CN112374469A - 一种不溶性硫磺气化生产装置、生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于化工生产装置技术领域，提供了一种不溶性硫磺气化生产装置、生产方法。所述生产装置包括依次连通的硫磺熔融装置、加热炉、余热锅炉和聚合槽；所述加热炉内依次设有第一级预热器、烟气加热器、第二级预热器和硫磺加热管；所述硫磺加热管内包括低温气化区、中温气化区和高温过热区；所述加热炉上设有液体硫磺保温管道，所述硫磺熔融装置通过所述液体硫磺保温管道与所述加热炉连通。本发明从固体硫磺的输送、升温气化，整个生产过程均在全密闭条件下连续进行，保证了产品质量的批次稳定，并有效地利用余热回收技术，大大提高了热能有效利用，提高了生产效率，降低了生产成本。

Description

一种不溶性硫磺气化生产装置、生产方法

技术领域

本发明属于化工生产装置技术领域，尤其涉及一种不溶性硫磺气化生产装置、生产方法。

背景技术

不溶性硫磺广泛应用于橡胶的生产。其中，不溶性硫磺气化生产装置是硫磺深加工过程的最主要的生产设备，它决定了不溶性硫磺纯度的高低、能耗、环保等诸多问题。目前为止，尚未出现真正意义上的能生产高纯度且节能型的不溶性硫磺气化生产装置，大致有以下原因：

第一，所生产的不溶性硫磺的纯度，主要取决于硫磺的气化温度和气化温度的可控性及连续性。自沸腾温度444.6℃起，随着气体硫磺温度的升高，八环硫S8（硫磺）分子键逐步打开，形成－S－单质硫。当加热温度达到2000℃时，八环硫S8（硫磺）分子键完全断裂，此时，将形成的－S－单质硫气体通入60℃以下的水或氮气中进行急冷即可发生单质硫的聚合，生成线性缠绕的聚合硫（也就是俗称的：不溶性硫磺或称y-S）。

第二，不溶性硫磺的生产过程并非简单的加热气化那么简单。它是从固体硫磺熔融、加热升温、加热气化、硫磺蒸气过热、硫原子蒸气急冷聚合等一系列过程的结果，很难用一个过程来诠释，在生产操作过程中任何一个环节出现问题或操作不当，都会影响产品的含量（聚合度），只有将聚合度达到108以上才能生产出较稳定的真正意义上的聚合硫（也就是俗称的：不溶性硫磺或称y-S）。通常情况下，聚合硫的聚合度应大于32×8×108，否则就是极不稳定的聚合硫。

第三，硫磺深加工的生产成本主要取决于热能消耗。热能消耗是硫磺计价的三倍以上，按硫磺1500元/吨计，所需的热能（含：电、蒸汽等）就需要5000元左右，其中，硫磺熔融到气化用能约90%，所以，解决硫磺熔融到气化的能耗就成了不溶性硫磺生产企业的主要课题。

第四，是气化用管材，一般用310S，310S最高使用温度为780℃，如果再提高使用温度，管就会大大减少寿命，增加了生产成本。

公开号为CN103754832A的专利公开了一种生产不溶性硫磺的高温汽化炉。该生产装置在不溶性硫磺生产企业普遍采用的大功率（按设计5000吨/年生产能力计只是气化炉一项就需要240kw至280kw）电热辐射（或红外线热辐射）硫磺气化装置的基础上增加了一个防爆烟囱（装置），并没有实际意义。其原因在于，硫磺是可燃物，单独的硫磺燃烧并没有爆炸危险，而且到目前为止，所有的不溶性硫磺生产企业在气化工序都没有发生过爆炸事故，故而，本发明的实际应用意义和效果很小，同时未能解决节能和生产高纯度不溶性硫磺的问题。其他专用的不溶性硫磺气化生产装置或设备则尚未见用于实际生产和工业化及设备研究最新报道。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种不溶性硫磺气化生产装置，旨在解决背景技术中所提到的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种不溶性硫磺气化生产装置，包括依次连通的硫磺熔融装置、加热炉、余热锅炉和聚合槽；

