CN100447078C - 一种二硫化碳的生产工艺及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含碳和硫的化合物生产方法及设备，具体为一种二硫化碳的生产工艺及设备，解决现有以焦炭等含碳物质为原料生产二硫化碳存在的许多问题，将含碳固体物质经螺旋加料器加入流化床加热炉，经空气流化后燃烧掉一部分含碳固体物质，同时并加热另一部分含碳固体物质；加热后的含碳固体物质进入流化床反应器，在流化床反应器内灼热的含碳固体物质在流化的状态下与硫蒸汽进行反应并生成含二硫化碳的过程气，未反应的含碳固体物质由输送立管再次送至流化床加热炉。本发明采用直接传热的气固流态化技术增加了气固两相的接触面，反应速度快、完全，实现了连续生产的目的；提高了原料的实际利用率；整个装置结构简单、适用的原料范围较广。
Description
技术领域
本发明涉及一种含碳和硫的化合物的生产方法及设备，具体为一种二硫化碳的生产工艺及设备。
背景技术
二硫化碳是一种重要的化工原料，在工业上有着广泛的用途，在人造纤维、玻璃纸、农药、四氯化碳、橡胶、石油炼制等生产部门都有广泛的应用。目前生产二硫化碳的方法主要有木炭硫磺法、焦炭硫磺法和甲烷硫磺法，木炭硫磺法、焦炭硫磺法是以含碳物质为原料，在高温下与硫磺反应生成二硫化碳，采用的含碳物质主要有木炭、褐煤半焦、焦炭等，其中由于木炭具有反应性能好、灰分少、出渣间隔期长等特点被广泛应用，但必须耗费大量木材，随着近年限制林木砍伐政策的实施，已对二硫化碳的生产造成影响；2002年山西金兴华公司研发成功的半焦、焦炭替代木炭生产二硫化碳的核心技术，专利申请号为021476780的一项专利，填补了国内国际空白。该法以半焦、焦炭取代了木炭。在我国盛产煤炭的山西等省，有着充足的半焦、焦炭资源，为半焦、焦炭法生产二硫化碳提供了廉价的原料。而国内目前半焦、焦炭法二硫化碳生产企业普遍采用间接加热的单台固定床反应器，该方法存在着能耗高、设备生产能力低、占地面积大、环境污染严重、劳动强度大等问题；而且半焦或焦炭与硫磺传质传热效率低，能耗大，最终造成成本偏高，更重要的是采用单台固定床反应，半焦或焦炭与硫磺蒸汽的接触面小、反应不完全，而且要根据反应程度进行间歇的加焦，无法实现生产过程的连续化。
甲烷硫磺法系气相反应，反应速度快，反应完全，实现了生产过程的连续化，使生产能力大大提高，但是受到天然气资源不广泛及输送困难的限制，而且但在利用天然气中的碳氢化合物与硫磺反应制备二硫化碳的过程中，也会出现一些问题，诸如：工艺管路、加热炉和反应器的结焦、堵塞问题，大量副产物硫化氢的回收问题，要达到环保需要投入大量的资金。在我国仅有少数地区有条件使用该项技术，且产量有限。
发明内容
本发明为了解决现有以半焦或焦炭等含碳物质为原料生产二硫化碳的工艺流程复杂、设备庞大，且通常采用间接的单台固定床反应方式而造成传质传热效率低，能耗大、生产过程不连续等问题，提供一种二硫化碳的生产工艺及设备。
本发明是采用如下技术方案实现的：二硫化碳的生产工艺，将含碳固体物质经加料斗、螺旋加料器加入流化床加热炉，经空气流化后燃烧掉一部分含碳固体物质，同时并加热另一部分含碳固体物质；加热后的含碳固体物质进入流化床反应器，在流化床反应器内灼热的含碳固体物质在流化的状态下与硫蒸汽进行反应并生成含二硫化碳的过程气，过程气由流化床反应器顶部的气体混合物出口排出，未反应的含碳固体物质由输送立管再次送至流化床加热炉。本发明采用两台流化床串联操作，将过量含碳物质加入到反应区，同时连续地从反应区移去过量的未反应的含碳物质，然后经流化床加热炉再加热后又返回反应区，达到了连续生产的目的；而且含碳固体物质可以是半焦、焦炭、煤炭及其它含碳固体物质；含碳固体物质与硫磺采用直接传热的气固流态化技术，传热传质效率高，能耗低，反应速度快。完成上述所述的二硫化碳的生产工艺所用的生产设备，包括流化床加热炉和流化床反应器，流化床加热炉下方通过输送管与流化床反应器上方连通；流化床加热炉上装有螺旋加料器，螺旋加料器上设有加料斗，流化床加热炉顶部设有高温烟气输出管，底部设有出渣口，出渣口处设有与鼓风机相连的空气输送管；流化床反应器顶部设有气体混合物出口，底部设有硫蒸汽进口，流化床反应器下方还设有与流化床加热炉相通的输送立管。
在上述过程中，所述的含碳固体物质是半焦焦粒、焦粉、无烟煤和烟煤中的一种或几种。此处含碳固体物质扮演了双重的角色：一是作为反应物，二是作为燃料，为反应提供热量。
