CN203635180U - 由制冷装置执行分离和预热的自循环化学合成器 - Google Patents

Abstract

一种由制冷装置执行分离和预热的自循环化学合成器，涉及到一种化学合成反应器。主要由上端头、壳体、壁体、冷却管束、下端头、蒸发器、冷凝器和制冷压缩机组成，其中，由上端头、壳体、壁体、冷却管束和下端头构成化学合成器，壁体设置在壳体的内空间中，壳体与壁体之间的空间构成下降通道，壁体的内空间构成反应室、加热室和集气室，集气室下方部位的壳体内空间构成下气室，冷却管束设置在下降通道中；由蒸发器、冷凝器和制冷压缩机构成冷却装置，蒸发器设置在下气室中，冷凝器设置在加热室中，制冷压缩机设置在化学合成器的体外。本实用新型利用制冷剂的蒸发吸热和冷凝放热来分离目标产物和预热未反应气，形成有利化学合成的室温及形成循环动力。

Description

由制冷装置执行分离和预热的自循环化学合成器

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。 

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执行分离和预热的自循环化学合成器，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。 

本实用新型的一种由制冷装置执行分离和预热的自循环化学合成器，其特征是合成器主要由上端头（1）、壳体（8）、壁体（9）、冷却管束（7）、下端头（22）、环形分水器（31）、环形集水器（3）、蒸发器（24）、冷凝器（29）和制冷压缩机（18）组成，其中，由上端头（1）、壳体（8）、壁体（9）、冷却管束（7）、环形分水器（31）、环形集水器（3）和下端头（22）构成化学合成器，上端头（1）安装在壳体（8）的上端口，下端头（22）安装在壳体（8）的下端口，壳体（8）和壁体（9）同为圆筒体结构，壁体（9）设置在壳体（8）的内空间中，壳体（8）与壁体（9）之间有空间，壳体（8）与壁体（9）之间的空间构成下降通道（Ⅵ）；壁体（9）的内空间构成反应室（Ⅰ）、加热室（Ⅱ）和集气室（Ⅴ），反应室（Ⅰ）、加热室（Ⅱ）和集气室（Ⅴ）自上而下依次排列，反应室（Ⅰ）与加热室（Ⅱ）之间有隔板（33），隔板（33）上有过风孔，加热室（Ⅱ）与集气室（Ⅴ）之间有布风板（28），布风板（28）上有布风孔；集气室（Ⅴ）下方部位的壳体（8）内空间构成下气室（Ⅳ），反应室（Ⅰ）上方部位的壳体（8）内空间构成上气室（Ⅶ）；下气室（Ⅳ）连通到集气室（Ⅴ），集气室（Ⅴ）通过布风板（28）上的布风孔连通到加热室（Ⅱ），加热室（Ⅱ）通过隔板（33）上的过风孔连通到反应室（Ⅰ），反应室（Ⅰ）连通到上气室（Ⅶ），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（23）接出；冷却管束（7）由多根钢管组合而成，多根钢管以环形布局方式设置在下降通道（Ⅵ）中；环形分水器（31）设置在壳体（8）的下部外围，环形分水器（31）为圆管结构，环形分水器（31）上有分水接口，分水接口的数量与冷却管束（7）的钢管数量相等；环形集水器（3）设置在壳体（8）的上部外围，环形集水器（3）为圆管结构，环形集水器（3）上有集水接口，集水接口的数量与冷却管束（7）的钢管数量相等；冷却管束（7）的各个钢管下端的进水端分别从壳体（8）的下部穿出连接到环形分水器（31）上的各个分水接口上，冷却管束（7）的各个钢管上端的出水端分别从壳体（8）的上部穿出连接到环形集水器（3）的各个集水接口上，环形集水器（3）上有冷却水出口（4）接出，环形分水器（31）上有冷却水进口（30）接入。由蒸发器（24）、冷凝器（29）和制冷压缩机（18）构成冷却装置，蒸发器（24）设置在下气室（Ⅳ）中，蒸发器（24）上有蒸发输入接口（20）和回气输出接口（21），蒸发器（24）上的蒸发输入接口（20）和回气输出接口（21）从下气室（Ⅳ）部位的壳体（8）上穿出化学合成器的体外；冷凝器（29）设置在加热室（Ⅱ）中，冷凝器（29）上有回气输入接口（11）和冷凝输出接口（12），冷凝器（29）上的回气输入接口（11）和冷凝输出接口（12）从加热室（Ⅱ）部位的壁体（9）上穿出化学合成器的体外；制冷压缩机（18）设置在化学合成器的体外，制冷压缩机（18）上有排气接口（17）和吸气接口（19），制冷压缩机（18）的排气接口（17）连接到冷凝器的回气输入接口（11）上，冷凝器的冷凝输出接口（12）通过膨胀阀（16）或毛细管连接到蒸发器（24）的蒸发输入接口（20）上，蒸发器（24）的回气输出接口（21）连接到制冷压缩机（18）的吸气接口（19）上。 

