一种新型二氧化硫气体的生产方法

摘要

本发明涉及一种新型二氧化硫气体的生产方法。该方法包括以下步骤：（一）熔硫：将工业硫磺加入焚硫炉侧壁的熔硫槽中，使固态硫磺熔融为液体硫磺；（二）气化：将液态硫磺受热变成升华硫；（三）燃烧：将升华硫通入焚硫炉中，与空气混合燃烧生成高温SO

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型二氧化硫气体的生产方法。

背景技术

制糖过程中需要使用到SO₂气体作为一种辅助材料，主要在澄清过程中，SO2与石灰乳反应生成CaSO₃沉淀，吸附、清除糖汁中的杂质、胶体、色素而使糖汁得到澄清，另外，SO₂气体也能起到减弱或抑制糖过程中新色素的生成及减少白糖存放时变色的作用。另外，在造纸、纺织、食品等的漂白过程中，也需要使用到SO₂，故高质量的SO₂在多个领域的工业生产中起到非常重要的作用。

现有的生产SO₂气体的方法和装置，多存在着硫磺燃烧不稳定，产生SO₂的质量差；要么燃烧不完全，存在大量升华硫，对后续工序堵塞管道，恶化操作环境并造成硫磺的浪费；要么燃烧时空气量过大，造成SO₃生成量增多，致使炉气酸雾大，对处理物质的质量影响大。而且由于设备使用时的材质条件所限（碳钢设备），致使设备腐蚀严重，设备使用寿命短，造价高，造成一年一维修，三年一更换的被动局面。

本专利申请申请人于2011年申请了《一种二氧化硫气体的生产方法》，该方法在一定程度上解决了硫磺燃烧不完全、SO₃生成和湿SO₂炉气冷却的防腐问题，但这种方法，使用了冷却介质为空气和U形加热夹套熔硫，存在设备稍多且有些复杂和冷却效果差等问题。本发明专利申请的申请人在实践过程中，又发明了一种效果更好的新型二氧化硫气体的生产方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种新型二氧化硫气体的生产方法，该方法充分利用焚硫炉燃烧硫磺时产生的热量，用于固体硫磺的熔融变成液态硫磺和液态硫磺变成升华硫，缩小了焚硫炉的燃硫容积，节约了生产成本；同时采用热水作为第一换热器的冷却介质，可防第一热器的腐蚀，有效延长了设备的使用寿命；还采用二次补风燃烧，使硫磺燃烧完全，有效控制了SO₃的生成现象。

解决上述问题的技术方案是：一种新型二氧化硫气体的生产方法，该方法包括以下步骤：

（一）熔硫：将工业用固体硫磺加入熔硫槽中，所述的熔硫槽是设置在焚硫炉侧壁上的槽体，熔硫槽底端面相对于焚硫炉底端面的高度为1～1.5米，熔硫槽通过硫磺在焚硫炉中燃烧产生的热量间接加热并使熔硫槽中的硫磺熔融变成液体硫磺，液体硫磺的温度控制在120～150℃；

（二）气化：将熔硫槽中的液态硫磺导入密封的液硫气化罐中，加热液硫气化罐并使液硫气化罐温度提升到800-900℃，使液态硫磺转变成升华硫；

（三）燃烧：从液硫气化罐中导出的升华硫通入密闭的焚硫炉的底部设置有进气短管中，再与空气混合燃烧生成高温二氧化硫气体，焚硫炉顶部设置有汽包，汽包顶部设置有外部水进口、水蒸汽出口和安全阀，焚硫炉内壁除与熔硫槽连接的位置外均设有水夹套，水先进入汽包中，再通入水夹套冷却焚硫炉内壁；

