CN101318652B - 一种循环流化床制备二硫化碳的设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含碳和硫的化合物的生产设备，具体为一种循环流化床制备二硫化碳的设备，解决现有二硫化碳生产工艺及设备存在各自的缺点，包括料仓、加料器以及流化床加热炉，流化床加热炉下方设有热炭管线，热炭管线另一端与预提升器连通，预提升器上方连有提升管，提升管上设有喷嘴，提升管上端伸入沉降器，末端设置快分装置，沉降器内顶部设有旋风分离器，内下方设有汽提段，汽提段下方设有冷炭管线。本发明采用预提升器、提升管以及流化床层提高了反应物的接触效率；所述硫磺可为液态，温度较低，设备简单；汽提段的设置可减少污染，提高产品收率；结构简单、造价低、易制作，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。
Description
技术领域
本发明涉及一种含碳和硫的化合物的生产设备，具体为一种循环流化床制备二硫化碳的设备。
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，所采用的工艺分为固定床工艺和流化床工艺。目前国内普遍采用的是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、污染环境严重、劳动强度大等问题；而且半焦或焦炭与硫磺传质、传热效率差，能耗高，更重要的是半焦或焦炭与硫磺的接触面积小、接触不充分、反应不完全，而且需要根据反应程度间歇加焦，无法实现生产的连续化。
相比于固定床工艺，流化床工艺使二硫化碳的生产有了质的提高。中国专利号为200610102044.0和200510129940.1的专利文献里提出了一种二硫化碳的流化床生产工艺，该专利采用了两个流化床，一个作为反应器，另一个作为燃烧器，半焦或褐煤在燃烧器中燃烧，放出大量热量，未烧完的半焦或褐煤夹带这部分热量由输送管线进入流化床反应器，气态硫磺被输送进入流化床反应器，与高温半焦或褐煤发生反应，生成的二硫化碳气体进入两级旋风分离器分离掉夹带的半焦或褐煤粉末，然后进入后续分离设备；未反应完的半焦或褐煤循环进入流化床燃烧器进一步燃烧。上述流化床工艺及设备尽管大大提高了二硫化碳的生产效率，但依然存在一些缺点：(1)流化床工艺中颗粒输送管是两个U形管，颗粒的输送极为困难；(2)流化床工艺中含碳固体颗粒要在反应器中停留较长时间，热平衡难以维持；(3)硫磺必须要进行气化，因而需要设置一套硫磺气化装置，使全装置流程更加复杂、设备投资增加；(4)未反应完的半焦或褐煤直接进入流化床燃烧器，其中夹带的大量二硫化碳气体未能得到脱除，降低了产品产率，而且二硫化碳在流化床燃烧器内燃烧后释放出大量SOX，污染环境。
发明内容
本发明为了解决现有二硫化碳生产工艺及设备存在上述各种各样的缺点，提供一种循环流化床制备二硫化碳的设备。
本发明是采用如下技术方案实现的：一种循环流化床制备二硫化碳的设备，包括料仓、加料器以及通过管线与加料器连接的流化床加热炉，流化床加热炉下方设有热炭管线，热炭管线另一端与预提升器连通，预提升器上方连有提升管，提升管上设有喷嘴，提升管上端伸入沉降器，末端设置快分装置，沉降器内顶部设有旋风分离器，内下方设有汽提段，汽提段下方设有与流化床加热炉连通的冷炭管线。所述汽提段的汽提过程是用惰性气体将半焦颗粒间夹带的二硫化碳气体和半焦颗粒微孔内吸附的二硫化碳气体置换出去，避免含炭固体物质夹带大量二硫化碳气体进入加热炉燃烧，产生大量SOX，同时降低产品收率。所述预提升器的作用是把热炭管线来的含炭固体物质提升上去，使之向上运动，并形成理想的活塞流，以提高喷嘴来的雾化液态硫磺与含炭固体物质的接触效率。