所述加热炉内依次设有第一级预热器、烟气加热器、第二级预热器和硫磺加热管；所述硫磺加热管内包括低温气化区、中温气化区和高温过热区；

所述加热炉上设有液体硫磺保温管道，所述硫磺熔融装置通过所述液体硫磺保温管道与所述加热炉连通。

优选的，所述烟气加热器与所述余热锅炉连通。

优选的，所述不溶性硫磺气化生产装置还包括原料仓，原料仓通过自动计量进料机构向所述硫磺熔融装置定量供料。

优选的，所述不溶性硫磺气化生产装置还包括与所述硫磺熔融装置连通的空气脱水器；所述空气脱水器与引风机连通。

优选的，所述不溶性硫磺气化生产装置还包括依次连接的硫磺切片机、pH调整装置、液体粉碎装置和脱水干燥装置；所述聚合槽内设有压片机构，聚合槽内聚合成的不溶性硫磺经压片机构压片后输送至所述硫磺切片机。

优选的，所述压片机构包括主动滚和从动滚，主动滚通过传送件带动从动滚转动；靠近从动滚设置有用于与从动滚配合将不溶性硫磺挤压成片的调紧滚。

优选的，所述硫磺熔融装置与所述液体硫磺保温管道之间通过液体硫磺输送管道连通；所述液体硫磺输送管道上设有液体硫磺计量泵。

本发明实施例的另一目的在于提供一种不溶性硫磺的生产方法，利用上述中任意一项所述的不溶性硫磺气化生产装置实施该方法，所述生产方法包括以下步骤：

硫磺熔融装置熔融硫磺原料；

液体硫磺保温管道进一步熔化熔融后的硫磺原料；熔化后的液体硫磺的温度为118℃~125℃；

第一级预热器、烟气加热器和第二级预热器加热液体硫磺至280℃~340℃；

硫磺加热管加热液体硫磺至400℃以上，液体硫磺在低温气化区气化为硫磺蒸气，气化温度为444.6℃~600℃，并在中温气化区升温至800℃以上，在高温过热区升温至900℃~1200℃；

余热锅炉回收硫磺蒸气中的热量；

被回收热量后的硫磺蒸气进入聚合槽聚合为固态不溶性硫磺。

优选的，所述生产方法还包括以下步骤：

通过压片机构将固态不溶性硫磺压为片状；

通过硫磺切片机将片状不溶性硫磺切为条状；

条状不溶性硫磺在pH调整装置内脱酸至pH值为6.9~7.1；

通过液体粉碎装置将脱酸后的不溶性硫磺粉碎为浆料；

通过脱水干燥装置对浆料脱水和干燥，得到不溶性硫磺。

本发明实施例提供的一种不溶性硫磺气化生产装置，包括依次连通的硫磺熔融装置、加热炉、余热锅炉和聚合槽；所述加热炉内依次设有第一级预热器、烟气加热器、第二级预热器和硫磺加热管；所述硫磺加热管内包括低温气化区、中温气化区和高温过热区；所述加热炉上设有液体硫磺保温管道，所述硫磺熔融装置通过所述液体硫磺保温管道与所述加热炉连通。本发明从固体硫磺的输送、升温气化，整个生产过程均在全密闭条件下连续进行，保证了产品质量的批次稳定，并有效地利用余热回收技术，大大提高了热能有效利用，提高了生产效率，降低了生产成本。

