一种用于制备高纯五硫化二磷的纯化工艺及装置的制作方法

本技术属于五硫化二磷生产，尤其涉及到一种制备高纯五硫化二磷的纯化工艺与装置。

背景技术：

1、五硫化二磷[p2s5，又称为十硫化四磷(p4s10)]广泛地应用于农药（乐果、辛硫磷、乙基1605 等）、润滑油添加剂、有色金属选矿浮选剂及医药等行业，尤其是润滑油级（优级品以上）的高纯五硫化二磷产品，具有非常重要的用途，需求量比较旺盛，市场前景非常良好。

2、而五硫化二磷产品纯度不仅与产品中五硫化二磷组分含量有关，而且还与其中含有的硫和磷元素及其多硫化物（p4sx，x=2,3,5,6,7,9）、重质盐 [主要是含硫盐（如硫化钙等）、含磷盐（如磷酸钙等）、含硫磷复盐（硫代磷酸盐等）、硫酸钙]及有机杂质有关[见国标gb/t 13258-2016（《工业五硫化二磷》）]，尤其是有机杂质，对五硫化二磷产品质量影响很大，当有机杂质含量超过0.3 %时，五硫化二磷的色泽、物性等会显著变化，品质变差，这严重限制五硫化二磷的应用，比如当五硫化二磷用于润滑油行业时，有机杂质不能超过0.1%。

3、因此，若想获得高纯五硫化二磷产品，必须对合成生产出的五硫化二磷粗产品进行纯化以脱除多硫化磷、磷盐、硫盐等杂质，尤其是必须脱除有机杂质。

4、目前，五硫化二磷粗产品的纯化主要采用蒸馏技术，现有用于五硫化二磷的蒸馏技术根据操作压力的不同可分为常压简单蒸馏技术和减压蒸馏技术。

5、常压简单蒸馏技术就是常压（或微正压）和高温（515 ℃左右）条件下纯化粗产品来获得高纯五硫化二磷产品，比如专利200610019731.6，该类技术工艺较简单，且为常压操作，操作简便，设备气密性要求较低，但蒸馏纯化效果较差，对多硫化磷等杂质脱除不彻底，产品质量较差，尤其是难以脱除有机杂质，且蒸馏温度较高，能耗也高。

6、减压蒸馏技术是在负压（20 kpaa或更低）和较低温度（380 ℃左右）条件下纯化粗产品而获得高纯五硫化二磷产品，比如专利cn101712464a、200810233489.1、cn101844755a和cn101402450b等，与常压简单蒸馏相比，减压蒸馏蒸馏温度较低，能耗较低，五硫化二磷组分含量较高，产品质量较好，但也无法彻底脱除有机杂质，这严重影响了五硫化二磷产品的纯度和品质。

7、另外，五硫化二磷粗产品中杂质成分非常复杂，且难以分离，既有未反应完的单质硫、单质磷及副产物多硫磷化物（p4sx，x=2,3,5,6,7,9），又有沸点较高的重质盐杂质[主要是含硫盐（如硫化钙等）、含磷盐（如磷酸钙等）、含硫磷复盐（硫代磷酸盐等）、硫酸钙]，另外还含有有机杂质，通过一次蒸馏难以将如此多的杂质都脱除掉，尤其是有机杂质。

8、因此，开发能深度脱除产品中的杂质，尤其是有机杂质，而获得高纯五硫化二磷的纯化技术具有重要的意义。

技术实现思路

1、针对五硫化二磷粗产品物性复杂，熔沸点高，有毒易燃易爆，分离处理是需要高温操作、熔盐换热等几乎所有化工苛刻的工艺技术，处理技术难度大，能耗高，预防事故要求高；而相对蒸馏技术，精馏技术更为复杂，实施难度更大，能耗更高，设备投资和运行成本更高。因此，分离处理要求很高的五硫化二磷纯化和技术实施难度更高技术更复杂的精馏技术的结合，实施起来技术难度高，基本超出了当前五硫化二磷分离处理技术水平，投资也很高，在产品质量要求不高的情况下和尽可能低成本运行的条件下，一般采用技术难度小投资少成本低的蒸馏，而不用精馏，但当对产品纯度和质量提出更高要求时，如实现五硫化二磷的产品中，纯度达99.0wt%以上，总杂质含量低于0.4wt%，其中，有机杂质含量低于0.1wt%，磷元素含量高于28.0%，硫元素含量高于71.0%以上，符合中华人民共和国国家标准《工业五硫化二磷》（gb/t13258-2016）所规定的优级品高纯五硫化二磷产品要求时，传统的蒸馏技术就无法满足要求了，就必须使用分离效果更好更先进的精馏技术了。

