CN101417800B - 一种循环流化床制备二硫化碳的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含碳和硫的化合物的生产方法，具体为一种循环流化床制备二硫化碳的工艺，解决现有生产工艺存在能耗高、生产过程不连续以及环境污染严重等问题，将含炭固体物质送至流化床加热炉，被加热的含炭固体物质进入预提升器、提升管、流化床层，然后与硫磺接触并反应，通过快分装置及沉降器将气态二硫化碳分离出，而剩余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重返流化床加热炉内加热。本发明大大提高了反应物的接触效率；硫磺可为液态，所需温度较低，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，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

一种循环流化床制备二硫化碳的工艺

技术领域

本发明涉及一种含碳和硫的化合物的生产方法，具体为一种循环流化床制备二硫化碳的工艺。

背景技术

二硫化碳是一种重要的化工原料，在人造纤维、农药、橡胶、冶金选矿等生产部门都有广泛应用。目前干法生产二硫化碳的工艺路线主要有三条，其一是用古老的电炉法高温间歇式的生产路线，以硫磺和木炭(或焦炭)为原料，电能耗高、劳动强度大、生产效率低，设备腐蚀和环境污染十分严重，国内基本被淘汰，国外目前还有部分小装置在运行；其二是传统的反应甑式间歇法的生产路线，以硫磺和焦炭(过去采用木炭)为原料，能耗高、劳动强度大、单台设备生产效率低，设备寿命短和环境污染严重，也属于将被淘汰的生产路线，但目前国内还有约55％的生产能力采用该工艺；其三是较为先进的以天然气为原料的合成路线，即CH₄+4S→CS₂+2H₂S，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，而且硫的单程转化率不足50％，所产生的大量有毒气体硫化氢，必须通过克劳斯系统回收硫，且硫回收尾气的治理难度大，投资高，增加了生产成本，并且反应温度在600℃以上，对设备腐蚀亦较为严重。

目前在硫磺和焦炭生产工艺中，专利发明人孔庆然于2002年已研发并获得了五项专利，包括催化活化法生产二硫化碳的方法(专利号：ZL03111890.9)、生产二硫化碳的方法(专利号：ZL03111889.5)、二硫化碳反应炉(专利号：ZL03112067.9)、二硫化碳反应炉(专利号：ZL03112138.1)、半焦-硫磺法生产二硫化碳的工艺方法(专利号：ZL02147678.0)，但上述工艺及设备均属于固定流化床工艺技术，在实际生产中存在一定的局限性，比如生产能力较低、生产过程不连续以及环境污染相对比较严重等一系列问题。

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能耗高、劳动强度大、生产效率低、生产过程不连续以及设备腐蚀、环境污染严重等问题，提供一种循环流化床制备二硫化碳的工艺。

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工艺，将含炭固体物质经料仓、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，同时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，在预提升器下方气体介质的作用下沿提升管向上流动；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；设置在提升管上端出口的快分装置将气态二硫化碳与未反应完的含炭固体物质进行分离，分离出的夹带部分含炭固体物质的气态二硫化碳进入沉降器，然后进入旋风分离器分离掉夹带的含炭固体物质，由沉降器顶部的管线排出；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。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SO_X，同时降低产品收率。

所述流化床加热炉内的温度控制在700-1200℃，提升管内的温度控制在500-900℃。为了促进反应完全，由热炭斜管进入提升管的含炭固体物质的质量流量为硫磺进料质量流量的5～15倍。

为了延长反应时间，也可以在提升管中部加设流化床层，提升管内的含炭固体物质和硫磺经过流化床层充分反应后进入沉降器内。

所述预提升器下方的气体介质选用惰性气体或二硫化碳气体，提升管内混合气体的表观速度为4～20m/s。气体介质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，以提高与喷嘴来的雾化液态硫磺的接触效率。表观速度指的是提升管内没有任何固体物料时，气体在里面的流动速度，该速度可反映反应物在提升管中的停留时间，保证反应完全。

在二硫化碳制备过程中至少一段热炭管线和冷炭管线内充满含炭固体物质，以保证足够的流动推动力和料封，使二硫化碳气体不会窜入流化床加热炉或空气不会窜入提升管中。

所述提升管、热碳管线、冷碳管线及流化床加热炉内的含炭固体物质为颗粒状，其粒径≤20mm。

所述汽提段内惰性气体的表观速度为0.1～0.5m/s，汽提过程是用惰性气体将含炭固体物质间夹带的二硫化碳气体和含炭固体物质颗粒微孔内吸附的二硫化碳气体置换出去，而惰性气体的表观速度主要是为了保证汽提效率，保证绝大部分二硫化碳气体被置换出去，而不是被带入流化床加热炉烧掉。

在上述过程中，所述的含炭固体物质是半焦焦粒、焦粉、无烟煤和烟煤中的一种或几种。此处含炭固体物质扮演了三重的角色：一是作为反应物；二是作为燃料，为反应提供热量；三是作为热载体。

