國內外液態(tài)硫磺冷卻成型發(fā)展歷程與現(xiàn)狀

楊海波

摘 ?要：文章詳細介紹了國內外液態(tài)硫磺冷卻成型的工藝設備發(fā)展史，以及目前使用現(xiàn)狀，重點論述我國目前液態(tài)硫磺冷卻成型工藝設備種類，以及各種工藝設備適用的場合及優(yōu)缺點，為液態(tài)硫磺生產廠家正確采用硫磺冷卻成型工藝設備提供參考依據。

關鍵詞：液態(tài)硫磺;冷卻成型;工藝及設備;適用場合

中圖分類號：TQ125.1 ? ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：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]外觀為黃色固體或粉末，有明顯氣味，能揮發(fā)，有特殊臭味。熔點為119℃，沸點為444.6℃，液體密度1.87。硫磺不溶于水，微溶于乙醇、醚，易溶于二硫化碳。屬易燃固體，硫磺主要用于制造染料、農藥、火柴、火藥、橡膠、人造絲等。

鋼帶式結片機雖然固化能力比轉鼓刮片機固化能力大得多，但產品成型仍然是碎片狀，生產環(huán)境粉塵較大，污染嚴重，同時結片機的占地面積也較大。

2 國外液態(tài)硫磺冷卻工藝設備現(xiàn)狀

國外六十年代就開始設計投用工藝設備把液態(tài)硫磺冷卻成固體顆粒。固態(tài)產品的形狀分為塊狀、片狀、粒狀、粉末狀及碎片粉末狀等。

由于粒狀產品具有流動性好等優(yōu)點所以需要制成顆粒狀而將這些產品制成顆粒的設備稱為造粒設備。國外從六十年代開始設計投用如下造粒設備：硫磺造粒塔;硫磺轉筒造粒;硫磺水下造粒;硫磺結片機;旋轉式硫磺造粒機。

2.1 硫磺造粒塔（又稱噴淋式高塔造粒）

硫磺造粒塔工藝原理：經過脫硫工藝裝置回收的液態(tài)硫磺儲存在液硫池或液硫罐內，經過保溫泵打入高塔式頂端噴淋頭內，途徑過濾器過濾掉液硫內的雜質，液硫輸送壓力可調，液硫經過噴淋頭眾多小孔高壓噴出到空氣中，因為液硫表面張力作用，噴出的液硫在空氣中形成眾多小液滴，這些小液滴從高塔頂部因重力原因自由下落，塔底輸入冷空氣，由塔底向塔頂移動，硫磺液滴從塔頂向塔底運動，經過一定時間硫磺液滴與冷卻空氣熱交換（直接換熱方式），當硫磺液滴到達塔底端時，液滴已被冷卻固化成不規(guī)則的小顆粒，直徑約1-6毫米，在塔底部把硫磺小顆粒收集起來，打包裝袋。

液硫池帶蒸汽盤管加熱保溫，防止液態(tài)硫磺凝固，如果采用罐體就做成夾套罐由蒸汽保溫，回收液硫量較大時一般采用液硫池儲存，可以做得容積很大，承載五六十個立方甚至上百個立方，液硫池四周采用隔熱磚砌成，內設蒸汽盤管。十幾個立方一般采用夾套罐。采用液硫池就配備潛液泵，一般是兩臺，一開一備。如果是夾套罐就采用臥式離心加套泵2臺，所有物料管線采用蒸汽夾套管伴熱防止液態(tài)硫磺凝固。過濾器一般采用夾套提籃式或布袋式結構。高塔一般30至80米，直徑3至20米。

整個工藝過程采用的是液硫與冷卻空氣直接熱交換的方式，不需要用水來冷卻液硫，所以顆粒硫磺含水量較低，一般小于0.5%，整個工藝過程所用動設備很少，運行可靠，但高塔投資巨大，能耗也大，硫磺還有粉爆特性，爆炸危險性較高，所以應用很少。

2.2 硫磺轉筒式造粒（又稱硫磺干法造粒）

硫磺轉筒式造粒工藝原理：經脫硫裝置回收的液態(tài)硫磺儲存在液硫池內，經由液硫泵輸送，經過濾器輸送到造粒機轉筒中。液硫池內裝有一臺潛液泵，液硫泵配備變頻器并在管道上裝有液硫流量計以調節(jié)和監(jiān)控液硫的流量。

液硫泵將液硫從液硫池經過濾器輸送到裝在滾筒內的液硫主噴管中，液硫通過裝在主噴管上的眾多噴頭噴射到旋轉轉筒中形成多層細小硫磺顆粒。冷卻和噴涂過程沿滾筒軸線方向不斷地進行。

