一种制备不溶性硫磺工艺装置的使用方法与流程

本发明涉及不溶性硫磺技术领域，具体涉及一种制备不溶性硫磺工艺装置的使用方法。

背景技术：

不溶性硫磺（IS）又称聚合硫，亦称μ型硫，指不溶于二硫化碳的硫磺,是硫的长链聚合物，具有化学和物理惰性。由于使用普通硫磺在橡胶的溶解度为1%，普通硫磺在橡胶中的用量超过其溶解部分在胶料冷却后会喷出表面，即喷霜。喷霜将影响半成品部件之间的黏性并对产品硫化均匀性带来不利影响，故在硫磺用量较高时宜采用不溶性硫磺，不溶性硫磺不溶于橡胶，只在混炼胶中均匀分散,制品硫化交联点均匀,用其硫化的橡胶具有最佳的不喷霜性，并能有效地防止胶料在加工过程中出现早期焦烧和增进橡胶与钢丝或化纤帘子线的粘合,是子午线轮胎生产的专用硫化剂。中国发明专利（专利号为201310511371.1，专利名称为一种制备不溶性硫磺的方法）公开了一种制备不溶性硫磺的方法，其特征是：1）熔融：将原料硫磺直接加热到280～400℃，使其熔融；2）雾化：熔融后的硫磺液体经雾化器离心雾化成10μm～50μm的硫磺雾滴；3）聚合：常温氮气经气体分配器分配后与硫磺雾滴混合；硫磺液滴在塔体上部停留2～25秒，氮气出口温度控制在180～240℃；4）急冷：聚合后的硫磺再与经冷却装置冷却到-40～0℃并经气体分配器分配后的氮气混合，进入塔体下部，在2～20秒冷却至60℃以下；5）分离包装：旋风分离，收集，包装，得到不溶性硫磺产品。中国发明专利（专利号为02157245.3，专利名称为不溶性硫磺的制备方法）公开了不溶性硫磺的制备方法，其特征是：1.一种非充油型不溶性硫磺的制备方法，其特征在于非充油型不溶性硫磺产品主要包含以下制备步骤：(1)将普通硫磺和质量百分比0.01～0.2％的复合稳定剂加入带有加热、搅拌的容器中，充入惰性气体作保护，在250～350℃的温度下恒温 10-90min，经由过热器、喷枪、雾化塔和换热器的冷却后，可得到转化率 为53～55％的不溶性硫磺粗产品；复合稳定剂由I2或Br2与橡胶促进剂DM 或DZ组成；(2)将不溶性硫磺粗产品与浸取剂按质量比1∶15～20的固液比混合，在45～80℃的温度下搅拌5～60min，趁热过滤，可得到高含量不溶性硫磺非充油型产品。

现有技术例一公开了一种制备不溶性硫磺的方法，主要制备橡胶轮胎使用的不溶性硫磺，冷却介质为液氮，工艺流程为熔融、雾化、聚合、急冷、分离包装，其关键在于如何保证熔融后的硫磺液体经雾化器离心雾化成平均粒径20μm的硫磺雾滴，为达到以上技术要求，需要保证雾化器在高温状态下依然能够可靠工作（离心雾化需要雾化器高速转动），众所周知，按照280-400℃高温的生产环境，批量产业化生产很难保证雾化器能够正常工作和保证硫磺雾滴的粒径要求；现有技术例二公开了不溶性硫磺的制备方法，主要创新点在于使用常压或低压设备完成不溶性硫磺的制备，主要生产装置为加热、搅拌的容器、过热器、喷枪、雾化塔和换热器，是与本发明最接近的技术方案，但是没有公开生产装置的细节。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种制备不溶性硫磺工艺装置的使用方法，其特征是：

步骤一、首先使用惰性气体氮气吹扫回收氮气组件、喷雾造粒塔、硫磺蒸发器，时间5-8分钟，然后向硫磺粉储罐注入硫磺粉，同时往饱和蒸汽加热盘管通入饱和蒸汽，加热饱和蒸汽加热釜体使其温度保持为180-190℃，并向热风加热夹套通入高温烟气，加热热风加热炉体使其温度达到460-480℃。

