国内外液态硫磺冷却成型发展历程与现状

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　　摘  要：文章详细介绍了国内外液态硫磺冷却成型的工艺设备发展史，以及目前使用现状，重点论述我国目前液态硫磺冷却成型工艺设备种类，以及各种工艺设备适用的场合及优缺点，为液态硫磺生产厂家正确采用硫磺冷却成型工艺设备提供参考依据。
　　关键词：液态硫磺;冷却成型;工艺及设备;适用场合
　　中图分类号：TQ125.1        文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）18-0084-03
　　Abstract： This paper introduces in detail the development history and current application status of liquid sulfur cooling molding technology and equipment at home and abroad， with emphasis on the types of liquid sulfur cooling molding process equipment in China， as well as the applicable occasions， advantages and disadvantages of various process equipment. The purpose of this paper is to provide a reference basis for the correct use of sulfur cooling molding equipment for liquid sulfur manufacturers.
　　Keywords： liquid sulfur; cooling molding; process and equipment; occasions for application
　　1 概述
　　硫磺[1]外观为黄色固体或粉末，有明显气味，能挥发，有特殊臭味。熔点为119℃，沸点为444.6℃，液体密度1.87。硫磺不溶于水，微溶于乙醇、醚，易溶于二硫化碳。属易燃固体，硫磺主要用于制造染料、农药、火柴、火药、橡胶、人造丝等。
　　钢带式结片机虽然固化能力比转鼓刮片机固化能力大得多，但产品成型仍然是碎片状，生产环境粉尘较大，污染严重，同时结片机的占地面积也较大。
　　2 国外液态硫磺冷却工艺设备现状
　　国外六十年代就开始设计投用工艺设备把液态硫磺冷却成固体颗粒。固态产品的形状分为块状、片状、粒状、粉末状及碎片粉末状等。
　　由于粒状产品具有流动性好等优点所以需要制成颗粒状而将这些产品制成颗粒的设备称为造粒设备。国外从六十年代开始设计投用如下造粒设备：硫磺造粒塔;硫磺转筒造粒;硫磺水下造粒;硫磺结片機;旋转式硫磺造粒机。
　　2.1 硫磺造粒塔（又称喷淋式高塔造粒）
　　硫磺造粒塔工艺原理：经过脱硫工艺装置回收的液态硫磺储存在液硫池或液硫罐内，经过保温泵打入高塔式顶端喷淋头内，途径过滤器过滤掉液硫内的杂质，液硫输送压力可调，液硫经过喷淋头众多小孔高压喷出到空气中，因为液硫表面张力作用，喷出的液硫在空气中形成众多小液滴，这些小液滴从高塔顶部因重力原因自由下落，塔底输入冷空气，由塔底向塔顶移动，硫磺液滴从塔顶向塔底运动，经过一定时间硫磺液滴与冷却空气热交换（直接换热方式），当硫磺液滴到达塔底端时，液滴已被冷却固化成不规则的小颗粒，直径约1-6毫米，在塔底部把硫磺小颗粒收集起来，打包装袋。
