CN101565173A - 一种制备硫化钠的半立式反射炉以及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备硫化钠的半立式反射炉以及工艺。本发明的半立式反射炉由燃烧室、前床部、立炉和洗气塔四部分组成；本发明的工艺用元明粉或芒硝以及无烟煤粉压团后投入本发明的半立式反射炉中，利用反应余热使球团呈熔融状态流过填料层后进入前床部，通过燃烧室加热前床部熔体完成反应，反应完毕后浸出、过滤及蒸发浓缩后得产品工业硫化钠。与传统工艺的反射炉及转炉相比，本发明由于采用尾气加热熔融固态原料，使锻烧还原煤耗降低25％以上，与目前最常用的短转炉相比，本发明具有煤耗低、投资省、易维修、减少污染、机械化程度高及连续生产的优点。

Description

一种制备硫化钠的半立式反射炉以及工艺
技术领域
本发明涉及一种硫化钠生产的新工艺及设备，更具体地说，属于化工行业用元明粉或芒硝(H2SO4)和粉煤(C)作为原料来锻烧还原制取硫化钠的半立式反射炉以及工艺。
背景技术
煅烧还原是硫化碱生产的主要工序，目前国内煅烧设备主要有反射炉、短转炉及长转炉3种。传统反射炉因其转化率低，热效率不高，劳动强度大而有被淘汰的趋势。连续式转炉，俗称长转炉，国内经改进的长转炉直径为2.7m，长度为47m，该炉型具有热利用较好，工人劳动强度较低等优点，但存在许多问题：①工艺条件不易控制，经常出现炉膛环形粘结和温度过高料稀放汤等现象；②由于连续熟化，产生大量的碱雾，再加烟尘，污染严重；③消耗指标高，修炉次数多，检修困难，钢材、耐火砖消耗大；且因其长径比大，为避免机壳的变形而不能长时间停机。因此长转炉在国内未能被广泛采用，其产量仅占总产量的四分之一以下。间歇式转炉，俗称短转炉，炉体直径基本上为3m，长度为6.5m。根据大多数生产厂使用情况证明，这种炉子的尺寸是适宜的。长转炉过长、直径过大，表面看投料量可加大，每炉产量大，但是，由于炉子过粗、过长，会使炉子前后温差太大，造成生熟不均，严重影响粗碱质量，由于投料量加大，故延长了反应时间，使炉次减少，总产量并不能提高；短转炉具有工艺条件容易控制，消耗定额低，工艺指标先进等长转炉无法比拟的优点，故国内硫化钠生产厂中最先进的数据则是短转炉所创造的，因此，该炉子已作为定型的生产设备。短转炉的主要缺点是不能连续出料和浸取；又由于炉身短，炉子尾气温度高(850-900℃)，所以热效率低。
中国专利及国内文摘文献未见有类似本发明的半立式反射炉锻烧还原制硫化钠方法及装置的资料及报导。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种煤耗低、投资省、劳动强度低、热效率高、可减少污染及能连续生产的制备硫化钠的半立式反射炉。
本发明所要解决的再一个技术问题是提供一种制备硫化钠的工艺。
为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：
一方面，一种制备硫化钠的半立式反射炉，其包括燃烧室、前床部、立炉和洗气塔；所述燃烧室设有用于与喷煤枪相对应的喷料口；所述前床部设有二次投煤口、排料口并且安装有多个储气罐及气流搅拌装置；所述立炉顶部设有用于投入原料团的投料口，在立炉底部设有耐高温填料层；所述洗气塔上部设有稀碱液喷头；所述燃烧室经前床部后与立炉连通，在前床部与立炉之间设有挡火墙和过火道。
所述耐高温填料层为耐火炉巴及陶瓷鲍尔环。
在所述前床部上设有测温点；在立炉的耐高温填料层上设有耐高温填料层测温点；在洗气塔上设有引风机，洗气塔通过引风机与一烟囱连通。
在所述立炉和洗气塔之间设有常规尾气碱液浓缩装置。
另一方面，一种制备硫化钠的工艺，其包括以下步骤：
5.1无烟煤粉破碎至80--100目后与元明粉或芒硝充分混合后高压制成原料团并放置12小时以上，其中，元明粉或芒硝∶无烟煤粉的重量比为100∶1～25；
5.2所述原料团由权利要求1所述的立炉顶部的投料口投入，以及向权利要求1所述的燃烧室喷入煤粉并使煤粉充分燃烧而产生高温燃气；
