專利名稱：二硫化碳反應爐的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種二硫化碳生產(chǎn)裝置以及該裝置的建造。
背景技術：
現(xiàn)有技術中利用固體碳生產(chǎn)二硫化碳的反應設備主要有普通反應爐和分體式反應爐兩種。普通反應爐也就是傳統(tǒng)的二硫化碳反應甑，它是將木炭預熱后加入反應爐內(nèi)，再將固體硫磺加熱液化后通入反應爐底部，在反應爐內(nèi)繼續(xù)加熱至反應溫度，促使硫與碳反應生成二硫化碳，在反應過程中視反應情況再添加木炭或硫磺。由于生產(chǎn)二硫化碳的反應必須在密閉條件下進行，一是為了保持爐溫；二是防止氣體泄漏。而每次添料都必須開爐，因而，會影響爐內(nèi)反應的正常進行。另外，這類爐子預熱溫度較低，通常木炭只能預熱至400攝氏度左右，硫磺預熱至60攝氏度左右，相對于爐內(nèi)850-920℃的反應溫度仍然較冷，易于造成爐溫波動。
由于上述原因，導致了產(chǎn)品精度低、能耗大、經(jīng)濟效益差等缺陷。另外這種二硫化碳反應爐還存在著爐溫升溫慢，燃料消耗大，廢氣、廢渣等對環(huán)境造成嚴重污染等一系列問題。
針對上述傳統(tǒng)技術的不足加以改進的技術方案有分室反應爐和分體式二硫化碳反應爐，前者如中國專利98246451.7公開的“全封閉氣化反應爐”。它是將爐身內(nèi)腔用一封閉隔板分隔為氣化室和反應室。這種爐身設置解決了硫磺預熱溫度不足的缺陷，但帶來了爐體結構復雜，生產(chǎn)安裝及檢修困難等問題。分體式反應爐是將氣化室或木炭預熱室與反應室分別設置。如中國專利93203383.0公開的“雙向、雙氣化室反應甑”；中國專利99244788.7公開的“生產(chǎn)二硫化碳用的分體式反應爐”均采用將硫磺氣化室與反應室分開設置并相互連通的分體式結構，這種裝置解決了硫磺氣化不充分和預熱溫度低的不足，使硫磺原料在預熱階段即充分氣化而且預熱溫度接近或達到800攝氏度以上的反應溫度，但是如果碳原料的預熱溫度不同步提高，前述傳統(tǒng)技術中存在的缺陷仍難以完全克服。中國專利97242427.x公開的“一種生產(chǎn)二硫化碳的無蒸氣脫硫反應爐”，該方案將木炭烘干爐設置于反應爐一側，二者連為一體，解決了木炭含水量大，燃紅碳難度高的問題，但對于碳原料預熱溫度低的問題未提出解決辦法。
以上技術方案均是針對碳原料為木炭時設計的。目前我國年產(chǎn)20多萬噸二硫化碳絕大多數(shù)采用木炭法生產(chǎn)，要消耗上百萬噸木材，隨著國家對森林限伐政策的實施，木炭資源日益減少，價格逐年上漲，直接影響到二硫化碳工業(yè)的發(fā)展。但另一方面，我國煤炭資源豐富，若能充分利用現(xiàn)有煤炭資源開發(fā)特殊品種的半焦、焦炭等代替木炭法生產(chǎn)二硫化碳，每年不僅為國家節(jié)省大量木材，保護了生態(tài)環(huán)境，而且對于二硫化碳工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
利用半焦或焦粉生產(chǎn)二硫化碳的工藝中，碳材料的預熱是一個重要環(huán)節(jié)，該工藝要求碳材料預熱至600-800℃以上，方能達到較為理想的反應結果。因此，現(xiàn)有技術將碳材料低溫預熱后，直接加入反應爐內(nèi)再升溫到反應溫度的方法已不能適用于該工藝要求。
