作為還原氣的高純度硫磺氣體的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及化工產(chǎn)品，尤其涉及一種作為還原氣的高純度硫磺氣體的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了回收硫酸鹽礦石、硫酸鹽工業(yè)廢渣和工業(yè)廢硫酸中的硫，將其制成附加值更高的硫產(chǎn)品，常用CH4、碳、氫、硫等還原劑。現(xiàn)有工業(yè)化生產(chǎn)硫酸鹽的還原大都采用焦炭或含硫煤為還原劑，屬于固體還原劑，還原反應(yīng)為固一固反應(yīng)，且碳還原產(chǎn)物最終為C02，存在于系統(tǒng)中不僅降低了體系有用組分302摩爾濃度，還增加了碳的排放，污染環(huán)境。“以硫代碳”來(lái)實(shí)現(xiàn)硫酸鹽(MeSO4)或二氧化錳(MnO2)的還原，制取后續(xù)MeS (CaS、MgS)、MeO (CaO、Mg0、Mn0)、SO2等化工建材產(chǎn)品，已成為化工科技的發(fā)展趨勢(shì)。有不少專利和文獻(xiàn)都報(bào)道了用硫磺還原硫酸鹽的技術(shù)，硫磺還原產(chǎn)物為S02，與硫酸鹽被還原的產(chǎn)物SO2疊加，使系統(tǒng)氣相產(chǎn)物組分中302的摩爾濃度提高，對(duì)后續(xù)生產(chǎn)工藝條件優(yōu)化、裝置產(chǎn)能提高、能耗降低、成本下降極為有利，且沒(méi)有碳排放環(huán)境污染問(wèn)題。
[0003]相對(duì)于固-固反應(yīng)和液-固反應(yīng)，將硫磺制成硫磺氣體參與硫酸鹽還原反應(yīng)，在很大程度上提高了反應(yīng)速度和硫酸鹽還原效率，可達(dá)80?99.9%，且反應(yīng)條件較容易控制，是一種值得推廣的硫酸鹽還原方法。但關(guān)于如何制取氣態(tài)硫磺方面的專利和文獻(xiàn)較少。
[0004]現(xiàn)有的氣態(tài)硫磺制取通常采用傳統(tǒng)的釜式加熱法，使用燃油、天然氣或電間接加熱蒸煮使硫磺熔融氣化，存在傳熱效果差、氣化速率不穩(wěn)定、操作運(yùn)行控制困難、設(shè)備材質(zhì)要求高、容易堵塞系統(tǒng)、使用壽命短等缺陷。
[0005]申請(qǐng)?zhí)?01410089886.1的專利《一種過(guò)熱硫蒸氣制造工藝》公開(kāi)了一種采用煙道氣間接加熱液體硫磺轉(zhuǎn)化硫磺蒸氣的方法，采用分段加熱氣化，首先在熔硫槽中間接加熱熔化固體硫磺得到液態(tài)硫磺，然后使液化后的硫磺依次流經(jīng)液硫加熱器、氣化器和過(guò)熱器，與熱煙氣逆流換熱，逐漸加熱、氣化至過(guò)熱狀態(tài)，得到過(guò)熱硫蒸氣。該方法存在如下問(wèn)題:
[0006](I)缺乏液體硫橫的精制工序，液體硫橫通常含雜質(zhì)尚，容易引起管路和換熱設(shè)備結(jié)垢、堵塞；
[0007](2)液體硫磺在換熱器管內(nèi)被間接加熱氣化，管程較長(zhǎng)，系統(tǒng)停車(chē)時(shí)管內(nèi)的液體硫磺很難排放徹底，會(huì)凝固堵塞管道，且無(wú)法清除，系統(tǒng)很難長(zhǎng)周期連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行；