5.3所述高温燃气通过负压装置穿过权利要求1所述的前床部并到达立炉，使立炉中的原料团与还原气逆流换热并变成熔融态的反应物，熔融态的反应物再经耐高温填料层后回流入前床部，然后加入二次煤而形成熔融物料，在前床部通过用高压气体对熔融物料进行强力搅拌至反应结束后，熔融物料从排料口连续放出，其中，步骤5.2中的喷入煤粉量控制在使立炉的耐高温填料层的温度在850～950℃之间，以及排料口附近对熔融物料的温度控制在1050～1150℃之间；
5.4所述熔融物料依次经水粹浸出、过滤及蒸发浓缩后即可获得工业硫化钠。
在步骤5.1中：在所述元明粉或芒硝与破碎至80～100目的无烟煤粉中加入适量的水或粘结剂并通过冲压成型机或对滚机来混合制成原料团。
在步骤5.1中：在制备原料团过程中加入含量为0.1～0.5％的催化剂。
在步骤5.3中：强力搅拌所采用的高压气体为压缩空气，或高压尾气，或水煤气，或气态烃类，或液态烃类，或堕性气体。
在步骤5.3中：在加入二次煤的同时，混入适量的重晶石粉。
在步骤5.4中：所述熔融物料通过采用二次洗涤的稀碱液和高压泵来水粹浸出并获得高浓度硫化钠溶液，高浓度硫化钠溶液经过沉淀过滤除去部分杂质后，蒸发浓缩即可获得工业硫化钠。
本发明由于采用了上述结构及工艺，其具有以下有益效果：
1、本发明具有燃烧室、前床部和立炉，由于无烟煤粉与元明粉或芒硝混合的原料团熔点为850℃左右，未达到反应终点温度1050-1150℃，故本发明使用耐高温填料层使流动性较差的熔融物料在耐高温填料层上面逐步升温溶化(可避免堵塞炉底)；熔融物料流入前床部通过二次加煤及强力搅拌到达反应终点，由于利用高温反应尾气熔化固体物料，热气流与物料逆向运动换热，使尾气温度降低，故本发明的效果达到接近长转炉热效率高的目的；
2、由于主反应在相对独立的前床部，而前床部使用气流搅拌，与传统反射炉手工翻动相比，本发明的劳动强度大大降低；
3、使用不同类型的搅拌气流，如采用压缩空气、高压尾气、水煤气、气态烃类等，可以达到控制反应速度，通过定期捡测残渣热值以控制二次投煤量，使终点的过剩煤量降低，从而达到节能的目的；
4、相对于短转炉间歇排料相比，连续水粹排料可以使车间小环境的碱雾污染降到最低，并使浸出液达到最佳浓度，反应过程产生大量的碱雾及烟尘，在流经相对静态的立炉低温段时，大部分粘附在团块而减少了车间污染；
5、与传统的短转炉相比，在同等产量的设备，投资不足1/3，使用周期长几倍；
6、由于机理简单，本发明的单炉产量可以放大到大于长转炉，特别适用于含水量高的劣质芒硝。
7、另外，本发明易维修。
在结合附图阅读本发明的实施方式的详细描述后，本发明的特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1为本发明的制备硫化钠的半立式反射炉的实施方式的剖面图。
图中：喷煤口1、排料口2、前床部3、测温点4、挡火墙5、过火道6、耐高温填料层7、耐高温填料层测温点8、炉料9、投料口10、立炉11、储气罐及气流搅拌装置12、二次投煤口13、洗气塔14、稀碱液喷头15、引风机16、烟囱17、燃烧室18、喷煤枪19。
具体实施方式
下面以一个实施方式对本发明作进一步详细的说明，但应当说明，本发明的保护范围不仅仅限于此。
参阅图1，它为本实用新型的实施方式的剖面图。一种制备硫化钠的半立式反射炉，其包括燃烧室18、前床部3、立炉11和洗气塔14；所述燃烧室18设有用于与喷煤枪19相对应的喷料口1；所述前床部3设有二次投煤口13、排料口2并且安装有多个储气罐及气流搅拌装置12，在前床部3上还设有测温点4；所述立炉11顶部设有用于投入原料团的投料口10，在立炉11底部设有耐高温填料层7，在耐高温填料层7上设有耐高温填料层测温点8，其中，耐高温填料层7为耐火炉巴及陶瓷鲍尔环等等，如耐高温填料层7为鲍尔环层，耐高温填料层测温点8可为鲍尔环层测温点；洗气塔14上部设有稀碱液喷头15，在洗气塔14上还设有引风机16，洗气塔14通过引风机16与一烟囱17连通；燃烧室18经前床部3后与立炉11连通，在前床部3与立炉11之间设有挡火墙5和过火道6。另外，在立炉11和洗气塔14之间设有常规尾气碱液浓缩装置(未标示)。