　　液硫池带蒸汽盘管加热保温，防止液态硫磺凝固，如果采用罐体就做成夹套罐由蒸汽保温，回收液硫量较大时一般采用液硫池储存，可以做得容积很大，承载五六十个立方甚至上百个立方，液硫池四周采用隔热砖砌成，内设蒸汽盘管。十几个立方一般采用夹套罐。采用液硫池就配备潜液泵，一般是两台，一开一备。如果是夹套罐就采用卧式离心加套泵2台，所有物料管线采用蒸汽夹套管伴热防止液态硫磺凝固。过滤器一般采用夹套提篮式或布袋式结构。高塔一般30至80米，直径3至20米。
　　整个工艺过程采用的是液硫与冷却空气直接热交换的方式，不需要用水来冷却液硫，所以颗粒硫磺含水量较低，一般小于0.5%，整个工艺过程所用动设备很少，运行可靠，但高塔投资巨大，能耗也大，硫磺还有粉爆特性，爆炸危险性较高，所以应用很少。
　　2.2 硫磺转筒式造粒（又称硫磺干法造粒）
　　硫磺转筒式造粒工艺原理：经脱硫装置回收的液态硫磺储存在液硫池内，经由液硫泵输送，经过滤器输送到造粒机转筒中。液硫池内装有一台潜液泵，液硫泵配备变频器并在管道上装有液硫流量计以调节和监控液硫的流量。
　　液硫泵将液硫从液硫池经过滤器输送到装在滚筒内的液硫主喷管中，液硫通过装在主喷管上的众多喷头喷射到旋转转筒中形成多层细小硫磺颗粒。冷却和喷涂过程沿滚筒轴线方向不断地进行。
　　整个硫磺滚筒造粒[3]过程是在一个连续运转的滚筒内完成的，当液体硫磺引入安装在滚筒内的液流喷头后，首先要在滚筒一端生产和引入固体种子颗粒，这些种子颗粒在旋转的滚筒中经过多次提起、洒落、喷涂和冷却这样周而复始的加工过程渐渐变大而成为所需的粒径产品从滚筒的另一端排出。滚筒造粒的冷却介质是空气和水雾。在喷涂固化过程中，每层的喷涂是在前一层喷涂还未完全固化的条件下完成的。这种工艺喷涂的结果是保证生产出一个完全结实一体化的硫磺球形颗粒。
　　硫磺冷凝固化产生的热量被冷却水的喷雾水滴和空气流吸收带走，造粒机滚筒中排出的热气流夹带着少量粉尘经旋流除尘器除尘净化后排入大气。整个造粒工艺由一台中央处理器控制，并控制液硫泵的转速保证稳定的额定产量。液硫流量计测定流速以比较事先设定的高低流速来保证稳定的产量。 　　所用设备主要是一个旋转式大滚筒，直径约3-5米，安装在一个8米×12米大平台上，一个液硫池最好带有缓冲液硫罐，调制液硫温度在130度左右最佳，二台潜液泵，一组并联夹套过滤器，防止液体硫磺进入喷头有杂质堵塞喷嘴孔眼。冷却水由一组离心式水泵输入，经过滤器除掉杂质，防止堵塞孔眼。空气流由鼓风机送入，粉尘及细小颗粒经旋流器分离除尘后排入大气。转筒造粒单台产量较大，单台可以达到每小时15吨，占地面积相对较小，设备少。缺点是颗粒大小不均匀，颗粒度不密实，因为与水直接接触冷却，受水污染，产量弹性范围小，转筒清理劳动强度大，操作工艺复杂，能耗高，因投资规模较大，一般年产30万吨以上大型硫磺装置考虑采用。
　　2.3 硫磺水下造粒（又称硫磺湿法造粒）
　　硫磺水下造粒工艺原理[4]：经脱硫装置回收的液态硫磺储存在液硫池内，经由液硫泵输送，經过滤器输送到造粒机的滴落机内。液硫池内装有一台潜液泵，液硫泵配备变频器并在管道上装有液硫流量计以调节和监控液硫的流量。整个液硫管线由蒸汽伴热，防止液态硫磺凝固。
　　液态硫磺进入造粒机上部的滴落机内，经平板分布器均布。滴落机的主要功能就是将液体硫磺均匀分布在水冷器内的冷却水中。硫磺液滴在水中冷却并固化成球形颗粒。固化的硫磺颗粒在主机冷却水中沉降到锥形水箱的底部并连续不断地从底部被排出机外。安装在水冷器底部的脱水器先将硫磺颗粒除去大量水份，然后再进入振动筛将硫磺颗粒进一步脱水，脱水后的硫磺颗粒含水量约为3.8%，然后进入风干筛把硫磺颗粒再风干，风干后含水量低于2%，而成为最终产品。风干是由一台鼓风机向振动筛内吹入热干燥空气，水份和少量粉尘被吸入除尘净化器内，经喷雾净化后的气体排入大气中。经脱水器和振动筛漏下去的细小硫磺颗粒和水一起进入沉降水箱中，当细小硫磺颗粒堆积到一定高度时，螺旋扒渣机自动启动将淤积的细小颗粒硫磺送入硫磺罐内再熔化，然后由液硫泵送入到液硫池内。滴落机上方的烟气由烟气净化罐处理后排入大气。