（四）第一级冷却和二次补风燃烧：二氧化硫气体从焚硫炉导出进入第一换热器进行冷却，第一换热器采用循环热水冷却，即将焚硫炉水夹套中的热水通过热水循环泵进入第一换热器进行换热，换热器底部设置有的集气箱与风机进行管连接，当二氧化硫气体冷却达到400-450℃时，在第一换热器底部集气箱，补充空气进行二次燃烧，燃烧生成二氧化硫气体后，二氧化硫气体继续通过第一换热器的回程进行冷却，冷却温度达到120-300℃后完成第一热器的换热；所述的从焚硫炉水夹套中导出的进入第一换热器冷却用热水的初始温度为100℃以上；经第一换热器换热结束后的热水再导入焚硫炉顶部的汽包7中；

（五）第二级冷却：二氧化硫气体从第一换热器导出，进入第二换热器进行二级冷却，使二氧化硫气体进一步降温达到60-70℃；所述的第二级换器是喷射循环洗涤冷却器或间接换热器或是喷射循环洗涤冷却器与电除雾器组合。

本发明的进一步技术方案是：所述的第一换热器主要由换热部分Ⅰ和换热部分Ⅱ组成，换热部分Ⅰ和换热部分Ⅱ顶部通过隔板隔开，换热部分Ⅰ和换热部分Ⅱ底部互相连通形成集气箱，所述的第一换热器设置有顶端夹套和底端夹套，所述的从焚硫炉水夹套中导出的循环冷却用热水先进入第一换热器的底端夹套中，然后再进入换热部分Ⅰ和换热部分Ⅱ，换热部分Ⅰ和换热部分Ⅱ为列管换热器，管程通二氧化硫气体，壳程通循环冷却热水；壳程热水再进入第一换热器的顶端夹套中，最后从顶端夹套导入焚硫炉顶部的汽包中；所述的二氧化硫气体从焚硫炉导出后先进入第一换热器的换热部分Ⅰ冷却，到集气箱时温度达400-450℃，然后在第一换热器底部集气箱补充空气进行二次燃烧，燃烧完后二氧化硫气体继续通过入换热部分Ⅱ换热至温度冷却至120-300℃。

步骤（三）中所用的焚硫炉为立式焚硫炉，焚硫炉底部位置连接有所述的进气短管，进气短管上连接有煤气管、点火装置和所述液硫气化罐，进气短管与风机进行管连；所述的液硫气化罐包括气化罐筒体、底盖、升华硫出气管、液硫进口管和与气化罐筒体顶部连接的法兰盖板，液硫进口管连接在法兰盖板上并通至气化罐筒体内，所述的升华硫出气管置于气化罐筒体内，升华硫出气管一端穿出气化罐筒体外，升华硫出气管另一端穿出法兰盖板并连通至气化罐筒体内，所述的底盖通过顶杆顶紧密封与气化罐筒体下，顶杆一端与底盖套接，顶杆另一端通过螺母固定在进气短管下方的管壁上。

所述的液硫气化罐还包括有用于清扫气化罐筒体内灰尘的吹扫管，气体吹扫管穿过法兰盖板延伸至气化罐筒体内，所述的顶杆上端头通过端盖密封，固定于进气短管下管壁上的顶杆和螺母外通过外盖密封。

所述的焚硫炉上部开有炉气出口，底部开有清灰口和与水夹套连通的热水出口，水夹套顶部通过管道与汽包底部连通。

所述的第二冷却器是喷射循环洗涤冷却器，喷射循环洗涤冷却器下方连接有循环槽，循环槽内的冷却水通过耐酸循环泵导入喷射循环洗涤冷却器中循环使用，循环槽上还连接有气体出口管。

