EA024588B1 - Способ производства тонкодисперсных частиц серы - Google Patents

Abstract

Предлагается способ производства тонкодисперсного порошка серы. Получение тонкодисперсного порошка серы с помощью заявляемого способа, включающего приготовление эмульсии тонкодисперсной серы из расплавленной серы и раствора диспергатора с последующим удалением раствора диспергатора из полученной эмульсии, позволяет получать продукцию лучшего качества, а сам способ производства является более безопасным и экономически эффективным.

Description

Настоящее изобретение относится к переработке минерального сырья, в частности к способу производства тонкодисперсного порошка из кусковой серы.

Уровень техники

Элементарная сера является незаменимым ингредиентом в ряде промышленных областей применения, включая, например, производство сельскохозяйственных удобрений, изготовление боеприпасов и вулканизацию резины.

Одной из проблем использования частиц серы в удобрениях до настоящего времени является то, что при использовании частиц диаметром более 100 мкм элементарная сера очень медленно попадает к нуждающимся в ней корням растений для обеспечения им необходимых питательных веществ. Это вызвано тем, что сера в элементарной форме нерастворима в воде, и поэтому не может всасываться корнями растений. Однако бактерии, присутствующие в грунте, питаются элементарной серой и превращают ее в растворимые в воде сульфаты, которые затем быстро всасываются корнями растений.

Проблема прямого использования растворимых в воде сульфатов в качестве удобрений заключается в том, что при таком использовании происходит чрезмерное растворение удобрения, неконтролируемое высвобождение из него питательных веществ и выщелачивание при непрерывном осаждении, приводя к неэффективности вложений в сельское хозяйство. Однако при использовании мелких частиц серы, диаметр которых менее примерно 30 мкм, всасывание и преобразование серы оказываются оптимальным и значительно более эффективным. При внесении в грунт тонкоизмельченная сера может снабжать растения питательными веществами в течение сезона применения, и поэтому тонкодисперсная сера (<30 мкм) имеет огромное значение для использования в производстве удобрений. Поэтому, если бы был практичный и эффективный способ производства больших количеств тонкодисперсной серы, это имело бы широкое применение в производстве удобрений.

Тонкодисперсная сера может также использоваться в производстве боеприпасов, так как мелкие частицы серы сгорают с большей отдачей и эффективностью. Использование достаточно тонкоизмельченных частиц серы в производстве боеприпасов привело бы, как полагают, к изготовлению подходящих боеприпасов более высокого качества.

Производство шин для автомобилей и авиастроения также требует больших количеств тонкодисперсного порошка серы для вулканизации каучука. Реакция между серой и каучуком приводит к получению очень прочной и выносливой резины, сохраняющей свои свойства в сравнительно широком диапазоне температур. Таким образом, чем тоньше порошок серы, тем лучше он будет взаимодействовать с каучуком и тем выше будет качество производимых шин. Среди других областей применения следует отметить также производство красок, в котором очень тонкодисперсный порошок серы используется в смесях пигментов. Тонкодисперсная сера широко используется в качестве фунгицида, инсектицида и пестицида, а также в медицинских целях для лечения кожных заболеваний у людей.

Разработанные к настоящему времени процессы производства тонкодисперсной серы являются опасными и энергетически неэффективными. Весьма часто тонкодисперсный порошок серы сейчас получают из комков серы в механическом перемалывающем оборудовании. При этом очень тонкодисперсные частицы получаются в условиях, когда результаты традиционного помола существенно зависят от значительного потребления энергии. Поэтому, если бы оказалось возможным найти способ производства тонкодисперсного порошка серы, в котором бы использовались иные, а не механические, средства размола или же использовался бы механический размол, требующий значительно меньшего расхода энергии, такой способ имел бы хорошие экономические перспективы.

Другой проблемой используемых в настоящее время технологий помола для производства тонкодисперсного порошка серы является пожаро- и взрывоопасность процесса помола. Сера является горючим и взрывчатым веществом, и по своей природе механический помол приводит к риску взрыва. Поэтому при размоле серы до тонкодисперсного порошка необходимо было устанавливать дорогие противопожарные системы для защиты персонала и предотвращения несчастных случаев. Если бы можно было отыскать способ измельчения серы до тонкодисперсного порошка, который уменьшал бы риск пожара или взрыва, такой способ также оказался бы более предпочтительным в сравнении с известными из уровня техники.

