CN109650390A - 一种制备二硫化碳的新型反应炉 - Google Patents

Abstract

一种制备二硫化碳的新型反应炉，包括反应炉本体等；反应炉本体是反应炉的辐射段，本体连接冲击段，冲击段连接对流段，衬里安装在反应炉本体、冲击段、对流段内；若干燃烧器安装在反应炉本体的侧壁上，辐射段炉管安装在本体内，冲击段内的炉管与辐射段炉管相连，物料进入冲击段内的炉管；对流段通过烟道连接预热器，预热器通过引风机连接烟囱；进风塔连接助燃风机，助燃风机连接预热器；预热器通过管路与燃烧器相连，为燃烧器提供热风，热风与进入燃烧器的天然气进行混合燃烧。本发明用于制备二硫化碳，在满足工艺性能要求的前提下，使温度场热量分布更加均匀，二硫化碳产品质量更高，同时降低排烟温度和散热损失，提高反应炉整体热效率。

Description

一种制备二硫化碳的新型反应炉

技术领域

本发明涉及一种新型反应炉，适用于高压非催化法生产二硫化碳的工艺技术及生产流程中。

背景技术

二硫化碳是重要的工业原料，具有广泛的用途。高压非催化法工艺流程(改进的FMC工艺)是现代二硫化碳的主要制备工艺。目前国内单套二硫化碳反应炉的最大产能的3万吨/年，除1万吨/年二硫化碳系统采用方箱炉外，其他反应炉均采用梯台炉型，且管式反应器为单管程，将产能提高至5万吨/年后，管式反应器形式不能满足工艺要求，梯台炉型也难以实现均匀供热的目的。

传统梯台型反应炉衬里采用纤维毯层铺形式，锚固钉分布面积，热桥现象导致局部炉外壁温度较高，散热损失大。梯形炉高温烟气经过对流段后温度降为180～230℃，经烟囱排放，排放温度较高，热量损失大。梯台炉燃烧器采用大气引射式供风方式，助燃风为常温，二次风靠炉膛负压引入炉内，调节范围小。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供一种制备二硫化碳的新型反应炉，用于制备二硫化碳，在满足工艺性能要求的前提下，使温度场热量分布更加均匀，二硫化碳产品质量更高，同时降低排烟温度和散热损失，提高反应炉整体热效率。

本发明所采用的技术方案是：一种制备二硫化碳的新型反应炉，包括反应炉本体，衬里，若干燃烧器，辐射段炉管，冲击段，对流段，预热器，引风机，助燃风机，烟囱，进风塔；

反应炉本体连接冲击段，冲击段连接对流段，衬里安装在反应炉本体、冲击段、对流段内；若干燃烧器安装在反应炉本体的侧壁上，辐射段炉管安装在反应炉本体内，冲击段内的炉管与管式反应器相连，物料进入冲击段内的炉管；对流段通过烟道连接预热器，预热器通过引风机连接烟囱；进风塔连接助燃风机，助燃风机连接预热器；预热器通过管路与燃烧器相连，为燃烧器提供热风，热风与进入燃烧器的天然气进行混合燃烧。

所述衬里在反应炉本体内的部分采用陶瓷纤维模块结构，衬里厚度≥250mm。

炉底采用浇注料和保温砖结构，冲击段和对流段采用陶瓷纤维毯和陶瓷纤维预制块结构，烟道采用陶瓷纤维毯和固定钢丝网结构。

所述燃烧器分布于反应炉本体的两侧炉墙上，每面炉墙上分布若干排燃烧器，每排燃烧器错位布置。

所述辐射段炉管为双排形式，两排错位布置。

冲击段包含冲击段炉管和甲烷预热翅片管，实现硫磺的蒸发分解反应以及甲烷的预热，侧墙上的衬里预制块与冲击段炉管配合，距离保持在5mm～10mm之间，物料进口位于冲击段。

所述对流段布置蛇形翅片管，横向排数为4～6，纵向排数为8～16，翅片管与对流段侧墙上的衬里预制块紧密配合，距离维持在5mm～10mm；翅片管内的循环水与管外烟气进行热交换，产生蒸汽，同时将烟气温度降低。

