本发明属于化工生产领域，具体涉及一种五硫化二磷环保节能加工工艺及设备。
背景技术：
工业五硫化二磷是重要的大吨位无机化工原料，其分子结构为p4s10，主要用于农药生产和润滑油添加剂行业：在农药生产中可用于合成马拉硫磷、毒死蜱等有机磷杀虫剂；在润滑油添加剂中，主要用于合成二烷基二硫代磷酸锌，其用量占润滑油添加剂总用量的80％。此外，五硫化二磷还可用于生产选矿剂、去除重金属和砷等有害金属杂质、制取含硫化合物等，作用广泛。近年来，由于我国各行各业尤其是汽车行业的快速发展，使五硫化二磷用量激增，每年增速达10％以上。
五硫化二磷由黄磷和硫磺合成制得，其生产工艺有气相合成法和液相合成法两种。气相合成法是先将液体硫磺和黄磷加热升华为气态的硫磺和黄磷，气态的硫磺和黄磷经流量器计量后，反应生成五硫化二磷，再冷却、结片、包装。液相合成法是将液体的黄磷和硫磺经计量器计量，在反应釜内进行反应，再经蒸馏精制、冷却结片、包装而得。
气相合成法属于气相反应，投资大、能耗高、安全风险也大；目前国内只有辽阳瑞兴一家用此工艺生产，国内其余厂家均采用液相合成法工艺。
液相合成法虽然投资小，生产过程易于控制，但也存在诸多缺陷。由于液硫和液磷的反应是剧烈的氧化还原反应，在反应过程中会释放大量的热，导致反应温度不断升高。当釜内温度在300度以上时，达到或接近单质硫、单质磷及硫磷化合物的沸点，会产生大量的硫、磷及硫磷化合物混合气体，釜内压力升高，有爆炸的危险。为避免压力过大，一般会在反应釜的盖上增加一根燃烧室导管，通过导管将釜内产生的高温气体引入燃烧室，与大气连通，以释放压力。这部份硫、磷及硫磷混合物蒸汽，在燃烧室内与空气混合，进行氧化燃烧，生成大量的五氧化二磷和二氧化硫气体，产生严重的环境污染。
可以看出，传统的液相合成工艺，一方面，由于反应过程中有一部份硫、硫混合气体逸出，物料消耗增高，生产成本增高；另一方面，需额外投资设备导出和处理气体，以达到排放标准避免污染环境。一般而言，处理分为水洗和碱洗两步，先水洗以吸收五氧化二磷，再碱洗以吸收二氧化硫，洗涤后产生的偏磷酸溶液和亚硫酸溶液，还要再次经环保装置进行处理，才能确保达标排放。综上，液相合成工艺，不仅浪费原材料，而且对环境不友好，需要额外花费大量成本进行废料处理。
因此，提供一种原材料利用率高、节能环保的五硫化二磷液相合成工艺及加工设备，具有重要的现实意义和推广价值。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种五硫化二磷环保节能加工工艺及设备。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种五硫化二磷生产设备，包括反应釜，所述反应釜设有第一进料口和第二进料口，所述反应釜上方还通过第一管道和第二管道与气相反应器连接；所述第一管道的出料口设置于反应釜顶部，所述第二管道的进料口位于第二进料口的下方。
优选的，所述反应釜还法兰连接有起密封作用的防爆垫片；所述防爆垫片的强度与反应釜的气压安全阈值相对应。
优选的，所述防爆垫片为0.5mm厚的铝片。
优选的，所述反应釜还包括防爆管，所述防爆管内设有压力传感器，所述防爆管的开口处还设有开关；所述生产设备还包括接收所述压力传感器信号并控制开关的控制器。
优选的，所述气相反应器为管状。
相应的，使用所述五硫化二磷生产设备进行的五硫化二磷加工工艺，包括如下步骤：
(1)按质量比，硫：磷＝2.58:1，称取熔硫和熔磷，所述熔硫和熔磷的纯度均＞99.9％；
(2)反应釜(1)内隔绝空气，280～510℃、0＜p≤50kpa，搅拌状态，将熔硫和熔磷缓慢投入反应釜(1)中，投料时间40～50min；投料结束，再继续搅拌反应5～10min；
(3)气相反应器(2)内维持隔绝空气状态，温度280～510℃，0＜p≤50kpa；步骤(2)反应过程中挥发和产生的蒸汽进入气相反应器(2)，进行气相合成；