料仓里的含炭固体物质经加料器输送至流化床加热炉内，经空气流化燃烧后烧掉一部分含炭固体物质，放出热量加热其余含炭固体物质；被加热的含炭固体物质经热炭管线进入预提升器，然后进入提升管并向上流动；气态或液态硫磺由喷嘴喷入提升管内，与高温含炭固体物质接触并反应，生成气态二硫化碳；设置在提升管末端的快分装置将生成的气态二硫化碳与未反应完的含炭固体物质进行分离，分离出的气态二硫化碳夹带部分含炭固体物质进入沉降器，然后进入旋风分离器分离掉夹带的含炭固体物质，由沉降器顶部排出，进入后续的分离系统；被快分装置分离下来的未反应完的含炭固体物质落入沉降器下方的汽提段，经惰性气体汽提掉夹带的二硫化碳气体后由冷炭管线进入流化床加热炉内燃烧。为了避免流化床加热炉内的含炭固体物质燃烧不充分而产生一氧化碳，随即直接排入空气而造成环境污染的问题，人们可采用多种方法将产生的高温烟气进行处理，这些方法是本领域的普通技术人员所公知的。
本发明所述设备包含两种形式，分别是并列式和同轴式，其中并列式结构如下：流化床加热炉与沉降器并列布置，其中预提升器、提升管和沉降器为同轴布置，由下向上的顺序依次为：预提升器、提升管和沉降器；提升管上端直接插入沉降器下部，热炭管线和冷炭管线分别为斜管，若空间不够，则将冷炭管线和热炭管线的进、出口设置为斜管，中间为直管。而同轴式的具体结构如下：流化床加热炉与沉降器同轴布置，其中预提升器与提升管同轴布置，沉降器位于流化床加热炉上方，提升管由竖管和横管构成，横管前端伸入沉降器内，冷炭管线设置在流化床加热炉内，其出口处设有防倒锥，以防止流化床加热炉内的气体窜入冷碳管线内，为现有公知产品，热炭管线由竖管和斜管构成。
对于并列式结构，与汽提段连接处冷炭管线与汽提段轴线的角度控制在20°～60°之间，与流化床加热炉连接处热炭管线与流化床加热炉轴线的角度控制在20°～60°之间；本发明所述流化床加热炉的结构有三种结构形式，一是流化床加热炉上部与下部同直径；二是其上部直径小于下部直径，以增加稀相速度，人为降低旋风分离器效率，将燃烧后的飞灰排出；三是下部直径小于上部直径，主要是为了减小稀相气体速度，减小夹带的颗粒浓度，提高旋风分离器效率。
无论对于并列式结构或是同轴式结构，提升管中部增设流化床层，其目的是为了延长反应时间，流化床层的直径大于提升管直径，流化床层的直径及其大小由所需的反应时间确定；为维持流化床层料位，流化床层与沉降器下方的汽提段之间通过圆管连通，圆管上装有阀门。
为了便于调节含炭固体物质的流量，冷炭管线和/或热炭管线上分别装有控制阀，该控制阀可为滑阀或塞阀或其它控制高温颗粒流量的阀门；当设备并列式布置时，冷炭管线和热炭管线上分别装有控制阀；当设备同轴式布置时，由于冷炭管线位于硫化床加热炉内，所以热炭管线上装有控制阀。
上述旋风分离器为外旋风分离器或内旋风分离器，旋风分离器内部设置有隔热、耐磨衬里，旋风分离器为一级旋风分离器，或多级旋风分离器串联，其中每一级旋风分离器为一个或多个，具体个数由沉降器内气体流量及沉降器尺寸决定；快分装置为旋风分离器或三叶形快分或旋流快分等气固分离设备。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、采用预提升器及提升管使含碳固体物质与液态或气态硫磺在提升管内充分接触并发生反应，同时提升管中部的流化床层使得反应进行地更彻底，大大提高了反应物的接触效率，增加了产品的收率；