步骤二、按照设计的生产效率要求将硫磺粉匀速注入饱和蒸汽加热釜体，硫磺粉均匀落入饱和蒸汽加热盘管接触面受热，硫磺转为熔融状态，液体硫磺在蒸腾作用下沿蒸腾对流管进入分布器组件，在热风加热炉体内壁460-480℃高温加热急速气化形成气液混合物，气液混合物流体沿热风加热炉体内壁螺旋下降，液相部分在旋风分离的作用下被甩向热风加热炉体壁继续蒸发，气相部分向热风加热炉体顶部富集，未蒸发完全的液相部分富集在热风加热炉体底部经循环对流管返回饱和蒸汽加热釜体，气相部分（过热硫磺蒸汽）进入过热硫磺蒸汽中间罐储存，设置过热硫磺蒸汽中间罐储存压力为0.4MPa。

步骤三、经循环对流管返回饱和蒸汽加热釜体的硫磺流体为富集的液相的气液混合物，在饱和蒸汽加热釜体内自下而上吹扫注入的硫磺粉形成对流的混合流体，与饱和蒸汽加热盘管受热面充分接触，硫磺流体获得充分的传质传热，再经蒸腾对流管、分布器组件进入热风加热炉体形成一条闭合流体循环回路。

步骤四、过热硫磺蒸汽中间罐储存的过热硫磺蒸汽输出到喷枪组件内，过热硫磺蒸汽与液氮储罐输送来的液氮混合急冷形成氮气与硫磺聚合物混合流体，经喷枪组件的出口端喷出，氮气与硫磺聚合物混合流体高速冲刷雾化篦组件锥形篦凹凸表面激荡形成不溶性硫磺雾，经雾化篦组件的阻挡和导向，在雾化篦组件两侧喷出，方向与喷雾造粒塔体相切。在喷雾造粒塔体内与风室、布风板、风帽吹扫上来的回收氮气混合，调整好风帽与布风板的距离，并且靠近落料管周边3～4排风帽上的通风孔统一方向开孔的导向设计，氮气会沿喷雾造粒塔体内壁形成螺旋上升的风带，携带不溶性硫磺雾实现冷却、造粒、分离、输送的工艺过程：不溶性硫磺雾随氮气沿喷雾造粒塔体内壁螺旋上升的过程中，形成不断长大的颗粒并相互碰撞、摩擦失去动能，并向喷雾造粒塔体中心聚集，颗粒长大到空气动力学直径5-7mm后，在重力的作用下落入落料管进入下道工序。

步骤五，与不溶性硫磺颗粒分离后的氮气继续向上进入返料器，氮气中的硫磺细颗粒再次旋风分离返回喷雾造粒塔体内，尾气（氮气）经排气筒排出后回收，一部分氮气经换热器冷却到20-22℃温度后经罗茨风机组件输送到风室循环使用。

发明人发现，过热硫磺蒸汽可使用两段加热方式和直接加热方式获取，所述直接加热方式为硫磺粉在沸点温度以上闪蒸，即硫磺由固相直接变为气相，所述两段加热方式为先加热到熔融状态(液相)然后再加热为过热硫磺蒸汽（气相），急冷后前者的硫磺聚合体（不溶性硫）得率更高，而且前者的耗能更低。

发明人发现，本发明设计的两段加热方式分为低温段和高温段，低温段的加热介质选用饱和蒸汽，加热温度为180-190℃，高温段加热介质选用高温烟气，加热温度为460-480℃。利用蒸腾原理设计了蒸腾管和循环管来完成物料输送、传质、传热工艺操作过程。两段加热方式使硫磺以气液混合物流体形态完成传质传热工艺过程，与加热装置之间的换热方式为对流、传导，而直接加热方式（闪蒸）制取过热硫磺蒸汽的换热方式仅为传导方式，即加热装置对硫磺固体的传导加热，众所周知，流体对流换热方式较固体传导换热方式换热面积大、换热系数高、换热速率高，因此其生产方式更为节能、生产效率更高。

发明人发现，为获得不溶性硫磺含量较高、高温稳定性较好的初制不溶性硫磺产品，雾化是关键工序，通过调整导流环与锥形篦的间隙，使不溶性硫磺与氮气混合流体高速喷射，综合考虑过热硫磺蒸汽中间罐在高温状态的安全、雾化篦组件给不溶性硫磺与氮气混合流体的阻力，优选过热硫磺蒸汽输出压力为0.4Mpa，不溶性硫磺与氮气混合流体遇到锥形篦凹凸不平的表面，激荡分散为悬浮在氮气中的液滴，使急速冷却效果提高，并使初制不溶性硫磺产品得率提高。

