Способ переработки отходов в виде серы

(51) 25 1/00 (2010.01) 01 17/42 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ являющейся отходом нефтеперерабатывающего производства, с получением полисульфида натрия. Задачей изобретения является разработка способа переработки отходов в виде серы с одновременным получением полисульфида натрия и гипохлорита кальция. Электролиз проводят в электролизере с разделенными электродными пространствами с применением катионитовой мембраны МК-40. В качестве катода используют сера-графитовый электрод, а анода - графит. Анодное пространство заполняется раствором хлорида натрия, а катодное раствором гидроксида натрия и электролиз проводят при плотностях тока на электродах 75-125 А/м 2. Полученный на аноде хлор пропускается через водную суспензию гидроксида кальция.(72) Баешов Абдуали Баешович Асабаева Замира Кулжановна Баешова Ажар Коспановна Конурбаев Абибулла Ережепович(73) Акционерное общество Институт органического катализа и электрохимии им. Д.В. Сокольского(54) СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ В ВИДЕ СЕРЫ(57) Изобретение относится к области химии неорганических соединений, в частности к электрохимическим методом переработки серы, 24892 Изобретение относится к области химии неорганических соединений, в частности, к электрохимическим методам переработки серы,являющейся отходом нефтеперерабатывающего производства с получением полисульфида натрия. Как известно, ведущая роль в экономике Казахстана отводится интенсивному развитию нефтегазовой промышленности, но большая часть нефти и газа в нашей республике является высокосернистой. В этой связи неизбежно возникает проблема загрязнения данного региона отходами ее переработки. По официальным данным, только на Тенгизе накоплено более 10 млн.тонн элементной серы. Масштабы образования твердых серосодержащих отходов в процессе переработки нефти и газа обусловливают актуальность и в этой связи, их переработка в товарную продукцию является острой проблемой. В настоящее время известен единственный способ переработки отходов в виде серы, это сжигание ее с получением серной кислоты по сложной технологии /Кондауров Б.П., Александров В.И., Артемов А.В. Общая химическая технология,М. Изд.центр Академия 2005, - с. 336. Сущность способа переработки серы методом сжигания заключается в следующем серу сжигают при температуре 800-1000 С в специальном реакторе при доступе воздуха. При горении серы протекает следующая реакция О 2 О 2 Далее полученный диоксид серыокисляют до оксида серы 2 О 2 О 22 О 3 Вышеуказанная реакция протекает в присутствии катализаторов. В качестве катализатора используют металлическую платину, оксид железа и оксид ванадия . Наиболее активный катализатор - платина. Однако он очень дорог, легко и необратимо отравляется следами мышьяка. Оксид железадешевый, но малоактивен. В современных реакторах в качестве катализатора используют ванадиевые катализаторы, которые менее активны чем платина. Ванадиевые катализаторы начинают проявлять активность при температурах выше 380 С. Завершающей стадией способа переработки отходов в виде серы методом сжигания является абсорбция оксида серыи превращение его в серную кислоту О 32 24(3) Таким образом в данном способе продуктом переработки серы является серная кислота. В настоящее время в Республике Казахстан необходимое количество серной кислоты непосредственно можно получать из отходящих экологический вредных выбросных газов металлургических производств содержащих диоксид серы (2). 2 Основные недостатки указанного способа 1. Процесс протекает стадийно и при высоких температурах, т.е. способ - многостадийный и энергоемкий. 2. Реакторы,где протекает процесс,представляют сложную конструкцию. 3. Процесс протекает в присутствии дорогих и дефицитных катализаторов, например оксида ванадия , который имеет небольшой срок службы. Известен электрохимический способ переработки серы,являющейся отходом нефтеперерабатывающих производств с получением полисульфида натрия, /Капсалямов Б.А., Баешов А.Б. и др. Способ получения полисульфидов щелочных металлов. Предпатент РК 15849 от 04.08.2003, бюл.6 2005/. Полисульфид натрия в качестве одного из основных флотореагентов применяется при флотационном обогащении руд цветных металлов. Сущность способа заключается в следующем согласно Предпатенту РК 17771 из порошковой серы и графита готовят электропроводный композиционный сера-графитовый электрод. Электролиз ведут в электролизере, в котором электродные пространства разделяют катионитовой мембраной МК-40, катодное и анодное пространства электролизера заполняют раствором гидроксида натрия. При катодной поляризации сераграфитового электрода в катодном пространстве электролизера формируются полисульфид-ионы по реакции 2 е 2 а в качестве анода используют железный электрод,на нем происходит выделение кислорода по реакции 2 ОН 4 е 22 Н Основным недостатком известного способа является то, что целевой продукт - полисульфид натрия образуется только на катоде, а на аноде образуется газообразный кислород, который безвозвратно выбрасывается в атмосферу. Кроме того, в связи с выделением газообразного кислорода, атмосфера помещения загрязняется аэрозольными частицами гидроксида натрия. Задачей предлагаемого изобретения является одновременное получение полисульфида натрия и гипохлорита кальция при электрохимической переработке отходов в виде серы. Технической задачей настоящего изобретения является разработка способа