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SO_X，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；

5、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；

6、相对于原有流化床工艺反应物在反应器内停留时间过长、难以维持热平衡，本发明大大缩短了反应物在反应器内的停留时间，解决了热平衡问题。

总之，采用本发明所述工艺生产二硫化碳，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-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-快分装置；9-沉降器；10-旋风分离器；11-汽提段；12-冷炭管线；13-流化床层。

具体实施方式

一种循环流化床制备二硫化碳的工艺，如图1所示，具体步骤如下：

(1)将含炭固体物质经料仓1、加料器2输送至流化床加热炉3内，流化床加热炉3内的温度控制在700-1200℃，经空气流化燃烧后烧掉一部分含炭固体物质，同时放出热量加热其余含炭固体物质；(2)被加热的含炭固体物质经热炭管线4进入预提升器5，在预提升器下方气体介质的作用下沿提升管6向上流动，提升管6内的温度控制在500-900℃，优选为700-850℃，预提升器5下方的气体介质选用惰性气体或二硫化碳气体，提升管6内混合气体的表观速度为4～20m/s，优选6～10m/s；(3)呈液态或气态的硫磺由喷嘴7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，为了延长反应时间，提升管6内的含炭固体物质和硫磺经过流化床层13充分反应后进入沉降器9内；(4)设置在提升管6上端出口的快分装置8将气态二硫化碳与未反应完的含炭固体物质进行分离，分离出的夹带部分含炭固体物质的气态二硫化碳进入沉降器9，然后进入旋风分离器10分离掉夹带的含炭固体物质，由沉降器9顶部的管线排出，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；(5)被快分装置8分离下来的未反应完的含炭固体物质落入沉降器9下方的汽提段11，经惰性气体汽提掉夹带的二硫化碳气体后由冷炭管线12进入流化床加热炉3内燃烧，汽提段11内惰性气体的表观速度为0.1～0.5m/s。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。

上述过程中热炭管线4和冷炭管线12内充满含炭固体物质，可通过热炭管线和冷炭管线上的控制阀实现；提升管6、热碳管线4、冷碳管线12及流化床加热炉3内的含炭固体物质为颗粒状，其粒径≤20mm；加料器的加料形式可为连续加入或间歇加入，由燃烧、反应中含炭固体物质的消耗量决定。

Claims (9)

1.一种循环流化床制备二硫化碳的工艺，其特征是将含炭固体物质经料仓(1)、加料器(2)输送至流化床加热炉(3)内，经空气流化燃烧后烧掉一部分含炭固体物质，同时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(4)进入预提升器(5)，在预提升器下方气体介质的作用下沿提升管(6)向上流动；硫磺由喷嘴(7)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(6)上端出口的快分装置(8)将气态二硫化碳与未反应完的含炭固体物质进行分离，分离出的夹带部分含炭固体物质的气态二硫化碳进入沉降器(9)，然后进入旋风分离器(10)分离掉夹带的含炭固体物质，由沉降器(9)顶部的管线排出；被快分装置(8)分离下来的未反应完的含炭固体物质落入沉降器(9)下方的汽提段(11)，经惰性气体汽提掉夹带的二硫化碳气体后由冷炭管线(12)进入流化床加热炉(3)内燃烧。

2.根据权利要求1所述的循环流化床制备二硫化碳的工艺，其特征是流化床加热炉(3)内的温度控制在700-1200℃，提升管(6)内的温度控制在500-900℃。

3.根据权利要求1或2所述的循环流化床制备二硫化碳的工艺，其特征是由热炭管线(4)进入提升管(6)的含炭固体物质的质量流量为硫磺进料质量流量的5～15倍。

4.根据权利要求1或2所述的循环流化床制备二硫化碳的工艺，其特征是提升管(6)内的含炭固体物质和硫磺经过流化床层(13)充分反应后进入沉降器(9)内。

5.根据权利要求1或2所述的循环流化床制备二硫化碳的工艺，其特征是进入喷嘴(7)的硫磺为液态或气态。

6.根据权利要求1或2所述的循环流化床制备二硫化碳的工艺，其特征是预提升器(5)下方的气体介质选用惰性气体或二硫化碳气体，提升管(6)内混合气体的表观速度为4～20m/s。

7.根据权利要求1或2所述的循环流化床制备二硫化碳的工艺，其特征是在二硫化碳制备过程中至少一段热炭管线(4)和冷炭管线(12)内充满含炭固体物质。

8.根据权利要求1或2所述的循环流化床制备二硫化碳的工艺，其特征是提升管(6)、热炭管线(4)、冷炭管线(12)及流化床加热炉(3)内的含炭固体物质为颗粒状，其粒径≤20mm。

9.根据权利要求1或2所述的循环流化床制备二硫化碳的工艺，其特征是汽提段(11)内惰性气体的表观速度为0.1～0.5m/s。

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