和现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、采用了热管技术以提高热能转化效率；

2、采用了多台硫磺预热设备以提高热能利用率；

3、采用了余热锅炉12设备用以回收单质硫气体中的热量；

4、采用了可调式汽、油两用加热炉7设备以实现清洁生产；

5、采用了一组或多组的H40加热炉7炉管，以提高炉管寿命和放渗透能力；

6、采用了烟气余热生产干燥空气用以流态化分子干燥机；

7、采用了超高温气化工艺，以实现生产高含量的60粉；

8、采用本生产装置可实现生产高含量的不溶性硫磺产品；

9、可实现生产装置自供料到产品全自动连续化安全运行，以减轻劳动强度，该生产装置操作人员是其他生产装置操作人员的20%；降低了运行和用工成本；

10、设备有效受热面积大，可实现生产装置的大型化，单套生产装置的产能可在20kt~60kt/a的范围之间根据市场需要任意调节；

11、生产效率高，采用本发明生产装置，是其他生产装置设备（方法）生产效率的10至15倍（5万吨/年计），国内现有最大单套设计生产装置为6kt/年；

12、采用本发明生产装置建设的工厂投资，是其他生产装置设备（方法）投资的35%（5万吨/年计），

13、采用本发明生产装置建设的建筑面积，是现有其他生产装置设备（方法）建筑面积的25%（5万吨/年计）；

14、采用本发明生产装置建设的占地面积，是其他生产装置设备（方法）占地面积的20%（5万吨/年计）；

15、本发明生产装置生产过程无安全隐患（人为或操作失误除外）。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种不溶性硫磺气化生产装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的硫磺加热管结构示意图；

图3为本发明实施例提供的压片机构的结构示意图。

附图中：1、引风机；2、空气脱水器；3、硫磺熔融装置；4、液体硫磺计量泵；5、液体硫磺输送管道；6、液体硫磺保温管道；7、加热炉；8、第一级预热器；9、烟气加热器；10、第二级预热器；11、硫磺加热管；12、余热锅炉；13、聚合槽；14、硫磺切片机；15、pH调整装置；16、液体粉碎泵；17、主动滚；18、从动滚；19、调紧滚。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。

如附图1所示，为本发明一个实施例提供的一种不溶性硫磺气化生产装置，包括依次连通的硫磺熔融装置3、加热炉7、余热锅炉12和聚合槽13；

所述加热炉7内依次设有第一级预热器8、烟气加热器9、第二级预热器10和硫磺加热管11；所述硫磺加热管11内包括低温气化区、中温气化区和高温过热区；

所述加热炉7上设有液体硫磺保温管道6，所述硫磺熔融装置3通过所述液体硫磺保温管道6与所述加热炉7连通。

在本发明实施例中，硫磺熔融装置3上设有进料斗，硫磺原料从进料斗进入硫磺熔融装置3，经过硫磺熔融装置3进行加热熔融。熔融后的硫磺进入到液体硫磺保温管道6，利用加热炉7的烟气升温至118℃至125℃，形成液体硫磺。随后，液体硫磺进入加热炉7，先经过加热炉7内的第一级预热器8进行预加热保温，再经过烟气加热器9加热升温至280℃至380℃，并经过第二级预热器10二次预热保温。保温后的液体硫磺通过硫磺加热管11内的低温气化区、中温气化区和高温过热区，逐渐加热升温，使八环硫S8（硫磺）分子键完全断裂，形成－S－单质硫气体。单质硫气体进入余热锅炉12被回收其中的热量，回收的热量供不溶性硫磺气化生产装置本身或供其他用户使用。被回收热量后的单质硫气体进入聚合槽13聚合，形成固态不溶性硫磺。

本实施例中，硫磺熔融装置3和聚合槽13可以对应的采用现有技术中通用的硫磺融化器和聚合槽13。本发明的核心改进点是对加热炉7的改进和增加了余热锅炉12。首先是在加热炉7上增加了液体硫磺保温管道6，利用加热炉7烟气的热量对熔融后的硫磺进一步加热，使硫磺充分熔化。其次是在加热炉7内增加第一级预热器8和第二级预热器10对液体硫磺进行预加热和保温，提高热能利用率。再是对加热炉7的炉管进行改进，采用了一组或多组高致密度、耐高温H40（法国标准热裂解炉管牌号，国内行业标准牌号HP40）型号的离心铸管作为硫磺加热管11，并将硫磺加热管11内包括低温气化区、中温气化区和高温过热区，提高炉管寿命和防渗透能力，如附图2所示。同时，加热炉7可以采用可调式汽、油两用的加热炉7，以实现清洁生产。最后是增加了余热锅炉12，通过余热锅炉12回收单质硫气体中的热量，回收的热量可以供不溶性硫磺气化生产装置本身或供其他用户使用。