本发明的制备硫化钠的半立式反射炉具体使用时，将原料团从立炉11顶部投料口10投入，向燃烧室18喷入煤粉使其充分燃烧，高温燃气通过负压装置穿过前床部3及立炉11使原料团熔融，熔融态的反应物再经耐高温填料层7后回流入前床部3，通过二次投煤口13加入二次煤而形成熔融物料，在前床部3通过用高压气体对熔融物料进行强力搅拌至反应结束后，熔融物料从排料口2连续放出，在洗气塔14中，熔融物料通过用二次洗涤的稀碱液结合高压泵水粹浸出而获得高浓度硫化钠溶液，再经过沉淀过滤除去部分杂质，蒸发浓缩制取工业硫化钠。
一种制备硫化钠的工艺，其包括以下步骤：5.1无烟煤粉破碎至80--100目后与元明粉或芒硝充分混合后高压制成原料团并放置12小时以上，其中，元明粉或芒硝∶无烟煤粉的重量比为100∶1～25；5.2所述原料团由权利要求1所述的立炉顶部的投料口投入，以及向权利要求1所述的燃烧室喷入煤粉并使煤粉充分燃烧而产生高温燃气；5.3所述高温燃气通过负压装置穿过权利要求1所述的前床部并到达立炉，使立炉中的原料团与还原气逆流换热并变成熔融态的反应物，熔融态的反应物再经耐高温填料层后流入前床部，然后加入二次煤而形成熔融物料，在前床部通过用高压气体对熔融物料进行强力搅拌至反应结束后，熔融物料从排料口连续放出，其中，步骤5.2中的喷入煤粉量控制在使立炉的耐高温填料层的温度在850～950℃之间，以及排料口附近对熔融物料的温度控制在1050～1150℃之间；5.4所述熔融物料依次经水粹浸出、过滤及蒸发浓缩后即可获得工业硫化钠。无烟煤粉可为白煤或供热煤或高硫煤等。
在本实施方式中，在步骤5.1中：在所述元明粉或芒硝与破碎至80～100目的无烟煤粉中可加入适量的水或粘结剂并通过冲压成型机或对滚机来混合制成原料团；在制备原料团过程中加入含量为0.1～0.5％的催化剂。在步骤5.3中：强力搅拌所采用的高压气体为压缩空气，或高压尾气，或水煤气，或气态烃类，或液态烃类，或堕性气体；在加入二次煤的同时，混入适量的重晶石粉。在步骤5.4中：所述熔融物料通过采用二次洗涤的稀碱液和高压泵来水粹浸出并获得高浓度硫化钠溶液，高浓度硫化钠溶液经过沉淀过滤除去部分杂质后，蒸发浓缩即可获得工业硫化钠。
下面结合三个实施例对本发明的工艺做进一步描述：
实施例一：
原料团：元明粉∶白煤∶水的重量比为100∶25∶6，通过对滚机压成原料团，如压制成球团，放置12小时。立炉11的截面2.5平方米、有效高度4.5米、三角形耐火砖炉巴与钭型炉底匹配，上面彻筑80mm鲍尔环层4层。前床部3有效内径为1.6×4.5×0.8米，喷煤枪19的型号为每小时喷煤300公斤。维持立炉11的内料层有效高度为3.5～4米，喷入煤粉量控制在使鲍尔环层温度在850～950℃，例如在900℃。通过开启排料口2高度维持前床有效容积达到75％左右时，连续补入二次煤，以滤渣热值＜500大卡为准，开动储气罐及气流搅拌装置12至熔体呈沸腾状态其中，储气罐及气流搅拌装置12可为三个，第一储罐为压缩空气、第二储罐为高压尾气、第三罐为还原气，通过调节喷煤量，维持排料口附近反应物温度为1050～1150℃，例如在1100℃，当腊烛焰逐级减弱后，从排料口2连续放料。其中，可平均每小时可有效投料600公斤，还原率＞80％，使用6000大卡白煤，每吨60％硫化碱还原过程总煤耗＜0.8吨。
实施例二：
原料团：元明粉∶白煤∶水∶催化剂的重量比为100∶30∶6∶0.5，通过滚机压成原料团，放置12小时。本实施例采用与实施例一相同定炉型。维持立炉11的内料层有效高度为3-3.5米，喷入煤粉量控制在使鲍尔环层温度在850---950℃范围，如880℃。维持前床部3有效容积达到75％左右时，连续补入二次煤，，以滤渣热值＜500大卡为准，开动储气罐及气流搅拌装置12至熔体呈沸腾状态，当腊烛焰逐级减弱后，连续放料。其中，可平均每小时有效投料650公斤，还原率＞85％，使用6000大卡白煤，每吨60％硫化碱还原过程总煤耗＜0.75吨。
