靜電式化學合成器的制造方法
【專利摘要】靜電式化學合成器，涉及到一種化學合成反應器。主要由電離室a、中心電極a、絕緣端頭a、電離室b、中心電極b、絕緣端頭b和合成室組成，其中，電離室a由外電極a的內空間構成，電離室a后端的壁體連接在絕緣端頭a上，中心電極a的圓棒體結構伸入到外電極a圓筒體的內空間中；電離室b由外電極b的內空間構成，電離室b后端的壁體連接在絕緣端頭b上，中心電極b的圓棒體結構伸入到外電極b圓筒體的內空間中；合成室由殼體的內空間構成，電離室a的前端壁體連接到殼體的連接口a上，電離室b的前端壁體連接到殼體的連接口b上，輸出接口連接在殼體的前端。本發明提供一種能耗低、運行和維護費用低、投資小的靜電式化學合成反應器，用來進行合成氨、甲醇、二甲醚生產。
【專利說明】靜電式化學合成器【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]目前，廣泛應用的合成氨、甲醇、二甲醚的合成設備都需要很高的操作壓力在催化劑存在的情況下進行合成反應，如生產氨的合成操作壓力在SMPa以上，生產甲醇的合成操作壓力在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，使得能耗很高，還存在設備龐大及造價高、催化劑易失活、運行和維護費用高的缺點。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是要克服現有技術和設備的缺點，提供一種能耗低、運行和維護費用低、投資小的靜電式化學合成反應器，用來進行合成氨、甲醇、二甲醚生產。
[0004]本發明的一種靜電式化學合成器，其特征是化學合成器主要由電離室a( I )、中心電極a (15)、絕緣端頭a (16)、電離室b (VI)、中心電極b (7)、絕緣端頭b (11)、合成室
(II)、輸入接口 a (3)、輸入接口 b (8)和輸出接口(5)組成，其中，電離室a ( I )由外電極a (14)的內空間構成，外電極a (14)為圓筒體結構，外電極a (14)的圓筒體結構構成電離室a ( I )的壁體，電離室a ( I )后端的壁體連接在絕緣端頭a (16)上，絕緣端頭a (16)的中心有通孔，中心電極a (15)安裝在絕緣端頭a (16)的中心通孔上，中心電極a (15)的前端為圓棒體結構，中心電極a (15)的圓棒體結構伸入到外電極a (14)圓筒體的內空間中；電離室b (VI)由外電極b (12)的內空間構成，外電極b (12)為圓筒體結構，外電極b (12)的圓筒體結構構成電離室b (VI)的壁體，電離室b (VI)后端的壁體連接在絕緣端頭b (11)上，絕緣端頭b (11)的中心有通孔，中心電極b (7)安裝在絕緣端頭b (11)的中心通孔上，中心電極b (7)的前端為圓棒體結構，中心電極b (7)的圓棒體結構伸入到外電極b (12)圓筒體的內空間中；合成室(II)由殼體(4)的內空間構成，殼體(4)為圓筒體結構，在殼體(4)后端的圓筒體結構上有外電極a (14)的連接口 a (17)和外電極b (12)的連接口 b (18)，電離室a ( I )的前端壁體連接到殼體(4)的連接口 a (17)上，電離室b(VI)的前端壁體連接到殼體(4)的連接口 b (18)上；輸入接口 a (3)連接在電離室a (I)的后部壁體上；輸入接口 b (8)連接在電離室b (VI)的后部壁體上；輸出接口(5)連接在殼體(4)的前端。
[0005]本發明中，輸入接口 a (3)以切線方向連接在電離室a ( I )的后部壁體上；輸入接口 b (8)以切線方向連接在電離室b (VI)的后部壁體上；中心電極a (15)的前端圓棒體結構上有石英套管a (13)進行封裝，中心電極a (15)的后端上有電極接頭a (I);中心電極b (7)的前端圓棒體結構上有石英套管b (6)進行封裝,中心電極b (7)的后端上有電極接頭b (9);殼體(4)前端的圓筒體結構與輸出接口(5)之間有產物通道(III);在絕緣端頭a (16)上有電極緊固件a (2)，電極緊固件a (2)把中心電極a (15)固定在絕緣端頭a (16)上；在絕緣端頭b (11)上有電極緊固件b (10)，電極緊固件b (10)把中心電極b(7)固定在絕緣端頭b (11)上；電離室a ( I)直接連通到合成室(II);電離室b (VI)的前端與合成室(II)的后端之間有離子氣通道(V)和切線射流口(IV)，電離室b (VI)通過離子氣通道(V)和切線射流口(IV)以切線方向連通到合成室(II);離子氣通道(V)和切線射流口(IV)連通到合成室(II)的角度與電離室a ( I )連通到合成室(II)的角度呈相互垂直；切線射流口(IV)的切線方向與輸入接口 a (3)的切線方向相反。
