CN104555938B - 作为还原气的高纯度硫磺气体的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种作为还原气的高纯度硫磺气体的制备方法，包括熔融、过滤、雾化、气化、引射等步骤，最终得到作为还原剂使用的高温硫磺气体，可用于化学分解石膏制硫酸副产硅酸盐水泥以及回收硫酸盐矿石、硫酸盐工业废渣等。本发明的方法具有工艺简单、生成速度快、可连续化生产等优点。并且可通过添加惰性气氛对硫磺气体的组分摩尔分率在5～100％之间调节，满足后续装置不同物料还原反应的需要。

Description

作为还原气的高纯度硫磺气体的制备方法
技术领域
本发明涉及化工产品，尤其涉及一种作为还原气的高纯度硫磺气体的制备方法。
背景技术
为了回收硫酸盐矿石、硫酸盐工业废渣和工业废硫酸中的硫，将其制成附加值更高的硫产品，常用CH4、碳、氢、硫等还原剂。现有工业化生产硫酸盐的还原大都采用焦炭或含硫煤为还原剂，属于固体还原剂，还原反应为固--固反应，且碳还原产物最终为CO2，存在于系统中不仅降低了体系有用组分SO2摩尔浓度，还增加了碳的排放，污染环境。“以硫代碳”来实现硫酸盐(MeSO4)或二氧化锰(MnO2)的还原，制取后续MeS(CaS、MgS)、MeO(CaO、MgO、MnO)、SO2等化工建材产品，已成为化工科技的发展趋势。有不少专利和文献都报道了用硫磺还原硫酸盐的技术，硫磺还原产物为SO2，与硫酸盐被还原的产物SO2叠加，使系统气相产物组分中SO2的摩尔浓度提高，对后续生产工艺条件优化、装置产能提高、能耗降低、成本下降极为有利，且没有碳排放环境污染问题。
相对于固-固反应和液-固反应，将硫磺制成硫磺气体参与硫酸盐还原反应，在很大程度上提高了反应速度和硫酸盐还原效率，可达80～99.9％，且反应条件较容易控制，是一种值得推广的硫酸盐还原方法。但关于如何制取气态硫磺方面的专利和文献较少。
现有的气态硫磺制取通常采用传统的釜式加热法，使用燃油、天然气或电间接加热蒸煮使硫磺熔融气化，存在传热效果差、气化速率不稳定、操作运行控制困难、设备材质要求高、容易堵塞系统、使用寿命短等缺陷。
申请号201410089886.1的专利《一种过热硫蒸气制造工艺》公开了一种采用烟道气间接加热液体硫磺转化硫磺蒸气的方法，采用分段加热气化，首先在熔硫槽中间接加热熔化固体硫磺得到液态硫磺，然后使液化后的硫磺依次流经液硫加热器、气化器和过热器，与热烟气逆流换热，逐渐加热、气化至过热状态，得到过热硫蒸气。该方法存在如下问题：
(1)缺乏液体硫磺的精制工序，液体硫磺通常含杂质高，容易引起管路和换热设备结垢、堵塞；
(2)液体硫磺在换热器管内被间接加热气化，管程较长，系统停车时管内的液体硫磺很难排放彻底，会凝固堵塞管道，且无法清除，系统很难长周期连续稳定运行；
(3)液体硫磺分数次与热烟气逆流换热，烟道气走管外壳程，液体硫磺走管程间接加热气化、过热等过程，气化器相当于一个换热器结构，设备结构较复杂；
(4)材料等级高，制造要求高，造价高：根据公开方法中描述，气化区域管路内温度在450～500℃，则管路外温度应该达到500～600℃；过热区域管内温度在600～700℃，管外烟道气温度应该在700～900℃；且烟道气也含SO2，因此与硫磺及烟道气接触的设备材料均需要耐硫和耐温度要求。如此高温的含硫介质，对加热管路和气化器外壳的材料要求很高，普通不锈钢不能使用，需要更高等级的耐高温耐腐蚀材料。
发明内容
本发明的目的，就是为了解决上述问题，提供一种作为还原气的高纯度硫磺气体的制备方法。
为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种作为还原气的高纯度硫磺气体的制备方法，包括以下步骤：
A、熔融
将固体或液体硫磺导入熔硫槽加热熔融成粗硫磺液体；
B、过滤
将步骤A所得粗硫磺液体用粗硫磺输送泵送入硫磺过滤器过滤，得到精硫磺液体，送入精硫磺槽；
C、雾化
将步骤B所得精硫磺液体通过精硫磺输送泵送入雾化喷头，使精硫磺液体经喷头雾化；
D、气化
将雾化的硫磺导入气化器中加热气化，并进一步过热制得高温硫磺气体；
E、引射
将高温硫磺气体经文丘里引射器引射出去作为后续工艺的还原剂。
所述熔硫槽内设置蒸气加热器和搅拌器，并控制熔硫槽内温度大于120℃。
所述硫磺液体在输送至雾化喷头的过程中保持温度在140～150℃之间。
所述硫磺过滤器选自硅藻土介质过滤器、金属膜过滤器或非金属膜过滤器中的一种。
所述气化器包括顺序设置的蒸发气化室和过热室，蒸发气化室和过热室内分别安装有独立的电加热装置；蒸发气化室的温度控制在450～550℃，过热室的温度控制在550～800℃。
所述气化器尾端文丘里出口还连接惰性气氛引入管路，通过引入惰性气氛控制产品气体中硫磺气体组分的摩尔分率为5～100％。
所述惰性气氛为氮气、二氧化硫或二氧化碳中的一种或其混合气。
所述气化器外壳采用碳钢制作，内衬复合保温砖。
所述电加热装置的加热元件采用碳纤维石英电热管，并安装在气化器内腔。
本发明由于采用了以上技术方案，使其与现有技术相比，具有以下的优点和特点：
1、工艺完善，液体硫磺经过滤精制后进入气化器，避免对管道和喷头的结垢堵塞，保证长期平稳运行。
2、硫磺气体组分的纯度可根据后续装置还原反应需要在5～100％任意调节，满足不同物料还原时对硫磺气体还原剂组分摩尔分率的需要。
3、气化器外壳采用经济实用的碳钢材料，内衬复合保温砖，既耐高温又耐硫磺腐蚀；加热元件安装在气化器内腔，结构简单，设备造价低。
4、气化器的加热元件采用碳纤维石英电热管，升温速度快，且热转换效率可达98％，节能性强，功率可任意调节。耐高温达1200℃，且耐硫腐蚀，使用寿命长达8000h以上。
5、工艺流程简单、操作运行管理方便、装置投资低、自动化程度高。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述。
实施例1
将固体硫磺加入熔硫槽，在蒸汽盘管的加热作用下，当温度加热到大于103℃时，固体熔融变成液体，随着温度进一步提高至140℃以上，液体硫磺的流动性达到最佳状态，经粗硫磺输送泵送入硫磺过滤器过滤，去除硫磺中的固体杂质，获得精制的液体硫磺送入精硫磺槽缓冲储存，蒸汽加热保持精硫磺槽温度在140～150℃，再通过精硫磺输送泵送至安装在气化器进料端的雾化喷头。
气化器采用碳纤维石英电热管加热，控制内部温度在450～800℃。在该温度环境下，由雾化喷头喷出的液体硫磺雾滴首先在蒸发气化室被加热而迅速升温至450～550℃成为硫磺气体，在过热室被进一步加热至550～800℃，再通过连接在气化器尾端的文丘里引射器将气体速度提升为20～30m/s送后续系统作为还原剂使用。不通入惰性气氛，除了刚开始设备管路系统有少量惰性气氛外，正常生产产生的气体都是纯净的硫磺气体，气化器出口气体产物中硫磺气体组分摩尔分率为95～100％。
系统运行和温度控制由PLC或DCS实现，气化器内部温度与碳纤维石英电热管的加热量自动控制。
实施例2
固体硫磺的加热熔融、过滤精制、液体硫磺输送至气化器进料端的雾化喷头、气化器结构和操作条件同实施例1。
调节文丘里引射器出口惰性气氛的加入比例，使产品气体中硫磺气体组分摩尔分率为50～95％，出口气体温度控制在450～750℃，满足后续系统使用要求。
全系统操作运行、温度控制、组分加入比例和浓度控制均采用PLC或DCS自动控制。
实施例3
采用液体硫磺为原料直接进入熔硫槽，硫磺的加热熔融、过滤精制、液体硫磺输送至气化器进料端的雾化喷头、气化器结构同实施例1。
调节文丘里引射器出口的惰性气氛的加入比例，使产品气体中硫磺气体组分摩尔分率为5～95％，出口气体温度控制在450～700℃，满足后续系统使用要求。
全系统操作运行、温度控制、组分加入比例和浓度控制均采用PLC或DCS自动控制。