发明人发现，由于不溶性硫磺与氮气混合流体流速较高，为防止混合流体直接落入落料管和扰动布风均匀，不溶性硫磺与氮气混合流体经雾化篦组件的挡环阻挡后向喷雾造粒塔体壁切线两侧抛射，与从雾化造粒塔底部布风板吹扫上来的回收氮气混合并沿喷雾造粒塔体壁螺旋上升。

发明人发现，造粒有利于防止不溶性硫磺向普通硫磺的转化，提高其稳定性。采用20-22℃温度的回收氮气作为不溶性硫磺冷却、保护、造粒、分离、输送的工艺操作介质是优选的技术方案，有利于回收氮气循环利用降低成本。因此在喷雾造粒塔排放出口设计一个排气筒、换热器、罗茨风机组件、风室、喷雾造粒塔体、返料器依次连接并首尾相接的闭合循环流体通道用于回收氮气，考虑到回收氮气中有微量不溶性硫磺可能堵塞流体通道，设计换热器为立式管壳式换热器，回收氮气走管程，换热器管程较高的流速冲刷使不溶性硫磺不易堵塞。

发明人发现，氮气从雾化造粒塔底部布风板吹扫上来，围绕落料管的3-4排风帽向同一个方向的开孔，导向氮气螺旋上升。从气流横截断面来观察，气流有圆周外围流速快、中心流速慢，外围较中心压力大的特征，能够驱使不断长大的不溶性硫磺颗粒抛向塔壁摩擦碰撞失去动能下落，并向中心聚集，不溶性硫磺颗粒直径长大到一定直径后在重力的作用下与氮气分离，经落料管进入下一工序。

相对于现有技术，本发明至少含有以下优点：第一，现有技术制备硫磺胶（不溶性硫磺）工艺流程为加热温度180～240℃使硫磺处于熔融状态后雾化为液滴再急冷聚合，较加热至其沸点温度以上形成过热硫磺蒸汽后迅速冷却方式制取硫磺胶（不溶性硫磺）得率低；第二，本发明制备过热硫磺蒸汽采用两段加热方式即先加热到熔融状态(液相)然后再加热为过热硫磺蒸汽（气相），急冷后获取的硫磺聚合体（不溶性硫）得率更高，耗能更低；第三，液氮（氮气）作为一种工艺过程介质完成制备不溶性硫磺所需的急速冷却、保护、雾化、造粒、输送、分离的工艺操作过程，是最理想的工艺过程介质；第四，氮气作为保护气使硫磺燃爆的可能性极低，利于安全生产；第五，通过调整导流环与锥形篦的间隙，使不溶性硫磺与氮气混合流体高速喷射，遇到锥形篦凹凸不平的表面，激荡分散为悬浮在氮气中的液滴，使急速冷却效果提高，并使初制不溶性硫磺产品得率提高；第六，造粒有利于防止不溶性硫磺向普通硫磺的转化，提高其稳定性，采用20-22℃温度的回收氮气作为不溶性硫磺冷却、保护、造粒、分离、输送的工艺操作介质是优选的技术方案，有利于回收氮气循环利用降低成本，因此在喷雾造粒塔排放出口设计一个排气筒、换热器、罗茨风机组件、风室、喷雾造粒塔体、返料器依次连接并首尾相接的闭合循环流体通道用于回收氮气，考虑到回收氮气中有微量不溶性硫磺可能堵塞流体通道，设计换热器为立式管壳式换热器，回收氮气走管程，换热器管程较高的流速冲刷使不溶性硫磺不易堵塞；第七，批量产业化生产工艺操作过程均在密闭的生产装置内进行，使污染环境的概率变得极低，也利于防止工作场所中职业病因素危害。