通过以上改进，和现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、采用了热管技术以提高热能转化效率；

2、采用了多台硫磺预热设备以提高热能利用率；

3、采用了余热锅炉12设备用以回收单质硫气体中的热量；

4、采用了可调式汽、油两用加热炉7设备以实现清洁生产；

5、采用了一组或多组的H40加热炉7炉管，以提高炉管寿命和放渗透能力；

6、采用了烟气余热生产干燥空气用以流态化分子干燥机；

7、采用了超高温气化工艺，以实现生产高含量的60粉；

8、采用本生产装置可实现生产高含量的不溶性硫磺产品；

9、可实现生产装置自供料到产品全自动连续化安全运行，以减轻劳动强度，该生产装置操作人员是其他生产装置操作人员的20%；降低了运行和用工成本；

10、设备有效受热面积大，可实现生产装置的大型化，单套生产装置的产能可在20kt~60kt/a的范围之间根据市场需要任意调节；

11、生产效率高，采用本发明生产装置，是其他生产装置设备（方法）生产效率的10至15倍（5万吨/年计），国内现有最大单套设计生产装置为6kt/年；

12、采用本发明生产装置建设的工厂投资，是其他生产装置设备（方法）投资的35%（5万吨/年计），

13、采用本发明生产装置建设的建筑面积，是现有其他生产装置设备（方法）建筑面积的25%（5万吨/年计）；

14、采用本发明生产装置建设的占地面积，是其他生产装置设备（方法）占地面积的20%（5万吨/年计）；

15、本发明生产装置生产过程无安全隐患（人为或操作失误除外）。

如附图1所示，作为本发明的一种优选实施例，所述烟气加热器9与所述余热锅炉12连通。

具体的，本实施例中，将烟气加热器9同余热锅炉12连通，可以利用余热锅炉12回收的热量加热烟气加热器9，进而使烟气加热器9加热液体硫磺，节约能源损耗。

如附图1所示，作为本发明的一种优选实施例，所述不溶性硫磺气化生产装置还包括原料仓，原料仓通过自动计量进料机构向所述硫磺熔融装置3定量供料。

具体的，自动计量进料机构可以采用由锥形螺杆机、轴承、支架等零部件组成，相应的工业软件控制的自动计量螺旋式出料系统。硫磺原料储存在原料仓内，使用时，人工操作工业软件，将原料仓内的原料硫磺定量的供应给硫磺熔融装置3，既减少了人工劳动，也能精确的供应硫磺原料。

如附图1所示，作为本发明的一种优选实施例，所述不溶性硫磺气化生产装置还包括与所述硫磺熔融装置3连通的空气脱水器2；所述空气脱水器2与引风机1连通。

具体的，硫磺原料中往往会存在水分，影响硫磺原料的熔融。为解决所述问题，本实施例在硫磺熔融装置3的一侧设置与其连通的空气脱水器2和引风机1。通过引风机1将硫磺熔融装置3加热过程中所产生的水汽引出，水汽通过空气脱水器2被排出其中的湿热组分，余下的组分可以进入到干燥器干燥，回收其中的硫磺，以节约原料。

本实施例中的空气脱水器2可以采用A5分子筛除湿装置。

如附图1所示，作为本发明的一种优选实施例，所述不溶性硫磺气化生产装置还包括依次连接的硫磺切片机14、pH调整装置15、液体粉碎装置16和脱水干燥装置；所述聚合槽13内设有压片机构，聚合槽13内聚合成的不溶性硫磺经压片机构压片后输送至所述硫磺切片机14。

具体的，在所述实施例中，所得到的不溶性硫磺只是半成品，这种半成品不溶性硫磺可以销售给专门对这种半成品不溶性硫磺进行加工的企业，也可以在原本的不溶性硫磺气化生产装置的基础上增加后续加工装置，形成一条不间断的连续化生产线。

