由製冷裝置執行分離和預熱的自循環合成反應系統的製作方法

2023-06-19 15:33:21 2

由製冷裝置執行分離和預熱的自循環合成反應系統的製作方法
【專利摘要】一種由製冷裝置執行分離和預熱的自循環合成反應系統，涉及到一種化學合成反應器。主要由製冷裝置、合成反應器和下降管組件組成，其中，由製冷壓縮機、蒸發器和冷凝器構成製冷裝置，由上端頭、壁體、下端頭、隔板和布風板構成合成反應器，上端頭安裝在壁體的上埠，壁體呈圓筒體結構，壁體的內空間構成反應室和加熱室，隔板設置在反應室與加熱室之間，布風板設置在加熱室的下端，下端頭安裝在壁體的下埠，下端頭的內空間構成氣液分離室；冷凝器設置在加熱室中，蒸發器設置在氣液分離室中，製冷壓縮機和下降管組件設置在合成反應器的體外。本發明在合成反應器內部及時進行目標產物的分離，利用製冷劑的冷凝放熱來預熱原料氣或未反應氣。
【專利說明】由製冷裝置執行分離和預熱的自循環合成反應系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種化工設備，特別涉及到一種化學合成反應器。
【背景技術】
[0002]在化學合成的生產過程中，需要對原料氣進行加熱，在合適的溫度下，化合反應更容易進行，催化效率更高；由於存在可逆反應，因此，在合成反應器中存在的目標產物與未反應氣的混合物，常規的合成反應生產是把目標產物與未反應氣的混合物在反應器之外採取冷卻和蒸餾措施把目標產物分離出來。
[0003]在催化劑存在的條件下，大多數化學合成反應都是可逆反應，當目標產物達到一定濃度後，將處於平衡，反應將不再向合成目標產物的方向進行。人們在進行化合反應的生產過程中，為了使反應能繼續向目標產物方向進行，必須使混合產物從合成反應器中輸出以及向合成反應器內補入新原料氣，使合成反應器內的目標產物濃度降低、破壞平衡後使化合反應繼續進行，混合產物從合成反應器中輸出後，通過分離設備把未反應氣分離出來，再把未反應氣返回合成反應器內進行循環反應，由於單程催化率僅在20%左右，原料氣必須通過多次循環壓縮後才能在合成反應器內反應成目標產物，而每次循環壓縮都需消耗很大的壓縮能耗。
[0004]現有的合成反應器中，在應用催化劑合成的條件下，合成氨的操作壓力在SMPa以上，合成甲醇的操作壓力在3?15MPa之間，合成氣直接合成二甲醚的操作壓力在2?5MPa之間，要獲得上述的操作壓力，必須採取多級壓縮才能實現，壓縮能耗很大，因此，現有的合成反應器必須進行多次循環和多級壓縮才能把原料氣合成為目標產物的生產過程，存在電能消耗大的缺點。

【發明內容】

[0005]本發明的目的是要克服現有化學合成設備需把原料氣進行反覆循環壓縮電能消耗大的缺點，設計一種由製冷裝置執行分離和預熱的自循環合成反應系統，由合成反應系統進行自動循環合成反應，使原料氣只需通過一次壓縮就能全部合成為目標產物，以大幅降低電能消耗和提高催化效率，在合成氨、甲醇、二甲醚的生產及在其它需進行化學合成的生產過程中實現節能減排。