К недостаткам способа помола относится также и тот факт, что рабочая среда оказывается слишком шумной для рабочего персонала. Что касается абразивных материалов и оборудования для измельчения в целом, традиционные технологии измельчения или помола требуют постоянного технического обслуживания и регулярной замены абразивных материалов, что ведет к увеличению себестоимости продукции. Снижение расходов на техническое обслуживание и абразивные материалы было бы желательным, так же как и тот факт, что, если бы существовало средство для производства тонкодисперсной серы без необходимости в помоле, степень загрязнения готового продукта можно было бы теоретически уменьшить, так как абразивный материал не загрязнял бы (даже в незначительных количествах) готовую продукцию.

- 1 024588

Сущность изобретения

Целью настоящего изобретения является способ производства тонкодисперсного порошка серы из кусковой серы, который бы преодолел проблемы, существующие в уровне техники.

В одном из вариантов осуществления этого изобретения предлагается способ производства тонкодисперсных частиц серы. Этот способ заключается в нагревании твердой исходной серы до температуры выше температуры плавления серы для получения расплавленной и жидкой серы из твердой исходной серы; изготовлении раствора диспергатора смешиванием диспергатора с растворителем в определенной пропорции; выдерживании раствора диспергатора под давлением и повышении температуры до величины, почти равной температуре жидкой серы; смешивании жидкой серы с раствором диспергатора для изготовления эмульгированной суспензии серы; охлаждении эмульгированной суспензии серы до температуры ниже температуры плавления серы; отделении раствора диспергатора от эмульгированной суспензии серы для изготовления частиц серы; и высушивания частиц серы.

Во втором варианте осуществления этого изобретения предлагается способ производства тонкодисперсного порошка серы. Этот способ заключается в нагревании твердой исходной серы в открытой емкости до температуры выше температуры плавления серы для плавления и образования жидкой серы из твердой исходной серы; приготовлении раствора диспергатора в открытой емкости смешиванием диспергатора с растворителем в определенной пропорции; прокачке раствора диспергатора через теплообменник под повышенным давлением для повышения температуры раствора диспергатора, удерживая его в жидком состоянии благодаря повышенному давлению, и прокачке раствора диспергатора из теплообменника в камеру смешивания под повышенным давлением; закачке жидкой серы в камеру смешивания и смешивании жидкой серы с раствором диспергатора для изготовления эмульгированной суспензии серы; откачке эмульгированной суспензии серы гомогенизатора и охлаждении эмульгированной суспензии серы до температуры ниже температуры плавления серы; фильтровании охлажденной эмульгированной суспензии серы для отделения раствора диспергатора от эмульгированной суспензии серы с получением лепешки из частиц серы на фильтре и высушивании лепешки для изготовления тонкодисперсного порошка серы.

В третьем варианте осуществления этого изобретения предлагается способ производства тонкодисперсного порошка серы, 95% частиц серы в котором имеют диаметр менее 100 мкм.

Настоящее изобретение предлагает усовершенствованный или улучшенный способ производства мелкодисперсной серы из кусковой серы, который позволит снизить расход энергии и себестоимость продукции в сравнении со способами, известными из уровня техники.

Настоящее изобретение предлагает тонкодисперсный порошок серы, получаемый в результате эмульгирования расплавленной серы раствором диспергатора с последующим отделением раствора диспергатора от мелкодисперсного порошка серы, причем такой мелкодисперсный порошок серы обладает рядом преимуществ по сравнению с порошком серы, полученным традиционным перемалыванием.

Предметом этого изобретения является способ производства мелкодисперсного порошка серы. Способ производства мелкодисперсного порошка серы, представленный здесь, позволяет получить такой мелкодисперсный порошок серы, который ранее было сложно или невозможно получить с использованием традиционных методик помола.

Первым этапом производства мелкодисперсного порошка серы согласно настоящему изобретению является приготовление расплавленной серы в баке или какой-либо нагреваемой емкости. Опубликованная температура плавления чистой серы равна примерно 115°С. Как правило, в промышленных условиях расплав серы получают при температурах примерно от 115 до примерно 150°С.

Расплав обычно получают в емкости или каком-либо контейнере, позволяющем производить дальнейшую обработку серы.

Кроме плавления серы, другой вступительный этап к способу согласно предлагаемому изобретению включает приготовление раствора диспергатора для смешивания или гомогенизации с расплавленной серой. Этот этап включает смешивание одного или нескольких диспергаторов с водой с образованием раствора диспергатора, который затем перегревают в таком же диапазоне температур, что и расплав серы, на следующем этапе технологического процесса.

Такой перегрев раствора диспергатора осуществляют в теплообменнике или котле под повышенным давлением для того, чтобы раствор диспергатора оставался в жидком состоянии при температурах выше температуры кипения. Могут использоваться различные типы диспергаторов и, регулируя концентрацию раствора диспергатора, можно влиять на концентрацию твердого вещества или плотность готовой эмульсии серы.

