一种合成反应器及合成反应系统的制作方法

本实用新型涉及化工设备技术领域，尤其涉及一种合成反应器及合成反应系统。

背景技术：

传统的煤制醇工艺设备常用列管式反应器，列管式反应器内部具有多根并列设置的反应管，反应管内填充催化剂，具体反应时，原料气进入列管式反应器后在反应管内催化剂作用下反应生成醇类产品，未反应的原料气和反应生成的醇类一起排出反应器称为产品气，产品气经降温气液分离后得到液相醇类产品和气相原料气，气相原料气经循环压缩机加压后作为原料气重新进入反应器内。

上述工艺采用的列管式反应器在大规模工业应用时由于装填的催化剂量较大导致反应管尺寸很长，一般反应管的长度在2米以上，原料气进入反应管后直到出反应管前的过程中一直不断产生醇产品，原料气在随着反应管长度方向逐渐流动及反应过程中，反应物原料气的浓度不断下降，而生成物醇产品浓度不断上升，导致生成醇产品的反应推动力下降，原料气合成醇的速率不断下降，因此导致整体反应管中催化剂床层反应效率不断下降。为了实现原料气充分反应合成醇类目前公开的技术还有设置多个列管式反应器串联的技术方案，但该技术方案容易造成设备繁多、技术工艺路线复杂的弊端。

技术实现要素：

本实用新型的实施例提供一种合成反应器及合成反应系统，主要目的是简化设备结构、提高合成反应效率。

为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：

一种合成反应器，包括：

壳体，所述壳体内具有多个相隔离的反应室，任一所述反应室具有入料口和采出口；

合成反应组件，所述合成反应组件具有多组，所述合成反应组件包括反应管；

其中，任一所述反应室内设有相对应的一组所述合成反应组件。

本实用新型实施例提供的合成反应器，该合成反应器内具有多个相隔离的独立的反应室，即该合成反应器成为多级合成反应器，通过在任一反应室内设置相对应的合成反应组件，这样就可及时将每一个反应室内生成的产品及时采出，以降低反应管中产品的浓度值，保证整个合成反应的反应推动力，最终提高整个合成反应器的反应效率，同时该合成反应器的结构简单。

可选的，所述合成反应组件还包括：设置在所述反应管两端且与所述反应管连通的管板。

可选的，所述壳体内设置有多个隔板，所述壳体内相邻两个所述隔板之间的空腔形成所述反应室。

进一步的，所述隔板与所述壳体中轴线之间的夹角为60～90°。

可选的，所述合成反应组件还包括：气体分布装置，所述气体分布装置设于靠近所述入料口的位置处。

本实用新型另一方面还提供了一种合成反应系统，该合成反应系统包括气液分离装置、换热器和上述所述的合成反应器；

其中，所述气液分离装置的进气口与所述反应室的采出口连通，所述气液分离装置的气相出口与所述换热器的进料口连通，所述换热器的出料口与所述反应室的入料口连通，所述气液分离装置的制冷剂入口与所述换热器的制冷剂出口连通，所述气液分离装置的制冷剂出口与所述换热器的制冷剂入口连通。

可选的，多个所述反应室采出口上安装的采出管线相连通，再通过出料管线与所述气液分离装置的进气口连通；多个所述反应室入料口上安装的入料管线相连通，再通过进料管线与所述换热器的出料口连通。

可选的，所述气液分离装置包括冷却器、与所述冷却器连通的气液分离器；其中，所述冷却器的进气口与所述反应室的采出口连通，所述气液分离器的气相出口与所述换热器的进料口连通，所述冷却器的制冷剂入口与所述换热器的制冷剂出口连通，所述冷却器的制冷剂出口与所述换热器的制冷剂入口连通。

可选的，所述合成反应系统还包括：全凝器，所述全凝器的制冷剂入口与所述换热器的制冷剂出口连通，所述全凝器的制冷剂出口与所述气液分离装置的制冷剂入口连通。

进一步的，所述全凝器的制冷剂出口与所述气液分离装置的制冷剂入口连通的管路上安装有减压阀。

可选的，所述合成反应系统还包括：压缩机，所述压缩机安装在所述换热器的制冷剂入口与所述气液分离装置的制冷剂出口之间。

可选的，所述合成反应系统还包括：驰放气连接管，所述驰放气连接管与所述换热器的出料口连通。

本实用新型实施例提供的合成反应系统，由于采用上述所述的合成反应器，提高了合成反应效率，且将每一个反应室排出的产品气通过气液分离装置进行分离，并将分离得到的原料气作为再生原料气通入反应室内再次进行合成反应，这样提高了原料气的反应效率，进而提高了产品的产率；同时，产品气的气液分离采用制冷剂吸热降温以对气液两相分离，也利用制冷剂的放热升温提高了再生原料气的温度，保证了反应器内温度的稳定性，降低了整个合成反应系统的能耗。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种合成反应器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种合成反应系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例合成反应器及合成反应系统进行详细描述。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本实用新型实施例提供了一种合成反应器，参照图1，所述合成反应器1包括：壳体101，所述壳体101内具有多个相隔离的反应室104，任一所述反应室104具有入料口1041和采出口1042；合成反应组件102，所述合成反应组件102具有多组，所述合成反应组件102包括反应管1023；其中，任一所述反应室104内设有相对应的一组所述合成反应组件102。

