專利名稱：高壓非催化天然氣法制造二硫化碳的反應(yīng)爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二硫化碳的生產(chǎn)裝置，特別涉及一種采用高壓非催化天然氣法制造二硫化碳的反應(yīng)爐，以及利用所述反應(yīng)爐制備二硫化碳的生產(chǎn)工藝。
背景技術(shù)：
二硫化碳是一種重要的化工原料，在人造纖維，農(nóng)藥，四氯化碳，橡膠，冶金選礦，石油煉制及軍工等生產(chǎn)部門都有廣泛應(yīng)用。目前制備二硫化碳的方法依原料來(lái)源大體可以分為如下幾種一，以木炭和硫磺反應(yīng)制得，依熱源不同又可簡(jiǎn)單的分為外燒爐法(如鐵甑法)和內(nèi)熱法(如電爐法)，由于該方法需要消耗大量木材，隨著國(guó)家加大對(duì)森林的保護(hù)，從而無(wú)論是成本和原料來(lái)源方面，該方法都受到了較大的限制；二，以焦碳或半焦等木炭替代品為原料制備二硫化碳，該方法同樣受到許多不利因素制約，如焦碳灰分含量較高且碳環(huán)稠密，收率較低等；三，以天然氣為原料制備二硫化碳，相對(duì)于前兩種而言，原料來(lái)源充足，技術(shù)也更為先進(jìn)。
采用天然氣為原料制備二硫化碳的過(guò)程中，通常都是在硫過(guò)量的情況下，先使單質(zhì)硫預(yù)熱氣化，S8和S6分解為S2進(jìn)而與天然氣進(jìn)行二硫化碳的合成反應(yīng)。液態(tài)硫和天然氣通常在反應(yīng)爐中自上而下流動(dòng)，液硫一般自爐管上部進(jìn)入，天然氣一般在爐管的上部和中下部進(jìn)入；在爐管中氣化的硫與天然氣發(fā)生反應(yīng)，并從爐子底部導(dǎo)出以進(jìn)一步分離收集二硫化碳。目前廣泛應(yīng)用的天然氣法制備二硫化碳，通常有催化與否和高低壓之分其中采取催化合成的技術(shù)以PPG法為代表；采用低壓非催化合成技術(shù)的以美國(guó)Stauffer公司Stauffer技術(shù)為代表，而高壓非催化法技術(shù)則以美國(guó)FMC公司開(kāi)發(fā)改進(jìn)的FMC法為代表。
對(duì)于天然氣法制備二硫化碳，無(wú)論是高壓低壓還是催化與否，反應(yīng)爐都是其工藝的關(guān)鍵設(shè)備，也是投資比重最大的一部分，如何延長(zhǎng)爐子使用壽命，延長(zhǎng)生產(chǎn)周期，減少投資，提高天然氣的轉(zhuǎn)化率，都是所屬領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)?，F(xiàn)有技術(shù)中的反應(yīng)爐通常設(shè)計(jì)成圓形或者橢圓形，爐管通常設(shè)計(jì)為盤管式排列，而燃燒器通常設(shè)置在反應(yīng)器的底部，因此燃燒器對(duì)爐子上下部位的加熱通常是不均勻的。由于燃燒器需要對(duì)整個(gè)爐子提供熱量，因此為了燃燒器能夠提供爐管上部汽化硫所需要的大量熱量，必然在爐管下部需要形成一個(gè)強(qiáng)加熱區(qū)，而在爐管下部已經(jīng)發(fā)生二硫化碳合成反應(yīng)，該合成反應(yīng)會(huì)有大量的熱放出，這樣就會(huì)使得爐管的溫度過(guò)高，而硫在溫度過(guò)高時(shí)對(duì)爐管的腐蝕性將顯著加劇，因此現(xiàn)有技術(shù)中的爐管壽命一般不超過(guò)1年，而且熱量也不能得到充分的利用。針對(duì)上述不足，中國(guó)專利CN2568624Y公開(kāi)了一種燃燒器位于高于液硫進(jìn)口上方的一種反應(yīng)爐，燃燒器的個(gè)數(shù)可以為一個(gè)或多個(gè)，該反應(yīng)爐自上向下加熱，可以在硫汽化過(guò)程中有效的提供熱量，又可以使得二硫化碳合成過(guò)程中所產(chǎn)生的熱量得到一定利用，從而減少爐管上下部分的溫度差，延長(zhǎng)爐管的壽命。