В некоторых вариантах осуществления этого изобретения в качестве диспергатора используется карбоксиметилцеллюлоза. В некоторых вариантах осуществления этого изобретения в качестве диспергатора используются нафталинсульфонаты, такие как продукт под торговым названием Морвет™. В некоторых вариантах осуществления этого изобретения в качестве диспергатора с хорошим эффектом используется поверхностно-активное вещество. Специалисты в данной области легко определят, какие диспергаторы были бы совместимыми с серой при значениях температуры и давления, присущих технологическому процессу, являющемуся предметом этого изобретения.

- 2 024588

После приготовления перегретого раствора диспергатора и расплавленной серы ключевым этапом производства тонкодисперсного порошка серы в соответствии со способом согласно данному изобретению является смешивание или гомогенизация расплавленной серы и нагретого раствора диспергатора для производства эмульгированной суспензии серы. Для специалистов в данной области ясно, что могут использоваться различные типы оборудования для эмульгирования, гомогенизации или смешивания.

После изготовления эмульгированной суспензии серы такую суспензию охлаждают с помощью теплообменника или иного аналогичного оборудования до температуры ниже температуры плавления серы и ниже температуры кипения раствора диспергатора. При таком охлаждении эмульгированной суспензии серы мелкие частицы расплавленной серы, взвешенные в такой эмульсии, будут отвердевать, образуя твердые частицы серы диаметром в несколько микрон. Такое охлаждение можно проводить и без теплообменника, просто за счет быстрого вскипания и охлаждения горячей эмульсии серы при уменьшении давления.

В некоторых вариантах осуществления этого изобретения получаются частицы серы, обладающие средним диаметром менее 100 мкм. В некоторых вариантах осуществления этого изобретения получаются частицы серы, обладающие средним диаметром менее 30 мкм. Частицы серы диаметром менее 1 мкм также можно получить в существенных количествах.

Дальнейшая обработка охлажденной эмульгированной суспензии серы, которая на данном этапе содержит частицы серы размером в несколько микрон, заключается в отделении раствора диспергатора от такой суспензии с помощью центрифуги или других устройств для фильтрования. На этом этапе способа получается лепешка из тонкодисперсной серы, которая затем на последнем этапе подвергается сушке или истирается в мелкоизмельченный порошок серы.

Тонкодисперсный порошок серы, полученный согласно данному изобретению, можно смешать с дополнительными ингредиентами для определенных областей его использования, и такие последующие этапы смешивания можно ввести в основной технологический процесс, осуществляемый по способу, согласно этому изобретению.

Способ согласно настоящему изобретению приводит к производству однородно высокого качества тонкодисперсного порошка серы, получаемого со значительно меньшим расходом энергии, чем при использовании существующих технологий помола. Кроме меньшего расхода энергии, наблюдается и меньший износ оборудования, и для осуществления способа согласно этому изобретению используется широкодоступное и несложное коммерческое оборудование для производства предлагаемого мелкодисперсного порошка серы. Кроме того, способ производства согласно настоящему изобретению является значительно более безопасным, чем существующие методики помола, как за счет снижения вероятности взрыва, так и нанесения другого ущерба.

Кроме раскрытого здесь нового способа производства порошка серы, тонкодисперсный порошок серы, получаемый по способу согласно настоящему изобретению, представляет собой достижение в производстве такого продукта по сравнению с нынешним уровнем техники. Продукция, получаемая по способу согласно настоящему изобретению, т.е. тонкодисперсный порошок серы, состоит из частиц, имеющих относительно однородный диаметр буквально в несколько микрон. Микронные частицы серы обладают значительной коммерческой ценностью и преимуществами. Кроме того, тонкодисперсный порошок серы, являющийся предметом этого изобретения, обладает повышенным качеством и чистотой, так как в нем нет примесей, создаваемых оборудованием для помола.

Кроме тонкодисперсного порошка серы, являющегося предметом этого изобретения, промежуточная лепешка из тонкодисперсного порошка серы на фильтре также является продуктом, который может иметь коммерческое значение и который производится со значительно меньшим расходом энергии и обладает отличным качеством в сравнении с продукцией, доступной в настоящее время в этой области.

Описание чертежей

В то время как формула изобретения приводится в его заключительной части, предпочтительные варианты воплощения этого изобретения представлены ниже в подробном описании изобретения, к которому для наглядности прилагаются следующие чертежи и схемы, подобные части которых обозначаются одинаковыми номерами:

фиг. 1 представляет технологическую карту одного из вариантов воплощения способа производства тонкодисперсной серы согласно данному изобретению;

фиг. 2 представляет схематически один из вариантов воплощения способа по данному изобретению.

