Способ химического разложения иприта

 

Изобретение относится к области химического разложения иприта. Способ химического разложения иприта в результате химического превращения, который включает стадию проведения реакции иприта с тиофильным соединением, полученным в результате растворения серы в этилендиамине и/или этанолдиамине. Изобретение позволяет повысить безопасность и экономическую эффективность химического разложения иприта. 3 з.п.ф-лы.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ Изобретение относится к улучшенному способу химического разложения иприта (SM) в результате химического превращения SM с образованием нетоксичных продуктов.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ Иприт (SM), называемый по химической номенклатуре как 1,1'-тио-бис(2-хлорэтан), представляет собой высоко токсичное и стойкое жидкое боевое отравляющее вещество кожно-нарывного действия.

Известные на современном уровне техники способы разложения SM заключаются в проведении высокотемпературных реакций, в которых производится разложение SM в результате нагревания при высоких температурах. Такие способы включают сжигание, пиролиз, систему, использующую плазменную горелку и сварочную ванну. Среди всех данных способов проведения высокотемпературных реакций хорошо проверенным способом является сжигание, и оно широко используется. Однако данному способу присущи определенные недостатки.

Основной недостаток заключается в том, что для полного сжигания SM требуется очень высокая температура порядка 800-1200^oС. Другой недостаток заключается в том, что далее на последующих стадиях технологического процесса требуются большие количества раствора гидроксида натрия, через который для нейтрализации должны быть пропущены токсичные газы, такие как хлористый водород и диоксид серы, образующиеся в ходе реакции. Еще один недостаток заключается в том, что несмотря на нейтрализацию токсичных газов в результате их пропускания через раствор гидроксида натрия несконденсированные газы, такие как монооксид углерода, диоксид углерода и тому подобные, выходят в атмосферу, что приводит к загрязнению окружающей среды, и как таковой данный способ не является экологически безопасным. Кроме этого, еще один недостаток заключается в том, что в результате нейтрализации токсичных газов раствором гидроксида натрия образуются большие количества жидких сливов, что приводит к загрязнению окружающей среды. Следующий недостаток заключается в том, что стоимость разложения очень велика.

Еще один способ разложения SM, известный на современном уровне техники, представляет собой технологию химической нейтрализации, которая включает гидролиз, окисление и восстановительное разложение SM.

Способу химической нейтрализации, основой которого является гидролиз, также присущи несколько четко выраженных недостатков. Один такой недостаток заключается в том, что SM в воде растворим умеренно, скорость гидролиза SM в воде, а также в щелочном растворе очень невелика, и поэтому время, необходимое для полной нейтрализации SM, очень велико, то есть оно заключено в пределах 24-120 часов в зависимости от соотношения количеств SM и воды или щелочного раствора и от температуры, при которой проводят реакцию.

Еще один недостаток заключается в том, что продуктом гидролиза SM является тиодигликоль, который может быть снова превращен в SM при пропускании газообразного хлористого водорода, а такая обратимая реакция неприемлема согласно конвенции о запрещении химического оружия. Следующий недостаток заключается в том, что образуются большие количества жидких сливов, что, таким образом, экологически небезопасно.

Способу химической нейтрализации, основой которого является окисление SM, где токсичность SM устраняется в результате его превращения в кристаллические сульфоксид и сульфон под действием таких окислителей, как перекись водорода, перманганат калия, п-хлорпербензойная кислота, хлорамин Т и N-хлор-соединения, также присущи несколько недостатков. Основной недостаток заключается в том, что сульфон, получаемый из SM, который является одним из продуктов, образованных в результате окисления, обладает свойствами боевого отравляющего вещества кожно-нарывного действия, и он токсичен по своей природе. Другой недостаток заключается в том, что образуются большие количества газообразных, жидких и твердых отходов. Кроме этого, еще один недостаток заключается в том, что стоимость разложения SM очень велика, поскольку требуются большие количества окислителей. Следующий недостаток заключается в том, что окислители, такие как перекись водорода, п-хлорпербензойная кислота, хлорамин Т и N-хлор-соединения, неустойчивы, что, таким образом, делает необходимой постоянную подачу данных окислителей на участке технологической схемы до их ввода в реакцию.