但其所公開(kāi)的反應(yīng)爐仍為傳統(tǒng)的圓筒型，爐管仍為傳統(tǒng)的盤管式，且燃燒器的位置局限于液硫進(jìn)口上方，供熱能力有限，其傳熱以對(duì)流和傳導(dǎo)供熱為主，雖然在一定程度上縮小了爐管上下部分的溫度差，但爐體中心溫度和周邊溫度的水平溫差仍然存在，并不能達(dá)到真正的供熱均勻，爐管仍然易結(jié)焦結(jié)碳；同時(shí)由于其供熱能力有限，導(dǎo)致反應(yīng)爐的規(guī)模擴(kuò)大不易實(shí)現(xiàn)。同時(shí)由于反應(yīng)爐的煙氣排放口位于反應(yīng)爐的底部，因此還需要額外的風(fēng)機(jī)等設(shè)備成本，且致使余熱不能得到充分利用。

發(fā)明內(nèi)容
基于現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明目的在于提供一種結(jié)構(gòu)更合理，供熱更均勻，使用壽命更長(zhǎng)，天然氣轉(zhuǎn)化率更高的高壓非催化反應(yīng)爐。
本發(fā)明所涉及的反應(yīng)爐，具有輻射段和沖激段，原料由沖激段進(jìn)入爐管預(yù)熱，進(jìn)而在輻射段受熱，由輻射段底部導(dǎo)出爐子，輻射段設(shè)置耐火爐襯，在輻射段爐體和爐襯的側(cè)壁內(nèi)設(shè)置若干燃燒器，爐膛內(nèi)的爐管主要通過(guò)受熱爐襯的熱輻射及煙氣的對(duì)流和熱傳導(dǎo)來(lái)加熱，燃燒器產(chǎn)生的煙氣靠壓力導(dǎo)入沖激段，與沖激段內(nèi)的進(jìn)料爐管沖激換熱，在沖激段之后可以選擇設(shè)置對(duì)流段以回收煙氣中的余熱，余熱例如可以用于生產(chǎn)蒸汽，回收余熱后的煙氣通過(guò)煙囪排出，反應(yīng)爐的沖激段和對(duì)流段可選擇設(shè)置耐火爐襯，設(shè)置爐襯可以使得爐子的保溫、絕熱性能提高，熱量利用更為充分。
對(duì)于本發(fā)明所述反應(yīng)爐而言，凈化天然氣和液硫可以在沖激段不同位置進(jìn)入反應(yīng)爐，優(yōu)選凈化天然氣在沖激段的入口位置高于液硫入口，經(jīng)預(yù)熱后的天然氣直接與進(jìn)入的液硫匯合，延長(zhǎng)了天然氣和液硫在爐管中的接觸時(shí)間，減少了天然氣在爐管中積碳的產(chǎn)生，提高了反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率。
本發(fā)明所述反應(yīng)爐的爐管采用耐熱合金鑄管，例如鉻-鎳合金系列，優(yōu)選為HK40或HP40；所述爐襯由耐火材料制備，優(yōu)選為耐火磚或耐火氈。
采用本發(fā)明所述方反應(yīng)爐生產(chǎn)二硫化碳的過(guò)程如下凈化后的天然氣進(jìn)入反應(yīng)爐的沖激段，預(yù)熱升溫至300～500度后，與進(jìn)入沖激段的液硫混合，硫磺在沖激段被沖激迅速升溫?zé)峤獠⑵?，混合后的反?yīng)物經(jīng)爐管輸送至輻射段，在輻射段，側(cè)壁燃燒器灼燒爐襯，通過(guò)爐襯輻射和煙氣的對(duì)流和熱傳導(dǎo)加熱爐管，爐管內(nèi)反應(yīng)物在該段被加熱到550～700攝氏度，發(fā)生非催化合成反應(yīng)，生成二硫化碳和硫化氫，反應(yīng)方程式如下
反應(yīng)的產(chǎn)物從爐子底部導(dǎo)出，進(jìn)一步去分離其中的二硫化碳和副產(chǎn)物硫化氫。側(cè)壁燃燒器中的煙氣靠壓力導(dǎo)入沖激段與天然氣和液硫進(jìn)料管發(fā)生沖激傳熱，進(jìn)而可以進(jìn)入對(duì)流段，在對(duì)流段煙氣經(jīng)換熱介質(zhì)回收余熱降溫，然后經(jīng)煙囪排出。
