Способ очистки желтого фосфора от углеродосодержащих примесей

(51) 01 25/04 (2006.01) 01 25/047 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ содержанию данных примесей (не более 0,05 мас.). Сущность изобретения очистка желтого фосфора сорбцией активированным углем растворимых в фосфоре органических соединений при перемешивании смеси фосфор активированный уголь перемешивающим устройством реактора и циркуляцией смеси в контуре реактор-насос-реактор в течение 1-2 часов с последующим разделением смеси фосфор активированный уголь фильтрацией с одновременной очисткой фосфора в процессе фильтрации от примесей элементарного углерода. Использование изобретения позволяет получить желтый фосфор, содержащий примеси углерода менее 0,05 массовых.(76) Искандиров Мукаш Зулкарнаевич Франгулиди Леонид Харлампович Керембаев Абсамат Батырбекович Мыктыбаев Серик Сламжанович Малыш Александр Николаевич Юрченко Николай Борисович(54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ЖЕЛТОГО ФОСФОРА ОТ УГЛЕРОДОСОДЕРЖАЩИХ ПРИМЕСЕЙ.(57) Изобретение относится к технологии очистки желтого фосфора от органических соединения и углерода, используемого в процессах органического синтеза, предъявляющего повышенные требования к Изобретение относится к способу очистки желтого фосфора от органических соединения и углерода, используемого в процессах органического синтеза, предъявляющего повышенные требования к содержанию данных примесей. Известны способы очистки желтого фосфора с начальным содержанием углерода 0,6-2,5 масс, от примесей углерода методом фильтрации жидкого исходного фосфора через пористую керамическую перегородку (фильтры Шота),через слой активированного угля марки БАУ, через пористую керамическую перегородку со слоем активированного угля марки БАУ,через фильтровальные насадки из стекловаты и из кварца. Научно- технический реферативный сборник,Серия Фосфорная промышленность, выпуск 6,1981 г., с. 9. Недостаток известных способов очистка фосфора только от примесей углерода,присутствующего в жлтом фосфоре в виде элементарного углерода в тврдом виде и как следствие этого низкая эффективность очистки остаточное содержание углеродсодержащих примесей не менее 0,2 мас. Это обусловлено тем,что углерод в фосфоре присутствует как в виде элементарного углерода (кокса), так и в виде стойких фосфорорганических соединений. Очистить желтый фосфор от фосфорорганических соединений, в большинстве свом растворимых в фосфоре, только методом фильтрации практически не возможно. Известен способ очистки фосфора от некоторых органических примесей в процессе его перегонки в токе перегретого водяного пара при температуре 140-180 С. Научно- технический реферативный сборник, Серия Фосфорная промышленность,выпуск 6, 1981 г., с. 9. Недостатки данного способа- очистка фосфора только от элементарного углерода(кокса) и растворимых фосфорорганических примесей,имеющих температуру кипения выше температуры кипения фосфора- высокая энергомкость процесса очистки,требующего применение перегретого пара и последующего охлаждения и конденсации паров воды и фосфора. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату(прототипом) к предлагаемому способу является способ очистки желтого фосфора от углеродсодержащих примесей Научно-технический реферативный сборник,Серия Фосфорная промышленность, выпуск 6,1981 г., с. 9 Патент ФРГ 1936939, включающий очистку желтого фосфора от тврдых примесей углерода методом фильтрации с последующим поглощением (сорбцией) растворимых в фосфоре органических соединений концентрированной серной кислотой и разделением смеси фосфор серная кислота. Недостатки прототипа в качестве поглотителя применяется концентрированная серная кислота - высоко 2 агрессивное соединение,что предъявляет специальные повышенные требования к аппаратурному оформлению процесса очистки- необходимость разделения смеси фосфор серная кислота, что неизбежно приводит к дополнительным потерям фосфора. Задачей настоящего изобретения является создание способа очистки жлтого фосфора от углеродсодержащих примесей,позволяющего очищать фосфор как от элементарного углерода,содержащегося в фосфоре в виде тврдых взвесей,так и от растворнных в нм органических соединений, обеспечивающего общее содержание углеродсодержащих соединений в фосфоре не более 0,05 мас. и снижение коррозионноактивных свойств перерабатываемой смеси сорбент - фосфор. Указанные технические результаты достигаются путм сорбции из жлтого фосфора растворнных в нм органических соединений активированным углем при перемешивании смеси фосфор активированный уголь в течение 1-2 часов как перемешивающим устройством реактора, так и циркуляцией смеси по