現(xiàn)有生產(chǎn)二硫化碳的裝置存在的另一個問題是金屬內(nèi)爐體的腐蝕。目前普遍使用的生產(chǎn)二硫化碳的反應爐爐體結構如圖5所示，該爐體有一個鑄鐵或鑄鋼材料制成的金屬內(nèi)爐體201，在內(nèi)爐體外有一層耐火材料層202用以保護其免遭高溫火焰的直接烘烤。為了避免內(nèi)爐體熱脹冷縮造成耐火材料層202裂縫或塌落，在內(nèi)爐體與耐火材料保護層之間留有一個空隙203。這種結構的爐體存在的主要問題是第一，由于內(nèi)爐體為金屬材料制作，使用期間，爐內(nèi)反應溫度通常都在850℃以上，再加高濃度活性硫的存在，使得內(nèi)爐體內(nèi)壁金屬極容易遭受硫化侵蝕；第二，內(nèi)爐體外壁溫度更高達1000℃以上同時還遭受氧化侵蝕，因而，內(nèi)爐體在硫化與氧化的內(nèi)外夾擊下平均使用壽命只有7個月左右。每更換一次設備，約需兩個月的時間，造成設備不能連續(xù)生產(chǎn)，大大降低了生產(chǎn)效率。第三，耐火材料保護層與內(nèi)爐體之間的空隙層阻礙了熱傳遞的順利進行，增加了熱能損耗，提高了生產(chǎn)成本。
中國專利92112153.9公開了一種“二硫化碳反應甑”，該專利是為了克服金屬內(nèi)爐體腐蝕而設計的。反應甑用不定型耐火材料或不定型耐火材料加耐火纖維所制造的甑壁所構成。甑壁用不定形耐火材料高鋁澆料或磷酸鹽結合澆注料加鋼纖維澆注而成，表面涂刷有耐高溫涂料。這種爐體的不足之處是耐火材料澆注的大型殼體在高溫下易于產(chǎn)生裂縫，且爐體內(nèi)的鋼纖骨料在長時間的高溫下容易軟化，造成內(nèi)爐體坍塌，因而在實踐中難以實施。
現(xiàn)有技術的第三方面不足是，加熱方式不合理。目前所使用的加熱方式是由煤炭直接從爐體底部燃燒，內(nèi)爐體四周加熱的方式。所用燃料為炭塊，燃料消耗大，價格高，燃燒不充分，浪費嚴重，而且爐溫也不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決了上述現(xiàn)有技術中二硫化碳反應裝置存在的原材料預熱不充分，內(nèi)爐體腐蝕嚴重，使用壽命短，加熱方式不合理，爐溫不穩(wěn)定，燃料浪費嚴重等問題，設計了一種二硫化碳反應裝置。該裝置可使原料碳與硫充分預熱至達到或接近反應溫度，徹底解決了內(nèi)爐體腐蝕的問題，改善了燃燒方式。
本發(fā)明的二硫化碳反應爐，包括有內(nèi)爐體，在內(nèi)爐體外部有一個由耐火材料構成的外爐體，內(nèi)爐體與外爐體之間為加熱室燃燒室，所述的內(nèi)爐體是由耐火材料砌筑成的。
上述二硫化碳反應爐，在內(nèi)爐體周邊設置有由耐火材料砌筑的硫磺氣化爐和碳材料預熱爐，其中硫磺氣化爐與內(nèi)爐體的底部通過硫蒸氣導管相連。
所述的二硫化碳反應爐，其中內(nèi)爐體、硫磺氣化爐和碳材料預熱爐分別被外墻體分隔構成三個獨立的加熱爐。
所述的二硫化碳反應爐，其中有一個主煙道分別與內(nèi)爐體、硫磺氣化爐、碳材料預熱爐的加熱室相連，主煙道的起始端與一個燃煤氣爐相連。
所述的二硫化碳反應爐，主煙道與硫磺氣化爐、內(nèi)爐體、碳材料預熱爐的加熱燃燒室之間分別設有調(diào)節(jié)插板。
