专利名称：二硫化碳反应炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种二硫化碳生产装置以及该装置的建造。
背景技术：
现有技术中利用固体碳生产二硫化碳的反应设备主要有普通反应炉和分体式反应炉两种。普通反应炉也就是传统的二硫化碳反应甑，它是将木炭预热后加入反应炉内，再将固体硫磺加热液化后通入反应炉底部，在反应炉内继续加热至反应温度，促使硫与碳反应生成二硫化碳，在反应过程中视反应情况再添加木炭或硫磺。由于生产二硫化碳的反应必须在密闭条件下进行，一是为了保持炉温；二是防止气体泄漏。而每次添料都必须开炉，因而，会影响炉内反应的正常进行。另外，这类炉子预热温度较低，通常木炭只能预热至400摄氏度左右，硫磺预热至60摄氏度左右，相对于炉内850-920℃的反应温度仍然较冷，易于造成炉温波动。
由于上述原因，导致了产品精度低、能耗大、经济效益差等缺陷。另外这种二硫化碳反应炉还存在着炉温升温慢，燃料消耗大，废气、废渣等对环境造成严重污染等一系列问题。
针对上述传统技术的不足加以改进的技术方案有分室反应炉和分体式二硫化碳反应炉，前者如中国专利98246451.7公开的“全封闭气化反应炉”。它是将炉身内腔用一封闭隔板分隔为气化室和反应室。这种炉身设置解决了硫磺预热温度不足的缺陷，但带来了炉体结构复杂，生产安装及检修困难等问题。分体式反应炉是将气化室或木炭预热室与反应室分别设置。如中国专利93203383.0公开的“双向、双气化室反应甑”；中国专利99244788.7公开的“生产二硫化碳用的分体式反应炉”均采用将硫磺气化室与反应室分开设置并相互连通的分体式结构，这种装置解决了硫磺气化不充分和预热温度低的不足，使硫磺原料在预热阶段即充分气化而且预热温度接近或达到800摄氏度以上的反应温度，但是如果碳原料的预热温度不同步提高，前述传统技术中存在的缺陷仍难以完全克服。中国专利97242427.x公开的“一种生产二硫化碳的无蒸气脱硫反应炉”，该方案将木炭烘干炉设置于反应炉一侧，二者连为一体，解决了木炭含水量大，燃红碳难度高的问题，但对于碳原料预热温度低的问题未提出解决办法。
以上技术方案均是针对碳原料为木炭时设计的。目前我国年产20多万吨二硫化碳绝大多数采用木炭法生产，要消耗上百万吨木材，随着国家对森林限伐政策的实施，木炭资源日益减少，价格逐年上涨，直接影响到二硫化碳工业的发展。但另一方面，我国煤炭资源丰富，若能充分利用现有煤炭资源开发特殊品种的半焦、焦炭等代替木炭法生产二硫化碳，每年不仅为国家节省大量木材，保护了生态环境，而且对于二硫化碳工业的可持续发展具有重要意义。
利用半焦或焦粉生产二硫化碳的工艺中，碳材料的预热是一个重要环节，该工艺要求碳材料预热至600-800℃以上，方能达到较为理想的反应结果。因此，现有技术将碳材料低温预热后，直接加入反应炉内再升温到反应温度的方法已不能适用于该工艺要求。
现有生产二硫化碳的装置存在的另一个问题是金属内炉体的腐蚀。目前普遍使用的生产二硫化碳的反应炉炉体结构如图5所示，该炉体有一个铸铁或铸钢材料制成的金属内炉体201，在内炉体外有一层耐火材料层202用以保护其免遭高温火焰的直接烘烤。为了避免内炉体热胀冷缩造成耐火材料层202裂缝或塌落，在内炉体与耐火材料保护层之间留有一个空隙203。这种结构的炉体存在的主要问题是第一，由于内炉体为金属材料制作，使用期间，炉内反应温度通常都在850℃以上，再加高浓度活性硫的存在，使得内炉体内壁金属极容易遭受硫化侵蚀；第二，内炉体外壁温度更高达1000℃以上同时还遭受氧化侵蚀，因而，内炉体在硫化与氧化的内外夹击下平均使用寿命只有7个月左右。每更换一次设备，约需两个月的时间，造成设备不能连续生产，大大降低了生产效率。第三，耐火材料保护层与内炉体之间的空隙层阻碍了热传递的顺利进行，增加了热能损耗，提高了生产成本。