[0006]本發明的一種由製冷裝置執行分離和預熱的自循環合成反應系統，其特徵是系統主要由製冷裝置、合成反應器和下降管組件組成，其中，由製冷壓縮機(16)、蒸發器(20)和冷凝器(12)構成製冷裝置，由上端頭(I)、壁體(4)、下端頭(21)、隔板(10)和布風板(13)構成合成反應器，合成反應器的結構中，上端頭(I)安裝在壁體(4)的上埠，壁體(4)呈圓筒體結構，壁體(4)的內空間構成反應室(I )和加熱室(II)，反應室(I )和加熱室(II)之間呈上下布局，反應室(I )在加熱室(II)的上方，隔板(10)設置在反應室(I )與加熱室(II)之間，隔板(10)有過風孔，加熱室(II)通過過風孔連通到反應室(I )，在反應室(I )的上部有混合氣輸出接口(34)接出；布風板(13)設置在加熱室(II)的下端，布風板(13)上有布風孔；下端頭(21)安裝在壁體(4)的下埠，下端頭(21)由圓筒體側壁和圓弧底構成，下端頭(21)的內空間構成氣液分離室(III)，氣液分離室(III)的底部有產物出口( 19)接出，氣液分離室(III)的中部側壁上有混合氣輸入接口(22)接入，氣液分離室(III)的上部通過布風板
(13)上的布風孔連通到加熱室(II);冷凝器(12)設置在加熱室(II)中，冷凝器(12)上有回氣輸入接口和冷凝輸出接口，冷凝器(12)的回氣輸入接口和冷凝輸出接口從加熱室(II)部位的壁體(4)上穿出合成反應器體外；蒸發器(20)設置在氣液分離室(III)中，蒸發器(20)上有蒸發輸入接口和回氣輸出接口，蒸發器(20)的蒸發輸入接口和回氣輸出接口從下端頭(21)的側壁上穿出合成反應器體外；製冷壓縮機(16)和下降管組件設置在合成反應器的體外，下降管組件由下降管和外殼(27 )構成，外殼(27 )的內空間構成冷卻室(V )，下降管設置在冷卻室(V)中，下降管的上端有輸入口(32)接入，下降管的下端有輸出口(25)接出，下降管上端的輸入口(32)連接到反應室(I )上部的混合氣輸出接口(34)上，下降管下端的輸出口(25)連接到氣液分離室(III)中部側壁上的混合氣輸入接口(22)上；製冷壓縮機
(16)的吸氣接口連接到蒸發器(20)的回氣輸出接口上，製冷壓縮機(16)的排氣接口連接到冷凝器(12)的回氣輸入接口上，冷凝器(12)的冷凝輸出接口通過膨脹閥(14)或毛細管連接到蒸發器(20)的蒸發輸入接口上。
[0007]本發明中，蒸發器(20)為翅片盤管式結構，在蒸發器(20)上端的周邊與下端頭(21)的側壁之間有擋板(15)，蒸發器(20)和擋板(15)的上方空間構成集氣室(IV)，集氣室(IV)有原料氣補充接口(17)接入，氣液分離室(III)依次通過蒸發器(20)翅片間的空隙、集氣室(IV)和布風板(13)上的布風孔連通到加熱室(II);冷凝器(12)為翅片盤管式結構，冷凝器(12 )翅片間的空隙形成加熱室(II)內的氣流通道；製冷裝置中有水冷器(11 )，水冷器
(11)設置在合成反應器的體外，水冷器(11)內有製冷劑迴路和冷卻水迴路，製冷劑迴路和冷卻水迴路相互隔離，製冷劑迴路上有製冷劑輸入接口接入和製冷劑輸出接口接出，冷卻水迴路上有冷卻水輸入接口接入和冷卻水輸出接口接出；當製冷裝置中有水冷器(11)時，冷凝器(12)的冷凝輸出接口連接到水冷器(11)的製冷劑輸入接口上，水冷器(11)的製冷劑輸出接口通過膨脹閥(14)或毛細管連接到蒸發器(20)的蒸發輸入接口上，具體實施時，水冷器(11)的冷卻水迴路上的冷卻水輸入接口和冷卻水輸出接口連接到冷卻水系統迴路上；下降管由下降直管(30)、下降盤管a (28)和下降盤管b (29)組合而成，下降直管(30)、下降盤管a (28)和下降盤管b (29)設置在冷卻室(V)中，下降盤管b (29)環繞在下降直管(30)的外圍，下降盤管a (28)環繞在下降盤管b (29)的外圍，下降盤管a (28)的上埠和下降盤管b (29)的上埠連接在下降直管(30)的上部，下降盤管a (28)的下埠和下降盤管b (29)的下埠連接在下降直管(30)的下部；在反應室(I )中有調溫盤管(7)，調溫盤管(7 )的下端有調溫介質進口( 8 )接入，調溫盤管(7 )的上端有調溫介質出口( 6 )接出，調溫盤管(7)上的調溫介質進口(8)和調溫介質出口(6)從反應室(I )部位的壁體(4)上穿出合成反應器體外；在壁體(4)的外側和上端頭(I)的外側上安裝保溫層(5);在上端頭(I)與壁體(4)上埠的連接面之間有密封圈a (2);在下端頭(21)與壁體(4)下埠的連接面之間有密封圈b (24)。
[0008]上述的發明中，利用製冷劑的蒸發吸熱和冷凝放熱的原理，分別由蒸發器(20)在氣液分離室(III)中進行製冷和由冷凝器(12)在加熱室(II)中進行加熱，以實現目標產物在氣液分離室(III)中進行分離，同時使原料氣或未反應氣在加熱室(II)中進行預熱，以促進和加快使原料氣或未反應氣在反應室(I )中被催化合成為目標產物。在製冷裝置中，氣態的製冷劑由製冷壓縮機(16)的排氣接口通過冷凝器(12)的回氣輸入接口輸入到冷凝器
(12)的盤管內，再由冷凝器(12)的冷凝輸出接口經膨脹閥(14)或毛細管通過蒸發器(20)的蒸發輸入接口輸入到蒸發器(20)的盤管內，然後再由蒸發器(20)的回氣輸出接口返回到製冷壓縮機(16)的吸氣接口，構成一個閉合的循環迴路，由於在冷凝器(12)的冷凝輸出接口與蒸發器(20)的蒸發輸入接口之間有具有節流作用的膨脹閥(14)或毛細管，在製冷壓縮機(16)運行的情況下，使得蒸發器(20)的盤管內形成適合製冷劑進行蒸發的蒸發壓力，使液態的製冷劑在蒸發器(20)的盤管內蒸發成為氣態的製冷劑，同時使得冷凝器(12)的盤管內形成適合製冷劑進行冷凝的冷凝壓力，使氣態的製冷劑在冷凝器(12)的盤管內冷凝為液態的製冷劑，製冷劑在由液態蒸發為氣態時，需吸收大量的熱量，從而由蒸發器(20)在氣液分離室(III)中實現製冷，製冷劑在由氣態冷凝為液態時，需放出大量的熱量，從而由冷凝器(12 )在加熱室(II)中實現加熱。
[0009]上述的發明在生產時，把下降管組件中的冷卻水進口(26)連接到冷卻系統的供水管路上，把下降管組件中的冷卻水出口(31)連接到冷卻系統的回水管路上；把調溫盤管
(7)的調溫介質進口(8)通過調節閥連接到調溫水的供水管路上，把調溫盤管(7)的調溫介質出口(6)連接到調溫水的回水管路上；把原料氣補充接口(17)連接到原料氣壓縮機的排氣接口上；把氣液分離室(III)底部的產物出口(19)通過減壓閥連接到產品貯罐的輸入接口上；在反應室(I )中放置催化劑，催化劑按目標產物的要求選用並活化；使冷卻水在下降管組件中的冷卻室(V)中進行循環流動。然後向合成反應器內輸入原料氣，使原料氣充滿在氣液分離室(III)、集氣室(IV)、加熱室(II)、反應室(I )和下降管中，於是在反應室(I )中便進行化學合成反應，生成目標產物，在原料氣進行化合反應時，會產生熱量，所生成的反應熱會使反應室(I )內升溫，從而使反應室(I )內的未反應氣和氣態目標產物升溫，使未反應氣和氣態目標產物混合的氣態混合物的密度變小，根據重力循環原理，升溫後的氣態混合物會進行上升運動，進入到反應室(I )的上部；同時，下降管因置於冷卻水中，使得下降管內的水冷度很高，使下降管內的未反應氣和氣態混合物受到冷卻而快速降溫，使未反應氣或氣態混合物的密度增大，根據重力循環原理，降溫後的未反應氣或氣態混合物會進行下降運動，由下降管下端的輸出口(25)輸出進入到合成反應器的氣液分離室(III)中，因氣液分離室(III)中存在蒸發器(20)的製冷作用，使得氣液分離室(III)中室溫低於目標產物的蒸發溫度，混合物中的目標產物便在氣液分離室(III)中成為液態的產物被分離出來，液態的目標產物通過產物出口(19)和產物輸出管(18)輸出進入產品貯罐，未反應氣由集氣室
