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硫磺造粒工艺综述
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1 概述
目前,全球每年有超过40Mt硫磺作为石油、天然气的副产品以液态的形式被提炼出来,如果加上煤化工、冶炼和发电等行业脱硫所产生的硫磺,其产量将远远大于40Mt/ a,且应用的行业范围、工艺过程、生产规模及其用途也多种多样。但是由于硫磺特殊的物化特性,必须将绝大部分液体硫磺转换成规则的固态颗粒,以便安全、可靠、环保地运输、仓储和使用。总之,由于硫磺颗粒具有特性稳定、流动性能优越、无粉尘及无环境污染等明显优势,颗粒硫磺已成为相关行业 。
但是,针对不同行业的生产特点、工艺要求、装置规模以及产品应用领域等因素,我们该怎样选择合适的硫磺造粒工艺,以更好地满足市场的各种需求呢? 笔者结合生产实践,阐述自己的理解和认识,供大家参考和讨论。
2 硫磺造粒的主要工艺介绍
硫磺造粒主要达到两方面的目的: ①将上游净化提炼出来的液体硫磺快速、有效地转换成固态,并满足生产工艺和安全环保的要求; ②以期得到形状规整、粒度均匀、性能稳定、利于使用(运输、储存和使用)的成品颗粒。
目前,硫磺造粒工艺主要有:回转钢带冷凝造粒、塔式空气冷却造粒、水直接冷却造粒和喷浆造粒四种。
2. 1 回转钢带冷凝造粒工艺
回转钢带冷凝造粒的原理如图1所示。它是利用硫磺的低熔点特性,根据物料熔融态时的黏度范围,通过特殊的布料装置将液硫或熔融硫磺均匀分布在匀速移动的钢带上。钢带下方设置了连续喷淋的冷却装置,使物料在移动、输送过程中快速冷却、固化,从而达到造粒成形的目的。
1、主要特点
回转钢带冷凝造粒工艺的主要特点如下。
(1)布料器将来自上游的连续液硫快速、规则地分割成成排断续滴落的液滴,并利用其黏性和表面张力使之滴落在回转钢带上形成半球状均匀颗粒。通过调节布料器转速和物料流量,可在一定范围内调节和控制成品颗粒的粒径大小。该工艺的颗粒成品率几乎达100% ,流程简短、直接,无需筛分、返料过程。布料器工作原理见图2。
(2)采用薄钢带传动输送和喷淋强制冷却传热,使液硫迅速冷凝、固化成形。硫磺颗粒通过钢带传热,完全避免了与冷却水的接触,成品水含量得到严格控制。
(3)由于回转钢带在卸料端的换向弯曲,使固化后的硫磺颗粒易于从钢带表面剥落,因此卸料时粉尘极少,颗粒形状得到保护,有利于改善操作条件和环境。
(4)根据工艺需要可方便实施全过程自动控制,以确保物料温度、流量和压力等操作参数稳定,从而确保系统操作稳定、可靠,物料状态稳定。
(5)对大规模的硫回收装置而言,回转钢带冷凝造粒机的单机生产能力 大只能达到6 t/h,显得偏小,在工艺实现上需采用多机组并联完成。例如,图3所示的就是由8列回转钢带冷凝造粒机并联而成的300 kt/ a硫磺造粒工艺流程。
2、特性参数
目前,回转钢带冷凝造粒机单机 大处理能力
为6 t/h硫磺,其特性参数如下:
生产能力 ≤6 t/h
颗粒尺寸 直径3～6 mm
厚度1. 5～2. 5 mm
颗粒形状半球状
进料温度≈ 130 ℃
卸料温度50～65 ℃
成品 水含量≤0. 5%
堆密度≈ 1 200 kg/m3
脆度≤1. 0%
堆积角≈ 30°
颗粒成粒率≥95%
3、公用工程条件
6 t/h硫磺回转钢带冷凝造粒机的公用工程条件如下:
电源380 V, 50 Hz, 3相
设备总功率8 kW
冷却水 入口温度≤30 ℃
出口温度≤38 ℃
循环水耗量≤20 m3 /h
设备尺寸(mm) 12 950 ×2 050 ×2 060
2. 2 塔式空气冷却造粒工艺
塔式空气冷却造粒工艺原理是:将熔融液硫从塔顶部滴落,通常经喷嘴加以分布;空气自塔底吹向塔顶,液硫在塔内下降过程中被上升的空气冷却而固化;在塔底收集固体颗粒。
空气冷却造粒工艺刚开始时被称为奥托肯帕法。这是因为该工艺 个生产装置源于芬兰的奥托肯帕·奥依公司,于1962年建在柯柯拉, 1977年停用。采用该法的另外两套装置建在日本。除了奥托肯帕法以外,用于大规模生产还有波兰式空气冷却造粒工艺( Polish Process, 见图4 ) 。该工艺于1966年首先用在波兰丹诺布切克的一个规模为150kt/ a的试验工厂, 1973年用于格但斯克的锡亚柯帕500 kt/ a的硫磺总站,上世纪80年代初,又在加拿大建设了5 套装置。这些装置全部使用单个造粒塔,产能为350～1 200 kt/ a。