所述预热器采用列管式换热器结构。

引风机和助燃风机均采用变频式，引风机将烟气排入烟囱，并维持炉内压力为-30Pa。

烟囱为落地式，进风塔带消音结构，并能过滤空气。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明二硫化碳产能能够达到5万吨/年及以上，炉膛整体温度分布均匀稳定，二硫化碳产品纯净度更高。

(2)本发明的燃烧器，各种工况均能实现稳定燃烧。燃烧器采用非均匀布置，上、中、下三排错列布置，使得炉膛温度场更加均匀。燃烧器的设计既能满足引射式供风，又能满足强制供风，一次风和二次风都能够调节，以满足各种工况的需要。

(3)本发明的反应炉炉膛外壁温度及排烟温度均有所降低，整体热效率提高。反应炉炉体采用方箱型，由引风机进行排烟并维持炉内-30PaG的压力。反应炉衬里采用模块式设计，有效避免了热桥的产生，使得炉膛外壁温度降到约60℃，降低了散热损失。空气预热器采用热管式结构，传热效率高，阻力小。

(4)本发明中的辐射段炉管采用双排炉管错列排布方式，进出口采用双进双出形式。炉管支架采用整体吊挂式结构，横向位移可以忽略，因此取消炉底限位器装置，简化炉体结构设计。

附图说明

图1为本发明二硫化碳反应炉系统的结构图。

图2为燃烧器分布图。

图3为炉体结构图。

图4为辐射段炉管结构图。

图5为冲击段结构图。

图6为对流段结构图。

具体实施方式

结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明的二硫化碳反应炉，由反应炉本体1，衬里2，燃烧器3，辐射段炉管4，冲击段5，对流段6，预热器7，引风机8，助燃风机9，烟囱组成10，进风塔11组成。

反应炉本体1连接冲击段5，冲击段5连接对流段6，衬里2安装在反应炉本体1、冲击段5、对流段6内，若干燃烧器3安装在反应炉本体1的侧壁上，辐射段炉管4安装在反应炉本体1内，冲击段5内的炉管与辐射段炉管4相连，物料进入冲击段5内的炉管；对流段6通过烟道连接预热器7，预热器7通过引风机8连接烟囱10；进风塔11连接助燃风机9，助燃风机9连接预热器7；预热器7通过管路与燃烧器3相连，为燃烧器3提供热风，热风与进入燃烧器3的天然气进行混合燃烧。

反应炉本体1是炉体及其附件的支撑结构。本体包括钢结构框架、平台爬梯及炉板，炉板上的开孔满足附件设施的安装及检修要求，燃烧器3位于侧墙，人孔、视孔及防爆孔位于两侧端墙，仪表和蒸汽灭火装置集中布置在炉体底部；反应炉本体1采用方箱型结构，反应炉本体1炉体宽度为2500mm～3000mm，反应炉本体1高度为8000mm～9000mm，反应炉本体1长度为14000mm～15000mm。炉体附属设备包括：钢结构框架、平台爬梯、面板及门孔。

衬里2在反应炉本体1内的部分采用陶瓷纤维模块结构，耐温900℃以上，衬里厚度250mm以上，炉体外表面温度80℃以下；炉底采用浇注料和保温砖结构，冲击段5和对流段6采用陶瓷纤维毯和陶瓷纤维预制块结构，烟道采用陶瓷纤维毯和固定钢丝网结构；

如图2所示，燃烧器3分布于两侧炉墙，每侧炉墙上的燃烧器数量为26，分三排布置，由上至下每排燃烧器的数量分别为9,8,9，中排燃烧器与上下排燃烧器错位布置；

如图3、图4所示，辐射段炉管4，位于炉膛中间，与冲击段炉管相连，双排形式，两排错位布置，反应炉本体1内炉管每排数量为16根。

如图5所示，冲击段每排炉管数量为4根，甲烷预热管采用翅片管形式；冲击段5与反应炉本体1相连，长度与反应炉本体1相同，宽度变窄，侧墙上的衬里预制块与炉管紧密配合，距离保持在5mm～10mm之间，物料进口位于冲击段；

如图6所示，对流段6与冲击段5相连，对流段布置蛇形翅片管，横向排数为4～6，纵向排数为8～16，翅片管与衬里预制块紧密配合，距离维持在5mm～10mm。管内的循环水与管外烟气进行热交换，产生蒸汽，同时将烟气温度降低；

