专利名称：不溶性硫磺的制备方法及生产装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是化学类中一般方法及所用的装置技术领域。
不溶性硫磺，学名为硫的均聚物，又称聚合硫，简称IS。一般用作橡胶的硫化剂。特别在钢丝子午线轮胎及其他橡胶复合制品中是首选的硫化剂。
早在1827年，Dums将硫的熔体喷入水中，得到一种塑性硫，即聚合硫的一种。Betthlot于1857年在电解正硫酸水溶液时，也发现了硫的聚合体。实验室得到的这些聚合硫都难以保证其聚合态，容易还原为低分子斜方硫。自本世纪50年代以后的美国、英国、德国，60年代以后的前苏联、日本以及东欧的波兰、罗马尼亚和捷克等国家都对IS进行了研究开发，由于IS生产存在着燃烧、爆炸、静电、腐蚀等危险，至今只有美国Stauffer公司取得成功，其商品Crys-tex产品已转手荷兰AKZO公司经营。
在中国，化工部北京橡胶工业研究设计院于1974年开始IS制备技术研究，先后用干法、湿法、熔融法、气化法制出了含量为55％的IS的产品。目前，只有上海京海化工总公司能稳定生产中高品位的IS产品。
现代汽车工业尤其是钢丝子午线轮胎生产的发展，对IS的高含量、高热稳定性两项主要技术指标的要求更高，而Crystes或京海产品已满足不了需要。
中国专利86104945“生产氢氧化物……硫磺的方法”所公开的以硫化物水溶液和氧气或空气为原料生产氢氧化物……和硫磺的方法，而不是不溶性硫磺。
有关IS的专利文献及报导很少。
本发明的目的，在于排除高温、高压、易燃、易爆、易腐蚀、易污染的生产条件。
本发明的目的，还在于有效克服国内外IS产品铁离子含量高、酸值高，而含量低、高热稳定性差的不足之处；本发明的目的，还在于突破性的解决CS2在液固气三相分离因难和回收率低的难题；本发明的目的，还在于打破长期以来人们认为气相法优于溶融法制备IS的偏见。
本发明的目的，就是采取低温熔融法制备高稳定，高抗热，高含量的不溶性硫磺；本发明的目的，还在于提供一套适应于上述方法和工艺条件的生产装置。
本发明的上述目的，是采用下列技术方案实现的以硫磺为主要原料，用CS2作萃取剂，采取低温溶融方法， 经过选料、加热熔融、低位反应，升温处理，氮气保护、干燥、粉碎、萃取、水溶、高速搅拌等工艺流程制备充油型不溶性硫磺，在低位反应器中的溶体中，加入稳定剂 在萃取后的CS2混合液中加入FH-800添加剂 适应工艺流程的生产装置包括加热炉(1)、低位反应器(2)、稳定剂罐(3)、淬冷液罐(4)、稳定池(5)、固化器(6)、粉碎机(7)、蒸馏塔(8)、冷凝器(9)、贮罐(10)、CS2泵(11)、溶剂泵(12)(13)(14)、溶剂罐(15)、蒸馏塔(16)、干燥器(17)、粉碎机(18)、抽检室(19)、普通硫粉槽(20)、非充油IS槽(21)、充油搅拌机(22)、充油型IS槽(23)。
本发明的目的，还可以通过其它措施达到选用99.9％的硫磺为主要生产原料；原料在加热炉(1)中，逐渐升温熔融，至120℃时，保持6-8小时，送入低位反应器(2)；于低位反应器(2)中的熔体中，加入0.1-0.5％的稳定剂 ＝R’并升温至400±20℃，保持20-40分钟。
硫磺熔体在氮化保护下由反应器(2)送入稳定池(5)，稳定池中含有0.4-0.7％的R-OH水溶液稳定5-30分钟出料；由固化器(6)干燥固化后，经粉碎机(7)粉碎80-100目；在蒸馏塔(8)中萃取，用泵(11)抽取贮罐(10)中的CS2打入蒸馏塔中以淹没硫磺300mm为宜，40分钟后打入FH-800添加剂 打入量占CS2总量的4％，搅动10分钟。
将蒸馏塔(8)中的混合液排入蒸馏塔(16)中，用95℃水浴15分钟，CS2全部回收后停止水浴；从蒸馏塔(16)底部排出后，经干燥粉碎至100目，为非充油溶性硫磺，再经充油搅拌器(22)，加入分散剂壬基聚氧乙烯醚，通过高速搅拌制成充油型不溶性硫磺；全套装置合理安装配置外，夹套水温加热的蒸馏塔(8)(16)为主要设备。
