[发明专利]由制冷装置协同分离产物的自循环化学合成系统

说明书

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协同分离产物的自循环化学合成系统，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。

本发明的一种由制冷装置协同分离产物的自循环化学合成系统，其特征是系统主要由上端头（1）、壁体（4）、下端头（19）、下降管组件、壳体（45）、制冷压缩机（25）、冷凝器（12）、蒸发管（34）和外壳（35）组成，其中，由上端头（1）、壁体（4）和下端头（19）构成合成反应器，上端头（1）安装在壁体（4）的上端口，下端头（19）安装在壁体（4）的下端口，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）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（19）由圆筒体侧壁和圆弧底构成，下端头（19）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（53）接出，气液分离室（Ⅲ）的底部有产物出口（21）接出，气液分离室（Ⅲ）的中部侧壁上有混合气输入接口（18）接入；壳体（45）呈水箱式结构，壳体（45）的内空间构成冷却室（Ⅴ），冷却室（Ⅴ）的上部有媒水输入接口（48）接入，冷却室（Ⅴ）的下部有媒水输出接口（42）接出，下降管组件设置在冷却室（Ⅴ）中，下降管组件的上端从壳体（45）的顶部穿出，下降管组件的上端接口为进料口（51），下降管组件的下端从壳体（45）的底部穿出，下降管组件的下端接口为出料口（43），下降管组件的出料口（43）连接到气液分离室（Ⅲ）的混合气输入接口（18）上，反应室（Ⅰ）上部的混合气输出接口（53）连接到下降管组件的进料口（51）上。由制冷压缩机（25）、冷凝器（12）、蒸发管（34）和外壳（35）构成制冷装置，外壳（35）呈水箱式结构，外壳（35）的内空间构成制冷室（Ⅳ），制冷室（Ⅳ）的顶部有冷媒水的回水口（36）接入，制冷室（Ⅳ）的底部有冷媒水的出水口（31）接出；蒸发管（34）设置在制冷室（Ⅳ）中，蒸发管（34）的上端有蒸发输入接口（32）接入，蒸发管（34）的下端有回气输出接口（29）接出，蒸发管（34）的蒸发输入接口（32）和回气输出接口（29）从外壳（35）的侧壁上穿出制冷室（Ⅳ）的外部；冷凝器（12）设置在合成反应器的加热室（Ⅱ）中，冷凝器（12）的上端有回气输入接口（22）接入，冷凝器（12）的下端有冷凝输出接口（23）接出，冷凝器（12）的回气输入接口（22）和冷凝输出接口（23）从加热室（Ⅱ）部位的壁体（4）上穿出加热室（Ⅱ）的体外；制冷压缩机（25）上有吸气接口（26）和排气接口（24），制冷压缩机（25）的排气接口（24）连接到冷凝器（12）的回气输入接口（22）上，冷凝器（12）的冷凝输出接口（23）通过膨胀阀（30）或毛细管连接到蒸发管（34）的蒸发输入接口（32）上，蒸发管（34）的回气输出接口（29）连接到制冷压缩机（25）的吸气接口（26）上。