所述的熔硫槽底端面下设置有电加热器。

由于采用上述方案，本发明的之新型二氧化硫气体的生产方法具有以下有益效果：

1．采用热水作为第一换热器的冷却介质，可防腐，有效延长了设备的使用寿命，还可付产蒸汽用于糖汁的浓缩。

现有的二氧化硫发生器装置所用的换热器，均采用冷水作为冷却介质，这将在换热器的管壁上过冷而出现结露现象，生成的SO₃会溶入结露中而形成稀硫酸，稀硫酸对碳钢设备腐蚀严重。不到二个月换热器的管壁就会被腐蚀穿就是这个道理，故不能采用冷水作为冷却介质。而本发明第一换热器采用100℃以上的热水作为换热介质，所以本发明的设备能防腐，使用寿命长，最少可以使用10年以上，从理论上说可长期使用，不用维修和更换。第一换热器冷却用的热水吸收二氧化硫气体中的热量后变成蒸汽，可以回收这部分的蒸汽用于糖液的浓缩。

2．采用二次加风燃烧，硫磺燃烧完全，有效控制了SO₃生成。

硫磺有空气加入时在一定的温度下燃烧，将会产生二氧化硫气体，如果氧再多，在温度条件合适和催化剂（Fe2O3）存在的条件下，还会氧化变成SO₃。SO₃如遇水或潮湿空气都会形成酸雾，酸雾很难除去，一会污染环境，二会使糖汁含硫酸钙，影响白糖的质量（二水硫酸钙的溶解度比亚硫酸钙的溶解度高，致使白糖带苦味就是这个道理）。本发明先用少量氧燃烧生成二氧化硫（欠氧燃烧）气体温度冷却达到400-450℃时，再补充一部分二次空气进行燃烧，既使硫磺能燃烧完全，也不会再反应生成SO₃。因为在炉气中虽然有氧气存在，也有催化剂（Fe₂O₃）存在，但温度在500℃才能反应生成SO₃，故在第一换热器中当温度冷却至400-450℃时补充空气进行二次燃烧，生成SO₂，就不会再生成SO₃了，既控制硫磺的燃烧完全，也控制了SO₃的生成，不仅避免了污染环境，同时保证了白糖质量。

3．本发明之焚硫炉不用内衬，全部与炉气接触的表面都有水夹套换热保护，既增加换热面，也节约了生产成本。

本发明在焚硫炉内壁不用内衬，而是在内壁上设置了水夹套保护，水夹套中通热水，用炉壁作为换热面，使高温炉气得到冷却和换热，保护设备不被烧坏。另外与熔硫槽连接的焚硫炉侧壁不设置水夹套，充分利用高温SO₂气体的热量用以熔融固体硫磺变成液体硫磺，方便输送和计量。还有第一换热器上下连接头都用夹套式保护，既增加换热面，也节约了生产成本。 

4．采用本发明制得的二氧化硫气体，应用范围广。

采用本发明制备得到的二氧化硫气体，质量高，既能作为制糖过程中重要的辅助原料，即用于糖液的漂白、沉清和除杂；也能用于造纸、纺织、食品、医药的漂白，还可用作制造硫酸锰的还原剂，也可用此发明制造的SO₂气体来制造硫酸，如废硫磺的焙烧和净化等。

下面，结合附图和实例对本发明之一种新型二氧化硫气体的生产方法的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1：本发明之一种新型二氧化硫气体的生产方法所用装置结构示意图。

图2：图1中液硫气化罐的放大图。

图3：熔硫槽结构示意图。

图中：1-风机，2-流量计，3-进气短管，31-煤气管，32-点火装置，4-液硫气化罐，41-底盖，42-升华硫出气管，43-气化罐筒体，44-法兰盖板，45-液硫进口管，46-气体吹扫管，47-端盖，48-顶杆，49-外盖，5-熔硫槽，51-电加热器，6-焚硫炉，61-炉气出口，62-水夹套，63-清灰口，64-热水出口，7-汽包，71-水蒸汽出口，72-安全阀，73-外部水进口，74-热水回流口，8-第一换热器，81-换热部分Ⅰ，82-换热部分Ⅱ，83-炉气进口，84-顶端夹套，85-隔板，86-冷却炉气出口，87-空气入口，88-底端夹套，89-集气箱，810-冷却用热水进口，9-喷射洗涤冷却器，10-气体出口管，11-循环槽，111-补充水进口，112-排污水出口，12-循环酸泵，13-热水循环泵。