[0006]本發明中，把離子氣通道(V)和切線射流口(IV)連通到合成室(II)的角度與電離室a ( I )連通到合成室(II)的角度進行相互垂直設計以及采取切線射流口(IV)的切線方向與輸入接口 a (3)的切線方向相反的措施，其目的是為了能使進入到合成室(II)的二種原料氣進行更好的混合，更有利于完成化學合成反應。
[0007]上述的發明在具體實施時，配備高壓靜電發生器，把靜電發生器的高壓電源正極分別連接到電極接頭a (I)上和外電極b (12)上，把靜電發生器的高壓電源負極分別連接到外電極a (14)上和電極接頭b (9)上，通電后，便在電離室a ( I )中產生負極性的靜電電場，在電離室b (VI)中產生正極性的靜電電場。靜電場是電荷周圍空間存在的一種特殊形態的物質，在電場力的作用下出現靜電感應現象，使原來中和的氣體分子出現正、負電荷分離現象。當向電離室a (I)中輸入參于化學合成反應其中的一種原料氣和向電離室b(VI)中輸入參于化學合成反應中的另一種原料氣時，二種原料氣分別在電離室a ( I )中和電離室b (VI)中被電離為活性物質，輸入到電離室a ( I )的原料氣成為帶負電子的活性離子氣，輸入到電離室b (VI)中原料氣成為帶正電子的活性離子氣，當帶負電子的活性離子氣和帶正電子的活性離子氣在合成室(II)中混合后，根據異性相吸的原理，極容易進行化學合成而成為目標產物。
[0008]上述的發明中，把參與化學反應的原料分別進行電離活化，使之成為不同極性的活性離子氣，使得通常需要在極其苛刻的條件才能發生的化學反應變得在接近常壓和室溫條件下就容易進行，原料氣不需要壓縮就能實現合成反應，使得能耗極低，還具有設備簡單、造價低、運行和維護費用極低的優點。
[0009]上述的發明在具體實施時，高壓靜電發生器輸出的高壓電為12KV以上的直流電；絕緣端頭a (16)、電極緊固件a (2)、絕緣端頭b (11)、電極緊固件b (10)和合成室的殼體
(4)采用絕緣材料制作，所述的絕緣材料制作包括聚四氟乙烯、膠木、氧化鋁陶瓷等材料，中心電極和外電極采用金屬材料制作。
[0010]上述的發明在進行化學合成反應過程中會產生熱量，可采用冷卻合成室殼體(4)的辦法來移去反應熱，合成室殼體(4)的冷卻方法包括風冷法和水冷法，其中水冷法采用循環換熱可回收熱能。
[0011]本發明的有益效果是:在常壓的條件下采用靜電法來把原料氣合成為目標產物，克服了現有設備的壓縮能耗高、設備龐大、催化劑易失活、效率低、運行和維護費用高、投資大的缺點。本設備可生產甲醇、二甲醚、合成氨及其它化學合成產品。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是本發明的一種靜電式化學合成器的結構圖。
[0013]圖2是圖1的A-A剖面放大圖。[0014]圖中:1.電極接頭a，2.電極緊固件a，3.輸入接口 a，4.合成室的殼體，5.輸出接口，6.石英套管b，7.中心電極b，8.輸入接口 b，9.電極接頭b，10.電極緊固件b，11.絕緣端頭b，12.外電極b，13.石英套管a，14.外電極a，15.中心電極a，16.絕緣端頭a，17.連接口 a，18.連接口 b，1.電離室a，I1.合成室，II1.產物通道，IV.切線射流口，V.離子氣通道,V1.電離室b。
【具體實施方式】