按照上术技术方案和措施实现的本发明，具有以下明显特点1、彻底解决了国内外在生产不溶性硫磺过程中的燃烧、爆炸、腐蚀、毒性、污染、静电等危害。
2、克服了国内外IS产品中铁离子含量高、酸值高、高热稳定值低，及液固气三相分离CS2困难和回收率低的难题。
3、实践证明，打破了长期以来人们认为气相法优于熔融法的偏见。
4、衡量IS两项重要指标，即高热稳定性，高含量等，均优于国内外同类产品。
下表为不同产品的热稳定值比较表
表1-1
表1-2
表1-3
实施例7配制4％Ti，2％Hf，20％Pb其余为Sn的活性钎料，采用如实施例1所示的程序制备钎料并实施焊接，材料为氧化铝陶瓷，真空度为0.1Torr，冷却后获得了牢固的焊接接头。
实施例8及比较例(试验条件Sialon/Sialon陶瓷，900℃×30min，四点弯曲强度
国内常规分离CS2硫磺溶液的方法是用夹套传热，但因硫磺导热系数较小，传热性能差，再加上CS2在蒸馏过程中带走大量热量，使操作温度处于不稳定状态。当CS2和硫磺溶液的周边部分受到95℃左右热，蒸发出CS2后，周边变的粘稠或坚硬，这层硫磺阻碍了热量向液体内部传递，从而导致在一定时间内无法将CS2从硫磺中全部蒸馏出，也增加了硫磺从罐体内的出料难度，即是出料后也将造成严重污染，其CS2的回收率只能达到55-65％左右。
国外大量的专利和文献资料对硫磺和CS2溶液分离方法报道的甚少，即是报道也是轻描淡写一掩而过，针对国际化工领域在生产不溶性硫磺过程中所遇到的难点，我们做了大量的实验，研制出一种符合国际环境保护无污染的廉价的FH-800型萃取添加剂，分子式为 (-R，-R’为烷基，为芳烃基)沸点为250℃，在常规设备不改变的情况下，蒸馏回收CS2时加入总量的8％即可使CS2回收率提高至78-96％，硫磺型状变为直径8mm的球状小颗粒，全部处于松散状态，这样就极大的提高了出料速率。
FH-800添加剂的作用机理是在CS2与FH-800互溶情况下，均匀分布于硫磺与CS2溶液中，当水浴时，由于FH-800能快速的向硫磺及溶液传递热量，CS2很快被蒸发完毕，而留在硫磺内部的FH-800不溶于硫磺，存在于它的间隙中，因CS2在蒸发时，硫磺分子且有范德力的作用，使吸附和凝聚的颗粒逐渐增大，当增大到8mm(直径)时，由于FH-800的润滑隔离，硫磺颗粒引力与其它颗粒引力达到平衡，使其之间不再有粘连的现象产生。
硫磺在150℃-400℃时，由S8环状结构断裂为长短不一的纯线型分子，当链长达到某一长度时，链分离出双端自由基，此时用较为活泼的稳定剂同长链双端自由基结合，封锁链端，使其在100-115℃下无回转现象。
国内其它厂家采用FCI3和HNO3和碘等作为稳定剂，其设备腐蚀较为严重，产品酸值高，铁离子含量高。
本发明采用 产品酸值低微，PH值几乎呈中性，无腐蚀，产品铁离子含量低。以下由对此数据可以看出，按HG/T2525-93检测，国内产品酸度为0.047，富华酸度为0.0005，低于国内其它厂家100倍，而G/T2525-93标准酸度应小于0.05。因此本稳定剂无腐蚀。又因 无毒，沸点高，不易燃等，所以它也不污染环境。
图2是硫在不同温度下，加与不加稳定剂IS含量曲线图另外，按本工艺生产的不溶性硫磺在子午线轮胎的生产过程中能抑制产生亚硝胺的作用。众所周知，亚硝胺是一种致癌物质，为了改善环境，防止污染，我们在不溶性硫磺中加入了一定量的添加剂，在添加剂的分于中存在着一种较活泼的易被打开的双键，这种双键能在常温及100℃时与NOx形成较为稳定的硝基化合物。这样就避免了亚硝基同仲胺类的结合，从而不仅破坏了N—亚硝胺的生成，而且也使胺在硫化过程中能较好地同其它物质产生结合，此时的不溶性硫磺以自己恰至好处的链长同橡胶及其它助剂结合形成新的络合物，这种络合物就是橡胶硫化过程中的硫化促进剂。