本实施例中，在原有装置的挤出上增加了硫磺切片机14、pH调整装置15、液体粉碎装置16和脱水干燥装置。在聚合槽13内聚合产生半成品不溶性硫磺后，通过压片机构将半成品不溶性硫磺压成片状并输送向硫磺切片机14。硫磺切片机14将片状半成品不溶性硫磺切为条状，条状不溶性硫磺通过管道等输送装置输送向pH调整装置，在pH调整装置15内脱酸至PH值为6.9~7.1。脱酸后的不溶性硫磺进入液体粉碎装置16被粉碎，粉碎后的浆料经脱水干燥装置脱水、干燥，得到高纯度的不溶性硫磺，即行业所称的60粉。

本实施例中，pH调整装置15可以采用pH值调整槽、液体粉碎装置16可以采用液体粉碎泵、脱水干燥装置可以采用离心机和干燥器。

如附图3所示，作为本发明的一种优选实施例，所述压片机构包括主动滚17和从动滚18，主动滚17通过传送件带动从动滚18转动；靠近从动滚18设置有用于与从动滚18配合将不溶性硫磺挤压成片的调紧滚19。

具体的，主动滚17设有两件，一件位于聚合槽13内，另一件位于pH值调整槽内。聚合槽13内的半成品不溶性硫磺通过传送件输送向从动滚18，在调紧滚与从动滚18的配合挤压下成为片状，而后，片状的半成品不溶性硫磺在另一件主动滚17的动力下输送到调整槽内。本实施例中，传送件可以采用传送带等。

如附图1所示，作为本发明的一种优选实施例，所述硫磺熔融装置3与所述加热炉7之间通过液体硫磺输送管道5连通；所述液体硫磺输送管道5上设有液体硫磺计量泵4。

具体的，为了使硫磺熔融装置3加热熔融后的硫磺能够定量的输送向加热炉7，故而在硫磺熔融装置3与加热炉7之间原本的液体硫磺输送管道5上增加了一件液体硫磺计量泵4，通过液体硫磺计量泵4定量的向加热炉7输送加热熔融后的硫磺。

实施例2

本发明实施例提供了一种不溶性硫磺的生产方法，利用实施例1中的不溶性硫磺气化生产装置实施该方法，所述生产方法包括以下步骤：

硫磺熔融装置3熔融硫磺原料；

液体硫磺保温管道6进一步熔化熔融后的硫磺原料；熔化后的液体硫磺的温度为118℃~125℃；

第一级预热器8、烟气加热器9和第二级预热器10加热液体硫磺至280℃~340℃；

硫磺加热管11加热液体硫磺至400℃以上，液体硫磺在低温气化区气化为硫磺蒸气，气化温度为444.6℃~600℃，并在中温气化区升温至800℃以上，在高温过热区升温至900℃~1200℃；

余热锅炉12回收硫磺蒸气中的热量，回收的热量可以供不溶性硫磺气化生产装置本身或供其他用户使用；

被回收热量后的硫磺蒸气进入聚合槽13聚合为固态不溶性硫磺；

通过压片机构将固态不溶性硫磺压为片状；

通过硫磺切片机14将片状不溶性硫磺切为条状；

条状不溶性硫磺在pH调整装置15内脱酸至pH值为6.9~7.1；

通过液体粉碎装置16将脱酸后的不溶性硫磺粉碎为浆料；

通过脱水干燥装置对浆料脱水和干燥，得到不溶性硫磺，即60粉产品。

本发明生产方法从固体硫磺的输送、升温气化，整个生产过程均在全密闭条件下连续进行，保证了产品质量的批次稳定，并有效地利用余热回收技术，大大提高了热能有效利用，提高了生产效率，降低了生产成本。

本实施例中，通过计算得知，不溶性硫磺生产过程中消耗的总热量是14.5Gcol/小时，其中硫磺加热气化用热12.812Gcol/小时，余热锅炉12节约热量1.27Gcol/小时，烟气放空及热损失0.418Gcol/小时。

实施例3

本实施例是采用本发明装置生产不溶性硫磺与采用已有非标设备单套气化装置生产不溶性硫磺（60粉）的含量检测结果表。已有非标设备单套气化装置按60粉产品计最大产能为5000吨/年，本发明方案单套装置按60粉产品计产能为2~6万吨/年之间并任意可调。表中实施例为采用本发明装置的检测结果，对比例为采用已有非标设备单套气化装置的检测结果，检测结果表如下：

