[發明專利]靜電協同催化的合成反應器

有效

• 申請號: 201310697312.8
• 申請日: 2013-12-19
• 公開（公告）號: CN103706304A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 周開根
• 申請（專利權）人: 衢州昀睿工業設計有限公司
• 主分類號: B01J8/02
• 分類號: B01J8/02;B01J19/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

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

在靜電場中，原子或分子內的電子得到能量，就會受到激發而從正常的穩定狀態躍遷到高能級狀態，使氣體分子獲得能量，取出電子而電離成活性的離子氣，同時，電子在電場中被加速，自由程長的電子從電場中獲得足夠的動能，與氣體分子碰撞后就使氣體分子得到電離和活化。

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后，將處于平衡，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、破壞平衡后使化合反應繼續進行，混合產物從合成反應器中輸出后，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，由于單程催化率僅在20%左右，原料氣必須通過多次循環壓縮后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。

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8MPa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，必須采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

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復循環壓縮電能消耗大的缺點，設計一種靜電協同催化的合成反應器，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。

本發明的一種靜電協同催化的合成反應器，其特征是反應器主要由電離室a（Ⅶ）、電離室b（Ⅷ）、合成室（Ⅵ）、反應室（Ⅰ）、上氣室（Ⅹ）、下降通道（Ⅸ）和下氣室（Ⅱ）組成，其中，電離室a（Ⅶ）由外電極a（31）的內空間構成，外電極a（31）為圓筒體結構，電離室a（Ⅶ）內有中心電極a（32），中心電極a（32）的后端通過絕緣端頭a（30）連接在外電極a（31）的后端；電離室b（Ⅷ）由外電極b（35）的內空間構成，外電極b（35）為圓筒體結構，電離室b（Ⅷ）內有中心電極b（39），中心電極b（39）的后端通過絕緣端頭b（36）連接在外電極b（35）的后端；合成室（Ⅵ）由殼體（43）的內空間構成，殼體（43）為圓筒體結構，殼體（43）的后端通過絕緣連接件（33）分別連接到外電極a（31）的前端和外電極b（35）的前端，電離室a（Ⅶ）通過離子氣通道（34）連通到合成室（Ⅵ），電離室b（Ⅷ）直接連通到合成室（Ⅵ）；合成室（Ⅵ）的前部呈漸縮的倒喇叭口結構，合成室（Ⅵ）的前端有混合氣輸出接口（23）接出；合成室（Ⅵ）嵌入在外壁（24）的內空間中，外壁（24）為圓筒體結構，外壁（24）的兩端有封頭進行封閉，合成室（Ⅵ）的殼體（43）與外壁（24）之間的空間構成熱交換室（Ⅴ），熱交換室（Ⅴ）內有螺旋肋板（25），螺旋肋板（25）焊接在合成室（Ⅵ）的殼體（43）上；在熱交換室前端的外壁（24）上有輸入端口（44）接入，在在熱交換室后端的外壁（24）上有輸出端口（42）接出。反應室（Ⅰ）、上氣室（Ⅹ）、下降通道（Ⅸ）和下氣室（Ⅱ）設置在外殼（9）的內空間中，反應室（Ⅰ）由壁體（7）的內空間構成，壁體（7）呈圓筒側壁圓弧底結構，壁體（7）通過上支撐件（5）和下支撐件（50）連接在外殼（9）的內側面上，壁體（7）的下部或圓弧底上有循環氣輸入口（12）接入和催化劑卸料出口（11）接出，循環氣輸入口（12）上連接有循環氣連通管（13），循環氣連通管（13）從下氣室部位的外殼（9）穿出后連接到未反應氣輸入口（48）上；上氣室（Ⅹ）由上端頭（3）和外殼（9）上段圍護的空間構成，上端頭（3）呈圓盤體結構，上端頭（3）上有催化劑加料口（Ⅺ），催化劑加料口（Ⅺ）由頂蓋（1）進行封閉；下降通道（Ⅸ）由壁體（7）與外殼（9）中段之間的空間構成，下降通道（Ⅸ）中有冷卻盤管（51），冷卻盤管（51）的下端從外殼（9）的下部穿出后連接到冷卻水進口（49）上，冷卻盤管（51）的上端從外殼（9）的上部穿出后連接到冷卻水出口（52）上；下氣室（Ⅱ）由下端頭（21）和外殼（9）下段圍護的空間構成，下氣室（Ⅱ）中有集氣罩（16），集氣罩（16）的內空間構成集氣室（Ⅲ），集氣室（Ⅲ）的頂上有集氣管（15）接出，集氣管（15）從下氣室部位的外殼（9）穿出后連接到未反應氣輸出口（47）上；反應室（Ⅰ）連通到上氣室（Ⅹ），上氣室（Ⅹ）通過下降通道（Ⅸ）連通到下氣室（Ⅱ）。下氣室（Ⅱ）的下部為集液區（Ⅳ），集液區（Ⅳ）的底部有產物出口（19）接出；下氣室（Ⅱ）的中部有混合氣輸入接口（22）接入，下氣室（Ⅱ）的混合氣輸入接口（22）連接到合成室（Ⅵ）的混合氣輸出接口（23）；集氣管（15）上的未反應氣輸出口（47）通過連接管b（46）連接到熱交換室（Ⅴ）的輸入端口（44）上；循環氣連通管（13）上的未反應氣輸入口（48）連接到熱交換室（Ⅴ）的輸出端口（42）上。