所述的二硫化碳反應爐，內(nèi)爐體、硫磺氣化爐和碳材料預熱爐底部分別設置有加熱室。
所述的二硫化碳反應爐，其中內(nèi)爐體、硫磺氣化爐和碳材料預熱爐均為圓柱體形狀。
本發(fā)明的二硫化碳反應爐采用耐火材料砌筑，完全避免了使用金屬爐體存在的硫化與氧化腐蝕破壞，以及由此造成的爐體損耗和更換爐體的時間損耗，爐體壽命可連續(xù)使用五年以上，既節(jié)省了大量的爐體材料，又提高了反應爐的利用率，大大提高了生產(chǎn)效率及經(jīng)濟效益。由于采用了耐火材料內(nèi)爐體，使得爐溫可以提高，同時提高了硫磺與碳材料的預熱溫度，有利于化學反應的進行和提高收率。由于爐體成了單層結構，減少了熱傳遞損失和提高了熱效率，可節(jié)省大約四分之一的燃料。
本發(fā)明的二硫化碳反應爐，將內(nèi)爐體、硫磺氣化爐和碳材料預熱爐分列設置，可使原材料硫磺和固體碳材料在進入反應爐之前即分別加以氣化/預熱，并且使上述原料的溫度達到或接近800℃以上的反應溫度時再進入反應爐進行反應，爐內(nèi)反應溫度均勻，硫蒸氣均衡地分布與擴散，而且，大部分以反應活性態(tài)S2的形式存在，與碳材料進行較為充分的接觸，從而提高了反應速度和產(chǎn)品收率以及原材料反應的完全性。大大減少了未反應硫磺蒸汽的再回收數(shù)量，降低了回收成本。
反應爐熱源采用燃煤氣爐通過總火道進入各加熱爐，提高了熱效率；使用末煤為燃料，大大降低了燃料成本。由外墻體將反應爐、硫磺氣化爐和碳材料預熱爐分隔設置，構成三個獨立的加熱爐，有利于各爐根據(jù)需要調(diào)整爐溫。
在各爐體下部分別設置了單獨的加熱室，當燃煤氣爐進行檢修或發(fā)生故障時，啟用各自的加熱室，可保證生產(chǎn)的正常進行。
以下結合附圖對本發(fā)明作詳細描述。


圖1是本發(fā)明的二硫化碳反應爐爐體外部結構示意2是圖1A-A剖示3是圖2B-B剖示4是圖2C-C剖示5是傳統(tǒng)二硫化碳反應爐內(nèi)爐體結構示意中 1-燃煤氣爐 2-主火道 3-清灰口 4-爐條/爐箅 5(5a、5b、5c)-分火道 6-爐底座 7-爐壁 8-頂蓋 9-加炭口 10-二硫化碳出口 11-出渣頸 12-人工加煤口 13-尾氣煙道 14-分煙道 15-保溫外墻體 16-硫蒸汽導管 17-出炭口 18-預熱加炭口 19-加硫口 20-插板口 21-硫磺氣化爐 22-內(nèi)爐體 23-碳材料預熱爐 24-加熱燃燒室具體實施方式
參照附圖，本發(fā)明的二硫化碳反應爐包括內(nèi)爐體22，在內(nèi)爐體22的一側有一個硫磺氣化爐21，兩個爐體的底部通過一個硫蒸汽導管16連通。在內(nèi)爐體22的另一側有一個碳材料預熱爐23，三者并排設置。上述三個爐體或其中兩個或者只有內(nèi)爐體22由耐火材料砌筑而成。本實施例的二硫化碳反應爐由耐高溫的硅磚為基本材料用耐火泥粘接材料砌筑而成，其中硅磚與耐火泥均采用普通工業(yè)窯爐用硅磚和耐火泥。當然也可使用其它耐火材料磚，比如高鋁磚等。爐體尺寸為高4m，直徑0.8m的圓柱體形狀，有利于爐內(nèi)溫度趨于均衡和爐體的穩(wěn)固性，內(nèi)爐體下部有一個金屬底座6，爐壁7采用單層或雙層磚結構。上述內(nèi)爐體也可砌成其它形狀，比如截面為橢圓形、矩形、或外形為球體、扁平形等亦在本發(fā)明的權利范圍之內(nèi)。