作為還原氣的高純度硫磺氣體的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及化工產品，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】
[0002]為了回收硫酸鹽礦石、硫酸鹽工業廢渣和工業廢硫酸中的硫，將其制成附加值更高的硫產品，常用CH4、碳、氫、硫等還原劑。現有工業化生產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，還原反應為固一固反應，且碳還原產物最終為C02，存在于系統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，污染環境。“以硫代碳”來實現硫酸鹽(MeSO4)或二氧化錳(MnO2)的還原，制取后續MeS (CaS、MgS)、MeO (CaO、Mg0、Mn0)、SO2等化工建材產品，已成為化工科技的發展趨勢。有不少專利和文獻都報道了用硫磺還原硫酸鹽的技術，硫磺還原產物為S02，與硫酸鹽被還原的產物SO2疊加，使系統氣相產物組分中302的摩爾濃度提高，對后續生產工藝條件優化、裝置產能提高、能耗降低、成本下降極為有利，且沒有碳排放環境污染問題。
[0003]相對于固-固反應和液-固反應，將硫磺制成硫磺氣體參與硫酸鹽還原反應，在很大程度上提高了反應速度和硫酸鹽還原效率，可達80?99.9%，且反應條件較容易控制，是一種值得推廣的硫酸鹽還原方法。但關于如何制取氣態硫磺方面的專利和文獻較少。
[0004]現有的氣態硫磺制取通常采用傳統的釜式加熱法，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、氣化速率不穩定、操作運行控制困難、設備材質要求高、容易堵塞系統、使用壽命短等缺陷。
[0005]申請號201410089886.1的專利《一種過熱硫蒸氣制造工藝》公開了一種采用煙道氣間接加熱液體硫磺轉化硫磺蒸氣的方法，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硫磺，然后使液化后的硫磺依次流經液硫加熱器、氣化器和過熱器，與熱煙氣逆流換熱，逐漸加熱、氣化至過熱狀態，得到過熱硫蒸氣。該方法存在如下問題:
[0006](I)缺乏液體硫橫的精制工序，液體硫橫通常含雜質尚，容易引起管路和換熱設備結垢、堵塞；
[0007](2)液體硫磺在換熱器管內被間接加熱氣化，管程較長，系統停車時管內的液體硫磺很難排放徹底，會凝固堵塞管道，且無法清除，系統很難長周期連續穩定運行；
[0008](3)液體硫磺分數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、過熱等過程，氣化器相當于一個換熱器結構，設備結構較復雜；
[0009](4)材料等級高，制造要求高，造價高:根據公開方法中描述，氣化區域管路內溫度在450?500 °C，則管路外溫度應該達到500?600 °C;過熱區域管內溫度在600?700 °C，管外煙道氣溫度應該在700?900°C ;且煙道氣也含S02，因此與硫磺及煙道氣接觸的設備材料均需要耐硫和耐溫度要求。如此高溫的含硫介質，對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，需要更高等級的耐高溫耐腐蝕材料。
【發明內容】
[0010]本發明的目的，就是為了解決上述問題，提供一種作為還原氣的高純度硫磺氣體的制備方法。
[0011]為了達到上述目的，本發明采用了以下技術方案: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入熔硫槽加熱熔融成粗硫磺液體；
[0014]B、過濾
[0015]將步驟A所得粗硫磺液體用粗硫磺輸送泵送入硫磺過濾器過濾，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精硫磺輸送泵送入霧化噴頭，使精硫磺液體經噴頭霧化；
[0018]D、氣化
[0019]將霧化的硫磺導入氣化器中加熱氣化，并進一步過熱制得高溫硫磺氣體；
[0020]E^IM
[0021]將高溫硫磺氣體經文丘里引射器引射出去作為后續工藝的還原劑。
[0022]所述熔硫槽內設置蒸氣加熱器和攪拌器，并控制熔硫槽內溫度大于120°C。
[0023]所述硫磺液體在輸送至霧化噴頭的過程中保持溫度在140?150°C之間。
[0024]所述硫磺過濾器選自硅藻土介質過濾器、金屬膜過濾器或非金屬膜過濾器中的一種。
[0025]所述氣化器包括順序設置的蒸發氣化室和過熱室，蒸發氣化室和過熱室內分別安裝有獨立的電加熱裝置；蒸發氣化室的溫度控制在450?550°C，過熱室的溫度控制在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，通過引入惰性氣氛控制產品氣體中硫磺氣體組分的摩爾分率為5?100%。
[0027]所述惰性氣氛為氮氣、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，內襯復合保溫磚。
[0029]所述電加熱裝置的加熱元件采用碳纖維石英電熱管，并安裝在氣化器內腔。
[0030]本發明由于采用了以上技術方案，使其與現有技術相比，具有以下的優點和特占.V.