2、相对于原有流化床工艺所要求的硫磺气化是必须步骤，本发明所述硫磺可以为液态，不仅所需温度较低，能耗低，而且所需设备简单，占地较小，减少生产成本；
3、汽提段的设置使得未反应完全的含炭固体物质中夹带的二流化碳气体被汽提掉，有效避免大量二硫化碳气体进入加热炉燃烧，产生大量SOX，从而减少污染，保护了环境，同时提高了产品收率；
4、整个装置结构简单、省材料、造价低、易制作，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。
总之，采用本发明所述设备生产二硫化碳，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为本发明所述的并列式结构示意图之一
图2为本发明所述的并列式结构示意图之二
图3为本发明所述的并列式结构示意图之三
图4为本发明所述的并列式结构示意图之四
图5为本发明所述的同轴式结构示意图之一
图6为本发明所述的同轴式结构示意图之二
图中：1-料仓，2-加料器，3-流化床加热炉，4-热炭管线，5-预提升器，6-提升管，7-喷嘴，8-沉降器，9-快分装置，10-旋风分离器，11-汽提段，12-冷炭管线，13-防倒锥，14-流化床层，15-圆管，16-控制阀，17-阀门。
具体实施方式
实施例1：如图1所示，为本发明所述的并列式结构
循环流化床制备二硫化碳的设备，包括料仓1、加料器2以及通过管线与加料器2连接的流化床加热炉3，流化床加热炉的下部直径小于上部直径；流化床加热炉3下方设有热炭管线4，热炭管线4另一端与预提升器5连通，预提升器5上方连有提升管6，提升管6上设有喷嘴7，提升管6上端伸入沉降器8，末端设置快分装置9，该快分装置为旋风分离器，沉降器内顶部设有旋风分离器10，内下方设有汽提段11，汽提段11下方设有与流化床加热炉3连通的冷炭管线12，冷炭管线12和/或热炭管线4上分别装有控制阀16。如图1所示，并列式的结构体现在流化床加热炉3与沉降器8并列布置，其中预提升器5、提升管6和沉降器8为同轴布置，提升管6上端直接插入沉降器下部，热炭管线4和冷炭管线12分别为斜管，与汽提段11连接处冷炭管线12与汽提段轴线的角度控制在20°～60°之间，与流化床加热炉3连接处热炭管线4与流化床加热炉轴线的角度控制在20°～60°之间。
具体实施时，料仓里的含炭固体物质经加料器输送至流化床加热炉内，经空气流化燃烧后烧掉一部分含炭固体物质，放出热量加热其余含炭固体物质；被加热的含炭固体物质经热炭管线进入预提升器，然后进入提升管并向上流动；气态或液态硫磺由喷嘴喷入提升管内，与高温含炭固体物质接触并反应，生成气态二硫化碳；设置在提升管末端的快分装置将生成的气态二硫化碳与未反应完的含炭固体物质进行分离，分离出的气态二硫化碳夹带部分含炭固体物质进入沉降器，然后进入旋风分离器分离掉夹带的含炭固体物质，由沉降器顶部排出，进入后续的分离系统；被快分装置分离下来的未反应完的含炭固体物质落入沉降器下方的汽提段，经惰性气体汽提掉夹带的二硫化碳后由冷炭管线进入流化床加热炉内燃烧。
实施例2：如图2所示，为本发明的并列式结构
与实施例1的区别仅在于流化床加热炉的上部直径小于下部直径，在实际操作中以增加稀相速度，人为降低旋风分离器效率，将燃烧后的飞灰排出。
实施例3：如图3所示，为本发明的并列式结构
与实施例1的区别在于提升管6中部增设流化床层14，以延长反应时间，流化床层的直径大于提升管直径，流化床层的直径及其大小由所需的反应时间确定；为维持流化床层料位，流化床层与沉降器下方的汽提段之间通过圆管连通，圆管上装有阀门，可控制料体流量。