具体的，壳体101内具有多个(至少两个)相隔离的、相独立的反应室104，任一个反应室104内均具有合成反应组件102，这样就使该合成反应器1成为多级相并联的合成反应器。通过多级相并联的合成反应器有效缩短了反应管的长度，即缩短在反应物和生成物在反应管1023内的路径，防止生成物在反应管1023内滞留过久出现浓度较大的现象，这样就可提高反应物在反应管1023内的浓度值，增加整个合成反应的反应推动力。

例如，采用该合成反应器进行醇合成反应时，反应管1023内填塞有催化剂，原料气通过入料口1041进入反应管1023内在催化剂的作用下发生合成反应，生成醇，且生成的醇为气相，随着反应的进行，愈靠近反应管1023底端，醇的浓度愈大，原料气的浓度愈小，这样就会出现原料气反应速率急剧下降的现象，最终导致含量较多的未反应原料气通过采出口1042排出，明显降低反应效率。通过多级相并联的合成反应器，就可及时将生成的醇排出，以降低反应管1023内醇的浓度值，提高反应催动力，最终提高原料气的反应效率，以及醇的产率。

示例的，多个所述反应室104可以沿着所述壳体101的延伸方向布设。所述反应室104的数量可以根据反应规模、反应产量决定，在此对反应室104的具体数量不做限定，任何数量均在本公开的保护范围之内。

所述壳体内设置有多个隔断结构，相邻两个所述隔断结构之间的空腔形成所述反应室104，示例的，所述隔断结构可以为隔板103，所述隔板可以通过焊接固定在壳体101内壁上，也可以与所述壳体101一体成型。

所述隔断结构的材质可以与所述壳体101的材质相同，也可以不同。

在合成反应中，可能会生成微量的液相产物，为了便于将液相产物排出所述反应室104，所述隔板103与所述壳体101中轴线之间的夹角为60～90°，将隔板103倾斜设置在所述壳体101内，就可使液相产物更容易的排出。

在一些实施例中，参照图1，所述合成反应组件102包括：反应管1023、设置在所述反应管1023两端且与所述反应管1023连通的管板，所述管板包括位于所述反应管1023顶端的第一管板1022和位于所述反应管1023底端的第二管板1024，所述第一管板1022和第二管板1024中与所述反应管1023连通的位置处开设有通道，其余位置处均为封闭结构。

所述反应室104中的反应管1023数量不做限定，若反应室104中的反应管1023数量为多个，多个反应管1023沿着壳体101的延伸方向并列布设。多个所述反应室104中每一个所述反应室104中的反应管1023数量可以相同，也可以不同。

为了使进入反应管1023的气相原料分布均匀，在所述反应室104内且靠近入料口入料口1041的位置处设置气体分布装置，示例的，所述气体分布装置为气体分布板1021，所述气体分布板1021具有多个供气相穿过的孔。

在具体合成反应时，一般为放热反应，为了对反应管1023进行降温，以保证反应管1023内物质的反应效率，所述反应室104具有冷却液进口1043和冷却液出口1044。示例的，所述冷却液进口1043和冷却液出口1044开设在第一管板1022和第二管板1024之间。

本实用新型实施例还提供了一种合成反应系统，参照图2，所述合成反应系统包括上述所述的合成反应器1。合成反应器1的结构简单，这样就可同样简化整个合成反应系统的结构，简化合成反应器的工艺流程。且该合成反应系统由于具有上述所述的合成反应器1，不仅有效能够提高反应效率，也可提高合成产品的产率。

参照图2，所述合成反应系统还包括：气液分离装置和换热器4，，所述气液分离装置的进气口与所述反应室104的采出口1042连通，所述气液分离装置的气相出口与所述换热器4的进料口连通，所述换热器的出料口与所述反应室104的入料口1042连通，其中，所述气液分离装置具有制冷剂入口和制冷剂出口，所述气液分离装置配置为利用制冷剂吸热降温，以对气液进行分离。具体的，低温制冷剂进入所述气液分离装置后吸收气相产品的热量，以对所述气液分离装置进行降温，进而使气相产品分离成液相和气相，导致从气液分离装置排出的制冷剂为高温制冷剂，经气液分离装置排出的高温制冷剂进入换热器4后放热，同时进入换热器4内的低温再生原料气吸收所释放的热量以升温成为高温再生原料气，最终高温再生原料气进入反应腔104内进行再次合成反应，这样首先通过通入的高温再生原料气保证了合成反应器内温度的稳定性，同时也提高了原料气的反应率，相应的提高了醇的产率，实现冷却时所用的制冷剂循环，实现能量的交换。