本实用新型中，在化学合成器内有上支撑件（37）和下支撑件（27），壁体（9）通过上支撑件（37）和下支撑件（27）连接到壳体（8）的内侧上；在反应室（Ⅰ）的下部有催化剂卸料口（10）从侧面接出化学合成器的体外；下气室（Ⅳ）有原料气补充接口（26）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（41）进行封闭；在反应室（Ⅰ）中有调温盘管（35），调温盘管（35）的下端通过引入管（6）从上端头（1）上穿出化学合成器体外，调温盘管（35）的上端通过引出管（36）从上端头（1）上穿出化学合成器体外，引入管（6）的入口上有调温介质输入口（42）接入，引出管（36）的出口上有调温介质输出口（39）接出；蒸发器（24）为翅片盘管式结构，蒸发器（24）的翅片上端伸入到集气室（Ⅴ）的入口中，下气室（Ⅳ）依次通过蒸发器（24）翅片的间隙、集气室（Ⅴ）和布风板（28）上的布风孔连通到加热室（Ⅱ）；冷凝器（29）为翅片盘管式结构，冷凝器（29）翅片间的空隙形成加热室（Ⅱ）内的气流通道；在冷凝器的冷凝输出接口（12）与膨胀阀（16）或毛细管的入口端之间有水冷器（14），水冷器（14）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（13）和制冷剂输出接口（15），冷却水回路上有冷却水输入端和冷却水输出端，冷凝器的冷凝输出接口（12）连接到水冷器（14）的制冷剂输入接口（13）上，水冷器（14）的制冷剂输出接口（15）通过膨胀阀（16）或毛细管连接到蒸发器的蒸发输入接口（20）上；在上气室（Ⅶ）部位的壳体（8）上有温度传感器（38）；在壁体（9）的外侧面上有绝热层（34）。 

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，分别由蒸发器（24）在下气室（Ⅳ）中进行制冷，同时由冷凝器（29）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、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（18）的排气接口通过冷凝器的回气进口输入到冷凝器（29）的盘管内，再由冷凝器的冷凝出口经膨胀阀（16）或毛细管通过蒸发器的蒸发输入接口（20）输入到蒸发器（24）的盘管内，然后再由蒸发器的回气输出接口（21）返回到制冷压缩机（18）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输出接口（12）与蒸发器的蒸发输入接口（20）之间有具有节流作用的膨胀阀（16）或毛细管，在制冷压缩机（18）运行的情况下，使得蒸发器（24）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（24）的盘管内蒸发成为气态的制冷剂，同时使得冷凝器（29）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（29）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（24）在下气室（Ⅳ）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（29）在加热室（Ⅱ）中进行制热。 