从硫磺回收装置来的脱气液态硫磺存储在液硫池中。为防止液硫凝固,液硫池内的液硫温度应保持在130～140 ℃,因此,其内部设有蒸汽加热盘管,采用低压蒸汽进行加热、保温。液硫池中的液态硫磺用液硫泵抽出,以恒定的速率输送至造粒塔顶,经喷射器分配进入塔内;冷却空气从塔底进入,补充的晶种(硫微粒)保持在造粒区以促进颗粒晶核的形成;当颗粒落于塔底的活动栅时凝固。
空气造粒工艺的造粒塔大小随装置的生产能力而定,高度30～90 m、直径3～24 m,其产品硫磺颗粒直径为1～6mm,水含量小于0. 5% ,堆密度1 100kg/m3 ,脆度小于1. 0% ,休止角小于25°。
空气造粒工艺不需要水,也没有太多的转动部件,操作性较可靠,适用于大批量生产。但一次性设备投资太大,且需要空气冷却,能耗相当高。
2. 3 水直接冷却造粒工艺
水直接冷却造粒工艺的生产原理是将液态硫喷入或滴入水槽或水塔内,使其在水中固化,然后滤出。水造粒工艺的主要技术路线有R IM水造粒工艺、Hess oil Virgin Island水造粒工艺、Devco Wet水造粒工艺和Smth & Ari水造粒工艺。
1、R IM水造粒工艺
R IM水造粒工艺流程如图5所示。液硫经液硫泵送至15. 2 m高的造粒塔顶端的液硫分配器,被其分成若干流束,流束在重力和表面张力的共同作用
下形成一个个小液滴,流到造粒塔的冷水池中。小液滴在冷水池冷却成粒,硫磺粒料从塔底部被送入脱水筛脱水后即为成品,由造粒塔出来的冷却水循环使用。
2、DevcoWet水造粒工艺
目前,在世界范围内使用水造粒工艺生产硫磺 常用的方法是Devco Wet水造粒工艺,其工艺流程如图6所示。
从硫磺回收装置来的液硫经过滤后送至液硫池中;振动筛筛分下来的细小硫磺微粒(即粒径达不到要求)被送入熔硫池(其内部设有蒸汽加热盘管)中熔化后,经熔硫泵输入液硫池中。为防止液硫凝固,液硫池内部设有蒸汽加热盘管,使液硫温度保持在130～140 ℃。
液硫池中的液态硫磺被液硫泵以恒定的速率送至液硫分布器。液硫被分布器分成许多流束,流到造粒器(冷水池)中,液硫的流束在重力和表面张力的共同作用下形成一个个小粒,这些小粒从冷却池底部排出并通过振动筛,由造粒器出来的冷却水循环使用。
从振动筛分离出的水含量约2%的合格(粒径达到要求的颗粒)固体硫磺,经带式输送机送至干燥器(可选设备,包括:流化床单元、鼓风机、燃料气加热器、入口联管箱、排气联管箱、旋风除尘器、湿式洗涤器、抽气机等)再处理,或直接送硫磺称量、包装、码垛系统。而被筛分下来的不合格产品(粒径达
不到要求的细小硫磺微粒)和工艺水一起进入分离器进行分离,分离出的细小硫磺微粒被送至熔硫池。
DevcoWet水造粒工艺的产品硫磺直接与冷却水接触。工艺水罐中的工艺水通过换热器换热(温度从53 ℃降至49 ℃)后进入造粒器(冷水池)中,一部分工艺水从造粒器(冷水池)上部溢流后返回工艺水罐,一部分工艺水通过振动筛分离进入分离罐,再经溢流堰后返回工艺水罐,另一部分工艺水在造粒器(冷水池)中变为蒸汽,通过排风机排入大气。损失的工艺水通过补充水系统进入工艺水罐,工艺水循环使用。
在熔硫过程中有硫化氢和硫蒸气产生,为了防止这些有毒气体散发出来,保护工作环境,熔硫池也设置了排风机,用于将废气抽出。
水造粒工艺需要水,产品硫磺直接与冷却水接触,但能效高,对小批量和大批量生产都比较经济,且机械操作相当可靠,不易损坏,生产费用和维护费用均较低。DevcoWet水造粒工艺生产的标准级硫磺粒径为1～6mm,水含量小于2. 0% ,堆密度1 100kg/m3 ,脆度小于3. 0% ,休止角小于32°。
DevcoWet水造粒工艺设备不需要多列布置,其工厂布置如图7所示,占地面积相对较小。
2. 4 喷浆造粒工艺
喷浆造粒工艺原理是在固化的硫磺小颗粒(“蕊”材)上重复喷浆、附着和固化,使其粒径增至所要求的尺寸。该工艺一般使用水或空气冷却,成品硫磺
的粒径一般为1～6 mm,水含量为0. 5% ,堆密度大于1 200 kg/m3 ,脆度小于1. 0% ,休止角为27°。该工艺占地少,效率高,单线生产能力 大已达到1 100t/d,特别适合于较大规模的液体硫磺集中生产。
喷浆造粒工艺主要有潘罗麦迪克法( PerlomaticProcess) 、普罗柯GX法( Procor GX Process)和kalt2enbach2Tharing工艺。
1、潘罗麦迪克喷浆造粒工艺
潘罗麦迪克喷浆造粒工艺实际上就是沸腾床
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