(4)45～60min后，反应结束，导出物料，蒸馏精制，即得。
优选的，步骤(4)所述的蒸馏精制条件为：500～540℃、0＜p＜50kpa。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明几乎可实现对原材料的全部利用，收率极高，不仅节约成本，而且更有利于控制生产过程中原材料量的添加和比例关系，有利于控制反应的精准进行。
2、本发明无需额外增加废料处理装置，且不会向环境中排放有毒有害等物质，环境友好、节能环保。
3、本发明综合了液相合成法和气相合成法的优点，并有效规避了两者的缺陷，提供了一种全新的五硫化二磷合成方法：液相-气相联合合成法，不仅可实际应用于生产中，提高生产效率、降低生产成本，而且对同类型的生产工艺具有重要的指导意义。
附图说明
图1为现有液相合成生产五硫化二磷工艺流程图；
图2为本发明生产五硫化二磷工艺流程图；
图3为本发明加工设备结构示意图。
具体实施方式
一、加工设备
如图3所示的一种五硫化二磷生产设备，包括反应釜1，所述反应釜1设有第一进料口31和第二进料口32，分别用于投入熔硫和熔磷。当然，也可选用只有一个进料口的反应釜进行反应。所述反应釜1上方还通过第一管道61和第二管道62与气相反应器2连接。其中，第一管道61的出料口91位于反应釜1顶部，只有上溢的气体能够通过第一管道61进入气相反应器2，避免反应过程中沸腾的液相物料涌入第一管道61；第二管道62与反应釜1连接的进料口92位于第二进料口32下方，靠近第二进料口32的位置，较长的第二管道62和较低的入料口92有利于气相合成的物料充分冷却、并在重力作用下更顺利地回流到反应釜1内。
所述气相反应器2优选为管式反应器，因为管状结构简单，便于保温和恒温，也有利于合成的液相在重力作用下回流至反应釜。其中，反应生产的物料混合气体通过第一管道61进入气相反应器2，在气相反应器2内反应生产的五硫化二磷冷凝液化后，又通过管道62流回反应釜1中。
所述反应釜1还包括防爆装置。所述防爆装置可以直接设置为与反应釜1法兰连接的、起密封作用的防爆垫片，防爆垫片可以为强度不太高或尺寸不太厚的金属板，其强度与反应釜1内的气压安全阈值相对应，如0.5mm的铝板。当反应釜1内压力瞬间急剧上升时，高压气体会立即击穿防爆垫片，释放出气体和能量，达到避免爆炸的目的。防爆垫片未在附图中体现。
如图3所示，所述防爆装置还可以为防爆管4，材质为不锈钢，管内设有压力传感器7和接受压力传感器7信号的控制器5，所述防爆管4的开口处还设有受控制器5控制的开关8。开关8正常情况下处于密封状态，根据反应釜1的实际受压能力设定压力传感器7的数值，如果反应釜1内某一瞬间反应过于激烈，产生的高温气体过多、气压过大，一时无法通过第一管道61进入气相反应器2中反应、减压，那么，防爆管4内的压力传感器7接受到信号并将信号传递给控制器5，控制器5控制开关8开启，释放部分压力直到反应釜1内压力恢复安全值，压力传感器7发送信号给控制器5，控制开关8闭合。
当然，也可使用管道将防爆管4与气相反应器2相连，使过多、过热气体全部进入气相反应器2。
二、加工工艺
1、按质量比，硫：磷＝2.58:1，精准称取熔硫和熔磷，熔硫和熔磷的纯度均＞99.9％。
2、反应条件准备：调节反应釜1内恒温，温度范围控制在280～510℃；微正压，压力范围控制在0～50kpa。连接反应釜1和气相反应器2，形成一个密闭、隔绝空气的反应体系，向反应釜1内预投入0.2～0.5kg的熔磷，反应3～5min，将反应釜1和气相反应器2内存在的微量氧气反应生产五氧化二磷，再用惰性气体(如氮气)置换生成的微量五氧化二磷气体，以保证反应体系内无氧、隔绝空气的状态。因为微量的五氧化二磷气体对最终产品质量影响甚微，且用惰性气体置换生产的五氧化二磷需要额外花费成本，同时存在反应体系的角落替换不完全的可能性，所以也可不置换，让五氧化二磷保留在反应体系内；如果选择不置换，则预投入的熔磷并非额外添加，而是直接来源于步骤1称取的熔磷。