上述的实用新型在生产时，把催化剂卸料口（10）进行封堵，把环形分水器（31）上的冷却水进口（30）连接到冷却水系统的供水管道上，把环形集水器（3）上的冷却水出口（4）连接到冷却水系统的回水管道上，把调温盘管（35）的调温介质输入口（42）通过调节阀连接到调温水的供水管路上，把调温盘管（35）的调温介质输出口（39）连接到调温水的回水管路上；把原料气补充接口（26）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（23）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。然后向化学合成器内输入原料气，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，使化学合成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）受到冷却管束（7）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（24）的制冷作用，使得下气室（Ⅳ）中的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（23）输出到产品贮罐内，未反应气由集气室（Ⅴ）通过布风板（28）上的布风孔均匀进入到加热室（Ⅱ）进行预热，经预热的未反应气再通过隔板（33）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（26）进行补充，如此周而复始，由化学合成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。上述过程中，未反应气在加热室（Ⅱ）中的受热升温促使未反应气进行上升运动，与反应室（Ⅰ）内的混合气上升运动叠加，形成更大的循环动力。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，在下气室（Ⅳ）中设置蒸发器（24）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（24）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（29），与蒸发器（24）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（29）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（14）的作用是使从冷凝器（29）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，在上气室（Ⅶ）中设置温度传感器（38）和在反应室（Ⅰ）中设置调温盘管（35）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（38）检测的温度信息，通过操作调温盘管（35）中调温介质的温度或流量来控制反应室（Ⅰ）的操作温度。 

上述的实用新型中，在壁体（9）的外侧壁上安装绝热层（34）的目的是使反应室和加热室（Ⅱ）的壁体（9）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。 

上述的实用新型中，由于下气室（Ⅳ）、集气室（Ⅴ）、加热室（Ⅱ）、反应室（Ⅰ）、上气室（Ⅶ）和下降通道（Ⅵ）同在壳体（8）的内空间中，因此，化学合成器是在等压力条件下进行自循环催化合成反应，使得反应室的壁体（9）不承受压力，可以大大减少壁体（9）的材料用量。 

本实用新型的有益效果是：设计的一种由制冷装置执行分离和预热的自循环化学合成器，采取在下气室（Ⅳ）中设置蒸发器（24）、在加热室（Ⅱ）中设置冷凝器（29）以及在下降通道（Ⅵ）中设置冷却管束（7）的措施，蒸发器（24）与冷凝器（29）配合使用，利用制冷剂的蒸发吸热及时在化学合成器内部进行目标产物的分离，降低化学合成器内的目标产物浓度，使化合反应向有利的方向进行；同时利用制冷剂的冷凝放热来预热原料气或未反应气，形成有利化学合成的室温及形成循环动力。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。 