[0008](3)液體硫磺分?jǐn)?shù)次與熱煙氣逆流換熱，煙道氣走管外殼程，液體硫磺走管程間接加熱氣化、過(guò)熱等過(guò)程，氣化器相當(dāng)于一個(gè)換熱器結(jié)構(gòu)，設(shè)備結(jié)構(gòu)較復(fù)雜；
[0009](4)材料等級(jí)高，制造要求高，造價(jià)高:根據(jù)公開(kāi)方法中描述，氣化區(qū)域管路內(nèi)溫度在450?500 °C，則管路外溫度應(yīng)該達(dá)到500?600 °C;過(guò)熱區(qū)域管內(nèi)溫度在600?700 °C，管外煙道氣溫度應(yīng)該在700?900°C ;且煙道氣也含S02，因此與硫磺及煙道氣接觸的設(shè)備材料均需要耐硫和耐溫度要求。如此高溫的含硫介質(zhì)，對(duì)加熱管路和氣化器外殼的材料要求很高，普通不銹鋼不能使用，需要更高等級(jí)的耐高溫耐腐蝕材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的，就是為了解決上述問(wèn)題，提供一種作為還原氣的高純度硫磺氣體的制備方法。
[0011]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:一種作為還原氣的高純度硫磺氣體的制備方法，包括以下步驟:
[0012]A、熔融
[0013]將固體或液體硫磺導(dǎo)入熔硫槽加熱熔融成粗硫磺液體；
[0014]B、過(guò)濾
[0015]將步驟A所得粗硫磺液體用粗硫磺輸送泵送入硫磺過(guò)濾器過(guò)濾，得到精硫磺液體，送入精硫磺槽；
[0016]C、霧化
[0017]將步驟B所得精硫磺液體通過(guò)精硫磺輸送泵送入霧化噴頭，使精硫磺液體經(jīng)噴頭霧化；
[0018]D、氣化
[0019]將霧化的硫磺導(dǎo)入氣化器中加熱氣化，并進(jìn)一步過(guò)熱制得高溫硫磺氣體；
[0020]E^IM
[0021]將高溫硫磺氣體經(jīng)文丘里引射器引射出去作為后續(xù)工藝的還原劑。
[0022]所述熔硫槽內(nèi)設(shè)置蒸氣加熱器和攪拌器，并控制熔硫槽內(nèi)溫度大于120°C。
[0023]所述硫磺液體在輸送至霧化噴頭的過(guò)程中保持溫度在140?150°C之間。
[0024]所述硫磺過(guò)濾器選自硅藻土介質(zhì)過(guò)濾器、金屬膜過(guò)濾器或非金屬膜過(guò)濾器中的一種。
[0025]所述氣化器包括順序設(shè)置的蒸發(fā)氣化室和過(guò)熱室，蒸發(fā)氣化室和過(guò)熱室內(nèi)分別安裝有獨(dú)立的電加熱裝置；蒸發(fā)氣化室的溫度控制在450?550°C，過(guò)熱室的溫度控制在550 ?800。。。
[0026]所述氣化器尾端文丘里出口還連接惰性氣氛引入管路，通過(guò)引入惰性氣氛控制產(chǎn)品氣體中硫磺氣體組分的摩爾分率為5?100%。
[0027]所述惰性氣氛為氮?dú)?、二氧化硫或二氧化碳中的一種或其混合氣。
[0028]所述氣化器外殼采用碳鋼制作，內(nèi)襯復(fù)合保溫磚。
[0029]所述電加熱裝置的加熱元件采用碳纖維石英電熱管，并安裝在氣化器內(nèi)腔。
[0030]本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，使其與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和特占.V.