- 3 024588

Подробное описание проиллюстрированных вариантов воплощения данного изобретения

Как описано подробнее ниже, настоящее изобретение предлагает способ производства тонкодисперсного порошка серы и сам продукт, получаемый с использованием такого способа, обладающего рядом преимуществ по сравнению с существующими способами производства мелкоизмельченного порошка серы и приводящего к получению порошка более высокого качества в сравнении с порошком, получаемым с использованием существующих способов.

Способ производства тонкодисперсного порошка серы.

Существующие способы производства порошка серы, как правило, основываются на процессах механического размола. Механический размол кусковой серы, особенно если желаемым продуктом является порошок, состоящий из очень мелких частиц, имеет много ограничений, включая вопросы безопасности самого процесса, а также требует большого расхода энергии и представляет трудную задачу для оборудования для помола.

Фиг. 1 представляет технологическую карту одного из вариантов воплощения способа производства тонкодисперсного порошка серы в соответствии с настоящим изобретением.

Первая общая группа этапов такого способа направлена на изготовление эмульсии расплавленной серы, которая после сушки или дальнейшей обработки приводит к получению желаемого порошка серы с необходимым размером частиц.

Первыми двумя этапами способа, представленного на фиг. 1, является изготовление расплавленной серы и перегретого водного раствора диспергатора для последующего смешивания. Расплавленную серу изготавливают в нагреваемой емкости путем нагревания кусковой серы или иного сырья серы до температуры выше температуры плавления серы. Как правило, необходимо нагревание до температуры от 115 до 150°С. При желании, можно использовать дополнительные средства перемешивания расплавленной серы для повышения скорости плавления.

Производство расплавленной серы представлено как этап 1-1 на технологической карте, изображенной на фиг. 1. Конкретные типы оборудования, которые можно использовать для изготовления расплавленной серы, понятны специалистам в данной области и входят в объем этого изобретения и используемого для его реализации оборудования, при соответствующем подборе параметров, которые позволили бы расплавлять серу и перекачивать ее под давлением, не выходя за пределы объема заявленного изобретения.

Этап 1-2, представленный на фиг. 1, показан вторым начальным этапом реализации способа согласно данному изобретению, и заключается в изготовлении раствора диспергатора для смешивания с расплавленной серой. Для изготовления раствора диспергатора могут использоваться различные диспергаторы, включая, среди прочего, такие средства, как нафталинсульфонаты в продукте Морвет™, КМЦ (карбоксиметилцеллюлоза) или поверхностно-активное вещество. Для реализации данного способа по настоящему изобретению подходят и другие диспергаторы, и специалисты в данной области могут легко определить, какие именно диспергаторы можно использовать.

Доля или пропорция диспергатора, которую следует добавить к определенному объему воды для изготовления раствора диспергатора, используемого в предлагаемом способе, будет изменяться в зависимости от желательного результата реализации этого способа. Доля или объем диспергатора будет подбираться соответственно в зависимости от желаемого содержания твердого вещества в гомогенизированном растворе, получаемом при смешивании раствора диспергатора с расплавленной серой, и от характеристик конкретного диспергатора, использованного для изготовления его раствора. Такое соотношение может также зависеть от концентрации самого диспергатора.

Например, в конкретном случае использования соединения карбоксиметилцеллюлозы или нафталинсульфоната в качестве диспергатора предполагается, что для применения в способе согласно изобретению желаемое содержание диспергатора в его растворе находится в пределах от примерно 0,001 до примерно 10% или примерно от 1 до 100 частей на тысячу относительно объема (об./об.). Следует понимать, что использованное количество диспергатора будет зависеть от желаемого результата технологического процесса согласно способу (например, от желаемого среднего размера частиц), а также от характеристик конкретного диспергатора, и все соответствующие корректировки и модификации, вносимые в способ, входят в объем этого изобретения.

После смешивания выбранного диспергатора (или диспергаторов) с водой раствор диспергатора перегревают под давлением, используя теплообменники, бойлеры, парогенераторы или другое нагревающее оборудование, известное специалистам в данной отрасли, которое позволяет достигнуть цели - нагрева раствора диспергатора под давлением до температуры примерно от 115 до 150°С.

На практике, автоклав, который может работать в диапазоне от примерно 25 до 80 фунт/кв.дюйм, подходит для нагревания в основном водного раствора диспергатора до температуры примерно от 115 до 150°С, сохраняя при этом раствор диспергатора в жидкой форме. В зависимости от химической природы раствора диспергатора, потребуется большее или меньшее давление для сохранения жидкого фазового состояния раствора диспергатора при его контакте с расплавленной серой в гомогенизирующем автоклаве (или реакторе). Специалисты в данной области смогут легко определить надлежащее давление, необходимое для удержания компонентов, участвующих в технологическом процессе, в основном в жидкой

- 4 024588 фазе в желаемом диапазоне температур.