(IV)通過布風板(13)上的布風孔進入到加熱室(II)進行預熱，經預熱的未反應氣再通過隔板(10)上的過風孔進入反應室(I )進行循環反應，合成目標產物所消耗的原料氣通過原料補充接口( 17)進行補充，如此周而復始，由合成反應系統在等壓條件形成自動循環，並及時分離出目標產物，使合成反應器內的目標產物濃度始終低於平衡點，使得化合反應能持續進行。本發明使原料氣只需通過一次壓縮就能全部合成為目標產物，克服了原料氣需進行反覆循環壓縮電能消耗大的缺點，提高了催化效率，實現節能減排。
[0010]上述的發明中，在氣液分離室(III)中設置蒸發器(20)的作用是使氣液分離室(III)的室溫能下降到目標產物的蒸發溫度以下，以便在合成反應器內部及時進行目標產物的分離，降低反應器內的目標產物濃度，使化合反應向有利的方向進行，使原料氣加快合成目標產物，提高催化效率，而不需要把混合氣輸出反應器之外分離，達到節能目的；在加熱室
(II)中設置冷凝器(12)，與蒸發器(20)配對使用，利用製冷劑的冷凝放熱來預熱原料氣或未反應氣，不但使冷凝器(12)順利進行了換熱，而且充分利用製冷餘熱，通過循環作用使反應室(I )內產生適合目標產物合成的室溫，起到使原料氣加速循環催化的作用。
[0011]上述的發明中，在合成反應器的體外設置水冷器(11)的作用是使從冷凝器(12)中輸出的製冷劑得到進一步的冷卻，以消除殘留的氣態製冷劑，從而提高製冷劑的效率。
[0012]上述的發明中，在反應室(I )中設置調溫盤管(7)的作用是控制反應室(I )內的操作溫度，具體實施時，在反應室(I )的上部設置溫度傳感器(3)，根據溫度傳感器(3)檢測的溫度信息，通過操作調溫盤管(7)中調溫介質的溫度或流量來控制反應室(I )的操作溫度。
[0013]本發明的有益效果是:設計的一種由製冷裝置執行分離和預熱的自循環合成反應系統，在氣液分離室(III)中設置蒸發器(20)和在加熱室(II)中設置冷凝器(12)，以便在合成反應器內部及時進行目標產物的分離，降低反應器內的目標產物濃度，使化合反應向有利的方向進行，冷凝器(12)與蒸發器(20)配對使用，利用製冷劑的冷凝放熱來預熱原料氣或未反應氣，不但使冷凝器(12)順利進行了換熱，而且充分利用製冷餘熱，通過循環作用使反應室(I )產生適合目標產物合成的室溫，起到使原料氣加速循環催化的作用。本發明使原料氣只需通過一次壓縮就能全部合成為目標產物，以大幅降低電能消耗和提高催化效率，與常規技術相比，本發明克服了常規的化學合成設備需把原料氣進行反覆循環壓縮電能消耗大的缺點。本發明可在甲醇、二甲醚、合成氨等化學合成產品的生產線上應用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]附圖是本發明的由製冷裝置執行分離和預熱的自循環合成反應系統結構圖。