中国专利92112153.9公开了一种“二硫化碳反应甑”，该专利是为了克服金属内炉体腐蚀而设计的。反应甑用不定型耐火材料或不定型耐火材料加耐火纤维所制造的甑壁所构成。甑壁用不定形耐火材料高铝浇料或磷酸盐结合浇注料加钢纤维浇注而成，表面涂刷有耐高温涂料。这种炉体的不足之处是耐火材料浇注的大型壳体在高温下易于产生裂缝，且炉体内的钢纤骨料在长时间的高温下容易软化，造成内炉体坍塌，因而在实践中难以实施。
现有技术的第三方面不足是，加热方式不合理。目前所使用的加热方式是由煤炭直接从炉体底部燃烧，内炉体四周加热的方式。所用燃料为炭块，燃料消耗大，价格高，燃烧不充分，浪费严重，而且炉温也不稳定。
发明内容
本发明解决了上述现有技术中二硫化碳反应装置存在的原材料预热不充分，内炉体腐蚀严重，使用寿命短，加热方式不合理，炉温不稳定，燃料浪费严重等问题，设计了一种二硫化碳反应装置。该装置可使原料碳与硫充分预热至达到或接近反应温度，彻底解决了内炉体腐蚀的问题，改善了燃烧方式。
本发明的二硫化碳反应炉，包括有内炉体，在内炉体外部有一个由耐火材料构成的外炉体，内炉体与外炉体之间为加热室燃烧室，所述的内炉体是由耐火材料砌筑成的。
上述二硫化碳反应炉，在内炉体周边设置有由耐火材料砌筑的硫磺气化炉和碳材料预热炉，其中硫磺气化炉与内炉体的底部通过硫蒸气导管相连。
所述的二硫化碳反应炉，其中内炉体、硫磺气化炉和碳材料预热炉分别被外墙体分隔构成三个独立的加热炉。
所述的二硫化碳反应炉，其中有一个主烟道分别与内炉体、硫磺气化炉、碳材料预热炉的加热室相连，主烟道的起始端与一个燃煤气炉相连。
所述的二硫化碳反应炉，主烟道与硫磺气化炉、内炉体、碳材料预热炉的加热燃烧室之间分别设有调节插板。
所述的二硫化碳反应炉，内炉体、硫磺气化炉和碳材料预热炉底部分别设置有加热室。
所述的二硫化碳反应炉，其中内炉体、硫磺气化炉和碳材料预热炉均为圆柱体形状。
本发明的二硫化碳反应炉采用耐火材料砌筑，完全避免了使用金属炉体存在的硫化与氧化腐蚀破坏，以及由此造成的炉体损耗和更换炉体的时间损耗，炉体寿命可连续使用五年以上，既节省了大量的炉体材料，又提高了反应炉的利用率，大大提高了生产效率及经济效益。由于采用了耐火材料内炉体，使得炉温可以提高，同时提高了硫磺与碳材料的预热温度，有利于化学反应的进行和提高收率。由于炉体成了单层结构，减少了热传递损失和提高了热效率，可节省大约四分之一的燃料。
本发明的二硫化碳反应炉，将内炉体、硫磺气化炉和碳材料预热炉分列设置，可使原材料硫磺和固体碳材料在进入反应炉之前即分别加以气化/预热，并且使上述原料的温度达到或接近800℃以上的反应温度时再进入反应炉进行反应，炉内反应温度均匀，硫蒸气均衡地分布与扩散，而且，大部分以反应活性态S2的形式存在，与碳材料进行较为充分的接触，从而提高了反应速度和产品收率以及原材料反应的完全性。大大减少了未反应硫磺蒸汽的再回收数量，降低了回收成本。
反应炉热源采用燃煤气炉通过总火道进入各加热炉，提高了热效率；使用末煤为燃料，大大降低了燃料成本。由外墙体将反应炉、硫磺气化炉和碳材料预热炉分隔设置，构成三个独立的加热炉，有利于各炉根据需要调整炉温。
在各炉体下部分别设置了单独的加热室，当燃煤气炉进行检修或发生故障时，启用各自的加热室，可保证生产的正常进行。
以下结合附图对本发明作详细描述。