表1 实施例和对比例中60粉含量检测结果

实施例4

本实施例是采用本发明装置生产不溶性硫磺与采用已有非标设备单套气化装置生产不溶性硫磺（60粉）的热能消耗（kcol）检测结果表。表中实施例为采用本发明装置的检测结果，对比例为采用已有非标设备单套气化装置的检测结果，检测结果表如下：

表2 实施例和对比例热能消耗（kcol）检测结果

装置方案	生产1吨/60粉计，消耗热能，kcol
		本发明方案	春、夏、秋天、冬平均8650 夏天8320、平均25952
山东铭丰方案	春天18600、夏天16000、秋天17200、冬天24000、平均58825

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种不溶性硫磺气化生产装置，其特征在于，包括依次连通的硫磺熔融装置、加热炉、余热锅炉和聚合槽；

所述加热炉内依次设有第一级预热器、烟气加热器、第二级预热器和硫磺加热管；所述硫磺加热管内包括低温气化区、中温气化区和高温过热区；

所述加热炉上设有液体硫磺保温管道，所述硫磺熔融装置通过所述液体硫磺保温管道与所述加热炉连通。

2.根据权利要求1所述的一种不溶性硫磺气化生产装置，其特征在于，所述烟气加热器与所述余热锅炉连通。

3.根据权利要求1所述的一种不溶性硫磺气化生产装置，其特征在于，所述不溶性硫磺气化生产装置还包括原料仓，原料仓通过自动计量进料机构向所述硫磺熔融装置定量供料。

4.根据权利要求1所述的一种不溶性硫磺气化生产装置，其特征在于，所述不溶性硫磺气化生产装置还包括与所述硫磺熔融装置连通的空气脱水器；所述空气脱水器与引风机连通。

5.根据权利要求1所述的一种不溶性硫磺气化生产装置，其特征在于，所述不溶性硫磺气化生产装置还包括依次连接的硫磺切片机、pH调整装置、液体粉碎装置和脱水干燥装置；所述聚合槽内设有压片机构，聚合槽内聚合成的不溶性硫磺经压片机构压片后输送至所述硫磺切片机。

6.根据权利要求5所述的一种不溶性硫磺气化生产装置，其特征在于，所述压片机构包括主动滚和从动滚，主动滚通过传送件带动从动滚转动；靠近从动滚设置有用于与从动滚配合将不溶性硫磺挤压成片的调紧滚。

7.根据权利要求1所述的一种不溶性硫磺气化生产装置，其特征在于，所述硫磺熔融装置与所述液体硫磺保温管道之间通过液体硫磺输送管道连通；所述液体硫磺输送管道上设有液体硫磺计量泵。

8.一种不溶性硫磺的生产方法，其特征在于，利用如权利要求1~7中任意一项所述的不溶性硫磺气化生产装置实施该方法，所述生产方法包括以下步骤：

通过硫磺熔融装置熔融硫磺原料；

通过液体硫磺保温管道进一步熔化熔融后的硫磺原料；熔化后的液体硫磺的温度为118℃~125℃；

通过第一级预热器、烟气加热器和第二级预热器加热液体硫磺至280℃~340℃；

通过硫磺加热管加热液体硫磺至400℃以上，液体硫磺在低温气化区气化为硫磺蒸气，气化温度为444.6℃~600℃，并在中温气化区升温至800℃以上，在高温过热区升温至900℃~1200℃；

通过余热锅炉回收硫磺蒸气中的热量；

被回收热量后的硫磺蒸气进入聚合槽聚合为固态不溶性硫磺。

9.根据权利要求8所述的一种不溶性硫磺的生产方法，其特征在于，所述生产方法还包括以下步骤：

通过压片机构将固态不溶性硫磺压为片状；

通过硫磺切片机将片状不溶性硫磺切为条状；

条状不溶性硫磺在pH调整装置内脱酸至pH值为6.9~7.1；

通过液体粉碎装置将脱酸后的不溶性硫磺粉碎为浆料；

通过脱水干燥装置对浆料脱水和干燥，得到不溶性硫磺。

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