[0031]1、工藝完善，液體硫磺經過濾精制后進入氣化器，避免對管道和噴頭的結垢堵塞，保證長期平穩運行。
[0032]2、硫磺氣體組分的純度可根據后續裝置還原反應需要在5?100%任意調節，滿足不同物料還原時對硫磺氣體還原劑組分摩爾分率的需要。
[0033]3、氣化器外殼采用經濟實用的碳鋼材料，內襯復合保溫磚，既耐高溫又耐硫磺腐蝕；加熱元件安裝在氣化器內腔，結構簡單，設備造價低。
[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，且熱轉換效率可達98%，節能性強，功率可任意調節。耐高溫達1200°C，且耐硫腐蝕，使用壽命長達8000h以上。
[0035]5、工藝流程簡單、操作運行管理方便、裝置投資低、自動化程度高。
【具體實施方式】
[0036]下面通過實施例對本發明進行具體描述。
[0037]實施例1
[0038]將固體硫磺加入熔硫槽，在蒸汽盤管的加熱作用下，當溫度加熱到大于103°C時，固體熔融變成液體，隨著溫度進一步提高至140°C以上，液體硫磺的流動性達到最佳狀態，經粗硫磺輸送泵送入硫磺過濾器過濾，去除硫磺中的固體雜質，獲得精制的液體硫磺送入精硫磺槽緩沖儲存，蒸汽加熱保持精硫磺槽溫度在140?150°C，再通過精硫磺輸送泵送至安裝在氣化器進料端的霧化噴頭。
[0039]氣化器采用碳纖維石英電熱管加熱，控制內部溫度在450?800°C。在該溫度環境下，由霧化噴頭噴出的液體硫磺霧滴首先在蒸發氣化室被加熱而迅速升溫至450?550°C成為硫磺氣體，在過熱室被進一步加熱至550?800°C，再通過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送后續系統作為還原劑使用。不通入惰性氣氛，除了剛開始設備管路系統有少量惰性氣氛外，正常生產產生的氣體都是純凈的硫磺氣體，氣化器出口氣體產物中硫磺氣體組分摩爾分率為95?100%。
[0040]系統運行和溫度控制由PLC或DCS實現，氣化器內部溫度與碳纖維石英電熱管的加熱量自動控制。
[0041]實施例2
[0042]固體硫磺的加熱熔融、過濾精制、液體硫磺輸送至氣化器進料端的霧化噴頭、氣化器結構和操作條件同實施例1。
[0043]調節文丘里引射器出口惰性氣氛的加入比例，使產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，滿足后續系統使用要求。
[0044]全系統操作運行、溫度控制、組分加入比例和濃度控制均采用PLC或DCS自動控制。
[0045]實施例3
[0046]采用液體硫磺為原料直接進入恪硫槽，硫磺的加熱恪融、過濾精制、液體硫磺輸送至氣化器進料端的霧化噴頭、氣化器結構同實施例1。
[0047]調節文丘里引射器出口的惰性氣氛的加入比例，使產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，滿足后續系統使用要求。
[0048]全系統操作運行、溫度控制、組分加入比例和濃度控制均采用PLC或DCS自動控制。
【主權項】
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入熔硫槽加熱熔融成粗硫磺液體； B、過濾 將步驟A所得粗硫磺液體用粗硫磺輸送泵送入硫磺過濾器過濾，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精硫磺輸送泵送入霧化噴頭，使精硫磺液體經噴頭霧化； D、氣化 將霧化的硫磺導入氣化器中加熱氣化，并進一步過熱制得高溫硫磺氣體； E、引射 將高溫硫磺氣體經文丘里引射器引射出去作為后續工藝的還原劑。
2.如權利要求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，所述熔硫槽內設置蒸氣加熱器和攪拌器，并控制熔硫槽內溫度大于120°C。
3.如權利要求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程中保持溫度在140?150°C之間。
4.如權利要求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，所述硫磺過濾器選自硅藻土介質過濾器、金屬膜過濾器或非金屬膜過濾器中的一種。
5.如權利要求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置的蒸發氣化室和過熱室，蒸發氣化室和過熱室內分別安裝有獨立的電加熱裝置；蒸發氣化室的溫度控制在450?550°C，過熱室的溫度控制在550?800°C。
6.如權利要求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，通過引入惰性氣氛控制產品氣體中硫磺氣體組分的摩爾分率為5?100%。
7.如權利要求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:所述惰性氣氛為氮氣、二氧化硫或二氧化碳中的一種或其混合氣。
8.如權利要求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，內襯復合保溫磚。
9.如權利要求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，可用于化學分解石膏制硫酸副產硅酸鹽水泥以及回收硫酸鹽礦石、硫酸鹽工業廢渣等。本發明的方法具有工藝簡單、生成速度快、可連續化生產等優點。并且可通過添加惰性氣氛對硫磺氣體的組分摩爾分率在5～100％之間調節，滿足后續裝置不同物料還原反應的需要。
【IPC分類】C01B17-02
【公開號】CN104555938
【申請號】CN201510028032
【發明人】張國興, 龐仁杰, 劉景霞, 馬燦園, 陳琳玲
【申請人】上海三夫工程技術有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月20日