[发明专利]低粘度液体硫

说明书

本发明涉及硫的领域，且尤其是涉及液体硫(液态硫)即熔融形式的硫的领域。更具体地，本发明涉及用于降低熔融形式的硫的粘度的添加剂，和涉及含有这样的添加剂的基于液体硫的低粘度组合物，且还涉及所述组合物的用途。

硫现在非常广泛且通常地用在许多工业领域中，尤其是用在化学工业中作为合成试剂用于制备多种化合物，以非限制的方式例如硫酸(H₂SO₄)，二氧化硫(SO₂)，发烟硫酸(SO₃)，二硫化碳(CS₂)，用于造纸工业的亚硫酸盐或者硫酸盐，作为润滑剂的五硫化二磷，还以其天然形式(硫)用于轮胎的硫化，在农业中配制的硫，用于水泥和混凝土的硫聚合物，以及作为传热或者储热流体的硫、尤其是用于发电站(热电站或者核电站)、用于太阳能电池板(参考例如US 2011/0 259 552)等。

硫在门捷列夫元素周期表中是16号元素，其在室温下是固体，在115℃(熔点)和高于115℃且直到444℃是液体，在444℃的温度它变成气体(沸点)。

在前述工业应用的大部分中，非常通常地必须以液体形式对硫进行存储、运输、使用或者反应。但是，液体硫的主要缺点之一是当温度增加时，它的粘度显著增加在约180℃-200℃达到最大值，然后在更高的温度(400℃)再逐渐下降。

更具体地，硫的粘度在约130℃小于10mPa.s，在150℃-160℃处和在150℃-160℃附近急剧升高且在约200℃达到约100 000mPa.s，在300℃和更高的温度再下降至几十mPa.s。

硫的该非常高的粘度(尤其是在约150℃至约300℃)在以下方面引起主要问题：在使用该液体元素的所有水平的工业方法中，至少在反应单元中，而且在后勤上，对于在其中硫必须流通的各种进料管线、管道、管、阀、泵和其它组件中硫的存储、运输和传递。

除了该高粘度之外，在上述温度下，液体硫的另一缺点是它的粘度宽泛地且随着温度非线性地变化。因此必须精细地控制液体硫的温度以避免大的粘度变化(尤其是在150℃至300℃的温度范围内)，并不干扰使用液体硫的工业设备。

为了克服这些与粘度相关的缺点，现有技术中存在一些解决方案。似乎最合适的解决方案由Rocco Fanelli(Industrial and Engineering Chemistry，vol.38(1)，January 1946，pages 39-43)提出，其建议在液体硫中添加卤素、硫化的硫化氢或过硫化氢，以在高于160℃的温度获得恒定的粘度。

新近，专利申请US 2011/0 259 552也指出添加硫化氢使得可显著降低液体硫的粘度。在所述文献中还指出可原位产生H₂S，例如使用NaHS。

因此，从1946年到现在，似乎还没有任何对于添加硫化氢到液体硫中以降低它的粘度的替换方案。但是，与使用硫化氢相关的危险是公知的，和能够避免使用该高毒性的气体将是非常有利的。此外，如专利申请US 2011/0259 552的第2页第1栏中描述的硫烷已知是不稳定的并且释放硫化氢H₂S。

专利申请WO 2011/131 610描述了一种传热流体，其含有硫和至少一种有机卤素衍生物，其使得可减少温度达到120℃至400℃的硫的粘度。该卤素衍生物可单独使用或者作为与其它添加剂的混合物使用，所述其它添加剂例如为式R₁S_xR₂的多硫化物，其中x取2至8的值，和R₁和R₂是含有2至18个碳原子和尤其是9至12个碳原子的烷基。由所述专利申请提供的对于液体硫的粘度问题的解决方案强制性地使用一种或多种卤素化合物，该卤素化合物常常是毒性的且可引起设备腐蚀的实质问题，特别是在所考虑的温度下。

因此，本发明的第一目的在于提出用于如下的简单且有效的方式：将液体硫保持在适合于其预期用途的粘度，或者甚至获得这样的液体硫的粘度，所述粘度至少等于或者更好地还低于对增补有硫化氢的液体硫以相等的温度观测的粘度。

根据另一目的，本发明在于提出用于将液体硫的粘度保持在低于60 000mPa.s、优选低于30 000mPa.s、更优选低于10 000mPa.s、或者甚至低于5000mPa.s的值的添加剂，所述添加剂不具有对于现有技术的已知添加剂遇到的与毒性、腐蚀风险、处理困难等相关的缺点。