　　2.4 硫磺结片机
　　硫磺结片机冷却固化工艺原理：经脱硫装置回收的液态硫磺储存在液硫池内，经由液硫泵输送，经过滤器输送到结片机溢流堰中。液硫池内装有一台潜液泵，液硫泵配备变频器并在管道上装有液硫流量计以调节和监控液硫的流量。
　　液态硫磺被送入溢流堰内呈瀑布状流下，流到下方的钢带冷却器中的冷却钢带上，钢带下方喷冷却水，硫磺在钢带上冷却固化成片状，一般20毫米到50毫米厚度，运行到机器尾部，由卸料刮刀刮下，经破碎机达成50×50毫米的碎块，打包装袋。
　　2.5 旋转式硫磺造粒机
　　旋转式硫磺造粒机冷却固化工艺原理：经脱硫装置回收的液态硫磺储存在液硫池内，经由液硫泵输送，经过滤器输送到造粒机的滴落机中。液硫池内装有一台潜液泵，液硫泵采用离心式泵，通过夹套球阀调节液硫的流量。
　　液态硫磺经蒸汽夹套管的输送，通过蒸汽夹套过滤器后，送入旋转式硫磺造粒机定子给料槽中，由定子外带喷孔的旋转外转筒将液态硫磺产品呈液滴状成排喷洒在运行着的冷却钢带上，钢带背面喷有冷却水，液滴产品经冷却固化成粒，成粒后的固态产品被送入称重包装机内打包。
　　由于硫磺产品是在钢带上冷却固化成粒的，产品与冷却水互不接触，所以产品与冷却水互不污染，冷却水可循环使用。
　　旋转式造粒机工作原理是带有保温通道及物料槽的定子，定子底部分布数个物料喷嘴，带有数十排呈一定排列的通孔的外转筒绕定子作回转运动。当外转筒绕定子作回转运动时，外转筒上的小通孔经过定子底部时，一定量的物料就会通过外转筒上的小孔喷出，落到下方冷却钢带上进行冷却固化，为防止固化后产品粘结钢带，在钢带上涂有防粘剂，冷却水同时带走钢带上液滴产品的热量，钢带上产品被冷却成固体颗粒，冷却钢带以和旋转式造粒机头的外转筒相同的线速度运行，则液滴相对钢带静止滴落，保证了液滴的圆形形状;钢带与旋转式造粒机头的外转筒保持一定的距离，固化后的颗粒由与冷却钢带相接的刮料板刮下，送入打包机内打包装袋。
　　旋转式硫磺造粒机所涉及主要设备是物料罐或液硫池、保温泵、过滤器、滴落机、钢带机、包装机、引风机、回水箱、背压泵和制冷机等。
　　3 国内液态硫磺冷却成型状况
　　（1）早期国外旋转式硫磺造粒机的单台最大造粒能力只有4吨/小时[7]，冷却段共三节7.5米长，机器总长为10.5米，如加拿大壳牌公司使用的46台即是。93年以后随着硫磺处理量的提高，对旋转式硫磺造粒机的单台产量也要求进一步增大，冷却段又加长一节，冷却段共四节总长10米，机器总长为13米，单台造粒能力提高到6吨/小时。国内脱硫装置较小的厂家也想废除落后的铁槽或转鼓刮片式冷却成型工艺设备，就开始考虑选用小型旋转式硫磺造粒机，同时脱硫装置较大的炼油厂引进台数较多，也在考虑降低装置投资成本，使用国产化的旋转式硫磺造粒机，硫磺毕竟是副产品，脱硫装置的概算也在降低。
　　（2）尖嘴式硫磺造粒机的国产化之路也是较为曲折
　　的，最早只能生产单台每小时处理能力1吨以下的小型机，后来国产机器处理能力也不断提高，可达到每小时造粒能力为2吨、3吨、4吨、5吨等，到目前为止，国产化硫磺造粒机单台造粒能力最大可达到每小时6.5吨，已经超过了国外引进的单台造粒能力每小时6吨的最大指标，最具有代表性使用的广州石化赫尔普化工有限公司每天液态硫磺处理量达420吨，年处理能力14万吨，仅有三台旋转式硫磺造粒机来完成，每台造粒机每天24小时满负荷不间断运行，有一台需要维修时，其它机器就得开到7吨甚至8吨，其使用条件也是世界上最为苛刻的，同时也证明了国产尖嘴式硫磺造粒机技术先进性，质量可靠性。
