本发明属于二硫化碳生产技术领域，具体涉及一种二硫化碳生产系统，以及利用所述生产系统生产二硫化碳的方法。
背景技术：
二硫化碳作为一种重要的化工原料，主要作为制造黏胶纤维、玻璃纸的原材料，并且是生产人造丝、赛璐玢、四氯化碳、农药杀菌剂、橡胶助剂的原料；在生产油脂、蜡、树脂、橡胶和硫磺等产品时，二硫化碳是优良的溶剂；可用作羊毛去脂剂、衣服去渍剂、金属浮选剂、油漆和清漆的脱膜剂、航空煤油添加剂等。目前，制备二硫化碳的方法主要分为三种，其一，以木炭和硫磺反应制得，依据热源的不同又可简单分为外烧炉法和内热法，由于该方法耗费大量的木材，因此该方法应用受到限制；其二，是以焦炭等木炭替代品为原料制备二硫化碳，但是该方法造成的污染较为严重；其三，是以天然气和硫磺发生反应生产二硫化碳，目前该方法应用较为广泛。
天然气法制备二硫化碳过程中，通常都是在硫过量的条件下进行的，固态的硫经过气化，然后与甲烷在高温条件下发生反应。对于天然气法制备二硫化碳，反应炉都是工艺的关键设备，如何延长炉子使用寿命，提高二硫化碳的生产效率，都是所属领域的研究热点。
中国专利cn100503437c公布了一种高压非催化天然气法制造二硫化碳的反应炉，所述反应炉具有辐射段和冲激段，原料由冲激段进入炉管预热，进而在辐射段受热，由辐射段底部导出炉子，辐射段设置耐火炉衬，在辐射段炉体和炉衬的侧壁内设置若干燃烧器，炉膛内的炉管主要通过受热炉衬的热辐射及烟气的对流和热传导来加热，燃烧器产生的烟气靠负压导入冲激段，与冲激段内的进料炉管冲击换热，在冲激段之后选择设置对流段以回收烟气中的余热。
中国专利cn107151018a公开了一种天然气硫磺法生产二硫化碳的反应炉，其包括炉体外壳，炉体外壳顶部连接有烟囱，炉体外壳内设有呈筒状的盘管，旋转盘管的顶部设有第三进口，底部设有第三出口；炉体外壳内的底部设有燃烧器，燃烧器的中心位于旋转盘管的轴线上。
但是目前所使用的炉子都在一定程度上存在结焦容易、寿命较短等问题，因此本发明提供了一种新型二硫化碳生产系统，一定程度上抑制了反应过程的结焦问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种二硫化碳生产系统及方法，从根本上解决目前技术中存在的反应炉寿命短、反应管易于结焦、易磨损的问题。本发明提供的反应系统通过氮气控温实现反应过程的恒温，从而抑制了反应过程结焦问题的出现，并且对反应过程中产生的烟气和产品气二硫化碳附带的热量进行循环利用，提高了能源利用效率。
本发明采用的技术方案是：
一种二硫化碳生产系统，其特征在于：包括二硫化碳反应炉、电加热器、烟气换热器、产品换热器和压缩机；所述二硫化碳反应炉分为三部分，分别为第一反应室、混合分布室和第二反应室，第一反应室为双层圆筒结构，内层为加热室，加热室上部设置有烟气出口，下部设置有燃烧气体进口和燃烧器，其中燃烧器为圆柱结构，第一反应室外层上部设置为硫磺气化室，中部为混合室，下部为反应室，其中硫磺气化室上部设置有硫磺加料口，混合室侧面设置有天然气第一进气口；混合分布室上部与第一气体反应室连通，下部设置气体分布板，并与第二反应室连通，侧面设置有天然气第二进气口；第二反应室分为管程和壳程，其中管程为反应管，反应管通过连通器与气体分布板连通，并且反应管为螺旋结构，壳程侧面设置高温氮气进口和出口，第二反应室下部设置有高温产品出口，高温产品出口通过管道与产品换热器连接；
所述电加热器为圆筒结构，外层布置硅碳棒加热装置，内层为气体流通管，气体流通管与高温氮气进口连通；
所述烟气换热器为管壳式结构，壳程与反应炉烟气出口连通，管程与原料气天然气管道连通；
所述产品换热器为管壳式结构，其中管程为螺旋管式结构，二硫化碳产品从螺旋管内流过，并且螺旋管进口与产品气出口连通。