整個硫磺滾筒造粒[3]過程是在一個連續(xù)運轉的滾筒內完成的，當液體硫磺引入安裝在滾筒內的液流噴頭后，首先要在滾筒一端生產和引入固體種子顆粒，這些種子顆粒在旋轉的滾筒中經過多次提起、灑落、噴涂和冷卻這樣周而復始的加工過程漸漸變大而成為所需的粒徑產品從滾筒的另一端排出。滾筒造粒的冷卻介質是空氣和水霧。在噴涂固化過程中，每層的噴涂是在前一層噴涂還未完全固化的條件下完成的。這種工藝噴涂的結果是保證生產出一個完全結實一體化的硫磺球形顆粒。

硫磺冷凝固化產生的熱量被冷卻水的噴霧水滴和空氣流吸收帶走，造粒機滾筒中排出的熱氣流夾帶著少量粉塵經旋流除塵器除塵凈化后排入大氣。整個造粒工藝由一臺中央處理器控制，并控制液硫泵的轉速保證穩(wěn)定的額定產量。液硫流量計測定流速以比較事先設定的高低流速來保證穩(wěn)定的產量。

所用設備主要是一個旋轉式大滾筒，直徑約3-5米，安裝在一個8米×12米大平臺上，一個液硫池最好帶有緩沖液硫罐，調制液硫溫度在130度左右最佳，二臺潛液泵，一組并聯(lián)夾套過濾器，防止液體硫磺進入噴頭有雜質堵塞噴嘴孔眼。冷卻水由一組離心式水泵輸入，經過濾器除掉雜質，防止堵塞孔眼?？諝饬饔晒娘L機送入，粉塵及細小顆粒經旋流器分離除塵后排入大氣。轉筒造粒單臺產量較大，單臺可以達到每小時15噸，占地面積相對較小，設備少。缺點是顆粒大小不均勻，顆粒度不密實，因為與水直接接觸冷卻，受水污染，產量彈性范圍小，轉筒清理勞動強度大，操作工藝復雜，能耗高，因投資規(guī)模較大，一般年產30萬噸以上大型硫磺裝置考慮采用。

2.3 硫磺水下造粒（又稱硫磺濕法造粒）

硫磺水下造粒工藝原理[4]：經脫硫裝置回收的液態(tài)硫磺儲存在液硫池內，經由液硫泵輸送，經過濾器輸送到造粒機的滴落機內。液硫池內裝有一臺潛液泵，液硫泵配備變頻器并在管道上裝有液硫流量計以調節(jié)和監(jiān)控液硫的流量。整個液硫管線由蒸汽伴熱，防止液態(tài)硫磺凝固。

液態(tài)硫磺進入造粒機上部的滴落機內，經平板分布器均布。滴落機的主要功能就是將液體硫磺均勻分布在水冷器內的冷卻水中。硫磺液滴在水中冷卻并固化成球形顆粒。固化的硫磺顆粒在主機冷卻水中沉降到錐形水箱的底部并連續(xù)不斷地從底部被排出機外。安裝在水冷器底部的脫水器先將硫磺顆粒除去大量水份，然后再進入振動篩將硫磺顆粒進一步脫水，脫水后的硫磺顆粒含水量約為3.8%，然后進入風干篩把硫磺顆粒再風干，風干后含水量低于2%，而成為最終產品。風干是由一臺鼓風機向振動篩內吹入熱干燥空氣，水份和少量粉塵被吸入除塵凈化器內，經噴霧凈化后的氣體排入大氣中。經脫水器和振動篩漏下去的細小硫磺顆粒和水一起進入沉降水箱中，當細小硫磺顆粒堆積到一定高度時，螺旋扒渣機自動啟動將淤積的細小顆粒硫磺送入硫磺罐內再熔化，然后由液硫泵送入到液硫池內。滴落機上方的煙氣由煙氣凈化罐處理后排入大氣。

2.4 硫磺結片機

硫磺結片機冷卻固化工藝原理：經脫硫裝置回收的液態(tài)硫磺儲存在液硫池內，經由液硫泵輸送，經過濾器輸送到結片機溢流堰中。液硫池內裝有一臺潛液泵，液硫泵配備變頻器并在管道上裝有液硫流量計以調節(jié)和監(jiān)控液硫的流量。

液態(tài)硫磺被送入溢流堰內呈瀑布狀流下，流到下方的鋼帶冷卻器中的冷卻鋼帶上，鋼帶下方噴冷卻水，硫磺在鋼帶上冷卻固化成片狀，一般20毫米到50毫米厚度，運行到機器尾部，由卸料刮刀刮下，經破碎機達成50×50毫米的碎塊，打包裝袋。