[0031]1、工藝完善，液體硫磺經(jīng)過(guò)濾精制后進(jìn)入氣化器，避免對(duì)管道和噴頭的結(jié)垢堵塞，保證長(zhǎng)期平穩(wěn)運(yùn)行。
[0032]2、硫磺氣體組分的純度可根據(jù)后續(xù)裝置還原反應(yīng)需要在5?100%任意調(diào)節(jié)，滿足不同物料還原時(shí)對(duì)硫磺氣體還原劑組分摩爾分率的需要。
[0033]3、氣化器外殼采用經(jīng)濟(jì)實(shí)用的碳鋼材料，內(nèi)襯復(fù)合保溫磚，既耐高溫又耐硫磺腐蝕；加熱元件安裝在氣化器內(nèi)腔，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備造價(jià)低。
[0034]4、氣化器的加熱元件采用碳纖維石英電熱管，升溫速度快，且熱轉(zhuǎn)換效率可達(dá)98%，節(jié)能性強(qiáng)，功率可任意調(diào)節(jié)。耐高溫達(dá)1200°C，且耐硫腐蝕，使用壽命長(zhǎng)達(dá)8000h以上。
[0035]5、工藝流程簡(jiǎn)單、操作運(yùn)行管理方便、裝置投資低、自動(dòng)化程度高。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述。
[0037]實(shí)施例1
[0038]將固體硫磺加入熔硫槽，在蒸汽盤(pán)管的加熱作用下，當(dāng)溫度加熱到大于103°C時(shí)，固體熔融變成液體，隨著溫度進(jìn)一步提高至140°C以上，液體硫磺的流動(dòng)性達(dá)到最佳狀態(tài)，經(jīng)粗硫磺輸送泵送入硫磺過(guò)濾器過(guò)濾，去除硫磺中的固體雜質(zhì)，獲得精制的液體硫磺送入精硫磺槽緩沖儲(chǔ)存，蒸汽加熱保持精硫磺槽溫度在140?150°C，再通過(guò)精硫磺輸送泵送至安裝在氣化器進(jìn)料端的霧化噴頭。
[0039]氣化器采用碳纖維石英電熱管加熱，控制內(nèi)部溫度在450?800°C。在該溫度環(huán)境下，由霧化噴頭噴出的液體硫磺霧滴首先在蒸發(fā)氣化室被加熱而迅速升溫至450?550°C成為硫磺氣體，在過(guò)熱室被進(jìn)一步加熱至550?800°C，再通過(guò)連接在氣化器尾端的文丘里引射器將氣體速度提升為20?30m/s送后續(xù)系統(tǒng)作為還原劑使用。不通入惰性氣氛，除了剛開(kāi)始設(shè)備管路系統(tǒng)有少量惰性氣氛外，正常生產(chǎn)產(chǎn)生的氣體都是純凈的硫磺氣體，氣化器出口氣體產(chǎn)物中硫磺氣體組分摩爾分率為95?100%。
[0040]系統(tǒng)運(yùn)行和溫度控制由PLC或DCS實(shí)現(xiàn)，氣化器內(nèi)部溫度與碳纖維石英電熱管的加熱量自動(dòng)控制。
[0041]實(shí)施例2
[0042]固體硫磺的加熱熔融、過(guò)濾精制、液體硫磺輸送至氣化器進(jìn)料端的霧化噴頭、氣化器結(jié)構(gòu)和操作條件同實(shí)施例1。
[0043]調(diào)節(jié)文丘里引射器出口惰性氣氛的加入比例，使產(chǎn)品氣體中硫磺氣體組分摩爾分率為50?95%，出口氣體溫度控制在450?750°C，滿足后續(xù)系統(tǒng)使用要求。
[0044]全系統(tǒng)操作運(yùn)行、溫度控制、組分加入比例和濃度控制均采用PLC或DCS自動(dòng)控制。
[0045]實(shí)施例3
[0046]采用液體硫磺為原料直接進(jìn)入恪硫槽，硫磺的加熱恪融、過(guò)濾精制、液體硫磺輸送至氣化器進(jìn)料端的霧化噴頭、氣化器結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1。
[0047]調(diào)節(jié)文丘里引射器出口的惰性氣氛的加入比例，使產(chǎn)品氣體中硫磺氣體組分摩爾分率為5?95%，出口氣體溫度控制在450?700°C，滿足后續(xù)系統(tǒng)使用要求。