[0015]圖中:1.上端頭，2.密封圈a，3.溫度傳感器，4.反應室壁體，5.保溫層，6.調溫介質出口，7.調溫盤管，8.調溫介質進口，9.催化劑卸料出口，10.隔板，11.水冷器，12.冷凝器，13.布風板，14.膨脹閥，15.擋板，16.製冷壓縮機，17.原料氣補充接口，18.產物輸出管，19.產物出口，20.蒸發器，21.下端頭，22.混合氣輸入接口，23.連接管b，24.密封圈b，25.下降管的輸出口，26.冷卻水進口，27.下降管組件外殼，28.下降盤管a，29.下降盤管b，30.下降直管，31.冷卻水出口，32.下降管的輸入口，33.連接管a，34.混合氣輸出接口，I.反應室，I1.加熱室，II1.氣液分離室，IV.集氣室，V.冷卻室。
【具體實施方式】
[0016]附圖所示的實施例中，一種由製冷裝置執行分離和預熱的自循環合成反應系統主要由製冷裝置、合成反應器和下降管組件組成，其中，由製冷壓縮機(16)、蒸發器(20)、冷凝器(12)和水冷器(11)構成製冷裝置，由上端頭(I)、壁體(4)、下端頭(21)、隔板(10)和布風板(13)構成合成反應器，合成反應器的結構中，上端頭(I)安裝在壁體(4)的上埠，壁體(4)呈圓筒體結構，壁體(4)的內空間構成反應室(I )和加熱室(II)，反應室(I )和加熱室(II)之間呈上下布局，反應室(I )在加熱室(II)的上方，隔板(10)設置在反應室(I )與加熱室(II)之間，隔板(10)有過風孔，加熱室(II)通過過風孔連通到反應室(I )，在反應室(I )的上部有混合氣輸出接口(34)接出；布風板(13)設置在加熱室(II)的下端，布風板(13)上有布風孔；下端頭(21)安裝在壁體(4)的下埠，下端頭(21)由圓筒體側壁和圓弧底構成，下端頭(21)的內空間構成氣液分離室(III)，氣液分離室(III)的底部有產物出口( 19)接出，氣液分離室(III)的中部側壁上有混合氣輸入接口(22)接入，氣液分離室(III)的上部通過布風板(13)上的布風孔連通到加熱室(II);冷凝器(12)設置在加熱室(II)中，冷凝器(12)為翅片盤管式結構，冷凝器(12)翅片間的空隙形成加熱室(II)內的氣流通道，冷凝器(12)上有回氣輸入接口和冷凝輸出接口，冷凝器(12)的回氣輸入接口和冷凝輸出接口從加熱室(II)部位的壁體(4)上穿出合成反應器體外；蒸發器(20)設置在氣液分離室(III)中，蒸發器(20)為翅片盤管式結構，蒸發器(20)上有蒸發輸入接口和回氣輸出接口，蒸發器(20)的蒸發輸入接口和回氣輸出接口從下端頭(21)的側壁上穿出合成反應器體外，在蒸發器(20)上端的周邊與下端頭(21)的側壁之間有擋板(15)，蒸發器(20)和擋板(15)的上方空間構成集氣室(IV)，集氣室(IV)有原料氣補充接口(17)接入，氣液分離室
(III)依次通過蒸發器(20)翅片間的空隙、集氣室(IV)和布風板(13)上的布風孔連通到加熱室(II);在反應室(I )中有調溫盤管(7 )，調溫盤管(7 )的下端有調溫介質進口( 8 )接入，調溫盤管(7 )的上端有調溫介質出口( 6 )接出，調溫盤管(7 )上的調溫介質進口( 8 )和調溫介質出口(6)從反應室(I )部位的壁體(4)上穿出合成反應器體外；製冷壓縮機(16)、水冷器(11)和下降管組件設置在合成反應器的體外，下降管組件由下降管和外殼(27)構成，夕卜殼(27 )的內空間構成冷卻室(V )，下降管由下降直管(30 )、下降盤管a (28 )和下降盤管b