2.5 旋轉式硫磺造粒機

旋轉式硫磺造粒機冷卻固化工藝原理：經脫硫裝置回收的液態(tài)硫磺儲存在液硫池內，經由液硫泵輸送，經過濾器輸送到造粒機的滴落機中。液硫池內裝有一臺潛液泵，液硫泵采用離心式泵，通過夾套球閥調節(jié)液硫的流量。

液態(tài)硫磺經蒸汽夾套管的輸送，通過蒸汽夾套過濾器后，送入旋轉式硫磺造粒機定子給料槽中，由定子外帶噴孔的旋轉外轉筒將液態(tài)硫磺產品呈液滴狀成排噴灑在運行著的冷卻鋼帶上，鋼帶背面噴有冷卻水，液滴產品經冷卻固化成粒，成粒后的固態(tài)產品被送入稱重包裝機內打包。

由于硫磺產品是在鋼帶上冷卻固化成粒的，產品與冷卻水互不接觸，所以產品與冷卻水互不污染，冷卻水可循環(huán)使用。

旋轉式造粒機工作原理是帶有保溫通道及物料槽的定子，定子底部分布數個物料噴嘴，帶有數十排呈一定排列的通孔的外轉筒繞定子作回轉運動。當外轉筒繞定子作回轉運動時，外轉筒上的小通孔經過定子底部時，一定量的物料就會通過外轉筒上的小孔噴出，落到下方冷卻鋼帶上進行冷卻固化，為防止固化后產品粘結鋼帶，在鋼帶上涂有防粘劑，冷卻水同時帶走鋼帶上液滴產品的熱量，鋼帶上產品被冷卻成固體顆粒，冷卻鋼帶以和旋轉式造粒機頭的外轉筒相同的線速度運行，則液滴相對鋼帶靜止滴落，保證了液滴的圓形形狀;鋼帶與旋轉式造粒機頭的外轉筒保持一定的距離，固化后的顆粒由與冷卻鋼帶相接的刮料板刮下，送入打包機內打包裝袋。

旋轉式硫磺造粒機所涉及主要設備是物料罐或液硫池、保溫泵、過濾器、滴落機、鋼帶機、包裝機、引風機、回水箱、背壓泵和制冷機等。

3 國內液態(tài)硫磺冷卻成型狀況

（1）早期國外旋轉式硫磺造粒機的單臺最大造粒能力只有4噸/小時[7]，冷卻段共三節(jié)7.5米長，機器總長為10.5米，如加拿大殼牌公司使用的46臺即是。93年以后隨著硫磺處理量的提高，對旋轉式硫磺造粒機的單臺產量也要求進一步增大，冷卻段又加長一節(jié)，冷卻段共四節(jié)總長10米，機器總長為13米，單臺造粒能力提高到6噸/小時。國內脫硫裝置較小的廠家也想廢除落后的鐵槽或轉鼓刮片式冷卻成型工藝設備，就開始考慮選用小型旋轉式硫磺造粒機，同時脫硫裝置較大的煉油廠引進臺數較多，也在考慮降低裝置投資成本，使用國產化的旋轉式硫磺造粒機，硫磺畢竟是副產品，脫硫裝置的概算也在降低。

（2）尖嘴式硫磺造粒機的國產化之路也是較為曲折

的，最早只能生產單臺每小時處理能力1噸以下的小型機，后來國產機器處理能力也不斷提高，可達到每小時造粒能力為2噸、3噸、4噸、5噸等，到目前為止，國產化硫磺造粒機單臺造粒能力最大可達到每小時6.5噸，已經超過了國外引進的單臺造粒能力每小時6噸的最大指標，最具有代表性使用的廣州石化赫爾普化工有限公司每天液態(tài)硫磺處理量達420噸，年處理能力14萬噸，僅有三臺旋轉式硫磺造粒機來完成，每臺造粒機每天24小時滿負荷不間斷運行，有一臺需要維修時，其它機器就得開到7噸甚至8噸，其使用條件也是世界上最為苛刻的，同時也證明了國產尖嘴式硫磺造粒機技術先進性，質量可靠性。

從工藝參數對比看，進口國外的旋轉式硫磺造粒機6噸/小時能力時，要求冷卻水溫度要小于28度，下料溫度為75度;而同樣達到單臺造粒能力6噸/小時的國產旋轉式硫磺造粒機要求冷卻水溫度小于33度即可，下料溫度能達到小于65度，在廣州石化赫爾普化工有限公司現(xiàn)場測試處理能力6.8噸/小時時下料溫度僅為62度，說明國產技術水平領先于國外。