Для демонстрационных целей перегрев раствора диспергатора под давлением представлен на фиг. 1 на этапе 1-3. Что касается конкретной температуры нагретого раствора диспергатора, то оптимальным является нагревание раствора диспергатора до такой же температуры, как и температура расплавленной серы.

Следующим этапом способа, представленным как этап 1-4, является смешивание расплавленной серы и нагретого раствора диспергатора для изготовления эмульгированной суспензии серы. Смешивание расплавленной серы с нагретым раствором диспергатора с образованием эмульгированной суспензии серы можно производить, используя различное оборудование, известное в данной отрасли. Специалистам в данной области известны различные типы гомогенизаторов, как механических, так и использующих повышенное давление, например, этот этап можно осуществить с использованием гомогенизатора с быстро вращающимся диском или оборудования для изготовления эмульсий с разбрызгивающими форсунками высокого давления. В результате реализации этого этапа будет произведена гомогенизация или эмульгирование образующихся капелек расплавленной серы в растворе диспергатора с образованием эмульгированной суспензии серы. Изменяя скорость вращения диска смесителя или диаметра/давления пульверизатора, можно добиться оптимизации процесса для изготовления частиц, имеющих определенный средний диаметр или определенный максимальный или минимальный диаметр.

После выхода из оборудования для эмульгирования или гомогенизации эмульгированная суспензия серы охлаждается в теплообменнике или ином аналогичном устройстве до температуры ниже температуры плавления серы или ниже точки ее кипения. А именно и предусмотрено охлаждение эмульгированной суспензии серы до температуры ниже 100°С для дальнейшей обработки. Горячую эмульсию серы можно также охладить, просто быстро сбросив давление в емкости.

При таком охлаждении эмульгированной суспензии серы тонкодисперсные капельки расплавленной серы в такой эмульсии будут отвердевать с образованием частиц серы радиусом в несколько микрон. Охлажденная эмульсия серы на этом этапе будет очень устойчивой, и ее можно хранить в таком виде до дальнейшей обработки, перед которой эмульсию следует немного перемешать или встряхнуть.

После охлаждения дальнейшая обработка эмульгированной суспензии серы для изготовления тонкодисперсного лепешки из серы на фильтре или порошка серы также может осуществляться с помощью легкодоступного оборудования. В частности, предусмотрено, что следующим этапом этого способа является отделение раствора диспергатора от эмульгированной суспензии серы с помощью фильтровального устройства, такого как механический фильтр, фильтр-декантатор или центрифуга. Этот этап представлен как этап 1 -6 на фиг. 1. Осуществление этого этапа приводит к отделению тонкодисперсных частиц серы диаметром в несколько микрон, образованных во время процесса эмульгирования, от раствора диспергатора, полученного на этапе 1-2 и смешанного с расплавленной серой.

Отделение раствора диспергатора от полученных частиц серы позволяет перерабатывать раствор диспергатора или подавать его повторно для смешивания в непрерывном процессе; выделенный раствор диспергатора можно также собирать в бак для дальнейшего использования или повторного использования в периодическом процессе.

Также понятно, что раствор диспергатора после отделения от эмульгированной суспензии серы можно было бы утилизировать, но как с экологической точки зрения, так и с точки зрения экономики последующего периодического производства предполагается, что раствор диспергатора можно повторно использовать после отделения от эмульсии серы, возможно, с определенной корректировкой или восстановлением с помощью добавок воды или диспергатора для восстановления надлежащих характеристик такого раствора.

После отделения эмульгированной суспензии серы в результате удаления раствора диспергатора от созданных в нем тонкодисперсных частиц серы оставшимся продуктом будет лепешка из тонкодисперсной серы на фильтре, состоящая из гомогенных частиц серы, диаметр которых можно корректировать или определять на этапе эмульгирования, представленном как этап 1-4, подбирая соответствующие рабочие параметры используемого оборудования для эмульгирования.

В некоторых вариантах осуществления этого изобретения размер полученных частиц зависит от параметров технологического процесса по заявляемому способу, например, не ограничиваясь этим, от скорости перемешивания, времени перемешивания, физических характеристик ножей, используемых в блендере, давления смешивания, температуры смешивания и др. В некоторых вариантах осуществления этого изобретения способ может осуществляться так, чтобы получались частицы, имеющие определенный средний диаметр, например частицы диаметром примерно 100 мкм или в некоторых вариантах осуществления этого изобретения частицы диаметром 30 мкм или меньше.