具体实施方式

一种新型二氧化硫气体的生产方法，如图1-图2所示，该方法是先将固态硫磺加热熔融成液态硫磺，再将液态硫磺计量加入液硫气化罐内，使液态硫磺气化转变成升华硫，后将升华硫与空气混合燃烧产生二氧化硫气体，所述方法包括以下步骤：

（一）熔硫：将工业用固体硫磺加入熔硫槽5中，所述的熔硫槽是设置在焚硫炉6侧壁上的四方形槽体，熔硫槽底端面相对于焚硫炉底端面的高度为1～1.5米，熔硫槽5通过硫磺在焚硫炉中燃烧所产生的热量间接加热硫磺，使硫磺熔融成为液体硫磺（开车前，以设置在熔硫槽底部的电加热器51加热熔硫槽熔融硫磺），液体硫磺的温度控制在120～150℃之间。

（二）气化：将熔硫槽5中的液态硫磺靠高位导入密封的液硫气化罐4中，靠升华硫的燃烧产生热量以加热液硫气化罐并使液硫气化罐温度提升到800-900℃（开车前，通过煤气管31通入煤气，通过点火装置32点燃煤气以加热液硫气化罐和加热循环冷却水），使液态硫转变成升华硫；

（三）燃烧：从液硫气化罐侧面导出的升华硫通入密闭的焚硫炉6的进气短管3中，再与空气混合燃烧生成高温二氧化硫气体，高温二氧化硫气体返过来加热液硫气化罐（此时可以停止通煤气加热），少部分热量被液体硫磺吸收而转化成升华硫，升华硫再从侧面出来与空气混合燃烧，这样热量循环进行。高温SO₂气体以间接加热的方式传热而把部分热量传给熔硫槽内的固体硫磺，使硫磺受热熔融，变成液体硫磺（此时可以关闭电加热器）。焚硫炉顶部设置有汽包7，汽包顶部设置有外部水进口73、水蒸汽出口71和安全阀72，安全阀用于调节汽包中的压力，焚硫炉内壁（除与熔硫槽连接的位置外）均设有水夹套62，以循环热水冷却焚硫炉内壁，水先进入汽包7中，再通入水夹套62冷却焚硫炉内壁，保证炉壁不被烧坏，水得到加热，保证了硫磺在焚硫炉中的正常燃烧。焚硫炉上部设有汽包，既可作顶盖传热，封住焚硫炉不漏气，也可作加水、循环热水的蒸发、产蒸汽外排的交结点；焚硫炉设有水夹套冷却，不用内衬，以循环热水传热，循环热水温度得到提高，靠循环而把热量传到汽包而排出，既保证气体得到冷却，同时也保证设备内壁不受高温破坏，也保证设备表面不受低温影响使气体结露而腐蚀设备，保护设备不被烧坏。硫磺的熔融时，从中挖隔一块夹套作为熔硫槽的安装焊接处，以高温炉气的热量间接加热熔融硫磺；硫磺的燃烧增加了液硫气化罐的温度，使硫磺的燃烧过程为：固体硫磺——液体硫磺 ——升华硫——与空气混合燃烧四步，延长了停留时间，使燃烧更完全。