三個爐體頂部分別加有頂蓋，其中內(nèi)爐體22的頂蓋8上有兩個帽口，一個是加炭口9，另一個是二硫化炭出口10，所述頂蓋采用高溫陶瓷燒制或金屬材料鑄造均可。在三個爐體的外側砌筑保溫外墻體15，所述爐體與保溫外墻體15之間的空間或稱夾套構成加熱燃燒室24，燃煤氣爐1產(chǎn)生的高溫煙火通過主火道2，分火道5(5a、5b、5c)進入加熱燃燒室24將爐體從外部燒熱至高溫，從而使爐體內(nèi)部溫度隨之升高并保持在二硫化碳生成的最佳溫度點范圍內(nèi)。所述燃煤氣爐采用市售普通燃煤氣爐，規(guī)格視爐子本身所需熱量確定。
實際使用中，由于反應爐、硫磺氣化爐及碳材料預熱爐三者所需的溫度范圍不同，因而，將三個爐體由保溫外墻體15分隔為三個獨立的爐子，如圖2所示結構。主火道2分別與三個分火道5(5a、5b、5c)及其相連的加熱燃燒室24相連，在每一個分火道5(5a、5b、5c)上有一個調(diào)節(jié)插板，用以調(diào)節(jié)爐體溫度。在主火道上還有一個插板口20。
另外，每一個爐體都有自己獨立的加熱燃燒室，當燃煤氣爐檢修或發(fā)生故障時，關閉插板口20，啟動各自的燃燒系統(tǒng)進行加熱，可以保證反應爐正常生產(chǎn)。
如果使用煤氣加熱，則可以省略主火道及燃煤氣爐，直接將煤氣管通入分火道或各爐體的加熱燃燒室點燃即可。這里的主火道可以解釋為主煤氣管道。
工作時，首先將燃煤氣爐1點燃，高溫火焰通過主火道2分別進入三個分火道5(5a、5b、5c)及各自的加熱燃燒室，對各爐體進行加熱。殘余煙氣通過分煙道14及尾氣煙道13排出。爐溫升至800℃以上時，先后將碳材料和硫磺分別從頂部的預熱加炭口18和加硫口19放入碳材料預熱爐23和硫磺氣化爐21并加熱，首先將加熱至600-800℃以上的碳材料從出炭口17處取出并從反應爐上部的加炭口9放入反應爐內(nèi)，然后將硫磺氣化爐底部的硫蒸氣導管的開關/插板打開，高溫硫磺蒸氣通過底部的硫蒸氣導管16進入內(nèi)爐體22底部與高溫碳材料接觸并開始反應生成二硫化碳。內(nèi)爐體22內(nèi)部的溫度保持在850-920℃或高于920℃溫度，氣體二硫化碳從反應爐上部的出口10排出進入二硫化碳收集裝置進行回收、精餾。內(nèi)爐體22中反應剩余殘渣通過出渣頸11排出。清灰口3用于清除主火道及各爐體加熱燃燒室中的灰份。
如遇燃煤氣爐檢修或出現(xiàn)故障，關閉插板口20，啟動各爐的加熱燃燒室，此時通過人工加煤口12添加燃料，殘渣通過爐條/爐箅4及清灰口3清除。
實施例1取硅磚，規(guī)格為6×25×40厘米，按上述方法建造內(nèi)爐體，硫磺氣化爐，碳材料預熱爐三個爐體，直徑0.8米，高4米。保溫外墻體厚度0.5米，二噸燃煤氣爐，主火道直徑一米，加溫6-8小時，爐內(nèi)溫度至700℃時，取半焦840公斤放入碳材料預熱爐內(nèi)預熱約2小時，碳材料溫度達到或接近700℃時，取硫磺3000公斤，分批從加硫口加入硫磺氣化爐內(nèi)，同時將預熱后的碳材料從出炭口取出后通過內(nèi)爐體上部的加炭口放入爐內(nèi)繼續(xù)加熱，此時，硫磺氣化爐內(nèi)的硫磺已有部分氣化，并接近600℃溫度，打開硫蒸氣導管上的開關，高溫硫蒸氣進入內(nèi)爐體內(nèi)與高溫碳材料接觸，內(nèi)爐體反應溫度保持在880-930℃，生成的二硫化碳從上部二硫化碳出口排出進入精餾器。24小時后共收得3060Kg二硫化碳。反應過程進入正常時，碳材料預熱爐溫度爐壁溫度保持在1000℃左右，硫磺氣化爐爐壁溫度保持在700℃左右，內(nèi)爐體爐壁溫度保持在1100℃左右。根據(jù)反應進行情況，分批加入碳材料和硫磺，保持反應的持續(xù)進行。