В некоторых вариантах осуществления этого изобретения может осуществляться обработка после завершения основного технологического процесса по настоящему изобретению, например могут использоваться сита с определенным диаметром ячеек для дальнейшего обогащения смеси частицами определенного максимального или минимального диаметра. Прошедшие сквозь сито частицы возвращаются в процесс для повторного плавления и переработки в соответствии со способом, предлагаемым настоящим изобретением. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления этого изобретения можно получить

- 5 024588 тонкодисперсную серу, 95% частиц которой имеют радиус менее 100 мкм. В некоторых вариантах осуществления этого изобретения можно аналогичным образом получить тонкодисперсную серу, 95% частиц которой имеют радиус около 30 мкм или менее.

Лепешка из тонкодисперсной серы на фильтре сама по себе может служить продуктом, выделяемым для определенного промышленного использования, но так как исходно предусматривается, что лепешка из тонкодисперсной серы на фильтре образует промежуточный продукт, который должен окончательно перерабатываться в порошок, окончательный этап варианта воплощения этого изобретения, представленный на фиг. 1, предназначенный для изготовления тонкодисперсного порошка серы, заключается в сушке серной лепешки на фильтре с помощью традиционного оборудования для сушки для изготовления сухого тонкодисперсного порошка серы. Такой этап сушки представлен на фиг. 1 как этап 1-7.

Тонкодисперсный порошок серы, полученный способом, являющимся предметом этого изобретения, может либо упаковываться, либо храниться до момента его использования, либо может смешиваться с дополнительными ингредиентами. Смешивание полученного тонкодисперсного порошка серы с другими ингредиентами в зависимости от целей конечного использования также может осуществляться с применением традиционных методик или использованием традиционного оборудования, известного для специалистов в данной области, и поэтому особенности этапа смешивания предполагаются входящими в объем этого изобретения.

Как отмечалось, размер частиц серной лепешки на фильтре, полученной при отделении эмульгированной суспензии серы, можно контролировать, регулируя работу гомогенизатора, используемого на этапе 1-4. Аналогичным образом, желаемое содержание твердого вещества в эмульгированной суспензии серы в диапазоне от 0,001 до 85% можно контролировать, изменяя количество диспергатора в растворе. В заявленном изобретении используется оборудование, доступное на рынке, что снижает эксплуатационные расходы на оборудование. Специалисты в данной области понимают, что на разных этапах производства можно использовать разные типы оборудования или разные модификации оборудования и окружающей среды для реализации способа согласно данному изобретению.

Пример реализации способа.

На фиг. 2 схематически представлен вариант воплощения способа производства тонкодисперсного порошка серы по данному изобретению. Способ заключается в нагреве твердой серы до температуры выше температуры плавления серы, чтобы сера расплавилась с образованием жидкой фазы. Температура плавления серы равна примерно 115°С, но серу можно нагреть и до более высоких температур, например до 150 или даже 200°С. Этого можно достигнуть, поместив твердую серу в открытую емкость 1 для серы и нагревая ее теплоносителем 3, таким как циркулирующий пар, или масло, или подобным, известным в данной области.

Раствор диспергатора получают смешиванием диспергатора с растворителем в определенных пропорциях в открытой емкости 5 для диспергатора. Специалисты в данной области знают, что в качестве диспергатора могут использоваться разные материалы, например нафталинсульфонат, известный под торговым названием Морвет™ (изготовляемый компанией Ак/о ЫоЬе1), или карбоксиметилцеллюлоза, или поверхностно-активное вещество, в подходящей пропорции, например 1 и 100 частей на тысячу частей объема раствора диспергатора. Как правило, в качестве растворителя используется вода, но могут также использоваться и другие растворители.

Например, было показано, что использование материала Морвет™ Ό-425 в количестве примерно 0,5-1,5 мас.% с водой в качестве растворителя дает удовлетворительный раствор диспергатора и позволяет получить серу, диаметр частиц которой составляет примерно 30 мкм.

Раствор диспергатора под давлением нагревают до температуры, примерно равной температуре жидкой серы. В представленном на фиг. 2 варианте воплощения этого изобретения раствор диспергатора закачивают из емкости 5 для диспергатора через герметизированный теплообменник 7, чтобы поднять температуру раствора диспергатора при поддержании его под таким давлением, которое позволяло бы содержать раствор в жидкой фазе. Давление, необходимое для содержания раствора диспергатора в жидкой фазе, зависит от температуры, до которой нагревают такой раствор, и может находиться в диапазоне от 20 до 200 фунт/кв.дюйм.

Раствор диспергатора при заданной температуре поступает из герметизированного теплообменника 7 в герметизированную камеру смешивания 9 по трубопроводу 11 для подачи диспергатора. Жидкую серу закачивают из емкости 1 для серы в камеру смешивания 9 по трубопроводу 13 для серы и смешивают с раствором диспергатора для изготовления эмульгированной суспензии серы.

