本發(fā)明涉及二硫化碳生產(chǎn)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于天然氣硫磺法生產(chǎn)二硫化碳的二硫化碳反應(yīng)爐。

背景技術(shù)：

二硫化碳是一種廣泛應(yīng)用于人造纖維、玻璃紙、化工、農(nóng)藥、橡膠、冶金、煉油等工業(yè)部門的重要化工原料。工業(yè)上通常采用硫磺與木炭、焦炭、天然氣或丙烯等含碳物質(zhì)通過化學(xué)反應(yīng)制取。木炭法和焦炭法都是間歇生產(chǎn)，在加炭、加硫、清渣等操作中不可避免地外排有毒有害廢氣、廢渣，2013年5月1日起實(shí)施的《二硫化碳行業(yè)準(zhǔn)入條件》要求淘汰污染嚴(yán)重、工藝落后的木炭法、焦炭法間歇生產(chǎn)裝置；鼓勵(lì)采用先進(jìn)的天然氣法生產(chǎn)工藝。目前天然氣法成為二硫化碳的主要生產(chǎn)方法。

國(guó)內(nèi)外天然氣法工藝技術(shù)主要有以下幾種：一是fmc技術(shù)，該技術(shù)以硅膠為催化劑，在480～650℃、0.5mpa條件下，使甲烷氣在兩個(gè)串聯(lián)的固定床反應(yīng)器中進(jìn)行硫化反應(yīng)。反應(yīng)物經(jīng)兩步反應(yīng)除去過硫，再用油吸收分離h2s，最后用蒸餾法精制得到二硫化碳成品。轉(zhuǎn)化率為85％～90％(以甲烷計(jì))。副產(chǎn)h2s(0.9th2s/t.cs2)，用克勞斯法回收硫，再作為原料使用。

二是改進(jìn)fmc技術(shù)，在480～650℃、1.0～1.8mpa，無催化劑條件下，在固定床反應(yīng)器中進(jìn)行硫化反應(yīng)。用冷凝法去除反應(yīng)物中過剩的硫，剩余物直接進(jìn)分離塔分出h2s，再用精餾塔精制得到二硫化碳成品。轉(zhuǎn)化率為97％(以甲烷計(jì))。

三是stauffer技術(shù)，在600～650℃、0.5～0.8mpa，無催化劑條件下，天然氣在兩個(gè)串聯(lián)的反應(yīng)器中進(jìn)行硫化反應(yīng)。用冷凝洗滌法去除反應(yīng)物中過剩硫，剩余反應(yīng)物經(jīng)初凝后，不凝氣進(jìn)油吸收系統(tǒng)分出h2s，送克勞斯裝置回收硫。冷凝液進(jìn)三塔組成的精制系統(tǒng)蒸餾、堿洗得到cs2成品。轉(zhuǎn)化率為97％(以甲烷計(jì))。

四是ppg技術(shù)，該方法與stauffer基本相同，只是需要以硅膠為催化劑，甲烷氣在稍低壓力下進(jìn)行硫化反應(yīng)。并且精制系統(tǒng)由三個(gè)蒸餾塔組成，無堿洗操作。

五是將天然氣和硫磺在管式加熱爐的預(yù)熱段加熱到100～400℃，與過量5～15％的硫磺經(jīng)靜態(tài)混合器混合后，進(jìn)入管式加熱爐的加熱反應(yīng)段，在溫度為550～800℃、0.3～1.0mpa下進(jìn)行部分反應(yīng)，未反應(yīng)氣體硫磺和天然氣在絕熱反應(yīng)器內(nèi)繼續(xù)反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，將絕熱出來的混合氣體進(jìn)行分離。

六是高壓非催化天然氣法，是讓凈化后的天然氣進(jìn)入反應(yīng)爐沖激段，預(yù)熱升溫到300～500℃后，與進(jìn)入沖激段的液硫混合，硫磺在沖激段被沖激迅速升溫汽化，混合后的反應(yīng)物經(jīng)爐管輸送至輻射段，被加熱到550～700℃，壓力為0.5～1.35mpa。碳硫摩爾比為1：2～3，反應(yīng)物在爐內(nèi)停留1.5～25秒，排煙溫度為100～300℃。