附图说明

图1是本实用新型的由制冷装置执行分离和预热的自循环化学合成器结构图。 

图2是图1的A-A剖面图。 

图中：1.上端头，2.密封圈b，3.环形集水器，4.冷却水出口，5.冷却管束的出水端，6.调温盘管的引入管，7.冷却管束，8.合成反应器的壳体，9.反应室的壁体，10.催化剂卸料口，11.冷凝器的回气输入接口，12.冷凝器的冷凝输出接口，13.水冷器的制冷剂输入接口，14.水冷器，15.水冷器的制冷剂输出接口，16.膨胀阀，17.制冷压缩机的排气接口，18.制冷压缩机，19.制冷压缩机的吸气接口，20.蒸发器的蒸发输入接口，21.蒸发器的回气输出接口，22.下端头，23.产物出口，24.蒸发器，25.密封圈c，26.原料气补充接口，27.下支撑件，28.布风板，29.冷凝器，30.冷却水进口，31.环形分水器，32.冷却管束的进水端，33.隔板，34.绝热层，35.调温盘管，36.调温盘管的引出管，37.上支撑件，38.温度传感器，39.调温介质的输出口，40.密封圈a，41.顶盖，42.调温介质的输入口，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自循环化学合成器主要由上端头（1）、壳体（8）、壁体（9）、冷却管束（7）、下端头（22）、环形分水器（31）、环形集水器（3）、蒸发器（24）、冷凝器（29）、水冷器（14）和制冷压缩机（18）组成，其中，由上端头（1）、壳体（8）、壁体（9）、冷却管束（7）、环形分水器（31）、环形集水器（3）和下端头（22）构成化学合成器，上端头（1）安装在壳体（8）的上端口，下端头（22）安装在壳体（8）的下端口，壳体（8）和壁体（9）同为圆筒体结构，壁体（9）设置在壳体（8）的内空间中，壳体（8）与壁体（9）之间有空间，壳体（8）与壁体（9）之间的空间构成下降通道（Ⅵ）；壁体（9）的内空间构成反应室（Ⅰ）、加热室（Ⅱ）和集气室（Ⅴ），反应室（Ⅰ）、加热室（Ⅱ）和集气室（Ⅴ）自上而下依次排列，反应室（Ⅰ）与加热室（Ⅱ）之间有隔板（33），隔板（33）上有过风孔，加热室（Ⅱ）与集气室（Ⅴ）之间有布风板（28），布风板（28）上有布风孔；集气室（Ⅴ）下方部位的壳体（8）内空间构成下气室（Ⅳ），反应室（Ⅰ）上方部位的壳体（8）内空间构成上气室（Ⅶ），在上气室（Ⅶ）部位的壳体（8）上有温度传感器（38）；在反应室（Ⅰ）的下部有催化剂卸料口（10）从侧面接出化学合成器的体外，在反应室（Ⅰ）中有调温盘管（35），调温盘管（35）的下端通过引入管（6）从上端头（1）上穿出化学合成器体外，调温盘管（35）的上端通过引出管（36）从上端头（1）上穿出化学合成器体外，引入管（6）的入口上有调温介质输入口（42）接入，引出管（36）的出口上有调温介质输出口（39）接出；集气室（Ⅴ）通过布风板（28）上的布风孔连通到加热室（Ⅱ），加热室（Ⅱ）通过隔板（33）上的过风孔连通到反应室（Ⅰ），反应室（Ⅰ）连通到上气室（Ⅶ），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（23）接出，下气室（Ⅳ）的中部有原料气补充接口（26）接入；冷却管束（7）由多根钢管组合而成，多根钢管以环形布局方式设置在下降通道（Ⅵ）中；环形分水器（31）设置在壳体（8）的下部外围，环形分水器（31）为圆管结构，环形分水器（31）上有分水接口，分水接口的数量与冷却管束（7）的钢管数量相等；环形集水器（3）设置在壳体（8）的上部外围，环形集水器（3）为圆管结构，环形集水器（3）上有集水接口，集水接口的数量与冷却管束（7）的钢管数量相等；冷却管束（7）的各个钢管下端的进水端分别从壳体（8）的下部穿出连接到环形分水器（31）上的各个分水接口上，冷却管束（7）的各个钢管上端的出水端分别从壳体（8）的上部穿出连接到环形集水器（3）的各个集水接口上，环形集水器（3）上有冷却水出口（4）接出，环形分水器（31）上有冷却水进口（30）接入。由蒸发器（24）、冷凝器（29）、水冷器（14）和制冷压缩机（18）构成冷却装置，蒸发器（24）设置在下气室（Ⅳ）中，蒸发器（24）为翅片盘管式结构，蒸发器（24）的翅片上端伸入到集气室（Ⅴ）的入口中，下气室（Ⅳ）依次通过蒸发器（24）翅片的间隙、集气室（Ⅴ）和布风板（28）上的布风孔连通到加热室（Ⅱ），蒸发器（24）上有蒸发输入接口（20）和回气输出接口（21），蒸发器（24）上的蒸发输入接口（20）和回气输出接口（21）从下气室（Ⅳ）部位的壳体（8）上穿出化学合成器的体外；冷凝器（29）设置在加热室（Ⅱ）中，冷凝器（29）为翅片盘管式结构，冷凝器（29）翅片间的空隙形成加热室（Ⅱ）内的气流通道，冷凝器（29）上有回气输入接口（11）和冷凝输出接口（12），冷凝器（29）上的回气输入接口（11）和冷凝输出接口（12）从加热室（Ⅱ）部位的壁体（9）上穿出化学合成器的体外；水冷器（14）和制冷压缩机（18）设置在化学合成器的体外，水冷器（14）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（13）和制冷剂输出接口（15），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（18）上有排气接口（17）和吸气接口（19），制冷压缩机（18）的排气接口（17）连接到冷凝器的回气输入接口（11）上，冷凝器的冷凝输出接口（12）连接到水冷器（14）的制冷剂输入接口（13）上，水冷器（14）的制冷剂输出接口（15）通过膨胀阀（16）或毛细管连接到蒸发器的蒸发输入接口（20）上，蒸发器（24）的回气输出接口（21）连接到制冷压缩机（18）的吸气接口（19）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）有顶盖（41）进行封闭；在化学合成器内有上支撑件（37）和下支撑件（27），壁体（9）通过上支撑件（37）和下支撑件（27）连接到壳体（8）的内侧上；在壁体（9）的外侧面上有绝热层（34）；在顶盖（41）与上端头（1）的连接面之间有密封圈a（40）；在上端头（1）与壳体（8）上端口的连接面之间有密封圈b（2）；在壳体（8）的下端口与下端头（22）的连接面之间有密封圈c（25）。 

