CN109019522A - 基于电感应加热快速生产高纯度硫磺气体的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于电感应加热快速生产高纯度硫磺气体的工艺,固体或液体硫磺加热至温度大于120℃而熔融成液体硫磺,经粗硫磺输送泵送入硫磺过滤器,出口清液为精制硫磺液体流入精硫磺槽,再通过精硫磺输送泵送入密闭的气化器内,经喷头雾化,电感加热升温至445℃以上气化,并被进一步过热至500~900℃制得高纯度高温气体产品。与现有技术相比,本发明工艺简单、生成速度快、可实现装置规模大型化、并能利用固体或液体硫磺连续化生产高纯度气体还原剂‑‑硫磺气体。
Description
技术领域
本发明涉及化工、建材、环保领域,尤其是涉及一种基于电感应加热快速生产高纯度硫磺气体的工艺及方法。
背景技术
硫磺是很重要的基础化工原料,可广泛用于生产二氧化硫、硫酸、二硫化碳、不溶性硫磺、金属硫化物,也可以用来还原硫酸盐矿石、硫酸盐工业废渣和工业废硫酸生产附加值更高的硫产品。硫磺的物理特性是常温下为固体、30~95.39℃时为正交晶、95.39~115.207℃时为斜交晶;当温度加热到大于115℃时,固体熔融变成液体,随着温度进一步提高至152℃,液体硫磺的流动性达到最佳状态,高于158℃硫磺的粘度又会急剧增加;当温度达到444.6℃开始气化;斜方硫和单斜硫都是由S8环状分子组成,液态时为链状分子组成,蒸气中有S8、S4、S2分子,800℃以上时蒸气由S2组成。不同形态硫磺的活性差别很大,温度越高分子链越短反应活性越高。现有工业化装置采用硫磺燃烧生产二氧化硫和硫酸大都可以采用液体硫磺为原料,而硫磺用于生产二硫化碳、不溶性硫、金属硫化物以及硫酸盐、废硫酸的还原时,采用气体硫磺要比液体或固体硫磺的反应速度和反应效率、反应得率要高出很多。但由于硫磺的气化点高,常规的蒸汽加热无法使硫磺气化为硫磺气体,如何使硫磺快速气化为硫磺气体是科研工作者研究关注的重点。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、高温烟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。中国专利ZL2015200338812.5公开了一种高纯度硫磺气体的制备装置,中国专利ZL201510028032.7公开了作为还原气的高纯度硫磺气体的制备方法,采用气化器内挂石英加热元件对雾化的液体硫磺直接加热,气化效率高,温度控制方便,可快速制取硫磺气体。石英管加热元件,发热体是电热丝,它穿在石英管内,石英管起支撑、保护及发热作用,其热效率在90%以上;但石英管电加热本质属于电阻型,其缺点:(1)热衰减快、寿命短;(2)电阻丝是发热体,反复升温易导致电阻丝脆断,降低加热装置寿命;(3)全功率加热时,升温速率过快,造成石英管各部分受热不均,容易造成石英管炸碎;(4)每组石英管的功率3~5kW,大型工业化加热装置需要的元件数量多,电源的连接头多,可能的故障点多。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于电感应加热快速生产高纯度硫磺气体的工艺。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:一种基于电感应加热快速生产高纯度硫磺气体的工艺,该工艺采用的设备包括通过管路顺序连接的熔硫槽、粗硫磺输送泵、硫磺过滤器、精硫磺槽、精硫磺输送泵和气化器,所述的气化器包括为蒸发气化室和过热室,所述的过热室设有电感加热组件;固体或液体硫磺在熔硫槽加热使其温度大于120℃而熔融成液体硫磺,经粗硫磺输送泵送入硫磺过滤器,出口清液为精制硫磺液体流入精硫磺槽,再通过精硫磺输送泵送入密闭的气化器内,经经喷头雾化,电感加热升温至445℃以上气化,并被进一步过热至500~900℃制得高纯度高温气体产品。
