[发明专利]一种等压自循环化学合成器

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，设计一种由合成反应器自己在内部进行自动循环催化的化学合成器，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。

本发明的一种等压自循环化学合成器，主要由反应室（Ⅳ）、上气室（Ⅵ）、冷却分水箱（11）、冷却管束（25）、冷却集水箱（5）、下降通道（Ⅴ）、下气室（Ⅲ）和外壳（9）组成，反应室（Ⅳ）、上气室（Ⅵ）、冷却管束（25）、下降通道（Ⅴ）和下气室（Ⅲ）设置在外壳（9）的内空间中，其中，上气室（Ⅵ）在反应室（Ⅳ）的上方，下气室（Ⅲ）在反应室（Ⅳ）的下方，下降通道（Ⅴ）包围在反应室（Ⅳ）的外周边，反应室（Ⅳ）连通到上气室（Ⅵ），上气室（Ⅵ）通过下降通道（Ⅴ）连通到下气室（Ⅲ）；反应室（Ⅳ）在壁体（7）的内空间，壁体（7）由圆筒体侧壁和圆弧底构成，壁体（7）与外壳（9）之间有空间，壁体（7）通过上支撑件（26）和下支撑件（23）连接在外壳（9）的壳体上，在壁体（7）的侧壁下部或圆弧底部有循环气输入口（24）接入和催化剂卸料出口（12）接出；上气室（Ⅵ）由上端头（3）和外壳（9）上段壳体围成的内空间构成；冷却管束（25）由多根钢管组合而成；冷却分水箱（11）为圆管结构，冷却分水箱（11）有分水接口，分水接口的数量与冷却管束（25）的钢管数量相等，冷却分水箱（11）上有冷却水进口（22）接入；冷却集水箱（5）为圆管结构，冷却集水箱（5）上有集水接口，集水接口的数量与冷却管束（25）的钢管数量相等，冷却集水箱（5）上有冷却水出口（4）接出；下降通道（Ⅴ）由反应室壁体（7）与外壳（9）中段之间的空间构成；下气室（Ⅲ）由下端头（16）和外壳（9）下段壳体围成的内空间构成；冷却管束（25）设置在下降通道（Ⅴ）中，冷却管束（25）的各个钢管下端分别穿出外壳（9）下段的壳体连接到冷却分水箱（11）的各个分水接口，冷却管束（25）的各个钢管上端分别穿出外壳（9）上段的壳体连接到冷却集水箱（5）的各个集水接口；下气室（Ⅲ）有原料补气接口（21）接入，下气室（Ⅲ）通过循环气输入口（24）连通到反应室（Ⅳ）的下部，下气室（Ⅲ）的下部为集液区（Ⅰ），集液区（Ⅰ）的底部有产物出口（17）接出。