(29)組合而成，下降直管(30)、下降盤管a (28)和下降盤管b (29)設置在冷卻室(V)中，下降盤管b (29)環繞在下降直管(30)的外圍，下降盤管a (28)環繞在下降盤管b (29)的外圍，下降盤管a (28)的上埠和下降盤管b (29)的上埠連接在下降直管(30)的上部，下降盤管a (28)的下埠和下降盤管b (29)的下埠連接在下降直管(30)的下部，下降管的上端有輸入口(32)接入，下降管的下端有輸出口(25)接出，下降管上端的輸入口(32)連接到反應室(I )上部的混合氣輸出接口(34)上，下降管下端的輸出口(25)連接到氣液分離室(III)中部側壁上的混合氣輸入接口(22)上；水冷器(11)內有製冷劑迴路和冷卻水迴路，製冷劑迴路和冷卻水迴路相互隔離，製冷劑迴路上有製冷劑輸入接口接入和製冷劑輸出接口接出，冷卻水迴路上有冷卻水輸入接口接入和冷卻水輸出接口接出；製冷壓縮機
(16)上有吸氣接口和排氣接口，製冷壓縮機(16)的吸氣接口連接到蒸發器(20)的回氣輸出接口上，製冷壓縮機(16)的排氣接口連接到冷凝器(12)的回氣輸入接口上，冷凝器(12)的冷凝輸出接口連接到水冷器(11)的製冷劑輸入接口上，水冷器(11)的製冷劑輸出接口通過膨脹閥(14)或毛細管連接到蒸發器(20)的蒸發輸入接口上，水冷器(11)的冷卻水迴路上的冷卻水輸入接口和冷卻水輸出接口連接到冷卻水系統迴路上。本實施例中，在壁體
(4)的外側和上端頭(I)的外側上安裝保溫層(5);在上端頭(I)與壁體(4)上埠的連接面之間有密封圈a (2);在下端頭(21)與壁體(4)下埠的連接面之間有密封圈b (24)。
[0017]本實施例在生產時，把下降管組件中的冷卻水進口(26)連接到冷卻系統的供水管路上，把下降管組件中的冷卻水出口(31)連接到冷卻系統的回水管路上；把調溫盤管(7)的調溫介質進口(8)通過調節閥連接到調溫水的供水管路上，把調溫盤管(7)的調溫介質出口(6)連接到調溫水的回水管路上；把原料氣補充接口(17)連接到原料氣壓縮機的排氣接口上；把氣液分離室(III)底部的產物出口(19)通過減壓閥連接到產品貯罐的輸入接口上；在反應室(I )中放置催化劑，催化劑按目標產物的要求選用並活化；使冷卻水在下降管組件中的冷卻室(V)中進行循環流動。然後向合成反應器內輸入原料氣，使原料氣充滿在氣液分離室(III)、集氣室(IV)、加熱室(II)、反應室(I )和下降管中，在反應室(I )中便進行化學合成反應，生成目標產物，在原料氣進行化合反應時，會產生熱量，所生成的反應熱會使反應室(I )內升溫，從而使反應室(I )內的未反應氣和氣態目標產物升溫，使未反應氣和氣態目標產物混合的氣態混合物的密度變小，根據重力循環原理，升溫後的氣態混合物會進行上升運動，進入到反應室(I )的上部；同時，下降管因置於冷卻水中，使得下降管內的水冷度很高，使下降管內的未反應氣和氣態混合物受到冷卻而快速降溫，使未反應氣或氣態混合物的密度增大，根據重力循環原理，降溫後的未反應氣或氣態混合物會進行下降運動，由下降管下端的輸出口(25)輸出進入到合成反應器的氣液分離室(III)中，氣液分離室(III)中存在蒸發器(20)的製冷作用，使得氣液分離室(III)中室溫低於目標產物的蒸發溫度，混合物中的目標產物便在氣液分離室(III)中成為液態的產物被分離出來，液態的目標產物通過產物出口(19)和產物輸出管(18)輸出進入產品貯罐，未反應氣由集氣室(IV)通過布風板(13)上的布風孔進入到加熱室(II)進行預熱，經預熱的未反應氣再通過隔板(10)上的過風孔進入反應室(I )進行循環反應，合成目標產物所消耗的原料氣通過原料補充接口( 17)進行補充，如此周而復始，由合成反應系統在等壓條件形成自動循環，並及時分離出目標產物，使合成反應器內的目標產物濃度始終低於平衡點，使得化合反應能持續進行。本實施例使原料氣只需通過一次壓縮就能全部合成為目標產物，提高了催化效率，實現節能減排。本實施例在反應室(I )的上部設置有溫度傳感器(3)，根據溫度傳感器(3)檢測的溫度信息，通過操作調溫盤管(7)中調溫介質的溫度或流量來控制反應室(I )的操作溫度。