實施例2上述反應爐，加入90.75Kg焦粉，3000Kg硫磺分批加入，反應24小時，共收3025Kg二硫化碳。
實施例3反應爐體為橢圓形，長軸1米，短軸0.5米，高1.8米，硫磺氣化爐為圓柱體，高1.8米，半徑0.5米，上述二爐體均采用高鋁磚砌筑成型。碳材料預熱爐為圓形鑄鐵爐體，半徑0.6米，高1.8米。
實施例4上例3中的反應爐爐體為球形。球直徑0.8米，底部為一球缺形狀固定在爐底座上。上部有爐帽。
權利要求
1.一種二硫化碳反應爐，包括有內(nèi)爐體(22)，內(nèi)爐體外部有一個由耐火材料構成的保溫外墻體(15)，在內(nèi)爐體(22)與保溫外墻體(15)之間為加熱燃燒室(24)，其特征在于所述內(nèi)爐體(22)是由耐火材料砌筑成的。
2.按照權利要求1的二硫化碳反應爐，其特征在于所述內(nèi)爐體(22)周邊設置有由耐火材料砌筑的硫磺氣化爐(21)和碳材料預熱爐(23)，其中硫磺氣化爐(21)與內(nèi)爐體(22)的底部通過硫蒸氣導管(16)相連。
3.按照權利要求2的二硫化碳反應爐，其特征在于內(nèi)爐體(22)、硫磺氣化爐(21)和碳材料預熱爐(23)分別被保溫外墻體分隔構成三個獨立的加熱爐。
4.按照權利要求1、2或3所述的二硫化碳反應爐，其特征在于有一個主火道(2)分別與內(nèi)爐體(22)、硫磺氣化爐(21)、碳材料預熱爐(23)的分火道(5)及各自的加熱燃燒室(24)相連，主火道(2)的起始端與一個燃煤氣爐(1)相連。
5.按照權利要求4的二硫化碳反應爐，其特征在于主火道(2)與各分火道間分別設有調(diào)節(jié)插板。
6.按照權利要求2或3的二硫化碳反應爐，其特征在于內(nèi)爐體(22)、硫磺氣化爐(21)和碳材料預熱爐(23)底部分別設置有加熱室。
7.按照權利要求2或3的二硫化碳反應爐，其特征在于各爐燃燒室分別與煤氣管相連。
8.按照權利要求1、2或3所述的二硫化碳反應爐，其特征在于所述內(nèi)爐體(22)、硫磺氣化爐(21)和碳材料預熱爐(23)均為圓柱體形狀。
全文摘要
本發(fā)明的二硫化碳反應爐，包括有內(nèi)爐體，在內(nèi)爐體外部有一個由耐火材料構成的外爐體，內(nèi)爐體與外爐體之間為加熱室，所述的內(nèi)爐體是由耐火材料砌筑成的。在內(nèi)爐體周邊設置有由耐火材料砌筑的硫磺氣化爐和碳材料預熱爐，其中硫磺氣化爐與內(nèi)爐體的底部通過硫蒸氣導管相連。本發(fā)明的二硫化碳反應爐完全消除了內(nèi)爐體硫化與氧化腐蝕，提高了爐體壽命。原料分別高溫預熱加快了反應速度和提高了產(chǎn)品收率。采用燃煤氣爐通過主火道與各爐相通進行加熱。節(jié)省了燃料，有利于爐溫穩(wěn)定。
文檔編號C01B31/26GK1440927SQ0311206
公開日2003年9月10日 申請日期2003年3月28日 優(yōu)先權日2003年3月28日
發(fā)明者孔慶然 申請人:孔慶然