замкнутому контуру реактор-насос- реактор, последующему разделению смеси фосфор - активированный уголь фильтрацией с одновременной очисткой фосфора в процессе фильтрации от элементарного углерода. Отличительные признаки изобретения замена коррозионноактивного жидкого сорбента- концентрированной серной кислоты на химически нейтральный тврдый сорбент активированный уголь применение активированного угля в качестве сорбента вместо его использования в известных способах в качестве фильтрующего слоя (фильтрующей перегородки) перемешивание смеси фосфор - активированный уголь одновременно двумя способами перемешивающим устройством реактора и циркуляционным насосом сорбция растворнных в фосфоре органических соединений активированным углем до процесса его фильтрации с целью отделения нерастворимого углерода одностадийное совместное отделение жидкого фосфора и от тврдых примесей элементарного углерода, и от активированного угля - сорбента, насыщенного растворнными в фосфоре органическими соединениями. Причинно-следственная связь между отличительными признаками и достигаемым результатом подтверждаются следующим замена коррозионноактивного жидкого сорбента - концентрированной серной кислоты на химически нейтральный тврдый сорбент активированный уголь позволяет исключить из реакционной смеси концентрированную серную кислоту и снизить коррозионную активность перерабатываемой смеси сорбент-фосфор- применение активированного угля в качестве сорбента вместо его использования в известных способах в качестве фильтрующего слоя(фильтрующей перегородки) многократно увеличивает время контакта фосфора с активированным углем, что повышает количество сорбированных им органических соединений,уменьшая остаточное содержание связанного углерода в очищаемом фосфоре. При фильтрации очищаемого фосфора через слой активированного угля последний выполняет функцию фильтрующей перегородки, а не сорбента, так как при фильтрации контакт между фосфором и активированным углем составляет от доли секунды до 2-3 секунд. При более низких скоростях, обеспечивающих более продолжительное время контакта фильтруемого фосфора через слой активированного угля,производительность процесса фильтрации резко падает и увеличиваются габариты фильтрационного оборудования перемешивание смеси фосфор активированный уголь одновременно двумя способами перемешивающим устройством реактора и циркуляционным насосом. Вязкость жидкого фосфора при температуре процесса (70-80 С) составляет 0,0082 - 0,00858 Пасек (для сравнения вязкость воды при этих же температурах равна 0,000356 - 0,000406 Пасек, что в 21-23 раза меньше) и при работе только перемешивающего устройства реактора слои фосфора в объме реактора движутся относительно друг друга параллельно(горизонтально),не обеспечивая взаимного перемешивания между собой. Включение в процесс перемешивания циркуляционного насоса,забирающего фосфор из нижней зоны реактора и возвращающего его в верхнюю зону, обеспечивает перемешивание в объме реактора по вертикали, что в совокупности значительно интенсифицирует процесс перемешивания. Более интенсивное перемешивание системы фосфор-сорбент, как и для других гетерогенных процессов, интенсифицирует процесс сорбции, что приводит к лучшему извлечению органических соединений активированным углем из очищаемого фосфора- сорбция растворнных в фосфоре органических соединений активированным углем до процесса его фильтрации с целью отделения нерастворимого углерода позволяет в одну стадию очистить фосфор и от тврдого элементарного углерода, и от сорбированных активированным углем растворимых органических соединений. При этом,активированный уголь создат дополнительный фильтрующий слой к предварительно намытому из инертного материала, что повышает степень отделения элементарного углерода от фосфора. Таким образом,новая совокупность отличительных признаков и их последовательность позволяют очистить фосфор как от элементарного углерода, содержащегося в фосфоре в виде тврдых взвесей, так и от растворнных в нм органических соединений и обеспечить общее содержание углеродсодержащих соединений в фосфоре не более 0,05 мас. и снизить коррозионноактивные свойства перерабатываемой смеси сорбент- фосфор. Сведения,подтверждающие возможность осуществления способа, приведены ниже. Пример 1. Желтый фосфор, содержащий примеси углерода,как в виде тврдых частиц кокса, так и в виде растворнных в фосфоре органических соединений в количестве 0,2-0,15 вес. в пересчете на углерод(С), из хранилища подается в приемную реактор установки по очистке. Сюда же загружается активированный уголь в количестве 1-3 мас. от массы фосфора в реакторе. После этого смесь желтого фосфора