[0018]本實施例作為甲醇、二甲醚、合成氨或其它化學合成產品的生產線上應用。當作為合成甲醇設備應用時，在反應室(I )設置以48%的Cu0、46%的ZnO和5%的Al2O3為組份的顆粒狀催化劑，再把一體積的CO和二體積的H2混合後作為原料氣輸入到合成反應器內，進行合成甲醇生產，原料氣合成為甲醇的反應式為C0+2H2 —CH30H+102.5kj ;當作為一步法合成二甲醚設備應用時，在反應室(I )設置以48%的Cu0、46%的ZnO和5%的Al2O3為組份的顆粒狀催化劑，再加填ZSM-5分子篩，再把一體積的CO和二體積的H2混合後作為原料氣輸入到合成反應器內，進行合成二甲醚生產，原料氣合成為二甲醚的反應式為2C0+4H2 —(CH3)20+H20+200.2kj ;當作為合成氨設備應用時，在反應室(I )設置以催化劑組份以Fe為主，以A1203>K2O, CaO, SiO2,BaO為促進劑，再把一體積的N2和三體積的H2混合後作為原料氣輸入到合成反應器內，進行合成氨生產，原料氣合成為氨的反應式為N2+3H2 — 2NH3+92.1kj。
【權利要求】
1.一種由製冷裝置執行分離和預熱的自循環合成反應系統，其特徵是系統主要由製冷裝置、合成反應器和下降管組件組成，其中，由製冷壓縮機(16)、蒸發器(20)和冷凝器(12)構成製冷裝置，由上端頭(I)、壁體(4)、下端頭(21)、隔板(10)和布風板(13)構成合成反應器，合成反應器的結構中，上端頭(I)安裝在壁體(4)的上埠，壁體(4)呈圓筒體結構，壁體(4)的內空間構成反應室(I )和加熱室(II )，反應室(I )和加熱室(II)之間呈上下布局，反應室(I )在加熱室(II)的上方，隔板(10)設置在反應室(I )與加熱室(II)之間，隔板(10)有過風孔，加熱室(II)通過過風孔連通到反應室(I )，在反應室(I )的上部有混合氣輸出接口(34)接出；布風板(13)設置在加熱室(II)的下端，布風板(13)上有布風孔；下端頭(21)安裝在壁體(4)的下埠，下端頭(21)由圓筒體側壁和圓弧底構成，下端頭(21)的內空間構成氣液分離室(III)，氣液分離室(III)的底部有產物出口(19)接出，氣液分離室(III)的中部側壁上有混合氣輸入接口(22)接入，氣液分離室(III)的上部通過布風板(13)上的布風孔連通到加熱室(II);冷凝器(12)設置在加熱室(II)中，冷凝器(12)上有回氣輸入接口和冷凝輸出接口，冷凝器(12 )的回氣輸入接口和冷凝輸出接口從加熱室(II)部位的壁體(4)上穿出合成反應器體外；蒸發器(20)設置在氣液分離室(III)中，蒸發器(20)上有蒸發輸入接口和回氣輸出接口，蒸發器(20)的蒸發輸入接口和回氣輸出接口從下端頭(21)的側壁上穿出合成反應器體外；製冷壓縮機(16)和下降管組件設置在合成反應器的體外，下降管組件由下降管和外殼(27)構成，外殼(27)的內空間構成冷卻室(V)，下降管設置在冷卻室(V)中，下降管的上端有輸入口(32)接入，下降管的下端有輸出口(25)接出，下降管上端的輸入口(32)連接到反應室(I )上部的混合氣輸出接口(34)上，下降管下端的輸出口(25)連接到氣液分離室(III)中部側壁上的混合氣輸入接口(22)上；製冷壓縮機(16)的吸氣接口連接到蒸發器(20)的回氣輸出接口上，製冷壓縮機(16)的排氣接口連接到冷凝器(12)的回氣輸入接口上，冷凝器(12)的冷凝輸出接口通過膨脹閥(14)或毛細管連接到蒸發器(20)的蒸發輸入接口上。