附图说明

图1为本发明一种制备不溶性硫磺工艺装置的使用方法的主视结构示意图。

图2为本发明一种制备不溶性硫磺工艺装置的使用方法的俯视结构示意图。

图3为本发明一种制备不溶性硫磺工艺装置的使用方法的A局部放大结构示意图。

图4为本发明一种制备不溶性硫磺工艺装置的使用方法的B-B剖面结构示意图。

图5为本发明一种制备不溶性硫磺工艺装置的使用方法的C-C剖面结构示意图。

图6为本发明一种制备不溶性硫磺工艺装置的使用方法的D局部放大结构示意图。

图7为本发明一种制备不溶性硫磺工艺装置的使用方法的E向结构示意图。

图8为本发明一种制备不溶性硫磺工艺装置的使用方法的F大样结构示意图。

图9为本发明一种制备不溶性硫磺工艺装置的使用方法的G旋转放大结构示意图。

图10为本发明一种制备不溶性硫磺工艺装置的使用方法的H局部放大结构示意图。

1－回收氮气组件 2－喷雾造粒塔 3－硫磺蒸发器

4－换热器 5－罗茨风机组件 6－落料管 7－布风板

8－风室 9－喷雾造粒塔体 10－返料器 11－排气筒

12－液氮储罐 13－喷枪组件 14－雾化篦组件 15－风帽

16－硫磺粉储罐 17－饱和蒸汽加热釜组件 18－饱和蒸汽加热釜体

19－蒸腾对流管 20－饱和蒸汽加热盘管 21－循环对流管

22－过热器 23－分布器组件 24－热风加热夹套

25－热风加热炉体 26－过热硫磺蒸汽中间罐。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对本装置做进一步的说明。

本发明如附图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10所示，一种制备不溶性硫磺工艺装置的使用方法，其特征是：步骤一、首先使用惰性气体氮气吹扫回收氮气组件1、喷雾造粒塔2、硫磺蒸发器3，时间5-8分钟，然后向硫磺粉储罐16注入硫磺粉，同时往饱和蒸汽加热盘管17通入饱和蒸汽，加热饱和蒸汽加热釜体18使其温度保持为180-190℃，并向热风加热夹套24通入高温烟气，加热热风加热炉体25使其温度达到460-480℃。

步骤二、按照设计的生产效率要求将硫磺粉匀速注入饱和蒸汽加热釜体18，硫磺粉均匀落入饱和蒸汽加热盘管20接触面受热，硫磺转为熔融状态，液体硫磺在蒸腾作用下沿蒸腾对流管19进入分布器组件23，在热风加热炉体25内壁460-480℃高温加热急速气化形成气液混合物，气液混合物流体沿热风加热炉体25内壁螺旋下降，液相部分在旋风分离的作用下被甩向热风加热炉体25壁继续蒸发，气相部分向热风加热炉体25顶部富集，未蒸发完全的液相部分富集在热风加热炉体25底部经循环对流管21返回饱和蒸汽加热釜体18，气相部分（过热硫磺蒸汽）进入过热硫磺蒸汽中间罐26储存，设置过热硫磺蒸汽中间罐26储存压力为0.4MPa。

步骤三、经循环对流管21返回饱和蒸汽加热釜体18的硫磺流体为富集的液相的气液混合物，在饱和蒸汽加热釜体18内自下而上吹扫注入的硫磺粉形成对流的混合流体，与饱和蒸汽加热盘管20受热面充分接触，硫磺流体获得充分的传质传热，再经蒸腾对流管19、分布器组件23进入热风加热炉体25形成一条闭合流体循环回路。

步骤四、过热硫磺蒸汽中间罐26储存的过热硫磺蒸汽输出到喷枪组件13内，过热硫磺蒸汽与液氮储罐12输送来的液氮混合急冷形成氮气与硫磺聚合物混合流体，经喷枪组件13的出口端喷出，氮气与硫磺聚合物混合流体高速冲刷雾化篦组件14锥形篦凹凸表面激荡形成不溶性硫磺雾，经雾化篦组件14的阻挡和导向，在雾化篦组件14两侧喷出，方向与喷雾造粒塔体9相切。在喷雾造粒塔体9内与风室8、布风板7、风帽15吹扫上来的回收氮气混合，调整好风帽15与布风板7的距离，并且靠近落料管6周边3～4排风帽15上的通风孔统一方向开孔的导向设计，氮气会沿喷雾造粒塔体9内壁形成螺旋上升的风带，携带不溶性硫磺雾实现冷却、造粒、分离、输送的工艺过程：不溶性硫磺雾随氮气沿喷雾造粒塔体9内壁螺旋上升的过程中，形成不断长大的颗粒并相互碰撞、摩擦失去动能，并向喷雾造粒塔体9中心聚集，颗粒长大到空气动力学直径5-7mm后，在重力的作用下落入落料管6进入下道工序。

步骤五，与不溶性硫磺颗粒分离后的氮气继续向上进入返料器10，氮气中的硫磺细颗粒再次旋风分离返回喷雾造粒塔体9内，尾气（氮气）经排气筒11排出后回收，一部分氮气经换热器4冷却到20-22℃温度后经罗茨风机组件5输送到风室8循环使用。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。