作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，側(cè)壁燃燒器分層設(shè)置，各層的燃燒器數(shù)量可以相同也可以不同，優(yōu)選各層燃燒器提供的熱量與相應(yīng)位置需要的熱負(fù)荷相適應(yīng)，即由各層所在位置處的熱負(fù)荷來(lái)決定各層燃燒器的數(shù)量，由于在輻射段上部熱負(fù)荷需要考慮沖激段天然氣預(yù)熱所需要的顯熱、液硫氣化熱解所需要的顯熱、潛熱、反應(yīng)熱等，因此其熱負(fù)荷最大，而從輻射段上部到輻射段下部，由于合成反應(yīng)已經(jīng)發(fā)生，合成反應(yīng)熱不斷放出，因此所需要熱負(fù)荷會(huì)相應(yīng)減小。因此分層設(shè)置燃燒器，并與所在位置的熱負(fù)荷相適應(yīng)可以明顯提高爐子的加熱均勻度和熱量利用率，延長(zhǎng)爐管壽命，提高收率。
現(xiàn)有反應(yīng)爐的爐體由于采用圓形或橢圓形，側(cè)壁存在弧度，側(cè)壁燃燒器不能對(duì)爐襯實(shí)現(xiàn)有效均勻的灼燒。因此作為本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案，爐體采用梯型結(jié)構(gòu)或者為箱式結(jié)構(gòu)，采用所述結(jié)構(gòu)，非常便于燃燒器在爐子側(cè)壁上的設(shè)置和調(diào)整，便于對(duì)反應(yīng)爐的生產(chǎn)能力根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。
作為本發(fā)明更進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案中，爐管在輻射段采用排管式布置，相對(duì)于盤管式布置而言，排管式布置使得爐管距離爐兩側(cè)爐襯的距離相等，受熱更為均勻，使用壽命更長(zhǎng)。
本發(fā)明另一個(gè)目的在于，提供一種采用前述反應(yīng)爐進(jìn)行高壓非催化法合成二硫化碳的方法，所述方法優(yōu)選壓力為0.6～1.35Mpa，反應(yīng)溫度為550～700度，原料配比(即碳與硫的摩爾比)為1∶2～3，優(yōu)選反應(yīng)爐內(nèi)物料的停留時(shí)間為1.5-25秒，排煙溫度為100～300度。
本發(fā)明所述反應(yīng)爐的側(cè)壁燃燒器的數(shù)量由所需要的熱負(fù)荷決定，可以依據(jù)產(chǎn)能進(jìn)行調(diào)整，均勻分布在爐膛側(cè)壁，其對(duì)燃燒熱量的利用更為合理，在傳熱方式上充分利用了輻射、傳導(dǎo)、對(duì)流等多種傳熱方式，供熱能力強(qiáng)，爐管的受熱更為均勻，不易結(jié)焦積碳，爐管壽命長(zhǎng)達(dá)2～10年。采用本發(fā)明所述反應(yīng)爐進(jìn)行二硫化碳合成的反應(yīng)收率高，而且反應(yīng)爐的規(guī)模擴(kuò)大易于實(shí)現(xiàn)。


圖1A是本發(fā)明的箱式二硫化碳反應(yīng)爐爐體的側(cè)視1B是本發(fā)明的箱式二硫化碳反應(yīng)爐爐體的正視2A是本發(fā)明的梯形二硫化碳反應(yīng)爐爐體的側(cè)視2B是本發(fā)明的梯形二硫化碳反應(yīng)爐爐體的正視中，1-輻射段，2-沖激段，3-對(duì)流段，4-爐襯，5-燃燒器，6-爐管，7-天然氣入口，8-液硫入口，9-產(chǎn)物出口，10-煙囪，11-爐體支架。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例1附圖1A和1B給出了本發(fā)明所述的箱式二硫化碳反應(yīng)爐的結(jié)構(gòu)示意圖，所述反應(yīng)爐的生產(chǎn)能力為1.5萬(wàn)噸/年，其中圖1A是本發(fā)明所述箱式反應(yīng)爐的側(cè)視圖，圖1B是所述箱式反應(yīng)爐的正視圖。