2.根據權利要求1所述的一種由製冷裝置執行分離和預熱的自循環合成反應系統，其特徵是蒸發器(20)為翅片盤管式結構，在蒸發器(20)上端的周邊與下端頭(21)的側壁之間有擋板(15)，蒸發器(20)和擋板(15)的上方空間構成集氣室(IV)，集氣室(IV)有原料氣補充接口(17)接入，氣液分離室(III)依`次通過蒸發器(20)翅片間的空隙、集氣室(IV)和布風板(13)上的布風孔連通到加熱室(II )。
3.根據權利要求1所述的一種由製冷裝置執行分離和預熱的自循環合成反應系統，其特徵是冷凝器(12)為翅片盤管式結構，冷凝器(12)翅片間的空隙形成加熱室(II)內的氣流通道。
4.根據權利要求1所述的一種由製冷裝置執行分離和預熱的自循環合成反應系統，其特徵是製冷裝置中有水冷器(11 )，水冷器(11)設置在合成反應器的體外，水冷器(11)內有製冷劑迴路和冷卻水迴路，製冷劑迴路和冷卻水迴路相互隔離，製冷劑迴路上有製冷劑輸入接口接入和製冷劑輸出接口接出，冷卻水迴路上有冷卻水輸入接口接入和冷卻水輸出接口接出；當製冷裝置中有水冷器(11)時，冷凝器(12)的冷凝輸出接口連接到水冷器(11)的製冷劑輸入接口上，水冷器(11)的製冷劑輸出接口通過膨脹閥(14)或毛細管連接到蒸發器(20)的蒸發輸入接口上。
5.根據權利要求1所述的一種由製冷裝置執行分離和預熱的自循環合成反應系統，其特徵是下降管由下降直管(30)、下降盤管a (28)和下降盤管b (29)組合而成，下降直管(30)、下降盤管a (28)和下降盤管b (29)設置在冷卻室(V)中，下降盤管b (29)環繞在下降直管(30)的外圍，下降盤管a (28)環繞在下降盤管b (29)的外圍，下降盤管a (28)的上埠和下降盤管b (29)的上埠連接在下降直管(30)的上部，下降盤管a (28)的下埠和下降盤管b (29)的下埠連接在下降直管(30)的下部。
6.根據權利要求1所述的一種由製冷裝置執行分離和預熱的自循環合成反應系統，其特徵是在反應室(I )中有調溫盤管(7)，調溫盤管(7)的下端有調溫介質進口(8)接入，調溫盤管(7 )的上端有調溫介質出口( 6 )接出，調溫盤管(7 )上的調溫介質進口( 8 )和調溫介質出口(6)從反應室(I )部位的壁體(4)上穿出合成反應器體外。
7.根據權利要求1所述的一種由製冷裝置執行分離和預熱的自循環合成反應系統，其特徵是在壁體(4)的外側和上端頭(I)的外側上安裝保溫層(5)。
8.根據權利要求1所述的一種由製冷裝置執行分離和預熱的自循環合成反應系統，其特徵是在上端頭(I)與壁體(4)上埠的連接面之間有密封圈a (2)。
9.根據權利要求1所述的一種由製冷裝置執行分離和預熱的自循環合成反應系統，其特徵是在下端頭(21)與壁體(4) 下埠的連接面之間有密封圈b (24)。
【文檔編號】C01C1/04GK103769001SQ201410008101
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月8日 優先權日:2014年1月8日
【發明者】周開根 申請人:衢州昀睿工業設計有限公司