Для тщательного перемешивания камеру смешивания 9 можно снабдить гомогенизатором, например гомогенизатором с быстро вращающимся диском или гомогенизатором с разбрызгивающими форсунками высокого давления. В представленном на фигуре варианте воплощения этого изобретения гомогенизирующая камера смешивания 9 имеет входное отверстие 15, и жидкая сера и раствор диспергатора закачиваются через входное отверстие 15 одновременно. Трубопровод 11 для диспергатора и трубопровод 13 для серы соединены Т-образным соединением, после которого раствор диспергатора и сера поступают одновременно в камеру смешивания 9 в выбранном соотношении, достигаемом путем коорди- 6 024588 нирования объема, закачиваемого из каждой из емкостей 1 и 5.

В проиллюстрированном примере содержание серы в ее эмульгированной суспензии составляет примерно 65-70 мас.%. Содержание серы может достигать 85 мас.%, но при этом текучесть раствора становится проблематичной. Более высокое содержание серы приводит к сокращению расхода раствора диспергатора и, таким образом, снижает эксплуатационные расходы.

Пропорция диспергатора в его растворе связана с пропорцией серы в ее эмульгированной суспензии, которую следует получить для достижения удовлетворительных результатов.

Эмульгированная суспензия серы, все еще под давлением, вытекает из гомогенизирующей камеры смешивания 9 и охлаждается до температуры ниже температуры плавления серы, т.е. до температуры ниже 115°С. В проиллюстрированном варианте воплощения этого изобретения эмульсия серы охлаждается закачкой такой эмульсии в открытую емкость 19 под атмосферным давлением, так что испарение растворителя при снятии давления приводит к охлаждению раствора. Дальнейшее охлаждение можно обеспечить теплообменниками или аналогичным способом.

Затем раствор диспергатора отделяют от эмульгированной суспензии серы и оставляют частицы серы. В варианте воплощения этого изобретения, представленном на фиг. 2, охлажденную эмульгированную суспензию серы фильтруют для отделения раствора диспергатора от эмульгированной суспензии серы и получают лепешку из частиц серы на фильтре. Для обеспечения непрерывности такого процесса используют непрерывные фильтры, такие как ленточный фильтр 21.

Частицы 23 в серной лепешке высушивают с помощью сушки 25 с образованием тонкодисперсного порошка серы 27.

Раствор диспергатора, отделенный от эмульгированной суспензии серы, может перерабатываться до достижения заданного соотношения диспергатора и растворителя на этапе 29 и затем возвращаться в емкость 5 для диспергатора для повторного использования.

Предполагается также, что можно смешать исходную твердую серу и раствор диспергатора, и затем нагреть до температуры выше температуры плавления серы, и затем смешать для изготовления эмульгированной суспензии серы после того, как расплавится исходная твердая сера.

Тонкодисперсный порошок серы.

В дополнение к усовершенствованному способу производства тонкодисперсного порошка серы, сам порошок серы также полагается новшеством и входит в объем этого изобретения, так как тонкодисперсный порошок серы, 95% частиц которого в сухой лепешке имеют диаметр менее 100 или менее 30 мкм, полученный с использованием представленного способа, не был до сих пор известен в данной области.

Порошок серы, диаметр частиц которого однородно составляет несколько микрон и который производится с использованием способа, являющегося предметом этого изобретения, обладает несколькими функциональными и экономическими преимуществами в сравнении с другими продуктами порошковой серы, получаемыми с использованием известных способов помола.

Изложенное выше служит лишь для иллюстрации принципов этого изобретения. Кроме того, так как специалисты в данной области могут использовать многочисленные изменения и модификации, нежелательно ограничивать изобретение точно описанной конструкцией и процессом, и, соответственно, все такие подходящие изменения и модификации конструкции или процесса, которые могут использоваться, попадают в объем заявляемого изобретения.

Claims (25)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ производства тонкодисперсных частиц серы, включающий стадии, на которых нагревают твердую исходную серу до температуры выше температуры плавления серы для получения расплавленной жидкой серы из твердой исходной серы;

   изготавливают раствор диспергатора смешиванием диспергатора с растворителем в определенной пропорции;

   выдерживают раствор диспергатора под давлением и увеличивают температуру раствора диспергатора до температуры, почти равной температуре жидкой серы;

   смешивают жидкую серу с раствором диспергатора для изготовления эмульгированной суспензии серы;

   охлаждают эмульгированную суспензию серы до температуры ниже температуры плавления серы; фильтруют частицы серы из раствора диспергатора; высушивают частицы серы.
2. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что твердую исходную серу нагревают до температуры выше примерно 115°С.
3. 3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что диспергатором является одно из следующих веществ: нафталинсульфонат, карбоксиметилцеллюлоза и поверхностно-активное вещество.
4. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что диспергатор присутствует в соотношении от 1 до 100 ч. на 1000 об.ч. раствора диспергатора.
5. 5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что раствор диспергатора готовят в открытой

