[实用新型]由制冷装置执行分离和预热的自循环化学合成器

说明书

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。