实施例4：如图4所示，为本发明的并列式结构
与实施例3的区别仅在于流化床加热炉的上部直径小于下部直径。
实施例5：如图5所示，为本发明的同轴式结构
循环流化床制备二硫化碳的设备，包括料仓1、加料器2以及通过管线与加料器2连接的流化床加热炉3，流化床加热炉3下方设有热炭管线4，热炭管线4另一端与预提升器5连通，预提升器5上方连有提升管6，提升管6上设有喷嘴7，提升管6上端伸入沉降器8，末端设置快分装置9，该快分装置为三叶形快分，沉降器内顶部设有旋风分离器10，内下方设有汽提段11，汽提段11下方设有与流化床加热炉3连通的冷炭管线12，冷炭管线12和热炭管线4上分别装有控制阀16。如图5所示，同轴式的结构体现在流化床加热炉3与沉降器8同轴布置，其中预提升器5与提升管6同轴布置，沉降器8位于流化床加热炉3上方，提升管6由竖管和横管构成，横管前端伸入沉降器内，冷炭管线12设置在流化床加热炉3内，其出口处设有防倒锥13，热炭管线4由竖管和斜管构成。
同轴式结构中，含炭固体物质流动途径、硫磺进料方式、反应和燃烧方式，即整个制备过程是和并列式一致的。
实施例6：如图6所示，为本发明的同轴式结构
与实施例5的区别仅在于提升管6的竖管中部增设流化床层14，以延长反应时间，流化床层的直径大于提升管直径，流化床层的直径及其大小由所需的反应时间确定；为维持流化床层料位，流化床层与沉降器下方的汽提段之间通过圆管15连通，圆管上装有阀门17。
Claims (7)
1.一种循环流化床制备二硫化碳的设备，其特征是包括料仓(1)、加料器
(2)以及通过管线与加料器(2)连接的流化床加热炉(3)，流化床加热炉(3)下方设有热炭管线(4)，热炭管线(4)另一端与预提升器(5)连通，预提升器(5)上方连有提升管(6)，提升管(6)上设有喷嘴(7)，提升管(6)上端伸入沉降器(8)，末端设置快分装置(9)，沉降器内顶部设有旋风分离器(10)，内下方设有汽提段(11)，汽提段(11)下方设有与流化床加热炉(3)连通的冷炭管线(12)。
2.根据权利要求1所述的循环流化床制备二硫化碳的设备，其特征是流化床加热炉(3)与沉降器(8)并列布置，其中预提升器(5)、提升管(6)和沉降器(8)为同轴布置，提升管(6)上端直接插入沉降器底部，热炭管线(4)和冷炭管线(12)分别为斜管。
3.根据权利要求1所述的循环流化床制备二硫化碳的设备，其特征是流化床加热炉(3)与沉降器(8)同轴布置，其中预提升器(5)与提升管(6)同轴布置，沉降器(8)位于流化床加热炉(3)上方，提升管(6)由竖管和横管构成，横管前端伸入沉降器内，冷炭管线(12)设置在流化床加热炉(3)内，其出口处设有防倒锥(13)，热炭管线(4)由竖管和斜管构成。
4.根据权利要求2所述的循环流化床制备二硫化碳的设备，其特征是与汽提段(11)连接处冷炭管线(12)与汽提段轴线的角度控制在20°～60°之间，与流化床加热炉(3)连接处热炭管线(4)与流化床加热炉轴线的角度控制在20°～60°之间。
5.根据权利要求1或2或3所述的循环流化床制备二硫化碳的设备，其特征是提升管(6)中部增设流化床层(14)。
6.根据权利要求6所述的循环流化床制备二硫化碳的设备，其特征是流化床层(14)与沉降器(8)下方的汽提段之间通过圆管(15)连通，圆管上装有阀门(17)。
7.根据权利要求1或2或3所述的循环流化床制备二硫化碳的设备，其特征是冷炭管线(12)和/或热炭管线(4)上分别装有控制阀(16)。
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