图1是本发明的二硫化碳反应炉炉体外部结构示意2是图1A-A剖示3是图2B-B剖示4是图2C-C剖示5是传统二硫化碳反应炉内炉体结构示意中 1-燃煤气炉 2-主火道 3-清灰口 4-炉条/炉箅 5(5a、5b、5c)-分火道 6-炉底座 7-炉壁 8-顶盖 9-加炭口 10-二硫化碳出口 11-出渣颈 12-人工加煤口 13-尾气烟道 14-分烟道 15-保温外墙体 16-硫蒸汽导管 17-出炭口 18-预热加炭口 19-加硫口 20-插板口 21-硫磺气化炉 22-内炉体 23-碳材料预热炉 24-加热燃烧室具体实施方式
参照附图，本发明的二硫化碳反应炉包括内炉体22，在内炉体22的一侧有一个硫磺气化炉21，两个炉体的底部通过一个硫蒸汽导管16连通。在内炉体22的另一侧有一个碳材料预热炉23，三者并排设置。上述三个炉体或其中两个或者只有内炉体22由耐火材料砌筑而成。本实施例的二硫化碳反应炉由耐高温的硅砖为基本材料用耐火泥粘接材料砌筑而成，其中硅砖与耐火泥均采用普通工业窑炉用硅砖和耐火泥。当然也可使用其它耐火材料砖，比如高铝砖等。炉体尺寸为高4m，直径0.8m的圆柱体形状，有利于炉内温度趋于均衡和炉体的稳固性，内炉体下部有一个金属底座6，炉壁7采用单层或双层砖结构。上述内炉体也可砌成其它形状，比如截面为椭圆形、矩形、或外形为球体、扁平形等亦在本发明的权利范围之内。三个炉体顶部分别加有顶盖，其中内炉体22的顶盖8上有两个帽口，一个是加炭口9，另一个是二硫化炭出口10，所述顶盖采用高温陶瓷烧制或金属材料铸造均可。在三个炉体的外侧砌筑保温外墙体15，所述炉体与保温外墙体15之间的空间或称夹套构成加热燃烧室24，燃煤气炉1产生的高温烟火通过主火道2，分火道5(5a、5b、5c)进入加热燃烧室24将炉体从外部烧热至高温，从而使炉体内部温度随之升高并保持在二硫化碳生成的最佳温度点范围内。所述燃煤气炉采用市售普通燃煤气炉，规格视炉子本身所需热量确定。
实际使用中，由于反应炉、硫磺气化炉及碳材料预热炉三者所需的温度范围不同，因而，将三个炉体由保温外墙体15分隔为三个独立的炉子，如图2所示结构。主火道2分别与三个分火道5(5a、5b、5c)及其相连的加热燃烧室24相连，在每一个分火道5(5a、5b、5c)上有一个调节插板，用以调节炉体温度。在主火道上还有一个插板口20。
另外，每一个炉体都有自己独立的加热燃烧室，当燃煤气炉检修或发生故障时，关闭插板口20，启动各自的燃烧系统进行加热，可以保证反应炉正常生产。
如果使用煤气加热，则可以省略主火道及燃煤气炉，直接将煤气管通入分火道或各炉体的加热燃烧室点燃即可。这里的主火道可以解释为主煤气管道。
工作时，首先将燃煤气炉1点燃，高温火焰通过主火道2分别进入三个分火道5(5a、5b、5c)及各自的加热燃烧室，对各炉体进行加热。残余烟气通过分烟道14及尾气烟道13排出。炉温升至800℃以上时，先后将碳材料和硫磺分别从顶部的预热加炭口18和加硫口19放入碳材料预热炉23和硫磺气化炉21并加热，首先将加热至600-800℃以上的碳材料从出炭口17处取出并从反应炉上部的加炭口9放入反应炉内，然后将硫磺气化炉底部的硫蒸气导管的开关/插板打开，高温硫磺蒸气通过底部的硫蒸气导管16进入内炉体22底部与高温碳材料接触并开始反应生成二硫化碳。内炉体22内部的温度保持在850-920℃或高于920℃温度，气体二硫化碳从反应炉上部的出口10排出进入二硫化碳收集装置进行回收、精馏。内炉体22中反应剩余残渣通过出渣颈11排出。清灰口3用于清除主火道及各炉体加热燃烧室中的灰份。
如遇燃煤气炉检修或出现故障，关闭插板口20，启动各炉的加热燃烧室，此时通过人工加煤口12添加燃料，残渣通过炉条/炉箅4及清灰口3清除。