[0015]附圖所示的實施例中，靜電式化學合成器主要由電離室a (I)、中心電極a (15)、絕緣端頭a (16)、電離室b (VI)、中心電極b (7)、絕緣端頭b (11)、合成室(II)、輸入接口a (3)、輸入接口 b (8)和輸出接口(5)組成，其中，電離室a (I)由外電極a (14)的內空間構成，外電極a (14)為圓筒體結構，外電極a (14)的圓筒體結構構成電離室a ( I )的壁體，電離室a ( I )后端的壁體連接在絕緣端頭a (16)上，絕緣端頭a (16)的中心有通孔，中心電極a (15)安裝在絕緣端頭a (16)的中心通孔上，中心電極a (15)的前端為圓棒體結構，中心電極a (15)的圓棒體結構伸入到外電極a (14)圓筒體的內空間中；電離室b (VI)由外電極b (12)的內空間構成，外電極b (12)為圓筒體結構，外電極b (12)的圓筒體結構構成電離室b (VI)的壁體，電離室b (VI)后端的壁體連接在絕緣端頭b (11)上，絕緣端頭b (11)的中心有通孔，中心電極b (7)安裝在絕緣端頭b (11)的中心通孔上，中心電極b (7)的前端為圓棒體結構，中心電極b (7)的圓棒體結構伸入到外電極b (12)圓筒體的內空間中；合成室(II)由殼體(4)的內空間構成，殼體(4)為圓筒體結構，在殼體(4)后端的圓筒體結構上有外電極a (14)的連接口 a (17)和外電極b (12)的連接口 b (18)，電離室a ( I )的前端壁體連接到殼體(4)的連接口 a (17)上，電離室b (VI)的前端壁體連接到殼體(4)的連接口 b (18)上；輸入接口 a (3)連接在電離室a ( I )的后部壁體上；輸入接口 b (8)連接在電離室b (VI)的后部壁體上；輸出接口(5)連接在殼體(4)的前端。本實施例中，輸入接口 a (3)以切線方向連接在電離室a (I)的后部壁體上；輸入接口 b (8)以切線方向連接在電離室b (VI)的后部壁體上；中心電極a (15)的前端圓棒體結構上有石英套管a (13)進行封裝，中心電極a (15)的后端上有電極接頭a (I);中心電極b (7)的前端圓棒體結構上有石英套管b (6)進行封裝，中心電極b (7)的后端上有電極接頭b
(9);殼體(4)前端的圓筒體結構與輸出接口(5)之間有產物通道(III);在絕緣端頭a(16)上有電極緊固件a (2)，電極緊固件a (2)把中心電極a (15)固定在絕緣端頭a (16)上；在絕緣端頭b (11)上有電極緊固件b (10)，電極緊固件b (10)把中心電極b (7)固定在絕緣端頭b (11)上；電離室a (I )直接連通到合成室(II);電離室b (VI)的前端與合成室
(II)的后端之間有離子氣通道(V)和切線射流口(IV)，電離室b (VI)通過離子氣通道(V)和切線射流口(IV)以切線方向連通到合成室(II);離子氣通道(V)和切線射流口(IV)連通到合成室(II)的連通角度與電離室a ( I )直接連通到合成室(II )的連通角度呈相互垂直；切線射流口(IV)的切線方向與輸入接口 a (3)的切線方向相反。
[0016]本實施例中，絕緣端頭a (16)、電極緊固件a (2)、絕緣端頭b (11)、電極緊固件b
(10)和合成室的殼體(4)采用聚四氟乙烯材料制作，中心電極和外電極采用金屬材料制作。配備高壓靜電發生器，把靜電發生器的高壓電源正極分別連接到電極接頭a (I)上和外電極b (12)上，把靜電發生器的高壓電源負極分別連接到外電極a (14)上和電極接頭b (9)上,通電后,便在電離室a ( I )中產生負極性的靜電電場，在電離室b (VI)中產生正極性的靜電電場，這時，向電離室a ( I )中輸入化學合成其中的一種原料氣和向電離室b (VI)中輸入化學合成中的另一種原料氣，二種原料氣分別在電離室a ( I)中和電離室b (VI)中被電離為活性物質，輸入到電離室a ( I )的原料氣成為帶負電子的活性離子氣，輸入到電離室b (VI)中原料氣成為帶正電子的活性離子氣，當帶負電子的活性離子氣和帶正電子的活性離子氣在合成室(II)中混合后，極容易進行化學合成而成為目標產物。
[0017]本實施例中，靜電式化學合成器的工作電壓為20000?35000V的直流電源，當要進行合成氨生產時，向電離室b (VI)中輸入氫氣以及向電離室a ( I )內輸入氮氣，按I體積氮氣和3體積氫氣的比例進行操作，在合成室(II)中就可生成合成氨，其反應式為N2+3H2 — 2NH3+92.1kj ;當要進行合成甲醇生產時，在合成室(II)中設置以48%的氧化銅、46%的氧化鋅、5%的氧化鋁組份的催化劑，然后向電離室b (VI)中輸入氫氣以及向電離室a(I )內輸入一氧化碳，按I體積一氧化碳和2體積氫氣的比例進行操作，在合成室(II)中就可生成甲醇，其反應式為C0+2H2 — CH3OH+IO2.5kj ;當要進行合成二甲醚生產時，在合成室(II)中設置以48%的氧化銅、46%的氧化鋅、5%的氧化鋁組份的催化劑并加填ZSM-5分子篩，然后向電離室b (VI)中輸入氫氣以及向電離室a ( I )內輸入一氧化碳,按I體積一氧化碳和2體積氫氣的比例進行操作，在合成室(II)中就可生成二甲醚，其反應式為2C0+4H2 —(CH3) 20+H20+200.2kJ0在上述的生產過程中，可采用水冷法來冷卻合成室殼體(4)，把反應熱能移去用熱交換器進行回收利用。