　　从工艺参数对比看，进口国外的旋转式硫磺造粒机6吨/小时能力时，要求冷却水温度要小于28度，下料温度为75度;而同样达到单台造粒能力6吨/小时的国产旋转式硫磺造粒机要求冷却水温度小于33度即可，下料温度能达到小于65度，在广州石化赫尔普化工有限公司现场测试处理能力6.8吨/小时时下料温度仅为62度，说明国产技术水平领先于国外。 　　（3）目前国产旋转式硫磺造粒机造粒技术已经成熟可靠，处理能力由小到大，从每小时1吨到7吨，形成一个系列产品，产品规格由：RB600型0-1.5吨/小时、RB1000型1.5-3.0吨/小时、RB1200型3-4吨/小时及RB1500型4-7吨/小时共四个系列产品。覆盖我国各种大小脱硫装置规模的需要，完成了由引进到消化、吸收、再创新的过程，直到拥有自主知识产权，使得国外品牌不再是国内炼油企业的必选产品，仅中国石化青岛大炼油一家就采用了上海瑞宝造粒机有限公司制造的大型尖嘴式造粒机6台。据统计，到目前为止，我国脱硫装置共选用了国产尖嘴式硫磺造粒机总数约300多台，共节约用于引进国外硫磺造粒机的外汇约6亿多元人民币。
　　（4）当然，国产的尖嘴式硫磺造粒技术也是一点点不断更新完善，创新发展起来的。例如镇海炼化公司是我国最早引进国外旋转式硫磺造粒机的公司，引进后设备多年运行下来，由于设备老化，国外产品服务又跟不上，设备故障层出不穷，最终采用尖嘴式造粒技术于2004年改造成功。另外镇海炼化公司从2002年就开始试用国产旋转式硫磺造粒机，由于国产设备当初技术不成熟，故障率极高，虽然投资很小，但运行成本也很大，造粒能力也无法提高到每小时6吨的水平，经过多年的完善、发展、创新，如今国产尖嘴式造粒技术成熟可靠了，产量也能提高到每小时6吨了，最大可达到6.5吨，这些现状表明我国脱硫装置技术从回收到成型包装，从龙头到龙尾已经完全国产化了。
　　（5）随着我国中东原油引进量的不断提升，国家大型炼油装置的不断扩建，液态硫磺的产量也不断的提高，从早期年产二万吨硫磺装置，到年产八万吨硫磺装置，现在已经发展到年产四十多万吨及七十多万吨以及上百万吨硫磺装置，硫磺产量的提高需要冷却成型工艺设备能力也不断提高，我国近几年来随着硫磺处理量的大幅度提高，也开始使用硫磺转筒式冷却成型工艺以及水下造粒冷却成型工艺。到目前为止，硫磺转筒式冷却成型设备投入约20多套，水下造粒冷却成型设备投用约10多套。
　　4 结束语
　　我国炼油企业的特点是大型硫磺装置少，小型硫磺装置多，特别是地方炼油企业又多又分散，更加适合于尖嘴式硫磺造粒机的使用。年产30万吨以下的硫磺装置几乎都采用了尖嘴式硫磺造粒机，年产30万吨以上100万吨以下大型硫磺装置，采用硫磺转筒式或水下造粒工艺设备，年产100万吨以上的特大型硫磺装置更适合于使用水下造粒工艺设备。建议如下：
　　（1）硫磺装置规模在年产30万吨以下的，适合于采用尖嘴式硫磺造粒机，这种冷却成型工艺所需设备少，投资少，操作灵活，产量弹性范围大，能耗低，一般单台能力每小时6吨的设备投资100万人民币左右，其它小型和中型机单台能力在每小时1吨到3吨的，投资只需几十万元人民币，适合于中小型装置使用。
　　（2）硫磺装置规模在年产30万吨以上的100万吨以
　　下的，适合于采用转筒硫磺造粒机和水下造粒机，这种冷却成型工艺设备单台产量大，占地面积少，单台能力可达每小时15吨左右，一般单台能力每小时15吨的设备投资约300万人民币，适合于大型脱硫装置使用。
　　（3）硫磺裝置规模在年产100万吨以上的特大硫回收装置，适合于采用硫磺水下造粒机，这种冷却成型工艺设备单台产量大，占地面积少，单台能力可达每小时40吨左右，一般单台能力每小时40吨的设备投资约500万人民币，适合于特大型脱硫装置使用。
　　参考文献：
　　[1]宋天佑，徐家宁，程功臻，等.无机化学（第二版）下册[M].北京：高等教育出版社，2010.
　　[2]叶树濨.国外硫磺造粒技术简介[J].硫酸工业，1987（4）：41-42.
　　[3]白岩.大型硫磺回收装置中成型机的选用[J].石油化工设备技术，2011，32（05）：35-38.
　　[4]于洪涛.硫磺湿法造粒技术应用[J].石油化工应用，2013（2）.
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