实施例1取硅砖，规格为6×25×40厘米，按上述方法建造内炉体，硫磺气化炉，碳材料预热炉三个炉体，直径0.8米，高4米。保温外墙体厚度0.5米，二吨燃煤气炉，主火道直径一米，加温6-8小时，炉内温度至700℃时，取半焦840公斤放入碳材料预热炉内预热约2小时，碳材料温度达到或接近700℃时，取硫磺3000公斤，分批从加硫口加入硫磺气化炉内，同时将预热后的碳材料从出炭口取出后通过内炉体上部的加炭口放入炉内继续加热，此时，硫磺气化炉内的硫磺已有部分气化，并接近600℃温度，打开硫蒸气导管上的开关，高温硫蒸气进入内炉体内与高温碳材料接触，内炉体反应温度保持在880-930℃，生成的二硫化碳从上部二硫化碳出口排出进入精馏器。24小时后共收得3060Kg二硫化碳。反应过程进入正常时，碳材料预热炉温度炉壁温度保持在1000℃左右，硫磺气化炉炉壁温度保持在700℃左右，内炉体炉壁温度保持在1100℃左右。根据反应进行情况，分批加入碳材料和硫磺，保持反应的持续进行。
实施例2上述反应炉，加入90.75Kg焦粉，3000Kg硫磺分批加入，反应24小时，共收3025Kg二硫化碳。
实施例3反应炉体为椭圆形，长轴1米，短轴0.5米，高1.8米，硫磺气化炉为圆柱体，高1.8米，半径0.5米，上述二炉体均采用高铝砖砌筑成型。碳材料预热炉为圆形铸铁炉体，半径0.6米，高1.8米。
实施例4上例3中的反应炉炉体为球形。球直径0.8米，底部为一球缺形状固定在炉底座上。上部有炉帽。
权利要求
1.一种二硫化碳反应炉，包括有内炉体(22)，内炉体外部有一个由耐火材料构成的保温外墙体(15)，在内炉体(22)与保温外墙体(15)之间为加热燃烧室(24)，其特征在于所述内炉体(22)是由耐火材料砌筑成的。
2.按照权利要求1的二硫化碳反应炉，其特征在于所述内炉体(22)周边设置有由耐火材料砌筑的硫磺气化炉(21)和碳材料预热炉(23)，其中硫磺气化炉(21)与内炉体(22)的底部通过硫蒸气导管(16)相连。
3.按照权利要求2的二硫化碳反应炉，其特征在于内炉体(22)、硫磺气化炉(21)和碳材料预热炉(23)分别被保温外墙体分隔构成三个独立的加热炉。
4.按照权利要求1、2或3所述的二硫化碳反应炉，其特征在于有一个主火道(2)分别与内炉体(22)、硫磺气化炉(21)、碳材料预热炉(23)的分火道(5)及各自的加热燃烧室(24)相连，主火道(2)的起始端与一个燃煤气炉(1)相连。
5.按照权利要求4的二硫化碳反应炉，其特征在于主火道(2)与各分火道间分别设有调节插板。
6.按照权利要求2或3的二硫化碳反应炉，其特征在于内炉体(22)、硫磺气化炉(21)和碳材料预热炉(23)底部分别设置有加热室。
7.按照权利要求2或3的二硫化碳反应炉，其特征在于各炉燃烧室分别与煤气管相连。
8.按照权利要求1、2或3所述的二硫化碳反应炉，其特征在于所述内炉体(22)、硫磺气化炉(21)和碳材料预热炉(23)均为圆柱体形状。
全文摘要
本发明的二硫化碳反应炉，包括有内炉体，在内炉体外部有一个由耐火材料构成的外炉体，内炉体与外炉体之间为加热室，所述的内炉体是由耐火材料砌筑成的。在内炉体周边设置有由耐火材料砌筑的硫磺气化炉和碳材料预热炉，其中硫磺气化炉与内炉体的底部通过硫蒸气导管相连。本发明的二硫化碳反应炉完全消除了内炉体硫化与氧化腐蚀，提高了炉体寿命。原料分别高温预热加快了反应速度和提高了产品收率。采用燃煤气炉通过主火道与各炉相通进行加热。节省了燃料，有利于炉温稳定。
文档编号C01B31/26GK1440927SQ0311206
公开日2003年9月10日 申请日期2003年3月28日 优先权日2003年3月28日
发明者孔庆然 申请人:孔庆然