由圖中可以看出，所述反應(yīng)爐具有輻射段1、沖激段2和對(duì)流段3，所述輻射段1呈箱式，在輻射段1和沖激段2的爐體內(nèi)設(shè)有爐襯4，爐襯采用耐火磚或者耐火氈砌筑而成，依據(jù)產(chǎn)能所需的熱負(fù)荷，將14個(gè)燃燒器5分3層設(shè)置在輻射段側(cè)壁上，反應(yīng)器內(nèi)爐管6呈排管式布置，爐管采用HK40耐熱合金鑄管，天然器在沖激段的入口7略高于于液硫入口8，由爐管6在輻射段底部具有出口9。工作時(shí)，首先天然氣經(jīng)入口7進(jìn)入沖激段預(yù)熱，硫磺經(jīng)入口8進(jìn)入沖激段預(yù)熱熱解氣化，二者在沖激段匯合，并進(jìn)入輻射段1，輻射段1爐體側(cè)壁上燃燒器5通過(guò)爐襯輻射和煙氣對(duì)流傳導(dǎo)對(duì)爐管6加熱，爐管6內(nèi)發(fā)生高壓非催化合成反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物從底部產(chǎn)物出口9導(dǎo)出反應(yīng)爐，去進(jìn)一步分離；高溫?zé)煔饨?jīng)壓力導(dǎo)入沖激段2，并在沖激段2與進(jìn)料管線發(fā)生撞擊，沖激換熱，隨后上升進(jìn)入對(duì)流段3回收余熱，煙氣經(jīng)煙囪10排出。
實(shí)施例2附圖2A和2B給出了本發(fā)明所述的梯形二硫化碳反應(yīng)爐的結(jié)構(gòu)示意圖。所述反應(yīng)爐的生產(chǎn)能力為3.5萬(wàn)噸/年，其中圖2A是所述梯形反應(yīng)爐的側(cè)視圖，圖2B是所述梯形反應(yīng)爐的正視圖。參見(jiàn)其側(cè)視圖，可知所述反應(yīng)爐的輻射段1具有梯形截面，更具體而言，在本實(shí)施例中其具有三層梯形疊合截面。所述反應(yīng)爐同樣具有由輻射段1、沖激段2和對(duì)流段3構(gòu)成的爐體，所述爐體由爐體支架11支撐。輻射段1和沖激段2的爐體內(nèi)設(shè)有爐襯4，爐襯同樣采用耐火磚或者耐火氈砌筑而成，依據(jù)產(chǎn)能所需要的熱負(fù)荷，將40個(gè)燃燒器5分三層設(shè)置在輻射段側(cè)壁上，反應(yīng)器內(nèi)爐管6呈排管式布置，爐管采用HP40耐熱合金鑄管，天然氣在沖激段的入口7同樣略高于液硫入口8，爐管6在輻射段底部具有產(chǎn)物出口9。工作時(shí)，首先天然氣經(jīng)入口7進(jìn)入沖激段預(yù)熱，硫磺經(jīng)入口8進(jìn)入沖激段預(yù)熱熱解氣化，硫和天然氣在沖激段匯合，進(jìn)入輻射段1，輻射段1爐體側(cè)壁上燃燒器5通過(guò)爐襯輻射和煙氣對(duì)流傳導(dǎo)對(duì)爐管6加熱，爐管6內(nèi)發(fā)生高壓非催化合成反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物從底部出口9導(dǎo)出反應(yīng)爐，去進(jìn)一步分離產(chǎn)物；高溫?zé)煔庥蓧毫?dǎo)入沖激段，并在沖激段與進(jìn)料管線發(fā)生撞擊，沖激換熱，隨后上升進(jìn)入對(duì)流段回收余熱以產(chǎn)生蒸汽，煙氣由煙囪10排出。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公布如上，然其并非用于限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，完全可作一些等效變化和變動(dòng)，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書(shū)為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種高壓非催化二硫化碳反應(yīng)爐，具有輻射段和沖激段，沖激段位于輻射段上部，原料由沖激段進(jìn)入爐管，進(jìn)而在輻射段受熱，由輻射段底部導(dǎo)出爐子，其特征在于輻射段設(shè)置耐火爐襯，在輻射段的爐體和爐襯之間的側(cè)壁內(nèi)設(shè)置若干燃燒器，通過(guò)輻射，傳導(dǎo)，對(duì)流的方式對(duì)爐管進(jìn)行加熱，燃燒器產(chǎn)生的煙氣靠壓力導(dǎo)入沖激段，與沖激段內(nèi)的進(jìn)料爐管沖激換熱后導(dǎo)出。