所述的蒸发气化室内设有雾化喷头,由精硫磺输送泵送入的液体硫磺经雾化喷头在蒸发气化室内雾化。
硫磺液体在输送、过滤、喷头雾化的过程中保持最佳温度为140~152℃。
所述的过热室位于蒸发气化室下方,蒸发气化室内雾化的硫磺下降进入过热室加热。
所述的电感加热组件包括感应线圈、保温隔热材料、壳体、内胆,所述的壳体的材质为非导磁材料或导磁材料;
当壳体为非导磁材料时,所述的内胆(74)为导磁内胆或导磁发热体,所述的保温隔热材料设置在壳体内侧,所述的感应线圈缠绕在壳体外壁并通过绝缘材料与外壁隔开,所述内胆设置在保温隔热材料内;所述的感应线圈连接电源,通电时产生电磁场,利用电磁感应使导磁内胆或导磁发热体内产生感应电流而发热,辐射传导热量加热硫磺雾滴和气体,通过调节电源功率实现气化器内部温度的精确控制,获得最佳气化效果;
当壳体为导磁材料时,所述的保温隔热材料设置在壳体外侧,所述的感应线圈缠绕在保温隔热材料外壁,所述内胆作为传热体,壳体作为导磁发热材料,在感应线圈通电时产生电磁场,利用电磁感应使导磁壳体内产生感应电流而发热,并通过作为发热体的壳体和作为传热体的内胆共同作用辐射传导热量加热硫磺雾滴和气体,通过调节电源功率实现气化器内部温度的精确控制,获得最佳气化效果。
所述的过热室内还安装有蓄热材料,底部设置排灰装置。
所述的蓄热材料为天然的或人工烧制的耐高温、耐腐蚀非金属蓄热材料,包括天然沸石、多孔玄武岩、硅石、人造铸石或多孔陶瓷等蓄热材料的一种或一种以上的组合。
所述的感应线圈为空心铜管线圈,空心铜管线圈外壁与电源连接,通电时产生电磁场,铜管内与循环冷却水系统连接,提供水冷保持感应线圈在安全的温度范围内长周期稳定运行。
所述的导磁壳体及导磁内胆的材料为耐高温、耐腐蚀、导磁性优良的金属合金材料,包括经过渗铝处理的铬镍钼合金材料,如Cr28Ni4、Cr27Mo4Ni2Nb;所述的非导磁材料为铝、奥氏体不锈钢、混凝土、绝缘胶木等非导磁材料的一种或一种以上的组合。
所述的过热室设有一组或多组独立的电感加热组件。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
1、工艺技术完善,加热升温迅速、通过调整感应加热电源功率实现气化器内部温度的精确控制,确保气化效率,避免加热温升慢导致硫磺液体无法有效气化,冷凝粘结在气化器内。
2、单组感应线圈功率可以做到1~50000Kw,而不需要太多的组件接头,电源的可靠性高,可以满足不同规模工业化装置配套需要,为大型装置硫磺气化提供了可靠的加热保证。
3、电磁感应电源及线圈功率负荷从0%~100%调整可在瞬间完成,能满足硫磺气化时需要的瞬间热负荷增加的变化需要,为维持气化器内温度稳定提供保证,实现了液体硫磺的快速气化。
4、生产负荷的变化调节方便灵活。气化器的气化区、过热区可采取独立的线圈和电源控制装置,通过检测相应区域的温度来调节控制感应加热电源的功率。需要调整硫磺的气化负荷时,通过调节液体硫磺的加入量并与气化器温度、电源功率连锁,自动化控制。
5、电感应线圈本身不是加热体,与发热体间用绝缘、保温隔热材料隔开,线圈又可采用循环冷却水降温,线圈不会受气化器内高温传热而过热,从而延长感应线圈的使用寿命,保持线圈的电感应效应。
6、气化器为密闭的空间,没有空气和其它惰性气体混入,可方便生产5~100%的高纯度硫磺气体。
附图说明
图1为本发明工艺系统流程图;
图2为电感加热组件的剖视图-导磁壳体
图3为电感加热组件的剖视图-非导磁壳体。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
如图1-2所示,本发明工艺采用的设备包括通过管路顺序连接的熔硫槽1、粗硫磺输送泵2、硫磺过滤器3、精硫磺槽4、精硫磺输送泵5和气化器6,所述的气化器6包括蒸发气化室61、过热室62,所述的蒸发气化室61内设有雾化喷头611,由精硫磺输送泵5送入的液体硫磺经雾化喷头611在蒸发气化室61内雾化。所述的过热室62位于蒸发气化室61下方,蒸发气化室61内雾化的硫磺下降进入过热室62加热。