   - 7 024588 емкости и прокачивают через герметизированный теплообменник для повышения температуры раствора диспергатора, удерживая его под давлением в жидком состоянии, и из теплообменника в камеру смешивания под повышенным давлением.
6. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что жидкую серу закачивают в камеру смешивания и смешивают с раствором диспергатора для изготовления эмульгированной суспензии серы.
7. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что камера смешивания является гомогенизатором.
8. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что гомогенизатор имеет входное отверстие, через которое одновременно закачивают жидкую серу и раствор диспергатора в заданном соотношении.
9. 9. Способ по любому из пп.6-8, отличающийся тем, что эмульгированная суспензия серы вытекает из гомогенизатора и охлаждается до температуры ниже температуры плавления серы.
10. 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что эмульсию серы охлаждают закачкой эмульсии серы в открытую емкость под атмосферным давлением, при этом испарение растворителя при падении давления вызывает охлаждение.
11. 11. Способ по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что охлажденную эмульгированную суспензию серы фильтруют или центрифугируют для удаления раствора диспергатора из эмульгированной суспензии серы, оставляя в результате лепешку из частиц серы.
12. 12. Способ по п.11, отличающийся тем, что охлажденную эмульгированную суспензию серы фильтруют с помощью непрерывного фильтра для достижения непрерывности технологического процесса.
13. 13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что непрерывный фильтр является ленточным фильтром.
14. 14. Способ по п.1, отличающийся тем, что твердую исходную серу и раствор диспергатора перемешивают, затем нагревают до температуры выше температуры плавления серы и смешивают для изготовления эмульгированной суспензии серы после расплавления исходной твердой серы.
15. 15. Способ по любому из пп.1-14, отличающийся тем, что раствор диспергатора, удаленный из эмульгированной суспензии серы, перерабатывают до достижения выбранного соотношения между диспергатором и растворителем и используют повторно.
16. 16. Способ производства тонкодисперсного порошка серы, включающий стадии, на которых нагревают твердую исходную серу в открытой емкости до температуры выше температуры плавления серы для получения расплавленной жидкой серы из твердой исходной серы;

    приготавливают раствор диспергатора в открытой емкости смешиванием диспергатора с растворителем в определенной пропорции;

    прокачивают раствор диспергатора через герметизированный теплообменник для повышения температуры раствора диспергатора, удерживая его в жидком состоянии за счет повышенного давления, и прокачивают раствор диспергатора из теплообменника в камеру смешивания под повышенным давлением;

    закачивают жидкую серу в камеру смешивания и смешивают жидкую серу с раствором диспергатора для образования эмульгированной суспензии серы;

    откачивают эмульгированную суспензию серы из камеры смешивания и охлаждают эмульгированную суспензию серы до температуры ниже температуры плавления серы;

    фильтруют охлажденную эмульгированную суспензию серы для отделения раствора диспергатора от эмульгированной суспензии серы, оставляя лепешку из частиц серы; и высушивают лепешки для образования тонкодисперсного порошка серы.
17. 17. Способ по п.16, отличающийся тем, что камера смешивания является гомогенизатором.
18. 18. Способ по п.17, отличающийся тем, что гомогенизатор имеет входное отверстие, через которое одновременно закачивают жидкую серу и раствор диспергатора в заданном соотношении.
19. 19. Способ по любому из пп.16-18, отличающийся тем, что эмульсию серы охлаждают путем закачки эмульсии серы в открытую емкость под атмосферным давлением, при этом испарение растворителя при падении давления вызывает охлаждение.
20. 20. Способ по п.16, отличающийся тем, что охлажденную эмульгированную суспензию серы фильтруют с помощью непрерывного ленточного фильтра для достижения непрерывности технологического процесса.
21. 21. Способ по любому из пп.1-20, отличающийся тем, что средний радиус полученных частиц серы меньше примерно 100 мкм.
22. 22. Способ по п.21, отличающийся тем, что средний радиус полученных частиц серы меньше примерно 30 мкм.
23. 23. Способ по п.16, отличающийся тем, что раствор диспергатора, удаленный из эмульгированной суспензии серы, перерабатывают до достижения выбранного соотношения между диспергатором и растворителем и используют повторно.
24. 24. Способ по любому из пп.1-20, отличающийся тем, что 95% полученных частиц серы имеют диаметр менее 100 мкм.
25. 25. Способ по п.23, отличающийся тем, что 95% полученных частиц серы имеют диаметр менее 30 мкм.