本发明所述的流化床反应器位于流化床加热炉的下方，灼热的含碳固体物质利用位差由流化床加热炉进入流化床反应器，省去了输送成本。
本发明所述的输送管和输送立管上分别设有滑阀，以控制物料的循环流量，输送立管上还装有空气引射器和罗茨风机，可将未反应的含碳固体物质加压后送至流化床加热炉，为了确保安全生产，防止两台流化床之间相互串气，在输送立管的适当位置吹一定量的氮气；出渣口下方连有冷渣器，冷渣器下方设有储渣斗。
本发明所述的高温烟气输送管的另一端依次串接有一级内旋风分离器、二级外旋风分离器，二级外旋风分离器与废热锅炉连接，废热锅炉与湿式洗涤器连接，一级内旋风分离器下方通过管道与流化床加热炉连通。流化床加热炉内产生的高温烟气经输出管进入一级内旋风分离器除尘，回收的含碳细粉再次返回流化床加热炉，而出口烟气经过二级外旋风分离器进一步除尘后，进入废热锅炉回收利用高温余热，然后再进入湿式洗涤器进一步降温除尘，净化后的尾气直接排入大气，达到了环保、节能的目的。
本发明所述的含碳固体物质的颗粒细度为≤6mm，水分含量≤10％，以达到含碳固体物质流化的要求。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)采用直接传热的气固流态化技术取代间接传热的固定床反应技术，增加了气固两相的接触面，含碳物质与硫磺的传热传质效率高，反应速度快、完全，提高了原料的实际利用率；
(2)整个装置结构简单、省材料、造价低、易制作，并可设置在露天的场合下，且生产强度大，占地面积小；
(3)采用两台流化床串联操作，有利于实现连续化、自动化生产，并有利于生产过程的环保处理。
(4)适用的原料范围较广，不仅可用半焦焦粒和焦粉，还可用更廉价的无烟煤或烟煤等含碳固体物质作原料，有利于降低原料成本。
总之，本发明采用流态化技术来生产二硫化碳，在技术上和经济上都是最佳的选择，真正实现了节能、降耗、清洁、环保的目标。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图
图中：1-流化床加热炉 2-流化床反应器 3-输送管 4-螺旋加料器 5-加料斗 6-输出管 7-出渣口 8-鼓风机 9-空气输送管 10-气体混合物出口11-硫蒸汽进口 12-输送立管 13-滑阀 14-空气引射器 15-罗茨风机 16-冷渣器 17-储渣斗 18-一级内旋风分离器 19-二级外旋风分离器 20-废热锅炉 21-湿式洗涤器
具体实施方式
二硫化碳的生产工艺，将含碳固体物质经加料斗5、螺旋加料器4加入流化床加热炉1，经空气流化后燃烧掉一部分含碳固体物质，以除去含碳固体物质中的水分和有机挥发分，同时并加热另一部分含碳物质；加热后的含碳固体物质进入流化床反应器2，在流化床反应器2内灼热的含碳固体物质在流化的状态下与硫蒸汽进行反应并生成含二硫化碳的过程气，过程气由流化床反应器2顶部的气体混合物出口10排出，由于该反应为吸热反应，因此，灼热的含碳固体物质经反应失去部分碳分子的同时，也失去了部分结蓄的热量，温度降低，无法继续参加反应，所以未反应的含碳固体物质由输送立管12再次送至流化床加热炉1。含碳固体物质的颗粒细度为≤6mm，水分含量≤10％；流化床加热炉1内的温度控制在600～1200℃，最佳为800～900℃，流化床反应器2内的温度控制在500～1100℃，最佳为750～850℃，硫蒸汽的温度为500～900℃。
二硫化碳的生产设备，包括流化床加热炉1和流化床反应器2，流化床加热炉1下方通过输送管3与流化床反应器2上方连通；流化床加热炉1上装有螺旋加料器4，螺旋加料器4上设有加料斗5，流化床加热炉1顶部设有高温烟气输出管6，底部设有出渣口7，出渣口7处设有与鼓风机8相连的空气输送管9；流化床反应器2顶部设有气体混合物出口10，底部设有硫蒸汽进口11，流化床反应器2下方还设有与流化床加热炉1相通的输送立管12；流化床反应器2位于流化床加热炉1的下方；输送管3和输送立管12上分别设有滑阀13，输送立管12上还装有空气引射器14和罗茨风机15，出渣口7下方连有冷渣器16，冷渣器16下方设有储渣斗17；高温烟气输送管6的另一端依次串接有一级内旋风分离器18、二级外旋风分离器19，二级外旋风分离器19与废热锅炉20连接，废热锅炉20与湿式洗涤器21连接，一级内旋风分离器18下方通过管道与流化床加热炉1连通。