В способе химической нейтрализации, основой которого является восстановительное разложение SM, детоксикация SM происходит при его превращении в газообразные продукты в результате проведения реакции с натрием в присутствии жидкого аммиака. Данный способ также называют системой с сольватированным электроном. Недостаток такого способа заключается в том, что для полной нейтрализации SM требуются большие количества натрия, а для натрия характерны значительные сложности в отношении его хранения и способов работы с ним вследствие его высокой реакционной способности и пожароопасности. Другой недостаток заключается в том, что для уничтожения непрореагировавшего натрия после реакции требуется использование больших количеств спирта, вследствие чего образуется большое количество сточных вод, а также в больших количествах образуется легко воспламеняющийся газообразный водород, что увеличивает пожароопасность. Еще один недостаток заключается в том, что при получении жидкого аммиака, необходимого для такого способа, для ожижения аммиака требуются большие количества жидкого азота, что делает весь способ очень дорогостоящим. Кроме этого, газообразные продукты, образующиеся после восстановительного разложения SM, опасны для окружающей среды, таким образом, данный способ экологически небезопасен.

Еще один известный способ разложения SM базируется на химических способах, по своей природе отличающихся малым коррозионным действием или отсутствием такого действия. Для данной цели при химическом разложении SM в качестве соединений, вызывающих разложение, не обладающих коррозионным действием, используются различные тиофильные соединения. Тиофильные соединения получают в результате растворения серы в жидком аммиаке или в алкиламине. Один из известных на современном уровне техники способов получения тиофильного соединения заключается в растворении серы в диэтилентриамине. SM после этого превращают в циклическое соединение в результате проведения реакции тиофильного соединения с SM при комнатной температуре в течение 24 часов. После химического превращения SM для выделения и экстрагирования циклического продукта используют гексан. Основной недостаток такого способа заключается в большой продолжительности времени реакции - порядка 24 часов, и в том, что диэтилентриамин, используемый в данном способе, не может быть извлечен и отправлен на рецикл, в результате чего непрореагировавший амин уходит в сточные воды, что для окружающей среды небезопасно. Еще один недостаток заключается в том, что используемый в данном способе в качестве органического растворителя гексан отличается низкой температурой кипения, что увеличивает пожароопасность. Еще один недостаток заключается в том, что использование больших количеств гексана и невозможность извлечения и отправления на рецикл непрореагировавшего диэтилентриамина делают способ дорогостоящим, в особенности при достижении высоких степеней разложения.

ЦЕЛИ ИЗОБРЕТЕНИЯ Основной целью настоящего изобретения является создание улучшенного способа химического разложения SM в результате его химического превращения с получением нетоксичных продуктов.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание способа разложения SM, в котором SM полностью превращается в нетоксичные и не обладающие коррозионной активностью продукты, которые просты в обращении.

Следующей еще одной целью настоящего изобретения является создание способа химического разложения SM, который был бы безопасен для окружающей среды.

Кроме этого, еще одной целью настоящего изобретения является создание способа химического разложения SM, который эффективно реализуется во времени, поскольку для полного разложения SM с получением нетоксичных продуктов требуется только 30-60 минут.

Помимо этого целью данного изобретения является создание способа химического разложения SM, в котором бы использовались дешевые, легкодоступные реактивы, что делало бы способ экономически эффективным и более приемлемым для достижения высоких степеней разложения.

Дополнительной целью данного изобретения является создание способа химического разложения SM, где эффективность превращения в способе превращения SM с получением нетоксичных продуктов равна 100%.

И еще одной целью данного изобретения является создание способа разложения SM, который бы не требовал использования каких-либо токсичных коррозионно-активных органических растворителей.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ В соответствии с данным изобретением предлагается способ разложения иприта в результате проведения реакции иприта с тиофильным соединением, получаемым в результате растворения серы в этилендиамине и/или этанолдиамине.

Кроме этого, в соответствии с данным изобретением предлагается тиофильный реагент, содержащий серу, растворенную в этилендиамине и/или этанолдиамине при концентрации в диапазоне от 3 до 10 мас.%.