实施例三：
使用含硫量为12％的高硫煤替代白煤及供热煤，维持前床部3微负压运行，其它条件不变。尾气用稀碱液吸收SO2，在碱熔池内加入适量的硫黄粉，在浓缩时的精渣联产大梳打，可使每吨硫化碱成本降低100元以上。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域的技术人员可以在所附权利要求的范围之内作出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1、一种制备硫化钠的半立式反射炉，其包括燃烧室(18)、前床部(3)、立炉(11)和洗气塔(14)；其特征在于：所述燃烧室(18)设有用于与喷煤枪(19)相对应的喷料口(1)；所述前床部(3)设有二次投煤口(13)、排料口(2)并且安装有多个储气罐及气流搅拌装置(12)；所述立炉(11)顶部设有用于投入原料团的投料口(10)，在立炉(11)底部设有耐高温填料层(7)；所述洗气塔(14)上部设有稀碱液喷头(15)；所述燃烧室(18)经前床部(3)后与立炉(11)连通，在前床部(3)与立炉(11)之间设有挡火墙(5)和过火道(6)。
2、根据权利要求1所述的制备硫化钠的半立式反射炉，其特征在于：所述耐高温填料层(7)为耐火炉巴及陶瓷鲍尔环。
3、根据权利要求1所述的制备硫化钠的半立式反射炉，其特征在于：在所述前床部(3)上设有测温点(4)；在立炉(11)的耐高温填料层(7)上设有耐高温填料层测温点(8)；在洗气塔(14)上设有引风机(16)，洗气塔(14)通过引风机(16)与一烟囱(17)连通。
4、根据权利要求1所述的制备硫化钠的半立式反射炉，其特征在于：在所述立炉(11)和洗气塔(14)之间设有常规尾气碱液浓缩装置。
5、一种制备硫化钠的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
5.1无烟煤粉破碎至80-100目后与元明粉或芒硝充分混合后高压制成原料团并放置12小时以上，其中，元明粉或芒硝∶无烟煤粉的重量比为100∶1～25；
5.2所述原料团由权利要求1所述的立炉顶部的投料口投入，以及向权利要求1所述的燃烧室喷入煤粉并使煤粉充分燃烧而产生高温燃气；
5.3所述高温燃气通过负压装置穿过权利要求1所述的前床部并到达立炉，使立炉中的原料团与还原气逆流换热并变成熔融态的反应物，熔融态的反应物再经耐高温填料层后回流入前床部，然后加入二次煤而形成熔融物料，在前床部通过用高压气体对熔融物料进行强力搅拌至反应结束后，熔融物料从排料口连续放出，其中，步骤5.2中的喷入煤粉量控制在使立炉的耐高温填料层的温度在850～950℃之间，以及排料口附近对熔融物料的温度控制在1050～1150℃之间；
5.4所述熔融物料依次经水粹浸出、过滤及蒸发浓缩后即可获得工业硫化钠。
6、根据权利要求5所述的制备硫化钠的工艺，其特征在于，在步骤5.1中：
在所述元明粉或芒硝与破碎至80～100目的无烟煤粉中加入适量的水或粘结剂并通过冲压成型机或对滚机来混合制成原料团。
7、根据权利要求5所述的制备硫化钠的工艺，其特征在于，在步骤5.1中：
在制备原料团过程中加入含量为0.1～0.5％的催化剂。
8、根据权利要求5所述的制备硫化钠的工艺，其特征在于，在步骤5.3中：
强力搅拌所采用的高压气体为压缩空气，或高压尾气，或水煤气，或气态烃类，或液态烃类，或堕性气体。
9、根据权利要求5所述的制备硫化钠的工艺，其特征在于，在步骤5.3中：
在加入二次煤的同时，混入适量的重晶石粉。
10、根据权利要求5所述的制备硫化钠的工艺，其特征在于，在步骤5.4中：
所述熔融物料通过采用二次洗涤的稀碱液和高压泵来水粹浸出并获得高浓度硫化钠溶液，高浓度硫化钠溶液经过沉淀过滤除去部分杂质后，蒸发浓缩即可获得工业硫化钠。
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