进一步地，所述燃烧器进口处设置有燃料气体和氧气混合室，并且在燃烧器上设置有燃料气体喷头，其中喷头个数为4，喷头水平夹角为40°。
进一步地，所述混合室中填充瓷球，瓷球粒径为5~8mm。
进一步地，所述反应炉第一反应室内层与外层通过高温导热砖隔开，其中高温导热砖的主要成分为sio2、al2o3、fe2o3和cao。
进一步地，所述硫磺加料口设置微热解装置和液态硫导管，其中加热温度为100~120℃。
进一步地，所述连通器为圆台型结构，上台面直径与气体分布板相同，直径为15~19cm，下台面直径与第二反应室反应管相同，并且直径为3~4cm。
进一步地，所述第二反应室内设置温度测量装置。
本发明提供了一种二硫化碳生产方法，采用上述的装置，其特征在于：包括以下步骤：
（1）从硫磺加料口将硫磺加入到硫磺气化室，并通过燃料气体进口喷入天然气和氧气混合物，在燃烧器中燃烧，使加热室温度上升，同时硫磺气化室温度升至500~600℃，使气化室中硫磺气化；
（2）从加热室出来的烟道气经过烟气出口进入到烟气换热器中的壳程，与管程的原料气天然气换热，原料天然气温度上升至400~500℃，然后分成两部分，一部分升温天然气进入混合室与气化硫磺混合均匀后，进入反应室反应生成二硫化碳，同时控制反应室的温度为500~900℃，压力为1.2~1.5mpa；另一部分升温天然气进入到混合分布室中与第一气体反应室出来的二硫化碳、气化硫混合后经过气体分布板进入第二反应室的管程，经过反应后，从高温产品出口排出；
（3）在反应过程中，通过压缩机压缩氮气，然后使氮气与产品气在产品换热器中换热后，氮气进入电加热器升温至600~800℃，然后进入第二反应室的壳程，通过控制氮气的温度控制第二反应室中二硫化碳的反应温度。
进一步地，所述步骤（1）中燃气为焦炉煤气、天然气、煤层气和液化石油气中的任意一种。
进一步地，所述步骤（1）（2）中进入反应系统的天然气与硫的摩尔比为1:2~3，并且原料天然气升温后分为两部分分别进入混合室和混合分布室的体积比为1：2。
采用本发明所述生产系统生产二硫化碳的过程如下：硫磺固体经过硫磺加料口进入气化室，部分硫发生如下反应：
s8→s6→s2
从气化室出来的气化硫与已经加热的天然气在混合室混合均匀后，进入反应室反生反应如下：
ch4+s2→cs2+h2s
另一部分天然气与第一反应室出来的二硫化碳、气化硫混合后经过气体分布板进入第二反应室的管程，在第一反应室为完全反应的气化硫与甲烷进一步反应生成二硫化碳，在此过程中通过外加氮气控制第二反应室反应温度。
在反应过程中，由于硫的变化过程为吸热反应，所以需要较多的热量，因此通过设置燃烧室为变化过程提供热量。
在反应过程中，一方面通过控制进入第一和第二反应室天然气的量控制反应的进度，甲烷与硫反应为放热反应，反应过快将会导致反应室温度急剧升高，容易造成反应管热负荷增加，导致反应管寿命减少；一方面通过外加氮气控制第二反应室温度，可以确保反应过程的恒温状态，有利于提高反应管的受热均匀度，同时可以延长炉管寿命，减少结焦产生。
与现有技术相比，本发明提供的装置和方法，带来的有益效果：
（1）采用多种方式控制反应过程的进度，从而达到控制反应区温度的目的。
（2）将内部燃烧加热与外部氮气控热相结合，使反应区受热均匀，并且实现反应区的温度可控，避免了反应炉管因为温度跳动带来的炉管寿命减少。
（3）该反应系统实现了热量的回收利用，一方面将反应炉燃烧产生的烟气用来对原料天然气加热，另一方面利用产品气携带的热量对氮气进行预热。
（4）采用的反应炉中设置混合室，并且在其中填充瓷球，能够避免未气化的硫进入反应室。
（5）第二反应区反应管采用螺旋管，可以增加反应物在反应管中的停留时间，从而提高反应产物的产率。
附图说明
图1为二硫化碳生产系统；
图2为燃烧器；
图3为连通器；
