生產二硫化碳的方法

2023-12-01 00:42:46

專利名稱：生產二硫化碳的方法
技術領域：
本發明涉及一種含碳和硫的化合物的製備方法，具體為一種二硫化碳的製備方法。
背景技術：
傳統的生產二硫化碳的方法是用木炭/活性炭與液態硫反應生成二硫化碳蒸汽，經液化、精餾得精品二硫化碳。我國目前二硫化碳產量的80％是來自木炭，每年需用木炭100萬噸，因此必須耗費大量木材。近年來隨著限制林木砍伐政策的實施，木炭供應日趨緊張，價格日益高漲，已對二硫化碳的生產造成嚴重影響。
現有技術中，利用甲烷為原料生產二硫化碳的工藝在國外已十分成熟，國內亦有該技術在使用，但因受甲烷原料產地局限及運輸困難的限制，在我國僅有少數地區有條件使用該項技術，且產量有限，難以滿足目前國內外日漸增長的對二硫化碳的需求。
傳統試驗認為使用煤或焦炭為原料生產二硫化碳在經濟上是不合適的，因煤的機械強度低，成份複雜，雜質含量高，在二硫化炭反應溫度下容易乾餾，產生煤焦油及大量氣體，破壞主反應的進行和汙染產品。使用焦炭為原料生產二硫化碳收率低的原因是焦炭中碳環稠密，碳環之間的鍵能很難打破，直接影響碳與硫的反應；特別是在流化床反應爐中，硫磺蒸汽與碳接觸時間短，反應難以進行徹底，因而二硫化碳的收率很低，形不成工業生產能力。參見英國專利GB705724 Improvements in or relating to preparation of carbondisulphide and active carbon目前，在我國某些地方，利用當地弱粘接性煤揮發份含量高、易於乾餾製取煤氣的特點，將原煤不經洗選及配煤即直接乾餾生產乾餾煤氣，由此生產的煤氣成本低，熱值較高，但是生產煤氣後的乾餾副產品半焦成為環保公害，由於其未曾洗選及配煤，且乾餾溫度較低，熱解也不徹底，因而這種副先產品在工業上尚未找到合適用途。只有少部分作為農村地區的燃料使用，大多數作為廢料處理，造成很大的環境汙染及浪費大量資源。

發明內容
本發明針對目前國內二硫化碳生產出現嚴重的原料短缺急需開發新的原料來源，以及我國大量存在的煤焦資源又未能得到充分利用的狀況，提出了一種生產二硫化碳的方法。它利用煤乾餾副產品替代木炭為原料製取二硫化碳。
本發明的生產二硫化碳的方法，包括將碳或含碳化合物與硫在800-950℃高溫下反應，所述碳或含碳化合物為半焦或焦粉。
所述生產二硫化碳的方法，其中所述半焦為未經配煤的原煤直接乾餾的固體殘留物，所述焦粉為焦化廠破碎焦炭後篩選殘留物。
所述生產二硫化碳的方法，其中所述半焦為弱粘接性原煤不經配煤直接乾餾的固體殘留物。
所述的生產二硫化碳的方法，其中所述半焦為不經配煤的褐煤、氣煤、肥煤或氣肥煤直接乾餾的固體殘留物。
所述的生產二硫化碳的方法，其中所述半焦或焦粉的物理化學參數如下堆密度0.4-0.85g/ml；表面積8-200m2/g；碳含量60-95％(重量百分比)；水分低於10％(重量百分比)；灰份3-15％(重量百分比)；揮發份4-20％(重量百分比)；粒度2-20目。
所述生產二硫化碳的方法，其中所述半焦或焦粉的物理化學參數如下堆密度0.4-0.75g/ml；表面積20-150m2/g；碳含量60-88％(重量百分比)；水分2-10％(重量百分比)；灰份4-10％(重量百分比)；揮發份6-15％(重量百分比)；粒度2-15目。
所述生產二硫化碳的方法，其中所述半焦或焦粉的物理化學參數如下堆密度0.4-0.85g/ml；表面積30-100m2/g；碳含量65-90％(重量百分比)；水分2-10％(重量百分比)；灰份3-15％(重量百分比)；揮發份4-15％(重量百分比)；粒度5-20目。
本發明採用半焦或焦粉為原料生產二硫化碳，解決了目前國內二硫化碳生產原料面臨斷檔的困境；避免了現有採用木炭生產二硫化碳需要砍伐大量森林，導致環境惡化的後果；採用不經配煤的弱粘接性煤，如褐煤、氣煤、肥煤或氣肥煤直接乾餾的固體殘留物-半焦為原料，更是利用了生產煤氣的副產品，解決環境汙染，消除了環保公害又節省了大量木材，保護了環境，而且原料價格便易，取得容易，能大大降低生產成本。