示例的，所述气液分离装置包括冷却器2、与所述冷却器2连通的气液分离器3；其中，所述冷却器2的进气口与所述反应室104的采出口1042连通。具体的，如图2所示，所述冷却器2的进气口与所述反应室104连通，且所述冷却器2具有制冷剂入口和制冷剂出口，因为反应室104排出的气相进入冷却器2内，会释放较多的热量，同理需要制冷剂吸收较多的热量才能达到气液分离的效果，所以将制冷剂通入所述冷却器2以达到更好的气液分离效果。通过冷却器2与气液分离器3相结合，提高气液分离效果。

具体的，如图2所示，所述冷却器2的进气口与所述反应室104的采出口1042通过出料管路801连通，所述冷却器2的出气口与所述气液分离器3的进口端通过管路802连通，气液分离器3的液相排出口连通管路803，所述气液分离器3的气相排出口连通管路804。例如，采用本合成反应系统进行醇合成时，其中，所述出料管路801内流通的是反应腔104排出的高温产品气(所述产品气包括气相醇和未反应的原料气)，管路802内流通的是经冷却器2冷却降温后的低温产品气，管路803内流通的是经气液分离器3分离得到的液相醇，管路804内流通的是经气液分离器3分离得到的低温气相原料气，该低温气相原料气命为低温再生原料气。

示例的，为了简化管线，简化整个合成反应系统的结构，多个所述反应室104采出口上安装的采出管线会相应的具有多个，将多个采出管线相连通，再通过出料管线801与所述气液分离装置的进气口连通；同理，为了简化管线，多个所述反应室104入料口上安装的入料管线会相应的具有多个，将多个入料管线相连通，再通过进料管线805与所述换热器的出料口连通。这样就可将多个反应室导出的生成物合流进入所述气液分离装置，在将经换热器换热的再生原料气分流至多个反应室内。

当高温制冷剂通过换热器4后，通常排出的制冷剂为中温制冷剂，若直接将中温制冷剂通入所述冷却器2内，这样就明显减少了热量交换值，进而降低了冷却器2的冷却效果，所以，为了提高冷却器2的冷却效果，所述换热器4的制冷剂出口连通全凝器5的制冷剂入口，所述全凝器5的制冷剂出口与所述气液分离装置的制冷剂入口连通，通过全凝器5对制冷剂的进一步冷却降温，从而使进入气液分离装置的制冷剂未低温制冷剂。

需要说明的是：所述全凝器5具有冷却液入口501和冷却液出口502。通过冷区液和制冷剂的热交换实现对制冷剂的冷却降温。

示例的，所述全凝器5的制冷剂出口与所述气液分离装置的制冷剂入口连通的管路上安装有减压阀7，通过减压阀7将全凝器5排出的高压低温制冷剂调节成低压低温制冷剂，制冷剂降压闪蒸可以进一步降低制冷剂的温度，增强制冷剂的冷却效果。

在一些实施例中，所述合成反应系统还包括：压缩机6，所述压缩机6安装在所述换热器4的制冷剂入口与所述气液分离装置的制冷剂出口之间，以使进入换热器4的制冷剂为高压高温制冷剂。

参照图2，所述冷却器2的制冷剂出口与所述压缩机6的入口通过管路903连通，所述压缩机6的出口与所述换热器4的制冷剂入口通过管路904连通，换热器4的制冷剂出口与全凝器5的制冷剂入口通过管路905连通，全凝器5的制冷剂出口与减压阀7的入口通过管路901连通，减压阀7的出口与冷却器2的制冷剂入口通过管路902连通，这样就形成了循环的制冷系统，降低整个合成反应系统的能耗。其中，所述管路903内流通的是低压高温制冷剂，所述管路904内流通的是经压缩机压缩的高压高温制冷剂，所述管路905内流通的是经换热器4换热后的高压中温制冷剂，所述管路901内流通的是高压低温制冷剂，以及所述管路902内流通的是低压低温制冷剂，低压低温制冷剂再经冷却器2后成为低压高温制冷剂，如此循环，实现制冷剂的吸热与放热，进而通过制冷剂的吸热、放热实现气液分离，以及再生原料气的升温。

示例的，所述合成反应系统还包括：驰放气连接管10，所述驰放气连接管10与所述换热器4的出料口连通，其中，利用驰放气连接管10将整个系统中的惰性杂质气体排出，维持系统的稳定连续运转。其中，驰放气连接管10内的驰放气可连续也可间断的排出，且排出的驰放气的质量为进入反应室104的高温再生原料气质量的0.0001％～5％，再示例的，排出的驰放气的质量为进入反应室104的高温再生原料气质量的1％～3％。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。