Настоящее изобретение предлагает способ массового разложения SM в результате химического превращения SM с получением нетоксичных циклических и полимерных продуктов. Химический способ включает проведение реакции SM с тиофильным реагентом. Тиофильное соединение данного изобретения получают в результате растворения серы в этилендиамине или в этанолдиамине либо в их комбинации в то время, как способы, известные на современном уровне техники, используют диэтилентриамин. Этилендиамин, используемый в настоящем изобретении, может быть извлечен и отправлен на рецикл, что делает способ безопасным с точки зрения экологии и экономически эффективным. Способ настоящего изобретения в высшей степени эффективно реализуется во времени, поскольку на полное разложение SM уходит только 30-60 минут. Способ настоящего изобретения делает возможным 100%-ное превращение SM в нетоксичные продукты, в то время как в известном способе конверсия SM в циклические продукты порядка только 99-99,8%. В известном способе превращение SM проводят при комнатной температуре, в то время как в настоящем изобретении превращение SM в нетоксичные продукты проводят при 50-70^oС. Нетоксичные продукты, образовавшиеся в результате реакции, могут быть легко отделены при помощи фильтрования, и фильтрат может быть использован еще раз, в то время как в известном способе для экстракции циклических продуктов используют органические растворители, следствием чего является образование больших количеств сточных вод.

В соответствии с настоящим изобретением предлагаемый способ массового разложения иприта в результате химического превращения, который включает стадию проведения реакции иприта с тиофильным соединением, полученным в результате растворения серы в этилендиамине и/или этанолдиамине, при концентрации от 6 до 8 мас.%, выделение продукта реакции при помощи фильтрования, экстрагирование этилендиамина и рециркулирование этилендиамина для получения тиофильного соединения, где иприт и тиофильный агент берут в соотношении в диапазоне от 1:4 до 1:10, предпочтительно в диапазоне от 1:5 до 1:7.

Предпочтительно реакционную смесь перемешивают при 40-100^oС в течение 10-180 минут, предпочтительно при 50-70^oС в течение 20-60 минут.

Реакционную смесь охлаждают до комнатной температуры, затем осуществляют фильтрование реакционной смеси с использованием нутч-фильтра и остаток, остающийся после экстрагирования этилендиамина в ходе фильтрования продукта реакции, подвергают обработке горячим воздухом для извлечения остаточного этилендиамина. После этого осуществляют анализ фильтратов для проверки наличия SM. Если в фильтрате будут обнаружены следовые количества SM, то тогда необходимо повторить процесс при добавлении в реакционную смесь более значительных количеств серы.

Данное изобретение далее будет проиллюстрировано примером, который предлагается в качестве иллюстративного примера, но он не подразумевает никаких ограничений, которые налагались бы на объем настоящего изобретения.

ПРИМЕР В круглодонную колбу, оснащенную конденсатором и капельной воронкой, помещали этилендиамин (1,5 л), и в колбу при непрерывном перемешивании добавляли серу (76 г). После этого добавляли иприт (250 л). После завершения добавления SM реакционную смесь нагревали до 65^oС в течение 60 минут при непрерывном перемешивании. Спустя 60 минут реакционную смесь охлаждали до комнатной температуры и отфильтровывали с использованием нутч-фильтра. Фильтрат сохраняли для последующей реакции. Твердую фазу анализировали при помощи газожидкостной хроматографии для установления процентной конверсии после экстракции хлороформом. Полученную таким образом высушенную твердую фазу можно хранить как нетоксичное твердое вещество. Таким образом было достигнуто 100%-ное превращение SM в нетоксичные продукты. Нетоксичная природа продуктов была подтверждена в экспериментах на животных с использованием мышей, и было показано, что величина LD₅₀ превышает 5 г на кг массы тела.

Необходимо понимать, что приведенное выше описание настоящего исследования специалистами в соответствующей области может быть подвергнуто значительным модификациям, изменениям и адаптациям, причем предполагается, что такие модификации должны рассматриваться как включаемые в объем настоящего изобретения, которое представляется в следующей далее формуле изобретения.

Формула изобретения

1. Способ массового разложения иприта в результате химического превращения, который включает стадию проведения реакции иприта с тиофильным соединением, полученным в результате растворения серы в этилендиамине и/или этанолдиамине при концентрации от 6 до 8 мас.%, выделение продукта реакции при помощи фильтрования, экстрагирование этилендиамина и рециркулирование этилендиамина для получения тиофильного соединения, где иприт и тиофильный реагент берут в соотношении в диапазоне от 1:4 до 1:10, предпочтительно в диапазоне от 1:5 до 1:7.

2. Способ по п. 1, где реакцию между тиофильным соединением и ипритом проводят при температуре 40-100^oС, предпочтительно при 50-70^oС.

3. Способ по п. 1, где время реакции тиофильного соединения и иприта предпочтительно равно 10-30 мин.

4. Способ по п.1, где остаток, остающийся после экстрагирования этилендиамина в ходе фильтрования продукта реакции, подвергают обработке горячим воздухом для извлечения остаточного этилендиамина.