预热器7采用列管式换热器结构，烟气与空气在换热器内进行热交换，烟气被冷却，空气被加热；引风机8位于换热器7和烟囱10中间，将烟气排入烟囱；助燃风机9位于进风塔11和预热器7之间，将过滤后的空气送入预热器进行预热。

衬里2在反应炉本体1内的部分主要采用陶瓷纤维模块，耐温要求1200℃以上，烧嘴砖采用可采用轻型和重型材质，并在烧嘴砖附近的面板上设置加强筋；冲击段和对流段衬里采用陶瓷纤维毯和预制块形式，耐温要求900℃以上，锚固件材质为0Cr25Ni20。

烧嘴3为侧壁式燃烧器，分布于炉体两侧墙上，共52台，能够满足管内反应的热量需求，并能实现强制供风和大气式自然引风双重功能，保证各种工况下连续生产不停车。

辐射段炉管4外径为168mm，壁厚13mm～15mm，两排炉管错位布置，用整体式管支架进行支撑。

冲击段5包含冲击段炉管和甲烷预热翅片管，实现硫磺的蒸发分解反应以及甲烷的预热；对流段6能够吸收烟气的余热，并副产蒸汽。

预热器7将助燃风预热到120℃～130℃，同时烟气温度降至160℃以下；引风机8和助燃风机9均采用变频式，引风机8将烟气排入烟囱，并维持炉内压力为-30Pa；烟囱10为落地式，进风塔11带消音结构，并能过滤空气。

烟气流程为：反应炉本体--预热段--对流段--烟道--预热器--引风机--烟囱；助燃风为双流程，流程1为：进风塔--鼓风机--预热器--热风管--燃烧器，流程2为：大气--燃烧器。

设置蒸汽灭火结构及温度压力测点，包括炉管温度、炉膛温度及压力、对流段前后温度及压力、引风机前后压力及排烟温度，预热器空气侧出入口压力等。

物料甲烷和硫磺进入冲击段5炉管，在冲击段5管内实现甲烷的预热，部分硫磺的蒸发和分解反应，然后进入反应炉本体1内的辐射段炉管4中，硫磺的蒸发和分解反应继续进行，同时完成二硫化碳的生产反应，完成反应后，从炉体底部流出。硫磺的蒸发和分解需要大量热量，由燃烧器3燃烧天然气生成的高温烟气在反应炉本体1和冲击段5形成分布均匀的温度场，使炉管能够均匀吸热，避免局部过热。烟气经过冲击段5温度降为450～600℃，进入对流段6，与对流段6翅片管内的循环水换热后温度降为200～300℃，同时管内副产0.8～2.3MPa蒸汽。烟气出对流段6后经烟道进入空气预热器7，将助燃空气加热至100～150℃，同时烟气温度降至120～160℃后，经变频式引风机8进入烟囱10进行排放。助燃风由进风塔11经助燃风机9进入空气预热器7，预热后的热风分别由三排管路进入燃烧器3，与天然气进行混合燃烧。

反应炉本体1由钢架及平台组成，衬里2厚度为250～350mm，采用纤维模块式结构，炉外壁温度小于80℃。辐射段炉管4为双管程交叉分布式结构，能够提高辐射换热系数，有利于管内物料吸收热量。炉管支吊架改为整体吊架，取消活动面板的设置；且只在高度方向有伸缩量，取消炉底限位器的设置，简化了炉体结构。燃烧器3兼具引射式供风和强制供风的双重功能，能够实现任何工况下连续生产不停车。为实现均匀供热，燃烧器采用非均匀分布方式，中排燃烧器与上下排燃烧器错位布置，有利于填补两燃烧器之间的热量空缺，同时避免产生局部高温，均匀稳定的温度场分布形式有利于管内换热，并能延长炉管使用寿命。

传统的CS2反应炉，二次风为自然吸风方式吸入的常温冷风，为此需要在炉体上另外开口作为二次风入口。新式反应炉的一、二次风均为预热后的热空气，避免了二次风入口需要在炉体面板上额外开孔，可以保证炉体的整体密封性，有利于实现炉内的保温效果，提高反应炉的整体热效率。