具体实施过程如下：将经过粉碎和筛分处理的颗粒细度≤6mm的含碳固体物质颗粒用螺旋加料器定量地加入流化床加热炉内，经鼓风机送来的空气使含碳固体物质流化并燃烧掉一部分，以除去其中的水分和有机挥发分，并加热另一部分含碳固体物质，使其温度上升到600～1200℃，最佳为800～900℃，灼热的含碳固体物质利用位差由流化床加热炉通过滑阀进入流化床反应器，燃烧后的渣或沉底的大颗粒由流化床加热炉的底部排出，经过冷渣器冷却后进入储渣斗；流化床加热炉顶部排出的高温烟气(温度约为800℃)首先经过一个外置的一级内旋风分离器除尘，它回收下来的细粉返回流化床加热炉内进一步燃烧，一级内旋风分离器出口烟气经过二级外旋风分离器进一步除尘后，进入一余热锅炉回收利用高温余热后，再进入一湿式洗涤器进一步降温除尘，确保排放的尾气符合环保要求，净化后的尾气直接由引风机排入大气。
流化床反应器内温度控制在500～1100℃，最佳为750～850℃，使灼热的含碳物质在流化的状态下与硫蒸汽进行反应，生成CS2产品，含CS2产品的过程气由流化床反应器顶部排出，进入产品回收系统。由于该反应为吸热反应，因此，灼热的含碳物质经反应失去部分碳分子的同时，也失去了部分结蓄的热量，温度降低，无法继续参加反应，这部分未被反应的、温度较低(＜600℃)的含碳固体物质由流化床反应器底部排出，依次经滑阀、空气引射器，由罗茨风机压送返回流化床加热炉再加热升温，升温后再进入流化床反应器实现连续循环生产。
Claims (10)
1、一种二硫化碳的生产工艺，其特征是：将含碳固体物质经加料斗(5)、螺旋加料器(4)加入流化床加热炉(1)，经空气流化后燃烧掉一部分含碳固体物质，同时并加热另一部分含碳固体物质；加热后的含碳固体物质进入流化床反应器(2)，在流化床反应器(2)内灼热的含碳固体物质在流化的状态下与硫蒸汽进行反应并生成含二硫化碳的过程气，过程气由流化床反应器(2)顶部的气体混合物出口(10)排出，未反应的含碳固体物质由输送立管(12)再次送至流化床加热炉(1)。
2、根据权利要求1所述的二硫化碳的生产工艺，其特征是含碳固体物质的颗粒细度为≤6mm，水分含量≤10％。
3、根据权利要求1或2所述的二硫化碳的生产工艺，其特征是流化床加热炉(1)内的温度控制在600～1200℃，流化床反应器(2)内的温度控制在500～1100℃，硫蒸汽的温度为500～900℃。
4、根据权利要求1或2所述的二硫化碳的生产工艺，其特征是流化床加热炉(1)内产生的高温烟气经输出管(6)进入一级内旋风分离器(18)除尘，回收的含碳细粉再次返回流化床加热炉(1)，而出口烟气经过二级外旋风分离器(19)进一步除尘后，进入废热锅炉(20)回收利用高温余热，然后再进入湿式洗涤器(21)进一步降温除尘，净化后的尾气直接排入大气。
5、根据权利要求1或2所述的二硫化碳的生产工艺，其特征是未反应的含碳固体物质依次经过输送立管(12)上的滑阀(13)、空气引射器(14)和罗茨风机(15)后再次返回流化床加热炉(1)，输送立管(12)内吹入氮气。
6、根据权利要求1或2所述的二硫化碳的生产工艺，其特征是所述的含碳固体物质是半焦焦粒、焦粉、无烟煤和烟煤中的一种或几种。
7、完成如权利要求1所述的二硫化碳的生产工艺所用的生产设备，其特征是：包括流化床加热炉(1)和流化床反应器(2)，流化床加热炉(1)下方通过输送管(3)与流化床反应器(2)上方连通；流化床加热炉(1)上装有螺旋加料器(4)，螺旋加料器(4)上设有加料斗(5)，流化床加热炉(1)顶部设有高温烟气输出管(6)，底部设有出渣口(7)，出渣口(7)处设有与鼓风机(8)相连的空气输送管(9)；流化床反应器(2)顶部设有气体混合物出口(10)，底部设有硫蒸汽进口(11)，流化床反应器(2)下方还设有与流化床加热炉(1)相通的输送立管(12)。
8、根据权利要求7所述的二硫化碳的生产设备，其特征是流化床反应器(2)位于流化床加热炉(1)的下方。
9、根据权利要求7或8所述的二硫化碳的生产设备，其特征是输送管(3)和输送立管(12)上分别设有滑阀(13)，输送立管(12)上还装有空气引射器(14)和罗茨风机(15)，出渣口(7)下方连有冷渣器(16)，冷渣器(16)下方设有储渣斗(17)。
10、根据权利要7或8所述的二硫化碳的生产设备，其特征是高温烟气输送管(6)的另一端依次串接有一级内旋风分离器(18)、二级外旋风分离器(19)，二级外旋风分离器(19)与废热锅炉(20)连接，废热锅炉(20)与湿式洗涤器(21)连接，一级内旋风分离器(18)下方通过管道与流化床加热炉(1)连通。
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