[0048]全系統(tǒng)操作運(yùn)行、溫度控制、組分加入比例和濃度控制均采用PLC或DCS自動(dòng)控制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種作為還原氣的高純度硫磺氣體的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: A、熔融 將固體或液體硫磺導(dǎo)入熔硫槽加熱熔融成粗硫磺液體； B、過(guò)濾 將步驟A所得粗硫磺液體用粗硫磺輸送泵送入硫磺過(guò)濾器過(guò)濾，得到精硫磺液體，送入精硫磺槽； C、霧化 將步驟B所得精硫磺液體通過(guò)精硫磺輸送泵送入霧化噴頭，使精硫磺液體經(jīng)噴頭霧化； D、氣化 將霧化的硫磺導(dǎo)入氣化器中加熱氣化，并進(jìn)一步過(guò)熱制得高溫硫磺氣體； E、引射 將高溫硫磺氣體經(jīng)文丘里引射器引射出去作為后續(xù)工藝的還原劑。
2.如權(quán)利要求1所述作為還原氣的高純度硫磺氣體的制備方法，其特征在于，所述熔硫槽內(nèi)設(shè)置蒸氣加熱器和攪拌器，并控制熔硫槽內(nèi)溫度大于120°C。
3.如權(quán)利要求1所述作為還原氣的高純度硫磺氣體的制備方法，其特征在于，所述硫磺液體在輸送至霧化噴頭的過(guò)程中保持溫度在140?150°C之間。
4.如權(quán)利要求1所述作為還原氣的高純度硫磺氣體的制備方法，其特征在于，所述硫磺過(guò)濾器選自硅藻土介質(zhì)過(guò)濾器、金屬膜過(guò)濾器或非金屬膜過(guò)濾器中的一種。
5.如權(quán)利要求1所述的作為還原氣的高純度硫磺氣體的制備方法，其特征在于:所述氣化器包括順序設(shè)置的蒸發(fā)氣化室和過(guò)熱室，蒸發(fā)氣化室和過(guò)熱室內(nèi)分別安裝有獨(dú)立的電加熱裝置；蒸發(fā)氣化室的溫度控制在450?550°C，過(guò)熱室的溫度控制在550?800°C。
6.如權(quán)利要求1所述的作為還原氣的高純度硫磺氣體的制備方法，其特征在于:所述氣化器尾端文丘里引射器出口還連接惰性氣氛引入管路，通過(guò)引入惰性氣氛控制產(chǎn)品氣體中硫磺氣體組分的摩爾分率為5?100%。
7.如權(quán)利要求6所述的作為還原氣的高純度硫磺氣體的制備方法，其特征在于:所述惰性氣氛為氮?dú)?、二氧化硫或二氧化碳中的一種或其混合氣。
8.如權(quán)利要求5所述的作為還原氣的高純度硫磺氣體的制備方法，其特征在于:所述氣化器外殼采用碳鋼制作，內(nèi)襯復(fù)合保溫磚。
9.如權(quán)利要求5所述的作為還原氣的高純度硫磺氣體的制備方法，其特征在于:所述電加熱裝置的加熱元件采用碳纖維石英電熱管，并安裝在氣化器內(nèi)腔。
【專利摘要】一種作為還原氣的高純度硫磺氣體的制備方法，包括熔融、過(guò)濾、霧化、氣化、引射等步驟，最終得到作為還原劑使用的高溫硫磺氣體，可用于化學(xué)分解石膏制硫酸副產(chǎn)硅酸鹽水泥以及回收硫酸鹽礦石、硫酸鹽工業(yè)廢渣等。本發(fā)明的方法具有工藝簡(jiǎn)單、生成速度快、可連續(xù)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。并且可通過(guò)添加惰性氣氛對(duì)硫磺氣體的組分摩爾分率在5～100％之間調(diào)節(jié)，滿足后續(xù)裝置不同物料還原反應(yīng)的需要。
【IPC分類】C01B17-02
【公開(kāi)號(hào)】CN104555938
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510028032
【發(fā)明人】張國(guó)興, 龐仁杰, 劉景霞, 馬燦園, 陳琳玲
【申請(qǐng)人】上海三夫工程技術(shù)有限公司
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2015年1月20日