（3）目前國產旋轉式硫磺造粒機造粒技術已經成熟可靠，處理能力由小到大，從每小時1噸到7噸，形成一個系列產品，產品規(guī)格由：RB600型0-1.5噸/小時、RB1000型1.5-3.0噸/小時、RB1200型3-4噸/小時及RB1500型4-7噸/小時共四個系列產品。覆蓋我國各種大小脫硫裝置規(guī)模的需要，完成了由引進到消化、吸收、再創(chuàng)新的過程，直到擁有自主知識產權，使得國外品牌不再是國內煉油企業(yè)的必選產品，僅中國石化青島大煉油一家就采用了上海瑞寶造粒機有限公司制造的大型尖嘴式造粒機6臺。據統(tǒng)計，到目前為止，我國脫硫裝置共選用了國產尖嘴式硫磺造粒機總數約300多臺，共節(jié)約用于引進國外硫磺造粒機的外匯約6億多元人民幣。

（4）當然，國產的尖嘴式硫磺造粒技術也是一點點不斷更新完善，創(chuàng)新發(fā)展起來的。例如鎮(zhèn)海煉化公司是我國最早引進國外旋轉式硫磺造粒機的公司，引進后設備多年運行下來，由于設備老化，國外產品服務又跟不上，設備故障層出不窮，最終采用尖嘴式造粒技術于2004年改造成功。另外鎮(zhèn)海煉化公司從2002年就開始試用國產旋轉式硫磺造粒機，由于國產設備當初技術不成熟，故障率極高，雖然投資很小，但運行成本也很大，造粒能力也無法提高到每小時6噸的水平，經過多年的完善、發(fā)展、創(chuàng)新，如今國產尖嘴式造粒技術成熟可靠了，產量也能提高到每小時6噸了，最大可達到6.5噸，這些現(xiàn)狀表明我國脫硫裝置技術從回收到成型包裝，從龍頭到龍尾已經完全國產化了。

（5）隨著我國中東原油引進量的不斷提升，國家大型煉油裝置的不斷擴建，液態(tài)硫磺的產量也不斷的提高，從早期年產二萬噸硫磺裝置，到年產八萬噸硫磺裝置，現(xiàn)在已經發(fā)展到年產四十多萬噸及七十多萬噸以及上百萬噸硫磺裝置，硫磺產量的提高需要冷卻成型工藝設備能力也不斷提高，我國近幾年來隨著硫磺處理量的大幅度提高，也開始使用硫磺轉筒式冷卻成型工藝以及水下造粒冷卻成型工藝。到目前為止，硫磺轉筒式冷卻成型設備投入約20多套，水下造粒冷卻成型設備投用約10多套。

4 結束語

我國煉油企業(yè)的特點是大型硫磺裝置少，小型硫磺裝置多，特別是地方煉油企業(yè)又多又分散，更加適合于尖嘴式硫磺造粒機的使用。年產30萬噸以下的硫磺裝置幾乎都采用了尖嘴式硫磺造粒機，年產30萬噸以上100萬噸以下大型硫磺裝置，采用硫磺轉筒式或水下造粒工藝設備，年產100萬噸以上的特大型硫磺裝置更適合于使用水下造粒工藝設備。建議如下：

（1）硫磺裝置規(guī)模在年產30萬噸以下的，適合于采用尖嘴式硫磺造粒機，這種冷卻成型工藝所需設備少，投資少，操作靈活，產量彈性范圍大，能耗低，一般單臺能力每小時6噸的設備投資100萬人民幣左右，其它小型和中型機單臺能力在每小時1噸到3噸的，投資只需幾十萬元人民幣，適合于中小型裝置使用。

（2）硫磺裝置規(guī)模在年產30萬噸以上的100萬噸以

下的，適合于采用轉筒硫磺造粒機和水下造粒機，這種冷卻成型工藝設備單臺產量大，占地面積少，單臺能力可達每小時15噸左右，一般單臺能力每小時15噸的設備投資約300萬人民幣，適合于大型脫硫裝置使用。

（3）硫磺裝置規(guī)模在年產100萬噸以上的特大硫回收裝置，適合于采用硫磺水下造粒機，這種冷卻成型工藝設備單臺產量大，占地面積少，單臺能力可達每小時40噸左右，一般單臺能力每小時40噸的設備投資約500萬人民幣，適合于特大型脫硫裝置使用。

參考文獻：

[1]宋天佑，徐家寧，程功臻，等.無機化學（第二版）下冊[M].北京：高等教育出版社，2010.

[2]葉樹濨.國外硫磺造粒技術簡介[J].硫酸工業(yè)，1987（4）：41-42.

[3]白巖.大型硫磺回收裝置中成型機的選用[J].石油化工設備技術，2011，32（05）：35-38.

[4]于洪濤.硫磺濕法造粒技術應用[J].石油化工應用，2013（2）.