2、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种制备高纯五硫化二磷的工艺及装置，本发明采用精馏的方式纯化粗品而获得高纯五硫化二磷，既提高产品中五硫化二磷含量，又降低多硫磷化物等杂质的含量，尤其是可彻底脱除有机杂质，可生产出低有机杂质的高纯五硫化二磷产品。

3、第一方面，本发明提供了一种制备高纯五硫化二磷纯化工艺。

4、其中，五硫化二磷粗产品中杂质成分非常多且成分复杂，既含有比五硫化二磷沸点高的重质盐杂质[主要是含硫盐（如硫化钙等）、含磷盐（如磷酸钙等）、含硫磷复盐（硫代磷酸盐等）、硫酸钙及其他比五硫化二磷沸点高的高沸点杂质]，又含有比五硫化二磷沸点低的轻硫磷杂质[主要是多硫磷化物、单质磷（白磷）、单质硫（硫磺）等]，还含有比五硫化二磷沸点低的有机杂质。有机杂质多为合成五硫化二磷过程中所需的原料单质硫和单质硫携带的沸点为150-280 ℃的有机物。

5、所述的五硫化二磷粗产品中五硫化二磷纯品含量一般为85-90 wt.%；

6、比五硫化二磷沸点高的重质盐杂质含量一般为3-5 wt.%，其沸点为520-550 ℃；

7、比五硫化二磷沸点低的轻硫磷杂质含量一般为5-8 wt.%，其沸点为286-510 ℃；

8、比五硫化二磷沸点低的有机杂质含量一般为2-4 wt.%，其沸点为120-280 ℃。

9、基于五硫化二磷粗产品杂质组分多且成分复杂的物性特点，本工艺采用多步精馏纯化工艺对五硫化二磷粗产品进行纯化而获得高纯五硫化二磷。具体工艺流程如下。

10、五硫化二磷粗产品以一定相态形式加入到多步精馏装置内进行纯化，首先进行脱重质盐精馏，在一定温度和压力下，粗产品被精馏分离成以沸点比五硫化二磷高的重质盐杂质为主的重组分和以五硫化二磷及沸点比五硫化二磷低的轻硫磷杂质和有机杂质等杂质以主的轻组分并排出。

11、排出的脱重质盐精馏的重组分(主要是重质盐杂质)作为废物集中处理。

12、排出的脱重质盐精馏的轻组分（主要是五硫化二磷、轻硫磷杂质和有机杂质）进行脱轻杂质精馏，在一定温度和压力下，脱重质盐精馏的轻组分被精馏分离成以五硫化二磷为主的重组分和以轻硫磷杂质和有机杂质组成的轻杂质组分为主的轻组分并排出。

13、以五硫化二磷为主的脱轻杂质精馏的重组分作为五硫化二磷产品回收。

14、排出的脱轻杂质精馏的轻组分（主要是轻硫磷杂质和有机杂质）进行脱有机杂质精馏，在一定温度和压力下，脱轻杂质精馏的轻组分被精馏分离成以轻硫磷杂质为主的重组分和以有机杂质为主的轻组分并排出。

15、排出的脱有机杂质精馏的重组分（主要是轻硫磷杂质）作为硫磷原料返回五硫化二磷合成单元重新回用，而排出的脱有机杂质精馏的轻组分（主要是有机杂质）作为废物集中处理。

16、通过脱重质盐精馏、脱轻杂质精馏和脱有机杂质精馏等多步精馏而将五硫化二磷粗产品中各种杂质尤其是有机杂质除去而获得高纯五硫化二磷产品，并可将杂质中多硫磷化物、单质磷和单质硫等含硫或磷的杂质作为硫磷原料回用。