所述的过热室62设有至少一组电感加热组件;所述的电感加热组件包括感应线圈71、保温隔热材料72、壳体73、内胆74,所述的壳体73的材质为非导磁材料或导磁材料;在本实施例中壳体73为导磁金属材料,所述的保温隔热材料72设置在壳体73外侧,所述的感应线圈71缠绕在保温隔热材料72外壁,所述的内胆74作为传热体,壳体73作为导磁发热材料,在感应线圈71通电时产生电磁场,利用电磁感应使壳体73内产生感应电流而发热,并通过作为发热体壳体(73)和作为传热体内胆74的共同作用辐射传导热量加热硫磺雾滴和气体,通过调节电源8功率实现气化器内部温度的精确控制,获得最佳气化效果。电感应加热组件剖面结构见图2
所述的过热室62内还安装有蓄热材料75,底部设置排灰装置10。所述的蓄热材料为耐高温、耐腐蚀人造多孔陶瓷。
所述的感应线圈71为空心铜管线圈,空心铜管线圈外壁与电源8连接,通电时产生电磁场,铜管内与循环冷却水系统9连接,提供水冷保持感应线圈71在安全的温度范围内长周期稳定运行。
所述的导磁壳体73、导磁内胆74的材料为耐高温、耐腐蚀、导磁性优良、经渗铝处理的金属铬镍钼合金材料;
所述的气化器6顶部设有顶盖63,蒸发气化室61上部侧壁设有液体进口64,气化器6下部设有热气体出口65,并在蒸发气化室61、过热室62、气化器上部、中部、下部壳体上均设有测温口T1、测温口T2、测温口T3。
具体应用如下:将固体硫磺~18吨/h加入熔硫槽,在电加热或蒸汽盘管的加热作用下,当温度加热到大于115℃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140~152℃,再通过精硫磺泵变频调节控制流量在10~12m3/h,并送至安装在气化器进料端的硫磺雾化喷头。
气化器采用中频电源电感应加热,调节电源功率控制内部温度在500~800℃。在该温度环境下,由硫磺雾化器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440~550℃成为硫磺气体,在过热室被进一步加热至550~850℃制得12481~14977Nm3/h硫磺气体产品,并再通过气化器尾端文丘里射流将气体产品送后续系统使用。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,气化器内部温度与电感应加热电源功率自动控制。
实施例2
所述的壳体73为非导磁材料混凝土,所述的保温隔热材料72设置在混凝土壳体73内侧,所述的感应线圈71缠绕在混凝土壳体73外壁上,所述的导磁内胆或导磁发热体74设置在保温隔热材料72内;所述的感应线圈71连接电源8,通电时产生电磁场,利用电磁感应使导磁内胆或导磁发热体74内产生感应电流而发热,辐射传导热量加热硫磺雾滴和气体,通过调节电源8功率实现气化器内部温度的精确控制,获得最佳气化效果;电感应加热组件剖面结构见图3。
所述的蓄热材料为天然玄武岩;所述的导磁内胆74的材料为耐高温、耐腐蚀、导磁性优良、经渗铝处理的金属铬镍合金材料。
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同
实施例1。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的惰性气体的加入比例,使气体产物中硫磺气体组分摩尔分率为20~95%,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,其它同实施例1。
Claims (10)