（四）第一级冷却和二次补充燃烧：将缺氧环境下所生成的二氧化硫气体从焚硫炉6导出进入第一换热器8进行冷却，第一换热器采用循环热水冷却（故称为热热换热器或强制循环型余热锅炉），），热水先通过焚硫炉冷却炉壁后，再通过热水循环泵13进入第一换热器进行换热，换热器底部设置有的集气箱与风机1进行管连接，当二氧化硫气体冷却达到400-450℃时，在第一换热器8底部集气箱，补充部分空气进行二次燃烧，以燃烧完全升华硫，燃烧变成二氧化硫气体后，二氧化硫气体继续通过第一换热器的回程进行冷却，冷却温度达到120-300℃后完成第一热器的换热；第一换热器中冷却用热水是从焚硫炉的水夹套62中导出的热水，所述的从焚硫炉夹套中导出的进入第一换热器冷却用热水的温度至少为100℃以上；换热结束后的热水再导入焚硫炉顶部的汽包7中，形成一个循环；在汽中包，过热水将变成蒸汽不断向外排出，余下不蒸发的热水和加入的热水再循环以冷却炉壁，冷却用热水的温度控制依靠汽包内压力的大小而定，一般冷却用热水的温度为100-150℃，这样管壁才不会结露。

（五）第二级冷却：二氧化硫气体从第一换热器导出后，进入第二换热器进行冷却，使二氧化硫气体温度冷却达到60-70℃；所述的第二热换器要用能防腐的换热器，第二热换热器采用直接喷射循环洗涤冷却器9，正好符合这个要求，喷射循环洗涤冷却器一方面对二氧化硫气体进行冷却，另一方面通过喷射循环洗涤，还能够将二氧化硫气体中的杂质洗涤去除。炉气中有少量水蒸发而使炉气得到冷却。喷射循环洗涤冷却器下方连接有循环槽11，循环槽内的水通过循环酸泵12输送到喷射循环洗涤冷却器中，以循环洗涤冷却炉气。循环槽上还连接有气体出口管10，使洗涤冷却后的二氧化硫气体从气体出口管送出进入用户的喷射吸收器中使用。

所述的第一换热器主要由换热部分Ⅰ81和换热部分Ⅱ82组成，换热部分Ⅰ和换热部分Ⅱ顶部通过隔板85隔开，换热部分Ⅰ和换热部分Ⅱ底部互相连通形成集气箱89，所述的第一换热器设置有顶端夹套84和底端夹套88，所述的从焚硫炉水夹套62中导出的循环冷却用热水先进入第一换热器的底端夹套88中，然后再进入换热部分Ⅰ81和换热部分Ⅱ82，换热部分Ⅰ81和换热部分Ⅱ82为列管换热器，管程通炉气，壳程通循环冷却热水；壳程热水再进入第一换热器的顶端夹套84中，最后从顶端夹套导入焚硫炉顶部的汽包7中；所述的二氧化硫气体从焚硫炉6顶侧导出后先进入第一换热器的换热部分Ⅰ81冷却，到集气箱89时温度达400-450℃，然后在第一换热器8底部集气箱89补充空气进行二次燃烧，燃烧完后二氧化硫气体继续通过入换热部分Ⅱ82换热至温度冷却至120-300℃。

步骤（三）中所用的焚硫炉6为立式焚硫炉，焚硫炉底部位置连接有所述进气短管3，进气短管上连接有煤气管31、点火装置32和所述液硫气化罐4，进气短管3与风机1进行管连；所述的液硫气化罐4包括气化罐筒体43、底盖41、升华硫出气管42、液硫进口管45和与气化罐筒体顶部连接的法兰盖板44，液硫进口管45连接在法兰盖板44上并通至气化罐筒体43内，所述的升华硫出气管42置于气化罐筒体内，升华硫出气管一端穿出气化罐筒体43外，升华硫出气管另一端穿出法兰盖板44并连通至气化罐筒体内，所述的底盖41通过顶杆48顶紧密封与气化罐筒体43下，顶杆48一端带有定位套并与底盖41套接，顶杆另一端通过螺母固定在进气短管3下方的管壁上。所述的液硫气化罐4还包括有用于清扫气化罐筒体内的灰尘吹扫管46，气体吹扫管穿过法兰盖板延伸至气化罐筒体内，气体吹扫管46可接通惰性气体来吹扫气化罐筒体43内。所述的顶杆48上端头通过端盖47密封，固定于进气短管下方管壁上的顶杆和螺母外通过外盖49密封。通过端盖47和外盖49的密封，能够有效防止二氧化硫气体外泄，保证了良好的生产环境。当需要清理液硫气化罐内的灰尘时，可以通过顶杆48向下螺旋而移动打开底盖41。