с активированным углем в течение 2-х часов перемешиваются в реакторе мешалкой с одновременной циркуляцией смеси при помощи насоса в замкнутом цикле емкость - насос - емкость. Затем смесь фосфора и активированного угля методом выдавливания горячей водой дозировано подается на фильтрацию в центрифугу. Перед подачей на центрифугу смеси фосфора и активированного угля на фильтровальной сетке центрифуги намывается слой кизельгура. Кизельгур используется в качестве намывного слоя на сетке центрифуги для предотвращения возможности проскока пылевидных фракций активированного угля и тврдых примесей кокса. Вместо кизельгура,для создания намывного слоя, можно применять другие инертные материалы (перлит, Арагац и проч.). Для приготовления суспензии кизельгура предусмотрена специальная емкость. На центрифуге происходит разделение фосфора от активированного угля с поглощнными им органическими соединениями и от элементарного углерода (кокса). Жидкий фосфор проходит через сетку с намывным слоем кизельгура, твердые активированный уголь и кокс остаются на сетке поверх намывного слоя. Очищенный от органических примесей и элементарного углерода фосфор собирается в промежуточной емкости для очищенного фосфора, откуда по мере его накопления и после получения положительного химического анализа на содержание углеродсодержащих примесей, очищенный фосфор насосом подается в емкость - хранилище чистого фосфора. При устоявшемся режиме фильтрации очищенный фосфор можно сразу же подавать из центрифуги в емкость - хранилище чистого фосфора,минуя промежуточную емкость. Остаточное содержание углеродсодержащих примесей в фосфоре не превышает 0,03 мас. Осадок активированного угля и кокса,образующийся на сетке центрифуги поверх намывного слоя из кизельгура, периодически срезается имеющимся в комплекте центрифуге специальным ножом. Команда на срезание осадка подается оператором. Отработанный активированный уголь утилизируется в производстве жлтого фосфора. Пример 2. Условия примера аналогичны примеру 1, отличие время перемешивания смеси желтого фосфора с активированным углем. Результаты примера 2 приведены в таблице 1. Время перемешивания смеси фосфор Остаточное содержание активированный уголь, часы углерода в фосфоре,мас. 0,25 0,085 Анализ таблицы 1 показывает, что при времени перемешивания смеси фосфор - активированный уголь менее 1 часа (строки 1 и 2) степень очистки не удовлетворяет требования потребителей (не более 0,05) по остаточному содержанию углерода при времени перемешивания смеси фосфор - активированный уголь более 2 часов (строки 5 и 6) степень очистки сохраняется на уровне 2-х часового перемешивания, а это означает увеличение времени перемешивания смеси более 2 часов ощутимого улучшения качества очищенного фосфора не достигает, но возрастает потребление энергии на циркуляция насосом Перемешивающее устройство Анализ таблицы 2 показывает, что при перемешивании смеси фосфор - активированный уголь только каким-либо одним способом (строки 2 и 3) степень очистки не удовлетворяет требования потребителей (не более 0,05) по остаточному содержанию углерода. Оптимальный способ перемешивания перемешивающее устройствоциркуляция насосом. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ очистки желтого фосфора от углеродсодержащих примесей,включающий очистку желтого фосфора от тврдых примесей Выше требований потребителей На уровне верхнего предела требований Ниже уровня верхнего предела требований перемешивание и снижается удельная производительность реактора по очищаемому фосфору, что не целесообразно экономически. Оптимальным является время перемешивания 1-2 часа. Пример 3. Условия примера аналогичны примеру 1, отличие перемешивание смеси фосфор активированный уголь производится только перемешивающим устройством реактора или только посредством циркуляции в замкнутом цикле емкость - насос - емкость. Результаты примера 3 приведены в таблице 2. Таблица 2 Остаточное содержание углерода в фосфоре,мас. 0,03 Примечание Ниже уровня верхнего предела требований Выше требований потребителей элементарного углерода фильтрацией и очистку от растворимых в фосфоре органических соединений сорбентом, разделение смеси фосфор-сорбент,отличающийся тем, что очистку проводят сорбцией из жлтого фосфора растворнных в нм органических соединений активированным углем при перемешивании смеси фосфор-активированный уголь в течение 1-2 часов как перемешивающим устройством реактора, так и циркуляцией смеси по замкнутому контуру реактор-насос-реактор,последующему разделению смеси фосфорактивированный уголь фильтрацией с одновременной очисткой фосфора в процессе фильтрации от примесей элементарного углерода.