3、如图2所示，在反应釜1内进行液相合成反应：釜内保持密闭状态，280～510℃；微正压：0＜p≤50kpa，将步骤2称取的熔硫和熔磷(或经步骤2后剩余的熔磷)缓慢投入反应釜1中，单次投料时间持续40～50min；投料结束后，再持续搅拌反应5～10min，使反应体系内的物料反应充分，避免物料粘附。需要注意的是，在整个投料和反应的过程中，反应釜1的搅拌棒均处于开启状态。
4、从预投料阶段开始至最终反应结束，气相反应器2内始终维持隔绝空气状态，温度280～510℃，微正压，0＜p≤50kpa。反应釜1内、步骤3反应过程中挥发及产生的混合气体(单质磷、单质硫、三硫化四磷、七硫化四磷、九硫化四磷、五硫化二磷等)进入气相反应器2，在气相反应器2内进行气相合成。五硫化二磷沸点为515°，冷凝点为276°。所以在气相反应器2的反应条件下，所有生产的五硫化二磷均为液体状态，其在重力作用下回流至反应釜1内。未反应完全的其它混合液体回到反应釜1内后，在高温下再次挥发进入气相反应器2，在气相反应器2内重复上述反应。
5、45～60min后，反应结束，保持反应釜内搅拌状态，将物料从反应釜导入蒸馏釜内，蒸馏釜内500～540℃、常压到微正压(0～50kpa)，进行蒸馏精制，在蒸馏釜内，五硫化二磷全部转化为气态，而后再通过冷凝管等冷却为液态，去除少量无机杂质(主要为原材料中残存的铁、铝、钙、硅、镁等的氧化物杂质，沸点均在1000°以上)，获得终产物。精制后，根据国标：gb/t13258-2016，进行终产物的磷硫比测试和醇试验等，以检测终产物中五硫化二磷的纯度。再根据实际需要，进行结片、包装、入库，即可。
其中，在实际生产过程中，向反应釜1中投料是间隙的、分批次进行；但蒸馏精制过程是连续的，可以根据蒸馏釜的实际容量决定蒸馏次数。比如，反应釜1中一次性投料反应1000kg，单次反应完成、导出终产物后再进行下次投料反应；蒸馏釜容量为5000kg，可以连续不间断蒸馏4～5次反应生产的终产物。
下面结合具体的实施例，对本发明进行进一步的阐述。
实施例
1、按上述加工工艺进行五硫化二磷合成生产。采用间隙合成工艺，按质量比，硫：磷＝2.58:1，将熔硫和熔磷精准投入反应釜内，投入物料总量为1000kg。其中，熔硫和熔磷的纯度均为99.99％。
2、在物料导入蒸馏釜后，不对反应釜1和气相反应器2进行冲洗，继续按步骤1所述比例和重量进行投料，进行下一次反应。在上述同样条件下，重复生产12次，称取每次制备所得的五硫化二磷，去除12次中的第一次和最后一次数据，对剩余10次数据取平均值，即得五硫化二磷的平均重量，并可据此计算出平均收率。并根据国标：gb13258-2016，对制备的五硫化二磷进行抽样检查。结果如表1所示。
对比例
1、如图1所示，按上述加工工艺的步骤1～2进行液相合成反应，其中，反应釜不连接管式反应器，与压力平衡导管相连，反应过程中产生的物料蒸汽通过导管导出反应体系。其余反应条件与实施例完全相同。反应结束后，按实施例的方法进行蒸馏精制和目标产物称重。
2、在物料排尽后，不对反应釜进行冲洗，继续进行下一次反应。重复生产12次，称取每次制备所得的五硫化二磷，去除12次中的第一次和最后一次数据，对剩余10次数据取平均值，即得对比例的五硫化二磷的平均重量，并可据此计算出平均收率。并根据国标：gb/t13258-2016，对制备的五硫化二磷进行抽样检查。结果如表1所示。
表1实施例和对比例的结果展示
从表1可以看出，使用本发明工艺和设备制备五硫化二磷，收率明显高于现有工艺，且各项质量指标均明显优于现有技术，达到或优于国家优级品的现行标准。