【權利要求】
1.一種靜電式化學合成器，其特征是化學合成器主要由電離室a( I )、中心電極a(15)、絕緣端頭a (16)、電離室b (VI)、中心電極b (7)、絕緣端頭b (11)、合成室(II)、輸入接口a (3)、輸入接口 b (8)和輸出接口(5)組成，其中，電離室a ( I )由外電極a (14)的內空間構成，外電極a (14)為圓筒體結構，外電極a (14)的圓筒體結構構成電離室a (I)的壁體，電離室a ( I )后端的壁體連接在絕緣端頭a (16)上，絕緣端頭a (16)的中心有通孔，中心電極a (15)安裝在絕緣端頭a (16)的中心通孔上，中心電極a (15)的前端為圓棒體結構，中心電極a (15)的圓棒體結構伸入到外電極a (14)圓筒體的內空間中；電離室b (VI)由外電極b (12)的內空間構成，外電極b (12)為圓筒體結構，外電極b (12)的圓筒體結構構成電離室b (VI)的壁體，電離室b (VI)后端的壁體連接在絕緣端頭b (11)上，絕緣端頭b (11)的中心有通孔，中心電極b (7)安裝在絕緣端頭b (11)的中心通孔上，中心電極b (7)的前端為圓棒體結構，中心電極b (7)的圓棒體結構伸入到外電極b (12)圓筒體的內空間中；合成室(II)由殼體(4)的內空間構成，殼體(4)為圓筒體結構，在殼體(4)后端的圓筒體結構上有外電極a (14)的連接口 a (17)和外電極b (12)的連接口 b (18)，電離室a (I)的前端壁體連接到殼體(4)的連接口 a (17)上，電離室b (VI)的前端壁體連接到殼體(4)的連接口 b (18)上；輸入接口 a (3)連接在電離室a ( I )的后部壁體上；輸入接口 b (8)連接在電離室b (VI)的后部壁體上；輸出接口(5)連接在殼體(4)的前端。
2.根據權利要求1所述的一種靜電式化學合成器，其特征是輸入接口a (3)以切線方向連接在電離室a (I)的后部壁體上；輸入接口 b (8)以切線方向連接在電離室b (VI)的后部壁體上。
3.根據權利要求1所述的一種靜電式化學合成器，其特征是中心電極a(15)的前端圓棒體結構上有石英套管a (13)進行封裝，中心電極a (15)的后端上有電極接頭a (I)。
4.根據權利要求1所述的一種靜電式化學合成器，其特征是中心電極b(7)的前端圓棒體結構上有石英套管b (6)進行封裝，中心電極b (7)的后端上有電極接頭b (9)。
5.根據權利要求1所述的一種靜電式化學合成器，其特征是殼體(4)前端的圓筒體結構與輸出接口(5)之間有產物通道(III)。
6.根據權利要求1所述的一種靜電式化學合成器，其特征是在絕緣端頭a(16)上有電極緊固件a (2)，電極緊固件a (2)把中心電極a (15)固定在絕緣端頭a (16)上。
7.根據權利要求1所述的一種靜電式化學合成器，其特征是在絕緣端頭b(11)上有電極緊固件b (10)，電極緊固件b (10)把中心電極b (7)固定在絕緣端頭b (11)上。
8.根據權利要求1所述的一種靜電式化學合成器，其特征是電離室a( I )直接連通到合成室(II);電離室b (VI)的前端與合成室(II)的后端之間有離子氣通道(V)和切線射流口(IV)，電離室b (VI)通過離子氣通道(V)和切線射流口(IV)以切線方向連通到合成室(II)。
9.根據權利要求8所述的一種靜電式化學合成器，其特征是離子氣通道(V)和切線射流口(IV)連通到合成室(II)的角度與電離室a (I )連通到合成室(II)的角度呈相互垂直；切線射流口(IV)的切線方向與輸入接口 a (3)的切線方向相反。
【文檔編號】B01J19/08GK103657563SQ201310643250
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月5日 優先權日:2013年12月5日
【發明者】周昀煜 申請人:衢州昀睿工業設計有限公司