热管式空气预热器7中烟气和空气逆流，具有换热效率高、结构紧凑、流体压损小等优点。空预器的引入实现了烟气的余热回收利用，降低了排烟温度，提高了反应炉的热效率。

反应炉系统设计制定了可靠地安全保障程序。开停车和运行调试阶段，对风机故障、炉管泄露、炉管破裂着火、烟气超温、对流段管路破裂失水等故障，制定了紧急停车模式和应急停车模式，为反应炉的安全稳定运行提供可靠保障。

本发明的新型反应炉系统，辐射段炉管4结构设计合理，反应炉炉膛内温度分布更均匀，二硫化碳产品的纯净度更高，能够满足工艺要求。排烟温度和炉外壁温度的降低，能够节约能耗、减小运营成本，提高经济效益。变频风机及自控系统的引入使得操作和控制更加智能化和自动化。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种制备二硫化碳的新型反应炉，其特征在于：包括反应炉本体(1)，衬里(2)，若干燃烧器(3)，辐射段炉管(4)，冲击段(5)，对流段(6)，预热器(7)，引风机(8)，助燃风机(9)，烟囱(10)，进风塔(11)；

反应炉本体(1)连接冲击段(5)，冲击段(5)连接对流段(6)，衬里(2)安装在反应炉本体(1)、冲击段(5)、对流段(6)内；若干燃烧器(3)安装在反应炉本体(1)的侧壁上，辐射段炉管(4)安装在反应炉本体(1)内，冲击段(5)内的炉管与管式反应器(4)相连，物料进入冲击段(5)内的炉管；对流段(6)通过烟道连接预热器(7)，预热器(7)通过引风机(8)连接烟囱(10)；进风塔(11)连接助燃风机(9)，助燃风机(9)连接预热器(7)；预热器(7)通过管路与燃烧器(3)相连，为燃烧器(3)提供热风，热风与进入燃烧器(3)的天然气进行混合燃烧。

2.根据权利要求1所述的一种制备二硫化碳的新型反应炉，其特征在于：所述衬里(2)在反应炉本体(1)内的部分采用陶瓷纤维模块结构，衬里厚度≥250mm。

3.根据权利要求1或2所述的一种制备二硫化碳的新型反应炉，其特征在于：炉底采用浇注料和保温砖结构，冲击段(5)和对流段(6)采用陶瓷纤维毯和陶瓷纤维预制块结构，烟道采用陶瓷纤维毯和固定钢丝网结构。

4.根据权利要求3所述的一种制备二硫化碳的新型反应炉，其特征在于：所述燃烧器(3)分布于反应炉本体(1)的两侧炉墙上，每面炉墙上分布若干排燃烧器(3)，每排燃烧器(3)错位布置。

5.根据权利要求4所述的一种制备二硫化碳的新型反应炉，其特征在于：所述辐射段炉管(4)为双排形式，两排错位布置。

6.根据权利要求1或2所述的一种制备二硫化碳的新型反应炉，其特征在于：冲击段(5)包含冲击段炉管和甲烷预热翅片管，实现硫磺的蒸发分解反应以及甲烷的预热，侧墙上的衬里预制块与冲击段炉管配合，距离保持在5mm～10mm之间，物料进口位于冲击段(5)。

7.根据权利要求6所述的一种制备二硫化碳的新型反应炉，其特征在于：所述对流段(6)布置蛇形翅片管，横向排数为4～6，纵向排数为8～16，翅片管与对流段(6)侧墙上的衬里预制块紧密配合，距离维持在5mm～10mm；翅片管内的循环水与管外烟气进行热交换，产生蒸汽，同时将烟气温度降低。

8.根据权利要求7所述的一种制备二硫化碳的新型反应炉，其特征在于：所述预热器(7)采用列管式换热器结构。

9.根据权利要求7或8所述的一种制备二硫化碳的新型反应炉，其特征在于：引风机(8)和助燃风机(9)均采用变频式，引风机(8)将烟气排入烟囱(11)，并维持炉内压力为-30Pa。

10.根据权利要求1所述的一种制备二硫化碳的新型反应炉，其特征在于：烟囱(10)为落地式，进风塔(11)带消音结构，并能过滤空气。