Claims (5)

1.一种作为还原气的高纯度硫磺气体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、熔融
将固体或液体硫磺导入熔硫槽加热熔融成粗硫磺液体；
B、过滤
将步骤A所得粗硫磺液体用粗硫磺输送泵送入硫磺过滤器过滤，得到精硫磺液体，送入精硫磺槽；
C、雾化
将步骤B所得精硫磺液体通过精硫磺输送泵送入雾化喷头，使精硫磺液体经喷头雾化；
D、气化
将雾化的硫磺导入气化器中加热气化，并进一步过热制得高温硫磺气体；
E、引射
将高温硫磺气体经文丘里引射器引射出去作为后续工艺的还原剂；
所述熔硫槽内设置蒸气加热器和搅拌器，并控制熔硫槽内温度大于120℃；
所述硫磺液体在输送至雾化喷头的过程中保持温度在140～150℃之间；
所述气化器包括顺序设置的蒸发气化室和过热室，蒸发气化室和过热室内分别安装有独立的电加热装置；蒸发气化室的温度控制在450～550℃，过热室的温度控制在550～800℃；
所述气化器尾端文丘里引射器出口还连接惰性气氛引入管路，通过引入惰性气氛控制产品气体中硫磺气体组分的摩尔分率为5～100％。
2.如权利要求1所述作为还原气的高纯度硫磺气体的制备方法，其特征在于，所述硫磺过滤器选自硅藻土介质过滤器、金属膜过滤器或非金属膜过滤器中的一种。
3.如权利要求1所述的作为还原气的高纯度硫磺气体的制备方法，其特征在于：所述惰性气氛为氮气、二氧化硫或二氧化碳中的一种或其混合气。
4.如权利要求1所述的作为还原气的高纯度硫磺气体的制备方法，其特征在于：所述气化器外壳采用碳钢制作，内衬复合保温砖。
5.如权利要求1所述的作为还原气的高纯度硫磺气体的制备方法，其特征在于：所述电加热装置的加热元件采用碳纤维石英电热管，并安装在气化器内腔。
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