1.一种基于电感应加热快速生产高纯度硫磺气体的工艺,其特征在于,固体或液体硫磺加热至温度大于120℃而熔融成液体硫磺,经粗硫磺输送泵送入硫磺过滤器,出口清液为精制硫磺液体流入精硫磺槽,再通过精硫磺输送泵送入密闭的气化器内,经喷头雾化,电感加热升温至445℃以上气化,并被进一步过热至500~900℃制得高纯度高温气体产品。
2.根据权利要求1所述的一种基于电感应加热快速生产高纯度硫磺气体的工艺,其特征在于,硫磺液体在输送、过滤、喷头雾化的过程中保持最佳温度为140~152℃。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于电感应加热快速生产高纯度硫磺气体的工艺,其特征在于,所述的气化器(6)包括为蒸发气化室(61)和过热室(62),所述的过热室(62)设有电感加热组件;所述的蒸发气化室(61)内设有雾化喷头(611),由精硫磺输送泵(5)送入的液体硫磺经雾化喷头(611)在蒸发气化室(61)内雾化。
4.根据权利要求3所述的一种基于电感应加热快速生产高纯度硫磺气体的工艺,其特征在于,所述的过热室(62)位于蒸发气化室(61)下方,蒸发气化室(61)内雾化的硫磺下降进入过热室(62)加热。
5.根据权利要求3所述的一种基于电感应加热快速生产高纯度硫磺气体的工艺,其特征在于,所述的电感加热组件包括感应线圈(71)、保温隔热材料(72)、壳体(73)、内胆(74),所述的壳体(73)的材质为非导磁材料或导磁材料;
当壳体(73)为非导磁材料时,所述的内胆(74)为导磁内胆或导磁发热体,所述的保温隔热材料(72)设置在壳体(73)内侧,所述的感应线圈(71)缠绕在壳体(73)外壁并通过绝缘材料与外壁隔开,所述的内胆(74)设置在保温隔热材料(72)内;所述的感应线圈(71)连接电源(8),通电时产生电磁场,利用电磁感应使内胆(74)内产生感应电流而发热,辐射传导热量加热硫磺雾滴和气体,通过调节电源(8)功率实现气化器内部温度的精确控制,获得最佳气化效果;
当壳体(73)为导磁材料时,所述的保温隔热材料(72)设置在壳体(73)外侧,所述的感应线圈(71)缠绕在保温隔热材料(72)外壁,所述的内胆(74)作为传热体,壳体(73)作为导磁发热材料,在感应线圈(71)通电时产生电磁场,利用电磁感应使导磁壳体(73)内产生感应电流而发热,并通过作为发热壳体(73)和传热体内胆(74)的共同作用辐射传导热量加热硫磺雾滴和气体,通过调节电源(8)功率实现气化器内部温度的精确控制,获得最佳气化效果。
6.根据权利要求5所述的一种基于电感应加热快速生产高纯度硫磺气体的工艺,其特征在于,所述的过热室(62)内还安装有蓄热材料(75),底部设置排灰装置(10)。
7.根据权利要求6所述的一种基于电感应加热快速生产高纯度硫磺气体的工艺,其特征在于,所述的蓄热材料(75)为天然的或人工烧制的耐高温、耐腐蚀非金属蓄热材料。
8.根据权利要求5所述的一种基于电感应加热快速生产高纯度硫磺气体的工艺,其特征在于,所述的感应线圈(71)为空心铜管线圈,空心铜管线圈外壁与电源(8)连接,通电时产生电磁场,铜管内与循环冷却水系统(9)连接,提供水冷保持感应线圈(71)在安全的温度范围内长周期稳定运行。
9.根据权利要求5所述的一种基于电感应加热快速生产高纯度硫磺气体的工艺,其特征在于,所述的导磁壳体(73)、导磁内胆或导磁发热体(74)的材料为耐高温、耐腐蚀、导磁性优良的金属合金材料。所述的非导磁壳体(73)的材料为铝、奥氏体不锈钢、耐热混凝土、绝缘胶木等非导磁材料的一种或一种以上组合。
10.根据权利要求3所述的一种基于电感应加热快速生产高纯度硫磺气体的工艺,其特征在于,所述的过热室(62)设有一组或多组独立的电感加热组件。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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