雖然以天然氣硫磺為原料生產(chǎn)二硫化碳的工藝很多，其核心設(shè)備都是將天然氣和硫磺加熱到反應(yīng)溫度并維持反應(yīng)所需熱量的反應(yīng)爐。理想的反應(yīng)爐要求既能給反應(yīng)提供足夠的熱量，還要穩(wěn)定可靠能維持長(zhǎng)周期運(yùn)行，同時(shí)還要能夠合理利用余熱，降低裝置能耗。中國(guó)專利cn100503437c文件公布了一種高壓非催化天然氣法制造二硫化碳的反應(yīng)爐，該設(shè)備的典型特點(diǎn)是爐型為箱式爐或梯形爐，爐管以排管式布置，燃燒器分層布置在排管兩側(cè)，火焰距排管距離較近，容易出現(xiàn)局部過熱，使物料在管內(nèi)結(jié)焦；另一方面排管轉(zhuǎn)彎處采用180°彎頭，對(duì)于管內(nèi)氣、液、固三相流，在較高流速下三相流中的固體顆粒對(duì)彎頭處爐管壁金屬的磨損非常嚴(yán)重，大大降低了爐管使用壽命。

因此，目前常用的反應(yīng)爐普遍存在管內(nèi)易結(jié)焦及易磨損的現(xiàn)象，不利于設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種二硫化碳反應(yīng)爐，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的管內(nèi)易結(jié)焦、易磨損的技術(shù)問題。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種二硫化碳反應(yīng)爐，包括爐體外殼，所述爐體外殼的頂部連接有煙囪，所述爐體外殼內(nèi)設(shè)有呈筒狀的旋轉(zhuǎn)盤管，所述旋轉(zhuǎn)盤管的頂部設(shè)有第三進(jìn)口，底部設(shè)有第三出口；

所述爐體外殼內(nèi)的底部設(shè)有燃燒器，所述燃燒器的中心位于所述旋轉(zhuǎn)盤管的軸線上。

進(jìn)一步的，所述爐體外殼內(nèi)設(shè)有圓筒狀的爐膛，所述爐膛的軸線與所述旋轉(zhuǎn)盤管的軸線相重合。

進(jìn)一步的，所述爐體外殼內(nèi)位于所述旋轉(zhuǎn)盤管的上方設(shè)有至少一個(gè)預(yù)熱盤管。

進(jìn)一步的，所述爐體外殼內(nèi)由上至下依次設(shè)置有一級(jí)預(yù)熱盤管、二級(jí)預(yù)熱盤管及所述旋轉(zhuǎn)盤管；

所述一級(jí)預(yù)熱盤管的頂部設(shè)有第一進(jìn)口，底部設(shè)有第一出口；

所述二級(jí)預(yù)熱盤管的頂部設(shè)有第二進(jìn)口，底部設(shè)有第二出口。

進(jìn)一步的，所述旋轉(zhuǎn)盤管包括支架，所述支架包括上環(huán)形支撐圈和下環(huán)形支撐圈，所述上環(huán)形支撐圈和所述下環(huán)形支撐圈之間通過多根立柱連接；

所述立柱上設(shè)有多個(gè)用于支撐所述旋轉(zhuǎn)盤管邊緣的支撐桿，所述旋轉(zhuǎn)盤管頂部及頂部的管路通過u形卡子與所述立柱連接。

進(jìn)一步的，所述旋轉(zhuǎn)盤管所形成的圓筒的直徑不小于2000mm，所述旋轉(zhuǎn)盤管的材質(zhì)為zg40cr25ni20nb，規(guī)格為φ89～φ159，先通過離心澆鑄工藝加工成直管，800～1000℃加熱條件下在模具中熱彎形成螺旋形彎管，再采用焊接方式將各段螺旋形彎管連接成整組所述旋轉(zhuǎn)盤管。

