部穿出，下降直管（45）的下端接口为输出连接口（33），下降直管（45）下端的输出连接口（33）通过连接管b（29）连接到气液分离室（Ⅲ）的混合气输入接口（21）上，反应室（Ⅰ）上部的混合气输出接口（50）通过连接管a（47）连接到下降直管（45）上端的输入连接口（46）上；

制冷装置的结构中，冷凝器（12）设置在合成反应器的加热室（Ⅱ）中，冷凝器（12）上有回气输入接口（23）和冷凝输出接口（22），冷凝器（12）的回气输入接口（23）和冷凝输出接口（22）从加热室（Ⅱ）部位的壁体（4）上穿出合成反应器的体外，蒸发盘管（41）设置在下降管组件的冷却室（Ⅳ）内，蒸发盘管（41）上有蒸发输入接口（48）和回气输出接口（37），蒸发盘管（41）的蒸发输入接口（48）和回气输出接口（37）从外壳（40）上穿出冷却室（Ⅳ）的体外，制冷压缩机（30）上有吸气接口（32）和排气接口（31），制冷压缩机（30）的排气接口（31）连接到冷凝器（12）的回气输入接口（23）上，冷凝器（12）的冷凝输出接口（22）通过膨胀阀（49）或毛细管连接到蒸发盘管（41）的蒸发输入接口（48）上，蒸发盘管（41）的回气输出接口（37）连接到制冷压缩机（30）的吸气接口（32）上。

2.根据权利要求1所述的一种由制冷装置产生内循环动力的化学合成系统，其特征是在连接管b（29）上有原料气补充接口（16）接入或在气液分离室（Ⅲ）的侧壁上原料气补充接口（16）接入。

3.根据权利要求1所述的一种由制冷装置产生内循环动力的化学合成系统，其特征是蒸发盘管（41）设置在冷却室（Ⅳ）内的下降直管（45）与下降盘管（38）之间的空间中。

4.根据权利要求1所述的一种由制冷装置产生内循环动力的化学合成系统，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。

5.根据权利要求1所述的一种由制冷装置产生内循环动力的化学合成系统，其特征是制冷装置中有水冷器（25），水冷器（25）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（26）接入和制冷剂输出接口（24）接出，冷却水回路上有冷却水进口（27）接入和冷却水出口（28）接出；当制冷装置中有水冷器（25）时，冷凝器（12）的冷凝输出接口（22）连接到水冷器（25）的制冷剂输入接口（26）上，水冷器（25）的制冷剂输出接口（24）通过膨胀阀（49）或毛细管连接到蒸发盘管（41）的蒸发输入接口（48）上。

6.根据权利要求1所述的一种由制冷装置产生内循环动力的化学合成系统，其特征是冷却室（Ⅳ）的上部有循环冷媒水的输入口（42）接入，冷却室（Ⅳ）的下部有循环冷媒水的输出口（34）接出，下降管组件的外围有媒水循环泵（35），媒水循环泵（35）的进水口连接到冷却室（Ⅳ）下部循环冷媒水的输出口（34）上，媒水循环泵（35）的出水口连接到冷却室（Ⅳ）上部循环冷媒水的输入口（42）上。

7.根据权利要求1所述的一种由制冷装置产生内循环动力的化学合成系统，其特征是在气液分离室（Ⅲ）中有气液分离器（17），气液分离器（17）为百页窗式分离器，气液分离室（Ⅲ）依次通过气液分离器（17）、布风板（14）上的布风孔（13）连通到加热室（Ⅱ）。

8.根据权利要求1所述的一种由制冷装置产生内循环动力的化学合成系统，其特征是在反应室（Ⅰ）中有调温盘管（6），调温盘管（6）的下端有调温介质进口（9）接入，调温盘管（6）的上端有调温介质出口（7）接出，调温盘管（6）上的调温介质进口（9）和调温介质出口（7）从反应室（Ⅰ）部位的壁体（4）上穿出合成反应器体外。