17、其中，精馏进料时五硫化二磷粗产品可为气态也可为液态。

18、多步精馏既可为常压精馏，又可为减压精馏，也可为常压精馏和减压精馏结合的方式，优选减压精馏。

19、其中，在常压精馏、减压精馏或常压精馏与减压精馏结合方式，精馏压力应尽可能的低，以降低对应精馏温度的沸点，从而降低精馏操作温度。

20、即当为常压精馏时，精馏压力为零压力（表压）或微正压。优选地，常压精馏的操作压力为100-110 kpaa。

21、当为减压精馏时，精馏压力为绝对零压力（绝对真空）或略大于绝对零压力（高真空）。优选地，减压精馏的操作压力为10-20 kpaa。

22、对应地，无论是常压精馏还是减压精馏，其精馏温度由精馏物性（沸点）和操作压力确定。即，精馏操作温度为在操作压力下对应的精馏轻组分的沸点温度。

23、在脱重质盐精馏阶段、脱轻杂质精馏阶段和脱有机杂质精馏阶段中，其轻组分分别为五硫化二磷及沸点低于五硫化二磷的物料组成混合物、沸点低于五硫化二磷的物料组成的混合料、有机杂质，则在这三个精馏段中，操作温度分别为对应混合物的沸点。

24、多步精馏可为间歇精馏也可为连续精馏，优选连续精馏。

25、多步精馏时五硫化二磷粗产品进料可为气态形式也可为液态形式，优选为液态形式。

26、多步精馏主要包括脱重质盐精馏、脱轻杂质精馏和脱有机杂质精馏等步骤顺序，可以按上述步骤顺序逐步进行，也可以按脱轻杂质精馏、脱有机杂质精馏和脱重质盐精馏的步骤或脱有机杂质精馏、脱轻杂质精馏和脱重质盐精馏的步骤顺序或其他步骤顺序进行，优选按脱重质盐精馏、脱轻杂质精馏和脱有机杂质精馏等步骤循序进行。

27、另一方面，本发明提供了一种实现制备高纯五硫化二磷工艺的所需纯化装置，所述的装置主要包括：进料设备、多步精馏设备、精馏组分储存设备组成。其中，多步精馏设备主要包括脱重质盐精馏设备、脱硫磷物精馏设备和脱有机杂质精馏设备。精馏组分存储设备主要包括重质盐杂质存储设备、高纯五硫化二磷产品存储设备、轻硫磷杂质存储设备和有机杂质存储设备。

28、所述的进料设备可为气态进料设备，也可为液态进料设备，其进料口与合成五硫化二磷系统相连，其出料口与多步精馏设备的进料口相连。

29、所述的多步精馏设备主要包括脱重质盐精馏设备、脱轻杂质精馏设备和脱有机杂质精馏设备，其进料口与进料设备的出料口相连，其出重质盐杂质口、出五硫化二磷口、出轻硫磷杂质口和出有机杂质口分别与精馏组分存储设备的进重质盐杂质口、进五硫化二磷口、进轻硫磷杂质口和进有机杂质口相连。

30、其中，多步精馏设备主要包括脱重质盐精馏设备、脱轻杂质精馏设备和脱有机杂质精馏设备，多步精馏设备可为脱重质盐精馏设备、脱轻杂质精馏设备和脱有机杂质精馏设备集成于一体的整体设备，也可为脱重质盐精馏设备、脱轻杂质精馏设备和脱有机杂质精馏独立分散的组合设备，优化组合设备。

31、组成多步精馏设备的脱重质盐精馏设备、脱轻杂质精馏设备和脱有机杂质精馏设备可为常压精馏设备，也可为减压精馏设备，优选减压精馏设备。

32、组成多步精馏设备的脱重质盐精馏设备、脱轻杂质精馏设备和脱有机杂质精馏设备可为间歇精馏设备，也可为连续精馏设备，优选连续精馏设备。

33、组成多步精馏设备的脱重质盐精馏设备、脱轻杂质精馏设备和脱有机杂质精馏设备可为填料精馏设备，可为塔板精馏设备，也可为填料和塔板组合式精馏设备，优选填料精馏设备。

34、与现有高纯五硫化二磷生产所采用的蒸馏纯化技术相比，本发明采用多步精馏的方式，由于采用精馏技术，其分离纯化效果远比蒸馏的好，且精馏采用多步进行，组分逐个被分离出来，增强了分离效果。因此，本发明的技术可将五硫化二磷粗产品中杂质分步逐个脱除，脱除效果好，尤其是可将有机杂质彻底脱除，实现有机杂质低于0.1%，较大幅度地提高五硫化二磷产品纯度，产品质量好，能满足对五硫化二磷产品质量要求更高的润滑油行业等行业需要。