進(jìn)一步的，所述燃燒器的火焰位于所述燃燒器的中部，所述燃燒器產(chǎn)生的火焰外焰與所述爐膛的內(nèi)壁之間的距離大于200mm。

進(jìn)一步的，所述爐膛的內(nèi)壁上設(shè)有爐襯，所述爐襯的材質(zhì)為隔熱耐火材料，具體的，所述爐膛的底部采用重質(zhì)耐熱混凝土與耐火纖維氈組合隔熱材料，所述爐膛的側(cè)壁采用輕質(zhì)耐熱混凝土與耐火纖維氈組合隔熱材料，所述爐膛的上部和所述煙囪采用輕質(zhì)耐熱混凝土材料。

進(jìn)一步的，所述爐體外殼與所述煙囪通過法蘭連接。

進(jìn)一步的，所述爐襯上涂有高溫輻射反射涂層，所述高溫輻射反射涂層可長(zhǎng)期耐溫1300℃以上。

本發(fā)明提供的一種二硫化碳反應(yīng)爐，使用時(shí)，螺旋盤管提供了較大的回轉(zhuǎn)半徑，完全消除急彎，氣、液、固三相流在較高流速下，有效地降低了管內(nèi)流體對(duì)管壁的局部磨損，顯著延長(zhǎng)了旋轉(zhuǎn)盤管的使用壽命；同時(shí)，燃燒器設(shè)置在旋轉(zhuǎn)盤管的中部，旋轉(zhuǎn)盤管不與燃燒器的火焰相接觸，采用輻射加熱的方式，可以避免旋轉(zhuǎn)盤管局部高溫而發(fā)生的管內(nèi)結(jié)焦現(xiàn)象。

該二硫化碳反應(yīng)爐，降低了旋轉(zhuǎn)盤管出現(xiàn)局部磨損的幾率，且可避免管內(nèi)結(jié)焦現(xiàn)象，使得旋轉(zhuǎn)盤管的使用壽命更長(zhǎng)，延長(zhǎng)設(shè)備運(yùn)行周期。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的二硫化碳反應(yīng)爐的剖視圖；

圖2是本發(fā)明提供的二硫化碳反應(yīng)爐旋轉(zhuǎn)盤管的剖視圖；

圖3是本發(fā)明提供的二硫化碳反應(yīng)爐旋轉(zhuǎn)盤管的俯視圖；

圖4是圖2中a處的局部放大圖；

圖5是本發(fā)明提供的二硫化碳反應(yīng)爐預(yù)熱盤管處的剖視圖。

圖中：

1、爐體外殼；2、煙囪；3、旋轉(zhuǎn)盤管；4、第三進(jìn)口；5、第三出口；6、燃燒器；7、一級(jí)預(yù)熱盤管；8、第一進(jìn)口；9、第一出口；10、二級(jí)預(yù)熱盤管；11、第二進(jìn)口；12、第二出口；13、上環(huán)形支撐圈；14、下環(huán)形支撐圈；15、立柱；16、支撐桿；17、u形卡子；18、爐襯；19、法蘭；20、高溫輻射反射涂層。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并通過具體實(shí)施方式來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。

如圖1-5所示，一種二硫化碳反應(yīng)爐，包括爐體外殼1，爐體外殼1的頂部連接有煙囪2，爐體外殼1內(nèi)設(shè)有呈筒狀的旋轉(zhuǎn)盤管3，旋轉(zhuǎn)盤管3的頂部設(shè)有第三進(jìn)口4，底部設(shè)有第三出口5；

爐體外殼1內(nèi)的底部設(shè)有燃燒器6，燃燒器6的中心位于旋轉(zhuǎn)盤管3的軸線上。

其中，旋轉(zhuǎn)盤管3的材質(zhì)為zg40cr25ni20nb，規(guī)格為φ89～φ159，先通過離心澆鑄工藝加工成直管，850℃加熱條件下在模具中熱彎形成螺旋形彎管，再采用焊接方式將各段螺旋形彎管連接成整組旋轉(zhuǎn)盤管3。