本实施例在生产时，把催化剂卸料口（10）进行封堵，把环形分水器（31）上的冷却水进口（30）连接到冷却水系统的供水管道上，把环形集水器（3）上的冷却水出口（4）连接到冷却水系统的回水管道上，把水冷器（14）的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水系统的管路上，把调温盘管（35）的调温介质输入口（42）通过调节阀连接到调温水的供水管路上，把调温盘管（35）的调温介质输出口（39）连接到调温水的回水管路上；把原料气补充接口（26）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（23）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。然后向化学合成器内输入原料气，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，使化学合成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）受到冷却管束（7）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（24）的制冷作用，使得下气室（Ⅳ）中的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（23）输出到产品贮罐内，未反应气由集气室（Ⅴ）通过布风板（28）上的布风孔均匀进入到加热室（Ⅱ）进行预热，经预热的未反应气再通过隔板（33）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（26）进行补充，如此周而复始，由化学合成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。上述过程中，未反应气在加热室（Ⅱ）中的受热升温促使未反应气进行上升运动，与反应室（Ⅰ）内的混合气上升运动叠加，形成更大的循环动力。本实施例生产时，根据温度传感器（38）检测的温度信息，通过操作调温盘管（35）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化学合成器，其特征是合成器主要由上端头（1）、壳体（8）、壁体（9）、冷却管束（7）、下端头（22）、环形分水器（31）、环形集水器（3）、蒸发器（24）、冷凝器（29）和制冷压缩机（18）组成，其中，由上端头（1）、壳体（8）、壁体（9）、冷却管束（7）、环形分水器（31）、环形集水器（3）和下端头（22）构成化学合成器，上端头（1）安装在壳体（8）的上端口，下端头（22）安装在壳体（8）的下端口，壳体（8）和壁体（9）同为圆筒体结构，壁体（9）设置在壳体（8）的内空间中，壳体（8）与壁体（9）之间有空间，壳体（8）与壁体（9）之间的空间构成下降通道（Ⅵ）；壁体（9）的内空间构成反应室（Ⅰ）、加热室（Ⅱ）和集气室（Ⅴ），反应室（Ⅰ）、加热室（Ⅱ）和集气室（Ⅴ）自上而下依次排列，反应室（Ⅰ）与加热室（Ⅱ）之间有隔板（33），隔板（33）上有过风孔，加热室（Ⅱ）与集气室（Ⅴ）之间有布风板（28），布风板（28）上有布风孔；集气室（Ⅴ）下方部位的壳体（8）内空间构成下气室（Ⅳ），反应室（Ⅰ）上方部位的壳体（8）内空间构成上气室（Ⅶ）；下气室（Ⅳ）连通到集气室（Ⅴ），集气室（Ⅴ）通过布风板（28）上的布风孔连通到加热室（Ⅱ），加热室（Ⅱ）通过隔板（33）上的过风孔连通到反应室（Ⅰ），反应室（Ⅰ）连通到上气室（Ⅶ），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（23）接出；冷却管束（7）由多根钢管组合而成，多根钢管以环形布局方式设置在下降通道（Ⅵ）中；环形分水器（31）设置在壳体（8）的下部外围，环形分水器（31）为圆管结构，环形分水器（31）上有分水接口，分水接口的数量与冷却管束（7）的钢管数量相等；环形集水器（3）设置在壳体（8）的上部外围，环形集水器（3）为圆管结构，环形集水器（3）上有集水接口，集水接口的数量与冷却管束（7）的钢管数量相等；冷却管束（7）的各个钢管下端的进水端分别从壳体（8）的下部穿出连接到环形分水器（31）上的各个分水接口上，冷却管束（7）的各个钢管上端的出水端分别从壳体（8）的上部穿出连接到环形集水器（3）的各个集水接口上，环形集水器（3）上有冷却水出口（4）接出，环形分水器（31）上有冷却水进口（30）接入；