圖1是使用本發明方法時反應爐內溫度與反應時間的關係圖中橫坐標為時間，單位為小時(hr.)；縱坐標為反應溫度(℃)。圖中表示二硫化碳反應溫度應保持在一個比較小的波動範圍。
圖2是使用本發明方法時CS2產量與反應時間的關係圖中橫坐標為時間(hr.)，縱坐標為CS2產量(kg)。由該圖表示二硫化碳產量在隨時間增加而上升。
圖3是CS2產率與反應時間的關係圖中橫坐標為反應時間(hr.)，縱坐標為CS2產率(kg/hr)。圖中表示二硫化碳產率在10-20小時之內保持一個較高的水準，20小時之後，產率明顯下降。
具體實施例方式
本發明的二硫化碳生產方法，採用半焦或焦粉為原料，首先將半焦或焦粉預熱至800℃，加入二硫化碳反應甑，並繼續加熱，使爐溫保持在800-950℃，從反應甑底部分步加入液態硫(視反應進行的情況決定加入量的多少與加入次數，其與用木炭原料時的步驟相同)，液態硫在高溫下迅速變為硫蒸汽並與爐內碳原料在高溫下充分接觸，反應生成二硫化碳。其反應式為
式中C(s)-表示固體碳 S(g)-氣態硫 CS2(g)-氣態二硫化碳式中的固體碳為半焦或焦粉，半焦採用原煤不經配煤而直接乾餾的固體殘留物，特別是弱粘接性煤，比如褐煤、氣煤、肥煤或氣肥煤不經配煤直接乾餾形成的半焦，這種半焦形成時，由於煤的熱解尚未全部完成，在半焦內部仍含有一定量的氫、氧等性質活潑的化學元素，碳-碳之間的芳環鍵不很稠密，很容易被打開，成為可與硫蒸汽反應的單質碳。
焦粉採用焦化廠破碎焦炭形成的下腳料焦粉。
所述半焦或焦粉的理化參數如下堆密度0.4-0.85g/ml；表面積8-200m2/克；碳含量70-95％；水分2-10％；灰份3-15％；揮發份4-20％；粒度2-20目；此外，還有氫；氧；氮等元素。由於半焦或焦粉為不同粒徑顆粒的混合物，成份較為複雜，其理化參數可取若干次測定值的平均值。
實例1 取氣煤乾餾副產物-半焦，(該乾餾副產物半焦可直接取大同當地直立式乾餾煤氣發生爐的副產品-乾餾半焦即可)磨成粉狀，篩分得到2-10目的半焦顆粒，其理化參數如下堆密度0.4g/ml；表面積200m2/克；碳含量95％；水分2％；灰份15％；揮發份15％；取100克上述半焦顆粒，放入實驗室鑄鐵反應爐內，加溫至800℃加入硫磺液體，反應管內溫度保持在800-950℃，5小時後，得220克二硫化碳。產率35.0％。
實施例2 原料為焦化廠破碎焦炭後的下腳料焦粉，其物理化學參數如下堆密度0.75g/ml；表面積8m2/克；碳含量60％；水分10％；灰份3％；揮發份4％；粒度2-10目。實驗方法與實施例1相同，半焦原料仍然是100克，一次加入反應爐內，但液態硫是分步加入的，在5個小時內分兩次加入，即第一次加入一半，兩小時後，加入另外一半，反應結果與實施例1基本相同。
實施例3 原料來源為褐煤乾餾後的固體殘留物，重量取120克，其物理化學參數如下堆密度0.6g/ml；表面積150m2/克；碳含量88％；水份5％；灰份10％；揮發份6％；粒度5-20目。仍採用實施例1的實驗方法，反應結果是得到265克二硫化碳。收率為36.4％。
工業實施例 按照實施例1中半焦的技術指標，用長直徑1.0m，短直徑0.5m，高3.3m的橢圓工業二硫化碳反應爐擴大試驗，加入半焦101kg，反應23.5小時，共產出二硫化碳186kg。
權利要求
1.一種生產二硫化碳的方法，包括將碳或含碳化合物與硫在800-950℃高溫下反應，其特徵在於所述碳或含碳化合物為半焦或焦粉。
2.按照權利要求1所述生產二硫化碳的方法，其特徵在於所述半焦為未經配煤的原煤直接乾餾的固體殘留物，所述焦粉為焦化廠破碎焦炭後篩選殘留物。
3.按照權利要求2所述的生產二硫化碳的方法，其特徵在於所述半焦為弱粘接性原煤不經配煤直接乾餾的固體殘留物。
4.按照權利要求3所述的生產二硫化碳的方法，其特徵在於所述半焦為褐煤、氣煤、肥煤或氣肥煤不經配煤直接乾餾的固體殘留物。
5.按照權利要求1-4中任一項權利要求所述的生產二硫化碳的方法，其特徵在於所述半焦或焦粉的物理化學參數如下堆密度0.4-0.85g/ml；表面積8-200m2/g；碳含量60-95％(重量百分比)；水分2-10％(重量百分比)；灰份3-15％(重量百分比)；揮發份4-20％(重量百分比)；粒度2-20目。
6.按照權利要求5所述的生產二硫化碳的方法，其特徵在於所述半焦或焦粉的物理化學參數如下堆密度0.4-0.75g/ml；表面積20-150m2/g；碳含量60-88％(重量百分比)；水分2-10％(重量百分比)；灰份4-10％(重量百分比)；揮發份6-15％(重量百分比)；粒度2-15目。
7.按照權利要求5所述的生產二硫化碳的方法，其特徵在於所述半焦或焦粉的物理化學參數如下堆密度0.4-0.85g/ml；表面積30-100m2/g；碳含量65-90％(重量百分比)；水分2-10％(重量百分比)；灰份3-15％(重量百分比)；揮發份4-15％(重量百分比)；粒度5-20目。
全文摘要
一種生產二硫化碳的方法，採用半焦或焦粉為原料替代傳統木炭原料，可以節約大量木材，利於保護環境，使用了原煤乾餾後的固體殘渣及焦化廠廢棄焦粉，減少了汙染物排放。
文檔編號C01B31/00GK1431150SQ03111889
公開日2003年7月23日 申請日期2003年2月22日 優先權日2003年2月22日
發明者孔慶然 申請人:孔慶然