該二硫化碳反應(yīng)爐為圓形爐，其內(nèi)的爐管為旋轉(zhuǎn)盤管3，由于二硫化碳反應(yīng)爐的爐管內(nèi)介質(zhì)是氣、液、固三相流，在較高流速下，三相流中的固體顆粒對(duì)爐管壁金屬的沖蝕情況嚴(yán)重，尤其是急彎處，不應(yīng)采用急彎彎管，一般認(rèn)為轉(zhuǎn)變處回轉(zhuǎn)直徑應(yīng)大于6倍管徑。優(yōu)選的，旋轉(zhuǎn)盤管3所形成的圓筒的直徑不小于2000mm，提供較大的回轉(zhuǎn)半徑，且完全消除了急彎，有效地降低了管內(nèi)流體對(duì)管壁的局部磨損，顯著延長(zhǎng)了爐管的使用壽命，據(jù)實(shí)際案例驗(yàn)證，連續(xù)運(yùn)行兩年?duì)t管未發(fā)現(xiàn)壁厚減薄現(xiàn)象。

將燃燒器6布置在爐體外殼1內(nèi)的底部，根據(jù)反應(yīng)所需熱負(fù)荷確定燃燒器6數(shù)量和布置方式?；鹧嫖挥谛D(zhuǎn)盤管3圍成的圓形區(qū)中部，優(yōu)選的，燃燒器6產(chǎn)生的火焰外焰與爐膛的內(nèi)壁之間的距離大于200mm，爐管不受火焰直接灼燒，而是依靠輻射加熱，這樣可以避免爐管局部高溫而發(fā)生的管內(nèi)結(jié)焦現(xiàn)象。每個(gè)燃燒器6配置單獨(dú)的燃燒控制系統(tǒng)，可以分別調(diào)節(jié)每個(gè)燃燒器6的助燃?xì)怏w流量、噴射方向和噴射速度，從而適應(yīng)工況或負(fù)荷變化。

爐體外殼1內(nèi)設(shè)有圓筒狀的爐膛，爐膛的軸線與旋轉(zhuǎn)盤管3的軸線相重合。反應(yīng)爐為圓形爐，其優(yōu)點(diǎn)在于圓形爐與箱式爐相比，燃燒器6的數(shù)量顯著減少，熱源集中，利于反應(yīng)爐的加熱使用。

爐體外殼1內(nèi)位于旋轉(zhuǎn)盤管3的上方設(shè)有至少一個(gè)預(yù)熱盤管。預(yù)熱盤管的作用是對(duì)于反應(yīng)爐內(nèi)的余熱進(jìn)行回收，在預(yù)熱有煙囪2排出之前，可進(jìn)行預(yù)熱回收，可節(jié)約能源，降低成本。

優(yōu)選的，爐體外殼1內(nèi)由上至下依次設(shè)置有一級(jí)預(yù)熱盤管7、二級(jí)預(yù)熱盤管10及旋轉(zhuǎn)盤管3；

一級(jí)預(yù)熱盤管7的頂部設(shè)有第一進(jìn)口8，底部設(shè)有第一出口9；

二級(jí)預(yù)熱盤管10的頂部設(shè)有第二進(jìn)口11，底部設(shè)有第二出口12。

每級(jí)的預(yù)熱盤管均單獨(dú)設(shè)置有進(jìn)口和出口，可單獨(dú)操作使用，互不干擾，使用時(shí)，越靠近旋轉(zhuǎn)盤管3的余熱盤管可換熱的熱量溫度高，相應(yīng)的越靠近煙囪2的可換熱的熱量溫度低。

旋轉(zhuǎn)盤管3包括支架，其材料為zg40cr25ni20nb的耐熱鋼管，支架包括上環(huán)形支撐圈13和下環(huán)形支撐圈14，上環(huán)形支撐圈13和下環(huán)形支撐圈14之間通過多根立柱15連接，一般為6-10根立柱15；