переработки серы с одновременным получением полисульфида натрия и необходимого в народном хозяйстве соединения гипохлорита кальция,применяемого как дезинфицирующий реагент, а также улучшение условий труда. Технический результат достигается тем, что анодное пространство электролизера заполняют раствором хлорида натрия и в качестве анода используют графитовый электрод. Далее полученный на аноде хлор пропускают через водную суспензию гидроксида кальция в отдельной емкости, где формируется гипохлорит кальция. Предлагаемый способ позволяет одновременно получать в катодном пространстве полисульфид натрия, а в анодном - хлор, который сразу же используется для получения гипохлорита кальция. Сущность предлагаемого нами способа заключается в следующем сначала согласно известному способу по Предпатенту РК 17771 изготавливают композиционный электропроводный сера-графитовый электрод. Для этого серу и графит измельчают до фракции 35-50 мкм. Полученные сухие порошки серы и графита тщательно перемешивают при соотношении 5050(вес) и нагревают до температуры плавления серы -110120 С до образования однородной массы. Полученную густую массу помещают в емкость нужной формы и охлаждают. Изготовленный композиционный сера-графитовый электрод обладает хорошей электропроводностью, т.е. сера в составе композиционного электрода обладает высокой электрохимической активностью. Электролиз приводят в электролизере разделенными электродными пространствами с катионитовой мембраной. Далее катодное пространство электролизера заполняют раствором гидроксида натрия, а анодное - раствором хлорида натрия. В качестве катода используют сера-графитовый электрод, а анода - графит. При пропускании тока на сера-графитовом катоде, как и в случае прототипа,образуются сульфид-ионы и в растворе гидроксида натрия формируется полисульфид натрия. При этом на графитовом аноде хлорид-ионы окисляются до газообразного хлора. Далее полученный хлор через стеклянную трубку пропускают через водную суспензию гидроксида кальция. При этом формируется гипохлорит кальция С 2 Са(ОН)2 Н 2 При электролизе ионы натрия через катионитовую мембрану переходят в катодное пространство и будут участвовать в формировании полисульфида натрия Принципиальная схема установки для переработки отходов в виде серы с одновременным получением полисульфида натрия и гипохлорита кальция приведена на фиг. Опыты проводят в электролизере (1) объемом 0,5 л с разделением анодного и катодного пространства диафрагмой (6) из катионитовой мембраны МК-40. В качестве анода используют графитовый электрод (4) . В анодное пространство электролизера наливают раствор 150 г/л хлорида натрия (7), а в качестве катода используют сераграфитовый электрод (3) и в катодное пространство электролизера наливают раствор 100 г/л гидроксида натрия (8). В ходе электролиза на катоде происходит восстановление элементной серы до полисульфид иона по реакции (4), а на графитовом аноде хлорионы окисляются до хлора по реакции 2 С 2 еС 12 Далее газообразный хлор полностью поглощается водной суспензией гидроксида кальция в специальной емкости (2) с образованием гипохлорита кальция по реакции (6). По окончании опыта определяют содержание полисульфид-ионов в католите. Результаты эксперимента показывают, что полученный на аноде хлор сразу же и полностью взаимодействует с гидроксидом кальция. Активный хлор в составе гипохлорита кальция определяется от количества пропущенного хлора, которое можно рассчитать теоретически. Нижеследующий пример иллюстрирует предлагаемое изобретение. Пример. Продолжительность опыта 30 мин.,температура раствора 25 С. Композиционный сераграфитовый электрод имеет состав 50 серы и 50 графита. Влияние катодной плотности тока на выход по току образования полисульфид-ионов приведено в нижеуказанной таблице (катодный выход по току рассчитывали на образуемый 42-) Таблица. Влияние катодной плотности тока на выход по току образования полисульфид-ионов (42-) Плотность тока,А/м Выход по току, 0 Следует отметить, что выход по току образования газообразного хлора при всех плотностях практически равен 100, а полученный хлор мгновенно и полностью взаимодействует с гидроксидом кальция. Таким образом, предложенный нами способ переработки отходов в виде серы по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества 1. Продуктами реакций одновременно являются полисульфид-ионы и гипохлорит кальция. 2. При электролизе хлор, являющийся продуктом анодного процесса, используется для попутного получения гипохлорита кальция. Последний является основным дезинфицирующим реагентом в народном хозяйстве. В Казахстане дезинфицирующий реагент - гипохлорит кальция не производится, его в основном покупают в России. 3. Газообразный продукт, формирующийся на аноде, не выбрасывается в атмосферу, воздух помещения в этой связи не загрязняется аэрозольными частицами гидроксида натрия, а это приводит к улучшению условий труда. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ переработки отходов в виде серы в водных растворах методом электролиза с использованием серосодержащих композиционных электродов в электролизере с разделенными катионитовой мембраной электродными пространствами с получением полисульфид-ионов в катодном пространстве, отличающийся тем, что анодное пространство заполняется раствором хлорида натрия, электролиз ведут при плотностях тока на электродах 75-125 А/м 2 и выделяющийся на графитовом аноде хлор пропускают через водную пульпу гидроксида кальция.