所述的焚硫炉6上部开有炉气出口61，底部开有清灰口63和与水夹套连通的热水出口64，水夹套62顶部通过管道与汽包底部连通。所述的第一换热器的冷却用热水进口810与焚硫炉的热水出口之间通过管路与热水循环泵13连通。

制糖过程中，很多工序会产生大量的热水。在开始生产时，可将浓缩糖汁所冷凝下来的冷凝水加入汽包7中作冷却循环水，然后热水通入焚硫炉的水夹套62和第一换热器的循环中加热。在开车前固体硫磺通过电加热熔融，焚硫炉以煤气或燃油燃烧加热，达到液体硫磺燃烧的温度后加入液体硫磺进行燃烧形成一个良性循环。

所述的喷射洗涤冷却器上部可根据实际情况确定是否需要内衬耐酸陶瓷来防腐。所述的汽包结构与现有锅炉中使用的汽包结构相同。

作为本实施例的一种补充，若熔硫槽5中的温度达不到要求时，可增加熔硫传热面积，这样可以增加熔硫槽侧壁的面积和硫磺的熔融面积，

作为本实施例的另一种形式，所述的第二换热器还可以采用干式间接换热器或喷射循环洗涤冷却器+电除雾器的组合。如用干式间接换热器方式时，换热器可以是石墨换热器，也可以是内衬聚四氟乙烯材料的换热器；喷射循环洗涤冷却器+电除雾器的组合时，主要考虑有SO₃酸雾生成时的形式，使所得到的二氧化硫更干净，以利后工序的应用，这样处理的炉气质量更好。

为了传导热量，整套装置以碳钢制成，不需内衬，焚硫炉、热水循环泵、热热换热器和汽包组成一个换热冷却循环，以热水作为循环冷却炉气的介质，目的是用热水循环冷却后，提高了设备和换热管的管壁温度，防止炉气在管壁的冷凝结露而腐蚀管子；第二换热器可用间接冷却方式；也可用直冷的喷射循环洗涤冷却器或喷射循环洗涤冷却器加电除雾器的工艺来处理炉气。间接冷却方式要用防腐换热器；用直冷式换热时，喷射器和循环槽必须以耐酸陶瓷内衬防腐。用何种方式，这要根据用户的要求而定。

该发明使用效果好，需要的制造也简单，一般具有铆焊技能的工厂都能制造，可委托机加工厂制造成套设备使用，也可自己制造使用，节约费用。

本发明总结和克服了本申请人于2011年申请的发明中存在的问题。使用的方法相当于一套以硫铁矿制硫酸的焙烧和净化工序，只是在生产过程中没有矿渣排出而已，第一换热器相当于一台锅炉，可产低压蒸汽，所以用100度以上的热水循环冷却炉气，既产蒸汽，也不会腐蚀设备。第二循环洗涤冷却器相当于一台文秋里洗涤器，内衬耐酸陶瓷，第二级冷却采用直接循环冷却式，炉气中有水的蒸发而使SO₂炉气迅速冷却，在一定的温度条件下，循环水所溶解的SO₂是恒定的，也就不会发生损失，冷却效果也正好在70~80度，符合后续工序的使用要求，设备既简单，又便宜，也不会产生对设备的腐蚀，冷却所产蒸汽可用于糖液浓缩，热量能充分利用。装置开车时先以电加热硫磺，使其变成液体硫磺，以便于输送和计量。同时以煤气加热液硫气化罐和设备内壁，使液硫气化器能蒸发硫磺变成升华硫，设备内壁受热，以使设备不受腐蚀，是比较理想的制造SO₂发生器装置。