立柱15上設(shè)有多個(gè)用于支撐旋轉(zhuǎn)盤管3邊緣的支撐桿16，旋轉(zhuǎn)盤管3頂部及頂部的管路通過u形卡子17與立柱15連接。

支架為安裝旋轉(zhuǎn)盤管3的一個(gè)框架結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)盤管3在工作狀態(tài)下溫度由常溫升高到800℃以上，由于受熱膨脹，旋轉(zhuǎn)盤管3沿長(zhǎng)度方向伸長(zhǎng)，采用框架結(jié)構(gòu)可將變形約束在框架內(nèi)

優(yōu)選的，燃燒器6的火焰位于燃燒器6的中部，燃燒器6產(chǎn)生的火焰外焰與爐膛的內(nèi)壁之間的距離大于200mm。旋轉(zhuǎn)盤管3通過支架安裝在爐體外殼1的爐膛內(nèi)，使用時(shí)，確保燃燒器6發(fā)出的火焰不與旋轉(zhuǎn)盤管3直接接觸。

爐膛的內(nèi)壁上設(shè)有爐襯18。爐襯18為隔熱耐火材料，具體的，爐膛的底部采用重質(zhì)耐熱混凝土與耐火纖維氈組合隔熱材料，爐膛的側(cè)壁采用輕質(zhì)耐熱混凝土與耐火纖維氈組合隔熱材料，爐膛的上部和所述煙囪采用輕質(zhì)耐熱混凝土材料；爐襯上涂有高溫輻射反射涂層20，高溫輻射反射涂層20可長(zhǎng)期耐溫1300℃以上。通過涂層的反射增加輻射效率，提高爐膛溫度場(chǎng)的均勻性，達(dá)到增加熱效率的目的。

爐體外殼1與煙囪2通過法蘭19連接。采用法蘭19連接為一種可拆卸的連接方式，必要時(shí)，可打開反應(yīng)爐，對(duì)內(nèi)部的余熱盤管或旋轉(zhuǎn)盤管3進(jìn)行更換或檢修等操作。

具體使用時(shí)，天然氣從第一進(jìn)口8進(jìn)入一級(jí)預(yù)熱盤管7內(nèi)，外部煙氣將其加熱到200℃，由第一出口9排出；天然氣和液態(tài)硫混合物由第二進(jìn)口11進(jìn)入二級(jí)預(yù)熱盤管10內(nèi)，高溫?zé)煔鈱⑵浼訜?30℃，由第二出口12排出。然后天然氣和液態(tài)硫混合物再由第三進(jìn)口4進(jìn)入旋轉(zhuǎn)盤管3內(nèi)，利用火焰產(chǎn)生的熱輻射繼續(xù)加熱旋轉(zhuǎn)盤管3內(nèi)的物料，達(dá)到反應(yīng)所需溫度650～800℃，并在旋轉(zhuǎn)盤管3內(nèi)反應(yīng)，生成物由位于爐底的第三出口5排出。

由于甲烷和硫磺的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，當(dāng)物料開始反應(yīng)后無需再由外界輸入熱，底部設(shè)置的獨(dú)立調(diào)節(jié)燃燒器6可將火焰高度控制在較高位置，使上段旋轉(zhuǎn)盤管3處于輻射強(qiáng)度較高的區(qū)域，使下段旋轉(zhuǎn)盤管3所受的輻射強(qiáng)度降低，僅依靠反應(yīng)熱即可維持后續(xù)反應(yīng)，這將顯著減輕旋轉(zhuǎn)盤管3內(nèi)的結(jié)焦傾向，延長(zhǎng)設(shè)備運(yùn)行周期。

以上結(jié)合具體實(shí)施例描述了本發(fā)明的技術(shù)原理。這些描述只是為了解釋本發(fā)明的原理，而不能以任何方式解釋為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制?；诖颂幍慕忉?，本領(lǐng)域的技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性的勞動(dòng)即可聯(lián)想到本發(fā)明的其它具體實(shí)施方式，這些方式都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。