1为第一反应室、2为混合分布室、3为第二反应室，101为加热室，102为烟气出口、103为燃烧器、104为硫磺气化室、105为混合室、106为反应室、107为硫磺加料口、108为天然气第一进气口、103-1为喷头、103-2为混合室、103-3为燃烧气混合气导管、201为气体分布板、202为天然气第二进气口、301为管程、302为壳程、303为高温氮气进口、304为氮气出口、305为高温产品出口、306为连通器、307为上台面、308为下台面、4为电加热器、5为烟气换热器、501为烟气出口、502为天然气进口、6为产品换热器、601为低温产品出口、7为压缩机、701为氮气进口、8为测温装置。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。
实施例
一种二硫化碳生产系统，其特征在于：包括二硫化碳反应炉、电加热器、烟气换热器、产品换热器和压缩机；所述二硫化碳反应炉分为三部分，分别为第一反应室、混合分布室和第二反应室，第一反应室为双层圆筒结构，内层为加热室，加热室上部设置有烟气出口，下部设置有燃烧气体进口和燃烧器，其中燃烧器为圆柱结构，第一反应室外层上部设置为硫磺气化室，中部为混合室，下部为反应室，其中硫磺气化室上部设置有硫磺加料口，混合室侧面设置有天然气第一进气口；混合分布室上部与第一气体反应室连通，下部设置气体分布板，并与第二反应室连通，侧面设置有天然气第二进气口；第二反应室分为管程和壳程，其中管程为反应管，反应管通过连通器与气体分布板连通，并且反应管为螺旋结构，壳程侧面设置高温氮气进口和出口，第二反应室下部设置有高温产品出口，高温产品出口通过管道与产品换热器连接；
所述电加热器为圆筒结构，外层布置硅碳棒加热装置，内层为气体流通管，气体流通管与高温氮气进口连通；
所述烟气换热器为管壳式结构，壳程与反应炉烟气出口连通，管程与原料气天然气管道连通；
所述产品换热器为管壳式结构，其中管程为螺旋管式结构，二硫化碳产品从螺旋管内流过，并且螺旋管进口与产品气出口连通。
所述燃烧器进口处设置有燃料气体和氧气混合室，并且在燃烧器上设置有燃料气体喷头，其中喷头个数为4，喷头水平夹角为40°。
上述系统中，所述混合室中填充瓷球，瓷球粒径为5~8mm。
上述系统中，所述反应炉第一反应室内层与外层通过高温导热砖隔开，其中高温导热砖的主要成分为sio2、al2o3、fe2o3和cao。
上述系统中，所述硫磺加料口设置微热解装置和液态硫导管，其中加热温度为100~120℃。
上述系统中，所述连通器为圆台型结构，上台面直径与气体分布板相同，直径为15~19cm；下台面直径与第二反应室反应管相同，并且直径为3~4cm。
上述系统中，所述第二反应室内设置温度测量装置。
上述发明提供的二硫化碳生产系统的具体实现方法如下：
首先，将硫磺加料口将硫磺加入到硫磺气化室，并通过燃料气体进口喷入天然气和氧气混合物，在燃烧器中燃烧，使加热室温度上升，同时硫磺气化室温度升至500~600℃，使气化室中硫磺气化；
然后从加热室出来的烟道气经过烟气出口进入到烟气换热器中的壳程，与管程的原料气天然气换热，原料天然气温度上升至500℃，然后分成两部分，按体积分为1:2，体积较少部分升温天然气进入混合室与气化硫磺混合均匀后，进入反应室反应生成二硫化碳，同时控制反应室的温度为500℃，压力为1.2mpa；另一部分升温天然气进入到混合分布室中与第一气体反应室出来的二硫化碳、气化硫混合后经过气体分布板进入第二反应室的管程，控制反应过程温度为800℃，经过反应后，从高温产品出口排出；
其中在反应过程中，通过压缩机压缩氮气，然后使氮气与产品气在产品换热器中换热后，氮气进入电加热器升温至800℃，然后进入第二反应室的壳程，通过控制氮气的温度控制第二反应室中二硫化碳的反应温度。
从产品换热器中出来的产品气经过净化得到产品二硫化碳。