国内一般在IS粉碎之后直接加入环烷油或芳烃油，但由于生产工艺不同，硫磺小颗粒的结构也不同，国内目前大部分采用酸，卤化物或过氧化物作为稳定剂，IS经粉碎后，表面结构致密坚硬，空隙较少，充油后，IS的比较面积小，吸附力弱，再加上IS与IS颗粒之间有分子力的存在，致使IS成团状，因IS对油的吸附力已达到饱和，使多余的油渗出团状表面。
而本工艺生产的IS，颗粒透气性高，比表面积大，颗粒内部存在丰富的毛细孔，对油的吸附率高，容量大，油中加入分散剂壬基酚氧已烯醚充入硫磺后，使颗粒与颗粒之间作用力减小，在油的润滑与隔离下，使其分散性有了极大的提高。
权利要求
1.一种不溶性硫磺的制备方法及生产装置，其特征在于以硫磺为主要原料，IS用CS2作萃取剂，采取低温熔融方法，经过选料、加热熔融，低位反应、升温处理，氮气保护、干燥、粉碎、萃取、水浴、高速搅拌等工艺流程，制备充油型不溶性硫磺，在低位反应器中的熔体中，加入稳定剂 在萃取后的CS2混合液中，加入FH-800添加剂 适应工艺流程的生产装置包括加热炉(1)、低位反应器(2)、稳定剂罐(3)、淬冷液罐(4)、稳定池(5)、固化器(6)、粉碎机(7)、蒸馏塔(8)、冷凝器(9)、贮罐(10)、CS2泵(11)、溶剂泵(12)(13)(14)、溶剂罐(15)、蒸馏塔(16)、干燥器(17)、粉碎机(18)、抽检室(19)、普通硫粉槽(20)、非充油IS槽(21)、充油搅拌机(22)、充油型IS槽(23)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于选用99.9％的硫磺作为主要生产原料。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于原料在加热炉(1)中，逐渐升温熔融，至120℃时，保持6-8小时后送入低位反应器(2)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于于低位反应器(2)中的熔体中，加入0.1-0.5的稳定剂 并升温400±20℃，保持20-40分钟。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于硫磺熔体在氮气保护下由反应器(2)送入稳定池(5)，稳定池中含有0.4-0.7％的R-OH水溶液，稳定5-30分钟出料。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于由固化器(6)干燥固化后，经粉碎机(7)粉碎至80-100目。
7，根据权利要求1所述的方法，其特征在于在蒸馏塔(8)中萃取，用泵(11)抽取贮罐(10)中的CS2打入蒸馏塔中，打入量以淹没硫磺300mm为宜，40分钟后再加入FH-800添加剂 加入量占CS2总量的4％，搅拌10分钟。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于将蒸馏塔(8)中的混合液排入蒸馏塔(16)中，用95℃水浴15分钟，CS2全部回收后停止水浴。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于从蒸馏塔(16)底部排出后，经干燥粉碎至100目，为非充油不溶性硫磺，再经充油搅拌器(22)，加入分散剂壬基酸聚氧乙烯醚，通过高速搅拌，制成充油型不溶性硫磺。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于有两个夹套水温加热的蒸馏塔(8)和(16)。
全文摘要
一种不溶性硫磺的制备方法及生产装置，涉及一般化学方法及装置技术领域。以99.9％硫磺为主要原料，用CS
文档编号C01B17/12GK1146424SQ9611089
公开日1997年4月2日 申请日期1996年8月8日 优先权日1996年8月8日
发明者赵水斌 申请人:赵水斌