2.如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)爐，其特征在于，在沖激段之后設(shè)置對(duì)流段回收煙氣中的余熱，在所述沖激段和/或?qū)α鞫卧O(shè)置耐火爐襯。
3.如權(quán)利要求1或2所述的反應(yīng)爐，其特征在于，側(cè)壁燃燒器在輻射段分層設(shè)置，各層燃燒器的數(shù)量相同或不同，優(yōu)選各層燃燒器提供的熱量與相應(yīng)位置需要的熱負(fù)荷相適應(yīng)。
4.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的反應(yīng)爐，其特征在于天然氣和液硫在沖激段不同位置進(jìn)入，天然氣經(jīng)預(yù)熱后與進(jìn)入的液硫匯合，優(yōu)選天然氣入口高于液硫入口。
5.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的反應(yīng)爐，其特征在于爐管在輻射段以排管式布置。
6.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的反應(yīng)爐，其特征在于爐管采用耐熱合金鑄管，優(yōu)選為HK40或HP40。
7.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的反應(yīng)爐，其特征在于反應(yīng)爐為梯形或箱式。
8.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的反應(yīng)爐，其特征在于所述耐火爐襯由耐火材料制備，優(yōu)選為耐火磚或耐火氈。
9.一種高壓非催化法制備二硫化碳的方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的反應(yīng)爐進(jìn)行制備。
10.如權(quán)利要求9所述的制備二硫化碳的方法，其特征在于，反應(yīng)壓力為0.6～1.35Mpa，反應(yīng)溫度為550～700度，進(jìn)料碳與硫的比例為12～3，在反應(yīng)爐內(nèi)物料的停留時(shí)間為1.5-25秒。
全文摘要
本發(fā)明所涉及一種高壓非催化天然氣法制造二硫化碳的反應(yīng)爐，所述反應(yīng)爐具有輻射段和沖激段，原料由沖激段進(jìn)入爐管預(yù)熱，進(jìn)而在輻射段受熱，由輻射段底部導(dǎo)出爐子，輻射段設(shè)置耐火爐襯，在輻射段爐體和爐襯的側(cè)壁內(nèi)設(shè)置若干燃燒器，爐膛內(nèi)的爐管主要通過(guò)受熱爐襯的熱輻射及煙氣的對(duì)流和熱傳導(dǎo)來(lái)加熱，燃燒器產(chǎn)生的煙氣靠負(fù)壓導(dǎo)入沖激段，與沖激段內(nèi)的進(jìn)料爐管沖激換熱，在沖擊段之后選擇設(shè)置對(duì)流段以回收煙氣中的余熱，回收余熱后的煙氣通過(guò)煙囪排出，本發(fā)明的反應(yīng)爐加熱均勻，熱利用率高，爐管壽命長(zhǎng)達(dá)2～10年，而且便于對(duì)生產(chǎn)能力進(jìn)行調(diào)整。
文檔編號(hào)C01B31/26GK1785802SQ20051013194
公開(kāi)日2006年6月14日 申請(qǐng)日期2005年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月22日
發(fā)明者李剛 申請(qǐng)人:遼陽(yáng)瑞興化工有限公司