由蒸发器（24）、冷凝器（29）和制冷压缩机（18）构成冷却装置，蒸发器（24）设置在下气室（Ⅳ）中，蒸发器（24）上有蒸发输入接口（20）和回气输出接口（21），蒸发器（24）上的蒸发输入接口（20）和回气输出接口（21）从下气室（Ⅳ）部位的壳体（8）上穿出化学合成器的体外；冷凝器（29）设置在加热室（Ⅱ）中，冷凝器（29）上有回气输入接口（11）和冷凝输出接口（12），冷凝器（29）上的回气输入接口（11）和冷凝输出接口（12）从加热室（Ⅱ）部位的壁体（9）上穿出化学合成器的体外；制冷压缩机（18）设置在化学合成器的体外，制冷压缩机（18）上有排气接口（17）和吸气接口（19），制冷压缩机（18）的排气接口（17）连接到冷凝器的回气输入接口（11）上，冷凝器的冷凝输出接口（12）通过膨胀阀（16）或毛细管连接到蒸发器（24）的蒸发输入接口（20）上，蒸发器（24）的回气输出接口（21）连接到制冷压缩机（18）的吸气接口（19）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化学合成器，其特征是在化学合成器内有上支撑件（37）和下支撑件（27），壁体（9）通过上支撑件（37）和下支撑件（27）连接到壳体（8）的内侧上；在反应室（Ⅰ）的下部有催化剂卸料口（10）从侧面接出化学合成器的体外；下气室（Ⅳ）有原料气补充接口（26）接入。

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化学合成器，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（41）进行封闭。

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化学合成器，其特征是在反应室（Ⅰ）中有调温盘管（35），调温盘管（35）的下端通过引入管（6）从上端头（1）上穿出化学合成器体外，调温盘管（35）的上端通过引出管（36）从上端头（1）上穿出化学合成器体外，引入管（6）的入口上有调温介质输入口（42）接入，引出管（36）的出口上有调温介质输出口（39）接出。

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化学合成器，其特征是蒸发器（24）为翅片盘管式结构，蒸发器（24）的翅片上端伸入到集气室（Ⅴ）的入口中，下气室（Ⅳ）依次通过蒸发器（24）翅片的间隙、集气室（Ⅴ）和布风板（28）上的布风孔连通到加热室（Ⅱ）。

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化学合成器，其特征是冷凝器（29）为翅片盘管式结构，冷凝器（29）翅片间的空隙形成加热室（Ⅱ）内的气流通道。

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化学合成器，其特征是在冷凝器的冷凝输出接口（12）与膨胀阀（16）或毛细管的入口端之间有水冷器（14），水冷器（14）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（13）和制冷剂输出接口（15），冷却水回路上有冷却水输入端和冷却水输出端，冷凝器的冷凝输出接口（12）连接到水冷器（14）的制冷剂输入接口（13）上，水冷器（14）的制冷剂输出接口（15）通过膨胀阀（16）或毛细管连接到蒸发器的蒸发输入接口（20）上。

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化学合成器，其特征是在上气室（Ⅶ）部位的壳体（8）上有温度传感器（38）。

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化学合成器，其特征是在壁体（9）的外侧面上有绝热层（34）。

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